наполнитель устройства обеззараживания воды для питья

Формула изобретения

НАПОЛНИТЕЛЬ УСТРОЙСТВА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ДЛЯ ПИТЬЯ, содержащий слои иодсодержащего компонента, сорбента иода и серебросодержащего компонента, отличающийся тем, что в качестве иодсодержащего компонента используют твердый иод с размером частиц не менее 0,25 мм, в качестве сорбента иода - высокоосновной анионит на основе сополимера стирола с дивинилбензолом в галогенидной форме, в качестве серебросодержащего компонента катионит серебросодержащий модифицированный, представляющий собой макропористый сильнокислотный сульфокатионит с осажденными на нем малорастворимыми соединениями серебра, при этом слой катионита серебросодержащего модифицированного расположен по ходу воды перед слоем твердого иода, а слой анионита в галогенидной форме расположен по ходу воды после слоя твердого иода при следующем содержании компонентов, мас.

Катионит серебросодержащий модифицированный 10-30

Твердый иод 40-20

Анионит в галогенидной форме 40-60

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обеззараживанию воды для питья и может быть использовано в устройствах для обеззараживания и очистки воды, особенно в мобильных, не потребляющих электроэнергии устройствах.

Известен наполнитель устройства обеззараживания воды для питья, содержащий фильтрующий материал (речной песок, активированный уголь) и следующий за ним слой кристаллического иода. При пропускании через наполнитель водопроводной воды растворяющийся кристаллический иод создает в ней концентрацию близкую 120 мг/дм³. Насыщенная иодом вода подмешивается в водопроводную сеть, где создается концентрация иода, достаточная для обеззараживания. Однако, такой наполнитель можно использовать только в водопроводной системе с постоянной скоростью потока, что существенно сужает область его применения. Расположение устройства с таким наполнителем на удалении от потребителя воды не гарантирует полного ее обеззараживания.

Известен наполнитель для очистки воды для питья из пресноводных источников, содержащий последовательно секции обеззараживающую, заполненную смесью кристаллического иода и анионообменной смолы в соотношении 18:85, фильтрующую с фильтром с диаметром отверстий 0,2 мм и адсорбционную, заполненную активированным углем. Недостатком наполнителя является отсутствие у него бактериостатического эффекта (т.е. наполнитель зарастает микроорганизмами во время перерывов в работе), вследствие чего авторы предлагают после секции адсорбционной очистки устанавливать бактериостатический (посеребренный) уголь.

К числу недостатков наполнителя относятся также нестабильное выделение иода из-за различного размера частиц и малый период хранения до начала эксплуатации вследствие быстрой контактной диффузии иода в анионит.

Известен наполнитель устройства обеззараживания воды для питья, содержащий галогенированную анионообменную смолу и сорбент иода гранулированный активированный уголь. Использование известного наполнителя позволяет снизить уровень обсемененности бактериями воды с 2 10⁵ кл/дм³ до 100 кл/дм³. Главным недостатком данного наполнителя является то, что вода, обеззараженная на нем, не удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" по микробиологическим показателям, а также то, что этот наполнитель может быть использован только для обеззараживания маломинерализованной воды.

Анализ современного уровня техники показывает, что наиболее близким к предлагаемому является наполнитель устройства обеззараживания воды для питья, содержащий иодсодержащую анионообменную смолу (СИА-1) в количестве 40-60 об. выделяющую в воду иод-концентрации 25-50 мг/дм³, слой сорбента иода активированного угля типа СКН в количестве 58-30 об. снижающего концентрацию иода до 6-7 мг/дм³, и слой макропористого сильнокислотного сульфокатионита в серебряной форме (МСС) в количестве 2-10 об. выделяющего в воду ионы серебра концентрации 0,2-0,4 мг/дм³.

При использовании известного наполнителя вода в достаточной степени обеззараживается и обсемененность бактериями снижается с 10² кл/см³ до 1 кл/дм³, что отвечает требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" по микробиологическим показателям качества.

Основным недостатком известного наполнителя устройства обеззараживания воды для питья является низкий ресурс по обеззараживаемой воде, высокое содержание иода в СИА-1, значительный объем компонентов, необходимых для обеззараживания воды, а также то, что данный наполнитель можно использовать только для обеззараживания маломинерализованной воды.

В связи с этим возникла техническая задача увеличение ресурса по обеззараживаемой воде, снижение расхода иода, уменьшение объема компонентов, расширение области обеззараживания на минерализованную воду при сохранении качества воды таким, чтобы она удовлетворяла требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" по микробиологическим и органолептическим показателям качества.

Предлагаемый наполнитель устройства обеззараживания воды для питья содержит слои иодсодержащего компонента, сорбента иода и серебросодержащего компонента, причем в качестве иодсодержащего компонента используют твердый иод с размером частиц не менее 0,25 мм, в качестве сорбента иода используют высокоосновный анионит на основе сополимера стирола с дивинилбензолом в галогенидной форме, а в качестве серебросодержащего компонента макропористый сильнокислотный сульфокатионит с осажденными на нем малорастворимыми соединениями серебра типа AgСl, AgBr, AgI, Ag₂CO₃, Ag₂O катионит серебросодержащий модифицированный (КСМ). При этом слой серебросодержащего компонента расположен по ходу воды перед слоем твердого иода, а слой сорбента иода по ходу воды после слоя твердого иода при следующем содержании компонентов, мас.

Катионит серебросодержащий модифицированный 10-30 Твердый иод 40-20

Высокоосновный анионит в галогенидной форме 40-60

Это позволяет увеличить ресурс в 1,3 раза, т.е. получить большее количество обеззараженной воды, чем при использовании известного наполнителя.

Предлагаемый наполнитель позволяет обеззараживать воду любой степени минерализации, содержащую 10⁴ кл/см³ бактерий типа E.coli, 10⁴ кл/см³ St.aureus, 10⁴ кл/см³ Bac.anthracoides. Также он позволяет снизить в 5,5 раза необходимое для обеззараживания количество иода, массу иодсодержащего компонента в 11 раз, массу сорбента иода снизить в 1,9 раза при сохранении затрачиваемого количества серебра.

В качестве катионита серебросодержащего модифицированного используют (макропористый сильнокислотный сульфокатионит на основе стирола с дивинилбензолом с осажденными на нем малорастворимыми соединениями серебра) типа AgCl, AgBr, AgI, Ag₂CO₃, Ag₂O, который получают по известному способу обрабатывая в статических условиях катионит типа КУ-23 в серебряной форме растворами галогенидов, карбонатов, гидроксидов щелочных металлов концентрации от 1 до 10 г/дм³ и соотношении фаз Т:Ж (1:50)-(1:100) в течение 1-2 ч.

В качестве твердого иода используют иод металлический (ГОСТ 4159-79) или гранулированный с размером зерен не менее 0,25 мм, который достигается путем отсева более мелких частиц на сите с размером ячеек 0,25 мм. Размер частиц обусловлен тем, что при меньшем размере частиц происходит быстрый переход иода в обеззараживаемую воду и при этом не обеспечивается увеличение ресурса по сравнению с известным техническим решением.

В качестве сорбента растворенного иода используют известный высокоосновный гелевый анионит АВ-17-8 ч.с. или макропористый анионит АВ-17-10П в галогенидной форме, который получают путем перевода высокоосновного гелевого или макропористого анионита с четвертичными аминогруппами на основе сополимера стирола с дивинилбензолом из ОН^--формы в динамических условиях раствором галогенида щелочного металла в Сl^-, Br^- или I-форму при скорости пропускания раствора 2-5 объемов на объем анионита в час и концентрации раствора галогенида 1-5%

Обеззараживание воды при помощи предлагаемого наполнителя нигде ранее не описано.

Отличиями предлагаемого наполнителя являются:

порядок пропускания воды через слои дезинфектантов;

использование твердого иода с размером частиц не менее 0,25 мм вместо галогенированной смолы;

использование высокоосновного анионита в качестве более эффективного иодопоглотителя, чем активированный уголь;

использование катионита серебросодержащего модифицированного вместо катионита в серебряной форме.

Количество катионита серебросодержащего модифицированного, составляющее 10-30 мас. обусловлено тем, что при содержании его менее 10 мас. не достигается концентрация серебра, достаточная для обеззараживания воды (0,05 мг/дм³), а при содержании более 30% концентрация серебра в воде на выходе из наполнителя превышает допустимую по ГОСТ 2874-82 норму (0,5 мг/дм³).

Количество твердого иода, составляющее 40-20 мас. обусловлено тем, что при содержании его менее 20 мас. не достигается концентрация иода, достаточная для обеззараживания воды, а при содержании более 40 мас. концентрация иода в воде на выходе из наполнителя после прохождения 15 л воды превышает допустимые по ГОСТ 2874-82 нормы.

Количество анионита в галогенидной форме обусловлено тем, что при содержании его менее 40 мас. не достигается полной сорбции иода, а при содержании более 60 мас. происходит неполное обеззараживание воды на выходе из наполнителя, и она не удовлетворяет требованиям ГОСТ 2874-82 по микробиологическим показателям.

Расположение слоев наполнителя в указанном порядке позволяет получить усиленный обеззараживающий эффект и возможность обеззараживания воды любой степени минерализации.

Кроме того, сорбент иода высокоосновный анионит в галогенидной форме, постепенно насыщаясь иодом, превращается в смолу иодсодержащую анионообменную (ССИА), описанную в известных источниках и играет роль вторичного иодного дезинфектанта.

Качество обеззараженной воды для питья определяют известными методами:

микробиологические показатели по ГОСТ 24849-81;

органолептические показатели по ГОСТ 3351-74;

концентрации ионов серебра в воде фотоколориметрически.

П р и м е р 1. В устройство для обеззараживания воды вводят послойно компоненты наполнителя (со стороны входа в устройство загрязненной воды): катионит серебросодержащий модифицированный Аg₂CO₃ в количестве 1 г (10 мас. ), твердый иод с размером частиц более 0,25 мм (отсеянной на сите 0,25 мм) в количестве 3 г (30 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в Сl^--форме в количестве 6 г (60 мас.).

Во время сборки устройства слои отделяют друг от друга фильтрующими перегородками. Через устройство колонку с внутренним диаметром 14 мм пропускают водопроводную (минерализованную) дехлорированную воду, обсемененную бактериями Е. coli, Staphylococcus aureus, Bac. anthracolds с концентрацией микробных клеток (в смеси тест-культур 1:1:1) 3 10⁴ кл/см³ со скоростью 100 10 см³/мин. Отбор проб проводят на 1,5,30,40 дм³ пропущенной воды. Отобранные пробы анализируют по ГОСТ 24849-81 на микробиологические показатели, по ГОСТ 3351-74 на органолептические показатели, по справочнику на концентрацию серебра. Параметры компонентов наполнителей представлены в табл. 1, результаты анализов в табл. 2.

П р и м е р 2. Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный Ag₂О в количестве 2 г (20 мас.), твердый иод в количестве 3 г (30 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-П-10П в I^--форме в количестве 5 г (50 мас.). Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 3. Аналогично примеру 1, за исключением того, что используют катионит серебросодержащий модифицированный AgCl в количестве 3 г (30 мас. ), твердый иод в количестве 2 г (20 мас.), гелевый высокоосновный анионит АВ-17-8 чс в I^--форме в количестве 5 г (50 мас.). Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 4. Аналогично примеру 1, за исключением того, что используют катионит серебросодержащий модифицированный AgСl в количестве 3 г (30 мас.), твердый иод в количестве 3 г (30 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10 П в I^--форме в количестве 4 г (40 мас.). Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 5. Аналогично примеру 1, за исключением того, что используют катионит серебросодержащий модифицированный AgCl в количестве 3 г (30 мас.), твердый иод в количестве 2 г (20 мас.), гелевый высокоосновный анионит АВ-17-8 чс в Сl^--форме в количестве 5 г (50 мас.). Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 6. Аналогично примеру 1, за исключением того, что используют катионит серебросодержащий модифицированный Ag₂О в количестве 2 г (20 мас.), твердый иод в количестве 4 г (40 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в I^--форме в количестве 4 г (40 мас.). Вода в данном примере использована дистиллированная (маломинерализованная). Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 7. Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит ссеребросодержащий модифицированный Ag₂O в количестве 2 г (20 мас.), твердый иод в количестве 2 г (20 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в Сl^--форме в количестве 6 г (60 мас.). Вода в данном примере использована по солевому содержанию, близкая к морской ( 10 г солей в литре), т.е. сильно минерализованная.

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 8 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный АgCl в количестве 3 г (30 мас.), твердый иод с размером частиц менее 0,25 мм, прошедших через сито 0,25 мм в количестве 2 г (20 мас.), гелевый высокоосновный анионит АВ-17-18 чс в Сl^--форме в количестве 5 г (50 мас.). Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 9 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный АgCl в количестве 4 г (40 мас.), твердый иод в количестве 2 г (20 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в Сl^--форме в количестве 4 г (40 мас. ).

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 10 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный Ag₂CO₃ в количестве 1 г (10 мас.) твердый иод в количестве 5 г (50 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в I^--форме в количестве 4 г (40 мас. ).

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 11 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный АgСl в количестве 3 г (30 мас.), твердый иод в количестве 4 г (40 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в I^--форме в количестве 3 г (30 мас. ).

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 12 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный Ag₂СО₃ в количестве 0,5 г (5 мас.), твердый иод в количестве 4 г (40 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в Сl^--форме в количестве 6,5 г (65 мас.).

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 13 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный АgСl в количестве 3 г (30 мас.), твердый иод в количестве 1 г (10 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-17-10П в Сl^--форме в количестве 6 г (60 мас.).

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 14 (сравнительный). Аналогично примеру 1, за исключением того, что используется катионит серебросодержащий модифицированный Аg₂О в количестве 2 г (20 мас.), твердый иод в количестве 2 г (20 мас.), макропористый высокоосновный анионит АВ-П-10П в ОН^--форме в количестве 6 г (60 мас. ).

Параметры компонентов наполнителя и результаты анализов представлены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 15 (по прототипу). Речную (маломинерализованную) воду, обсемененную бактериями Е.coli, Staphylococcus aureus, Bac. subtilis с концентрацией микробных клеток 2 10⁶ кл/дм³ пропускали со скоростью 10010 см³/мин через колонку диаметром 20 мм, заполненную компонентами по ходу воды: смола иодсодержащая анионообменная СИА-1 (22,4 г), активированный уголь СКН-9,6 г, серебросодержащий макропористый сульфокатионит 1,2 г. В пропущенной через слои компонентов воде определяли микробиологические, органолептические показатели, а также концентрацию ионов серебра.

Результаты определения представлены в табл. 2, параметры компонентов в табл. 1.

Как видно из представленных параметров и табл. 1 и 2, изменение порядка пропускания воды через слои дезинфектантов и иодопоглотителя по сравнению с прототипом, использование твердого иода с размером частиц более 0,25 мм вместо смолы иодсодержащей анионообменной (СИА-1), катионита серебросодержащего модифицированного вместо макропористого сильнокислотного сульфокатионита в серебряной форме, а также сорбента иода высокоосновного гелевого или макропористого анионита в галогенидной форме вместо активированного угля позволило снизить общую загрузку компонентов в устройство в 3,8 раза, снизить в 5,5 раза расход иода, а также обеззараживать минерализованную воду, что было невозможно при использовании известного технического решения. Кроме того, ресурс по обеззараживанию воды по известному техническому решению составлял 30 дм³, а по предлагаемому он составляет 40 дм³, т.е. использование нового наполнителя позволило увеличить ресурс обеззараживаемой воды в 1,3 раза.