CZ29396A3

CZ29396A3 - Filter for water purification

Info

Publication number: CZ29396A3
Application number: CZ96293A
Authority: CZ
Inventors: Elizaveta K Riabova; Ludmila B Surmel; Nikolaj P Stupin
Original assignee: Aqua Rosa Spol S R O
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-12-17

Abstract

Filtr pro čištění vody, určený k čištění přírodní a vodovodní vody od chemických nečistot sorpčními metodami sestávající ze směsi silně zásaditého anexu na polystyrénové bázi ve formě OH' a slabě kyselého karboxylového katexu ve formě H+, jehož podstata spočívá v tom, že silně zásaditý anex má gelovou strukturu a je propláchnut výplachovou vodou na hodnotu chemického ukazatele kyslíku max. 2 mg. O2/dm3 a slabě kyselý katex má makroporovitou strukturu s rozložením pórů podle velikosti poloměru 1 - 9.104nm 45 - 50 %, 1 - 5.10žnm 30 - 35 %, ostatní - menší než 1.102nm, přičemž objemový poměr anexu a katexu ve směsi je 2 : 1.Water purification filter for natural cleaning and tap water from chemical impurities by sorption methods consisting of a mixture strongly anion exchange resin on polystyrene base OH 'and a weakly acidic carboxyl cation exchanger in the form of H +, the essence of which lies in that the strongly alkaline anion exchanger has a gel structure and is flushed with rinsing water to the value of the chemical indicator oxygen up to 2 mg. O2 / dm3 and weakly acidic the cation exchanger has a macroporous structure with decomposition of pores according to radius size 1 - 9.104nm 45 - 50%, 1 - 5.10nm 30 - 35% others - less than 1.102nm, with volume the ratio of anion exchange to cation exchanger in the mixture is 2: 1.

Description

Vynález patří vody od chemických pro získávání pitné v domácnostech.The invention includes water from chemical for obtaining potable households.

do oblasti čištění přírodních vod a vodovodní nečistot sorpčními metodami a může být využit vody při úpravě vody, včetně zařízení užívanýchin the field of purification of natural waters and water impurities by sorption methods and can be used water for water treatment, including equipment used

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je známo, že prakticky všechny přírodní vodní zdroje, zvláště v zalidněných oblastech, jsou znečištěny chemickými sloučeninami, a to jak přírodními, tak i sloučeninami, které se do vody dostaly v důsledku lidské činnosti. Chemické sloučeniny obsažené ve vodě bývají často zdraví škodlivé, to se zvláště týká těžkých kovů a organických sloučenin (nafta, herbicidy, pesticidy).It is known that virtually all natural water resources, especially in populated areas, are contaminated with chemical compounds, both natural and compounds, which have entered the water as a result of human activity. Chemical compounds contained in water are often harmful to health, especially heavy metals and organic compounds (diesel, herbicides, pesticides).

Dokonce i vodovodní voda, která odpovídá normám GOST, často neuspokojuje spotřebitele pro své organoleptické vlastnosti.Even tap water that complies with GOST standards often does not satisfy consumers because of their organoleptic properties.

Podle stupně znečištění se pro čištění vody používají různé metody. Voda se nechává protékat aktivním uhlím (filtruje se), syntetickými sorbenty, ultrafiltračními membránami.Depending on the degree of pollution, different methods are used for water purification. The water is allowed to flow through activated carbon (filtered), synthetic sorbents, ultrafiltration membranes.

Každý typ čističe vody obvykle odstraní z vody nějaký jeden druh znečišťující látky. Např., nástavec pro čištění vody Rodnik s aktivním uhlím umožní odstranit z vodovodní vody řadu organických sloučenin, ale nezbaví jí iontů zvyšujících tvrdost vody, těžkých kovů, aniontů.Each type of water purifier usually removes some kind of pollutant from the water. For example, the water purification nozzle Rodnik with activated carbon allows the removal of many organic compounds from tap water, but does not deprive it of hardening ions, heavy metals, anions.

Je znám filtrační materiál, sloužící ke zlepšení kvality pitné vody v podmínkách domácností, který obsahuje vrstvu přírodního sorbentu, vrstvu směsi pryskyřice - měniče aniontů a kationtů .There is known a filter material for improving the quality of drinking water in household conditions, which contains a layer of natural sorbent, a layer of a mixture of resin - anion exchanger and cation.

Stupeň vyčištění vody tímto způsobem je nedostatečný.The degree of water purification in this way is insufficient.

Je znám způsob čištění vody, při němž se voda propouští přes nástavec obsahující uhlí, filtr - měnič iontů, což je kopolymer styrenu a divinylbenzolu a také submikronový filtr. Takto se voda vyčistí také od bakterií.A water purification method is known in which water is passed through a carbon-containing head, an ion exchange filter, a copolymer of styrene and divinylbenzol, as well as a submicron filter. In this way, the water is also purified from bacteria.

Nedostatkem uvedeného způsobu je složitost (mnohovrstevnost) filtračního nástavce a dále skutečnost, že se voda nezbavuje iontů kovů.The disadvantage of this method is the complexity (multi-layer) of the filter head and the fact that the water is not free of metal ions.

Je znám způsob čištění pitné vody od toxických komponentů, při němž se voda propouští přes filtrační materiál obsahující fosfát zirkonu, vláknitý materiál, např. viskozu, impregnovaný ferokyanidem, aktivní uhlí. Stupeň odstranění olova činí 97-98%, fenolu 95-96% .There is known a method of purifying drinking water from toxic components by passing water through a filter material comprising zirconium phosphate, a fibrous material, e.g., viscose, impregnated with ferrocyanide, activated carbon. The degree of lead removal is 97-98%, phenol 95-96%.

Nedostatkem uvedeného způsobu je krátká životnost použitého materiálu, kdy je jeho zánik provázen výskytem těžkých kovů ve vodě - zirkonu, kyanidových iontů, dochází k rychlému snížení absorpční schopnosti filtračního materiálu.The disadvantage of this method is the short lifetime of the material used, when its disappearance is accompanied by the presence of heavy metals in water - zirconium, cyanide ions, there is a rapid decrease in the absorption capacity of the filter material.

Z technického hlediska nejpřirozenějším řešením je způsob čištění vody, který zahrnuje zpracování vody směsí stejných objemových množství slabě kyselého karboxylového katexu na bázi kyseliny metakrylové a silně zásaditého anexu na bázi polystyrenu. Sorbent se používá za statických podmínek. Takto se voda zbaví kyanidových a rhodanidových iontů, mědi, zinku, železa·.From a technical point of view, the most natural solution is a water purification process which comprises treating water with a mixture of equal volumes of a weakly acidic methacrylic acid carboxylic cation exchanger and a strongly basic polystyrene-based anion exchanger. The sorbent is used under static conditions. In this way, water is freed from cyanide and rhodanide ions, copper, zinc, iron.

Nedostatek známé metody spočívá v nedostatečně důkladném odstranění kovů, metoda nezahrnuje odstranění organických přísad, to znamená, že získaná voda nemůže být použita jako pitná. Sorbent má nízkou efektivnost při využití v dynamickém režimu, jelikož se používá ve formě granulí neurčitého tvaru, které se proudem vody rozrušují, pryskyřice se ničí, efektivnost sorpce se snižuje.The disadvantage of the known method lies in the inadequate thorough removal of metals, the method does not involve the removal of organic additives, i.e. the water obtained cannot be used as drinking water. The sorbent has a low efficiency when used in a dynamic mode, as it is used in the form of granules of indeterminate shape, which are destroyed by the water stream, the resin is destroyed, and the sorption efficiency is reduced.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody odstraňuje filtr pro čištění pitné vody dle vynálezu sestávající ze směsi silně zásaditého anexu na polystyrénové bázi ve formě OH' a slabě kyselého karboxylového katexu ve formě H⁺ jehož podstata spočívá v tom , že silně zásaditý anex má gelovou strukturu a hodnotu chemického ukazatele kyslíku max. 2 mg 0₂/dm³ a slabě kyselý katex má makropórovitou strukturou s rozložením pórů podle velikosti poloměru 1 - 9.10⁴nm 45 - 50 %, 1 - 5.10²nm 30 - 35 %, ostatní - menší než 1.10²nm , přičemž objemový poměr anexu a katexu ve směsi je 2:1.The above-mentioned disadvantages are eliminated by the drinking water purification filter according to the invention consisting of a mixture of a strongly basic anion exchange resin on the polystyrene base in the OH 'form and a weakly acidic carboxyl cation exchanger in the H ⁺ form. max. 2 mg 0 ₂ / dm ³ and a weakly acidic cation exchanger has a macroporous structure with a pore distribution according to the radius size 1 - 9.10 ⁴ nm 45 - 50%, 1 - 5.10 ² nm 30 - 35%, others - less than 1.10 ² nm, wherein the volume ratio of anion exchange resin and cation exchange resin in the mixture is 2: 1.

Filtr pro čištění pitné vody umožňuje zvýšení stupně a komplexnosti čištění vody, zvýšení efektivnosti procesu při jeho realizaci v dynamických podmínkách a také prodloužení životnosti filtračního nástavce.The filter for drinking water purification allows to increase the degree and complexity of water purification, to increase the efficiency of the process in its implementation under dynamic conditions and also to extend the service life of the filter attachment.

Použití ve filtračním nástavci slabě kyselého karboxylového katexu ve tvaru kulových granulí, který má makropórovitou strukturu s určitým rozložením pórů podle velikosti jejich poloměru, vede ke zvětšení celkové výměnné kapacity na dvojnásobek, jelikož se využívá aktivních skupin na vnitřním povrchu pórů. To umožňuje zvýšit stupeň pohlcování iontů kovů z vody a také odstranit z vody organické příměsi neutrálního typu za cenu fyzické adsorpce, ke které dochází v důsledku přítomnosti neionogenních článků na povrchu pórů.The use of a spherical granule-shaped carboxylic acid cation exchanger having a macroporous structure with a certain pore distribution according to the size of its radius leads to an increase in the total exchange capacity by twice as much as the active groups on the inner pore surface are used. This makes it possible to increase the degree of uptake of metal ions from the water and also to remove neutral type organic impurities from the water at the expense of physical adsorption due to the presence of non-ionic cells on the pore surface.

Chemickou sorpci organických sloučenin kyselého a zásaditého typu zajišťují karboxylové skupiny pryskyřice a neutrální organické sloučeniny nezachycují ani katex, ani anex v běžné průmyslové podobě.The chemical sorption of the acidic and basic-type organic compounds is provided by the carboxyl groups of the resin and the neutral organic compounds do not capture either the cation exchanger or the anion exchanger in conventional industrial form.

Použití silně zásaditého anexu s gelovou strukturou zajišťuje úzký kontakt s kulovými granulemi katexu. Přitom prostorově blízké rozmístěni aktivních skupin opačného znaménka umožňuje efektivně odstraňovat z vody obtížně odstranitelnou příměs silně hydratovaného koloidního železa za cenu rozbití vícevrstevného hydroxidového obalu jeho částic.The use of a strongly basic anion exchanger with a gel structure ensures close contact with the spherical granules of the cation exchanger. At the same time, the spatially close spacing of the active groups of the opposite sign makes it possible to efficiently remove the hardly removable admixture of strongly hydrated colloidal iron from the water at the expense of breaking the multilayer hydroxide coating of its particles.

Objemový poměr anexu a katexu, nabobtnalých v důsledku zpracování vody 2:1, je zvolen s ohledem na úplný výměnný objem a specifické bobtnání pryskyřic a zajišťuje neutrální reakci očištěné vody.The volume ratio of anion exchanger and cation exchanger swollen as a result of the 2: 1 water treatment is selected with respect to the total exchange volume and the specific swelling of the resins and ensures a neutral reaction of the purified water.

Pryskyřice se proplachuje postupným zpracováním průmyslové pryskyřice 10% roztoky HCI a NaOH, s proplachováním vodou mezi jednotlivými etapami a závěrečným proplachováním vodou.The resin is rinsed by sequential processing of the industrial resin with 10% HCl and NaOH solutions, with a water rinse between stages and a final water rinse.

Zvýšení efektivnosti procesu se dosahuje za cenu zvýšení vodního zatížení sorbentú. Ve známém způsobu je poměr voda : sorbent 10-20 : 1 a v navrhovaném 140:1, tzn. pro dosažení stejného stupně vyčištění je zapotřebí mnohem méně sorbentú.Increased process efficiency is achieved at the cost of increasing the water load of the sorbents. In the known method, the water: sorbent ratio is 10-20: 1 and in the proposed 140: 1, i.e., the water-sorbent ratio is 10-20: 1. far less sorbents are required to achieve the same degree of purification.

Použití vypláchnutého anexu vylučuje jeho hydrolýzu při propouštění vody, tedy výskyt organických radikálů v pitné vodě a také zvyšuje stupeň odstranění aniontů z vody.The use of a rinsed anion exchanger eliminates its hydrolysis in the passage of water, i.e. the occurrence of organic radicals in the drinking water, and also increases the degree of anion removal from the water.

Přiklady provedeníExamples of implementation

Příklad 1.Example 1.

Jako výchozí voda byl použit modelový roztok, odpovídající složení přírodní vody, v níž je obsah příměsí ve srovnání s vodovodní vodou zvýšen 10-100 krát.As the starting water, a model solution was used, corresponding to the composition of natural water, in which the content of impurities is increased by 10-100 times compared to tap water.

Jako filtračního materiálu bylo použito směsi nabobtnalého silně zásaditého anexu na polystyrénové bázi gelové struktury ve formě OH' , předem propláchnutím zbaveného rozpustných ve vodě organických zbytků syntézy do hodnoty chemického ukazatele kyslíku výplachové vody 1,8 mg 0₂/dm³ v množství 200 dm³, se 100 dm³nabobtnalého slabě kyselého karboxylového katexu makropórovité struktury ve formě H⁺, s rozložením pórů podle velikosti poloměru: 49% l-9.10⁴nm, 32% l-5.10²nm, ostatní (19%) - menší než 1.10²nm. Katex byl ve tvaru pravidelných kulových granulí a byl mechanicky pevný.A blend of a swollen, strongly basic anion exchange resin on a polystyrene-based gel structure in the form of OH 'was used as filter material, previously flushed free of water soluble organic residues of the synthesis to a chemical indicator of rinse water 1.8 mg 0 ₂ / dm ³ at 200 dm ³ , with 100 dm ^{3 of} swollen weak acid carboxylic cation exchanger of the macroporous structure in the form of H ⁺ , with a pore distribution according to the radius size: 49% l-9.10 ⁴ nm, 32% l-5.10 ² nm, others (19%) - less than 1.10 ² nm. The cation exchanger was in the form of regular spherical granules and was mechanically strong.

Směs sorbentů připravených uvedeným způsobem se vložila do zařízení na čištění vody (vodního filtru) ve tvaru válcové nádoby, do které se zdola pod tlakem přiváděla výchozí voda rychlostí 0,2 dm³ za min. Při tomto experimentu bylo zpracováno celkem 140 sloupových objemů vody. Poslední dávka se analyzovala a porovnala s výchozí vodou. Složení výchozí a očištěné vody je uvedeno v tabulce.The sorbent mixture prepared in this manner was introduced into a water purification device (water filter) in the form of a cylindrical vessel into which the feed water was fed under pressure at a rate of 0.2 dm ³ per minute from below. A total of 140 column volumes of water were processed in this experiment. The last dose was analyzed and compared to the starting water. The composition of the starting and purified water is given in the table.

Příklad 2.Example 2.

Jako výchozí voda byla použita voda z jednoho z podzemních zdrojů Podmoskoví (Oblast pod Moskvou). Postup čištění vody je analogický s postupem uvedeným v Příkladu 1. Složení výchozí a očištěné vody je uvedeno v tabulce.Water from one of the underground sources Podmoskovi (Area under Moscow) was used as the starting water. The water purification procedure is analogous to that described in Example 1. The composition of the starting and purified water is shown in the table.

Zabarvení získané vody se snížilo z 30 na 10°, ukazatel zakalení se snížil ze 3 na 1,5 mg/dm³ .The color of the obtained water decreased from 30 to 10 °, the turbidity indicator decreased from 3 to 1.5 mg / dm ³ .

TabulkaTable

Složení vody před a po vyčištěnísměsí iontů po protečení 140 sloupových objemů vody a porovnání získaných údajů s normou PDKWater composition before and after purification of ion mixtures after 140 column volumes of water flow and comparison of obtained data with the PDK standard

Ukazatel, mg/dm³ Indicator, mg / dm ³ Modelový roztok Model solution Podzemní voda Podmoskoví Underground water PDK PDK Výchozí ' Default ' Očištěná Cleaned Výchozí Očištěná Default Adjusted 1 1 2 2 3 3 4 5 4 5 6 6 pH pH 7,2 7.2 6,9 6.9 7,3 6,71 7.3 6.71 6,5-9,0 6.5-9.0

Tvrdost celk.Hardness tot.

(mg-ekv./1) (mg-eq./1) 5,0 5.0 3,0 3.0 3, 3, 5 5 2,5 2.5 - - ChPK mg O₂ /1ChPK mg O _2/1 10,0 10.0 2,0 2,0 5, 5, 0 0 1,9 1.9 2,0 2,0 Dusičnany (N) Nitrates (N) 20,0 20.0 2,5 2.5 0, 0, 5 5 0,1 0.1 10 10 Fluor Fluor 5,0 5.0 1,0 1.0 0, 0, 5 5 0,2 0.2 1,2 1,2 Sírany Sulphates 200 200 100 100 ALIGN! 60 60 30 30 - - Kyanidy Cyanides 5,0 5.0 0,05 0.05 o, O, 02 02 / 0,01 0.01 0,1 0.1 Ropné prod. Petroleum prod. 1,0 1.0 0,09 0.09 0, 0, 03 03 / 0,01 0.01 - - Fenol Phenol 1,0 1.0 0,01 0.01 0, 0, 01 01 0,005 0.005 - - Pesticidy Pesticides 1,0 1.0 nezj iš. nezj iš. 0, 0, 01 01 0,005 0.005 - - Železo Iron 5,0 5.0 0,2 0.2 0, 0, 5 5 0,2 0.2 0,3 0.3 Zinek Zinc 5,0 5.0 0,1 0.1 1, 1, 0 0 0,05 0.05 - - Hliník Aluminium 5,0 5.0 0,03 0.03 0, 0, 5 5 0,01 0.01 0,05 0.05 Měď Copper 5,0 5.0 0,5 0.5 0, 0, 5 5 0,05 0.05 0,05 0.05 Olovo Lead 1,0 1.0 0,03 0.03 0, 0, 05 05 / 0,01 0.01 0,03 0.03 Kadmium Cadmium 1,0 1.0 0,01 0.01 0, 0, 03 03 / 0,01 0.01 0,05 0.05 Množ.-index Qty-index : 3 : 3 0 0 3 3 1 1 3 3

Filtr dle vynálezu umožňuje dodatečně vyčistit vodovodní vodu a zlepšit její organoleptické vlastnosti. Jelikož složení vodovodní vody odpovídá GOSTu, určuje se množství příměsí ve vodě po jejich nahromadění na pryskyřici za 30-40 dní.The filter according to the invention makes it possible to additionally purify the tap water and improve its organoleptic properties. Since the tap water composition corresponds to GOST, the amount of impurities in the water is determined after 30-40 days of accumulation on the resin.

Spotřeba pryskyřice při objemu 0,3 dm³, používané pro dodatečné vyčištění kupř. moskevské vodovodní vody, při rychlosti proudění 0,2 dm³ za min je 5000 dm³ .Resin consumption at a volume of 0.3 dm ³ used for post-cleaning eg. Moscow tap water, at a flow rate of 0.2 dm ³ / min is 5000 dm ³ .

Uvedený filtr pro čištění pitné vody umožňuje takto vyčistit na hodnoty nižší, než určují normy PDK pro pitnou vodu jak přírodní, tak silně znečištěnou vodu s účinností 90-99%.The drinking water purification filter thus makes it possible to purify both natural and heavily contaminated water with an efficiency of 90-99% below the PDK standards for drinking water.

Směsi může být opakovaně použito - vydrží až 100 sorpčních-regeneračních cyklů. Jedna náplň směsi ve filtrační jednotce určené pro použití v domácnosti slouží k získávání pitné vody nejméně 1 rok.The mixture can be reused - it can withstand up to 100 sorption-regeneration cycles. One filling of the mixture in a filter unit intended for domestic use is used to obtain drinking water for at least 1 year.

Dále filtr sestávající ze směsi pryskyřic uvedené struktury, umožňuje získat dezinfikovanou vodu, jelikož tato směs má baktericidní vlastnosti, zvláště pak poté, co se v ní nahromadí ionty těžkých kovů, které zabíjejí bakterie. Proto i po vyčerpání účinku pryskyřice na těžké kovy a soli způsobující tvrdost vody, zůstávájí její baktericidní účinky zachovány.Furthermore, a filter consisting of a mixture of resins of said structure makes it possible to obtain disinfected water, since this mixture has bactericidal properties, especially after it has accumulated in it heavy metal ions that kill bacteria. Therefore, even after exhaustion of the effect of the resin on heavy metals and salts causing water hardness, its bactericidal effects remain.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Filtr pro čištění pitné vody je určen k celkovému čištění vodovodní vody od různých příměsí: rzi, těžkých kovů, organických sloučenin chlóru, ropných produktů. Pomocí filtru se odstraňují nepříjemné zápachy, zakalení a zabarvení. Přefiltrovaná voda se dokonale hodí k pití a přípravě pokrmů. Uvedený filtr může být využit pro získávání pitné vody při úpravě vody, včetně zařízení užívaných v domácnostech.The filter for drinking water purification is intended for the overall purification of tap water from various impurities: rust, heavy metals, organic chlorine compounds, petroleum products. The filter removes unpleasant odors, turbidity and discoloration. Filtered water is perfect for drinking and cooking. The filter may be used to obtain drinking water for water treatment, including domestic appliances.

Claims

Filter alkaline bicarbonate for purifying drinking water, comprising a mixture of strong anion exchanger on a polystyrene basis in the OH form and the weakly carboxyl cation exchanger in H ⁺ form, characterized in that the strongly basic anion exchange resin has a gel structure and value of the chemical indicators Oxygen max. 2 mg 0 ₂ / dm ³ , weakly acid cation exchanger has macroporous structure with pore distribution according to radius size 1 - 9.10 ⁴ nm 45 - 50%,

1 - 5.10 ² nm 30-35%, the other - less than 1.10 ² nm, the volume ratio of anion exchange resin and cation exchange resin in the mixture is 2: 1.