UA74083C2

UA74083C2 - A method for water decontamination

Info

Publication number: UA74083C2
Application number: UA2004021310A
Authority: UA
Inventors: Vladyslav Volodymyro Honcharuk; Larysa Leonidivna Lysenko; Tetiana Yuriivna Dulneva; Dmytro Dmytrovych Kucheruk; Iryna Dmytrivna Atamanenko; Tetiana Ivanivna Levadna
Original assignee: Dumanskyi Inst For Colloid Che
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-10-17

Abstract

The invention relates to the field of water treatment and can be used for natural, mineralized and waste waters decontamination. The applied method provides an increase of process productivity while achieving in practice the full decontamination. The method includes passing water through the ceramic filter being placed in the electric field, the anode is disposed in the middle of filter and the process is performed with a gradient of potential of 10-25 V/cm, at that the ratio of microorganisms sizes and filter pores is of 1:(3-10), respectively.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі обробки води, промислових і побутових стічних вод, зокрема, до 2 мікрофільтрації за допомогою керамічних трубчастих мембран і може бути використаний для знезаражування природних, мінерализованих і стічних вод.The invention relates to the field of water treatment, industrial and domestic wastewater, in particular, to 2 microfiltration using ceramic tubular membranes and can be used for disinfection of natural, mineralized and wastewater.

Відомий спосіб очищення води пористими керамічними фільтрами ІГилев В.Г., Глушанкова И.С. //ТезисьA known method of water purification with porous ceramic filters V.G. Igylev, I.S. Glushankova. //Here you are

Всерос. науч.конф. "Мембрань-2001".-Москва, 2001.С. 139) (11.Vseros scientific conference "Membrane-2001".-Moscow, 2001. P. 139) (11.

Даний спосіб призначений для очищення вод модельних розчинів від типових домішок промислових стічних вод і природних вод пористими керамічними фільтрами. Розмір пор зразків у залежності від параметрів технологій складав 0,3-1,6мкм. Використовувані фільтрівні матеріали забезпечували ступінь очищення від забруднювачів на 60-9995, значно зменшувалися кольоровість і мутність води.This method is intended for cleaning the waters of model solutions from typical impurities of industrial wastewater and natural waters with porous ceramic filters. The pore size of the samples, depending on the technological parameters, was 0.3-1.6 μm. The used filter materials ensured the degree of purification from pollutants by 60-9995, the color and turbidity of the water were significantly reduced.

Відомий спосіб (1| не передбачає рішення проблеми знезараження води. Згідно з нашими даними при використанні керамічного фільтра з розміром пор 0,72мкм відбувається практично повне знезараження води від т мікробіологічної культури Е.соїї (кишкової палички). Продуктивність складає 0,58м/(м7ч) при тиску 04мПа.The known method (1) does not provide a solution to the problem of water disinfection. According to our data, when using a ceramic filter with a pore size of 0.72 μm, water is practically completely disinfected from the microbiological culture of E. soy (Escherichia coli). The productivity is 0.58 m/( m7h) at a pressure of 04 mPa.

Таким чином, недоліком відомого способу |1| є відносно невисока продуктивність у процесі знезараження води.Thus, the disadvantage of the known method |1| there is a relatively low productivity in the process of water disinfection.

Найбільш близьким аналогом до винаходу за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб підготовки питної води (США, 05 Патент 6051140, МПК 1302 РЕ 1/50, 9/00. Публ. 18.04.2000) (21.The closest analog to the invention in terms of technical essence and the result achieved is the method of preparing drinking water (USA, 05 Patent 6051140, IPC 1302 RE 1/50, 9/00. Publ. 04/18/2000) (21.

Спосіб призначений для одержання питної води як з водопроводу низької якості, так і з води від зовнішнього джерела. Суть способу полягає в наступному: оброблювану воду попередньо очищають шляхом фільтрування через волокнисті матеріали, потім знезаражують з метою видалення головним чином найпростіших фільтруванням води через керамічний фільтр із розміром пор 04мкм. Остаточне знезараження здійснюють з використанням гранульованих матеріалів, що містять препарати йоду. сч 29 Для визначення ефективності відомого способу |2) нами були проведені досліди по знезараженню модельних (3 розчинів, приготовлених на водопровідній воді з внесенням мікробіологічної культури Е.соїї. КонцентраціяThe method is intended for obtaining drinking water both from a low-quality water supply and from water from an external source. The essence of the method is as follows: treated water is pre-cleaned by filtering through fibrous materials, then disinfected in order to remove mainly the simplest by filtering water through a ceramic filter with a pore size of 04μm. Final disinfection is carried out using granular materials containing iodine preparations. ch 29 To determine the effectiveness of the known method |2), we conducted experiments on the disinfection of model (3) solutions prepared in tap water with the introduction of a microbiological culture of E. soya. Concentration

Е.соїї складала 10бод/дм3, що відповідає її середньому вмісту у водах поверхневих джерел.E. soy was 10 bod/dm3, which corresponds to its average content in the waters of surface sources.

При фільтруванні вихідної води через керамічний мікрофільтр із розміром пор 0,72мкм повне знезараження с води забезпечується в діапазоні робочого тиску 0,2-0,4мПа, продуктивність при цьому відповідно змінюється від 0,32 до 0,58мЗ/(м год). соWhen filtering the source water through a ceramic microfilter with a pore size of 0.72 μm, complete disinfection of the water is ensured in the working pressure range of 0.2-0.4 mPa, while the productivity accordingly varies from 0.32 to 0.58 mZ/(m h). co

Таким чином, основним недоліком відомого способу |2) є недостатньо висока продуктивність при досягненні о повного знезаражування. Як ми вважаємо, це пов'язано з невеликим розміром пор мікрофільтра і досить швидким їхнім закупорюванням. «Thus, the main drawback of the known method |2) is insufficiently high performance when achieving complete disinfection. In our opinion, this is due to the small size of the pores of the microfilter and their fairly quick clogging. "

В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб знезараження води шляхом фільтрування їм- останньої через керамічний фільтр, поміщений у постійне електричне поле, з розміром пор значно перевищуючим розмір мікроорганізмів, що забезпечило б збільшення продуктивності мікрофільтра при досягненні практично повного знезараження води.The invention is based on the task of improving the method of water disinfection by filtering the latter through a ceramic filter placed in a constant electric field, with a pore size significantly exceeding the size of microorganisms, which would ensure an increase in the performance of the microfilter while achieving almost complete water disinfection.

Для рішення поставленої задачі запропонований спосіб знезараження води, що включає її пропускання через « керамічний фільтр, у якому, відповідно до винаходу, керамічний фільтр розміщують в електричному полі; анодо па) с установлюють в середині фільтра і процес здійснюють із градієнтом потенціалу 10-25В/см, причому співвідношення розмірів мікроорганізмів і пор фільтра складає 1:(3-10), відповідно. :з» Нами встановлено, що в процесі знезараження води шляхом її пропускання через керамічний фільтр, розмір пор якого перевищує розмір мікроорганізмів у 3-10 разів, з одночасним накладенням на зону фільтрування постійного електричного поля з градієнтом потенціалу 10-25ЩВ/см, створюються умови, що забезпечують -І практично повне знезараження води при істотному збільшенні продуктивності процесу.To solve the problem, a method of water disinfection is proposed, which includes passing it through a "ceramic filter, in which, according to the invention, the ceramic filter is placed in an electric field; anode pa) is installed in the middle of the filter and the process is carried out with a potential gradient of 10-25V/cm, and the ratio of the sizes of microorganisms and filter pores is 1:(3-10), respectively. :z" We have established that in the process of disinfecting water by passing it through a ceramic filter, the pore size of which exceeds the size of microorganisms by 3-10 times, with the simultaneous imposition of a constant electric field with a potential gradient of 10-25V/cm on the filtering zone, conditions are created , which provide almost complete disinfection of water with a significant increase in process productivity.

Слід зазначити, що при реалізації способу досягається консервація знезараженої води. Це обумовлено тим, ве що при проведенні процесу очищення відбувається прямий електроліз води, що супроводжується утворенням о хлорвміщуючих дезинфектантів.It should be noted that the implementation of the method achieves conservation of disinfected water. This is due to the fact that during the cleaning process, direct electrolysis of water occurs, which is accompanied by the formation of chlorine-containing disinfectants.

Для реалізації запропонованого способу анод необхідно розміщувати в середині керамічного фільтра, при со цьому через весь об'єм пор забезпечується електроосмотичний перенос, спрямований від центра до зовнішньої с» сторони фільтра. У цьому випадку напрямок електроосмотичного потоку протилежний напрямкові фільтраційного потоку, тобто він виконує роль зворотнього промивання, здійснюваного безпосередньо в процесі знезаражування, у результаті чого відбувається збільшення продуктивності по очищеній воді.To implement the proposed method, the anode must be placed in the middle of the ceramic filter, while electroosmotic transport directed from the center to the outer side of the filter is ensured through the entire volume of pores. In this case, the direction of the electroosmotic flow is opposite to the direction of the filtration flow, that is, it performs the role of backwashing, carried out directly in the disinfection process, as a result of which there is an increase in the productivity of purified water.

Таким чином, сукупність істотних ознак способу знезараження води, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - істотного збільшення (Ф) продуктивності при практично повному знезараженні води з забезпеченням її наступної консервації. ка Спосіб реалізується таким чином.Thus, the set of essential features of the claimed method of water disinfection is necessary and sufficient to achieve the technical result provided by the invention - a significant increase (Ф) in productivity with practically complete water disinfection with the provision of its subsequent conservation. The method is implemented as follows.

Дослідження проведені на мікрофільтраційній установці при робочому тиску 0,2-04мПа і градієнті 60 потенціалу 10-25В/см. Очищення води вели в проточно-рециркуляційному режимі установки, що включає ємність з вихідною водою, насос і мембранний апарат з розміщеним в середині керамічним мікрофільтром. У роботі використовували пористі керамічні фільтри у формі трубки, виготовлені на основі оксиду алюмінію Їх - АгОозThe research was carried out on a microfiltration unit at an operating pressure of 0.2-04 mPa and a gradient of 60 potential of 10-25 V/cm. Water purification was carried out in the flow-recirculation mode of the installation, which includes a container with output water, a pump and a membrane device with a ceramic microfilter placed in the middle. The work used porous ceramic filters in the form of a tube, made on the basis of aluminum oxide. They are AgOoz

Хустським керамічним заводом (Україна). Мікрофільтри мають наступні параметри: довжина - 120мм, зовнішній і внутрішній діаметри відповідно 12 і бмм, середній розмір пор 2,3-7,5мкм. Структурні характеристики визначені 65 за допомогою методу ртутної порометрії. В середині керамічного фільтра розташований спіралеподібний анод, катод із платинового дроту намотується на зовнішню поверхню фільтра.Khust ceramic plant (Ukraine). Microfilters have the following parameters: length - 120mm, outer and inner diameters 12 and bmm, respectively, average pore size 2.3-7.5μm. Structural characteristics were determined 65 using the method of mercury porometry. A spiral-shaped anode is located in the middle of the ceramic filter, a platinum wire cathode is wound on the outer surface of the filter.

Дослідження проведені на модельних розчинах, приготовлених шляхом внесення у водопровідну воду культури Е.Соїї, середній розмір мікроорганізмів - 0,75мкм (Знтеробактерии (Керівництво для лікарів) /Під ред. В.И.Покровського. - М. : Медицина, 1985. - 321 с. ІЗ). Співвідношення розмірів мікроорганізмів і порThe studies were conducted on model solutions prepared by adding E. Soy culture to tap water, the average size of microorganisms - 0.75 μm (Zenterobacteria (Guide for doctors) / Edited by V. I. Pokrovsky. - M.: Medicine, 1985. - 321 p. IZ). The ratio of the sizes of microorganisms and por

Фільтра складає: 1:(3-10), відповідно. Концентрація Е.Соїї у вихідній воді складала 10 6.10 "од/дм3. Процес здійснювали протягом однієї години.The filter is: 1:(3-10), respectively. The concentration of E. Soya in the source water was 10 6.10 units/dm3. The process was carried out for one hour.

Приклад виконання за винаходом.Example of implementation according to the invention.

Готували модельний розчин шляхом внесення у водопроводну воду культури Е.Соїї з концентрацією 10бод/дм? Очищення води вели в проточно-рециркуляційному режимі на мікрофільтраційній установці, описаній 70 вище. Середній розмір пор керамічного фільтра 5,4мкм, при цьому розмір пор перевищує розмір мікроорганізмів у 7,2 рази. Процес фільтрування здійснювали з градієнтом потенціалу 258/см при робочому тиску 0,2мПа протягом 1 години. Вміст Е.Соїї у фільтраті складав менш Зод/дм? при продуктивності 0,71мАм"год) (таблиця, приклад 3).Did you prepare a model solution by adding E. Soya culture with a concentration of 10 bod/dm to the tap water? Water purification was carried out in flow-recirculation mode on the microfiltration unit described 70 above. The average pore size of the ceramic filter is 5.4 μm, while the pore size exceeds the size of microorganisms by 7.2 times. The filtration process was carried out with a potential gradient of 258/cm at a working pressure of 0.2 mPa for 1 hour. Was the content of E. Soya in the filtrate less than Zod/dm? with a productivity of 0.71 mAmh) (table, example 3).

Слід зазначити, що при реалізації процесу знезараження в аналогічних умовах, але без накладення 75 електричного поля, вміст Е.Соїї-95-10Зод/дм?, а продуктивність 0,4ЗмЗ/(м год).It should be noted that when the decontamination process is carried out under similar conditions, but without the imposition of an electric field, the content of E.Soy-95-10Zod/dm?, and the productivity is 0.4ZmZ/(m h).

Аналогічно прикладові конкретного виконання були здійснені досліди по знезараженню води з використанням фільтрів з різним розміром пор, що відповідає заявляемому співвідношенню 1:(3-10) між розмірами мікроорганізмів і пор фільтра, при проведенні процесу в заявляемому діапазоні градієнта потенціалу, а також при позамежних значеннях параметрів, що заявляються.Similar to the exemplary concrete implementation, experiments were carried out on water disinfection using filters with different pore sizes, which corresponds to the claimed ratio of 1:(3-10) between the sizes of microorganisms and filter pores, when the process is carried out in the claimed range of the potential gradient, as well as at out-of-bounds values the declared parameters.

Встановлено, що параметри процесу знезараження, що заявляються, забезпечують необхідну якість води за мікробіологічними показниками (Е.Соїї«3 ед/дм7) з одночасним досягненням відносно високої продуктивності від 0,63 до 1,201мЗАм"год) (таблиця, приклади 1-7) при різній концентрації Е.Соїї.It was established that the declared parameters of the disinfection process ensure the required quality of water according to microbiological indicators (E.Soii«3 units/dm7) with the simultaneous achievement of relatively high productivity from 0.63 to 1.201 mZAm"h) (table, examples 1-7 ) at different concentrations of E. Soyya.

При використанні керамічного фільтру, що забезпечує співвідношення розмірів мікроорганізмів і пор фільтра нижче заявляемого, наприклад, 1:15, хоча і досягається необхідний ступінь знезараження, однак не відбувається с істотного збільшення продуктивності по очищеній воді (таблиця, приклад 8); значення продуктивності о знаходиться на рівні відомого способу (таблиця, приклад 12). У тому випадку, коли співвідношення розмірів мікроорганізмів і пор фільтра вище того, що заявляється, наприклад 1:13, спостерігається істотне збільшення продуктивності, але при цьому погіршується якість води за мікробіологічними показниками, кількість со зо Е.Соїї-153.10Зод/дм (таблиця, приклад 9).When using a ceramic filter that provides a ratio of the size of microorganisms and filter pores below the claimed one, for example, 1:15, although the required degree of disinfection is achieved, there is no significant increase in the productivity of purified water (table, example 8); the performance value o is at the level of the known method (table, example 12). In the case when the ratio of the sizes of microorganisms and the pores of the filter is higher than that stated, for example 1:13, a significant increase in productivity is observed, but at the same time the water quality deteriorates according to microbiological indicators, the amount of SO, E. Soy - 153.10 Zod/dm (table , example 9).

Зменшення градієнта потенціалу нижче межі, що заявляється, наприклад, до 5В/см, призводить до с погіршення якості знезараженої води за мікробіологічними показниками: Е. Соїї-87 10Зед/дм? (таблиця, приклад о 10). Збільшення ж градієнта потенціалу вище межі, що заявляється, наприклад до ЗОВ/см, не приводить до підвищення продуктивності процесу, тобто є економічно недоцільним (таблиця, приклад 11), оскільки при « зв зростанні енерговитрат не досягається більш високий результат. ї-A decrease in the potential gradient below the declared limit, for example, to 5V/cm, leads to a deterioration in the quality of disinfected water according to microbiological indicators: E. Soii-87 10Zed/dm? (table, example at 10). An increase in the potential gradient above the declared limit, for example to ZOV/cm, does not lead to an increase in the productivity of the process, i.e. it is economically impractical (table, example 11), since a higher result is not achieved with an increase in energy consumption. uh-

Високий результат, що забезпечується винаходом, досягається як за рахунок заявляємих параметрів процесу знезараження, так і за рахунок розташування анода в середині фільтра. В прикладі 3" (таблиця) процес знезараження здійснювали при розташуванні катода в середині фільтра. Як випливає з одержаних даних у цьому випадку істотно знижується продуктивність у порівнянні з прикладом З (таблиця): зменшення від 0,71 до « о,4Зм м год), а також відбувається підвищення вмісту мікроорганізмів в очищеній воді від «Зод/ідм' до ШЕ с 11.10Зод/дм 3. а Перевагою запропонованого способу знезараження води, порівняно з відомим, є значне підвищення "» продуктивності процесу при досягненні практично повного знезараження: в діапазоні робочого тиску 0,2-0,4мПа продуктивність збільшується з 0,32-0,58м Зм год) до 0,61-1 21мЗКме год), тобто приблизно в 2 рази.The high result provided by the invention is achieved both due to the proposed parameters of the disinfection process and due to the location of the anode in the middle of the filter. In example 3" (table), the disinfection process was carried out when the cathode was located in the middle of the filter. As it follows from the obtained data, in this case, the productivity significantly decreases compared to example C (table): a decrease from 0.71 to "o.4Sm m h) , and there is also an increase in the content of microorganisms in purified water from "Zod/dm" to SHE with 11.10Zod/dm 3. a The advantage of the proposed method of water disinfection, compared to the known one, is a significant increase "" in the productivity of the process when almost complete disinfection is achieved: in in the working pressure range of 0.2-0.4 mPa, productivity increases from 0.32-0.58 mZm h) to 0.61-1 21 mZKme h), i.e. approximately 2 times.

Достоїнством даного способу є забезпечення консервації знезараженої води, при цьому спосіб є - безреагентним, що підвищує його екологічну і технічну безпеку. щіThe advantage of this method is to ensure the preservation of disinfected water, while the method is reagent-free, which increases its environmental and technical safety. more

Фо ме 1111 Умвизежраютя 111101 Повний о 50 Конц-ия Розмір пор фільтра, (Співвідношення |Градієнт Тиск, мПа Конц-ія Е.Соїї в знезараженій Продуктивнисть, мFome 1111 Umvizezhrayutya 111101 Complete o 50 Concentration Filter pore size, (Ratio |Gradient Pressure, mPa Concentration of E. Soy in decontaminated Productivity, m

Е.Сої у мкм розмірів потенціалу, воді, од/ідм З/м2год) с вихідній з мікроорганізмів і В/см воді, од/дм пор фільтра ю6100м00011002005002з31 ов о ю - ДИНИН Я НИЄ ЛІ НИ НН НО НК НО ПОС НО З ПОС ННЯ гра ня1850100м0018100095 9. 106 10 113 25 04 153. 1,58 б5 103E. Soybeans in μm dimensions of the potential, water, od/dm Z/m2h) with the output from microorganisms and V/cm of water, od/dm filter pore у6100м00011002005002з31 ов о у - DYNIN I NIIE LI NI NN NO NK NO POS NO Z POS NNYA game nya1850100m0018100095 9. 106 10 113 25 04 153. 1.58 b5 103

10. 106 БА 172 5 02 вт. 0,62 й 103 ро в м181 98 7516 б.01-0001001110231 0510. 106 BA 172 5 02 Tues. 0.62 and 103 ro in m181 98 7516 b.01-0001001110231 05

Claims

The formula of the invention A method of water disinfection, which includes passing the latter through a ceramic filter, which differs in that the ceramic filter is placed in an electric field, the anode is placed in the middle of the filter, and the process is carried out with a potential gradient of 10-25 V/cm, and the ratio of the sizes of microorganisms and pores of the filter is 1:(3-10), respectively. Official bulletin "Industrial Property". Book 1 "Inventions, useful models, topographies of integrated microcircuits", 2005, M 10, 15.10.2005. State Department of Intellectual Property of the Ministry of Education and Science of Ukraine. 6) (ze) (ee) «c) « and - -

with . and? -I sh" ("in) ge" SHY syu" ime) 60 b5