ФИЛЬТРУЮЩИЙ ПАТРОН ДЛЯ ОЧИСТКИ ХРОМСОДЕРЖАЩЕЙ ВОДЫ

Полезная модель предназначена для получения доброкачественной питьевой воды и может быть использована в бытовых фильтрах в качестве сменного фильтрующего патрона для очистки питьевой воды с повышенным содержанием хрома (III, VI).
Существует способ очистки воды от хроматов [RU 2104958], включающий пропускание воды через фильтры с высокоосновной анионобменной смолой с последующей регенерацией ее реакционным агентом, отличающийся тем, что регенерацию ведут растворами солей сильных кислот и щелочных металлов или их смесью, а полученные элюаты очищают от хроматов и повторно используют после корректировки состава и подкисления, причем регенерационный раствор используют с массовой концентрацией солей 4 10% и pH ~3.
Недостатком такого способа является невозможность очистки воды до состояния, пригодного для питья.
Известен способ очистки сточных вод от ионов хрома (III, VI) осаждением труднорастворимых соединений [RU 2377188], отличающийся тем, что
обработку сточных вод проводят последовательным добавлением сначала раствора гидроокиси или карбоната щелочного металла до pH 7-8, затем после отделения образующегося осадка добавляют известковую воду в эквимолярном количестве к содержанию хрома (VI), затем после отделения образующегося осадка добавляют отработанный электролит гальванического процесса цинкования в количестве, определяемом предварительной пробой, и в конце - отработанный электролит свинцового производства с известной концентрацией ионов свинца.
Недостатком такого способа является многостадийность процесса очистки с последовательным добавлением различных растворов, что сложно осуществить в бытовых условиях, а также невозможность очистки воды до состояния, пригодного для питья.
Технической задачей является изыскание способа очистки воды от хрома (III, VI), который вносил бы минимальные изменения в конструкционные элементы фильтрующего патрона, например такого, который производится под маркой «Барьер».
Наиболее близким по совокупности признаков техническим решением является фильтровальный патрон [RU 74822] (прототип), содержащий узел подачи очищаемой воды, соединенный с узлом крепления в фильтре, соединенным с узлом фильтрации, соединенным с узлом вывода очищенной воды, узел фильтрации выполнен в виде оболочки, наполненной смесью адсорбирующих компонентов, узел подачи очищаемой воды выполнен в виде конусообразной оболочки с радиальными прорезями, узел крепления в фильтре выполнен в виде цилиндрической оболочки с резьбой на наружной поверхности, узел вывода очищенной воды выполнен в виде воронки с тупым углом и отверстием посредине, над узлом фильтрации установлена сетка, отличающийся тем, что между узлом фильтрации и узлом вывода очищенной воды установлен дополнительный узел фильтрации, сетка узла фильтрации выполнена плоской.
3
Узел фильтрации заполнен смесью адсорбирующих компонентов, состоящей из смеси серебросодержащего и несеребросодержащего активных углей с йодным числом не менее 1 г/см и дополнительно содержит карбоксильный катионит, при этом серебросодержащий активный уголь содержит серебро в количестве не менее 0.1 мас.%.
Дополнительный узел фильтрации выполнен в виде сетки со слоями нетканого фильтровального полотна из ионообменного волокна.
Недостатком является то, что выбранная в качестве прототипа полезная модель эффективно работает лишь для воды с высоким содержанием железа, при этом степень удаления хрома крайне низка.
Заявляемый в качестве полезной модели фильтрующий патрон направлен на достижение комплексной и эффективной в бытовых условиях очистки воды, характеризующейся повышенным содержанием хрома (III, VI).
Технический результат достигается тем, что предложен фильтрующий патрон для очистки хромсодержащей воды, состоящий из последовательно соединенных: узла подачи очищаемой воды, включающего оболочку с радиальными прорезями, снабженного средством крепления в фильтре, выполненного в виде цилиндрической оболочки с резьбой на наружной поверхности; узла фильтрации, выполненного в виде полого цилиндра, на основаниях которого установлены сетки, и снабженного смесью гранулированных адсорбирующих компонентов и слоем нетканого фильтрующего полотна, прилегающим с внутренней стороны к сетке в нижней части узла фильтрации; узла вывода очищенной воды, выполненного в виде воронки с тупым углом и отверстием посредине; отличающийся тем, что содержит полимерный контейнер, прилегающий с внутренней стороны к сетке в верхней части узла фильтрации, снабженный отверстиями и содержащий гранулированный материал-восстановитель, при этом в качестве восстановителя используется материал, обладающий окислительно-восстановительным потенциалом, достаточным для восстановления хрома (VI) до хрома (III), с размером гранул 0.5÷1.2 мм, а количество восстановителя составляет 3÷10 об.%.
Целесообразно, что в качестве смеси гранулированных адсорбирующих компонентов используется следующая композиция, мас.%:
серебросодержащий активированный уголь
с размером гранул 0.6÷1.7 мм
- 20÷50;
активированный уголь
с размером гранул 0.3÷0.6 мм
- 20÷50;
карбоксилсодержащие катиониты
- 5÷40,
при этом содержание серебра в серебросодержащем активированном угле составляет не менее 0.1 мас.%.
3+
2-
2
7
Предпочтительно, что материал-восстановитель имеет стандартный окислительно-восстановительный потенциал, отличающийся от стандартного окислительно-восстановительного потенциала пары Cr/CrO  не менее чем на 0.4 В.
Предпочтительно, что материал-восстановитель выбирают из ряда: сульфит магния, сульфит кальция, сульфит цинка, сульфид магния, сульфид кальция.
Предпочтительно, что слой нетканого фильтрующего полотна изготавливается из катионообменного волокна или комбинации катионообменных и анионообменных волокон.
2
7
2-
3+
Сущность предлагаемого фильтрующего патрона заключается в том, что для повышения эффективности очистки питьевой воды от хрома (VI) дополнительно используется восстановитель, который обеспечивает переход хрома из степени окисления +6 (форма присутствия в растворе - CrO ) в степень окисления +3 (форма присутствия в растворе - Cr до контакта с фильтрующей смесью, что позволяет достичь его высокоэффективной сорбции гранулированными и волокнистыми ионообменными материалами в процессе фильтрации.
Использование верхней сетки позволяет не допустить вымывание смеси гранулированных сорбентов из узла фильтрации.
Использование слоя нетканого фильтрующего полотна, прилегающего к сетке узла фильтрации, находящейся со стороны узла вывода очищенной воды, позволяет также избежать вымывания частиц фильтрующей смеси из фильтрующего патрона и увеличить эффективность удаления вредных примесей.
Заявляемое содержание в смеси 3÷10 об.% восстановителя позволяет адаптировать использование фильтрующего патрона для очистки питьевой воды с различным содержанием хрома (VI).
Введение менее 3 об.% восстановителя не позволяет достичь снижения концентрации хрома (VI) до уровня ниже ПДК. Введение более 10 об.% является нецелесообразным, поскольку содержание 10 об.% восстановителя обеспечивает достижение концентрации хрома (VI) в фильтрате, соответствующей пределу обнаружения методики его определения. Кроме того, это экономически неоправданно.
Размер гранул восстановителя обусловлен тем, что гранулы размером менее 0.5 мм ухудшают гидродинамику, в данном случае, снижают скорость фильтрации, а более 1.2 мм не позволяют достичь желаемых показателей по эффективности удаления хрома (VI), т.к. эффективная поверхность восстановителя снижается.
Восстановитель получали путем экструдирования или таблетирования прессованием порошкообразного материала.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом и примерами ее реализации.
На Фиг. представлен чертеж фильтрующего патрона для очистки хромсодержащей воды, на котором: 1 - радиальные прорези; 2 - узел подачи очищаемой воды; 3 - средство крепления в фильтре; 4 - верхняя сетка; 5 - контейнер; 6 - гранулированный материал-восстановитель; 7 - узел фильтрации в виде полого цилиндра; 8 - смесь гранулированных адсорбирующих компонентов; 9 - слой нетканого фильтрующего полотна; 10 - нижняя сетка; 11 - узел вывода очищенной воды в виде воронки с тупым углом; 12 - отверстие воронки.
Фильтрующий патрон работает следующим образом (Фиг.).
С помощью средства крепления (3) патрон устанавливают в бытовой фильтр. Резьбовое соединение фильтрующего патрона и фильтра позволяет с достаточной степенью свободы перемещать и наклонять фильтр.
Очищаемая вода через радиальные прорези (1) оболочки узла подачи очищаемой воды (2) попадает на верхнюю сетку (4) и далее в узел фильтрации (7), в котором сначала проходит через полимерный контейнер (5), снабженный отверстиями и содержащий гранулированный материал-восстановитель (6), при этом хром, содержащийся в жидкости, восстанавливается до той степени окисления, которая эффективно сорбируется смесью гранулированных адсорбирующих компонентов (8), расположенной в узле фильтрации (7) следом за контейнером (5) по току жидкости. Проходя через смесь гранулированных адсорбирующих компонентов (8), жидкость также очищается от активного хлора, органических и хлорорганических соединений, пестицидов, нефтепродуктов, неприятных запахов и привкусов. Карбоксильный катионит, содержащийся в смеси, снижает жесткость воды и содержание тяжелых металлов. Наличие серебра в составе гранулированных сорбентов предотвращает биообрастание материала, т.е. создает бактериостатический эффект. Далее очищаемая вода попадает на слой нетканого фильтрующего полотна (9), где задерживаются взвешенные мелкодисперсные примеси и происходит дополнительная селективная очистка.
На выходе из узла фильтрации вода проходит через нижнюю сетку (10), попадает в узел вывода очищенной воды (11) и через отверстие (12) в тупоугольной воронке узла вывода выливается в емкость сбора очищенной воды.
В качестве примеров приведены данные протокола лабораторных исследований проб воды из системы централизованного водоснабжения г. Москвы, искусственно контаминированных исследуемыми загрязнителями, до и после использования заявляемого фильтрующего патрона.
Пример 1. Фильтрующий патрон, содержащий 3 об.% восстановителя.
Показатель
Вода до прохождения через фильтр, патрон
Вода после прохождения через фильтр, патрон
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Хром (VI), мг/дм<sup>3</sup>
0.35
0.012
0.05
Хром (III), мг/дм<sup>3</sup>
1.0
0.004
0.5
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.9
0.084
0.3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2.0
0.082
1.0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0.006
<0.0001
0.0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0.005
<0.0001
0.001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0.06
<0.0001
0.03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1.2
0.058
0.3÷0.5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0.80
<0.005
0.2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0.05
0.0009
0.01
Гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0.02
<0.0001
0.002
Пример 2. Фильтрующий патрон, содержащий 10 об.% восстановителя.
Показатель
Вода до прохождения через фильтр, патрон
Вода после прохождения через фильтр, патрон
Норматив по СанПиН 2.1.4.1074-01
Хром (VI), мг/дм<sup>3</sup>
0.35
0.002
0.05
Хром (III), мг/дм<sup>3</sup>
1.0
0.003
0.5
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.9
0.074
0.3
Медь, мг/дм<sup>3</sup>
2.0
0.081
1.0
Ртуть, мг/дм<sup>3</sup>
0.006
<0.0001
0.0005
Кадмий, мг/дм<sup>3</sup>
0.005
<0.0001
0.001
Свинец, мг/дм<sup>3</sup>
0.06
<0.0001
0.03
Свободный хлор, мг/дм<sup>3</sup>
1.2
0.064
0.3÷0.5
Фенол, мг/дм<sup>3</sup>
0.01
<0.0001
0.001
Хлороформ, мг/дм<sup>3</sup>
0.80
0.012
0.2
Бензол, мг/дм<sup>3</sup>
0.05
0.0012
0.01
Гамма-ГХЦГ (линдан), мг/дм<sup>3</sup>
0.02
0.0008
0.002
Выполнение заявленного фильтрующего патрона для очистки питьевой воды позволяет обеспечить эффективное удаления излишних количеств солей и загрязнений, а за счет введения восстановителя и нетканого фильтрующего полотна позволяет также использовать источники водоснабжения с повышенным содержанием хрома (III, VI).