ЭФФЕКТИВНОСТЬ НОВОГО ВЫСОКОПОРИСТОГО НАНОКОМПОЗИТА В ПРОЦЕССАХ ВОДОПОДГОТОВКИ - Студенческий научный форум

V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

ЭФФЕКТИВНОСТЬ НОВОГО ВЫСОКОПОРИСТОГО НАНОКОМПОЗИТА В ПРОЦЕССАХ ВОДОПОДГОТОВКИ

Горелова Е.И. 1
1Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Как известно, вода является источником всего живого на Земле. Первые земные микроорганизмы появились именно в воде. Но так же, как чистая вода рождает жизнь, грязная - часто приносит гибель. Порой целые государства исчезали из-за плохой воды. Вполне вероятно, что так произошло со знаменитой Римской империей. Водопровод был гордостью римлян. Люди верили, что пьют чистую воду, а тем временем медленно убивали себя. Часть труб водопроводной системы была сделана из свинца, который вызывал раковые заболевания, поэтому большинство римлян не доживали до 30 лет.

Вода - основа жизнедеятельности. Сохранение объема и чистоты запаса пресной воды обеспечивается процессами кругооборота в природе. Нарушение одного из звеньев этого процесса ставит под угрозу существование всего живого на Земле. Сейчас, когда объем водопотребления сравним с объемом запаса пресной воды, природные процессы не могут справиться с потоком загрязнений, поступающих с возвращаемой после использования человеком водой [1].

В результате качество воды наименее защищенных поверхностных источников постоянно снижается. За последние 30 лет в поверхностных водах содержание нефтепродуктов, ПАВ, тяжелых металлов увеличилось в 100 - 1000 раз. Отмечено ухудшение качества и более защищенных подземных вод. Отрицательное влияние производственных, хозяйственно-бытовых, а также поверхностных (дождевых, талых) сточных вод на формирование природных вод является общепризнанным. Люди все чаще задумываются о том, какую воду они пьют, и какое влияние она на них оказывает. Благодаря усилиям средств массовой информации, практически каждый житель крупного города знает, что воду из-под крана перед употреблением следует доочищать. Поэтому спрос на фильтры для воды, вот уже в течение 15 лет, в нашей стране, остается стабильным и ежегодно повышается на 10-15 % в год.

Фильтры для очистки воды подразделяются на механические, ионообменные и обратноосмотические. Очистка от механических примесей не всегда является достаточной, поэтому применяются ионообменные фильтры [2].

Принцип действия ионообменного действия фильтра - обмен ионов, находящихся в твердой фазе, с ионами раствора. Твердое вещество при этом не растворяется в растворе. Их недостатком является то, что в процессе очистки воды они удаляют из нее не только опасные соединения (например, ионы тяжелых металлов), но и полезные минеральные вещества (кальций, калий, магний). А нам известно, что систематическое отсутствие в воде калия приводит к сердечно-сосудистым заболеваниям, магния - к слабоумию, а кальция - к замедлению развития опорно-двигательной системы у детей, и разрушению костей у взрослых. Единственным возможным способом, которым можно предотвратить подобные негативные влияния воды, очищенной обратно-осмотическими фильтрами, является ее минерализация. Для ее проведения требуются дополнительные затраты на дозирующие поступление минеральных веществ в воду устройства, что существенно увеличивает стоимость фильтра. Кроме того, смоделировать природный состав воды в большинстве случаев очень сложно или практически невозможно.

Для преодоления вышеуказанных недостатков фильтров известных марок, использующих ионообменную смолу в качестве основного фильтрующего материала, разработан сорбент (БАКС-001) на основе соединений диоксида кремния, углерода и серебра[3].

Фильтрующий материал представляет собой высокопористый нанокомпозит с удельной поверхностью до 900 м2/г. Присутствие наночастиц восстановленного серебра образует огромную поверхность (в фильтре производительностью 150 л/ч это составляет более 1км2). Ввиду того, что на поверхности восстановленного серебра образуется двойной электрический слой, на внешней стороне которого находятся ионы серебра, их вполне достаточно для получения бактерицидного эффекта и удаления хлора и сероводорода (в случае его присутствия) из воды. При этом расход серебра практически отсутствует.

Фильтры, снабженные фильтрующим материалом «БАКС-001» обладают бесспорными  техническими преимуществами перед известными марками «Барьер», «Аквафор», «Гейзер», «Atoll» и т.д.:

1.  Фильтры «Filter forever» при работе сорбируют из очищаемой воды техногенные примеси (ионы тяжелых металлов, пестициды, активные хлор, нефтепродукты), при этом полезные минеральные вещества, необходимые для нормального функционирования, остаются в воде без изменений (см табл.).

2.  В процессе эксплуатации установлено, что нанокомпозит, помещенный в 2-х литровый корпус фильтра (см рис.) высотой 300мм, практически не имеет гидродинамического сопротивления. Это происходит за счет пор, пронизывающих гранулы нанокомпозита во всех возможных направлениях. Это обеспечивает высокую линейную скорость очищаемой жидкости - более 100 м3/м2 · ч.

3. За счет высокой удельной поверхности фильтрующего материала - 750-900 м2/г обеспечивается сорбция техногенных примесей без диффузионных кинетических ограничений. При очистке солоноватых вод, фильтр «Filter forever», наряду с  «БАКС-001», снабжается ионообменным материалом пищевого класса в Н+ и ОН- формах соответственно.

4. 100%-я очистка от патогенной микрофлоры осуществляется за счет наночастиц восстановленного до металла высокопористого серебра. Размер наночастиц серебра составляет 20-80 нм. Бактерицидный эффект осуществляется с помощью ионов серебра, находящихся в  двойных электрических слоях, расход серебра при этом отсутствует.

5. Сырье, необходимое для синтеза нанокомпозита «БАКС-001», имеет отечественное происхождение.

Таблица. Результаты исследования состава воды, проведенные ООО «Независимой лаборатория ИНВИТРО» № 1404 от «19» апреля 2011г.

№ п/п

Номенклатура показателей, единицы измерения

Значение показателя

ПДК(предельно допустимая концентрация

Метод испытаний (ссылка на НД)

Образец водопроводной воды Северного района г.Воронежа

Образец воды,

очищенной фильтром марки

«Аквафор»

Образец воды, очищенной фильтром марки

«Filter forever»

1.

Алюминий, мг/дм3

<0.02

<0.02

<0.02

0,5

МВИ 01.1:1.2.3.4.11-05

2.

Железо общее, мг/дм3

0,06

<0,005

<0,005

0,3

ФР.1.з 1.2005.01433

 

 

 

 

 

 

МУ 08-47/165

3.

Марганец, мг/дм3

<0,005

0,018

<0,005

0,1

МУК 4.1.1516-03

4.

Кадмий, мг/дм3

<0,0002

<0,0002

<0,0002

0,001

МУК 4.1.1504-03

5.

Медь, мг/дм3

<0,0006

<0,0006

<0,0006

1,0

МУК 4.l.1504-03

6.

Свинец, мг/дм3

<0,0002

<0,0002

<0,0002

0,03

МУК 4.1.l504-03

7.

Кальций, мг/дм3

78,6

67,0

71,8

25 -130,0

РД 52.24.403-2007

8.

Магний, мг/дм3

11,0

10,2

10,7

5 - 65,0

ГОСТ 23268.5-78

9.

Натрий, мг/дм3

21,5

42,5

21,8

200,0

ФР.1.31.2005.01774

10.

Калий, мг/дм3

3,5

44,5

1,9

20,0

ФР.1.31.2005.01774

11.

Нитраты, мг/дм3

9,1

3,2

7,6

45,0

ФР.1.31.2005.01774

12.

Щелочность, ммоль/дм3

4,1

5,8

4,3

0,5 - 6,5

РД 52.24.493-2006

13.

Жесткость общая, ºЖ

4,9

4,2

4,5

7,0

ГОСТ Р 52407-2005

14.

Водородный показатель (рН), ед.

7,3

7,4

7,3

6,0- 9,0

ПНДФ 14.1:2:3.4.121-97

15.

Нефтепродукты, мг/дм3

<0,005

<0,005

<0,005

0,1

МУК 4.l.1262-03

16.

Мутность, ЕМФ/дм3

<0,5

<0,5

<0,5

2,6

ГОСТ 3351-74

17.

Цветность, град.

5

8

5

20

ГОСТ Р 52769-2007

18.

Привкус, баллы

1

0

0

2

ГОСТ 3351-74

19.

Запах, баллы

2

0

0

2

ГОСТ 3351-74

20.

Аммиак (по азоту), мг/дм3

0,13

1,16

<0,04

2,0

ПНДФ 14.1:2.1-95

21.

Сульфаты, мг/дм3

33,1

29,1

40,1

500,0

ПНДФ 14.1:2.l59-2000

22.

Хлориды, мг/дм3

21,4

29,0

21,8

350,0

ГОСТ 4245-72

23.

Фториды, мг/дм3

0,41

0,35

0,38

1,5

ФР.l.31.2005.01774

24.

Сульфиды (сероводород), мг/дм3

<0,002

<0,002

<0,002

0,003

ПНД Ф 14.1:2:4.178-02

25.

Общая минерализация, мг/дм3

395,3

528,3

398,5

1000,0

ПНД Ф 14.l:2.114-97

Рис. «Filter forever»

Принцип действия «Filter forever» заключается в том, что сырая неочищенная вода из водопровода или природного источника (в том числе, открытых водоемов: рек, прудов, водохранилищ или скважин) подается на фильтр снизу-вверх под избыточным давлением 0,2÷6,0 атм.  через нижний штуцер (2) и попадает в камеру-ловушку крупных частиц (железная окалина, песок) (14), образованную крышкой (8) и нижним распределительным устройством (4). После прохождения всего слоя сорбента очищенная вода собирается в камере сборки фильтрата (15), образованной верхним распределительным устройством (5) и конусообразной частью корпуса (1); и через верхний штуцер (3) подается потребителю.

Отличительной особенностью фильтров серии «Filter forever»является

1. избирательная сорбция техногенных примесей при сохранении в очищенной воде природного солевого состава, необходимого для обменных процессов в нашем организме,

2. сохранение в составе воды высокодисперсного кремния, который крайне необходим для нашей жизнедеятельности и выведения из организма токсинов; кластеры углерода ответственны за сорбцию нефтепродуктов, пестицидов, гуминовых и фульвокислот.

Микрочастицы диоксида кремния, несущие на своем каркасе отрицательный заряд поглощают ионы железа в степени окисления (2+) и (3+), тяжелые металлы и радионуклиды.

Следует отметить, что места кооперативного связывания кластеров углерода и диоксида  кремния являются наиболее активными центрами сорбции техногенных примесей несущих на поверхности заряд любого знака.

Авторами экспериментально установлено, что 40 регенераций фильтрующего материала не повлияло сколько-нибудь заметно на физико-химические свойства серебряной углекерамики. Учитывая тот факт, что регенерация происходит раз в 3-4 года, расчетный период эксплуатации фильтрующих насадок составляет 120-160 лет. Давая трехкратный запас по ресурсу, получаем, что срок в течение 40-50 лет безотказной работы фильтрующей серебряной углекерамики вполне реален.

 

Список литературы

1.Авакян А.Б. Рациональное использование водных ресурсов/ А.Б. Авакян, В.М. Широков. - Екатеринбург: «Виктор», 1994. - 320с

2.Востриков С.В. Подготовка воды для пищевых производств и контроль ее качества:

учеб.пособие / С.В. Востриков, С.А. Довгань. - Воронеж: ВГТА, 2010. - 293с.

3. Патент РФ №102195 Фильтрующий материал и фильтр для очистки воды// Горелов И.С., Горелова Е.И.  - Опубл. Бюл. № 5, 2011.

Просмотров работы: 1435