Комбинированный способ обеззараживания воды

 

Изобретение относится к способам комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионами серебра и меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов. Способ обеззараживания воды включает ее обработку окислителем с последующим введением ионов серебра и меди, полученных при растворении их солей, причем в качестве окислителя используют озон, который вводят в воду в количестве 0,5-1 мг/л, затем воду выдерживают в течение 0,2-2 ч и при помощи по крайней мере одного устройства дозирования вводят раствор соли серебра до достижения концентрации ионов Аg⁺ в воде, равной 0,005-0,01 мг/л, после чего вводят раствор соли меди до достижения концентрации Сu²⁺, равной 0,05-0,5 мг/л. Предпочтительно озонирование вести при температуре воды 10-20^oС, а олигодинамическую обработку - при 20-30^oС и рН 6,5-8,5. Технический результат - разработка простого, экологически безопасного, эффективного способа обеззараживания водопроводной, в том числе питьевой воды и оборотной воды бассейнов с использованием небольших количеств реагентов, обеспечивающего возможность предотвращения вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца). 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технике комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионами тяжелых металлов, в частности серебра и меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов.

В последние годы в практике обеззараживания воды все шире применяются комбинированные методы обеззараживания воды, например хлорирование и последующее введение химических реагентов, одновременное действие электрического тока или ультразвука и химических реагентов и т.д. ((Л.А.Кульский. Теоретические основы и технология кондиционирования воды, Киев: Наукова думка, 1983, с. 331-335).

Из ЕР 0059978, С 02 F 1/50, 1982 известен способ химической обработки и обеззараживания вод и водных систем, заключающийся в одновременном использовании четвертичных соединений аммония, водорастворимых солей меди и/или серебра и пероксидного соединения, выделяющего при разложении кислород. Этот способ является эффективным, однако требует применения достаточно дефицитных соединений.

Другой известный способ предусматривает обработку воды путем ее пропускания через электролизер с электродами из сплава меди и серебра, предпочтительно содержащими 97% Сu и 3% Аg, при этом полярность и потенциал электродов периодически может быть изменена (см. US 4680114, C 02 F 1/46, 1987). Этот метод позволяет уничтожить бактерии и другие микроорганизмы при помощи относительно небольших количеств ионов серебра и меди, которые, однако, в большинстве случаев превосходят их ПДК в воде, что безусловно требует дополнительных мер по десеребрению и демеднению воды.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является известный из US 5149354, А 01 N 25/08, 1992 способ обеззараживания воды плавательных бассейнов, включающий ее предварительное хлорирование для окисления различных органических и биологических примесей и последующую обработку композицией, проявляющей бактерицидную, альгицидную и фунгицидную активность, содержащую растворимые в воде соли меди в количестве более 50% от всех остальных активных ингредиентов, органический амин, способный образовывать комплексные соединения с ионами меди, соединение серебра, глюконат, способный к образованию комплексных соединений с ионами серебра, и воду. Композицию помещают в специальную емкость с проницаемыми для воды стенками и устанавливают в бассейне. Использование вышеуказанной композиции позволяет уменьшить дозу хлора при одновременном повышении обеззараживающего эффекта. Однако этот метод предусматривает использование большого количества различных реагентов и неприменим для обработки питьевой воды.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлась разработка простого, экологически безопасного, эффективного способа обеззараживания водопроводной, в том числе питьевой, воды и оборотной воды бассейнов с использованием небольших количеств реагентов, обеспечивающего возможность предотвращения вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца).

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее обработку окислителем с последующим введением ионов серебра и меди, полученных при растворении их солей, отличается тем, что в качестве окислителя используют озон, который вводят в воду в количестве 0,5-1 мг/л, затем воду выдерживают в течение 0,2-2 часов и при помощи по крайней мере одного устройства дозирования вводят раствор соли серебра до достижения концентрации ионов Аg⁺ в воде, равной 0,005-0,01 мг/л, после чего вводят раствор соли меди до достижения концентрации Сu²⁺, равной 0,05-0,5 мг/л.

Предпочтительно озонирование воды ведут при температуре 10-20^oС, соли растворяют в отдельных емкостях при температуре воды 15-50^oС, а обработку озонированной воды указанными ионами тяжелых металлов ведут при 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

В частности, обработке подвергают оборотную воду в плавательном бассейне или воду для систем водоснабжения населения, в том числе питьевую.

Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата, а признаки зависимых пунктов усиливают этот результат.

Замена известной из прототипа стадии хлорирования на озонирование исключает выброс газообразного хлора в атмосферу, а также возможность образования токсичных хлорорганических соединений, которые могут вызывать специфические заболевания у населения.

Привлекательность озона для обработки воды по сравнению с хлором или его соединениями обусловлена, в первую очередь, его высокими окислительными свойствами и способностью эффективно разрушать различные неорганические и органические соединения, а также патогенные микроорганизмы, в том числе стойкие к действию хлора. Возможность производства озона на самой очистной станции исключает необходимость его подвоза и хранения. Кроме того, при озонировании воды у нее исчезают неприятный вкус и запах, повышается прозрачность и возрастает содержание растворенного кислорода. Разложение остаточного озона протекает быстро, с выделением кислорода, без образования токсичных соединений. В связи с этим для предотвращения вторичного бактериального заражения воды в настоящем изобретении предлагается проводить обработку воды в несколько стадий: озонирование - выдержка - олигодинамическая обработка ионами серебра - обработка ионами серебра и меди.

Предложенный порядок введения реагентов, их концентрация и время выдержки, а также условия проведения процесса способствуют эффективному обеззараживанию пресной воды систем водоснабжения и оборотной воды плавательных бассейнов, в процессе эксплуатации которых в воду попадают бактерии, вирусы, грибки и различные органические соединения, причем наблюдается синергетический эффект от применения озона и малых концентраций ионов серебра и меди. Этот эффект, по-видимому, связан с тем, что в сильно окисленной среде, создаваемой озоном, возникают условия для перехода Аg⁺ в Аg²⁺. Образовавшиеся катионы Аg²⁺, обладая повышенной индивидуальной окислительной способностью, характеризуются и повышенными (по сравнению с Аg⁺) бактерицидными свойствами. При этом даже после обратного перехода Аg²⁺ в более стабильное состояние (Аg⁺), устойчивость обработанной воды ко вторичному бактериальному загрязнению сохраняется. Небольшие дозы Сu²⁺ усиливают этот эффект.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1.

Исходную воду из реки Дон обрабатывали коагулянтом - сернокислым алюминием в количестве 8 мг/л (в пересчете на Аl₂О₃) и фильтровали через колонку, загруженную кварцевым песком, затем охлаждали до 10^oС и вводили озон в количестве 1 мг/л. Полученную воду выдерживали в течение 0,5 часа, после чего она имела следующие показатели: рН 6,5, содержание взвешенных веществ 0,3 мг/л, цветность 5,0 град, щелочность 0,3 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 4,5 мг/л О₂, коли-титр 400, коли-индекс 4. Затем в воду в течение 10 минут вводили при помощи дозатора предварительно приготовленный в отдельной емкости раствор АgNО₃ (растворение соли осуществляли при температуре 30^oС) до концентрации Аg⁺, равной 0,005 мг/л. По прошествии 10 мин в воду дозировали предварительно приготовленный в отдельной емкости раствор СuSO₄•5Н₂O до достижения концентрации Сu²⁺, равной 0,05 мг/л. Олигодинамическую обработку озонированной воды вели при величине рН 7,5 и температуре 25^oС. Обработанную воду выдерживали в предварительно стерилизованной таре в течение 48 часов, а затем определяли коли-индекс. Он составлял величину, равную 2. После этого воду подвергали повторному бактериологическому заражению культурой E.coli 1257 в количестве 10³ кл/мл и через 24 часа проводили бактериологический анализ воды. Коли-индекс не изменился. Запах и неприятный вкус у воды отсутствовали. Эффект сохранялся в течение 3 месяцев.

Для сравнения проводили эксперименты по обработке воды только озоном, только ионами серебра или меди, а также при одновременном введении озона и ионов меди и серебра в концентрации ниже ПДК. Ни в одном из этих случаев не удалось получить устойчивый обеззараживающий и консервирующий эффект при хранении воды в течение двух месяцев и более.

Пример 2.

Для изучения возможности использования предложенного метода в условиях повышенной концентрации патогенных организмов в дистиллированную воду вводили культуру санитарно-показательного микроорганизма E.coli 1257 в количестве 10⁶ кл/мл. Кроме того, более жесткие условия проведения процесса имитировали добавлением в воду анионов, которые могут влиять на эффективность олигодинамической обработки: Сl^- - 250 мг/л, SO₄ ^2- - 200 мг/л, S^2- - 0,05 мг/л. Полученную воду обрабатывали при температуре 15^oС озоном в течение 5 мин до достижения концентрации озона 1 мг/л и выдерживали затем в течение 0,2 часа. После этого в воду вводили ионы серебра (аналогично примеру 1) в количестве 0,01 мг/л, выдерживали 1 час и добавляли ионы меди (аналогично примеру 1) в количестве 0,5 мг/л.

Для сравнения с предложенным комбинированным методом обеззараживания воды оценивали бактерицидные свойства каждого из используемых реагентов в отдельности в тех же концентрациях. Эксперименты показали, что через 3 часа после завершения комбинированного способа обработки в воде отсутствовали патогенные микроорганизмы, тогда как через этот же промежуток времени в воде, обработанной только озоном, было обнаружено 70 кл/мл E.coli 1257, в воде, обработанной только Аg⁺ и Сu²⁺ - 30 кл/мл этого микроорганизма. При проведении следующих измерений через сутки в воде, обработанной в соответствии с настоящим изобретением, микроорганизмы отсутствовали, а в обработанной только озоном или только ионами серебра и меди их количество возрастало. Очевидно, что при совместном использовании реагентов в предлагаемых концентрациях наблюдается синергетический эффект их бактерицидного действия. При этом проявляются высокие консервирующие свойства ионов тяжелых металлов и эффект последействия, поскольку при повторном введение 10³ кл/мл E.coli 1257 в обеззараженную по предложенному способу воду эти микроорганизмы не обнаруживались уже через 10 часов.

Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным и относительно простым и доступным. Наиболее целесообразно его использовать для обработки воды в условиях жаркого климата, когда велика опасность вторичного бактериального заражения воды.

Формула изобретения

1. Способ обеззараживания воды, включающий ее обработку окислителем с последующим введением ионов серебра и меди, полученных при растворении их солей, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют озон, который вводят в воду в концентрации 0,5-1 мг/л, затем воду выдерживают в течение 0,2-2 ч и при помощи, по крайней мере, одного устройства дозирования вводят раствор соли серебра до достижения концентрации ионов Ag⁺ в воде, равной 0,005-0,01, после чего вводят раствор соли меди до достижения концентрации Сu²⁺, равной 0,05-0,5 мг/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что озонирование воды ведут при 10-20^oС.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что соли растворяют в отдельных емкостях при температуре воды 15-50^oС, а обработку озонированной воды указанными ионами тяжелых металлов ведут при 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что обработке подвергают воду системы водоснабжения населения, в том числе питьевую или оборотную воду плавательного бассейна.