Способ обеззараживания воды с использованием комплексного соединения серебра

 

Изобретение относится к способам обработки воды хлорированием и ионами тяжелых металлов, в частности серебра. 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 хлорирование и последующую обработку комплексным соединением серебра, причем обработку хлорированной воды ведут диамминаргенат-ионами [Аg(NH₃)₂] ⁺ при концентрации 0,005-0,01 мг/л в пересчете на Аg⁺, полученными взаимодействием избытка аммиака относительно стехиометрии и ионов серебра Аg⁺, образованных при электролизе воды в электролизере, анод и катод которого содержат не менее 99 мас.% серебра, а полярность электродов периодически изменяют. Предпочтительно при работе электролизера полярность электродов менять через 5-10 мин, а электролиз вести при температуре воды 20-30^oС и рН 6,5-8,5. Технический результат - упрощение способа обеззараживания воды, повышение его эффективности при одновременном снижении концентрации ионов серебра, а также обеспечение возможности предотвращения ее вторичного бактериального заражения в течение длительного времени (не менее месяца) при однократном введении реагентов. 2 з.п. ф-лы.

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

Наиболее распространенным способом обеззараживания воды на станциях водоподготовки является ее хлорирование. В то же время длительная практика применения этого метода выявила и целый ряд его существенных недостатков. Хлорирование воды способствует повышению риска возникновения у человека новообразований, болезней мочеполовых путей и т.п. Кроме того, обработанная хлором вода приобретает неприятный вкус и запах, в ней возрастает содержание ионов железа из-за повышенной коррозии трубопроводов. Хлор не обладает длительным эффектом последействия: после падения его концентрации в воде последняя подвергается вторичному бактериальному загрязнению. Вследствие этого при большой протяженности разводящих сетей перед подачей потребителю требуется дополнительное хлорирование воды.

Для усиления антимикробного действия обработку хлором сочетают с использованием других реагентов, таких как ионы меди, серебра или цинка (US 5858246, C 02 F 1/50, 1999). Однако этот метод эффективен лишь тогда, когда концентрация ионов тяжелых металлов превосходит их ПДК в воде.

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, содержащей 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, являлось упрощение способа обеззараживания воды, повышение его эффективности при одновременном снижении концентрации ионов серебра, а также обеспечение возможности предотвращения ее вторичного бактериального заражения в течение длительного времени (не менее месяца) при однократном введении реагентов.

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее хлорирование и последующую обработку комплексным соединением серебра, отличается тем, что обработку хлорированной воды ведут диамминаргенат-ионами [Ag(NH₃)₂] ⁺ при концентрации 0,005-0,01 мг/л в пересчете на Аg⁺, полученными взаимодействием избытка аммиака относительно стехиометрии и ионов серебра Аg⁺, образованных при электролизе воды в электролизере, анод и катод которого содержат не менее 99 мас.% серебра, причем полярность электродов периодически изменяют.

Предпочтительно при работе электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин, а электролиз ведут при температуре воды 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

В частном случае обработке подвергают воду системы водоснабжения населения, в том числе питьевую, или оборотную воду плавательного бассейна.

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

Сочетание хлорирования воды и ее обработки комплексными ионами серебра исключает необходимость повторного хлорирования, а значит, количество используемого хлора уменьшается и, соответственно, повышается экологичность метода. Аммиачный комплекс серебра обладает высокой бактерицидной активностью при концентрации ионов Аg⁺ даже ниже, чем их ПДК в воде. Преимуществом является то, что он может быть получен непосредственно в обеззараживаемой воде. Кроме того, восстановление [Ag(NH₃)₂]⁺ происходит медленнее, чем Аg⁺, следовательно, максимальный бактерицидный эффект проявляется в течение большего промежутка времени. Что касается использования электролиза, то помимо простоты и удобства получения ионов серебра при этом происходит дополнительная активация воды и тем самым повышается бактерицидный эффект. Применение анода из чистого серебра практически исключает поступление дополнительных вредных примесей в воду и уменьшает опасность образования осадков на электродах. Этому же способствует периодическое изменение полярности электродов.

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, после чего вводили хлор в количестве 1,5 мг/л. Полученную воду выдерживали в течение 2 часов, после чего она имела следующие показатели: рН 7,0, содержание взвешенных веществ 0,35 мг/л, цветность 4,5 град, щелочность 0,35 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 4,5 мг/л O₂, коли-титр 400, коли-индекс 4. Затем воду пропускали через ионатор со скоростью 0,2 м/с. В качестве электродов в ионаторе использовали пластины из чистого серебра Ср 999,9 (ГОСТ 6836-80). Расстояние между электродами - 10 мм, плотность тока - 1 мА/см², напряжение на электродах - 6 В, периодичность смены полярности электродов - 10 мин. В результате электролиза концентрация ионов серебра в воде составляла 0,005 мг/л. Эту воду подавали в смесительную емкость и одновременно вводили аммиак из баллона при массовом соотношении Ag⁺:NН₃, соответственно равном 3:1.

Обработанную воду выдерживали 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 оценивали бактерицидные свойства каждого из используемых реагентов в отдельности в тех же концентрациях. Ни в одном из этих случаев не удалось получить устойчивый обеззараживающий и консервирующий эффект при хранении воды в течение двух месяцев.

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 пассивацию электродов электролизера: Сl^- - 250 мг/л, SO₄ ^2- - 200 мг/л, S^2- - 0,05 мг/л. Полученную воду обрабатывали при температуре 15^oС хлором в концентрации 1 мг/л и выдерживали затем в течение 0,5 часа. После этого воду пропускали со скоростью потока 0,1 л/с через электролизер с электродами, содержащими 99% Аg, на поплавках. Расстояние между электродами, выполненными в виде пластин, - 8 мм, плотность тока - 2 мА/см², напряжение на электродах - 6 В, периодичность смены полярности электродов - 5 мин. В результате электролиза концентрация ионов серебра в воде составляла 0,1 мг/л. В полученную воду при температуре 20^oС вводили газообразный аммиак при массовом соотношении Аg⁺:NН₃, соответственно равном 2,9:1.

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 хлором, было обнаружено 40 кл/мл E.coli 1257, а в воде, обработанной только [Аg(NН₃)₂]⁺, 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 хлором или только [Аg(NН₃)₂]⁺ их количество возрастало. Очевидно, что при совместном использовании реагентов в предлагаемых концентрациях наблюдается синергетический эффект их бактерицидного действия. При этом проявляются высокие консервирующие свойства [Аg(NН₃)₂]⁺, эффект последействия, поскольку при повторном введении 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 загрязнения воды.

Формула изобретения

1. Способ обеззараживания воды, включающий ее хлорирование и последующую обработку комплексным соединением серебра, отличающийся тем, что обработку хлорированной воды ведут диамминаргенат-ионами [Аg(NH₃)₂] ⁺ в концентрации 0,005-0,01 мг/л в пересчете на Аg⁺, полученными взаимодействием избытка аммиака относительно стехиометрии и ионов серебра Аg⁺, образованных при электролизе воды в электролизере, анод и катод которого содержат не менее 99 мас. % серебра, причем полярность электродов периодически изменяют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при работе электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин, а электролиз ведут при температуре воды 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

3. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что обработке подвергают воду системы водоснабжения населения, в том числе питьевую, или оборотную воду плавательного бассейна.