Способ обеззараживания воды

 

Изобретение относится к методам обработки воды окислением пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора, содержащего соединения марганца и серебра. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов. Способ обеззараживания воды состоит в том, что пероксид водорода вводят в воду в два этапа, на первом из которых в емкость с исходной водой добавляют 85-95 мас.% от общего количества используемого в процессе пероксида водорода и выдерживают 0,25-1 ч, затем в воду вводят гетерогенный катализатор, выдерживают 1-2 ч, добавляют 5-15 мас.% пероксида водорода от его общего количества, используемого в процессе, и выдерживают в течение 0,5-1 ч, при этом указанный катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с частицами металлического серебра размером не более 0,05 мм при массовом соотношении пиролюзит:серебро, равном (800-1500):1, последующим добавлением к смеси воды до получения пасты, ее подсушиванием при температуре (100-110)^oС и формованием, например, в виде таблеток. Предпочтительно общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 100-200 мг/л. Целесообразно указанный катализатор вводить в количестве 0,2-1,5 мг/л. Технический результат - упрощение процесса обеззараживания воды до питьевого качества, а также предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к методам обработки воды окислением пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора, содержащего соединения марганца и серебра. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов.

Известен способ обеззараживания воды совместным действием пероксида водорода и ионов серебра (см. Интенсификация процессов обеззараживания воды. Под ред. Л.А. Кульского, Киев, Наукова думка, 1978, с.7-8). Однако этот процесс достаточно продолжителен.

Для получения воды питьевого качества известно совместное применение пероксида водорода и озона (см. FR 2671548, С 02 F 1/72, 1992). Этот способ, однако, требует осторожного подхода к дозированию окислителей, т.к. не предусмотрено введение соединений, ускоряющих разложение избытка этих окислителей.

Известно, что для окисления органических примесей, содержащихся в сточных водах, применяется пиролюзит (М. А. Шевченко и др. Окислители в технологии водообработки. Киев, Наукова думка, 1979, с.с. 90-91, 137-139).

Сообщается, что для обеззараживания сточных вод производств медицинских препаратов перед их сбросом в городскую канализацию применяют метод каталитического окисления пероксидом водорода с гетерогенными катализаторами - пиролюзитом или силикагелем с палладиевым покрытием (см. RU, 2043975, С 02 F 1/467, 1995).

Последние два метода, однако, непригодны для обеззараживания питьевой воды, поскольку используемые реагенты в виде взвеси могут оставаться в воде после ее отстаивания и удаления осадка. Кроме того, эти методы не вполне экономичны за счет непроизводительных потерь части реагентов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по назначению, совокупности существенных признаков и достигаемому результату является известный из RU 2188170, С 02 F 9/04, 27.08.2002 г. способ обеззараживания питьевой воды, включающий ее обработку пероксидом водорода в количестве 1-3 мг/л в течение 0,4-2 ч, пропускание через УФ-реактор, введение раствора соли серебра до достижения концентрации ионов Аg⁺ в воде, равной 0,001-0,005 мг/л, и последующее добавление раствора соли меди до достижения концентрации Cu²⁺, равной 0,01-0,2 мг/л. Ионы серебра и меди в данном процессе не только сами обладают бактерицидными свойствами, но и являются катализаторами окисления примесей пероксидом водорода. Недостатком является то, что этот метод требует значительных капитальных, временных и трудовых затрат.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось упрощение процесса обеззараживания воды до питьевого качества с обеспечением возможности предотвращения вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца), а также снижение материальных затрат.

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее обработку пероксидом водорода и серебром, отличается от наиболее близкого аналога тем, что пероксид водорода вводят в воду в два этапа, на первом из которых в емкость с исходной водой добавляют 85-95 мас.% от общего количества используемого в процессе пероксида водорода и выдерживают 0,25-1 ч, затем в воду вводят гетерогенный катализатор, выдерживают 1-2 ч, добавляют 5-15 мас.% пероксида водорода от его общего количества, используемого в процессе, и выдерживают в течение 0,5-1 часа, при этом указанный катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с частицами металлического серебра размером не более 0,05 мм при массовом соотношении пиролюзит: серебро, равном (800-1500):1, последующим добавлением к смеси воды до получения пасты, ее подсушиванием при температуре (100-110)^oС и формованием.

Предпочтительно общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 100-300 мг/л.

Целесообразно указанный катализатор вводить в количестве 0,2-1,5 мг/л.

В частном случае катализатор формуют в виде таблеток.

Именно указанная выше совокупность существенных признаков предложенного изобретения обеспечивает получение предусмотренного технического результата.

Пероксид водорода является перспективным, относительно недорогим бактерицидным препаратом для обеззараживания питьевой воды, который не изменяет ее физико-химические характеристики.

Пиролюзит - это минерал на основе оксида марганца β-MnO₂. Нами было обнаружено, что при применении порошка пиролюзита в смеси с частицами серебра не аддитивно повышается эффективность процесса.

Использование катализатора в формованном виде, в частности в виде таблеток, предотвращает попадание его частиц в питьевую воду. Кроме того, такие таблетки удобно хранить до использования в процессе обеззараживания. Метод их приготовления очень прост. Катализатор может быть формован также в виде гранул, шариков и т.д.

Совместная обработка воды пероксидом водорода и предлагаемым гетерогенным катализатором на порядок и более (по сравнению с использованием только пероксида или только катализатора) увеличивает скорость реакции окисления и разложения бактерий, вирусов, грибков, а также органических примесей, содержащихся в исходной воде. Катализатор также способствует удалению избытка пероксида водорода после окончания процесса обеззараживания воды.

Предложенные параметры процесса и концентрации реагентов являются оптимальными для данной схемы обработки воды.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1 Воду с концентрацией микроорганизмов, указанной в таблице, при температуре 20^oС и рН 6,3 помещали в реактор. Затем в воду вводили пероксид водорода в количестве 180 мг/л (90% от общего количества Н₂O₂, используемого в процессе). Полученную воду выдерживали в течение 0,25 ч, после чего в нее вводили таблетки, содержащие пиролюзит и серебро в количестве 1 мг/л. Таблетки предварительно готовили путем смешения порошка пиролюзита (размер частиц 0,01-0,05 мм) с частицами мелкораздробленного металлического серебра размером 0,03-0,05 мм при массовом соотношении пиролюзит:серебро, равном 1000:1, последующего добавления воды до получения пасты, ее подсушивания при температуре 100^oС и формования на прессе. Полученные таблетки имели диаметр 10 мм и высоту 5 мм. Воду выдерживали в реакторе в течение 1 ч.

После этого в воду вводили 20 мг/л пероксида водорода и выдерживали еще 1 ч.

Как следует из результатов испытаний, представленных в таблице, предлагаемый способ эффективен в отношении различных видов микроорганизмов. Наиболее устойчивыми из исследованных микроорганизмов являются Aerobakter cloacae и кишечная палочка Е. Coli 1257. Однако при их исходной концентрации 10² особей/л они не обнаруживаются в воде после описанной выше обработки. При большей исходной концентрации этих микроорганизмов в результате обработки в воде остается незначительное их количество.

Пример 2.

Для испытания использовали исходную воду, зараженную кишечной палочкой Е. Coli 1257 в концентрации 10⁴ особ./л. Воду обрабатывали в соответствии с примером 1, за исключением того, что на первом этапе вводили 250 мг/л, а на втором - 13 мг/л Н₂О₂. Время выдержки воды на каждом этапе составляло 1 ч. Массовое соотношение пиролюзит: серебро в таблетках катализатора было равно 1500:1.

Обработанную воду выдерживали в предварительно стерилизованной таре в течение 48 ч, а затем определяли концентрацию Е. Coli 1257. Указанные микроорганизмы обнаружены не были, что свидетельствовало об эффекте последействия предлагаемого способа. После этого воду подвергали повторному бактериологическому заражению культурой E.coli 1257 в количестве 10² особей/мл и через 24 ч проводили бактериологический анализ воды. E.coli 1257 были обнаружены в количестве 2 особей/л. Запах и неприятный вкус у воды отсутствовали. Эффект сохранялся не менее 1 месяца.

Для сравнения проводили эксперименты по обработке воды только пероксидом водорода, только катализатором, выполненным в виде описанных в примере таблеток, а также только пиролюзитом в виде порошка (без добавления серебра). Ни в одном из этих случаев не удалось получить устойчивый обеззараживающий и консервирующий эффект при хранении воды в течение месяца и более.

Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным и относительно простым и доступным, причем его можно использовать в случаях, когда велика опасность вторичного бактериального заражения воды.

Формула изобретения

1. Способ обеззараживания воды, включающий ее обработку пероксидом водорода и серебром, отличающийся тем, что пероксид водорода вводят в воду в два этапа, на первом из которых в емкость с исходной водой добавляют 85-95 мас.% от общего количества используемого в процессе пероксида водорода и выдерживают 0,25-1 ч, затем в воду вводят гетерогенный катализатор, выдерживают 1-2 ч, добавляют 5-15 мас.% пероксида водорода от его общего количества, используемого в процессе, и выдерживают в течение 0,5-1 часа, при этом указанный катализатор получают смешением растертого в порошок пиролюзита с частицами металлического серебра размером не более 0,05 мм при массовом соотношении пиролюзит: серебро, равном (800-1500): 1, последующим добавлением к смеси воды до получения пасты, ее подсушиванием при температуре (100-110)^oC и формованием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 100-300 мг/л.

3. Способ по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный катализатор вводят в количестве 0,2-1,5 мг/л.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный катализатор формуют в виде таблеток.

РИСУНКИ

Рисунок 1