Способ обеззараживания воды пероксидом водорода

Изобретение относится к технике обработки воды окислителями и может быть использовано для обеззараживания питьевой воды, в том числе в системах водоснабжения. Способ обеззараживания воды включает ее обработку пероксидом водорода и гетерогенным катализатором, содержащим гопкалит и серебро, причем требуемое количество пероксида водорода вводят в воду однократно, после чего ее выдерживают 0,2-0,5 часа и подают на контактирование в течение 0,5-1 ч с таблетками или гранулами гетерогенного катализатора, полученного в соответствии с технологией а) или б). По технологии а) растертый в порошок гопкалит увлажняют до состояния пасты водным раствором, содержащим ионы серебра, который готовят растворением соли серебра в дистиллированной воде или электролитическим растворением металлического серебра под действием постоянного тока, при этом массовое соотношение между гопкалитом и ионами серебра устанавливают равным (1500-2000):1 соответственно, затем пасту формуют в виде таблеток или гранул. По технологии б) таблетки или гранулы гопкалита помещают в колонку, через которую пропускают водный раствор, содержащий ионы серебра, который готовят растворением соли серебра в дистиллированной воде или электролитическим растворением металлического серебра под действием постоянного тока, при этом массовое соотношение между гопкалитом и ионами серебра устанавливают равным (1500-2000):1 соответственно. В качестве соли серебра используют предпочтительно нитрат, сульфат или аммиачный комплекс. Контактирование можно осуществлять в колонке, заполненной гетерогенным катализатором, через которую пропускают воду, предварительно обработанную пероксидом водорода. Способ обеспечивает упрощение процесса обеззараживания воды, упрощение технологии приготовления катализатора, уменьшение дозы вводимого серебра, а также предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца). 2 з.п. ф-лы.

 

Данное изобретение относится к методам обработки воды пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора, содержащего соединения марганца и серебра. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды, в том числе в системах водоснабжения, а также для разложения остаточных количеств пероксида водорода, используемого для обработки сточных вод.

Известен способ химической обработки и обеззараживания вод и водных систем (ЕР 0059978, С 02 F 1/50, 1982), заключающийся в одновременном использовании четвертичных соединений аммония, водорастворимых солей меди и/или серебра и пероксидного соединения, выделяющего при разложении кислород. Однако этот способ требует для своего осуществления применения достаточно дефицитных соединений, кроме того его использование для подготовки питьевой воды нецелесообразно из-за санитарно-гигиенических ограничений: в воду могут поступить вредные для человека соединения.

Известен способ очистки сточных вод от красителей, включающий обработку воды в реакторе перекисью кальция в виде порошка или суспензии в присутствии катализатора в виде порошка, содержащего медь и марганец, например, гопкалита (RU 2031858, С 02 F 1/72, 1995). В результате химической реакции образуется осадок, в который переходят красители, а также непрореагировавший окислитель и катализатор. Однако этот метод не пригоден для обеззараживания питьевой воды, так как используемые реагенты в виде взвесей могут оставаться в воде после ее отстаивания и удаления осадка. Помимо этого, вследствие непроизводительных потерь части реагентов этот метод не вполне экономичен.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по назначению, совокупности существенных признаков и достигаемому результату является известный из RU 2213705, С 02 F 9/04, 2003 многоступенчатый способ обеззараживания питьевой воды. Способ включает добавление в емкость с исходной водой части используемого в процессе пероксида водорода, выдержку в течение 0,5 ч, последующее введение гетерогенного катализатора в виде таблеток, содержащих гопкалит (катализатор на основе диоксида марганца и оксида меди) и серебро, выдержку в течение 0,5-1 ч, добавление оставшегося количества пероксида водорода и выдержку в течение 0,5 ч. Указанные таблетки получают путем смешения растертых в порошок гранул гопкалита с мелкими частицами металлического серебра при соотношении гопкалит: серебро, равном 1000:1, добавления воды до получения пасты, ее подсушивания и формования. Общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 50-200 мг/л, количество таблеток катализатора 0,1-1 мг/л.

Недостатком известного способа являются: 1) многостадийность, что усложняет технологическую схему; 2) необходимость дробить металлическое серебро, что увеличивает трудоемкость и энергозатраты при приготовлении катализатора. В то же время относительно крупные частицы металлического серебра не обеспечивают эффективный контакт их поверхности с пероксидом водорода, используемым для обработки воды.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось упрощение процесса обеззараживания воды, упрощение технологии приготовления катализатора, уменьшение дозы вводимого серебра, а также предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца).

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее обработку пероксидом водорода и гетерогенным катализатором, содержащим гопкалит и серебро, и отличается от наиболее близкого аналога тем, что требуемое количество пероксида водорода вводят в воду однократно, после чего ее выдерживают 0,2-0,5 часа и подают на контактирование в течение 0,5-1 час с таблетками или гранулами гетерогенного катализатора, полученного в соответствие с технологией а) или б):

а) растертый в порошок гопкалит увлажняют до состояния пасты водным раствором, содержащим ионы серебра, который готовят растворением соли серебра в дистиллированной воде или электролитическим растворением металлического серебра под действием постоянного тока, при этом массовое соотношение между гопкалитом и ионами серебра устанавливают равным (1500-2000):1 соответственно, затем пасту формуют в виде таблеток или гранул;

б) таблетки или гранулы гопкалита помещают в колонку, через которую пропускают водный раствор, содержащий ионы серебра, который готовят растворением соли серебра в дистиллированной воде или электролитическим растворением металлического серебра под действием постоянного тока, при этом массовое соотношение между гопкалитом и ионами серебра устанавливают равным (1500-2000):1, соответственно.

В частном случае в качестве соли серебра используют нитрат, сульфат или аммиачный комплекс серебра. Указанный комплекс получают следующим образом: в отдельной емкости готовят 0,1-1,0%-ный раствор Ag₂SO₄ или AgNO₃, в который при перемешивании вводят газообразный аммиак или аммиачную воду до достижения массового соотношения Ag⁺:NH₃, равного 2,8-3,0.

В другом частном случае контактирование осуществляют в колонке, заполненной гетерогенным катализатором, через которую пропускают воду, обработанную пероксидом водорода.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1.

Исходная вода имела следующие показатели: температура 20°С, рН7,1, содержание взвешенных веществ 0,58 мг/л, цветность 22 град, окисляемость перманганатная 24 мг/л О₂, число санитароно-показательных микроорганизмов (E.coli) 1200 особей/л. В исходную воду вводили пероксид водорода в количестве 200 мг/л. Полученную воду выдерживали 0,2 часа и приводили в контакт с катализатором, количество которого составляло 1 мг/л. Гетерогенный катализатор получали смешением мелко раздробленного порошка гопкалита (размер частиц 0,01-0,05 мм) с дистиллированной водой, в которую предварительно путем анодного растворения металлического серебра вводили ионы серебра. Массу последних рассчитывали таким образом, чтобы при смешении с гопкалитом выдерживалось массовое соотношение гопкалит: ионы серебра, равное 2000:1. Полученную пасту подсушивания при температуре 105°С и формования на прессе в виде таблеток диаметром 10 мм и высотой 5 мм. Время контактирования катализатора с обеззараживаемой водой составляло 0,5 часа.

Показатели полученной воды: содержание взвешенных веществ 0,3 мг/л, цветность 14 град., окисляемость перманганатная 14 мг/л О₂, число микроорганизмов 3 особи/л.

Пример 2.

Исходная вода имела показатели, указанные в примере 1. Обработка пероксидом водорода аналогична примеру 1. При получении гетерогенного катализатора использовали дистиллированную воду с растворенным в нем нитратом серебра. Массовое соотношение между пиролюзитом и ионами серебра в приготовленных таблетках составляло 1800:1, соответственно. Остальные стадии получения катализатора аналогичны примеру 1.

Показатели полученной воды: взвешенные вещества 0,3 мг/л, цветность 12 град., окисляемость перманганатная 12 мг/л О₂, число санитарно-показательных микроорганизмов - 2 особи/л.

Пример 3.

Исходная вода имела те же показатели, что и в примере 1. Обработку воды пероксидом водорода проводили при его концентрации 100 мг/л и выдерживали 0,5 часа. При получении гетерогенного катализатора использовали дистиллированную воду, в которую при помощи электролиза вводили ионы серебра. Соотношение между гопкалитом и ионами серебра составляло 1500:1 соответственно. Остальные стадии получения катализатора аналогичны примеру 1.

Показатели полученной воды: взвешенные вещества 0,28 мг/л, цветность 13 град., окисляемость перманганатная по кислороду 13 мг/л, число микроорганизмов - 2 особи/л.

Пример 4.

Исходная вода имела те же показатели, что и в примере 1. Обработка пероксидом водорода была аналогична примеру 3. При получении гетерогенного катализатора гранулы гопкалита помещали в колонку диаметром 15 см и высотой 150 см, через которую пропускали раствор сульфата серебра в дистиллированной воде (0,2 мас.%). Операцию проводили до насыщения гопкалита ионами серебра с тем, чтобы соотношение между ними в готовом гетерогенном катализаторе было 1500:1 соответственно. После этого через колонку с катализатором пропускали воду, прошедшую обработку пероксидом водорода и выдержку в течение 0,5 часа.

Показатели полученной воды: взвешенные вещества 0,26 мг/л, цветность 10 град, окисляемость перманганатная по кислороду 14 мг/л, число микроорганизмов - 3 особи/л.

Пример 5.

Исходная вода имела те же показатели, что и в примере 1. Обработка пероксидом водорода аналогична примеру 1. При получении гетерогенного катализатора гранулы гопкалита помещали в колонку диаметром 15 см и высотой 150 см, через которую пропускали раствор аммиачного комплекса серебра [Ag(NH₃)₂]NO₃. Последний получали пропусканием газообразного аммиака через емкость с раствором AgNO₃ при избытке 5 мас.% по аммиаку относительно стехиометрии. Процесс обработки гопкалита указанным раствором проводили до насыщения гопкалита ионами серебра с тем, чтобы массовое соотношение между ними в готовом гетерогенном катализаторе было 1900:1 соответственно. После этого через колонку с катализатором пропускали воду, прошедшую предварительную обработку пероксидом водорода и выдержку.

Показатели полученной воды: взвешенные вещества 0,24 мг/л, цветность 8 град., окисляемость перманганатная по кислороду 10 мг/л, число микроорганизмов - не обнаружены.

Пример 6 (сравнительный).

Испытания провели с катализатором, полученным по известному способу RU 2213705 (соотношение гопкалит:серебро =1000:1). Исходная вода имела те же показатели, что и в примере 1. Обработка пероксидом водорода аналогична примеру 1 - в одну стадию.

Показатели полученной воды: взвешенные вещества 0,36 мг/л, цветность 15 град, окисляемость перманганатная 16 мг/л, число микроорганизмов - 3 особи/л.

Таким образом, результаты испытаний показали, что предлагаемый способ может быть охарактеризован как более эффективный в отношении химического и бактериологического качества получаемой воды. Важно отметить, что это имеет место при существенном (в 1,5-2 раза) снижении количества дорогостоящего серебра, вводимого в гопкалит по сравнению с известным способом.

Исследования, выполненные для установления уровня бактериальной устойчивости обработанной известным и предлагаемым способами воды, показали, что во всех случаях вода сохраняет устойчивость к внешнему бактериальному загрязнению в течение длительного времени - не менее месяца.

1. Способ обеззараживания воды, включающий ее обработку пероксидом водорода и гетерогенным катализатором, содержащим гопкалит и серебро, отличающийся тем, что пероксид водорода вводят в воду однократно, после чего ее выдерживают 0,2-0,5 ч и подают на контактирование в течение 0,5-1 ч с таблетками или гранулами гетерогенного катализатора, полученного в соответствии с технологией а) или б):

а) растертый в порошок гопкалит увлажняют до состояния пасты водным раствором, содержащим ионы серебра, который готовят растворением соли серебра в дистиллированной воде или электролитическим растворением в воде металлического серебра под действием постоянного тока, при этом массовое соотношение между гопкалитом и ионами серебра устанавливают равным (1500-2000):1 соответственно, затем пасту формуют в виде таблеток или гранул;

б) таблетки или гранулы гопкалита помещают в колонку, через которую пропускают водный раствор, содержащий ионы серебра, до достижения массового соотношения между гопкалитом и ионами серебра, равного (1500-2000):1 соответственно, при этом указанный раствор готовят растворением соли серебра в дистиллированной воде или электролитическим растворением в воде металлического серебра под действием постоянного тока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли серебра используют нитрат, сульфат или аммиачный комплекс Ag(NH₃)₂NO₃ или [Ag(NH₃)₂]₂SO₄.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что контактирование осуществляют в колонке, заполненной гетерогенным катализатором, через которую пропускают воду, обработанную пероксидом водорода.