Способ комбинированного обеззараживания воды
Изобретение относится к способам комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионов меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов. Способ комбинированного обеззараживания воды заключается в обработке исходной воды ионами меди при их концентрации 0,05-0,8 мг/л и озоном при его концентрации 0,3-0,8 мг/л, при этом ионы меди, полученные растворением медьсодержащих солей, вводят в воду в два приема - половину общего количества используемой меди вводят до озонирования, затем воду выдерживают в течение 0,1-1 часа при постоянном перемешивании с использованием сжатого воздуха, а оставшееся количество используемой меди вводят в камеру озонирования непосредственно в область диспергирования озона. Технический результат - создание эффективного и экологически безопасного способа обеззараживания воды относительно небольшими количествами реагентов, позволяющими при их введении в два приема обеспечить высокую степень инактивации микроорганизмов и предотвратить возможность вторичного бактериального загрязнения воды в течение длительного периода времени (не менее месяца). 1 табл.
Изобретение относится к способам комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионов тяжелых металлов, в частности меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов.
В практике обеззараживания воды в последние годы все шире применяются комбинированные методы, например хлорирование и последующее введение химических реагентов, одновременное действие электрического тока или ультразвука и химических реагентов и т.д. (Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев: Наукова думка, 1983, с.331-335).
Известен способ обеззараживания воды, который предусматривает обработку воды путем ее пропускания через электролизер с электродами из сплава меди и серебра, при этом полярность и потенциал электродов периодически может быть изменена (см. US 4680114, С 02 F 1/46, 1987 г.). Данный метод позволяет уничтожать бактерии и другие микроорганизмы при помощи относительно небольших количеств ионов серебра и меди, которые, однако, в большинстве случаев превосходят их ПДК в воде, что, естественно, требует дополнительных мер по десеребрению и демеднению воды (ПДК в питьевой воде для серебра равна 0,05 мг/л, для меди - 1,0 мг/л: ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»).
Другой известный способ (RU 2182125, 2002 г.) включает обработку воды окислителем (озоном) с последующим введением ионов серебра и меди, полученных при растворении их солей; при этом при помощи 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 Cu2+, равной 0,05-0,5 мг/л.
Этот способ существенно повышает глубину обеззараживания, расширяет спектр уничтожаемых микроорганизмов и, что важно, позволяет в значительной степени снизить дозы вводимых реагентов: солей меди и серебра. Тем не менее, известный способ является довольно сложным по технологической схеме и, кроме того, требует для своего осуществления дорогостоящий и дефицитный препарат - серебросодержащую соль.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном; при этом обработку ведут в несколько стадий: на первой стадии в воду вводят озон до его концентрации 0,5-1 мг/л, на второй стадии озонированную воду выдерживают в течение 0,2-2, ч, после чего на третьей стадии ее обрабатывают ионами меди при их концентрации 0,005-0,8 мг/л с использованием электролизера, анод и катод которого выполнены из рафинированной меди (RU 2182123, 2002 г.).
Данный способ позволяет отказаться от серебросодержащего препарата, однако отличается многостадийностью и большими временньми затратами.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось создание эффективного и экологически безопасного способа обеззараживания воды относительно небольшими количествами реагентов, позволяющими при их введении в два приема обеспечить высокую степень инактивации микроорганизмов и предотвратить возможность вторичного бактериального загрязнения воды в течение длительного периода времени (не менее месяца).
Поставленная задача решается тем, что способ комбинированного обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличается от наиболее близкого аналога тем, что обработку ведут ионами меди при их концентрации 0,05-0,8 мг/л и озоном при его концентрации 0,3-0,8 мг/л, при этом ионы меди, полученные растворением медьсодержащих солей, вводят в воду в два приема - половину общего количества используемой меди вводят до озонирования, затем воду выдерживают в течение 0,1-1 часа при постоянном перемешивании с использованием сжатого воздуха, а оставшееся количество используемой меди вводят в камеру озонирования непосредственно в область диспергирования озона.
Технический эффект обусловлен тем, что ионы меди, обладая самостоятельным бактерицидным действием уничтожают часть микроорганизмов, а часть ослабляют, особенно заметно это проявляется при использовании перемешивания воздухом во время выдержки (0,1-1 час) воды, содержащей половинную дозу меди (0,025-0,4 мг/л). Таким образом, в камеру контактирования озона с водой приходит существенно меньшее количество жизнеспособных бактерий, и для их уничтожения требуется меньшее количество озона (0,3-0,8 мг/л). Оставшуюся дозу (0,025-0,4 мг/л) ионов меди вводят непосредственно в камеру озонирования, причем в область диспергирования газообразного озона. Дополнительный эффект обеззараживания достигается за счет перемешивания воды пузырьками всплывающего озона, что обеспечивает более равномерное распределение ионов меди Cu2+ и усиления бактерицидного действия озона и Cu2+.
Предлагаемые количественные показатели процесса обработки воды являются оптимальными для речной воды, при этом нижние пределы концентрации ионов меди, озона и времени выдержки используют, когда вода содержит не более 102 единиц микроорганизмов или грибов в литре воды.
Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата.
Указанный порядок введения реагентов, их концентрация и время выдержки, а также условия проведения процесса способствуют эффективному обеззараживанию пресной воды систем водоснабжения и оборотной воды (например, плавательных бассейнов или фонтанов), в процессе эксплуатации которых в воду попадают бактерии, вирусы и грибки. При этом имеет место синергетический эффект от совместного применения озона и малых (ниже ПДК) концентраций ионов меди. Применение для генерации последних растворимых в воде медьсодержащих солей существенно снижает энергозатраты по сравнению с электролизом и упрощает ведение процесса обеззараживания, а также исключает опасное для электролиза явление - солеотложение на электродах, снижающих выход ионов меди в воду.
Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.
Пример 1.
Исходную воду из поверхностного источника водоснабжения предварительно смешивали с раствором коагулянта, осветляли и пропускали через песчаные фильтры (характеристика исходной воды представлена в таблице). Далее в воду ввели сульфат меди в количестве (из расчета на Cu2+) 0,8 мг/л и выдерживали в течение 0,5 часа при постоянном перемешивании. Затем воду обработали озоном в течение 10 мин в реакторе до содержания озона 0,8 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до комплексной обработки воды ионами меди и озона и спустя 2 часа после нее. Как следует из таблицы, достигается не только обеззараживание воды, но и улучшаются другие показатели ее качества - вкус, цветность, запах, содержание неорганических и органических ингредиентов. После хранения обработанной воды в течение 1 месяца в открытом сосуде патогенные микроорганизмы не были обнаружены. После хранения в течение 2-х месяцев было обнаружено небольшое количество патогенных микроорганизмов (порядка 3-5 кл/мл).
Пример 2.
Исходная вода по показателям аналогична примеру 1. В воду ввели хлорид меди в количестве (из расчета на Cu2+) 0,2 мг/л и выдерживали ее в течение 1 часа при постоянном перемешивании сжатым воздухом. Затем воду обрабатывали озоном в течение 10 мин в реакторе до концентрации озона 0,5 мг/л, при этом в реактор в зону диспергирования озона вводили оставшуюся дозу ионов меди - 0,2 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до комплексной обработки воды ионами меди и озона и спустя 2 часа после нее. Анализ табличных данных показывает повышение химического и бактериологического качества воды после обработки. При хранении обработанной воды в течение 1-2-х месяцев в открытом сосуде патогенные микроорганизмы не были обнаружены.
Пример 3.
Исходная вода по показателям аналогична примеру 1. Далее воду обрабатывали только озоном в течение 10 мин в реакторе до достижения концентрации озона 0,8 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до и после обработки воды озоном (по истечении 2 часов). Анализ табличных данных выявил повышение качества воды в отношении химических показателей, но ухудшение бактериологических показателей по сравнению с примерами 1 и 2. Отметим также, что уже на третий день хранения в воде были обнаружены микроорганизмы, число которых стало расти.
Пример 4.
Исходную воду (показатели соответствовали примеру 1) обработали только ионами меди путем растворения навески сульфата меди из расчета достижения концентрации Cu2+, равной 0,8 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до и после обработки воды ионами меди (после 2 часов выдержки). Как следует из табличных данных, химические показатели воды практически не изменились, бактериологические несколько улучшились по сравнению с исходной водой. При хранении обработанной воды в течение 20 дней в открытом сосуде были обнаружены патогенные микроорганизмы.
Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным и относительно простым и доступным. Наиболее целесообразно применять его для водоподготовки в условиях повышенных температур, когда реальна опасность вторичного загрязнения воды.
| Таблица. СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ | ||||||
| №№ п/п | Параметр, единица измерения, ГОСТ 2874-82 | До обработки | После обработки в соответствии с примерами | |||
| №1 | №2 | №3 | №4 | |||
| Общие показатели | ||||||
| 1 | рн | 6,8 | 7,1 | 7,1 | 7,1 | 6,8 |
| 2 | Запах, баллы 2 | 3 | 1 | 1 | 1 | 3 |
| 3 | Привкус, баллы 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 3 |
| 4 | Жесткость, мг-экв/л <7 | 6,5 | 4,8 | 4,7 | 4,6 | 6,5 |
| 5 | Мутность по формазину, N.T.Y. | 4 | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 3 |
| 6 | Сухой остаток, мг/л 1000 | 1080 | 720 | 700 | 720 | 1070 |
| 7 | Цветность, град. 20 | 15 | <6 | <6 | <6 | 15 |
| Интегральные характеристики | ||||||
| 8 | Окисляемость перманганатная, мг/л | 6 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 5,8 |
| Неорганические соединения | ||||||
| 9 | Аммоний, мг/л NH4 | 0,2 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 |
| 10 | Железо, мг/л <0,3 | 0,6 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,6 |
| 11 | Кальций, мг/л 30-140 | 80 | 75 | 76 | 78 | 80 |
| 12 | Магний, мг/л >10 | 24 | 22,0 | 24,0 | 21,0 | 24,0 |
| 13 | Мышьяк, мг/л 0,01 | 0,01 | 0,005 | 0,005 | 0,005 | 0,01 |
| 14 | Остаточный озон, мг/л 0,1 | 0,5-1,0 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | - |
| Органические соединения | ||||||
| 15 | Общие углеводы, мг/л <0,1 | 0,1 | <0,1 | <0,1 | <0,1 | 0,1 |
| 16 | Фенол, мг/л 0,001 | 0,001 | <0,001 | <0,001 | <0,001 | 0,001 |
| 17 | СПАВ, мг/л 0,5 | 0,6 | 0,15 | 0,1 | 0,15 | 0,5 |
| Микробиологические примеси | ||||||
| 18 | Колиформы общие, кл/мл <1 | 103 | 2 | 1 | 5 | 120 |
| 19 | Общее микробное число, ед.в 1 мл <100 | 104 | 64 | 58 | 74 | 1080 |
Способ комбинированного обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличающийся тем, что обработку ведут ионами меди при их концентрации 0,05-0,8 мг/л и озоном при его концентрации 0,3-0,8 мг/л, при этом ионы меди, полученные растворением медьсодержащих солей, вводят в воду в два приема - половину общего количества используемой меди вводят до озонирования, затем воду выдерживают в течение 0,1-1 ч при постоянном перемешивании с использованием сжатого воздуха, а оставшееся количество используемой меди вводят в камеру озонирования непосредственно в область диспергирования озона.
