СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ 


RU (11) 2188169 (13) C1

(51) 7 C02F9/12, C02F9/12, C02F1:32, C02F1:50, C02F1:76, C02F103:04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001132159/12 
(22) Дата подачи заявки: 2001.11.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.11.29 
(45) Опубликовано: 2002.08.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 116545 A, 30.03.2001. RU 2046643 C1, 27.10.1995. RU 20736466 C1, 20.02.1997. US 5632904 A, 27.05.1997. US 630339 A, 16.10.2001. EP 1031281 A4, 30.08.2000. DE 19714810 A1, 15.10.1988. JP 63-296889 A, 02.12.1998. 
(71) Заявитель(и): Гутенев Владимир Владимирович 
(72) Автор(ы): Гутенев В.В.; Ажгиревич А.И.; Преображенский А.В.; Гутенева Е.Н.; Кирьянова Л.Ф. 
(73) Патентообладатель(и): Гутенев Владимир Владимирович 
Адрес для переписки: 103009, Москва, Тверской б-р, 24, оф.13, ООО "Космо-Дизайн интернэшнл", В.В. Гутеневу 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ 

Изобретение относится к многостадийным способам обработки сильно загрязненной воды. Оно может быть использовано, например, для очистки и обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, в том числе на локальных водоочистных установках коллективного пользования. Способ получения питьевой воды, включающий ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, причем предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию осуществляют импульсным УФ-излучением сплошного спектра по крайней мере в одной установке погружного типа с использованием ксеноновых ламп, преимущественно вырабатывающих УФ-излучение длиной волны 200-400 нм, при удельных энергозатратах 1-10 Дж на 1 см3 воды и плотности потока 1-10 Вт/см2, а кондиционирование проводят при помощи раствора, содержащего диамминаргенат-ионы [Ag(NН3)2] +, полученные при электролизе воды в электролизере с периодической сменой полярности электродов, содержащих не менее 99 мас. % серебра, и последующем введении газообразного аммиака или аммиачной воды при условии 3-5%-ного избытка аммиака относительно стехиометрии, при этом указанный раствор дозируют в воду в количестве, соответствующем концентрации в ней серебра 0,001-0,02 мг/л, и соблюдают соотношение концентрации хлора, вводимого на стадии хлорирования, и концентрации серебра, добавляемого на последней стадии, в пределах 100-500:1 соответственно. Технический результат - расширение арсенала эффективных средств очистки питьевой воды и создание относительно простого в эксплуатации, экологически чистого и надежного способа, не требующего использования большого количества реагентов для обеззараживания воды, в том числе из сильно зараженных источников, и обеспечение возможности хранения полученной воды в течение длительного срока без ухудшения ее качества. 7 з.п.ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к многостадийным способам обработки сильно загрязненной воды, включающим хлорирование, ультрафиолетовое (УФ) облучение и введение ионов тяжелых металлов. Оно может быть использовано, например, для очистки и обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, в том числе в локальных водоочистных установках коллективного пользования, на предприятиях пищевой промышленности, а также в специальных мобильных установках, применяемых в чрезвычайных ситуациях и в зонах с неблагоприятной экологической и эпидемиологической обстановкой для снабжения обеззараженной питьевой водой жилых домов, квартир, предприятий общественного питания, медицинских и детских учреждений.

Одним из самых распространенных способов обеззараживания воды является ее хлорирование. Однако при использовании хлора вода приобретает неприятный вкус и запах, повышается опасность ее негативного влияния на организм человека из-за появления в ней хлорорганических соединений. Тем не менее полной стерилизации воды не происходит, т.к. в ней остаются единичные, устойчивые к действию хлора микроорганизмы. Кроме того, хлор не обладает длительным эффектом последействия, т.к. после падения его концентрации вода может подвергнуться вторичному бактериальному загрязнению.

В связи с указанными выше обстоятельствами актуальным является уменьшение концентрации хлора за счет его использования в комбинации с другими приемами обработки воды.

Например, известно сочетание хлорирования с обработкой ионами меди, серебра или цинка (US 5858246, С 02 F 1/50, 1999). Однако этот метод эффективен лишь тогда, когда концентрация ионов тяжелых металлов превосходит их ПДК в воде.

Известны многостадийные способы обработки природной воды, в которых отсутствует стадия хлорирования. Один из таких способов включает последовательно проводимые две стадии механической очистки импульсное УФ-облучение сплошного спектра, обратноосмотическое опреснение, пропускание через углеволокнистый сорбент и повторное импульсное УФ-облучение сплошного спектра (RU, 2033976, 1995). Недостатком этого метода является его сложность и высокая стоимость.

Известен способ получения питьевой воды из сильно зараженных, в том числе бактериологически, источников водоснабжения, включающий первую стадию грубой, а затем тонкой механической фильтрации, вторую стадию удаления токсичных анионов и катионов при помощи ионообменных смол, третью стадию очистки на активированном угле, четвертую стадию стерилизации с использованием УФ-излучения и заключительную стадию кондиционирования (придания консервирующих свойств) путем пропускания воды через покрытый серебром песок (RO 116545, 30.03.2001). Этот способ по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является наиболее близким аналогом предложенного изобретения. Его недостатки: сложность и большая продолжительность осуществления, высокая стоимость, а также необходимость периодического проведения регенерации ионообменных смол и обработки песка серебром.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось расширение арсенала эффективных средств очистки питьевой воды и создание относительно простого в эксплуатации, экологически чистого и надежного способа, не требующего использования большого количества реагентов для обеззараживания воды, в том числе из сильно зараженных источников, а также обеспечение возможности хранения полученной воды в течение длительного срока без ухудшения ее качества.

Поставленная задача решается тем, что способ получения питьевой воды, включающий ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, отличается тем, что предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию осуществляют импульсным УФ-излучением сплошного спектра по крайней мере в одной установке погружного типа с использованием ксеноновых ламп, преимущественно вырабатывающих УФ-излучение длиной волны 200-400 нм, при удельных энергозатратах 1-10 Дж на 1 см3 воды и плотности потока 1-10 Вт/см2, а кондиционирование проводят при помощи раствора, содержащего диамминаргенат-ионы [Аg(NНз)2]+, полученные при электролизе воды в электролизере с периодической сменой полярности электродов, содержащих не менее 99 мас.% серебра, и последующем введении газообразного аммиака или аммиачной воды при условии 3-5%-ного избытка аммиака относительно стехиометрии,при этом указанный раствор дозируют в воду в количестве, соответствующем концентрации в ней серебра 0,001-0,02 мг/л, и соблюдают соотношение концентрации хлора, вводимого на стадии хлорирования, и концентрации серебра, добавляемого на последней стадии, в пределах 100-500:1 соответственно.

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

Также предпочтительно стерилизацию УФ-излучением ведут при расходе воды 0,1-0,8 м3/ч и частоте импульсов УФ-излучения равной 1-1,3 Гц.

В частном случае, когда зараженность воды велика, перед стадией введения раствора, содержащего димминаргенат-ионы, проводят дополнительную стадию сорбционной очистки воды.

В случаях, когда в процессе используют ранее хлорированную воду (например, водопроводную, подвергшуюся вторичному бактериальному заражению), предварительную обработку осуществляют постхлорированием, предпочтительно при концентрации хлора 2-4 мг/л.

В другом частном случае способ осуществляют в мобильной установке.

Один из вариантов воплощения изобретения предусматривает то, что полученную воду разливают в бутыли и укупоривают.

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, ее обработки ультрафиолетовыми ксеноновыми лампами сплошного спектра и введения диамминаргенат-ионов при указанных в формуле оптимальных значениях параметров обеспечивает эффективную очистку и практически полное обеззараживание сильно загрязненной воды. При этом концентрация хлора и ионов серебра по сравнению с большинством известных методов обработки воды существенно снижена.

Используемые в предлагаемом решении диамминаргенат-ионы [Ag(NН3)2]+ восстанавливаются медленнее, чем простые ионы Аg+, следовательно, бактерицидный эффект проявляется в течение большего промежутка времени, причем эффективная концентрация Аg+, полученных при диссоциации диамминаргенат-ионов

[Ag(NH3)2]+Ag++2NH3, (1)

даже ниже, чем их ПДК в воде. В результате диссоциации в воде находятся небольшие количества ионов серебра и молекул аммиака. Последний также проявляет бактерицидные свойства. Поскольку в природных водах всегда имеются ионы Сl-, ионы серебра их связывают в малодиссоциирующую соль AgCl, поэтому равновесие реакции (1) смещено вправо и в воду постоянно переходят новые порции ионов Аg+, поддерживая тем самым бактериальную устойчивость воды в течение длительного срока ее хранения.

Преимуществом является то, что диамминаргенат-ионы могут быть получены непосредственно в обеззараживаемой воде путем ее электролиза, 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.

Синергетический эффект при использовании предложенного многостадийного метода обеззараживания воды связан также с тем, что в сильно окисленной среде 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.

Предложенные количественные ограничения параметров облучения воды, а также концентрации хлора и ионов серебра являются оптимальными для данной схемы обработки воды. Рекомендуемые соотношения концентраций ионов серебра и аммиака, соответствующие избытку аммиака относительно стехиометрии, отвечают максимуму стабильности комплексных соединений.

Использование ксеноновых ламп сплошного спектра, предпочтительно излучающих в области 200-400 нм ультрафиолетового спектра, включающей "бактерицидную" и соответствующую условиям деструкции органических соединений, позволяет получить высокий обеззараживающий и очищающий эффект, снижает время обработки и обеспечивает экологическую чистоту, поскольку замена ртутных ламп на ксеноновые исключает возможность заражения воды ртутью при разрушении лампы.

Упрощение и ускорение предложенного способа по сравнению с прототипом связано с сокращением количества стадий обработки воды, с использованием относительно легко приготавливаемых реагентов, с высокой производительностью и эффективностью установки УФ стерилизации.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа

Пример 1

Способ осуществляли в мобильной установке. Исходную воду (основные показатели приведены в таблице) объемом 200 л при температуре 18oС обрабатывали коагулянтом - сернокислым алюминием в количестве 8 мг/л (в пересчете на Аl2О3) и фильтровали через колонку, загруженную кварцевым песком, после чего вводили сжиженный хлор из баллона в количестве 1 мг/л и выдерживали в течение 1,5 ч. Затем воду стерилизовали, пропуская со скоростью 5 л/мин (0,3 м3/ч) через установку УФ- обработки, содержащую установленные в слое воды импульсные ксеноновые лампы сплошного спектра, преимущественно излучающие в диапазоне 200-400 нм при частоте импульсов 1 Гц, плотности потока 2 кВт/см2 и удельных энергозатратах 5 Дж/см3 воды. Температура воды на выходе из установки составляла 30oС. Стерилизованную воду собирали в отдельную емкость, в которую при помощи дозатора вводили раствор, содержащий диамминаргенат-ионы [Аg(NНз)2]+ до достижения в воде концентрации серебра равной 0,005 мг/л.

Указанный раствор (концентрат), содержащий диамминаргенат-ионы, предварительно готовили, пропуская воду со скоростью 0,2 м/с при температуре 20oС и рН 7,0 через ионатор. 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 0,5 мг/л. Эту воду подавали в смесительную емкость и одновременно вводили аммиак из баллона при массовом соотношении Аg+: NНз, соответственно равном 3:1, что соответствовало ~3%-ному избытку аммиака относительно стехиометрии.

Обработанную воду выдерживали в течение 24 ч, а затем определяли ее основные показатели.

Результаты измерений приведены в таблице.

Представленные данные свидетельствуют о высоком качестве обработки воды, проведенной предложенным способом. При этом не только достигается обеззараживание воды, но и улучшаются другие показатели - вкус, запах, цветность, содержание неорганических и органических примесей. Полученную воду разливали в бутыли емкостью 20 л и укупоривали. При хранении обработанной воды в течение 3 месяцев в ней не обнаруживались патогенные микроорганизмы.

Пример 2

Полученную по примеру 1 воду подвергали повторному бактериологическому заражению культурой E.coli 1257 в количестве 103 кл/мл и через 24 ч проводили бактериологический анализ воды. Коли формы обнаружены не были. Запах и неприятный вкус у воды отсутствовали. Эффект сохранялся в течение 3 месяцев.

Для сравнения оценивали влияние каждой стадии обработки воды в отдельности (только хлорирование при концентрации 1 мг/л или только УФ-обработка при указанных в примере 1 параметрах, или только введение раствора, содержащего диамминаргенат-ионы, до содержания Аg+ в воде в количестве 0,005 мг/л) на качество очистки и обеззараживания воды. При этом по истечении 24 ч после завершения каждой стадии проводили повторное бактериологическое заражение воды аналогично описанному выше. Ни в одном из этих случаев не удалось получить устойчивый обеззараживающий, очищающий и консервирующий эффект.

Пример 3

Обработку воды осуществляли аналогично примеру 1, за исключением следующего. Использовали стационарное устройство, объем воды 5 м3. Исходная вода вместо bac turigiensis содержала ботулический токсин в концентрации, указанной в таблице (остальные показатели воды совпадали). Хлорирование вели гипохлоритом натрия, полученным при электролизе 10%-ного водного раствора NaCl. Концентрация активного хлора в воде при ее предварительной обработке составляла 2,0 мг/л. Также отличие заключалось в том, что УФ-обработку проводили в реакторе погружного типа при скорости потока воды 0,3 м3/ч с использованием импульсных ксеноновых ламп сплошного спектра при частоте импульсов 1,3 Гц, плотности потока 5 кВт/см2 и удельных энергозатратах 6 Дж/см3 воды. Температура воды на выходе из установки составляла 32oС.

Для приготовления бактерицидного раствора часть воды 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 0,2 мг/л. В полученную воду при температуре 20oС вводили газообразный аммиак при массовом соотношении Аg+:

NН3, соответственно равном 2,9:1 (~5%-ный избыток аммиака). Приготовленный концентрированный раствор вводили в обрабатываемую воду до достижения в ней концентрации Аg+ равной 0,004 мг/л.

Результаты представлены в таблице. Полученная вода отвечала всем принятым стандартам качества.

Пример 4

Аналогичен примеру 1, за исключением того, что исходную воду вместо ботулического токсина заражали вирусом гепатита А в концентрации, указанной в таблице. Отличие также состояло в том, что перед введением раствора, содержащего диамминаргенат-ионы, воду пропускали через сорбент - активированный уголь. Полученные результаты свидетельствуют о высокой степени очистки и бактерицидности воды, полученной данным способом. Приготовленная в соответствии с предложенным способом вода по санитарным нормам пригодна для использования в питьевых, медицинских и хозяйственно-бытовых целях.

Преимуществом предложенного способа является его эффективность в случаях, когда доступные источники воды имеют сильное бактериальное заражение и значительные концентрации органических примесей, а также возможность его осуществления в компактных мобильных установках для обеспечения снабжения населения питьевой водой в чрезвычайных ситуациях. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ получения питьевой воды, включающий ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, отличающийся тем, что предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию проводят импульсным УФ-излучением сплошного спектра по крайней мере в одной установке погружного типа с использованием ксенoновых ламп, преимущественно вырабатывающих УФ-излучение длиной волны 200-400 нм, при удельных энергозатратах 1-10 Дж на 1 см3 воды и плотности потока 1-10 Вт/см2, а кондиционирование осуществляют при помощи раствора, содержащего диамминаргенат-ионы [Аg(NН3)2]+, полученные при электролизе воды в электролизере с периодической сменой полярности электродов, содержащих не менее 99 мас.% серебра, и последующем введении газообразного аммиака или аммиачной воды при условии 3-5%-ного избытка аммиака относительно стехиометрии, при этом указанный раствор дозируют в воду в количестве, соответствующем концентрации в ней серебра 0,001-0,02 мг/л, и соблюдают соотношение концентрации хлора, вводимого на стадии хлорирования, и концентрации серебра, добавляемого на последней стадии, в пределах 100-500:1 соответственно.

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

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что стерилизацию УФ-излучением ведут при расходе воды 0,1-0,8 м3/ч.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что частота импульсов Уф-излучения составляет 1-1,3 Гц.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что перед стадией введения раствора, содержащего димминаргенат-ионы, проводят дополнительную стадию сорбционной очистки воды.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что предварительную обработку ведут постхлорированием, при этом концентрация хлора составляет 2-4 мг/л.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что его осуществляют в мобильной установке.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что полученную воду разливают в бутыли и укупоривают.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru