ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2213705

СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Имя изобретателя: Ажгиревич А.И.; Гутенев В.В.; Серпокрылов Н.С.; Кирьянова Л.Ф. 
Имя патентообладателя: Ажгиревич Артем Иванович
Адрес для переписки: 103009, Москва, Тверской б-р, 24, оф.13, ООО "Космо-Дизайн интернэшнл", В.В. Гутеневу
Дата начала действия патента: 2002.11.28 

Изобретение относится к методам обработки воды окислением пероксидом водорода в присутствии гетерогенного катализатора, содержащего соединения марганца, меди и серебра. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов. Способ обеззараживания воды включает введение пероксида водорода в два этапа, на первом из которых в емкость с исходной водой добавляют 70-90 мас.% от общего количества используемого в процессе пероксида водорода, выдержку в течение 0,5 ч, введение таблеток, содержащих гопкалит и серебро, выдержку в течение 0,5-1 ч, добавление оставшегося количества пероксида водорода и выдержку в течение 0,5 ч, при этом указанные таблетки получают путем смешения растертых в порошок гранул гопкалита с частицами металлического серебра размером не более 0,05 мм при соотношении гопкалит:серебро, равном 1000: 1, добавления воды до получения пасты, ее подсушивания при температуре 100-110oС и формования. Предпочтительно общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 50-200 мг/л. Целесообразно указанный катализатор вводить в количестве 0,1-1 мг/л. Технический результат - упрощение и ускорение процесса обеззараживания воды до питьевого качества, а также предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

Известен способ обеззараживания воды, заключающийся в совместном действии пероксида водорода и 0,05-1,0 мг/л ионов меди. При этом медь не только усиливает антимикробные свойства пероксида водорода, но и является катализатором его разложения (Савлук И.П. и др. Антимикробные свойства меди. "Химия и технология воды", 1986, 8, 6, с.65-67). Однако эффективность этого метода недостаточно высока.

Более эффективным является известный из ЕР 0059978, С 02 F 1/50, 1982 способ химической обработки и обеззараживания вод и водных систем, заключающийся в одновременном использовании четвертичных соединений аммония, водорастворимых солей меди и/или серебра и пероксидного соединения, выделяющего при разложении кислород. Этот способ, однако, требует применения достаточно дефицитных соединений.

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 или раствора, содержащего соединения меди и марганца, например гопкалита. В результате химической реакции образуется осадок, в который переходят красители, а также непрореагировавший окислитель и катализатор (RU 2031858, С 02 F 1/72, 1995). Этот метод, однако, непригоден для обеззараживания питьевой воды, поскольку используемые реагенты в виде взвеси могут оставаться в воде после ее отстаивания и удаления осадка. Кроме того, этот метод не вполне экономичный 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 часов, 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 Сu2+, равной 0,01-0,2 мг/л. Этот метод достаточно длительный и трудоемкий.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось упрощение процесса обеззараживания воды до питьевого качества, 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 серебром, отличается тем, что пероксид водорода вводят в воду в два этапа, на первом из которых в емкость с исходной водой добавляют 70-90 мас.% от общего количества используемого в процессе пероксида водорода и выдерживают 0,5-1 час, затем в воду вводят гетерогенный катализатор, выдерживают 0,5-1 час, после этого добавляют 10-30 мас.% пероксида водорода от его общего количества, используемого в процессе, и выдерживают в течение 0,5-1 часа, при этом указанный гетерогенный катализатор получают путем смешения растертых в порошок гранул гопкалита с частицами металлического серебра размером не более 0,05 мм при массовом соотношении гопкалит:серебро, равном 1000:1, последующего добавления воды до получения пасты, ее подсушивания при температуре 100-110oС и формования.

Предпочтительно, общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 50-200 мг/л.

Целесообразно указанный катализатор вводить в количестве 0,1-1 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, недорогим бактерицидным препаратом для обеззараживания питьевой воды, который не изменяет ее физико-химические характеристики.

Гопкалит - это катализатор на основе диоксида марганца и оксида меди, используемый в виде гранул, в основном в процессах окисления оксида углерода. Нами было обнаружено, что при применении его в смеси с частицами серебра процесс обработки воды значительно ускоряется при одновременном повышении степени обеззараживания.

Использование катализатора в виде формованных изделий, например 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 также сформован в виде гранул, шариков и т.п.

Совместная обработка воды пероксидом водорода и предлагаемым гетерогенным катализатором на несколько порядков (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

Исходная вода имела следующие показатели: температура 18oС, рН 7,0, содержание взвешенных веществ 0,56 мг/л, цветность 28 град, окисляемость перманганатная 25 мг/л, коли-индекс 7. Затем в воду вводили пероксид водорода в количестве 40 мг/л (80% от общего количества Н2О2). Полученную воду выдерживали в течение 1 часа, после чего она имела следующие показатели: рН 7,4, содержание взвешенных веществ 0,38 мг/л, цветность 18 град, щелочность 0,42 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 15 мг/л О2, коли-индекс 4,0.

Далее в воду вводили таблетки, содержащие гопкалит и серебро, в количестве 0,5 мг/л. Таблетки предварительно готовили путем смешения порошка гопкалита (размер частиц 0,01-0,05 мм) с частицами мелко раздробленного металлического серебра размером 0,03-0,05 мм при массовом соотношении гопкалит:серебро, равном 1000: 1, добавления воды до получения пасты, ее подсушивания при температуре 105oС и формования на прессе. Таблетки имели диаметр 12 мм и высоту 5 мм. Воду выдерживали в течение 1 часа.

После этого в нее вводили 10 мг/л пероксида водорода и выдерживали еще 0,5 часа. Показатели полученной воды: содержание взвешенных веществ 0,25 мг/л, цветность 12 град, окисляемость перманганатная 12 мг/л O2, коли-индекс 2,0.

Обработанную воду выдерживали в предварительно стерилизованной таре в течение 48 часов, а затем определяли коли-индекс. Он составлял величину, равную 2,0. После этого воду подвергали повторному бактериологическому заражению культурой E.coli 1257 в количестве 102 кл/мл и через 24 часа проводили бактериологический анализ воды. Коли-индекс был равен 2,0. 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 гопкалитом в виде гранул (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.

Пример 2

Для испытаний использовали прудовую воду мутностью 4,8 мг/л, цветностью 60 град, рН 7,6, с окисляемостью 18,1 мг О/л. Воду заражали одним из наиболее устойчивых к внешним воздействиям микроорганизмов - Aerobacter cloacae в количестве 109 особей/л. Воду обрабатывали аналогично примеру 1 с изменением некоторых параметров: концентрация пероксида водорода на первом этапе 90 мг/л, таблетки вводили в количестве 0,8 мг/л, а количество пероксида водорода на втором этапе составляло 10 мг/л. После проведенной обработки показатели качества воды были следующие: мутность 0,24 мг/л, цветность 14 град, рН 6,9, окисляемость 7 мг О/л. Aerobacter cloacae обнаружены не были.

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 питьевой 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 70-90 мас.% от общего количества используемого в процессе пероксида водорода и выдерживают 0,5-1 ч, затем в воду вводят гетерогенный катализатор, выдерживают 0,5-1 ч, после этого добавляют 10-30 мас.% пероксида водорода от его общего количества, используемого в процессе, и выдерживают в течение 0,5-1 ч, при этом указанный гетерогенный катализатор получают путем смешения растертых в порошок гранул гопкалита с частицами металлического серебра размером не более 0,05 мм при массовом соотношении гопкалит: серебро, равном 1000: 1, добавления воды до получения пасты, ее подсушивания при температуре 100-110oС и последующего формования.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее количество используемого в процессе пероксида водорода составляет 50-200 мг/л.

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

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