СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ


RU (11) 2182128 (13) C1

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

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

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

(14) Дата публикации: 2002.05.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2001121302/12 
(22) Дата подачи заявки: 2001.07.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.07.31 
(45) Опубликовано: 2002.05.10 
(56) Аналоги изобретения: RO 116545 В2, 30.03.2001. RU 2046643 С1, 27.10.1995. RU 2073646 С1, 20.02.1997. RU 2069641 С1, 27.11.1996. US 5149354 А, 22.09.1992. US 4463031 А, 31.07.1984. 
(71) Имя заявителя: ООО "Космо-Дизайн интернэшнл" 
(72) Имя изобретателя: Гутенев В.В.; Ажгиревич А.И.; Павлов А.В.; Гутенева Е.Н. 
(73) Имя патентообладателя: ООО "Космо-Дизайн интернэшнл" 
(98) Адрес для переписки: 109009, Москва, Тверской б-р, 24, оф.13, ООО "Космо-Дизайн интернэшнл", В.В.Гутеневу 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ 
Изобретение относится к комбинированным методам обработки питьевой воды с использованием химических реагентов и ультрафиолетового (УФ) излучения. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, на кораблях, а также на специальных мобильных установках, применяемых в чрезвычайных ситуациях. Способ получения питьевой воды включает ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, при этом предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию слоя воды проводят в установке лоткового типа ртутными лампами низкого давления, преимущественно вырабатывающими УФ-излучение длиной волны (26040) нм, расположенными над поверхностью слоя обрабатываемой воды высотой 20-50 см при дозе облучения 15-30 мДж/см2, а кондиционирование осуществляют путем дозированной подачи раствора аммиачного комплексного соединения серебра формулы Аg(NН3)2NO3 или [Аg(NН3)2]SO4, или смеси этих соединений до достижения в обрабатываемой воде концентрации серебра 0,005-0,05 мг/л, причем указанный раствор аммиачного комплексного соединения/соединений серебра готовят путем смешения 0,1-1,0%-ного раствора АgNО3 и/или Аg2SO4 и газообразного аммиака или аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg+:NН3, равного 2,8-3,0. Технический результат - упрощение и ускорение способа получения питьевой воды, в том числе из сильно зараженных источников, снижение концентрации используемых реагентов и обеспечение возможности хранения полученной воды в течение длительного срока без ухудшения ее качества. 4 з.п.ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к комбинированным методам обработки питьевой воды с использованием химических реагентов и ультрафиолетового (УФ) излучения. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, на кораблях, а также на специальных мобильных установках, применяемых в чрезвычайных ситуациях.
Наиболее распространенным способом обеззараживания воды является ее хлорирование. В связи с тем, что большая часть хлора идет на реакции с различными органическими и неорганическими примесями, содержащимися в воде, для достижения собственно обеззараживающего эффекта требуются значительные количества этого реагента. При этом 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 хлоррезистентные 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 актуальной задачей является полный отказ от хлорирования в пользу альтернативных методов обеззараживания или 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.
Что касается полного отказа от хлорирования, то известен, например, многостадийный способ очистки природных вод, включающий последовательно проводимые две стадии механической обработки, импульсное УФ-облучение сплошного спектра, обратноосмотическое опреснение, пропускание через углеволокнистый сорбент и повторное импульсное УФ-облучение сплошного спектра (RU, 2033976, 1995). Недостатком этого метода являются его сложность и высокая стоимость.
Известен способ получения питьевой воды из бактериологически зараженных источников, 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 из-за использования многостадийной обработки, а также необходимости периодического проведения регенерации ионообменных смол и обработки песка серебром.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось упрощение и ускорение способа получения питьевой воды, в том числе из сильно зараженных источников, снижение концентрации используемых реагентов и 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 слоя воды проводят в установке лоткового типа ртутными лампами низкого давления, преимущественно вырабатывающими УФ-излучение длиной волны (26040) нм, расположенными над поверхностью слоя обрабатываемой воды высотой 20-50 см при дозе облучения 15-30 мДж/см2, а кондиционирование осуществляют путем дозированной подачи раствора аммиачного комплексного соединения серебра формулы Аg(NН3)2NО3 или [Аg(NН3)2]2SO4, или смеси этих соединений до достижения в обрабатываемой воде концентрации серебра 0,005-0,05 мг/л, при этом указанный раствор аммиачного комплексного соединения/соединений серебра готовят путем смешения 0,1-1,0%-ного раствора AgNO3 и/или Ag2SO4 и газообразного аммиака или аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg+:NН3, равного 2,8-3,0.
Предпочтительно хлорирование ведут сжиженным хлором, хлорной известью или гипохлоритом натрия, полученным электролизом раствора NaCl, при концентрации активного хлора 0,5-1,0 мг/л.
Оптимально для приготовления раствора аммиачного комплексного соединения серебра используют 0,1%-ный раствор АgNО3 или 0,2%-ный раствор Ag2SO4.
В частном случае воплощения предложенного способа его осуществляют на мобильной установке.
Полученная вода может быть разлита в бутыли и укупорена.
Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата, а признаки зависимых пунктов, уточняющие оптимальные концентрации реагентов, усиливают этот результат или отражают частные случаи использования изобретения.
Сочетание хлорирования воды, ее УФ-обработки и серебрения с использованием комплексного соединения/соединений серебра позволяет расширить возможные области применения способа за счет обеззараживания воды с большей бактериологической загрязненностью и при этом снизить концентрацию хлора и ионов серебра по сравнению с большинством известных методов обработки воды. Предлагаемые аммиачные комплексные ионы серебра восстанавливаются медленнее, чем простые ионы Аg+, следовательно, бактерицидный эффект проявляется в течение большего промежутка времени, при этом эффективная концентрация полученных при диссоциации комплексных соединений ионов серебра даже ниже, чем их ПДК в воде. Возможное объяснение указанного эффекта состоит в том, что в воде имеют место следующие равновесные реакции:







В результате 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 (3) смещено вправо, и в воду постоянно переходят новые порции ионов Аg+, поддерживая тем самым бактериальную устойчивость воды в течение длительного срока ее хранения.
Использование ртутных ламп низкого давления, излучающих в наиболее "бактерицидной области" ультрафиолетового спектра, обеспечивает при небольших затратах энергии высокий обеззараживающий эффект. Предложенные количественные ограничения высоты обрабатываемого слоя воды, дозы облучения, а также концентрации 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.
Упрощение и ускорение предложенного способа по сравнению с прототипом связаны с сокращением количества стадий обработки воды, с использованием относительно легко приготавливаемых реагентов, с высокой производительностью и эффективностью проточной установки УФ-стерилизации.
Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.
Пример 1. Исходную воду объемом 400 л фильтровали через колонку, загруженную кварцевым песком, после чего вводили сжиженный хлор из баллона в количестве 1,0 мг/л и выдерживали в течение 2 ч. Затем воду стерилизовали, пропуская со скоростью 0,5 л/мин через установку лоткового типа, содержащую установленные над слоем протекающей воды высотой 30 см аргонортутные лампы БУВ-60П мощностью 60 Вт, большая часть излучения которых имела длину волны 254 нм. Доза облучения составляла 20 мДж/см2. Стерилизованную воду собирали в отдельную емкость, в которую при помощи дозатора вводили раствор [Аg(NН3)2]NО3 до достижения в воде концентрации серебра 0,01 мг/л. Указанный раствор предварительно готовили путем смешения 0,5%-ного раствора АgNО3 и газообразного аммиака до достижения массового соотношения Аg+:NН3, равного 2,8. Способ осуществляли на передвижной установке.
В таблице приведены некоторые показатели качества воды до обработки и после нее. 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. В исходную воду дополнительно вводили Штамм М-16 и готовили аналогично примеру 1, за исключением того, что хлорирование вели гипохлоритом натрия, полученным при электролизе 10%-ного раствора NaCl. Концентрация активного хлора в воде при ее предварительной обработке составляла 0,8 мг/л. Также отличие заключалось в том, что вместо [Аg(NН3)2]NО3 использовали раствор [Аg(NН3)2] 2SO4, полученный при смешении 0,5%-ного водного раствора Ag2SO4 и аммиачной воды при массовом соотношении Аg+:NН3, равном 3,0, а концентрация серебра в воде составляла 0,05 мг/л. Способ осуществляли в стационарных условиях.
Результаты представлены в таблице. Полученная вода отвечала всем принятым стандартам качества.
Пример 3. Исходную воду дополнительно заражали вирусом гепатита А. Обработку воды вели аналогично примеру 1, за исключением того, что стерилизацию осуществляли дозой УФ-излучения 30 мДж/см2, а в качестве дезинфектанта использовали раствор смеси аммиачных комплексных соединений [Аg(NН3)2]NО3 и [Аg(NН3)2]2SO4. Раствор готовили из смеси солей АgNО3 и Ag2SO4, взятых в массовом соотношении 2:1. Концентрация Аg+ составляла 0,03 мг/л.
Полученные результаты представлены в таблице. Они свидетельствуют о высокой степени бактерицидности воды, полученной данным способом. Вода очищена от патогенной микрофлоры и 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, а также возможность его осуществления на 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 в установке лоткового типа ртутными лампами низкого давления, преимущественно вырабатывающими УФ-излучение длиной волны (26040) нм, расположенными над поверхностью слоя обрабатываемой воды высотой 20-50 см, при дозе облучения 15-30 мДж/см2, а кондиционирование осуществляют путем дозированной подачи раствора аммиачного комплексного соединения серебра формулы [Аg(NН3)2] NО3, или [Аg(NН3)2] 2SO4, или смеси этих соединений до достижения в обрабатываемой воде концентрации серебра 0,005-0,05 мг/л, при этом указанный раствор аммиачного комплексного соединения/соединений серебра готовят путем смешения 0,1-1,0%-ного раствора АgNО3 и/или Аg2SO4 и газообразного аммиака или аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg+: NH3, равного 2,8-3,0.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хлорирование ведут сжиженным хлором или гипохлоритом натрия, полученным электролизом раствора NaCl, при концентрации активного хлора в обрабатываемой воде 0,5-1,0 мг/л.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для приготовления раствора аммиачного комплексного соединения серебра используют 0,1%-ный раствор АgNО3 или 0,2%-ный раствор Аg2SO4.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что его осуществляют на мобильной установке.
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что полученную воду разливают в бутыли и укупоривают.