Способ обеззараживания воды с использованием озона и ионов меди

Способ обеззараживания воды с использованием озона и ионов меди

Реферат

 

Изобретение относится к способам комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионами тяжелых металлов, в частности меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов. Способ обеззараживания воды включает ее обработку озоном и ионами серебра, причем обработку ведут в несколько стадий, при этом на первой стадии в воду вводят озон до его концентрации в воде 0,5-1 мг/л, на второй стадии озонированную воду выдерживают в течение 0,2-2 ч, после чего на третьей стадии воду обрабатывают ионами меди при концентрации 0,05-0,8 мг/л, полученными с использованием электролизера, анод и катод которого выполнены из рафинированной меди, а полярность электродов меняют через 5-10 мин. Предпочтительно озонирование следует вести при температуре воды 10-20^oC, электролиз - при 20-30^oС и рН 6,5-8,5. Технический результат - создание эффективного и универсального способа обеззараживания воды относительно небольшими количествами реагентов, позволяющими при их однократном введении предотвратить возможность вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца). 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технике комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионами тяжелых металлов, в частности меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов.

Наиболее распространенным способом обеззараживания воды является ее хлорирование. Для усиления антимикробного действия хлорирование сочетают с использованием других реагентов, таких как ионы меди, серебра или цинка (US 5858246, C 02 F 1/50, 1999). Однако этот метод имеет ряд ограничений, связанных с ухудшением вкуса воды, появлением неприятного запаха и образованием значительного количества побочных продуктов, некоторые из которых канцерогенны.

Более перспективным является замена хлорирования воды на озонирование. Привлекательность озона по сравнению с другими окислителями, применяемыми для обработки воды, обусловлена, в первую очередь, его высокими окислительными свойствами и способностью эффективно разрушать различные неорганические и органические соединения, а также патогенные микроорганизмы, в том числе стойкие к действию других окислителей, например хлора. Возможность производства озона на самой очистной станции исключает необходимость его подвоза и хранения. Кроме того, при озонировании воды у нее исчезают неприятный вкус и запах, повышается прозрачность и возрастает содержание растворенного кислорода. Разложение остаточного озона протекает быстро с выделением кислорода без образования токсичных соединений. Однако наряду с перечисленными выше достоинствами метод обработки озоном имеет существенный недостаток - вода может подвергнуться вторичному бактериальному заражению, поскольку уже через два часа после обработки концентрация озона в ней приближается к нулю.

В связи с этим необходимо проводить обработку воды в две или более стадий. Известно, например, сочетание озонирования воды с введением алюминиевого коагулянта, хлора и аммиака и последующей обработкой активированным углем (Л.А.Кульский. Теоретические основы и технология кондиционирования воды, Киев: Наукова думка, 1983, с. 289). Этот метод сложный, длительный, требует значительных затрат на реагенты и оборудование.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ обеззараживания воды, предусматривающий ее периодическую обработку диизодецилдиметиламмоний хлоридом и ионами меди, получаемыми при растворении ее солей, с последующим введением окислителя - хлора или озона и поддержание постоянной концентрации последнего не менее 0,1 мг/л (US 5332511, C 02 F 1/50, 1994). Этот метод был предназначен только для обработки воды в плавательных бассейнах и не пригоден для обеззараживания питьевой воды.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось создание экологически безопасного, эффективного и универсального способа обеззараживания воды относительно небольшими количествами реагентов, позволяющими при их однократном введении предотвратить возможность вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца).

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличается тем, что обработку ведут в несколько стадий, при этом 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 часов, после чего на третьей стадии воду обрабатывают ионами меди при концентрации 0,05-0,8 мг/л, полученными с использованием электролизера, анод и катод которого выполнены из рафинированной меди, причем в процессе работы электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин.

Предпочтительно, озонирование ведут при температуре воды 10-20^oС, а электролиз - при 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

В частности, обработке повергают оборотную воду в плавательном бассейне или воду для систем водоснабжения населения, в том числе питьевую.

Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата, а признаки зависимых пунктов усиливают этот результат.

Указанный порядок введения реагентов, их концентрация и время выдержки, а также условия проведения процесса способствуют эффективному обеззараживанию пресной воды систем водоснабжения и оборотной воды плавательных бассейнов, в процессе эксплуатации которых в воду попадают бактерии, вирусы, грибки в количестве до 10⁶ кл/мл, а также различные органические соединения. При этом наблюдается синергетический эффект от применения озона и малых концентраций ионов меди. Что касается использования электролиза для получения ионов меди, то при этом помимо простоты и удобства дозирования реагента происходит дополнительная активация воды и тем самым повышается бактерицидный эффект. Применение анода из чистой меди практически исключает поступление дополнительных вредных примесей в воду и уменьшает опасность образования осадков на электродах. Этому же способствует периодическое изменение полярности электродов.

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. Затем ее обрабатывали при температуре 15^oС в течение 5 мин в озонаторе до содержания озона 0,5 мг/л и выдерживали в течение часа (остаточная концентрация озона - 0,01 мг/л). После этого воду при температуре 20^oС пропускали через электролизер, встроенный в линию обработки воды, со скоростью движения воды в межэлектродном пространстве 0,2 м/с. В качестве электродов использовали пластины из рафинированной меди. 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.

В таблице приведены некоторые показатели качества воды до комплексной обработки озоном и ионами меди и спустя 3 часа 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 ее качества - вкус, запах, цветность, содержание неорганических и органических примесей. При хранении обработанной воды в течение 2 месяцев как в закрытом, так и в открытом сосудах, в ней не обнаруживались патогенные микроорганизмы.

Пример 2 Для изучения возможности использования предложенного метода в условиях повышенной концентрации патогенных организмов в дистиллированную воду вводили культуру санитарно-показательного микроорганизма E.coli 1257 в количестве 10⁶ кл/мл. Кроме того, более жесткие условия проведения процесса имитировали добавлением в воду анионов, которые могут влиять на пассивацию электродов электролизера: Сl^- - 250 мг/л, S0₄ ^2- - 200 мг/л, S^2- - 0,05 мг/л. Полученную воду обрабатывали при температуре 10^oС озоном в течение 2 мин до достижения концентрации озона 1 мг/л и выдерживали затем в течение 0,2 часа. После этого воду пропускали со скоростью потока 0,1 л/с через электролизер с электродами из рафинированной меди, содержащими 99% Сu, 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 меди в воде составляла 0,7 мг/л. Для сравнения с предложенным комбинированным методом обеззараживания воды оценивали бактерицидные свойства каждого из используемых реагентов в отдельности в тех же концентрациях. Эксперименты показали, что через 3 часа после завершения комбинированного способа обработки в воде отсутствовали патогенные микроорганизмы, тогда как через этот же промежуток времени в воде, обработанной только озоном, было обнаружено 70 кл/мл E.coli 1257, а в воде, обработанной только Сu²⁺, 100 кл/мл этого микроорганизма. При проведении следующих измерений через сутки в воде, обработанной в соответствии с настоящим изобретением, микроорганизмы отсутствовали, а в обработанной только озоном или только Cu²⁺ их количество возрастало. Очевидно, что при совместном использовании реагентов в предлагаемых концентрациях наблюдается синергетический эффект их бактерицидного действия. При этом проявляются высокие консервирующие свойства Сu²⁺ и эффект последействия, поскольку при повторном введение 10³ кл/мл E.coli 1257 в обеззараженную по предложенному способу воду эти микроорганизмы не обнаруживались уже через сутки.

Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным и относительно простым и доступным. Наиболее целесообразно его использовать для обработки воды в условиях жаркого климата, когда велика опасность вторичного загрязнения воды.

Формула изобретения

1. Способ обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличающийся тем, что обработку ведут в несколько стадий, при этом 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 0,05-0,8 мг/л с использованием электролизера, анод и катод которого выполнены из рафинированной меди, причем при работе электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что озонирование воды ведут при температуре 10-20^oС.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что электролиз ведут при температуре воды 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что обработке подвергают воду системы водоснабжения населения, в том числе питьевую, или оборотную воду плавательного бассейна.

РИСУНКИ

Рисунок 1