Способ получения стабильного окислительного биоцида

Способ получения стабильного окислительного биоцида

Реферат

Часть описания данного патентного документа содержит или может содержать материал, защищенный авторским правом. Собственник авторского права не имеет возражений против воспроизведения способом фотокопирования любого патентного документа или описания патента в точности в той форме, в которой он появляется в патентных файлах или официальных документах Патентного ведомства США (Patent and Trademark Office), но в остальном, как бы то ни было, сохраняет все авторские права.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к получению стабильного хлорамина для использования в виде биоцидной композиции. Данное изобретение предлагает способ получения хлорамина в стабильной форме, который предусматривает возможность производить, хранить и транспортировать хлорамин. Данное изобретение демонстрирует способ получения стабильного и функционального хлорамина, который предусматривает применение хлораминов в виде биоцидной композиции в системах обработки воды и в ряде других систем обработки, без его быстрого разложения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Описанное здесь изобретение имеет отношение к получению агента, регулирующего биообрастание. Основой для данного изобретения является композиция из реагентов и условия ее получения с применением концентрированных реагентов с целью превращения двух жидких растворов из их исходной химической формы в другую, с измененными биоцидными свойствами.

В мире имеется большое количество промышленных систем водоснабжения. Существуют промышленные системы водоснабжения, позволяющие осуществить необходимые химические, механические и биологические процессы для достижения желаемого результата. Обрастание может происходить даже в промышленных системах водоснабжения, обработанных с помощью наилучших имеющихся в настоящее время программ водоподготовки. Для целей данной патентной заявки «обрастание» означает «отложение любого органического или неорганического материала на поверхности».

Если промышленные системы водоснабжения не обрабатывать с целью регулирования обрастания микробами, могут возникнуть значительные отложения. Обрастание оказывает отрицательное воздействие на промышленную систему водоснабжения. Например, на контактирующих с водой поверхностях может образоваться значительный минеральный осадок (неорганический материал), и где бы он ни осаждался, он является идеальной средой для роста микроорганизмов.

Обрастание происходит по различным механизмам, включая отложение происходящих из воздуха и воды, а также образованных водой загрязнений, застой воды, технологические утечки и другие факторы. Если позволить этому процессу развиваться, система может страдать от таких связанных с микробным обрастанием факторов, как снижение эффективности работы, преждевременный выход оборудования из строя, потеря производительности, потеря качества продукта и возрастающие риски, связанные со здоровьем.

Обрастание может также происходить из-за микробиологического загрязнения. Источники микробного загрязнения в промышленных системах водоснабжения являются многочисленными и могут включать, не ограничиваясь этим, загрязнения, происходящие из воздуха, подпитку воды, технологические утечки и неправильно очищенное оборудование. Эти микроорганизмы могут быстро создавать скопления микробов на любой влажной или полусухой поверхности системы водоснабжения. Если эти популяции микробов присутствуют в объеме воды, то более чем 99% присутствующих в воде микробов будет находиться на поверхности в форме биопленок.

Экзополимерное вещество, выделяемое микроорганизмами, способствует образованию биопленок, по мере разрастания скопления микробов на поверхности. Эти биопленки представляют собой сложные экосистемы, которые создают средства для концентрирования питательных веществ и обеспечивают защиту роста. Биопленки могут ускорять образование отложений, коррозию и другие процессы обрастания. Биопленки не только вносят вклад в снижение эффективности системы, но они также обеспечивают прекрасную окружающую среду для размножения микробов, которые могут включать патогенные бактерии. Таким образом, важно, чтобы образование биопленок и другие процессы обрастания были снижены в максимально возможной степени, чтобы обеспечить максимальную эффективность процесса и свести к минимуму связанные со здоровьем риски из-за происходящих из воды патогенных бактерий.

Ряд факторов вносит вклад в проблему биологического обрастания и регулирует его степень. Температура воды, pH воды, органические и неорганические питательные вещества, условия роста, такие как аэробные или анаэробные условия, и, в некоторых случаях, присутствие или отсутствие солнечного света и т.д. могут играть важную роль. Эти факторы также помогают определить, какие типы микроорганизмов могут присутствовать в системе водоснабжения.

Как было описано выше, биологическое обрастание может вызвать нежелательные технологические помехи, и, следовательно, его следует регулировать. Для регулирования биологического обрастания в промышленных процессах применяют много различных подходов. Наиболее обычным применяемым способом является применение биоцидных соединений к технологическим водам. Примененный биоцид может быть окислительным или неокислительным по природе. Вследствие различных факторов, таких как факторы, связанные с экономикой и проблемами окружающей среды, предпочтительными являются окислительные биоциды. Окислительные биоциды, такие как газообразный хлор, хлорноватистая кислота, биоциды на основе брома и другие окислительные биоциды, широко применяют при обработке промышленных систем водоснабжения.

Одним из факторов при установлении эффективности окислительных биоцидов является присутствие в водной матрице компонентов, которые могут создавать «потребление хлора» или потребление окислительного биоцида. «Потребление хлора» выражают как количество хлора, которое восстановлено или иным образом преобразовано находящимися в воде веществами в инертные формы хлора. Потребляющие хлор вещества включают, не ограничиваясь этим, микроорганизмы, органические молекулы, аммиак и аминопроизводные; сульфиды, цианиды, способные к окислению катионы, лигнины целлюлозной массы, крахмал, сахара, нефть, добавки для обработки воды, такие как ингибиторы образования ржавчины и ингибиторы коррозии, и т.д. Рост микробов в воде и в биопленках вносит вклад в потребление хлора для воды и в потребление хлора для системы, которая должна быть обработана. Как было обнаружено, обычные окислительные биоциды являются неэффективными в водах, имеющих высокий показатель потребления хлора, включая тяжелые шламы. Для таких вод обычно рекомендуют неокислительные биоциды.

Хлорамины являются эффективными, и их обычно применяют в условиях, когда существует высокий показатель потребления окислительных биоцидов, например хлора, или же в условиях, когда выгодна устойчивость «окислительного» биоцида. Системы бытового водоснабжения все больше обрабатывают хлораминами. Хлорамины обычно образуются, когда свободный хлор реагирует с аммиаком, присутствующим в воде или добавленным к ней. Документально зафиксировано много различных способов получения хлораминов. Некоторые ключевые параметры реакции между источниками хлора и азота определяют стабильность и эффективность полученного биоцидного соединения. Ранее описанные способы были основаны на любом из способов предварительного получения разбавленных растворов реагентов с последующим их объединением и получением раствора хлораминов. Реагенты представляют собой источник амина в виде аммониевой соли (сульфата, бромида или хлорида) и Cl-донор (донор хлора) в виде газа или в соединении со щелочноземельным металлом (Na или Ca). Также описанные способы были основаны на регулировании pH реакционной смеси путем добавления реагента при высоком значении pH, или же путем отдельного добавления раствора щелочи. Полученное таким образом дезинфицирующее вещество следует немедленно вводить в систему, которую подвергают обработке, поскольку это дезинфицирующее вещество быстро разлагается. Раствор дезинфицирующего вещества получают вне системы, которую подвергают обработке, и затем подают в водную систему для осуществления обработки. В описанных ранее способах получения реагентов для обработки жидкостей с целью регулирования биологического обрастания существенная проблема заключалась в том, что активный биоцидный ингредиент был нестабильным в химическом отношении и быстро разлагался, что приводило к быстрому снижению значения pH. Это быстрое разрушение биоцидного ингредиента приводило к снижению эффективности. Наблюдали также, что pH активного биоцидного ингредиента никогда не имел значение >8,0, из-за быстрого разложения биоцидного компонента (см. US5976386).

Данное изобретение описывает следующие ключевые аспекты:

1. Композицию реагентов для получения «более стабильного» дезинфицирующего раствора;

2. Условия получения «более стабильной» формы биоцидного компонента и

3. Способ получения дезинфицирующего вещества.

Данное изобретение относится к способу получения стабильного хлорамина, в котором концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина и перемешивают, получая стабильный хлорамин с pH выше 5. Источник хлора по данному изобретению содержит щелочноземельный металл, и предпочтительным источником хлора является гипохлорит натрия или гипохлорит кальция, а источником амина предпочтительно является сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ или гидроксид аммония NH₄OH.

Способ по данному изобретению включает реакционную среду, в которой происходит реакция источника хлора и источника амина с образованием хлорамина. Реакционная среда представляет собой жидкость, которая предпочтительно представляет собой воду. Продуктом по данному изобретению является стабильный хлорамин.

Данное изобретение подробно описывает способ получения стабильного хлорамина, в котором концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина, совместно с реакционной средой, и перемешивают, чтобы получить стабильный хлорамин с pH 7 или выше.

ПРИМЕРЫ

Вышеописанное можно понять лучше, рассматривая последующий пример, который приведен для иллюстрации способов осуществления данного изобретения и не ограничивает область данного изобретения.

ПРИМЕР 1

В ходе эксперимента, проведенного с целью обеспечить понимание способа получения и стабильности полученного раствора хлорамина, свежие растворы гипохлорита, (NH₄)₂SO₄ и NH₄OH были приготовлены и использованы для получения хлорамина. Полученный раствор гипохлорита был отдельно проанализирован, и было найдено, что он содержит ~110 частей на миллион (ppm) свободного Cl₂, как и предполагали из разведения. Количество полученного хлорамина было определено путем измерения содержания свободного Cl₂ и общего Cl₂ в продукте. Результаты эксперимента показали, что наблюдали 100% превращение в хлорамин (общий Cl₂). Кроме того, pH продукта, полученного из (NH₄)₂SO₄ и NH₄OH, оставался выше 7.

Полученный раствор хлорамина хранили в темноте и снова проанализировали через 1 день. Снова измеряли содержание свободного Cl₂ и общего Cl₂, чтобы оценить стабильность полученного и сохраняемого в замкнутом пространстве 50 мл пробирки раствора хлорамина. Эти данные сравнивали с данными в момент получения, и снижение уровня общего Cl₂ служило мерой потери хлорамина из раствора. Хлораминовые продукты, полученные с амином, происходящим из (NH₄)₂SO₄ или NH₄OH, проявляли лишь слабую деградацию, 7,7% и 5,9%, соответственно, через 1 день. В качестве наблюдения, раствор хлорамина, полученный с амином, происходящим из бромида аммония (NH₄Br), давал более чем 90% потери/деградации через 1 день.

Следует понимать, что для специалиста в данной области очевидны различные изменения и модификации описанных в тексте настоящего описания примеров реализации, которые в данное время являются предпочтительными. Такие изменения и модификации можно осуществить, не удаляясь от сущности и в пределах области данного изобретения и не снижая его предполагаемых преимуществ. Таким образом, предполагают, что прилагаемая формула изобретения включает такие изменения и модификации.

1. Способ получения стабильного хлорамина, состоящий из операций, где концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина и перемешивают для получения стабильного хлорамина с pH выше 5, причем источник хлора представляет собой гипохлорит натрия или гипохлорит кальция и источник амина представляет собой сульфат аммония или гидроксид аммония.

2. Способ по п.1, в котором стабильный хлорамин имеет pH 7 или выше.

3. Способ получения стабильного хлорамина, состоящий из операций, где концентрированный источник хлора объединяют с концентрированным источником амина и реакционной средой и перемешивают для получения стабильного хлорамина с pH 7 или выше, причем источник хлора представляет собой гипохлорит натрия или гипохлорит кальция, и источник амина представляет собой сульфат аммония или гидроксид аммония.

4. Способ по п.3, в котором реакционная среда представляет собой жидкость.

5. Способ по п.4, в котором реакционная среда представляет собой воду.