способ повышения бактерицидной активности пероксида водорода, применяемого для обеззараживания питьевой воды

Формула изобретения

Способ повышения бактерицидной активности пероксида водорода, применяемого для очистки питьевой воды, путем введения в воду гетерогенного катализатора на основе гопкалита, отличающийся тем, что используют катализатор, полученный смешением растертого в порошок гопкалита, содержащего 60 мас.% диоксида марганца и 40 мас.% оксида меди, с порошком одного из оксидов, выбранных из группы, включающей оксид цинка, оксид железа (III) и оксид кобальта (III), при массовом соотношении гопкалит: оксид металла в пересчете на ион металла, равном (5-10):1, добавлением бентонитовой глины в количестве 10% от массы смеси гопкалита и оксида металла, последующим увлажнением до пастообразного состояния, подсушиванием и формованием в виде таблеток или гранул.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам подготовки питьевой воды, при которых улучшение ее химических и бактериологических характеристик проводится при помощи пероксида водорода, активность которого повышается введением гетерогенных катализаторов. Оно может быть использовано для обеззараживания воды, предназначенной для питьевых целей, а также подготовки воды, используемой для приготовления напитков и продуктов питания.

Известен способ очистки сточных вод от красителей, включающий обработку воды в реакторе порошком пероксида кальция или его суспензией в присутствии катализатора в виде порошка или раствора, содержащего соединения меди и марганца, например гопкалита (RU 2031858, С 02 F 1/72, 1995 г.). Указанный метод, однако, не пригоден для обеззараживания питьевой воды, поскольку используемые реагенты в виде взвеси могут оставаться в воде после ее отстаивания и удаления осадка. Тем самым имеют место непроизводительные расходы реагентов, а их извлечение из воды потребует усложнения технологической схемы и ухудшения экономических показателей процесса обеззараживания.

Известен способ обеззараживания воды, заключающийся в совместном действии пероксида водорода и 0,05-1,0 мг/л ионов меди (Савлук И.П. и др. Антимикробные свойства меди // Химия и технология воды, 1986, т.8, №6, с.с.65-67). При этом медь усиливает антибактериальные свойства пероксида водорода и в то же время является катализатором разложения последнего, что предотвращает попадание пероксида водорода в природные водоемы. Однако эффективность этого метода недостаточно высока, кроме того, рекомендуемая концентрация ионов меди практически достигает установленной предельно допустимой концентрации меди для питьевой воды - 1 мг/л (ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 9 с.).

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения по назначению, совокупности существенных признаков и достигаемому результату является известный из RU 2213705, С 02 F 9/04, 2003 способ обеззараживания питьевой воды, включающий двухкратную обработку ее пероксидом водорода с введением (после выдержки 0,5-1 часа) гетерогенного катализатора. При этом указанный катализатор получают путем смешения растертых в порошок гранул гопкалита с частицами мелкораздробленного 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 100-110°С и формирования на прессе в виде таблеток. Указанный катализатор резко увеличивает бактерицидную активность пероксида водорода, а также обеспечивает длительную (около месяца) устойчивость обработанной воды к повторному бактериальному загрязнению. Недостатками являются: 1) необходимость использования металлического серебра (на 1000 кг катализатора - 1 кг чистого серебра); 2) необходимость дробления серебра до относительно мелких частиц, что требует больших энергозатрат, а также способствует непроизводительным потерям этого металла.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось: 1) усиление бактерицидной активности пероксида водорода посредством введения гетерогенного катализатора на основе гопкалита, модифицированного доступными и относительно недорогими добавками; 2) предотвращение вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (около месяца).

Поставленная задача решается тем, что способ повышения бактерицидной активности пероксида водорода, применяемого для очистки питьевой воды, заключается во введении в воду гетерогенного катализатора на основе гопкалита и отличается от наиболее близкого аналога тем, что используют катализатор, полученный смешением растертого в порошок гопкалита, содержащего 60 мас.% диоксида марганца и 40 мас.% оксида меди, с порошком одного из оксидов, выбранных из группы, включающей оксид цинка, оксид железа (III) и оксид кобальта (III), при массовом соотношении гопкалит:оксид металла в пересчете на ион металла, равном (5÷10):1, добавлением бентонитовой глины в количестве 10 мас.% от массы смеси гопкалита и оксида металла, последующим увлажнением до пастообразного состояния, подсушиванием и формованием в виде таблеток или гранул.

Катализаторы разложения пероксида водорода способствуют появлению в воде сверхактивных в бактерицидном отношении радикалов ОН (через короткое время в результате химической реакции они превращаются в воду). Нашими исследованиями было установлено, что эффективным катализатором данного процесса является гопкалит, модифицированный ионами цинка (источником которых может служить, например, оксид цинка), ионами железа Fe⁺ (источником которых может служить, например, оксида железа), а также ионами Со³⁺ (источником которых может служить, например, оксид кобальта Со₂О₃). Кроме того, обработка воды указанными веществами придает воде длительную устойчивость к повторному бактериальному заражению.

Для получения гетерогенного катализатора указанную смесь увлажняют до получения пасты, пасту подсушивают при 105-110°С в течение 1-1,5 часа и формуют в виде гранул или таблеток.

Количество вводимого катализатора обычно составляет 1,0-1,5 мг/л, время контактирования катализатора с обеззараживаемой водой после введения в нее пероксида водорода 1-1,5 часа.

Совместная обработка воды пероксидом водорода и предлагаемым гетерогенным катализатором на порядок (по сравнению с использованием только пероксида водорода) увеличивает бактерицидную активность пероксида водорода, а также придает обработанной воде устойчивость к вторичному бактериальному загрязнению.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Исходная вода имела следующие показатели: температура 20°С, рН 7,1, содержание взвешенных веществ 0,52 мг/л, цветность 20 град, окисляемость перманганатная по кислороду 20 мг/л, коли-индекс (содержание бактерий Е.coli) - 10³ особей/л. Количество вводимого пероксида во всех опытах составляло 300 мг/л, количество катализатора 1 мг/л, время контактирования с катализатором 1 час. Катализатор готовили смешением мелко раздробленного порошка гопкалита, содержащего 60 мас.% диоксида марганца и 40 мас.% оксида меди (размер частиц 0,01-0,04 мм), с порошком окислов металлов в массовом соотношении, указанном в примерах, с последующим добавлением бентонитовой глины в количестве 10 мас.% от массы смеси гопкалита с оксидом металла. Полученную композицию увлажняли дистиллированной водой до пастообразного состояния. Полученную пасту подсушивали при температуре 110°С и формовали на прессе в виде таблеток диаметром 15 мм и высотой 7 мм.

Пример 1. В исходную воду вводили только пероксид водорода. Первый анализ проводили через 1 час, последующие анализы на содержание микроорганизмов - через каждые сутки (аналогичная методика бактериологического анализа в примерах 2-7).

Пример 2. В качестве катализатора использовали смесь гопкалита с порошком оксида цинка ZnO в соотношениях: а) 5:1 (в расчете на ионы цинка) и б) 10:1.

Пример 3. В качестве катализатора использовали смесь гопкалита с порошком оксида железа Fe₂О₃ в соотношениях: а) 5:1 (в расчете на ионы железо) и б) 10:1.

Пример 4. В качестве катализатора использовали смесь гопкалита с порошком оксида кобальта Со₂О₃ в соотношениях: а) 5:1 (в расчете на ионы кобальта) и б) 10:1.

Пример 5. В качестве катализатора служил известный из RU 2213705 образец с массовым соотношением гопкалит:металлическое серебро, равным 1000:1 соответственно.

Примечания: для приготовления катализаторов применяли реактивы заводского изготовления в виде порошков марки "чда". Вода согласно ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая" считается санитарно безопасной, если число бактерий не превышает 3 особей/л.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Согласно анализу приведенных в таблице данных замена металлического серебра на любой ингредиент (примеры 2-4) привела к резкому возрастанию бактерицидной активности пероксида по сравнению с применением только пероксида водорода (пример 1) и существенно увеличила устойчивость обработанной воды к повторному (из окружающей среды) бактериальному загрязнению. Таким образом, установлена возможность замены в катализаторе дефицитного и дорогостоящего серебра.

Таблица Результаты испытаний бактерицидных свойств пероксида водорода индивидуально и в присутствии гетерогенных катализаторов
Пример, № (вводимый ингредиент)	Соотношение гопкалит: добавка	Число бактерий в обработанной воде по истечении
		1 час	1 сутки	5 суток	10 суток	20 суток	30 суток
№1	только пероксид водорода (300 мг/л)	20	10	20	64	102	300
№2 (ZnO)	а) 5:1 б) 10:1	7 8	2 3	3 3	4 2	3 4	4 5
№3 (Fe2O3)	а) 5:1 б) 10:1	2 3	не обн. 2	не обн. 1	2 3	2 3	3 3
№4 (Со2O3)	а) 5:1 б) 10:1	3 4	12	не обн. 2	2 3	3 3	4 4
№5(известный из RU 2213705)	гопкалит - серебро (1000:1)	3	2	2	3	4	4