способ комбинированного обеззараживания воды

Формула изобретения

Способ комбинированного обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличающийся тем, что обработку ведут ионами меди при их концентрации 0,05-0,8 мг/л и озоном при его концентрации 0,3-0,8 мг/л, при этом ионы меди, полученные растворением медьсодержащих солей, вводят в воду в два приема - половину общего количества используемой меди вводят до озонирования, затем воду выдерживают в течение 0,1-1 ч при постоянном перемешивании с использованием сжатого воздуха, а оставшееся количество используемой меди вводят в камеру озонирования непосредственно в область диспергирования озона.

Описание изобретения к патенту

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

В практике обеззараживания воды в последние годы все шире применяются комбинированные методы, например хлорирование и последующее введение химических реагентов, одновременное действие электрического тока или ультразвука и химических реагентов и т.д. (Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. - Киев: Наукова думка, 1983, с.331-335).

Известен способ обеззараживания воды, который предусматривает обработку воды путем ее пропускания через электролизер с электродами из сплава меди и серебра, при этом полярность и потенциал электродов периодически может быть изменена (см. US 4680114, С 02 F 1/46, 1987 г.). Данный метод позволяет уничтожать бактерии и другие микроорганизмы при помощи относительно небольших количеств ионов серебра и меди, которые, однако, в большинстве случаев превосходят их ПДК в воде, что, естественно, требует дополнительных мер по десеребрению и демеднению воды (ПДК в питьевой воде для серебра равна 0,05 мг/л, для меди - 1,0 мг/л: ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»).

Другой известный способ (RU 2182125, 2002 г.) включает обработку воды окислителем (озоном) с последующим введением ионов серебра и меди, полученных при растворении их солей; при этом при помощи устройства дозирования вводят раствор соли серебра до достижения концентрации ионов Ag⁺ в воде, равной 0,005-0,01, после чего вводят раствор соли меди до достижения концентрации Cu²⁺, равной 0,05-0,5 мг/л.

Этот способ существенно повышает глубину обеззараживания, расширяет спектр уничтожаемых микроорганизмов и, что важно, позволяет в значительной степени снизить дозы вводимых реагентов: солей меди и серебра. Тем не менее, известный способ является довольно сложным по технологической схеме и, кроме того, требует для своего осуществления дорогостоящий и дефицитный препарат - серебросодержащую соль.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном; при этом обработку ведут в несколько стадий: 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 0,005-0,8 мг/л с использованием электролизера, анод и катод которого выполнены из рафинированной меди (RU 2182123, 2002 г.).

Данный способ позволяет отказаться от серебросодержащего препарата, однако отличается многостадийностью и большими временньми затратами.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось создание эффективного и экологически безопасного способа обеззараживания воды относительно небольшими количествами реагентов, позволяющими при их введении в два приема обеспечить высокую степень инактивации микроорганизмов и предотвратить возможность вторичного бактериального загрязнения воды в течение длительного периода времени (не менее месяца).

Поставленная задача решается тем, что способ комбинированного обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличается от наиболее близкого аналога тем, что обработку ведут ионами меди при их концентрации 0,05-0,8 мг/л и озоном при его концентрации 0,3-0,8 мг/л, при этом ионы меди, полученные растворением медьсодержащих солей, вводят в воду в два приема - половину общего количества используемой меди вводят до озонирования, затем воду выдерживают в течение 0,1-1 часа при постоянном перемешивании с использованием сжатого воздуха, а оставшееся количество используемой меди вводят в камеру озонирования непосредственно в область диспергирования озона.

Технический эффект обусловлен тем, что ионы меди, обладая самостоятельным бактерицидным действием уничтожают часть микроорганизмов, а часть ослабляют, особенно заметно это проявляется при использовании перемешивания воздухом во время выдержки (0,1-1 час) воды, содержащей половинную дозу меди (0,025-0,4 мг/л). Таким образом, в камеру контактирования озона с водой приходит существенно меньшее количество жизнеспособных бактерий, и для их уничтожения требуется меньшее количество озона (0,3-0,8 мг/л). Оставшуюся дозу (0,025-0,4 мг/л) ионов меди вводят непосредственно в камеру озонирования, причем в область диспергирования газообразного озона. Дополнительный эффект обеззараживания достигается за счет перемешивания воды пузырьками всплывающего озона, что обеспечивает более равномерное распределение ионов меди Cu²⁺ и усиления бактерицидного действия озона и Cu²⁺.

Предлагаемые количественные показатели процесса обработки воды являются оптимальными для речной воды, при этом нижние пределы концентрации ионов меди, озона и времени выдержки используют, когда вода содержит не более 10² единиц микроорганизмов или грибов в литре воды.

Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата.

Указанный порядок введения реагентов, их концентрация и время выдержки, а также условия проведения процесса способствуют эффективному обеззараживанию пресной воды систем водоснабжения и оборотной воды (например, плавательных бассейнов или фонтанов), в процессе эксплуатации которых в воду попадают бактерии, вирусы и грибки. При этом имеет место синергетический эффект от совместного применения озона и малых (ниже ПДК) концентраций ионов меди. Применение для генерации последних растворимых в воде медьсодержащих солей существенно снижает энергозатраты по сравнению с электролизом и упрощает ведение процесса обеззараживания, а также исключает опасное для электролиза явление - солеотложение на электродах, снижающих выход ионов меди в воду.

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 (характеристика исходной воды представлена в таблице). Далее в воду ввели сульфат меди в количестве (из расчета на Cu²⁺) 0,8 мг/л и выдерживали в течение 0,5 часа при постоянном перемешивании. Затем воду обработали озоном в течение 10 мин в реакторе до содержания озона 0,8 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до комплексной обработки воды ионами меди и озона и спустя 2 часа после нее. Как следует из таблицы, достигается не только обеззараживание воды, но и улучшаются другие показатели ее качества - вкус, цветность, запах, содержание неорганических и органических ингредиентов. После хранения обработанной воды в течение 1 месяца в открытом сосуде патогенные микроорганизмы не были обнаружены. После хранения в течение 2-х месяцев было обнаружено небольшое количество патогенных микроорганизмов (порядка 3-5 кл/мл).

Пример 2.

Исходная вода по показателям аналогична примеру 1. В воду ввели хлорид меди в количестве (из расчета на Cu²⁺) 0,2 мг/л и выдерживали ее в течение 1 часа при постоянном перемешивании сжатым воздухом. Затем воду обрабатывали озоном в течение 10 мин в реакторе до концентрации озона 0,5 мг/л, при этом в реактор в зону диспергирования озона вводили оставшуюся дозу ионов меди - 0,2 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до комплексной обработки воды ионами меди и озона и спустя 2 часа после нее. Анализ табличных данных показывает повышение химического и бактериологического качества воды после обработки. При хранении обработанной воды в течение 1-2-х месяцев в открытом сосуде патогенные микроорганизмы не были обнаружены.

Пример 3.

Исходная вода по показателям аналогична примеру 1. Далее воду обрабатывали только озоном в течение 10 мин в реакторе до достижения концентрации озона 0,8 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до и после обработки воды озоном (по истечении 2 часов). Анализ табличных данных выявил повышение качества воды в отношении химических показателей, но ухудшение бактериологических показателей по сравнению с примерами 1 и 2. Отметим также, что уже на третий день хранения в воде были обнаружены микроорганизмы, число которых стало расти.

Пример 4.

Исходную воду (показатели соответствовали примеру 1) обработали только ионами меди путем растворения навески сульфата меди из расчета достижения концентрации Cu²⁺ , равной 0,8 мг/л. В таблице представлены показатели качества воды до и после обработки воды ионами меди (после 2 часов выдержки). Как следует из табличных данных, химические показатели воды практически не изменились, бактериологические несколько улучшились по сравнению с исходной водой. При хранении обработанной воды в течение 20 дней в открытом сосуде были обнаружены патогенные микроорганизмы.

Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным и относительно простым и доступным. Наиболее целесообразно применять его для водоподготовки в условиях повышенных температур, когда реальна опасность вторичного загрязнения воды.

Таблица. СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ
№№ п/п	Параметр, единица измерения, ГОСТ 2874-82	До обработки	После обработки в соответствии с примерами
			№1	№2	№3	№4
	Общие показатели
1	рн	6,8	7,1	7,1	7,1	6,8
2	Запах, баллы 2	3	1	1	1	3
3	Привкус, баллы 2	3	2	2	2	3
4	Жесткость, мг-экв/л <7	6,5	4,8	4,7	4,6	6,5
5	Мутность по формазину, N.T.Y.	4	0,8	0,8	0,7	3
6	Сухой остаток, мг/л 1000	1080	720	700	720	1070
7	Цветность, град. 20	15	<6	<6	<6	15
	Интегральные характеристики
8	Окисляемость перманганатная, мг/л	6	4,0	4,0	4,0	5,8
	Неорганические соединения
9	Аммоний, мг/л NH 4	0,2	0,1	0,1	0,1	0,2
10	Железо, мг/л <0,3	0,6	0,1	0,1	0,1	0,6
11	Кальций, мг/л 30-140	80	75	76	78	80
12	Магний, мг/л >10	24	22,0	24,0	21,0	24,0
13	Мышьяк, мг/л 0,01	0,01	0,005	0,005	0,005	0,01
14	Остаточный озон, мг/л 0,1	0,5-1,0	0,1	0,1	0,1	-
	Органические соединения
15	Общие углеводы, мг/л <0,1	0,1	<0,1	<0,1	<0,1	0,1
16	Фенол, мг/л 0,001	0,001	<0,001	<0,001	<0,001	0,001
17	СПАВ, мг/л 0,5	0,6	0,15	0,1	0,15	0,5
	Микробиологические примеси
18	Колиформы общие, кл/мл <1	103	2	1	5	120
19	Общее микробное число, ед.в 1 мл <100	104	64	58	74	1080