Патент на изобретение №2381182

(54) СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам обработки воды, а именно к способу обеззараживания воды путем олигодинамической обработки на сорбционном фильтре с осажденной в сорбент малорастворимой солью серебра, и может быть использовано для обеззараживания питьевой воды. Для осуществления способа обрабатываемую воду фильтруют через композиционный материал, состоящий из серебросодержащей катионообменной смолы и активированного угля, взятых в соотношении 1:1. Предварительно в композиционном материале проводят ионообменное насыщение карбоксильной катионообменной смолы путем последовательного пропускания раствора нитрата серебра, промывки водой, пропускания раствора хлорида натрия и последующей промывки водой. Образующийся хлорид серебра равномерно осаждается с одновременным переводом функциональных групп катионообменной смолы в рабочую натриевую форму. Содержание ионов серебра в композиционном материале не превышает эквивалентное содержание анионов соли. Способ обеспечивает исключение попадания в питьевую воду избытков бактерицида – ионов серебра, при этом способ является простым в технологическом исполнении и экономичным.

Изобретение относится к способам очистки воды, а именно к способу обеззараживания воды путем олигодинамической обработки на сорбционном фильтре с осажденной в сорбент малорастворимой солью серебра, и может быть использовано для обеззараживания питьевой воды.

Известно, что содержание микроорганизмов в питьевой воде не должно превышать 50 клеток/мл (СанПиН 2.1.4.559-96). Для обеззараживания питьевой воды применяют озонирование, хлорирование, ультрафиолетовое облучение, дозирование ионов меди и серебра (олигодинамическая обработка) или сочетание этих методов в комплексной обработке. В условиях нерегулярной подачи водопроводной воды и при использовании бытовых фильтров для дополнительной очистки воды от ионов тяжелых металлов микроорганизмы способны накапливаться и размножаться. В этом случае их количество в питьевой воде может существенно увеличиваться. Решить эту проблему позволяет дополнительное обеззараживание питьевой воды путем обработки ионами меди или серебра, обладающими бактерицидным действием.

Введение ионов серебра в воду осуществляется разными методами. Электрохимический способ дозирования является действенным, однако его применение целесообразно для уже предварительно очищенной питьевой воды или его используют в сочетании с озонированием и фильтрацией, что увеличивает время обработки и возможна передозировка воды ионами серебра (Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды (Процессы и аппараты). Киев: Наукова Думка, 1971. 500 с.; Пат. РФ: 2217386, МПК7 C02F 1/467, 2003; 2096335, C02F 1/46, 1996; 2038118, В01 35/06, 1995; 2182124, C02F 1/50, 2002).

Известны способы химической обработки и обеззараживания воды, которые используют окислители и мелкие частицы металлического серебра (пат. РФ 2213705, C02F 9/04, 2003) или водорастворимые соли серебра (EP 0059978, C02F 1/50, 1982). Однако эти способы многостадийны и требуют достаточно дефицитных соединений.

Эффективно использование фильтров, содержащих наночастицы серебра с высокой реакционной способностью (ТУ 6-00-05795731-255-96. Гранулированный активный уголь СКДС-515; Соловьев А.Ю и др. Трековая мембрана с иммобилизованными коллоидными частицами серебра. Жур. Приклад. Химия, 2007, т.80, 3, с.440-444; пат. РФ 2202400). Однако возникает необходимость дополнительно контролировать концентрацию ионов серебра в выходящей воде, поскольку ионизация дисперсного серебра зависит от размера частиц металла и концентрации растворенного кислорода. Кроме того, при высоких скоростях фильтрации воды количество ионов серебра, перешедших в воду, может оказаться недостаточным для достижения бактерицидного действия.

Известен метод обеззараживания воды непосредственным дозированием ионов серебра в воду за счет ее пропускания через ионообменный фильтрующий материал в серебряной форме (например, ионообменник АПТ-4 ЗАО “Академия высоких технологий” www.aptfilter.ru). При высокой концентрации в воде ионов многозарядных металлов (железа, марганца, кальция и других) эффективность этого материала будет быстро снижаться, так как вследствие ионного обмена ионы серебра будут смещаться с ионогенных центров.

Известны способы обеззараживания воды с применением композиционного адсорбционно-бактерицидного материала. Используют порошкообразный активированный уголь, служащий носителем для серебра в форме азотнокислой соли или металла (заявка ФРГ 3229340, B01J 20/20, 1984); активированный уголь, пропитанный раствором соли серебра (а.с. СССР 971464, B01J 20/20, 1982); используют композиции из грубых и тонких углеродных волокон, в том числе активированных, на которые нанесены соли серебра (пат. Швейцарии 556680, B01D 3/00, 1974); используют анионообменные смолы, обработанные раствором нитрата серебра (пат. США 2434190, 1948), или катионообменные смолы, обработанные раствором соли серебра (пат. США 2692855, 1954). Однако при их использовании в воде накапливается большое количество ионов серебра, что отрицательно влияет на здоровье человека, поэтому приходится принимать меры по предупреждению накапливания бактерицидов в воде. Это значительно усложняет сам процесс обеззараживания воды (пат. РФ 2172720, C02F 1/50, 2001). Дозирование ионов серебра в воду и ее обеззараживание идут параллельно с процессом фильтрации. Для улавливания избыточных ионов серебра в состав фильтра вводят анионообменную смолу в йодной форме. Ионы серебра, поступающие в воду, связываются с анионами йода и образуют труднорастворимые соединения. Вследствие этого концентрация выносимых из фильтра катионов серебра невелика. К недостаткам этого метода можно отнести экономически нецелесообразное избыточное осаждение серебра в ионообменную смолу, а также усложнение состава фильтра за счет дополнительного введения серебросодержащей смолы и анионообменника в йодной форме для улавливания избыточных ионов серебра.

Известен простой и дешевый способ обеззараживания и очистки питьевой воды с помощью фильтрующего материала – смесь ионообменных смол и смолы, на поверхности которой и внутри ее зерен присутствует металлическое серебро (Eau et ind, 1981, 58, 88-90). Однако и в этом случае с течением времени ионы серебра вымываются из смолы и попадают в воду.

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа обеззараживания питьевой воды, проходящей через фильтрующий материал бытового фильтра для очистки воды, от ионов переходных металлов.

Технический результат изобретения заключается в предотвращении попадания в питьевую воду избытков бактерицидов, а именно ионов серебра, более простым в технологическом исполнении и экономичным способом.

Технический результат достигается тем, что в способе обеззараживания питьевой воды путем фильтрации ее через композиционный материал, состоящий из серебросодержащей катионообменной смолы и активированного угля, согласно изобретению фильтрацию ведут через композиционный материал, состоящий из карбоксильной катионообменной смолы и активированного кокосового угля, взятых в соотношении 1:1, в котором ионообменным насыщением карбоксильной катионообменной смолы путем последовательного пропускания раствора нитрата серебра, промывки водой, пропускания раствора хлорида натрия и последующей промывки водой равномерно осажден хлорид серебра с одновременным переводом функциональных групп катионообменной смолы в рабочую натриевую форму.

Это может быть достигнуто путем ионообменного введения небольших количеств ионов серебра в слой фильтрующего материала и их осаждения в виде малорастворимой соли, так что при последующем пропускании воды ионы серебра поступают в воду в концентрациях, определяемых произведением растворимости соли, взаимодействуют с микроорганизмами, замедляя их рост и размножение в фильтре, уничтожая их. Преимущество данного способа в сравнении с прототипом состоит в том, что серебро в фильтрующий материал вводится в небольших количествах, и содержание ионов серебра эквивалентно содержанию анионов соли. Осаждение серебра в основном фильтрующем слое в виде труднорастворимой соли дает возможность осуществлять очистку воды параллельно от ионов переходных металлов, органических соединений и бактерий. При этом состав фильтра не усложняется.

Ионы серебра, образовавшиеся из труднорастворимой соли за счет ее частичного растворения согласно произведению растворимости (10^-10), задерживаются на ионогенных центрах сорбентов, входящих в состав фильтра. Вследствие этого в фильтрующем слое в статических условиях достигается и поддерживается необходимая для бактерицидной очистки концентрация ионов серебра. Пропускание очищаемой воды через фильтр приводит к тому, что ионы серебра смещаются с ионогенных центров многозарядными ионами переходных металлов, содержащимися в воде, и поступают в фильтрат. Часть из них связывается с ионами хлора и вновь осаждается в фильтрующем слое в виде труднорастворимой соли. Уменьшение концентрации ионов серебра в фильтрующем слое вызывает новое растворение соли серебра, определяемое ее произведением растворимости.

Пример 1. С целью получения обеззараженной питьевой воды в слой фильтрующего материала, используемого в бытовых фильтрах для ионной очистки воды и состоящего из карбоксильного катионообменника и активированного кокосового угля (1:1), вводят ионы серебра методом ионообменного насыщения из нитрата серебра концентрацией 0.0004 М (5 объемов раствора на 1 объем смолы). После промывки дистиллированной водой через слой в серебряной форме пропускают 5% хлорид натрия (5 объемов раствора на 1 объем смолы), затем слой снова промывают водой. Таким образом в фильтрующий материал не только равномерно осаждается хлорид серебра, но и одновременно слой переводятся в рабочую натриевую форму. Концентрация ионов серебра, перешедших в раствор при 20°С, не превышает 1.3·10^-5 моль/л. Следовательно, для обеззараживания 500 л воды достаточно осадить всего 1.1 мг соли в 1 см³ фильтрующего слоя. При пропускании стоячей воды комнатной температуры через слой фильтрующего материала (объем 50 см³), содержащий хлорид серебра, с линейной скоростью 4-5 м/ч в пропорции 55 объемов воды на 1 объем смолы количество микроорганизмов сокращается вдвое – от 252 до 138 клеток/мл.

Пример 2. В контакте с водой часть хлорида серебра растворяется в соответствии с произведением растворимости, и вода, содержащаяся в фильтрующем слое, насыщается ионами серебра, что препятствует размножению микроорганизмов. Водопроводная вода, содержащая 29-72 клеток/мл, пропущенная через фильтрующий материал без соли серебра со скоростью 4-5 м/ч в пропорции 55 объемов воды на 1 объем смолы, содержит на выходе 560-1296 клеток/мл, что значительно превышает норму.

При пропускании потока воды через фильтрующий материал, содержащий хлорид серебра (подготовленный способ, изложенным в примере 1), со скоростью 1-5 м/ч в пропорции 55 объемов воды на 1 объем смолы, количество микроорганизмов в воде составило всего 3-12 клеток/мл.

Формула изобретения

Способ обеззараживания питьевой воды путем фильтрации ее через композиционный материал, состоящий из серебросодержащей катионообменной смолы и активированного угля, отличающийся тем, что фильтрацию ведут через композиционный материал, состоящий из карбоксильной катионообменной смолы и активированного кокосового угля, взятых в соотношении 1:1, в котором ионообменным насыщением карбоксильной катионообменной смолы путем последовательного пропускания раствора нитрата серебра, промывки водой, пропускания раствора хлорида натрия и последующей промывки водой равномерно осажден хлорид серебра с одновременным переводом функциональных групп катионообменной смолы в рабочую натриевую форму.