Патент на изобретение №2182128

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к комбинированным методам обработки питьевой воды с использованием химических реагентов и ультрафиолетового (УФ) излучения. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, на кораблях, а также на специальных мобильных установках, применяемых в чрезвычайных ситуациях. Способ получения питьевой воды включает ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, при этом предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию слоя воды проводят в установке лоткового типа ртутными лампами низкого давления, преимущественно вырабатывающими УФ-излучение длиной волны (26040) нм, расположенными над поверхностью слоя обрабатываемой воды высотой 20-50 см при дозе облучения 15-30 мДж/см², а кондиционирование осуществляют путем дозированной подачи раствора аммиачного комплексного соединения серебра формулы Аg(NН₃)₂NO₃ или [Аg(NН₃)₂]SO₄, или смеси этих соединений до достижения в обрабатываемой воде концентрации серебра 0,005-0,05 мг/л, причем указанный раствор аммиачного комплексного соединения/соединений серебра готовят путем смешения 0,1-1,0%-ного раствора АgNО₃ и/или Аg₂SO₄ и газообразного аммиака или аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg⁺:NН₃, равного 2,8-3,0. Технический результат – упрощение и ускорение способа получения питьевой воды, в том числе из сильно зараженных источников, снижение концентрации используемых реагентов и обеспечение возможности хранения полученной воды в течение длительного срока без ухудшения ее качества. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к комбинированным методам обработки питьевой воды с использованием химических реагентов и ультрафиолетового (УФ) излучения. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения населенных пунктов, на кораблях, а также на специальных мобильных установках, применяемых в чрезвычайных ситуациях.

Наиболее распространенным способом обеззараживания воды является ее хлорирование. В связи с тем, что большая часть хлора идет на реакции с различными органическими и неорганическими примесями, содержащимися в воде, для достижения собственно обеззараживающего эффекта требуются значительные количества этого реагента. При этом вода приобретает неприятный вкус и запах, повышается опасность ее негативного влияния на организм человека из-за появления в ней хлорорганических соединений. Тем не менее, полной стерилизации воды не происходит, т.к. в ней остаются единичные хлоррезистентные микроорганизмы. Кроме того, хлор не обладает длительным эффектом последействия, т.к. после падения его концентрации вода может подвергнуться вторичному бактериальному загрязнению.

В связи с указанными выше обстоятельствами актуальной задачей является полный отказ от хлорирования в пользу альтернативных методов обеззараживания или уменьшение концентрации хлора за счет его использования в комбинации с другими приемами обработки воды.

Например, известно сочетание хлорирования с обработкой ионами меди, серебра или цинка (US 5858246, С 02 F 1/50, 1999). Однако этот метод эффективен лишь тогда, когда концентрация ионов тяжелых металлов превосходит их ПДК в воде.

Что касается полного отказа от хлорирования, то известен, например, многостадийный способ очистки природных вод, включающий последовательно проводимые две стадии механической обработки, импульсное УФ-облучение сплошного спектра, обратноосмотическое опреснение, пропускание через углеволокнистый сорбент и повторное импульсное УФ-облучение сплошного спектра (RU, 2033976, 1995). Недостатком этого метода являются его сложность и высокая стоимость.

Известен способ получения питьевой воды из бактериологически зараженных источников, включающий первую стадию грубой, а затем тонкой механической фильтрации, вторую стадию удаления токсичных анионов и катионов при помощи ионообменных смол, третью стадию очистки на активированном угле, четвертую стадию стерилизации с использованием УФ-излучения и заключительную стадию кондиционирования (придания консервирующих свойств) путем пропускания воды через покрытый серебром песок (RO 116545, 30.03.2001). Этот способ по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является наиболее близким аналогом предложенного изобретения. Его недостатки: сложность и большая продолжительность осуществления, высокая стоимость из-за использования многостадийной обработки, а также необходимости периодического проведения регенерации ионообменных смол и обработки песка серебром.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось упрощение и ускорение способа получения питьевой воды, в том числе из сильно зараженных источников, снижение концентрации используемых реагентов и обеспечение возможности хранения полученной воды в течение длительного срока без ухудшения ее качества.

Поставленная задача решается тем, что способ получения питьевой воды, включающий ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, отличается тем, что предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию слоя воды проводят в установке лоткового типа ртутными лампами низкого давления, преимущественно вырабатывающими УФ-излучение длиной волны (26040) нм, расположенными над поверхностью слоя обрабатываемой воды высотой 20-50 см при дозе облучения 15-30 мДж/см², а кондиционирование осуществляют путем дозированной подачи раствора аммиачного комплексного соединения серебра формулы Аg(NН₃)₂NО₃ или [Аg(NН₃)₂]₂SO₄, или смеси этих соединений до достижения в обрабатываемой воде концентрации серебра 0,005-0,05 мг/л, при этом указанный раствор аммиачного комплексного соединения/соединений серебра готовят путем смешения 0,1-1,0%-ного раствора AgNO₃ и/или Ag₂SO₄ и газообразного аммиака или аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg⁺:NН₃, равного 2,8-3,0.

Предпочтительно хлорирование ведут сжиженным хлором, хлорной известью или гипохлоритом натрия, полученным электролизом раствора NaCl, при концентрации активного хлора 0,5-1,0 мг/л.

Оптимально для приготовления раствора аммиачного комплексного соединения серебра используют 0,1%-ный раствор АgNО₃ или 0,2%-ный раствор Ag₂SO₄.

В частном случае воплощения предложенного способа его осуществляют на мобильной установке.

Полученная вода может быть разлита в бутыли и укупорена.

Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата, а признаки зависимых пунктов, уточняющие оптимальные концентрации реагентов, усиливают этот результат или отражают частные случаи использования изобретения.

Сочетание хлорирования воды, ее УФ-обработки и серебрения с использованием комплексного соединения/соединений серебра позволяет расширить возможные области применения способа за счет обеззараживания воды с большей бактериологической загрязненностью и при этом снизить концентрацию хлора и ионов серебра по сравнению с большинством известных методов обработки воды. Предлагаемые аммиачные комплексные ионы серебра восстанавливаются медленнее, чем простые ионы Аg⁺, следовательно, бактерицидный эффект проявляется в течение большего промежутка времени, при этом эффективная концентрация полученных при диссоциации комплексных соединений ионов серебра даже ниже, чем их ПДК в воде. Возможное объяснение указанного эффекта состоит в том, что в воде имеют место следующие равновесные реакции:



В результате в воде находятся небольшие количества ионов серебра и молекул аммиака. Последний также проявляет бактерицидные свойства. Поскольку в природных водах всегда имеются ионы Сl^–, ионы серебра, их связывают в малодиссоциирующую соль AgCl, поэтому равновесие реакции (3) смещено вправо, и в воду постоянно переходят новые порции ионов Аg⁺, поддерживая тем самым бактериальную устойчивость воды в течение длительного срока ее хранения.

Использование ртутных ламп низкого давления, излучающих в наиболее “бактерицидной области” ультрафиолетового спектра, обеспечивает при небольших затратах энергии высокий обеззараживающий эффект. Предложенные количественные ограничения высоты обрабатываемого слоя воды, дозы облучения, а также концентрации ионов серебра являются оптимальными для данной схемы обработки воды. Рекомендуемые соотношения концентраций ионов серебра и аммиака, соответствующие избытку аммиака относительно стехиометрии, отвечают максимуму стабильности комплексных соединений.

Упрощение и ускорение предложенного способа по сравнению с прототипом связаны с сокращением количества стадий обработки воды, с использованием относительно легко приготавливаемых реагентов, с высокой производительностью и эффективностью проточной установки УФ-стерилизации.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1. Исходную воду объемом 400 л фильтровали через колонку, загруженную кварцевым песком, после чего вводили сжиженный хлор из баллона в количестве 1,0 мг/л и выдерживали в течение 2 ч. Затем воду стерилизовали, пропуская со скоростью 0,5 л/мин через установку лоткового типа, содержащую установленные над слоем протекающей воды высотой 30 см аргонортутные лампы БУВ-60П мощностью 60 Вт, большая часть излучения которых имела длину волны 254 нм. Доза облучения составляла 20 мДж/см². Стерилизованную воду собирали в отдельную емкость, в которую при помощи дозатора вводили раствор [Аg(NН₃)₂]NО₃ до достижения в воде концентрации серебра 0,01 мг/л. Указанный раствор предварительно готовили путем смешения 0,5%-ного раствора АgNО₃ и газообразного аммиака до достижения массового соотношения Аg⁺:NН₃, равного 2,8. Способ осуществляли на передвижной установке.

В таблице приведены некоторые показатели качества воды до обработки и 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 – вкус, запах, цветность, содержание неорганических и органических примесей. Полученную воду разливали в бутыли емкостью 20 л и укупоривали. При хранении обработанной воды в течение 3 месяцев в ней не обнаруживались патогенные микроорганизмы.

Пример 2. В исходную воду дополнительно вводили Штамм М-16 и готовили аналогично примеру 1, за исключением того, что хлорирование вели гипохлоритом натрия, полученным при электролизе 10%-ного раствора NaCl. Концентрация активного хлора в воде при ее предварительной обработке составляла 0,8 мг/л. Также отличие заключалось в том, что вместо [Аg(NН₃)₂]NО₃ использовали раствор [Аg(NН₃)₂] ₂SO₄, полученный при смешении 0,5%-ного водного раствора Ag₂SO₄ и аммиачной воды при массовом соотношении Аg⁺:NН₃, равном 3,0, а концентрация серебра в воде составляла 0,05 мг/л. Способ осуществляли в стационарных условиях.

Результаты представлены в таблице. Полученная вода отвечала всем принятым стандартам качества.

Пример 3. Исходную воду дополнительно заражали вирусом гепатита А. Обработку воды вели аналогично примеру 1, за исключением того, что стерилизацию осуществляли дозой УФ-излучения 30 мДж/см², а в качестве дезинфектанта использовали раствор смеси аммиачных комплексных соединений [Аg(NН₃)₂]NО₃ и [Аg(NН₃)₂]₂SO₄. Раствор готовили из смеси солей АgNО₃ и Ag₂SO₄, взятых в массовом соотношении 2:1. Концентрация Аg⁺ составляла 0,03 мг/л.

Полученные результаты представлены в таблице. Они свидетельствуют о высокой степени бактерицидности воды, полученной данным способом. Вода очищена от патогенной микрофлоры и по санитарным нормам пригодна для использования в питьевых, медицинских и хозяйственно-бытовых целях.

Преимуществом предложенного способа является его эффективность в случаях, когда доступные источники воды имеют сильное бактериальное заражение, а также возможность его осуществления на компактных мобильных установках для обеспечения снабжения населения питьевой водой в чрезвычайных ситуациях.

Формула изобретения

1. Способ получения питьевой воды, включающий ее фильтрацию, предварительную обработку, стерилизацию УФ-излучением и последующее кондиционирование введением ионов серебра, отличающийся тем, что предварительную обработку ведут хлорированием, стерилизацию проводят в установке лоткового типа ртутными лампами низкого давления, преимущественно вырабатывающими УФ-излучение длиной волны (26040) нм, расположенными над поверхностью слоя обрабатываемой воды высотой 20-50 см, при дозе облучения 15-30 мДж/см², а кондиционирование осуществляют путем дозированной подачи раствора аммиачного комплексного соединения серебра формулы [Аg(NН₃)₂] NО₃, или [Аg(NН₃)₂] ₂SO₄, или смеси этих соединений до достижения в обрабатываемой воде концентрации серебра 0,005-0,05 мг/л, при этом указанный раствор аммиачного комплексного соединения/соединений серебра готовят путем смешения 0,1-1,0%-ного раствора АgNО₃ и/или Аg₂SO₄ и газообразного аммиака или аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg⁺: NH₃, равного 2,8-3,0.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хлорирование ведут сжиженным хлором или гипохлоритом натрия, полученным электролизом раствора NaCl, при концентрации активного хлора в обрабатываемой воде 0,5-1,0 мг/л.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для приготовления раствора аммиачного комплексного соединения серебра используют 0,1%-ный раствор АgNО₃ или 0,2%-ный раствор Аg₂SO₄.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что его осуществляют на мобильной установке.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что полученную воду разливают в бутыли и укупоривают.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 01.08.2003

Извещение опубликовано: 27.09.2004 БИ: 27/2004