Патент на изобретение №2233801

(54) СПОСОБ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам обеззараживания природных вод хлорсодержащими соединениями и может найти применение в технологии очистки для хозяйственно-питьевых целей, для снижения образования побочных особо токсичных канцерогенных продуктов – тригалогенметанов (ТГМ). Для осуществления способа обеззараживание воды, содержащей органические загрязнения, ведут обработку воды ингибитором и гипохлоритом; причем в качестве ингибитора применяют сульфит или сульфид натрия при массовом соотношении последних к единице активного хлора 1,0-1,5 и 0,1-0,2 соответственно, процесс осуществляют в две стадии с обработкой воды ингибитором на первой стадии и гипохлоритом – на второй при поддержании рН равным 6-9, отношении длительности контактирования обеззараживаемой воды с ингибитором на первой стадии к длительности контактирования воды с гипохлоритом – на второй, равном 1:(15-30); при этом процесс ведут до содержания остаточного активного хлора не ниже 0,6 мг/л. Способ обеспечивает снижение образования тригалогенметанов при обеззараживании природных вод и улучшение органолептических и санитарно-гигиенических показателей воды. 1 табл.

Изобретение относится к способам обеззараживания природных вод хлорсодержащими соединениями и может найти применение в технологии очистки воды для хозяйственно-питьевых целей, а более конкретно для снижения образования побочных, особо токсичных, канцерогенных продуктов – тригалогенметанов (ТГМ).

Известен способ обеззараживания природной воды путем обработки ее смесью гипохлорита и бората кальция и соответствующих кислот -хлорноватистой и борной для создания повышенного содержания свободного хлора в воде, стабилизации рН и сокращения нежелательных побочных эффектов, проявляющихся при использовании только одного гипохлорита кальция (см. заявку US №6022480 от 04.09.97 г., кл. С 02 F 1/50, опубл. ИСМ №2, 2001 г.).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности его применения для обеззараживания питьевой воды из-за повышенного содержания бора (выше нормированного), а также недостаточного эффекта снижения образования ТГМ.

Известен способ обеззараживания природных вод путем обработки их составом, содержащим бикарбонат, карбонат натрия и связующее, с одновременным введением хлорирующего реагента для регулирования рН и предотвращения образования хлорсодержащих летучих соединений (см. заявку US №6054056, кл. С 02 F 1/76, от 14.12.98 г., опубл. ИСМ №4, 2001 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что он не предотвращает образования ТГМ при одновременном введении хлорагента вследствие скорой кинетики процесса. Кроме того, применение способа ограничено содержанием катионов жесткости и величиной рН.

Известен способ обеззараживания природных вод путем стабилизации непрерывных условий галогенирования в точке проскока обработкой хлорсодержащим реагентом при поддержании заданного значения окислительно-восстановительного потенциала регулированием скорости подачи хлорсодержащего реагента для предупреждения накопления токсичных хлорированных продуктов (см. заявку US №6143184, кл. С 02 F 1/76, приоритет 02.03.99 г., опубл. ИСМ №11, 2001 г.).

Недостатком известного способа является невысокий эффект предотвращения образования ТГМ из-за сложности регулирования подачи реагента, обусловленной высокой скоростью реакции взаимодействия органических соединений воды с хлорсодержащим реагентом, и фиксации момента проскока.

Известен способ обеззараживания природных вод путем их одновременной обработки хлорсодержащим реагентом и моноперсульфатом калия (см. заявку US №6149819, кл. С 02 F 1/76, приоритет 02.03.99 г., опубл. ИСМ №11, 2001 г.).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности предотвращения образования ТГМ и канцерогенных соединений хлора в окисленной форме (СlO^–₃) при одновременном введении реагентов.

Известен способ обеззараживания воды с содержанием не менее 0,2% органических примесей, наиболее близкий по назначению и технической сущности к заявляемому, путем ее обработки реагентом из группы хлора, брома, бромохлорида, гипогалита щелочного или щелочно-земельного металла, галогенированного гидантоина или цианурата и ингибиторами – соединениями азота из группы n-толуолсульфамида, диметилгидантоина, метилэтилгидантоина, циануровой кислоты, карбамида и др. при соотношении хлорсодержащего реагента и соединения азота (0,1-10):1 для снижения содержания органических галогенсодержащих побочных продуктов (см. заявку US №5565109, С 02 F 1/50 с приоритетом 14.10.94 г., опубл. ИСМ №9, 1997 г.).

Недостатком известного способа является невысокий эффект снижения содержания ТГМ (0,22-0,23 мг/л по хлороформу) вследствие введения в качестве ингибитора сложных органических соединений, способствующих повышению концентрации ТГМ, и вторичное загрязнение обеззараживаемой воды азотсодержащими соединениями, ухудшающими качество воды настолько, что она становится не пригодной для питьевых целей.

Техническим результатом заявляемого способа является снижение образования тригалогенметанов при обеззараживании природных вод и улучшение органолептических и санитарно-гигиенических показателей воды.

Технический результат достигается тем, что в способе обеззараживания воды, содержащей органические загрязнения, включающем обработку воды ингибитором и гипохлоритом, в качестве ингибитора применяют сульфит или сульфид натрия при массовом соотношении последних к единице активного хлора 1,0-1,5 и 0,1-0,2 соответственно, процесс осуществляют в две стадии с обработкой воды ингибитором на первой стадии и гипохлоритом – на второй при поддержании рН равным 6-9, отношении длительности контактирования обеззараживаемой воды с ингибитором на первой стадии к длительности контактирования воды с гипохлоритом на второй, равном 1:(15-30); при этом процесс ведут до содержания остаточного активного хлора не ниже 0,6 мг/л.

Способ осуществляют следующим образом.

Природную воду с температурой 18-20°С, содержанием резорцина 0,8-1,0 мг/л, мутностью 1,3-1,5 мг/л, щелочностью 4,80-5,2 мг-экв/л, жесткостью 6,2-6,4 мг-экв/л, перманганатной окисляемостью 5,9-6,1 мг O₂/л, концентрацией хлороформа (2,6-2,8)10^-3 мг/л на первой стадии обрабатывают ингибитором – сульфитом или сульфидом натрия, вводимым в количестве 6,3-7,5 мг/л и 0,5-1,0 мг/л соответственно и выдерживают при перемешивании в течение 2-3 минут.

Введение ингибитора перед введением хлор-агента – гипохлорита – необходимо для подавления процесса окисления органических загрязнений воды активным хлором и, следовательно, предотвращения образования побочных токсичных, канцерогенных продуктов – хлорпроизводных, в частности летучих ТГМ.

На второй стадии в воду, обработанную вышеуказанным способом, добавляют гипохлорит в количестве 5 мг при поддерживании массового соотношения сульфита или сульфида натрия к единице активного хлора 1,0-1,5 и 0,1-0,2 соответственно; продолжительность экспозиции составляет 30-90 минут, рН 6-9, процесс ведут до содержания активного хлора не ниже 0,6 мг/л, а отношение длительности контактирования обеззараживаемой воды с ингибитором на первой стадии к длительности контактирования воды с гипохлоритом на второй поддерживают равным 1:(15-30).

Для обеспечения надежного бактерицидного эффекта обработку ведут до остаточной концентрации свободного активного хлора не менее 0,6 мг/л. Водородный показатель рН поддерживается в интервале значений 6-9, что обосновано введением гидролизующихся ингибиторов и гипохлорита натрия, их взаимодействием, а также буферной емкостью, обусловленной карбонатно-кальциевым равновесием и ионным составом природной воды.

Продолжительность первой стадии контактирования поддерживают, исходя из условий полного равномерного перемешивания природной воды с ингибитором, способствующего завершению процесса ассоциотообразования, второй – для обеспечения оптимального времени обеззараживания и экранирования образования ТГМ за счет взаимодействия ингибиторов с гипохлоритом натрия до равновесия.

Реагенты ингибиторы – сульфит и сульфид натрия – обладают высокими восстановительными потенциалами и влияют на механизм хлорирования природных карбонильных соединений (компонентов цветности: гумусовых и фульвокислот), содержащихся в природных водах.

Реакции окисления анионов-восстановителей “конкурируют” с процессами образования полигалогенированных продуктов и подавляют процесс галоформного расщепления.

Кроме того, использование в качестве ингибиторов сульфита и сульфида натрия исключает повторное загрязнение воды и делает ее пригодной для питья.

Данные, свидетельствующие о целесообразности предлагаемого массового соотношения ингибиторов сульфита или сульфида натрия к единице активного хлора, представлены в таблице.

Поддержание массового соотношения сульфита и сульфида натрия к единице активного хлора 1,0-1,5 и 0,1-0,2 соответственно обеспечивает максимальное снижение содержания в природной воде ТГМ: в 5-7 раз при обработке воды сульфитом и в 120-130 раз – при обработке воды сульфидом.

Обеспечение массового соотношения меньше минимальных значений – 1:0,9 и 1:0,05 соответственно приводит к увеличению содержания ТГМ в природной воде.

Поддержание массового соотношения больше максимальных значений – 1:1,6 и 1:0,25 соответственно неоправданно, т.к. приводит к увеличению расхода реагентов и, следовательно, к повышению затрат на обеззараживание.

Обеззараженная вода характеризуется содержанием остаточного хлора – не более 0,6 мг/л, что соответствует санитарным нормам; содержание тригалогенметанов варьируется в пределах от 0,01 до 0,25 ПДК.

Пример №1

В 1 л имитата речной воды с температурой 18С, содержащей 1 мг резорцина, на первой стадии добавляют реагент-ингибитор – сульфит натрия в количестве 5 мг, перемешивают в течение 2 минут.

На второй стадии вводят 5 мг гипохлорита натрия, поддерживая массовое соотношение ингибитора и гипохлорита 1:1 по активному хлору. Длительность контактирования имитата воды с гипохлоритом 30 минут, а соотношение длительности контактирования воды с ингибитором на первой стадии и с гипохлоритом – на второй поддерживают равным 1:15, рН 6.

Содержание остаточного активного хлора в обеззараженной воде составляет 1,35 мг/л.

Концентрация ТГМ в воде по хлороформу – 0,05 мг/л или 82,0%.

Пример №2

Процесс ведут аналогично примеру №1 при дозе вводимого сульфита натрия на первой стадии 7,5 мг/л, дозе гипохлорита 5 мг/л на второй, т.е. при массовом соотношении ингибитора и гипохлорита 1,5:1 по активному хлору, соотношении длительности контактирования имитата воды с ингибитором к длительности контактирования с гипохлоритом натрия 1:30 и рН 9,0.

Содержание остаточного активного хлора в обеззараженной воде составляет 0,8 мг/л.

Концентрация ТГМ в воде по хлороформу – 0,03 мг/л или 86,4%.

Пример №3

Процесс ведут аналогично примеру №1 при дозе вводимого сульфита натрия на первой стадии 6,3 мг/л, дозе гипохлорита 5 мг/л на второй, т.е. при массовом соотношении ингибитора и гипохлорита 1,25:1 по активному хлору, соотношении длительности контактирования имитата воды с ингибитором к длительности контактирования с гипохлоритом натрия 1:23 и рН 7,6.

Содержание остаточного активного хлора в обеззараженной воде составляет 1,1 мг/л.

Концентрация ТГМ в воде по хлороформу – 0,035 мг/л или 85,1%.

Пример №4

Процесс ведут аналогично примеру №1 с применением в качестве игнибитора сульфида натрия, вводимого на первой стадии в количестве 0,5 мг/л при дозе гипохлорита 5 мг/л на второй, т.е. при массовом соотношении ингибитора и гипохлорита 0,1:1 по активному хлору, соотношении длительности контактирования имитата воды с ингибитором к длительности контактирования с гипохлоритом натрия 1:15 и рН 6.

Содержание остаточного активного хлора в обеззараженной воде составляет 1,21 мг/л.

Концентрация ТГМ в воде по хлороформу – 0,043 мг/л или 81,3%.

Пример №5.

Процесс ведут аналогично примеру №1 при дозе вводимого сульфида натрия на первой стадии 1,0 мг/л при дозе гипохлорита 5 мг/л на второй, т.е. при массовом соотношении ингибитора и гипохлорита 0,2:1 по активному хлору, соотношении длительности контактирования имитата воды с ингибитором к длительности контактирования с гипохлоритом натрия 1:15 и рН 9.

Содержание остаточного активного хлора в обеззараженной воде составляет 0,60 мг/л.

Концентрация ТГМ в воде по хлороформу – 0,0015 мг/л или 99,3%.

Пример №6.

Процесс ведут аналогично примеру №1 при дозе вводимого сульфида натрия на первой стадии 0,75 мг/л при дозе гипохлорита 5 мг/л на второй, т.е. при массовом соотношении ингибитора и гипохлорита 0,15:1 по активному хлору, соотношении длительности контактирования имитата воды с ингибитором к длительности контактирования с гипохлоритом натрия 1:15 и рН 7,6.

Содержание остаточного активного хлора в обеззараженной воде составляет 0,82 мг/л.

Концентрация ТГМ в воде по хлороформу – 0,028 мг/л или 87,8%.

Эффективность снижения содержания ТГМ в обеззараживаемой воде в зависимости от массового соотношения ингибитора и гипохлорита по активному хлору.

Только совокупность таких признаков, как применение ингибиторов – сульфита и сульфида натрия при определенных соотношениях на единицу активного хлора, последовательность введения ингибитора сульфита натрия или сульфида натрия и гипохлорита, а также заявляемые параметры способа позволяют решить поставленную задачу – снизить количество образующихся побочных токсичных продуктов – летучих ТГМ, достигая при этом высокой степени обеззараживания.

Предложенный способ по сравнению с известным обеспечивает снижение содержания в природной воде ТГМ с 0,22-0,23 мг/л до (2,0-50)10^-3 или до 0,01-0,25 ПДК за счет воздействия ингибиторов – сульфита или сульфида натрия с поддержанием массового соотношения последних к активному хлору и улучшение органолептических и санитарно-гигиенических показателей воды за счет исключения вторичного загрязнения; качество обеззараженной воды соответствует СанПиН 2.1.4.1074-01 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества” и рекомендациям ВОЗ.

Формула изобретения

Способ обеззараживания воды, содержащей органические загрязнения, включающий обработку воды гипохлоритом и ингибитором, отличающийся тем, что в качестве ингибитора применяют сульфит или сульфид натрия при массовом соотношении последних к единице активного хлора 1,0-1,5 и 0,1-0,2 соответственно, процесс осуществляют в две стадии с обработкой воды ингибитором на первой стадии и гипохлоритом – на второй при поддержании рН равным 6-9, отношении длительности контактирования обеззараживаемой воды с ингибитором на первой стадии к длительности контактирования воды с гипохлоритом – на второй, равном 1:(15-30), при этом процесс ведут до содержания остаточного активного хлора не ниже 0,6 мг/л.