Способ обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов

 

Изобретение относится к комбинированным методам обработки воды с использованием озонирования, ультрафиолетового (УФ) облучения и введения химических реагентов. Оно может быть использовано, например, для обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов. Способ обработки оборотной воды плавательных бассейнов включает первую стадию фильтрации, вторую стадию озонирования и третью стадию дезинфекции УФ облучением, а также дополнительно проводят четвертую стадию обработки воды раствором, содержащим диамминаргенат-ионы [Ag(NH₃)₂] ⁺, полученным при электролизе воды в электролизере с периодической сменой полярности электродов, содержащих не менее 99 мас.% серебра, и последующем введении газообразного аммиака или аммиачной воды при условии 3-5%-ного избытка аммиака относительно стехиометрии, при этом указанный раствор дозируют в воду в количестве, соответствующем концентрации в ней серебра 0,001-0,01 мг/л, и соблюдают соотношение концентрации озона, вводимого на второй стадии, и концентрации серебра, добавляемого на четвертой стадии, в пределах 100-500:1 соответственно. Технический результат - расширение арсенала эффективных средств комплексной обработки оборотной воды и создание надежного в эксплуатации способа обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов, обеспечивающего возможность его использования в условиях повышенного содержания патогенных бактерий, вирусов и грибков. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к комбинированным методам обработки воды с использованием озонирования, ультрафиолетового (УФ) облучения и введения химических реагентов. Оно может быть использовано, например, для обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов.

Привлекательность озона по сравнению с другими окислителями, применяемыми для обработки воды, обусловлена, в первую очередь, его высокими окислительными свойствами и способностью эффективно разрушать различные неорганические и органические соединения, а также патогенные микроорганизмы, в том числе стойкие к действию других окислителей, например хлора. При озонировании воды у нее исчезают неприятный вкус и запах, повышается прозрачность и возрастает содержание растворенного кислорода. Разложение остаточного озона протекает быстро, с выделением кислорода, без образования токсичных соединений. Однако наряду с перечисленными выше достоинствами метод обработки озоном имеет существенный недостаток - вода может подвергнуться вторичному бактериальному заражению, т.к. уже через два часа после обработки концентрация озона в ней приближается к нулю.

Поскольку в процессе эксплуатации плавательных бассейнов в их оборотную воду попадают бактерии, вирусы, грибки, а также различные органические соединения, необходимо периодически вводить дополнительные количества дезинфектантов.

Известен способ обеззараживания оборотной воды, в том числе плавательных бассейнов, при помощи полученных электролизом ионов меди и УФ излучения, вырабатываемого лампой, работающей от высоковольтного (по крайней мере 300 В) источника напряжения, в том числе пульсирующего (US 4752401, 1988).

Другой известный способ санитарной обработки воды плавательных бассейнов предусматривает первоначальное введение диизодецилдиметиламмоний хлорида в сочетании с катионами меди II, а затем - окислителя, в частности озона, и поддержание постоянной концентрации последнего не менее 0,1 мг/л (US 5332511, 1994). Однако этот метод эффективен в отношении не всех встречающихся в воде плавательных бассейнов микроорганизмов и вирусов.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является известный из GB 2306463, 1997, способ обработки оборотной воды бассейнов, включающий ее механическую фильтрацию и контактирование части оборотной воды (5-50%) с озоном в специальных камерах с последующей ее обработкой УФ излучением длиной волны 200-300 нм. Недостатком этого способа является сложность используемого оборудования, а также ограниченные возможности очистки сильно зараженной воды.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось расширение арсенала эффективных средств комплексной обработки оборотной воды и создание надежного в эксплуатации способа обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов, обеспечивающего возможность его использования в условиях повышенного содержания патогенных бактерий, вирусов и грибков.

Поставленная задача решается тем, что способ обработки оборотной воды плавательных бассейнов, включающий первую стадию фильтрации, вторую стадию озонирования и третью стадию дезинфекции УФ облучением, отличается тем, что проводят четвертую стадию обработки воды раствором, содержащим диамминаргенат-ионы [Ag(NH₃)₂] ⁺, полученным при электролизе воды в электролизере с периодической сменой полярности электродов, содержащих не менее 99 мас.%, серебра, и последующем введении газообразного аммиака или аммиачной воды при условии 3-5%-ного избытка аммиака относительно стехиометрии, при этом указанный раствор дозируют в воду в количестве, соответствующем концентрации в ней серебра 0,001-0,01 мг/л, и соблюдают соотношение концентрации озона, вводимого на второй стадии, и концентрации серебра, добавляемого в виде диамминаргенат-ионов на четвертой стадии, в пределах 100-500:1, соответственно.

Предпочтительно, дезинфекцию ведут путем пропускания потока воды через зону облучения, содержащую ртутные лампы низкого давления, преимущественно вырабатывающие УФ излучение длиной волны 26040 нм и помещенные в защитные кварцевые чехлы, при этом обеспечивают постоянную механическую очистку чехлов или их периодическую очистку при помощи химических реагентов.

Также предпочтительно, при работе электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин, а электролиз ведут при температуре воды 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

В частном случае, когда зараженность воды велика, перед четвертой стадией проводят дополнительную стадию сорбционной очистки воды.

Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата, а признаки зависимых пунктов усиливают этот результат.

Сочетание озонирования воды, ее УФ обработки и введения комплексных ионов серебра обеспечивает эффективную очистку и практически полное обеззараживание воды. В результате предварительного введения в воду озона и последующего ее облучения ультрафиолетом образуются свободные радикалы, которые, в свою очередь, являются более мощными окислителями: O₃+h(~254нм)__O₂+O(¹D) О(¹D)+H₂-->{2OН} Таким образом, совместная обработка воды озоном и ультрафиолетом на несколько порядков (по сравнению с использованием только озона или только ультрафиолета) увеличивает скорость реакции окисления и разложения органических примесей, бактерий, вирусов и грибков. Эффект еще заметнее в присутствии ионов серебра.

Аммиачный комплекс серебра обладает высокой бактерицидной активностью при концентрации ионов Аg⁺ даже ниже, чем их ПДК в воде. Преимуществом является то, что он может быть получен непосредственно в обеззараживаемой воде. Кроме того, восстановление [Ag(NH₃)₂]⁺ происходит медленнее, чем Аg⁺, следовательно максимальный бактерицидный эффект проявляется в течение большего промежутка времени. Что касается использования электролиза, то помимо простоты и удобства получения ионов серебра при этом происходит дополнительная активация воды и тем самым повышается бактерицидный эффект. Применение анода из чистого серебра практически исключает поступление дополнительных вредных примесей в воду и уменьшает опасность образования осадков на электродах. Этому же способствует периодическое изменение полярности электродов.

Синергетический эффект при использовании предложенного многостадийного метода обеззараживания воды связан также с тем, что в сильно окисленной среде возникают условия для перехода Аg⁺ в Аg²⁺. Образовавшиеся катионы Аg²⁺, обладая повышенной индивидуальной окислительной способностью, характеризуются и повышенными (по сравнению с Аg⁺) бактерицидными свойствами. При этом, даже после обратного перехода Аg²⁺ в более стабильное состояние (Аg⁺), устойчивость обработанной воды ко вторичному бактериальному загрязнению сохраняется.

Использование ртутных ламп низкого давления, излучающих в наиболее "бактерицидной области" ультрафиолетового спектра, обеспечивает при небольших затратах энергии высокий обеззараживающий эффект.

Предложенные количественные ограничения концентрации серебра и озона, а также режим проведения электролиза являются оптимальными для данной схемы обработки воды. Рекомендуемые соотношения концентраций ионов серебра и аммиака, соответствующие избытку аммиака относительно стехиометрии, отвечают максимуму стабильности комплексных соединений.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1.

Проводили обработку воды бассейна объемом 330 м³ в циркуляционном режиме, обеспечивающем полный оборот воды за 8 часов (т.е. 45 м³/час) в соответствии со СанПиН 2.1.2.568-96.

Комплект оборудования для обработки воды включал: - песчаные фильтры с общей площадью фильтрации 4,5 м²; - барботажные камеры для смешения озона с очищаемой водой суммарным объемом 9 м³; - озонаторы, обеспечивающие выработку 150 г О₃ в час и систему подготовки воздуха для них; - нейтрализатор непрореагировавшего в воде озона; - установки УФ дезинфекции, содержащие блоки ртутных ламп низкого давления ДБ-60, производительностью 5 м³/час; - ионатор, содержащий электроды из чистого серебра Ср 999,9;
- смесительную емкость для раствора аммиачного комплекса на 100 л;
- баллоны со сжиженным аммиаком;
- дозатор для подачи раствора аммиачного комплекса;
- насосы подающие и перекачивающие;
- комплект трубопроводов и запорно-регулирующей аппаратуры;
- полуавтоматическую систему управления с необходимыми блокировками и центральным пультом управления.

Отбираемая из бассейна вода имела следующие показатели: рН 7,0, содержание взвешенных веществ 2,75 мг/л, мутность 3,8 мг/л, цветность 30 град, щелочность 0,65 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 7,5 мг/л О₂, коли-индекс 4, общее микробное число 250. Воду пропускали через песчаные фильтры, затем ее направляли в камеру смешения с озоном до достижения концентрации озона 0,5 мг/л. Потом воду подавали в установку УФ обработки, содержащую блоки ртутных ламп низкого давления ДБ-60, преимущественно вырабатывающие УФ излучение длиной волны 26040 нм и помещенные в защитные кварцевые чехлы, при этом обеспечивали постоянную механическую очистку чехлов. Затем в поток воды из смесительной емкости при помощи дозатора подавали концентрированный раствор, содержащий диамминаргенат-ионы, до достижения концентрации Аg⁺, равной 0,005 мг/л. Для получения указанного раствора использовали выносной ионатор, в который подавали часть обрабатываемой воды. Скорость движения воды в межэлектродном пространстве ионатора составляла 0,2 м/с. В качестве электродов использовали пластины из чистого серебра Ср 999,9 (ГОСТ 6836-80). Расстояние между электродами - 10 мм, плотность тока - 1 мА/см², напряжение на электродах - 6 В, периодичность смены полярности электродов - 10 мин. В результате электролиза концентрация ионов серебра в электролите составляла 0,5 мг/л. Эту воду подавали в смесительную емкость и одновременно вводили аммиак из баллона при массовом соотношении Аg⁺:NH₃, соответственно равном 3: 1. Направляемая в бассейн после всех стадий обработки вода имела следующие основные показатели: рН 7,5, содержание взвешенных веществ 0,5 мг/л, мутность < 0,2 мг/л, цветность 10 град, щелочность 0,35 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 1,5 мг/л О₂, колиформные бактерии не обнаружены, общее микробное число - 50.

Пример 2.

Для изучения возможности использования предложенного метода в условиях повышенной концентрации бактерий, вирусов и грибков из бассейна брали пробу воды объемом 10 л и поочередно искусственно заражали ее различными бактериями, вирусами и грибками, указанными в таблице. Обработку воды вели на лабораторной установке, имитирующей реальную, описанную в примере 1.

Для фильтрации использовали колонку с кварцевым песком, озонирование вели до концентрации озона 1 мг/л. Для УФ облучения использовали камеру, по оси которой располагали лампу ДБ-36 (максимум излучения соответствует длине волны 254 нм), защищенную кварцевым кожухом. Камеру врезали в линию подачи озонированной воды. Доза облучения составляла 20 мДж/см². После дезинфекции проводили стадию сорбционной очистки активированным углем.

Диамминаргенат-ионы получали при помощи встроенного в поток обработанной УФ излучением воды электролизера с электродами из серебра чистотой 99,5%, в который вводили аммиачную воду до достижения массового соотношения Аg⁺:NН₃, равного 2,8. Концентрация ионов серебра в воде составляла 0,01 мг/л. В таблице показано содержание загрязнений в воде до и после обработки в соответствии с предложенным способом, а также результаты сравнительных опытов, проведенных без завершающей обработки диамминаргенат-ионами.

Проведенные испытания показали, что предложенный способ в отличие от известного (см. результаты сравнительных опытов) позволяет полностью обеззараживать воду от бактерий, вирусов и грибков. Полученная вода соответствует гигиеническим требованиям, предъявляемым к качеству воды СанПиН 2.1.2.568-96.

Таким образом, предложенный способ расширяет арсенал эффективных, надежных в эксплуатации средств комплексной обработки оборотной воды плавательных бассейнов, в том числе в условиях повышенного содержания патогенных микроорганизмов и вирусов.

Формула изобретения

1. Способ обработки оборотной воды плавательных бассейнов, включающий первую стадию фильтрации, вторую стадию озонирования и третью стадию дезинфекции УФ облучением, отличающийся тем, что проводят четвертую стадию обработки воды раствором, содержащим диамминаргенат-ионы [Ag(NH₃)₂] ⁺, полученным при электролизе воды в электролизере с периодической сменой полярности электродов, содержащих не менее 99 мас. % серебра, и последующем введении газообразного аммиака или аммиачной воды при условии 3-5%-ного избытка аммиака относительно стехиометрии, при этом указанный раствор дозируют в воду в количестве, соответствующем концентрации в ней серебра 0,001-0,01 мг/л, и соблюдают соотношение концентрации озона, вводимого на второй стадии, и концентрации серебра, добавляемого на четвертой стадии, в пределах 100-500: 1 соответственно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дезинфекцию ведут путем пропускания потока воды через зону облучения, содержащую ртутные лампы низкого давления, преимущественно вырабатывающие УФ излучение длиной волны 26040 нм и помещенные в защитные кварцевые чехлы, при этом обеспечивают постоянную механическую очистку чехлов или их периодическую очистку при помощи химических реагентов.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что при работе электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин, а электролиз ведут при температуре воды 20-30^oС и рН 6,5-8,5.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перед четвертой стадией проводят дополнительную стадию сорбционной очистки воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1