Способ обработки воды с использованием комплексного соединения серебра

 

Изобретение относится к технике обработки воды хлорированием и ионами тяжелых металлов, в частности серебра. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов. Способ обработки воды, включающий ее хлорирование и последующее введение комплексного соединения серебра, отличается тем, что предварительно в отдельной емкости готовят 0,1-1,0%-ный раствор Аg₂SO₄ или АgNО₃, в который при перемешивании вводят газообразный аммиак или аммиачную воду до достижения массового соотношения Аg⁺:NН₃, равного 2,8-3,0, затем полученный раствор аммиачного комплексного соединения серебра при помощи дозатора вводят в хлорированную воду до достижения в ней концентрации серебра, равной 0,005-0,05 мг/л. Предпочтительно для получения аммиачного комплекса серебра готовят 0,1%-ный раствор Ag₂SO₄ или 0,2%-ный раствор АgNО₃. Технический результат - создание относительно простого, эффективного способа обеззараживания воды, обеспечивающего возможность предотвращения ее вторичного бактериального заражения в течение длительного времени при помощи стабилизированного раствора аммиачного комплекса серебра, применяемого при концентрации серебра ниже ее ПДК в воде. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к технике обработки воды хлорированием и ионами тяжелых металлов, в частности серебра. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов.

Наиболее распространенным способом обеззараживания воды на станциях водоподготовки является ее хлорирование. В то же время длительная практика применения этого метода выявила и целый ряд его существенных недостатков. Хлорирование воды способствует повышению риска возникновения у человека новообразований, болезней мочеполовых путей и т.п. Кроме того, обработанная хлором вода приобретает неприятный вкус и запах, в ней возрастает содержание ионов железа из-за повышенной коррозии трубопроводов. Хлор не обладает длительным эффектом последействия: после падения его концентрации в воде последняя подвергается вторичному бактериальному загрязнению. Вследствие этого при большой протяженности разводящих сетей перед подачей потребителю требуется дополнительное хлорирование воды с другой стороны, использованная хлорированная водопроводная вода, которую сливают в водоемы, может нарушить биоценоз и исключить возможность их эффективного самоочищения. В связи с этим актуальным является снижение концентрации используемого для обработки воды хлора, а также уменьшение его содержания в сточных водах.

Для этих целей обработку хлором сочетают с использованием других реагентов, таких как ионы меди, серебра или цинка (US 5858246, C 02 F 1/50, 1999). Однако этот метод эффективен лишь тогда, когда концентрация ионов тяжелых металлов превосходит их ПДК в воде.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является известный из US 5149354, А 01 N 25/08, 1992 способ обеззараживания воды, включающий ее предварительное хлорирование для окисления различных органических и биологических примесей и последующую обработку композицией, проявляющей бактерицидную, альгицидную и фунгицидную активность, содержащей растворимые в воде соли меди в количестве более 50% от всех остальных активных ингредиентов, органический амин, способный образовывать комплексные соединения с ионами меди, соединение серебра, глюконат, способный к образованию комплексных соединений с ионами серебра, и воду. Композицию помещают в специальную емкость с проницаемыми для воды стенками и устанавливают в плавательном бассейне. Использование вышеуказанной композиции позволяет уменьшить дозу хлора при одновременном повышении обеззараживающего эффекта. Однако этот метод предусматривает использование большого количества различных реагентов и неприменим для обработки питьевой воды.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось создание относительно простого, эффективного способа обеззараживания воды, обеспечивающего возможность предотвращения ее вторичного бактериального заражения в течение длительного времени при помощи стабилизированного раствора аммиачного комплекса серебра, применяемого при концентрации серебра ниже ее ПДК в воде.

Поставленная задача решается тем, что способ обработки воды, включающий ее хлорирование и последующее введение комплексного соединения серебра, отличается тем, что предварительно в отдельной емкости готовят 0,1-1,0%-ный раствор Ag₂SO₄ или AgNO₃, в который при перемешивании вводят газообразный аммиак или аммиачную воду до достижения массового соотношения Аg⁺:NН₃, равного 2,8-3,0, затем полученный раствор аммиачного комплексного соединения серебра при помощи дозатора вводят в хлорированную воду до достижения в ней концентрации серебра, равной 0,005-0,05 мг/л.

Предпочтительно, для получения аммиачного комплекса серебра готовят 0,1%-ный раствор Ag₂SO₄ или 0,2%-ный раствор АgNО₃.

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

Сочетание хлорирования воды и ее обработки комплексными ионами серебра исключает необходимость повторного хлорирования, а значит количество используемого хлора уменьшается и, соответственно, повышается экологическая безопасность метода. Введение аммиака в растворы солей серебра повышает их растворимость за счет образования комплексных соединений Аg(NН₃)₂NО₃ или [Аg(NН₃)₂] ₂SO₄. Предложенное массовое соотношение между ионами серебра и аммиаком превосходит приблизительно на 5% стехиометрическое и необходимо для получения максимально стабильного соединения. Указанный диапазон концентрации растворов солей серебра, используемых для приготовления комплексов, является оптимальным для хранения этих реагентов. Аммиачные комплексы серебра обладают высокой бактерицидной активностью при концентрации ионов Аg⁺ даже ниже, чем их ПДК в воде. Восстановление комплексов происходит медленнее, чем Аg⁺, следовательно максимальный бактерицидный эффект проявляется в течение большего промежутка времени. Наличие в воде таких анионов, как Сl^- в присутствии комплексных соединений серебра не приводит к выпадению нерастворимого AgCl.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа.

Пример 1 Исходную воду обрабатывали коагулянтом - сернокислым алюминием в количестве 8 мг/л (в пересчете на Аl₂О₃) и фильтровали через песчаный фильтр, затем вводили хлор в количестве 1,5 мг/л. Полученную воду выдерживали в течение 2 часов, после чего она имела следующие показатели: рН 7,0, содержание взвешенных веществ 0,35 мг/л, цветность 4,5 град, щелочность 0,35 мг-экв/л, окисляемость перманганатная 4,5 мг/л О₂, коли-титр 400, коли-индекс 4.

В отдельной емкости готовили 10 л раствора, подавая при помощи дозаторов 20 г AgNO₃ и воду. Полученный 0,2%-ный раствор AgNO₃ смешивали с 4,2 г газообразного аммиака, который вводили из баллона. При этом массовое соотношение Аg⁺: NН₃ в приготовленном растворе составляло соответственно 3:1. Полученный аммиачный комплекс серебра вводили в обрабатываемую воду до достижения концентрации серебра 0,005 мг/л.

Обработанную аммиачным комплексом серебра воду выдерживали в течение 48 часов, а затем определяли коли-индекс. Он составлял величину, равную 2. После этого воду подвергали повторному бактериологическому заражению культурой E. coli 1257 в количестве 10³ кл/мл и через 24 часа проводили бактериологический анализ воды. Коли-индекс не изменился. Запах и неприятный вкус у воды отсутствовали. Эффект сохранялся в течение 3 месяцев.

Пример 2 Для изучения стабильности растворов дезинфектантов исходную воду хлорировали, затем при помощи азота удаляли 0,5 мг/л остаточного хлора. Вода имела следующий состав: рН 7,2, жесткость общая 8,0, Са²⁺ 98,5 мг/л, Сl^- 125,2 мг/л, SO₄ ^2- 385,0 мг/л, NО₃ ^- 5,1 мг/л, НСО₃ ^- 3,4 ммоль/л, сухой остаток 1085 мг/л. Подготовленную воду хранили в герметичной, предварительно продезинфицированной посуде при температуре 20^oС. В испытываемую порцию воды вводили культуру санитарно-показательного микроорганизма E.coli 1257 в количестве 10³ кл/мл, а затем добавляли раствор дезинфектанта как свежеприготовленный, так и после 2, 10, 20, 30, 40 и 50 суток хранения в герметично закрытой посуде из темного стекла. В качестве дезинфектанта использовали 0,8%-ный раствор Ag₂SO₄ или раствор аммиачного комплекса Аg₂SO₄4NH₃, приготовленный путем смешения в отдельной емкости 0,8%-ного раствора Ag₂SO₄ и аммиачной воды до достижения массового соотношения Аg⁺: NН₃, равного 2,8, т.е. при избытке аммиака около 5% относительно стехиометрии. Опыты по обеззараживанию проводили при концентрации серебра в растворе 0,01 мг/л и температуре 20^oС. Для дезинфектантов различного срока хранения определялось время, при котором достигалось полное отмирание микроорганизмов, при этом удельная активность свежеприготовленного бактерицидного препарата принималась за 100%.

На чертеже показана зависимость бактерицидной активности раствора Ag₂SO₄ (кривая 1) и раствора аммиачного комплекса [Аg(NH₃)₂]₂SO₄ (кривая 2). Как видно из полученных данных, снижение бактерицидной активности раствора Ag₂SO₄ происходит быстрее, чем раствора [Ag(NH₃)₂]₂SO₄, при этом последний даже через 50 суток теряет всего лишь треть своей активности, что свидетельствует о стабилизирующей роли аммиака. Кроме того, обнаружено, что растворимость соли серебра в аммиачной воде повышается по сравнению с чистой водой. Это обстоятельство может быть использовано для приготовления более концентрированных растворов дезинфектанта и снижения габаритов расходных емкостей на станциях очистки воды.

Пример 3 Воду для исследования устойчивости водопроводной воды ко вторичному бактериальному загрязнению готовили и хранили аналогично примеру 2, за исключением того, что остаточный хлор отгоняли нагреванием до 50^oС и последующей выдержкой в течение 3 часов.

Контрольная проба - вода без дезинфектантов - уже на 3 день хранения превысила уровень бактериального загрязнения: коли-индекс >3. Пробы воды, в которые вводили препараты серебра, успешно сопротивлялись загрязнению, даже когда она была искусственно заражена бактериями E.coli 1257. В таблице приведены значения времени, необходимого для обеззараживания воды на 99,9% в зависимости от концентрации бактерий (10-10⁵ кл/л) и концентрации Аg⁺ (10^-3-10^-2 мг/л). Измерения проводили при температуре 30^oС, наиболее благоприятной для развития микроорганизмов. Серебро вводили в виде аммиачного комплекса сульфата серебра, используя 0,1%-ный раствор Аg₂SO₄, в который при перемешивании вводили аммиачную воду до достижения массового соотношения между Аg⁺ и NН₃, равного 3,0.

Проведенные исследования показали, что даже 0,001 мг/л Аg⁺ в течение 131,2 минуты полностью обезвреживали воду, в которую вводили E.coli в количестве 10⁵ кл/л. При десятикратном увеличении концентрации Аg⁺ это время сокращается до 51,8 мин.

Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным, относительно простым и доступным. Наиболее целесообразно его использовать для обработки воды в условиях жаркого климата, когда велика опасность вторичного загрязнения воды, долго хранящейся после первой стадии окислительной обработки хлорированием. Высокая бактерицидная активность стабилизированного аммиаком раствора сульфата или нитрата серебра, сохраняемая в течение длительного времени (десятки суток), позволяет делать запасы этого дезинфектанта, в частности, для обеспечения возможности их использования в аварийных ситуациях, например при выходе из строя основного узла обеззараживания или при попадании в воду значительного количества патогенной микрофлоры.

Формула изобретения

1. Способ обработки воды, включающий ее хлорирование и последующее введение комплексного соединения серебра, отличающийся тем, что предварительно в отдельной емкости готовят 0,1-1,0%-ный раствор Ag₂SO₄ или AgNO₃, в который при перемешивании вводят газообразный аммиак или аммиачную воду до достижения массового соотношения Ag⁺: NН₃, равного 2,8-3,0, затем полученный раствор аммиачного комплексного соединения серебра при помощи дозатора вводят в хлорированную воду до достижения в ней концентрации серебра, равной 0,005-0,05 мг/л.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для приготовления раствора аммиачного комплексного соединения серебра используют 0,1%-ный раствор Ag₂SO₄ или 0,2%-ный раствор AgNO₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2