СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГИПОХЛОРИТНЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 1997 года по МПК C02F1/50 C02F1/58 

Изобретение относится к способам химической очистки воды, а именно к способам дезинфекции и удаления избыточного активного хлора из гипохлоритных растворов при очистке питьевой и сточных вод.

В практике водоочистки для обезвреживания гипохлоритных растворов широко используют химические процессы, приводящие к восстановлению гипохлорит-иона до Cl^-. Известен способ обезвреживания гипохлоритных растворов путем обработки их карбамидом при 10 50^oC. Остаточное содержание активного хлора составляет около 1 мг/л[1] Полное разложение гипохлорита достигается через 40 мин при использовании в качестве восстановителя гидроксиламина. Процесс ведут при 50 70^oC и избыточном количестве восстановителя. Недостатком указанных способов является необходимость использования жестких условий (нагревание, значительный избыток восстановителя, активное перемешивание, длительный контакт реагентов) для эффективного удаления активного хлора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ удаления активного хлора из гипохлоритных растворов соединениями четырехвалентной серы (диоксид серы, сульфит натрия, метабисульфит натрия и др.). Процесс ведется без нагревания, при этом активный хлор удаляется полностью в течение нескольких секунд. Главным недостатком способа является ухудшение качества воды за счет повторного загрязнения ее продуктами реакции гипохлорита с дехлорирующим агентом, а именно серной кислотой или сульфатами. Кроме того, чаще других используемый газообразный диоксид серы требует строгой дозировки и постоянного контроля за составом газовых выбросов, что усложняет способ.

Задачей настоящего способа обезвреживания гипохлоритных растворов является улучшение качества обрабатываемой воды за счет снижения содержания активного хлора, насыщения воды кислородом и дополнительной дезинфекции.

Указанная цель достигается тем, что обезвреживание гипохлоритных растворов проводится с помощью твердых носителей пероксида водорода пероксосольватов, дающих при растворении в воде пероксид водорода, H₂O₂, и щелочной компонент, например Na₂CO₃ и (NH₂)₂CO. Удаление избыточного хлора происходит по очень быстрой реакции (1):
NaClO+A•nH₂O₂=NaCl+A+1/2nO₂+nH₂O (1)
(A щелочной компонент)
В тех случаях, когда компонент A является нетоксичным веществом, процесс протекает с образованием только экологически безопасных соединений и не требует проведения дополнительной очистки воды от продуктов реакции, дозировки исходных компонентов. Например, если используется стабильный пероксосольват карбоната натрия, продуктами реакции являются только нетоксичные соединения: NaCl, Na₂CO₃, O₂ и H₂O. Удаление активного хлора протекает очень быстро, даже при 0^oC оно занимает несколько секунд. В отличие от прототипа удаление активного хлора указанными пероксосольватами сопровождается насыщением воды кислородом и значительным снижением бактериальной загрязненности воды. Особенно важное значение этот факт имеет при обеззараживании бытовых сточных вод с высокой бактериальной обсемененностью. Для дезинфекции таких вод требуются либо высокие дозы введенного и остаточного хлора, либо увеличение времени контакта с ним. Использование повышенных доз хлора нежелательно, так как сопровождается повышением уровня общей токсичности воды. Увеличение времени контакта в реальных условиях трудноосуществимо без значительных капитальных затрат. Поэтому иногда вводится дополнительная операция обеззараживания, например, обработка озоном. Известные способы удаления избыточного активного хлора не сопровождаются дополнительной дезинфекцией воды и насыщением ее кислородом. Составительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что дехлорирование воды проводится с помощью твердых веществ, именно пероксосольватов, дающих при растворении H₂O₂ и щелочной компонент. Растворы таких пероксосольватов для практического использования непригодны, так как малостабильны и не подлежат хранению. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Известно техническое решение, в котором обезвреживание воды проводится с помощью реакции гипохлорита с пероксидом водорода. Окислительной деструкции подвергается цианид- и фенолсодержащие промышленные стоки. Реакция гипохлорита с растворами пероксида водорода успешно может использоваться и для удаления активного хлора, но она не оказывает заметного влияния на уровень бактериальной загрязненности воды (табл. 2 оп.8). При использовании твердых пероксосольватов деструкция патогенных микроорганизмов осуществляется, по-видимому, за счет синглетного кислорода, образующегося в реакции пероксида водорода с гипохлоритом вблизи твердых частиц пероксосольватов, имеющих при растворении щелочную реакцию. Таким образом, из уровня техники очевидно не вытекает достижение поставленной цели предлагаемого изобретения и оно соответствует критерию "изобретательский уровень". Только суммарное использование ограничительных и отличительных признаков приводит к достижению поставленной цели предлагаемого изобретения.

Пример 1. В примере представлены опыты по удалению гипохлорита пероксосольватами. Результаты опытов сведены в табл. 1. Для сравнения приведены данные для реакции гипохлорита с пероксидом водорода (опп. 15 18).

Растворы гипохлорита натрия необходимых концентраций готовили путем разбавления раствора гипохлорита натрия, полученного насыщением раствора едкого натра газообразным хлором.

Гранулы или свежеприготовленный раствор пероксосольвата добавляли к раствору гипохлорита. Общий объем раствора 100 мл. Через определенные промежутки времени раствор проверяли на содержание исходных компонентов.

Опыты проводились при различных температурах и соотношениях компонентов. При использовании в качестве дехлорирующих агентов растворов пероксосольватов, например Na₂CO₃•1,5H₂O₂ и (NH₂)₂CO•H₂O₂, так же, как и при использовании растворов пероксида водорода, реакция удаления активного хлора протекает очень быстро и даже при 0^oC длится несколько секунд, а в случае контакта гипохлоритных растворов с твердыми пероксосольватами определяется скоростью растворения и распространения по всему объему раствора дехлорирующих агентов.

Из табл. 1 можно видеть, что в области исследованных концентраций исходного раствора гипохлорита полное удаление активного хлора наблюдается при эквимолярном соотношении компонентов или избытке дехлорирующего агента. При необходимости только снизить содержание активного хлора до требуемых норм процесс дехлорирования необходимо проводить при недостатке дехлорирующих компонентов согласно реакции (1).

Пример 2. В примере приведены опыты, иллюстрирующие снижение бактериальной загрязненности после проведения процесса дехлорирования.

Результаты сведены в табл. 2. Для сравнения степени снижения бактериальной загрязненности после проведения процесса дехлорирования пероксосольватами A•nH₂O₂ со щелочным компонентом A (опп. 3, 9,) приведены данные для исходных компонентов NaClO, H₂O₂ (опп. 1, 2, 4, 5, 6, 7), а также результаты после проведения дехлорирования растворами H₂O₂ (опп. 8) и пероксосольватом (оп. 10) с нейтральным компонентом A (KF• H₂O₂).

Соединения четырехвалентной серы (прототип) не обладают дезинфицирующей активностью.

Опп. 1, 2, 4, 5, 6, 7.

В пробирки с кишечной палочкой Ф174 (n• 10^-7) добавляли раствор дезинфектанта. Смесь выдерживали при комнатной температуре 5, 10 и 30 мин. Степень снижения бактериальной загрязненности ΔC в указанных в табл. 2 интервалах концентраций оценивали по формуле:

где n₁ первоначальное число живых клеток в образце
n₂ число живых клеток в обработанном растворе.

Опп. 3, 8, 9, 10.

В пробирки с кишечной палочкой Ф174 (n•10^-7) приливали раствор гипохлорита натрия, затем добавляли свежеприготовленный раствор или гранулы дехлорирующего агента. Смесь выдерживалась при комнатной температуре 5, 10 мин. Степень снижения бактериальной загрязненности ΔC оценивалась по формуле (2).

Согласно полученным результатам по эффективности влияния на кишечную палочку исследованные системы можно расположить следующим образом:
NaClO + Na₂CO₃•1,5H₂O₂>NaClO>NaClO + KF•H₂O₂>H₂O₂>NaClO + H₂O₂. Наибольший обеззараживающий эффект достигается при использовании реакции гипохлорита с твердым носителем пероксида водорода, дающим при растворении щелочной компонент.

Таким образом, преимущество использования для обезвреживания гипохлоритных растворов предложенных твердых носителей кислорода очевидно, т.к. помимо удаления активного хлора качество воды может быть улучшено за счет: увеличения глубины деструкции загрязняющих веществ и микроорганизмов; обогащения очищаемой воды кислородом, выделяющимся в ходе реакции; снижения на стадии хлорирования общего количества вводимого хлора или уменьшения времени контакта с ним при сохранении того же положительного эффекта и, в результате, снижения содержания трудноудаляемых токсичных галогенорганических соединений. Кроме того, предлагаемый способ не требует строгого контроля за количеством вводимых реагентов, эффективен при разных температурах и может быть использован в любой существующей системе очистки воды, не требуя значительных капитальных затрат. обработанном растворе.

Использование: обезвреживание гипохлоритных растворов. Сущность изобретения: растворы обрабатывают пероксосольватом карбоната натрия Na₂CO₃•1,5H₂O₂ или гидроперитом (NH₄)₂CO•H₂O₂. 2 табл.

Способ обезвреживания гипохлоритных растворов путем обработки восстановителем, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют пероксосольват карбоната натрия Na₂CO₃ • 1,5H₂O₂ или пероксосольват мочевины (NH₂)₂CO • H₂O₂.