ТВЕРДЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДЫ Российский патент 1998 года по МПК C02F1/50 C02F1/52 

Изобретение относится к обработке воды, в частности к обработке воды, предназначенной для питья и приготовления пищи, благодаря использованию бактерицидных средств для ее обеззараживания с одновременной ее очисткой путем осаждения взвесей и удаления вредных для организма человека примесей.

Известен жидкий водорастворимый неорганический флокулянт для водоподготовки на основе хлорида алюминия, в состав которого входят основной хлорид алюминия соответствующий формуле Al_n(OH)_mCl_3n-m и имеющий основность от 20 до 60%, дезинфектант, например коллоидное серебро или гипохлорит натрия, и соединение, содержащее силикат и/или сульфат [1].

Этот жидкий неорганический флокулянт рекомендуется для обработки воды в плавательных бассейнах, однако не предлагается использование этого состава в дозированной композиции в виде таблеток или порошка и его применение для получения питьевой воды.

Недостатком указанного состава является то, что он содержит в смеси хлорид алюминия и низкоосновные оксихлориды алюминия Al(OH)Cl₂ и Al(OH)₂Cl, которые имеют основность, определяемую как m/3n • 100, равную 33,3 и 66,7% соответственно, и которые недостаточно эффективны при очистке воды, пригодной для употребления человеком. К тому же при наличии хлорида алюминия создается повышенное содержание растворимого алюминия в воде. Кроме того, концентрации предлагаемых растворов весьма велики, например по сульфату они составляют от 1 до 30 г/л, и не указываются пределы разбавления этих растворов при их практическом применении, равно как и соответствующая эффективность обработки воды.

Наиболее близкой к предлагаемому составу является композиция в форме единой дозированной упаковки для очистки при одноразовой загрузке относительно малых, предварительно определенных объемов воды, включающая в смеси друг с другом комбинацию твердой неорганической соли металла, имеющей трехвалентный катион, и твердую щелочь, которая растворима в воде, в качестве коагулянта для быстрой коагуляции твердых примесей, диспергированных в воде в форме первичных хлопьев, и менее чем 10 мас.% твердого анионного полимерного гидрофильного коллоида. Коллоид способен при диспергировании в воде к гидратации с образованием золя для укрупнения первичных хлопьев и гидратируется с меньшей скоростью, чем скорость образования первичных хлопьев [2]. Для одновременного обеззараживания воды состав может включать бактерицид. Твердая неорганическая соль металла, содержащая трехвалентный катион, представляет собой сульфат алюминия, сульфат железа, хлорированный мелатерит или алюминат натрия. При этом предпочтение отдается сульфату алюминия как наиболее эффективному из перечисленных коагулянтов.

Указанная композиция согласно [2] содержит смесь сульфата алюминия около 30 мас.%, бикарбоната натрия около 20 мас.% и модифицированной целлюлозы около 2 мас.% в качестве коагулянта, бактерицид в пределах 3 - 5 мас.%, бентонит как набухающий в дальнейшем агент около 40 мас.%, аморфное соединение кремния как набухающий в дальнейшем агент около 2 мас.%, неионный синтетический полимер (например, полиакриламид) в качестве вторичного гидрофильного коллоида по 0,15 мас.%, а также электролит до 0,3 мас.%. Композиция может использоваться для обработки воды в виде таблеток (предпочтительно) или в виде порошка.

При использовании вышеуказанной композиции после добавления таблетки весом 500 мг к 1 л воды микробное число понизилось с 2,2 • 10⁵ ед/мл примерно за 20 мин, а коли-индекс за то же время понизился с 1800 ед/мл до 0. В другом эксперименте микробное число понизилось с 1,3 • 10⁵ ед/мл до 5 ед/мл примерно за 10 мин.

Количественных данных по очистке воды в работе [2] не приводится, но сообщается, что при добавлении композиции, соответствующей количеству, эквивалентному 170 мг сульфата алюминия на 1 л воды, отобранной в реке непосредственно ниже по течению после сброса сточных вод, вода после осаждения примесей и фильтрования через губку была найдена пригодной для употребления человеком.

Недостатками этого изобретения являются сложный состав препарата, включающий до 8 компонентов, что обуславливает как сложность его изготовления, особенно на стадии гомогенизации композиции для получения однородной массы путем длительного перемешивания компонентов, имеющих разный гранулометрический состав и концентрации, различающиеся в десятки и сотни раз (от 30 - 40 до 0,15 - 0,3 мас.%), так и относительно высокую стоимость; определенные ограничения, накладываемые на соотношение компонентов, которые лимитируются тем требованием, чтобы обрабатываемая вода имела температуру и pH, находящиеся в пределах, при которых все компоненты, особенно коагулянт и дезинфектант, могли бы выполнять предназначенные функции, требование гарантированной корректировки pH для надлежащего функционирования первичного коллоида, который согласно [2] должен гидратироваться с меньшей скоростью, чем скорость образования первичных хлопьев, накладывает дополнительные ограничения на применение препарата: в определенных условиях избыток гидрофильных коллоидов, как первичного, так и вторичного, может привести к быстрому образованию геля в воде, препятствуя дисперсии коагулянта и тем самым образованию хлопьев, что в свою очередь делает осадок или пену гелеобразными, вязкими и затрудняет фильтрование и получение чистой воды, при этом, как указанно в [2] , отношение количеств органического гидрофильного коллоида и коагулянта зависит от чистоты исходной воды. Кроме того, органические компоненты, предложенные в составе композиции [2], такие как карбоксиметилцеллюлоза, полиакриламид, полиэтиленгликоль или их заменители, являются потенциально токсичными. К тому же опасность образования токсичных хлорорганических веществ в воде, обработанной хлорсодержащими бактерицидными препаратами, возрастает с увеличением в воде концентрации активного хлора. В 500 мг-овой композиции [2], применяемой для очистки 1 л воды, содержание активного хлора в воде в случае использования согласно этому изобретению галазона, гипохлоритов кальция или лития может достигать 15 - 20 мг/л. Это ухудшает также органолептические свойства питьевой воды и в ряде случаев согласно данным [2] может потребовать применения активированного угля для устранения сильного запаха хлора.

Задачей изобретения является создание препарата, имеющего менее сложный состав, обеспечение при его изготовлении лучшей гомогенизации входящих в композицию ингредиентов, упрощение его использования при обработке воды, а именно исключение необходимости ограничивать отношение ингредиентов (органического гидрофильного коллоида к коагулянту), зависящее от чистоты исходной воды, а также расширение диапазонов температур и pH, при которых препарат может эффективно применяться, уменьшение токсикологической опасности при его использовании и улучшение потребительских качеств обработанной препаратом воды.

Эта задача может быть решена применением предложенного твердого состава для обеззараживания и очистки воды на основе хлорсодержащего дезинфектанта и коагулянта - соединения металла, имеющего трехвалентный ион, в форме единой дозированной упаковки для обработки относительно малых, предварительно определенных объемов воды. В качестве дезинфектанта состав содержит натриевую соль дихлороизоциануровой кислоты (дихлоризоцианурат натрия, ДХИЦNa), а в качестве соединения металла с трехвалентным катионом - твердый неорганический полимер, полигидроксохлорид алюминия, имеющий общую формулу [Al_x(OH)_yCl_3x-y]_n и основность от 70 до 85%, в следующих количествах, мас.ч. :
Дихлоризоцианурат натрия - 5 - 25
Полигидроксохлорид алюминия - 50 - 175
Кроме того, состав может включать хлорид натрия в количестве 25 - 100 мас. ч. , а при использовании препарата в виде таблеток также и бикарбонат натрия в количестве 20 - 100 мас.ч. для более быстрой деструкции таблетки.

Для получения композици заданного состава указанные ингредиенты в твердом виде в соответствующих пропорциях подвергают помолу, перемешивают для получения однородной массы в виде порошка, таблетируют, если это необходимо, и упаковывают, чтобы сохранить препарат сухим.

Препарат может использоваться как в виде порошка, так и в форме таблеток. Необходимая доза препарата может меняться в зависимости от состава препарата и количества обрабатываемой воды. Предпочтительно для обработки 1 л воды использовать таблетки или порошки весом от 100 до 300 мг, содержащие 5 - 25 мг дезинфектанта - дихлоризоцианурата натрия и 50 - 175 мг коагулянта - полигидроксохлорида алюминия.

Предлагаемый твердый состав для обеззараживания и очистки воды в форме единой дозированной упаковки, применяемый при обработке относительно малых, предварительно определенных объемов воды, отличается от известного тем, что он содержит в качестве дезинфектанта натриевую соль дихлороизоциануровой кислоты (дихлоризоцианурат натрия), а в качестве коагулянта, соединения металла с трехвалентным катионом, твердый неорганический полимер, полигидроксохлорид алюминия, имеющий общую формулу [Al_x(OH)_yCl_3x-y]_n и основность от 70 до 85%, в следующих количествах, мас.ч.:
Дихлоризоцианурат натрия - 5 - 25
Полигидроксохлорид алюминия - 50 - 175
Кроме того, предложенный твердый состав для обеззараживания и очистки воды отличается тем, что он может включать хлорид натрия в количестве 25 - 100 мас.ч., а при использовании его в виде таблеток также и бикарбонат натрия в количестве 20 - 100 мас.ч.

Введение в состав препарата хлорида щелочного металла, в частности хлорида натрия, позволяет ускорить коагуляцию и агрегирование образующихся хлопьев осадка, уменьшить его объем и облегчить удаление осадка фильтрованием с получением чистой воды, пригодной для употребления человеком.

Бикарбонат натрия может быть использован в качестве диспергатора при применении препарата в форме таблеток для обеспечения газовыделения за счет реакции его со слабокислым коагулянтом с образованием углекислого газа, способствующего более быстрому разрушению таблетки в воде и более эффективному диспергированию в ней коагулянта и дезинфектанта.

Следующие примеры иллюстрируют возможность использования предлагаемого твердого состава для обеззараживания и очистки относительно малых, предварительно определенных объемов воды с целью сделать ее пригодной для питья и приготовления пищи.

Пример 1. Речную воду, искусственно инфицированную вакцинным штаммом полиомиелита 1 типа, в количестве 1 л обработали порошком препарата массой 200 мг следующего состава:
Дихлоризоцианурат натрия - 25 мг
Полигидроксохлорид алюминия - 175 мг
в течение 15 мин и отфильтровали образовавшийся осадок через двойной слой хлопчатобумажной фланели в течение 40 мин. Показатели полученной воды приведены в табл.1.

Пример 2. Воду, отобранную из реки, в количестве 1 л обработали таблеткой препарата массой 250 мг следующего состава:
Дихлоризоцианурат натрия - 15 мг
Полигидроксохлорид алюминия - 125 мг
Хлорид натрия - 25 мг
Бикарбонат натрия - 85 мг
в течение 10 мин и отфильтровали осадок через 6 слоев марли в течение 30 мин. Показатели полученной воды приведены в табл.2.

Пример 3. Воду, полученную при растапливании грязного снега, собранного на обочине дороги в черте города, в количестве 1 л обработали таблеткой препарата массой 300 мг следующего состава:
Дихлоризоцианурат натрия - 25 мг
Полигидроксохлорид алюминия - 150 мг
Хлорид натрия - 75 мг
Бикарбонат натрия - 50 мг
в течение 30 мин и отфильтровали образовавшийся осадок в течение 60 мин через 2 слоя хлопчатобумажной фланели. Показатели полученной воды приведены в табл.3.

Пример 4. Воду из пруда, искусственно инфицированную вакцинным штаммом вируса полиомиелита 1 типа, в количестве 1 л обработали таблеткой препарата массой 200 мг следующего состава:
Дихлоризоцианурат натрия - 20 мг
Полигидроксохлорид алюминия - 60 мг
Хлорид натрия - 40 мг
Бикарбонат натрия - 80 мг
в течение 30 мин и отфильтровали образовавшийся осадок в течение 60 мин через 2 слоя хлопчатобумажной фланели. Показатели полученной воды приведены в табл.4.

Как видно из примеров 1 - 4, обеззараживание и очистка природных вод, стоков городских вод, воды, искусственно инфицированной вирусом полиомиелита, при использовании предложенного твердого состава позволили получить воду, пригодную для употребления человеком.

Пример 5. При обработке 1 л воды, взятой из пруда, находящегося в черте города, в течение 5 мин двумя различными способами:
обработкой дихлоризоциануратом натрия (ДХИЦNa) в количестве 10 мг;
обработкой порошком препарата массой 100 мг следующего состава:
Дихлоризоцианурат натрия (ДХИЦNa) - 10 мг
Полигидроксохлорид алюминия - 90 мг
с последующим отфильтрованием после каждой обработки были получены результаты по обеззараживанию воды, приведенные в табл.5.

Как видно из таблицы, при совместном действии полигидроксохлорида алюминия и натриевой соли дихлоризоциануровой кислоты достигаются лучшие результаты по обеззараживанию воды, чем при действии только одного дезинфектанта.

Это позволяет даже в случае обработки воды 3-ей группы, к которой относятся, например, речная вода в черте города, вода в прудах и запрудах, болотная вода в полевых условиях и т.п., уменьшить дозу дезинфектанта, содержащего активный хлор, и тем самым возможность образования в воде, обеззараженной с целью потребления ее человеком, токсичных хлорорганических соединений.

По сравнению с композицией для очистки воды, представленной в работе [2] , предложенный твердый состав для обеззараживания и очистки воды имеет следующие преимущества:
состав содержит меньшее количество компонентов;
легче достигается однородность состава при его изготовлении;
он потенциально менее токсичен;
его коагулирующая способность практически не зависит от температуры, поэтому при низких температурах (вплоть до 1 - 2^oC) отпадает необходимость введения вспомогательных средств: активного кремнезема, органических высокомолекулярных флокулянтов;
обладая хорошими флокулирующими свойствами, он обеспечивает хлопьеобразование в широком диапазоне дозы коагулянта без регулирования pH обрабатываемой воды;
усиление бактерицидных свойств дихлоризоцианурата натрия полигидроксохлоридом алюминия позволяет в сравнимых условиях уменьшать дозу дезинфектанта, содержащего активный хлор, снижая тем самым потенциальную возможность образования в обрабатываемой воде токсичных хлорсодержащих органических соединений и улучшая потребительские качества обработанной воды.

Предлагаемый твердый состав для обеззараживания и очистки воды может применяться при индивидуальном и групповом пользовании людьми, работающими в полевых условиях (строителями, нефтяниками, геологами, чабанами, военнослужащими и т.д.), садоводами, а также населением в пунктах, не имеющих централизованных систем водоподготовки и водоснабжения, равно как и в чрезвычайных ситуациях, при авариях или стихийных бедствиях, когда системы водоочистки не обеспечивают необходимой чистоты питьевой воды.

Изобретение относится к обработке воды, в частности к обработке воды, предназначенной для потребления человеком, и может быть использовано при индивидуальном или групповом пользовании людьми, работающими в полевых условиях или потребляющими воду из поверхностных источников в населенных пунктах, не имеющих централизованных систем водоочистки и водоснабжения. Сущность изобретения состоит в создании таблетированного или порошкообразного химического препарата для обеззараживания, осветления и обесцвечивания воды с меньшим количеством компонентов, чем известный, менее токсичного, не требующего регулирования рН среды и работающего в широком интервале температур. Предложенный твердый состав в форме единой дозированной упаковки для обработки относительно малых, предварительно определенных объемов воды включает хлорсодержащий дезинфектант - дихлоризоцианурат натрия и коагулянт - полигидроксохлорид алюминия, имеющий общую формулу [Al_x(OH)_yCl_{3 x - y}]_n, с основностью 70 - 85% при следующих соотношениях компонентов, мас.ч.: дихлоризоцианурат натрия 5 - 25, полигидроксохлорид алюминия 50 - 175. Состав может содержать дополнительно хлорид натрия в количестве 25 - 100 мас.ч. и бикарбонат натрия в количестве 20 - 100 мас.ч. 2 з.п.ф-лы, 5 табл.

1. Твердый состав для обеззараживания и очистки воды в форме единой дозированной упаковки, применяемый при обработке относительно малых, предварительно определенных объемов воды, включающий хлорсодержащий дезинфектант и коагулянт - соединение металла, имеющего трехвалентный ион, отличающийся тем, что в качестве хлорсодержащего дезинфектанта он содержит натриевую соль дихлоризоциануровой кислоты, а в качестве коагулянта, соединения металла, имеющего трехвалентный ион, - неорганический полимер, полигидроксохлорид алюминия общей формулы [Al_x (OH)_y Cl_{3 x - y}]_n с основностью 70 - 85% при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Натриевая соль дихлоризоциануровой кислоты - 5 - 25
Полигидроксохлорид алюминия - 50 - 175
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хлорид натрия в количестве 25 - 100 мас.ч. 3. Состав по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бикарбонат натрия в количестве 20 - 100 мас.ч.