КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ДЕЗИНФЕКЦИИ ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК C02F1/50 C02F1/28 C02F103/04 

Изобретение относится к композициям для дезинфекции воды и предназначенным преимущественно для обработки природных и сточных вод, прежде всего в полевых условиях. Но оно может быть применено также для дезинфекции различных объектов, обеззараживания и консервирования питьевой воды из открытых пресных водоемов (рек, озер), подземных источников (артезианского водозабора) и хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Известны различные композиции для дезинфекции воды. Например, известна композиция для очистки и дезинфекции воды (патент РФ 1204575, 7 С 02 F 1/50, 15.07.83, "Состав для очистки и обеззараживания воды"). Сущность этой композиции состоит в том, что она содержит активированный уголь, йод, сернокислый алюминий и крахмал при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Крахмал - 1,3... 1,6
Сернокислый алюминий - 5,3... 6,0
Йод - 23,1...23,3
Активированный уголь - Остальное
Для приготовления этой композиции-аналога 150 г порошкообразного древесного активированного угля пропитывают раствором, содержащим 5 г йода, затем высушивают под ИК-лампой, добавляют 12 г сернокислого алюминия, 0,3 г крахмала в 2% растворе и формуют в таблетки весом 2,15 ±0,5 г на таблеточной машине. Затем таблетки высушивают в термостате при 30...40^oС до остаточной влажности 5^oС. Для использования таблетку помещают в емкость с 3 л воды на 15 мин, взвесь взбалтывают, отфильтровывают, а затем используют по назначению для питья или приготовления пищи. В описанной таблетке йод предназначен для дезинфекции, сернокислый алюминий в качестве разрыхлителя таблетки, поскольку он достаточно хорошо растворяется в воде, а также в качестве коагулянта, что способствует более быстрому оседанию взвеси на дно сосуда. Этим самым ускоряется процесс очистки воды. Описанная таблетка удобна в употреблении, полученная вода соответствует принятым на сегодняшний день санитарным нормам. Но основным недостатком данной композиции-аналога в виде таблетки являются низкие органолептические свойства воды, обеззараженной с помощью этой таблетки. В частности в питьевой воде или в пище, приготовленной на этой воде, ощущается стабильный "металлический" привкус йода, который входит в состав таблетки. Кроме этого, имеется некоторая потенциальная токсичность данной композиции. Эти недостатки в некоторой степени исключены в другой композиции-аналоге для дезинфицирования воды (патент РФ 2106311, 7 С 02 F 1/52, 16.10.97, "Твердый состав для обеззараживания и очистки воды"). Данную композицию-аналог используют как в виде порошка, так и в форме таблеток. Необходимая доза композиции может меняться в зависимости от состава и количества обрабатываемой воды. Предпочтительно для обработки 1 л воды используют таблетки или порошки весом от 100 до 300 мг, содержащие 5...25 мг биоцида - натриевую соль дихлороизоциануровой кислоты. Эта композиция-аналог в качестве коагулянта содержит соединения металла с трехвалентным катионом, твердый неорганический полимер, полигидроксохлорид алюминия, имеющий общую формулу (Аl_х(ОН)_уСl_3х-у)_n и основность от 70 до 85%, в следующих количествах, маc.ч.:
Дихлоризоцианурат натрия - 5...25
Полигидроксохлорид алюминия - 50...175
Композиция-аналог может включать также хлорид натрия в количестве 25... 100 маc. ч., а при использовании его в виде таблеток также и бикарбонат натрия 20. .. 100 маc. ч. Введение в состав композиции-аналога 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 композиции 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 биоцида. Но эта композиция также имеет недостатки, которые ограничивают ее применение. Основной недостаток - это высокое содержание в композиции активного хлора со всеми вытекающими отсюда последствиями, такими как опасность образования вредных для здоровья хлорорганических веществ в обрабатываемой воде, отсутствие бактерицидного последействия, ухудшение органолептических свойств обрабатываемой воды, коррозионное разрушение конструкционных материалов, контактирующих с ней. Кроме того, композиция имеет ограниченный срок применения (хранения) и низкую стойкость к саморазложению, а также недостаточный эффект осветления обрабатываемой воды без финишной фильтрации.

Известна также композиция для дезинфекции воды (патент США 5320773, 30.09.91, "Состав и способ очистки воды"). Композиция для дезинфекции воды, описанная в названном патенте, является наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению (прототипом). Сущность композиции-прототипа состоит в том, что она содержит биоцид, в качестве сорбента цеолит, газообразователь, коагулянт и флокулянт, причем применяемые в качестве них вещества практически нетоксичны и в основном выполняют предназначенную им функцию по дезинфекции вод в полевых условиях как при индивидуальном, так и при групповом пользовании людьми, например строителями, нефтяниками, геологами, чабанами, военнослужащими и т. п.). Но композиция-прототип имеет значительную стоимость из-за дороговизны и дефицита ингредиентов, входящих в нее. Кроме того, количество ингредиентов, входящих в эту композицию, значительно, и вместе с тем остаются потенциально токсичные ингредиенты, входящие в ее состав.

Задача, которую поставили перед собой разработчики новой композиции для дезинфекции воды, состояла в создании нетоксичной в использовании композиции, а также увеличение срока хранения композиции без потери ею функциональных свойств и имеющей низкую цену. Техническим результатом, достигнутым в процессе решения задачи, является использование в составе композиции недефицитных и потенциально нетоксичных ингредиентов.

Сущность изобретения состоит в том, что композиция для дезинфекции воды, содержащая биоцид, цеолит, газообразователь, коагулянт и флокулянт, в качестве биоцида содержит Ag-содержащий препарат следующего состава, мас.%:
Ионы серебра - 0,1•10^-5...1,0
Органическая кислота - 0,25...10,0
Концентрированный раствор из высушенных и измельченных проростков или ботвы картофеля и томатов, а также из сока или водной вытяжки из указанных зеленых растений начальной стадии вегетации (ПУРОЛАТ- БИНГСТИ) - 0,01... 10,0
Спиртовой раствор иода 5%, или перекись водорода (Н₂О₂), или перманганат калия (КМnO₄) - 0,01... 10,0
Дистиллированная вода - Остальное
в качестве коагулянта - соли алюминия или железа (III), в качестве флокулянта - органический или минеральный реагент, в качестве сорбента - глауконит или уголь активированный, а в качестве газообразователя - соду питьевую (NaHCO₃) или соду двууглекислую (Na₂CO₃) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ag-содержащий препарат - 10,0...30,0
Сорбент - 0,01...10,0
Коагулянт - 0,01...1,0
Флокулянт - 0,001...0,1
Газообразователь - Остальное
Кроме того, сущность изобретения состоит и в том, что композиция выполнена в форме таблетки и дополнительно включает связующее вещество, а также водорастворимую оболочку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимая оболочка - 0,01...0,1
Связующее вещество - 0,01...0,1
Собственно композиция - Остальное
Вместе с тем сущность изобретения состоит и в том, что композиция выполнена в виде гранул и дополнительно включает связующее вещество, а также водорастворимую оболочку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимая оболочка - 0,01...0,1
Связующее вещество - 0,01...0,1
Собственно композиция - Остальное
Сущность изобретения состоит и в том, что композиция в качестве органической кислоты содержит аскорбиновую или лимонную кислоту.

Вместе с тем сущность изобретения состоит и в том, что в качестве соли алюминия композиция содержит сернокислый аллюминий (Аl₂(SO₄)₃) или оксихлорид алюминия Al₂(ОН)₅Сl.

Сущность изобретения состоит и в том, что в качестве флокулянта - минерального реагента композиция содержит активированную кремнекислоту.

Сущность изобретения состоит и в том, что в качестве флокулянта - органического реагента композиция содержит высокомолекулярный катионный полиэлектролит ВПК-402 или полиэтиленимин.

Сущность изобретения состоит и в том, что в качестве связующего вещества композиция содержит крахмал или активированную кремнекислоту.

И, наконец, сущность изобретения состоит в том, что в качестве водорастворимой оболочки композиция содержит крахмал.

Доказательства возможности осуществления заявляемой композиции для дезинфекции воды с реализацией указанного назначения приводятся ниже на примерах с различными ингредиентами. Эти характерные примеры конкретных композиций согласно предлагаемому изобретению ни в коей мере не ограничивают объем его правовой защиты. В этих примерах дана лишь конкретная иллюстрация предлагаемой композиции для дезинфекции воды, чтобы сделать ее пригодной для питья и приготовления пищи.

Пример 1. Воду из реки Темерник в районе Северного жилого массива г. Ростова на Дону с искусственно введенными культурами инфузорий в количестве 600 ед. и яиц аскарид в количестве 500 ед. тремя объемами по 0,5 л обработали порошком заявляемой композиции массой 860, 875 и 890 мг.

Композиция для дезинфекции воды в виде порошка имела следующий массовый состав, мг:
Ag-содержащий препарат, в состав которого согласно формуле изобретения входит перекись водорода (H₂O₂) (биоцид) - 535, - или 550, - или 565
Сернокислый алюминий (коагулянт) - 40
Гидрокарбонат натрия (газообразователь) - 40
Активированный уголь (сорбент) - 210
Полиэтиленимин (флокулянт) - 35
В данной композиции в качестве биоцида выступал Ag-содержащий препарат, который имел следующий состав, мас.%:
Ионы серебра - 0,5
Лимонная кислота - 5,0
Концентрированный раствор из высушенных и измельченных проростков или ботвы картофеля и томатов, а также из сока или водной вытяжки из указанных зеленых растений начальной стадии вегетации (ПУРОЛАТ- БИНГСТИ) - 5,0
Перекись водорода - 5,0
Дистиллированная вода - Остальное
Через 40 мин образовавшийся осадок отфильтровали через 6 слоев марли. Показатели полученной воды представлены соответственно в табл. 1, 2 и 3.

Пример 2. Воду из реки Темерник в районе Северного жилого массива г. Ростова на Дону с искусственно введенными культурами инфузорий в количестве 600 ед. и яиц аскарид в количестве 500 ед. тремя объемами по 0,5 л обработали гранулами композиции массой 575, 590 и 605 мг.

Композиция для дезинфекции воды имела следующий массовый состав, мг:
Ag-содержащий препарат, в состав которого согласно формуле изобретения входит перманганат калия (KMnO₄) - 327, - или 342, - или 357
Сернокислый алюминий (коагулянт) - 50
Гидрокарбонат натрия (газообразователь) - 50
Активированный уголь (сорбент) - 148
В данной композиции в качестве биоцида выступал Ag-содержащий препарат, который имел следующий состав, мас.%:
Ионы серебра - 0,5
Лимонная кислота - 5,0
Концентрированный раствор из высушенных и измельченных проростков или ботвы картофеля и томатов, а также из сока или водной вытяжки из указанных зеленых растений начальной стадии вегетации (ПУРОЛАТ- БИНГСТИ) - 5,0
Перманганат калия (KMnO₄) - 5,0
Дистиллированная вода - Остальное
Через 40 мин образовавшийся осадок отфильтровали через 6 слоев марли. Показатели полученной воды представлены соответственно в табл. 4, 5 и 6.

Пример 3. Воду из реки Темерник в районе Северного жилого массива г. Ростова на Дону с искусственно введенными культурами инфузорий в количестве 600 ед. и яиц аскарид в количестве 500 ед. тремя объемами по 0,5 л обработали композицией в виде таблеток массой 880, 895 и 910 мг. Композиция для дезинфекции воды имела следующий массовый состав, мг:
Ag-содержащий препарат, в состав которого согласно формуле изобретения входит йод (J₂) - 460, - или 475, - или 490
Сернокислый алюминий - 50
Гидрокарбонат натрия - 35
Глауконит - 35
Оболочка таблетки - 500
В данной композиции в качестве биоцида выступал Ag-содержащий препарат, который имел следующий состав, мас.%:
Ионы серебра - 0,5
Лимонная кислота - 5,0
Концентрированный раствор из высушенных и измельченных проростков или ботвы картофеля и томатов, а также из сока или водной вытяжки из указанных зеленых растений начальной стадии вегетации (ПУРОЛАТ- БИНГСТИ) - 5,0
5%-ный Спиртовой раствор иода (J₂) - 5,0
Дистиллированная вода - Остальное
Через 60 мин. в обработанную воду ввели культуру инфузорий, т.е. произвели вторичное загрязнение. Затем еще через 60 мин осадок отфильтровали через 6 слоев марли. Показатели полученной воды представлены соответственно в табл. 7, 8 и 9.

Опыты по изучению возможности обеззараживания воды от яиц гельминтов и цист лямблий в лабораторных условиях были поставлены в 2-х повторностях. Исследования проводили в соответствии со стандартными санитарно-паразитологическими методиками, а именно по МУК 4.2.796-99 МЗ России, М., 2000.

Пример 4. Субстрат для изучения (речная вода) был доставлен из р. Тузлов (район города Новочеркасска, Ростовской области). В качестве тест объектов взяты культуры жизнеспособных яиц аскарид и цист лямблий. Для постановки опытов брали по 0,5 л воды, в которую вносили 500-800 яиц аскарид и 500-800 цист лямблий. Экспозиции опытов составляли 30 и 40 мин. Результаты исследований представлены в табл. 10 и 11.

Согласно методике обработки проб после окончания каждой экспозиции надосадочную жидкость сливали в количестве 2/3 от общего объема и фильтровали. Фильтры помещали в термостат при 27 и 30^oС. Оставшееся количество - по 1/3 объема каждой пробы также помещали в термостат с целью установления жизнеспособности яиц гельминтов. После пребывания 10 суток в термостате осадок обрабатывали по вышеназванной методике.

На основании полученных результатов видно, что наибольший эффект наблюдается при применении таблетки с марганцем при экспозиции 40 мин (98%). Наименьшее содержание жизнеспособных цист лямблий наблюдается в отстоенной воде без осадка в количестве 1-2%.

В натурных испытаниях при использовании препарата с марганцем и отстаивании 40 мин, протистоцидный эффект достигается в 2/3 объема надосадочной жидкости.

Оценивая полученные результаты, отражающие овицидный и протистоцидный эффект при использовании представленных таблеток, установлено, что в полевых условиях возможно применить для питьевых целей 2/3 объема обеззараженной воды. Необходимым условием является время отстаивания от момента внесения таблетки не менее 40 минут.

Применение предлагаемого изобретения в народном хозяйстве позволит решить важнейшую народнохозяйственную проблему, связанную с дезинфекцией воды, потребляемой 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, а также военнослужащими в любой точке земного шара.

Изобретение относится к композициям для дезинфекции воды, предназначенным преимущественно для обработки природных и сточных вод прежде всего в полевых условиях. Оно может быть применено также для дезинфекции и стерилизации различных объектов, обеззараживания и консервирования питьевой воды из открытых пресных водоемов (рек, озер), подземных источников (артезианского водозабора) и хозяйственно-питьевого водоснабжения. Композиция для дезинфекции воды содержит биоцид, сорбент, газообразователь, коагулянт и флокулянт, причем в качестве биоцида она содержит Ag-содержащий препарат состава, мас. %: ионы серебра 0,1•10^-5...1,0; органическая кислота 0,25...10,0; концентрированный раствор из высушенных и измельченных проростков или ботвы картофеля и томатов, а также из сока или водной вытяжки из указанных зеленых растений начальной стадии вегетации (ПУРОЛАТ-БИНГСТИ) 0,01...10,0; спиртовой раствор иода 5%, или перекись водорода (Н₂О₂), или перманганат калия (КМnО₄) 0,01.. 10,0; дистиллированная вода остальное, в качестве коагулянта - соли алюминия или железа (III), в качестве флокулянта - органический или минеральный реагент, в качестве сорбента - глауконит или уголь активированный, а в качестве газообразователя - соду питьевую (NaHCO₃) или двууглекислую (Na₂CO₃) при следующем соотношении компонентов, мас. %: Ag-содержащий препарат 10,0... 30,0; сорбент 0,01...10,0; коагулянт 0,01...1,0; флокулянт 0,001...0,1; газообразователь остальное. Предложенная композиция является нетоксичной при использовании и обладает возможностью сохранения функциональных свойств при длительном сроке хранения. В составе композиции используется недефицитные компоненты. 8 з.п. ф-лы, 11 табл.

1. Композиция для дезинфекции воды, содержащая биоцид, сорбент, газообразователь, коагулянт и флокулянт, отличающаяся тем, что в качестве биоцида она содержит Аg-содержащий препарат состава, мас.%:
Ионы серебра - 0,1 10^-5..1,0
Органическая кислота - 0,25...10,0
Концентрированный раствор из высушенных и измельченных проростков или ботвы картофеля и томатов, а также из сока или водной вытяжки из указанных зеленых растений начальной стадии вегетации (ПУРОЛАТ- БИНГСТИ) - 0,01...10,0
Спиртовой раствор иода 5% или перекись водорода (Н₂О₂), или перманганат калия (КМnО₄) - 0,01..10,0
Дистиллированная вода - Остальное
в качестве коагулянта - соли алюминия или железа (III), в качестве флокулянта - органический или минеральный реагент, в качестве сорбента - глауконит или уголь активированный, в качестве газообразователя - соду питьевую (NaHCO₃) или двууглекислую (Na₂CO₃) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Аg-содержащий препарат - 10,0...30,0
Сорбент - 0,01...10,0
Коагулянт - 0,01...1,0
Флокулянт - 0,001...0,1
Газообразователь - Остальное
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в форме таблетки и дополнительно включает связующее вещество, а также водорастворимую оболочку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимая оболочка - 0,01...0,1
Связующее вещество - 0,01...0,1
Собственно композиция - Остальное
3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена в виде гранул и дополнительно включает связующее вещество, а также водорастворимую оболочку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Водорастворимая оболочка - 0,01...0,1
Связующее вещество - 0,01...0,1
Собственно композиция - Остальное
4. Композиция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве органической кислоты она содержит аскорбиновую или лимонную кислоту. 5. Композиция по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что в качестве соли алюминия она содержит сернокислый алюминий (Al₂(SO₄)₂) или оксихлорид алюминия (Al₂(OH)₅Cl). 6. Композиция по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что в качестве минерального флокулянта она содержит активированную кремнекислоту. 7. Композиция по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что в качестве органического флокулянта она содержит высокомолекулярный поликатионит ВПК-402 или полиэтиленимин. 8. Композиция по любому из пп.2-7, отличающаяся тем, что в качестве связующего вещества она содержит крахмал или активированную кремнекислоту. 9. Композиция по любому из пп.2-8, отличающаяся тем, что в качестве водорастворимой оболочки она содержит крахмал.