СПОСОБ ОЗОНИРОВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/78 

Изобретение относится к области водоочистки и может быть использовано для очистки питьевых и сточных вод, дезинфекции оборудования пищевой промышленности, а также для стерилизации и дегазации других объектов.

Известен способ повышения растворимости озона в водной среде за счет повышения кислотности воды. При этом растворимость озона растет и соответственно растет окислительная способность водного раствора (Е.Э. Вересинина, Э. К. Сийрде. Номограмма для определения растворимости озона в воде// Химия и технология воды, 1993, 15, 9 -10, с.620-622). Озон мало растворим в воде по сравнению с традиционным окислителем - хлором, его растворимость почти в 100 раз ниже.

Недостаток данного способа в том, что для незначительного повышения растворимости озона необходимо существенное подкисление водной среды, а это ведет к высокой коррозионной активности. Кроме того, при использовании подкисленного раствора озона его химическая стойкость в растворе остается низкой. В водном растворе озона протекает его разложение по мономолекулярному механизму и окислительная способность водного раствора озона быстро (в течение 2-3 ч) теряется полностью.

Известен способ стабилизации озона в водном растворе посредством добавления гетероциклических соединений в количестве 0,0015-0,005 г/л. При этом достигается значительное повышение окислительной способности водного раствора озона за счет более длительного воздействия последнего на обрабатываемую этим раствором среду (SU 833576, 1981).

Однако повышение химической стойкости водного раствора с такими добавками не увеличивает растворимость озона в воде и, следовательно, общую окислительную способность озоно-водного раствора, его реакционную активность по отношению к окисляемым веществам. Кроме того, введение гетероциклических веществ в технологию очистки воды невозможно по существующим санитарным нормам.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ очистки сточных вод от органических соединений озонированием этих вод в присутствии катализатора - смеси сульфидов меди и никеля. Катализатор добавляется в обрабатываемую воду в виде дисперсного твердого нерастворимого порошка, который перемешивается с водой, и полученная пульпа озонируется, что позволяет снизить расход озона на окисление органических веществ, содержащихся в воде, в 1,5-2 раза (SU 1321695, 1987).

Недостатками данного способа являются:
- невозможность получения стойких высокоактивных водных растворов на основе озона с дальнейшим их использованием в различных технологиях;
- невозможность применения способа для очистки питьевой воды из-за возможности образования растворимых сульфидов и попадания их в питьевую воду;
- дополнительное загрязнение воды ионами меди, никеля и продуктами взаимодействия сульфидной группы с веществами, содержащимися в воде, так как в сточных промышленных водах могут содержаться компоненты, вызывающие разложение катализатора;
- способ должен включать стадию очитки обработанной воды от диспергированного в ней твердого катализатора и регенерацию его каталитических свойств, что усложняет и удорожает технологический процесс;
- окисление органических веществ протекает только при непосредственном контакте озоно-воздушной смеси с катализатором и обрабатываемой водой.

Целью настоящего изобретения является повышение окислительного действия водных растворов озона за счет увеличения растворимости и химической стойкости озона в этих растворах.

Поставленная цель достигается тем, что в способе озонирования воды, согласно изобретению, в составе обрабатываемой воды перед озонированием содержатся или вводят дополнительно хлориды металлов щелочного, щелочноземельного и восьмого рядов Периодической системы.

Предлагаемый способ отличается от прототипа введением новых добавок: хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, а в качестве катализаторов используют хлориды восьмой группы Периодической системы.

Способ осуществляют следующим образом. В ограниченном объеме воды растворяют добавку, состоящую из смеси растворимых в воде хлоридов металлов щелочной, щелочноземельной и восьмой групп Периодической системы в концентрациях, не превышающих допустимые нормы, установленные для обрабатываемой воды. Полученный раствор обрабатывают озоно-воздушной смесью в газожидкостном смесителе, при этом получают водный раствор на основе озона, обладающий высокой химической стойкостью и окислительной способностью.

Окислительная способность полученного раствора контролируется йодометрическим методом. Полученный раствор смешивается с обрабатываемой водой, при этом протекает ее дезинфекция, окисление растворенных в ней вредных примесей.

При введении в обрабатываемую воду хлорида натрия и растворении в ней озона происходит образование хлора и солей гипохлоридов в концентрациях, определяемых начальным содержанием хлор - ионов и кислотностью этого раствора.

Следовательно, озонирование водного раствора солей хлоридов приводит к его хлорированию. Качественное определение окислительной способности такого раствора по йодометрическому способу дает общее суммарное значение концентрации окислителей, находящихся в исследуемом растворе в пересчете на один из окислителей, например озон (таблица 1).

В качестве подкисляющих агентов с целью повышения растворимости озона в растворах хлоридов вводимых солей могут быть использованы хлориды щелочноземельных металлов типа хлорида кальция, магния (таблица 2).

Наличие в окисляющем растворе двух или нескольких типов окислителей не только увеличивает количественно окислительную способность этого раствора (при его смешении с обрабатываемой водой) но и, кроме того, воздействуя друг с другом, окислители значительно повышают глубину и скорость процессов окисления вредных веществ, по сравнению с индивидуальным воздействием на вредные вещества тех же окислителей, взятых в эквивалентных концентрациях.

Кроме того, генерируемые в растворе озоном окислители, хлор и гипохлориды, химически более стойкие вещества, чем сам озон, а это приводит к повышению стойкости окислительной способности раствора и длительности окислительного действия на обрабатываемые объекты. Эти свойства особенно важны при обработке такими окислительными растворами питьевой воды, так как при использовании эффекта генерации хлора при озонировании содержащей хлор-ионы воды отпадает необходимость дополнительного хлорирования воды после озонирования, проводимого для предотвращения вторичного заражения воды микроорганизмами в водоподающих трубопроводах, так как хлорирование фактически протекает совместно с озонированием обрабатываемой воды.

Для ускорения реакций окисления-восстановления в обрабатываемую воду, кроме перечисленных веществ, добавляются соли (хлориды) металлов восьмой группы Периодической системы (таблица 3).

Растворенные в воде соли металлов указанной группы являются катализаторами реакций между растворенным в воде озоном и ионами хлора и т.п. Следует отметить, что ионы металлов восьмой группы Периодической системы также имеются в составе природных вод, подвергаемых обработке озоном.

Количество вводимых добавок солей определяется составом исходной воды, из которой готовят раствор на основе озона с высокой химической стойкостью и окислительной способностью. Повышение суммарной концентрации солей выше 0,12 г•экв/л не целесообразно из-за вторичных процессов распада окислителей, находящихся в этом растворе, т.е. дальнейшее увеличение солей не приводит к росту окислительной способности растворов, получаемых на основе озона.

Соотношение между концентрациями ионов металлов в водном растворе M₁:М₂= 0,001-0,1 г•экв/л; М₂: М₃= 0,001-0,1г•экв/л, где M₁ - концентрация ионов щелочного металла в г•экв/л; M₂ - концентрация ионов щелочноземельного металла, г•экв/л; М₃ - концентрация ионов металлов восьмой группы Периодической системы, г•экв/л. Кислотность водного раствора, насыщаемого озоном, должна быть не выше рН 7, так как рост рН растворов выше 7 приводит к уменьшению растворимости озона в водной среде и, следовательно, к уменьшению общей окислительной способности раствора.

Пример конкретного осуществления способа
В 20 л воды растворяют хлорид натрия из расчета 0,1 мг•экв/л, хлорид кальция из расчета 0,01 мг•экв/л, хлорид никеля из расчета 0,01 мг•экв/л. Полученный раствор обрабатывают озоновоздушной смесью с содержанием озона в газе 4,8•10^-3 г/л в газожидкостном смесителе. Концентрация окислителя по озону контролируется йодометрическим методом. Концентрация окислителя по озону достигла 9,20 мг/л за 5 мин.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет значительно повысить поглощающую способность водных растворов по отношению к озону и увеличить химическую стойкость растворенного озона, что приводит к более глубокой очистке воды или дезинфекции других объектов; время озонирования или расход озона может быть уменьшен, что позволяет снизить стоимость процесса озонирования.

Кроме того, водный раствор на основе озона, обладающий высокой окислительной способностью, позволяет эффективно дезинфицировать питьевую воду и воду для бассейнов, не применяя хлорирование, а также может заменить дорогостоящие химикаты, используемые для борьбы с патогенным загрязнением почвы тепличных хозяйств.

Изобретение относится к водоочистке и может быть использовано для очистки питьевой и сточных вод, дезинфекции оборудования пищевой промышленности, а также стерилизации и дегазации других объектов. Способ озонирования воды заключается в том, что в состав обрабатываемой воды перед озонированием вводят хлориды щелочных, щелочноземельных металлов, а в качестве катализатора вводят хлориды металлов восьмой группы Периодической системы. Соли вводят в соотношениях: М₁: М₂= 0,001-0,1 г•экв/л; М₂: М₃= 0,001-0,1 г•экв/л, где М₁ - концентрация ионов щелочного металла, г•экв/л; М₂ - концентрация ионов щелочноземельного металла, г•экв/л; М₃ - концентрация ионов металлов восьмой группы Периодической системы, г•экв/л. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности окислительного действия водных растворов озона за счет увеличения растворимости и химической стойкости озона в водной среде. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Способ озонирования воды, включающий насыщение озоном воды в присутствии катализатора, отличающийся тем, что озоном насыщают ограниченный объем воды и смешивают его с обрабатываемой водой, в составе воды перед насыщением озоном содержатся или вводят дополнительно хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, а в качестве катализатора используют хлориды металлов восьмой группы Периодической системы. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соли вводятся в соотношениях: M₁: M₂= 0,001-0,1 г•экв/л; М₂: M₃= 0,001-0,1 г•экв/л, где М₁ - концентрация ионов щелочного металла, г•экв/л; М₂ - концентрация ионов щелочноземельного металла, г•экв/л; М₃ - концентрация ионов металлов восьмой группы Периодической системы, г•экв/л.