СОСТАВ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ Российский патент 2007 года по МПК C02F1/50 C02F1/76 A61L2/23 C02F103/04 

Изобретение относится к составам для обработки воды, в частности для обеззараживания воды, предназначенной для обеспечения человека доброкачественной питьевой водой в экстремальных условиях, в полевых условиях или при потреблении воды из поверхностных источников в населенных пунктах, не имеющих централизованных систем водоочистки и водоснабжения.

Известен состав для очистки воды на основе хлорсодержащего дезинфицирующего вещества - гипохлорита лития, который содержит дополнительно гидроксид натрия, а также хлориды щелочных металлов - натрия и калия (RU 2192392).

Недостатком известного состава является использование в составе гидроксида натрия, который придает растворам щелочную реакцию среды, что приводит к смещению диссоциации молекул гипохлорита лития в сторону образования ионов OCl^- и, как следствие, к снижению дезинфицирующей активности состава. Использование дорогостоящего гипохлорита лития немного компенсирует это снижение.

Для инактивации вегетативных форм бактерий данным составом в течение 5-30 мин требуется концентрация по активному хлору 25-100 мг/дм³, а для подавления споровых форм бактерий в течение 1-3 часов необходима концентрация по активному хлору от 1000 до 3000 мг/ дм³.

Наиболее близким к предлагаемому является твердый состав в форме дозированной упаковки для обработки относительно малых, предварительно определенных объемов воды, включающий хлорсодержащий дезинфектант - дихлоризоцианурат натрия и коагулянт - полигидроксохлорид алюминия, имеющий общую формулу:

[Al_x(ОН)_yCl_3х-y]_n.

Состав может содержать дополнительно хлорид натрия и бикарбонат натрия (RU 2106311).

Недостатками известного обеззараживающего состава являются его многокомпонентность, сложность изготовления, необходимость фильтрации из-за введения в состав водонерастворимого компонента, узкий диапазон требований по температуре и рН, что приводит к снижению дезинфицирующей активности.

Приведенные примеры в патенте RU 2106311 касаются только обеззараживания воды, содержащей вирусы полиомиелита, для которого время инактивации составляет 55 минут при концентрации активного хлора 13 мг/дм³ и 1,5 часа при концентрации активного хлора 10,5 мг/дм³. Для инактивации споровых форм в патенте сведений нет, но известно, что для таких форм требуются гораздо более высокие концентрации активного хлора и большее время экспозиции.

Задачей заявленного изобретения является создание твердого химического препарата для обеззараживания воды, имеющего более дешевый состав, обеспечивающего при его изготовлении лучшую гомогенизацию входящих в композицию ингредиентов, упрощающего его использование при обработке воды, менее токсичного, не требующего регулирования рН среды, сохраняющего стабильность высоких дезинфицирующих свойств, проявляющего активность против широкого спектра патогенной микрофлоры, включая споровые формы бактерий, в т.ч. споры сибирской язвы, и не ухудшающего потребительских свойств обработанной воды.

Поставленная задача решается предложенным твердым составом для обеззараживания предварительно определенных объемов воды, который включает хлорсодержащий дезинфектант - натриевую или калиевую соль дихлоризоциануровой кислоты (дихлоризоцианурат натрия или калия, NaДХЦК или КДХЦК), стабилизатор - хлорид щелочного металла - натрия или калия, а также соль щелочного металла уксусной или фосфорной кислоты или трихлоризоциануровую кислоту (ТХЦК) при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

натриевая или калиевая соль дихлоризоциануровой кислоты2-25хлорид щелочного металла10-75соль щелочного металла уксусной или фосфорной кислоты или трихлоризоциануровая кислота1-30.

В предпочтительных вариантах предложенный состав используют в форме разовой дозированной упаковки для обработки малых, предварительно определенных объемов воды. Препарат может быть использован в виде порошка, гранул, капсул, таблеток. В случае использования состава в виде гранул и таблеток он дополнительно содержит связующие вещества, причем в качестве связующих веществ могут быть использованы стеарат магния, стеарат кальция, тальк, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, а также их смеси. Для ускорения деструкции гранул и таблеток состав дополнительно содержит диспергаторы, в качестве которых используют карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, а также их смеси. Состав дополнительно может содержать краситель и/или отдушку. Кроме того, для нейтрализации образующегося избыточного активного хлора состав дополнительно содержит активированный уголь. Активированный уголь используется в виде порошка, гранул, таблеток, углеволокнистой ткани, а также их смеси. При использовании состава в сочетании с активированным углем его изготавливают в форме бикомпонентной разовой дозированной упаковки.

Высокая и стабильная дезинфицирующая активность заявленного состава достигается введением дополнительно к основному действующему веществу - натриевой или калиевой соли дихлоризоциануровой кислоты добавок в виде хлорида щелочного металла в сочетании с солями щелочного металла слабой кислоты (уксусной или фосфорной) или со слабой трихлоризоциануровой кислотой, усиливающих общий дезинфицирующий эффект.

Биоцидная эффективность заявленного состава выше биоцидной эффективности известных составов по следующим причинам.

Во-первых, заявленный состав при растворении в воде имеет намного меньший показатель рН (5,3-5,8), чем растворы известных составов: на основе гипохлорита лития (8,5-11,5) и на основе изоцианурата натрия (7,92-6,5), что дает более высокое процентное содержание недиссоциированной хлорноватистой кислоты, образующейся в результате гидролиза солей ДХЦК.

Диссоциация HOCl является рН зависимой. Данная зависимость приведена ниже в таблице:

ТаблицаСредаЗначение рН% HOCl (при 20°С)кислотная5,099,745,599,186,097,456,592,37нейтральная7,079,297,554,778,027,69щелочная8,510,89,03,699,51,1910,00,38

Считается, что летальное действие на микроорганизмы обусловлено хлорированием систем клеточных белков или ферментов под воздействием недиссоциированных молекул хлорноватистой кислоты, что приводит к гидролизу пептидных цепей клеточных мембран патогенных микроорганизмов.

Введение в состав, содержащий гипохлорит (RU 2192392), добавки в виде хлорида щелочного металла (калия или натрия) смещает равновесие диссоциации в сторону недиссоциированных молекул HOCl в недостаточном количестве из-за присутствия гидроксида натрия (сильный щелочной компонент), чем объясняется его меньшая бактерицидная способность.

В патенте RU 2106311 либо вообще отсутствуют добавки в составе (если он используется в виде порошка), либо добавки вносятся с целью более быстрой деструктуризации средства (таблеток) и не влияют на бактерицидную активность.

В заявленном составе кроме хлорида щелочного металла дополнительно вводят соли щелочного металла слабых кислот - уксусной или фосфорной, например дигидрофосфат калия, или слабую трихлоризоциануровую кислоту, которые оказывают сочетанное действие и не только усиливают дезинфицирующую активность, что позволяют в сравнимых условиях уменьшать дозу дезинфектанта, содержащего активный хлор, снижая тем самым количество токсичных хлорсодержащих органических соединений, но и улучшают показатели очищенной и обеззараженной питьевой воды.

Во-вторых, только часть всего активного хлора свободна в растворах, полученных при использовании заявленного состава, при этом остальная часть сведена в форму моно - или дихлоризоциануратов из-за смещения равновесия диссоциации при введении дополнительных компонентов. Равновесие между свободным и связанным хлором остается устойчивым вплоть до использования свободного хлора, тогда связанный хлор высвобождается с тем, чтобы восстановить нарушенное равновесие.

Данное высвобождение "латентного" хлора (в виде HOCl) обеспечивает создание более высоких биоцидных возможностей.

Для получения предложенного состава указанные ингредиенты в твердом виде и соответствующих пропорциях перемешивают, гранулируют или таблетируют и упаковывают в разовые дозы, чтобы сохранить препарат сухим.

Препарат может быть использован как в виде порошка, так и в виде гранул, капсул или в форме таблеток и может выпускаться с различным содержанием основного действующего вещества (дихлоризоцианурата натрия) в зависимости от состава и количества обрабатываемой воды.

В результате обеззараживания предложенным препаратом в воде в некоторых случаях возможно образование довольно высокого уровня остаточной концентрации "активного" хлора, который не позволяет использовать воду сразу же после обработки из-за специфического запаха и вкуса. Для их удаления в обрабатываемую воду может быть дополнительно введен активированный уголь, который будет сорбировать нежелательные примеси. Активированный уголь можно использовать как отдельным компонентом, так и в виде порошка, гранул, таблеток, углеволокнистой ткани в отдельной упаковке, входящей в бикомпонентное средство, в котором в другой отдельной упаковке находится описанный дезинфицирующий состав в виде порошка, гранул, капсул, таблеток.

При этом следует сначала применять одну упаковку, содержащую дезинфектант, и по истечении времени гарантированного уничтожения всей патогенной микрофлоры предполагается внесение в обрабатываемую воду другой упаковки с активированным углем для полной нейтрализации избыточного "активного" хлора.

В предлагаемом составе для обеззараживания воды совместное действие хлорсодержащего дезинфектанта - дихлоризоцианурата натрия или калия, хлорида натрия или калия и соли щелочного металла слабой кислоты - уксусной или фосфорной, или трихлоризоциануровой кислоты обеспечивает полную дезинфекцию от всех видов патогенной микрофлоры, включая фунгицидную и туберкулоцидную, а также уничтожение споровых форм, в том числе сибирской язвы, при более низких концентрациях по активному хлору, чем известные хлорсодержащие дезинфицирующие композиции.

Пример 1.

Воду контаминировали вегетативными формами бактерий Е. coli до концентрации микроорганизмов 1,8·10⁵ КОЕ·дм^-3. По 1 литру воды обработали различными составами:

a) чистым дихлоризоциануратом натрия (NaДХЦК) в количестве 6 мг;

b) порошкообразной смесью 6 мг (2 м.ч.) NaДХЦК и 30 мг (10 м.ч.) хлорида калия;

c) порошкообразной смесью 6 мг (2 м.ч.) NaДХЦК и 3 мг (1 м.ч.) ТХЦК;

d) порошкообразной смесью 6 мг (2 м.ч.) NaДХЦК, 30 мг (10 м.ч.) хлорида калия и 3 мг (1 м.ч.) ТХЦК.

Проведенный анализ показал полное отсутствие бактерий Е. coli при времени экспозиции:

a) 40 минут;

b) 30 минут;

c) 30 минут;

d) 20 минут.

Данный пример показывает преимущество предлагаемого состава по сравнению с составами в другом сочетании компонентов. При этом по сравнению с известными составами используемая концентрация активного хлора в 3-8 раз ниже.

Пример 2.

При использовании разовой дозы гранулированного состава, изготовленного с применением связующего вещества карбоксиметилцеллюлозы, с соотношением компонентов в сторону увеличения добавок - хлорида щелочного металла, например: 6 мг (2 мас.ч.) дезинфектанта - дихлоризоцианурата натрия, 225 мг (75 мас.ч.) хлорида калия и 3 мг (1 мас.ч.) ТХЦК, для обеззараживания 1 л воды с уровнем контаминации бактерий St.aureus 1,3·10⁶ КОЕ дм^-3, анализ показал полное отсутствие микроорганизмов уже через 15 минут.

Пример 3.

Еще более эффективным состав становится при увеличении количества всех добавок. Так, полное обеззараживание 1 л воды, использовавшейся в примере 2, гранулированным составом, изготовленного с применением связующего вещества метиллцелюлозы, содержащим 6 мг (2 мас.ч.) дезинфектанта - дихлоризоцианурата натрия, 225 мг (75 мас.ч.) хлорида калия и 90 мг (30 мас.ч.) дигидрофосфата калия, произошло за 10 минут.

В приведенных примерах 2, 3 очевидно прослеживается тенденция усиления дезинфицирующих свойств состава за счет совместного действия компонентов.

Пример 4.

Для обеззараживания 1 л воды с биологической концентрацией вируса гепатита А использовалась разовая доза состава в виде капсулированного состава с использованием крахмала как связующего вещества с содержанием компонентов: 20 мг (2 м.ч.) дезинфектанта - дихлоризоцианурата натрия, 100 мг (10 м.ч.) - хлорида калия и 300 мг (30 м.ч.) ацетата натрия. При температуре +4°С через 20 минут, а при температуре +35°С через 10 минут микроорганизмы погибли полностью. Для сравнения было проведено обеззараживание 1 л воды чистым дихлоризоциануратом натрия в количестве 20 мг при температуре +20°С. Время необходимой экспозиции оказалось равным 45 минутам. Однако в этих случаях сохраняется остаточная концентрация активного хлора в пределах 7,1-7,9 мг.

Для улучшения органолептических показателей в обеззараженную воду добавили из бикомпонентной упаковки порошок активированного угля марки БАУ-А в количестве 3 г для нейтрализации избыточного активного хлора.

Повторные анализы на активный хлор показали полное его отсутствие, в результате чего вода приобрела нормальное потребительское качество.

Пример 5.

Для исследования фунгицидной эффективности 1 литр воды, зараженной грибами Candida albicans и Trichophytou gypseum, обработали составом в виде таблеток с использованием стеарата кальция как связующего вещества, карбоната калия как диспергатора и красителя. Состав содержал 20 мг (25 м.ч.) дезинфектанта - дихлоризоцианурат натрия, 60 мг (75 м.ч.) - хлорида калия и 0,8 мг (1 м.ч.) трихлоризоциануровой кислоты. Полное обеззараживание наблюдалось соответственно через 10 минут и 15 минут. При действии эквивалентного количества чистой натриевой соли дихлоризоциануровой кислоты обеззараживание происходило за 25 минут и 30 минут.

Пример 6.

Для исследования туберкулоцидной эффективности 1 литр воды с концентрацией Mycobacterium B₅ 1,8·10⁴ КОЕ·дм^-3 обработали капсулированным составом, содержащим отдушку. Состав содержал 20 мг (25 м.ч.) дезинфектанта - дихлоризоцианурата натрия, 8 мг (10 м.ч.) хлорида калия и 24 мг (30 м.ч.) ацетата натрия. Проведенный через 20 минут анализ показал отсутствие микроорганизмов по сравнению с обработкой 20 мг чистой натриевой соли дихлоризоциануровой кислоты, где время обработки составило 40 минут.

Пример 7.

Агаровая культура В.anthracis (вакцинный штамм СТИ-1) с содержанием микроорганизмов 1,3·10⁶ КОЕ·дм^-3 обрабатывалась в течение 40 минут 80 мг чистой натриевой соли дихлоризоциануровой кислоты и составом в виде таблеток, содержащих связующее вещество тальк и диспергатор карбонат натрия, содержащим 76 мг (19 м.ч.) дезинфектанта - NaДХЦК, 40 мг (10 м.ч.) хлорида калия и 4 мг (1 м.ч.) трихлоризоциануровой кислоты. В случае с чистым изоциануратом натрия отмечалось только снижение концентрации микроорганизмов до 1,7·10 КОЕ·дм^-3, а обработка составом полностью уничтожила споры.

Приведенные примеры показывают высокую эффективность предложенного состава для обеззараживания воды за счет совместного синергетического действия входящих в него компонентов, сокращения времени обработки и уменьшения применяемых доз для аналогичных форм микроорганизмов по сравнению с чистой натриевой солью дихлоризоциануровой кислоты и другими составами на ее основе.

Изобретение относится к составам для обработки воды, в частности для обеззараживания питьевой воды в экстремальных условиях, в полевых условиях или при потреблении воды из поверхностных источников в населенных пунктах, не имеющих централизованных систем водоочистки и водоснабжения. Твердый состав включает хлорсодержащий дезинфектант - натриевую или калиевую соль дихлоризоциануровой кислоты, хлорид щелочного металла - натрия или калия и дополнительно соль щелочного металла уксусной или фосфорной кислоты или трихлоризоциануровую кислоту при следующем содержании компонентов, мас.ч.: дихлоризоцианурат щелочного металла 2-25, хлорид щелочного металла 10-75, соль щелочного металла уксусной или фосфорной кислоты или трихлоризоциануровая кислота 1-30. Предложенный состав можно использовать в форме разовой дозированной упаковки в виде порошка, гранул, капсул или таблетки. В состав дополнительно вводят связующие вещества, диспергаторы, краситель, отдушку и для нейтрализации образующегося избыточного активного хлора добавляют активированный уголь. Предложенный состав является недорогим и нетоксичным препаратом, простым в употреблении и обеспечивающим более высокую биоцидную эффективность, сокращение времени обеззараживания и концентрации применяемого дезинфектанта по сравнению с другими известными композициями на основе гипохлоритов и дихлоризоциануратов. 11 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Твердый состав для обеззараживания воды для обработки предварительно определенных объемов воды и включающий хлорсодержащий дезинфектант и хлорид щелочного металла - натрия или калия, отличающийся тем, что в качестве хлорсодержащего дезинфектанта он содержит натриевую или калиевую соль дихлоризоциануровой кислоты и дополнительно соль щелочного металла уксусной или фосфорной кислоты или трихлоризоциануровую кислоту при следующем содержании компонентов, мас.ч.:

Натриевая или калиевая соль дихлоризоциануровой кислоты2-25Хлорид щелочного металла10-75Соль щелочного металла уксусной или фосфорной кислоты или трихлоризоциануровая кислота1-30