Спосіб очищення води

Спосіб очищення води, що включає отримання водного колоїдного розчину наночастинок сріб 3 солі срібла до досягнення концентрації іонів Ag+ у воді, рівній 0,005-0,01 міліграм/л, після чого вводять розчин солі міді до досягнення концентрації Сu2+, рівної 0,05-0,5 міліграм/л (патент RU №2182125); - обробку озоном і іонами срібла, причому обробку ведуть в декілька стадій, при цьому на першій стадії у воду вводять озон до його концентрації у воді 0,5-1,0мг/л, на другій стадії озоновану воду витримують протягом 0,2-2,0г, після чого на третій стадії воду обробляють іонами срібла при концентрації 0,005-0,01мг/л, одержаними з використанням електролізера, анод і катод якого містять не менше 99мас. % срібла, а полярність електродів періодично змінюють (патент RU №2182124); - багатоступінчате фільтрування при якому як фільтруюче сорбціонне завантаження на кожному із ступенів використовують опилки деревени, або кварцовий пісок, або мармурову крихту, або активоване вугілля, або модифікований цеоліт, або кварцовий пісок, імпрегнірованний сріблом (патент UА №12602). Недоліками приведених вище способів є недостатня ефективність, висока енергоємність і складність очищення води. Це пов'язано з тим, що фільтруюче сорбціонне завантаження потрібне виготовлять з кварцового піску, який імпрегнірованний сріблом (патент UA №12602), для обробки води використовують наступний комплекс заходів: механічну фільтрацію, озонування, ультрафіолетове опромінювання, хлор, аміак та іони міді і срібла (патенти №№2182124, 2182125, 2182126, 2182127, 2188168). Крім того, використання солей срібла та міді призводить до прояви їх токсичних властивостей і алергічної активності, а також викликає корозію труб водопостачання. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб знезараження води плавального басейну наночастинками благородних металів, що включає введення у воду від 0,005 до 0,05мг/л наночастинок платини, золота, срібла і від 1 до 5мг/л наночастинок міді у складі водного колоїдного розчину, при цьому колоїдний розчин містить наночастинки однорідних металів і агломерати наночастинок різнорідних металів при відношенні маси іонів металів до маси металевих наночастинок менше 10-4, а наночастинки і агломерати наночастинок отримані диспергуванням металевих гранул, що знаходяться у воді, імпульсами електричного струму (Прототип-патент України №33790. Спосіб знезараження води плавального басейну наночастинками благородних металів. МПК8 C02F 1/50. Опубл. 10.07.2008. Бюл. №13). Недоліками способу є складна, коштовна і недостатньо ефективна технологія його реалізації, оскільки: 1. Колоїдний розчин містить наночастинками з 4 металів (платина, золото, срібло та мідь), що ускладнює технологію отримання колоїдного розчину, оскільки для кожного з металів існують різні технологічні параметри отримання, що приводить до збільшення часу його отримання і підвищення вартості; 44383 4 2. Не визначено водне середовище у якому отримають колоїдний розчин, що не дає можливості стабільного очищення води, оскільки властивості колоїдних розчинів наночастинок металів на основі дистильованої, природної, технічної та водопровідної води різні; 3. Вода очищається малою кількістю наночастинок металів, що приводить до низького ступеня очищення води. Корисною моделлю ставиться завдання створити ефективний і дешевий високотехнологічний спосіб очищення води за рахунок спрощення технології та підвищення ефекту очищення і зменшення витрат на його здійснення шляхом обробки води певним водним колоїдним розчином, в певній кількості, отриманим за певних умов. Поставлене завдання досягається тим, що спосіб очищення води, включає отримання водного колоїдного розчину наночастинок срібла, розміром від 250 до 1000 нанометрів і концентрацією від 150 до 200мг/л, шляхом диспергування срібних гранул еліптичної і/або кульової форми, розміром від 2 до 6мм, у деіонизованій воді імпульсами електричного струму, який в кількості від 0,001 до 0,002% вводиться у воду, що очищається, з розрахунку отримання в ній від 0,0015 до 0,004мг/л наночастинок срібла. Відомо [Баллюзек Ф. В., Куркуев А. С., Сквирский В. Я. Лечебное серебро и медицинские нанотехнологии // М., Диля - 2008 . - 112 стр.; Савадян Э.Ш., Мельникова В.М., Беликова Г.П. Современные тенденции использования серебросодержащих антисептиков// Антибиотики и химиотерапия. 1989. -N11. -С. 874-878], що срібло знешкоджує понад 1000 видів шкідливих бактерій, вірусів та грибків. До срібла, на відміну від антибіотиків, не розвивається стійкість, воно не токсичне і не викликає побічних ефектів [Shahverdy A. R, Fakhimi Alt, Minaian Sara Synthesis and effect of silver nanopracles on the antibacterial activity of different antibiotics against Staphylococcus and Escherichia coli // Nanovedicine-Nanotechnology biology and medicine 3(2): 168-171 Jun 2007; Масленко А.А. Влияние серебряной воды и воды, консервированной серебром, на органы пищеварения // Врачебное дело. -1976. -N5. -С. 88-90.]. Недоліком застосування срібла є те що застосовують срібло яке присутнє у речовинах в вигляді токсичній іонній формі, органічних або неорганічних сполук, які створюють стійкі комплексні катіони або аніони срібла, для дії яких потрібен час для їх розчинення, і вплив починається після певного, іноді тривалого часу, а також мають невизначені (патенти RU №№2186810, 26607) або невеликі розміри наночасток металів (патенти RU №№2259871, 24418, 26599, 27080) і тому можуть надавати ефективну, але недовготривалу дію. Відомі дані показують, що дія срібла може перевищувати ефективність сумісного впливу багатьох металів, наприклад платини, золота та міді, але для реалізації такої дії необхідно оптимізувати розміри та кількість частинок срібла у колоїдному розчині, склад халатної оболонки і кількість наночастинок срібла яка ефективно очищує воду. 5 Відомо, що ефективність впливу наночасток металів істотно залежить від їх розмірів, оскільки при зменшенні розмірів наночасток збільшується поверхнева енергія, що зумовлює інтенсифікацію процесу взаємодії наночасток з навколишнім середовищем (Русанов А. И. Коллоидно -химические аспекты нанонауки/ Материалы первой междунар. науч. конф. «Наноструктурные материалы». Минск: Белорус, наука. 2008. - 11с.). Це призводить до того, що наночастки металів невеликих розмірів при контакті з мікроорганізмами інтенсивно взаємодіють з ними і роблять ефективний, але нетривалий вплив, оскільки швидко вичерпують свій бактерицидний потенціал. Власними дослідженнями встановлено, що оптимальні розміри наночасток срібла, при яких спостерігається тривала дія, складають від 250нм до 1000нм. При розмірі наночасток срібла менше 250нм спостерігається їх ефективна, але короткострокова дія. При розмірі наночасток срібла більше 1000нм зменшується сумарна площа взаємодії наночасток з середовищем і, як наслідок, сповільнюється перехід атомів срібла в середовище, що приводить до зменшення ефективності його впливу. Для рівномірного розподілу частинок срібла у воді, що очищається, їх необхідно вводити в ідентичній оболонці, тобто хелатувати водою. Хелатування це процес, за допомогою якого навколо частинок металів формується оболонка (хелат) з речовини навколишнього середовища. Таке явище приводить до збільшення засвоювання хелатованих речовин у 3-10 разів більше, ніж нехелатованих. [Є. Міндел. Довідник по вітамінам та мінеральним речовинам. - Москва.: Видавництво "Медицина та харчування", 2000., с.19]. Наночастинки срібла розміром від 250нм до 1000нм потрібно отримувати у деіонизованої воді, оскільки дєїонізована вода містить мінімальну кількість домішок (до 0.00001%). Застосування іншої води, як розчинник при виготовленні колоїдного розчину наночасток срібла, наприклад, дистильованої - є недоцільним, оскільки вона містить значну кількість домішок (відповідно ГОСТ 6709-72 до 6.99мг/л), що погіршує стабільність колоїдного розчину. Нашими дослідженнями встановлено, що для підвищення технологічності очищення води оптимальна кількість наночасток срібла в колоїдній розчині повинна буті у межах від 150 до 200мг/л. При змісті наночасток срібла в колоїдній розчині менше 150мг/л збільшується витрата колоїдного розчину і, як наслідок, вартість процесу очищення води. При вмісті наночасток срібла в колоїдному розчині більше 200мг/л відбувається коагуляція і седіментація наночасток срібла, що приводить до зниження їх поверхневої активності і зменшення ефективності очищення води. Дослідженнями встановлено, що застосування гранул еліптичної і кулькової форми, з середнім початковим розміром (середнє між максимальним і мінімальним розмірами гранул) від 2 до 6мм при диспергуванні у воді імпульсами електричного струму є оптимальним 44383 6 при отриманні ультрадисперсного порошку. В процесі виникнення іскрових контактів на поверхні вищезгаданих гранул і проходження струму через них переміщення гранул відбувається, як в результаті поступального, так і обертального руху гранул. Це призводить до збільшення числа електроіскрових контактів, що підвищує продуктивність процесу при заданих режимах обробки. Еліптична і кулькова форма гранул є оптимальною, оскільки в цьому випадку переміщення гранул можливе як в результаті поступального руху гранул уздовж максимального і мінімального розмірів, так і обертального руху навколо максимального і мінімального розмірів гранул. При інших формах (многогранники, конуси, циліндри і так далі) число можливих напрямків руху гранул зменшується. Застосування гранул з середніми початковими розмірами (середнє між максимальним і мінімальним розміром) менше 2мм недоцільне, оскільки при цьому кількість електричних контактів на одиницю довжини збільшується і потрібна більш висока електрична напруга, тобто зміна параметрів обробки, що підвищує вимоги до електрообладнання та погіршує технологічність процесу. Застосування гранул з середніми початковими розмірами (середнє між максимальним і мінімальним розміром) більше 6мм недоцільне, оскільки при цьому зменшується амплітуда і частота поступального і обертального рухів гранул і, як наслідок, зменшується швидкість міграції іскрових каналів, що знижує продуктивність процесу і призводить до появи крупних іскроерозійних частинок. Оптимальна кількість колоїдного розчину наночасток срібла розміром від 250нм до 1000нм та кількістю від 150 до 200мг/л при очищенні води повинна бути у межах від 0,001 до 0,002% від об'єму, який очищається, з розрахунку отримання у воду, що очищається, від 0,0015 до 0,004мг/л наночастинок срібла. При змісті наночасток срібла в колоїдній розчині менше 150мг/л збільшується витрата колоїдного розчину і, як наслідок, вартість процесу очищення води. При вмісті наночасток срібла в колоїдній розчині більше 200мг/л відбувається коагуляція і седиментація наночасток срібла, що приводить до зниження їх поверхневої активності і зменшення ефективності очищення води. При очищенні води колоїдним розчином у кількості менше 0,001% від об'єму, який очищається, та отриманні у воді, що очищається, менше 0,0015мг/л наночастинок срібла знижується ефективність очищення води. При очищенні води колоїдним розчином у кількості більше 0,002% від об'єму, який очищається, та отриманні у воді, що очищається, більше 0,004мг/л наночастинок срібла збільшується витрата наночасток срібла та вартість процесу очищення води. Спосіб очищення води реалізують таким чином. Виготовляють колоїдний розчин наночастинок срібла, розміром від 250 до 1000 нанометрів і концентрацією від 150 до 200мг/л, шляхом диспергування імпульсами електричного струму срібних гранул еліптичної і/або кульової форми, розміром від 2 до 6мм, у деіонизованої воді. Потім отрима 7 44383 ний розчин вводять у воду, що очищається, в кількості від 0,001 до 0,002% з розрахунку отримання у воді, що очищається, від 0,0015 до 0,004мг/л наночастинок срібла. Ефективність пропонованого способу очищення води перевіряли на технічній воді, яку відбирали в стерильні пробірки з яких були здійснені посіви в чашки Петрі з додаванням різних концентрацій розчину колоїдного срібла. З кожної проби води робили посів не менше 2 об'ємів по 1см3 натуральної проби у дві паралельні чашки. Загальне мікробне число (сумарна кількість усіх мікроорганізмів в 1мл води) визначали методом глибинного посіву 1см3 в поживний агар і враховували всі колонії мікроорганізмів які виросли на поверхні і в глибині агару, при температурі 36°С протягом 24 годин і які можна було побачити при 5-кратному збільшенні за допомогою лупи. Результати дослідження ефективності відомого способу очищення води (варіант 1 - прототип), способу що заявляється (варіанти 2-4) та способу параметри якого виходять за межі параметрів, що заявляються (варіанти 5, 6) і загальне мікробне Комп’ютерна верстка Л. Купенко 8 число (КУО/мл) технічної води до і після обробки сріблом приведені в таблиці. З приведених в таблиці даних видно, що спосіб очищення води, який заявляється, має переваги над відомим способом (прототипом) оскільки дозволяє перероблять технічну воду у особливо чисту (загальне мікробне число дорівнює 0), у той час як відомим способом (прототипом) можливо очищення технічної води тільки до рівня води яка знаходиться у відкритих водоймах (загальне мікробне число дорівнює 1000 - 1500). Таким чином, впровадження пропонованого способу дозволяє істотно підвищити ефективність очищення води. Істотними відмінностями винаходу є: - основа колоїдного розчину; - розміри та форма вихідних гранул, з яких отримують наночастки срібла; - концентрація наночастинок срібла в колоїдному розчині; - кількість колоїдного розчину, який додають в воду, яка обробляється; - кількість наночастинок срібла в воді, яка обробляється. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601