Спосіб знезараження води

Реферат: Винахід належить до галузі водопідготовки, зокрема до реагентних способів знезараження води. Спосіб знезараження води із застосуванням полімерного дезінфектанту на основі гуанідинового полімеру полягає в тому, що надлишок полімерного дезінфектанту, що складає різницю між його ефективною знезаражувальною концентрацією і концентрацією, безпечною для організму людини, видаляють за допомогою слабкокислотного катіоніту з поліакриловою матрицею. Винахід дозволяє досягти високої ефективності знезараження і виключення шкідливого впливу реагентів на живі організми і, в першу чергу, на організм людини. UA 105709 C2 (12) UA 105709 C2 UA 105709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі водопідготовки, зокрема до способів знезараження води. Більш конкретно, винахід належить до реагентних способів знезараження води, для реалізації яких як дезінфікуючих агентів використовуються полімерні сполуки неокисної дії. Через складну екологічну ситуацію якість води, призначеної для пиття, часто не відповідає санітарно-гігієнічним нормативам та потребує очищення [1, 2]. Однією з важливих стадій водопідготовки є знезараження води, суть якого полягає в знищенні різного роду мікроорганізмів та вірусів, що спричиняють розвиток інфекційних захворювань, шкідливих для людини, тварин та риб. Сьогодні існує багато способів знезараження води, які відрізняються за принципом дії на мікроорганізми та віруси. Основними з них є безреагентні або фізичні та реагентні або хімічні способи. Суть фізичних способів знезараження води полягає у фізичній дії на мікроорганізми та віруси. Зокрема, до них належить електролітична дезінфекція (ЕР 1326805 А1), знезараження ультразвуком [3], термічне знезараження [3], дезінфекція іонізуючим випромінюванням [4], видалення мікроорганізмів за допомогою баромембранних процесів (ультрафільтрація та зворотний осмос) (ЕР 2439177 А1, ЕР 2086890 А1), а також знезараження ультрафіолетовим випромінюванням (US 8269190 В2). Останній з перерахованих способів одержав найбільш широке застосування в практиці водопідготовки [5]. Основними недоліками відомих фізичних способів знезараження води є відсутність пролонгованої дезінфікуючої дії, залежність дезінфікуючої активності від ряду санітарнохімічних показників якості води, що знезаражується (мутності, жорсткості та ін.), високі капітальні та операційні витрати, пов'язані з високою вартістю обладнання і великим споживанням електроенергії, відсутністю можливості оперативного контролю ефективності знезараження води. Хімічні способи знезараження води позбавлені більшості перерахованих вище недоліків, але їм притаманні інші недоліки, пов'язані з використанням хімічних реагентів, в тому числі окисної дії. Найпоширенішим хімічним способом знезараження води є хлорування. Для його реалізації використовують хлорвмісні реагенти: хлор-газ (US 2005/0194300 А1), діоксид хлору (ЕР 1368279 А1), гіпохлорит натрію (ЕР 1411768 А1), хлораміни (ЕР 1551772 А4). Основними недоліками відомих способів знезараження води з використанням газоподібного хлору та інших хлорвмісних реагентів є утворення побічних продуктів дезінфекції (органічних хлорпохідних), що негативно впливають на здоров'я споживача, а також незручність та небезпека зберігання великих запасів цих реагентів у газоподібному стані [6]. Ще одним недоліком хлор-реагентів є наявність стійких до їхньої дії мікроорганізмів. Використання, наприклад, гіпохлориту натрію та хлорамінів характеризується їх низькою ефективністю проти цист (Giardia, Cryptosporidium) [6]. Відомий також хімічний спосіб знезараження води з використанням озону (ЕР 0741670 А1). Недоліком відомого способу є, відсутність залишкової дезінфікуючої дії, утворення побічних продуктів дезінфекції (альдегідів, кетонів, органічних кислот, а в присутності брому трибромметану), токсичності самого озону, а також можливості утворення вибухонебезпечних сумішей з повітрям [6]. Через суттєві недоліки різних хімічних способів знезараження води, як альтернатива в останній час розглядається дезінфекція з використанням реагентів неокисної дії [7, 8]. Відомий спосіб знезараження води лікувальних та плавальних басейнів (RU 2145307 С1), що передбачає обробку води фосфатною сіллю полігексаметиленгуанідину (ПГМГ) в концентрації 0,5-1,5 мг/л, воду пропускають через шар кліноптилоліту, попередньо обробленого вказаною сіллю. Спосіб дозволяє забезпечити достатній антисептичний захист води. Солі ПГМГ в діапазоні концентрацій 1-10 мг/л проявляють гостру токсичність відносно безхребетних і хребетних тварин, генотоксичність для тваринних і рослинних клітин, а при концентрації 10 мг/л проявляють цитотоксичність відносно клітин тварин і рослин [9]. При більш низькій концентрації (0,01 мг/л) солі ПГМГ не проявляють токсичних цито- і генотоксичних властивостей при дії на тварин та рослинні тест-організми та клітини, отже концентрація 0,01 мг/л є границею екологічної безпеки для солей ПГМГ [9]. У відомому способі концентрація солей ПГМГ складає 0,5-1,5 мг/л, тобто в 50-150 разів перевищую безпечну. Крім того, при певних умовах (підвищена температура, високий вміст кисню у воді та висока освітленість) альгіцидна, фунгіцидна та бактерицидна дія фосфату ПГМГ знижується, внаслідок чого ріст водоростей, грибів та бактерій посилюється. 1 UA 105709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Суттєвим недоліком відомого способу є те, що він не придатний для знезараження води питного призначення, оскільки ефективна концентрація дезінфікуючого агента (фосфату ПГМГ) суттєво перевищує безпечну для здоров'я людини. Ще одним відомим способом є знезараження води (UA 59506 А) шляхом постхлорування та амонізації з додатковим введенням ПГМГ. Вказаний спосіб достатньо успішно використовується в господарському водопостачанні, але основним його недоліком є використання полімерного дезінфікуючого агента (ПГМГ) в концентрації, що може становити собою небезпеку для здоров'я людини при споживанні такої води, тому цей спосіб непридатний для знезараження води питного призначення. Крім того, даний спосіб передбачає одночасне використання хлораміну та ПГМГ, що не виключає можливість їх взаємодії з утворенням різних органічних похідних, здатних проявляти токсичність та погіршувати органолептичні властивості води. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, за технічною суттю та технічному результату, є спосіб знезараження води (UA 75335 С2), який полягає в обробці води біоцидним реагентом на основі гуанідинового полімеру з додатковим введенням щонайменше одного потенціюючого реагенту-окисника, який підвищує альгіцидні, фунгіцидні та бактерицидні властивості полімеру. Окисник вибирають з наступного переліку: пероксиду водню, озону, хлору, гіпохлориту кальцію та інших сполук хлору. Відомий спосіб не може застосовуватись для знезараження води питного призначення, оскільки необхідна ефективна концентрація дезінфікуючого агента (ПГМГ) складає 0,5-1,5 мг/л і значно перевищує її безпечне значення. Разом з тим концентрація ПГМГ нижче 0,5 мг/л є недостатньою для отримання якості води, що відповідає санітарно-епідемічним вимогам. Недоліком відомого способу є також необхідність використання сполук з окисними властивостями, здатними вступати в хімічні реакції з ПГМГ і домішками води, зокрема, з природними органічними речовинами. Продукти таких реакцій можуть погіршувати органолептичні властивості води і чинити токсичну дію на організм людини. Задачею цього винаходу є створення способу знезараження води шляхом використання прийомів і дій в поєднанні з певними реагентами, в результаті чого досягається висока ефективність знезараження і виключення шкідливого впливу реагентів на живі організми і, в першу чергу, на організм людини. Поставлена задача вирішується таким чином, що в способі знезараження води із застосуванням дезінфектанту на основі гуанідинового полімеру, згідно з винаходом, надлишок полімерного дезінфектанту, що складає різницю між його ефективною знезаражувальною концентрацією і концентрацією, безпечною для організму людини, видаляють за допомогою слабкокислотного катіоніту з поліакриловою матрицею. Додатково катіоніт та видалений на ньому дезінфектант можливо відновити і використовувати повторно. Концентрація дезінфектанту, що забезпечує досягнення найкращого технічного результату, знаходиться в межах 2-10 мг/л. Використання концентрації ПГМГ саме у вказаних межах дозволяє отримати найефективнішу пролонговану бактерицидну, віруліцидну, фунгіцидну та альгіцидну дію. Серед полімерних дезінфектантів на основі гуанідинового полімеру, що використовуються в способі, що заявляється, авторами найбільш рекомендовані гідрохлорид, фосфат, глюконат полігексаметиленгуанідину і поліоксіалкіленгуанідин. Такий вибір, з одного боку, обумовлений їх високою ефективністю знезараження, а з другого - слабкокислотний катіоніт, призначений для видалення надлишку дезінфектанту, має найбільшу спорідненість саме до вказаних представників. Більш висока спорідненість ПГМГ до слабкокислотного катіоніту з поліакриловою полімерною матрицею, порівняно з катіонітами інших типів, обумовлено різницею поміж величинами кислотності ПГМГ і функціональними групами катіонітів. У випадку слабкокислотного поліакрилового катіоніту величини рКа ПГМГ і карбоксильних функціональних груп знаходяться приблизно в одному діапазоні значень. Так, величина рКа аліфатичних карбонових кислот, виміряна в ДМСО, складає 12,3 і зіставлена з величиною рКа катіонів гуанідину - 13,6. Для сильнокислотних катіонітів величина рКа їх функціональних груп суттєво нижча, в порівнянні з рКа катіонів гунідину (для сульфокислот рКа - 2,6). Різниця в кислотності функціональних груп, ймовірно, визначає і величину заряду поверхні катіонітів, що відображається на сорбційній спорідненості катіонітів відносно ПГМГ. Слід відзначити, що природа слабкокислого катіоніту і його спорідненість до вказаних сполук ПГМГ дозволяють здійснювати його регенерацію шляхом обробки 0,4-1,0 % розчином соляної 2 UA 105709 C2 5 10 15 кислоти. Такі властивості слабокислотного катіоніту на основі поліакрилової матриці, згідно зі способом, що заявляється, дозволяють використовувати його та регенерований ПГМГ багаторазово без втрати степеня знезараження. Винахід пояснюється прикладами конкретного виконання. Приклад 1 Вихідну воду, значення загального мікробного числа (ЗМЧ) якої значно перевищує нормоване, обробляли розчином "Акватон-10А" виробництва НТЦ "Укрводобезпека" (30 % розчин полігексаметиленгуаніду хлориду). При цьому підтримували концентрацію активного 3 компоненту на рівні 5 мг/дм . Ефективність знезараження контролювали за санітарно-епідеміологічним показником якості води. Оброблену таким чином воду пропускали через скляну колону (діаметр = 1,1 см), заповнену 3 3 5 см слабкокислотного макропористого катіоніту Dowex МАС-3 зі швидкістю 200 см /год. На виході з колони контролювали ЗМЧ фільтрату (методом вакуумної фільтрації) і вміст ПГМГ (фотометричним методом). Результати наведені в Таблиці 1. Таблиця 1 Контрольні показники 3 ЗМЧ, КУО/см Концентрація 3 мг/дм 20 25 ПГМГ, Нормативне значення >100 Вода, оброблена ПГМГ 0 0 4,95 Вихідна вода