RU2182123C1

RU2182123C1 - Method of water disinfection using ozone and copper ions

Info

Publication number: RU2182123C1
Application number: RU2001118317A
Authority: RU
Inventors: В.В. Гутенев; О.И. Монтвила; А.И. Ажгиревич; И.А. Денисова
Original assignee: ООО Страховая компания "РискМедиаМенеджмент"
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2002-05-10

Abstract

FIELD: technology of water treatment. SUBSTANCE: invention relates to the complex treatment of water by oxidation by means of ozonization and with heavy metal ions, in part, copper ions. Invention can be used for disinfection of drinking water in water supply systems of towns and other town points and for disinfection of reservoir return water also. Method of water disinfection involves its treatment with ozone or silver ions being the treatment is carried for some stages. At the first stage ozone is added to water up to its concentration in water 0.5-1 mg/l; at the second stage the ozonized water is kept for 0.2- 2 h and then at the third stage water is treated with copper ions in concentration 0.05-0.8 mg/l. Copper ions are produced using electrolyzer where anode and cathode are made of refined copper and polarity of electrodes is changed in 5-10 min. The ozonization is carried out preferably at water temperature 10-20 C and electrolysis at 20-30 C and pH = 6.5-8.5. Method ensures to prevent the secondary bacterial infection of water for the prolonged time (for month, not less) using relatively small amount of reagents with a single use. EFFECT: development of effective and universal method of water disinfection. 4 cl, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к технике комплексной обработки воды окислением с помощью озонирования и ионами тяжелых металлов, в частности меди. Оно может быть использовано для обеззараживания питьевой воды в системах водоснабжения городов и других населенных пунктов, а также для дезинфекции оборотной воды бассейнов. The invention relates to techniques for the integrated treatment of water by oxidation using ozonation and ions of heavy metals, in particular copper. It can be used for disinfection of drinking water in the water supply systems of cities and other settlements, as well as for disinfection of recycled water pools.

Наиболее распространенным способом обеззараживания воды является ее хлорирование. Для усиления антимикробного действия хлорирование сочетают с использованием других реагентов, таких как ионы меди, серебра или цинка (US 5858246, C 02 F 1/50, 1999). Однако этот метод имеет ряд ограничений, связанных с ухудшением вкуса воды, появлением неприятного запаха и образованием значительного количества побочных продуктов, некоторые из которых канцерогенны. The most common way to disinfect water is to chlorinate it. To enhance the antimicrobial effect, chlorination is combined using other reagents, such as copper, silver or zinc ions (US 5858246, C 02 F 1/50, 1999). However, this method has several limitations associated with a deterioration in the taste of water, the appearance of an unpleasant odor, and the formation of a significant amount of by-products, some of which are carcinogenic.

Более перспективным является замена хлорирования воды на озонирование. Привлекательность озона по сравнению с другими окислителями, применяемыми для обработки воды, обусловлена, в первую очередь, его высокими окислительными свойствами и способностью эффективно разрушать различные неорганические и органические соединения, а также патогенные микроорганизмы, в том числе стойкие к действию других окислителей, например хлора. Возможность производства озона на самой очистной станции исключает необходимость его подвоза и хранения. Кроме того, при озонировании воды у нее исчезают неприятный вкус и запах, повышается прозрачность и возрастает содержание растворенного кислорода. Разложение остаточного озона протекает быстро с выделением кислорода без образования токсичных соединений. Однако наряду с перечисленными выше достоинствами метод обработки озоном имеет существенный недостаток - вода может подвергнуться вторичному бактериальному заражению, поскольку уже через два часа после обработки концентрация озона в ней приближается к нулю. More promising is the replacement of water chlorination with ozonation. The attractiveness of ozone compared to other oxidizing agents used to treat water is primarily due to its high oxidizing properties and its ability to effectively destroy various inorganic and organic compounds, as well as pathogenic microorganisms, including those resistant to other oxidizing agents, such as chlorine. The possibility of producing ozone at the treatment plant itself eliminates the need for its transportation and storage. In addition, when water is ozonized, its unpleasant taste and smell disappear, transparency increases and the content of dissolved oxygen increases. The decomposition of residual ozone proceeds quickly with the release of oxygen without the formation of toxic compounds. However, along with the advantages listed above, the ozone treatment method has a significant drawback - the water can undergo secondary bacterial infection, since two hours after the treatment, the ozone concentration in it approaches zero.

В связи с этим необходимо проводить обработку воды в две или более стадий. Известно, например, сочетание озонирования воды с введением алюминиевого коагулянта, хлора и аммиака и последующей обработкой активированным углем (Л.А.Кульский. Теоретические основы и технология кондиционирования воды, Киев: Наукова думка, 1983, с. 289). Этот метод сложный, длительный, требует значительных затрат на реагенты и оборудование. In this regard, it is necessary to carry out water treatment in two or more stages. It is known, for example, the combination of water ozonation with the introduction of aluminum coagulant, chlorine and ammonia and subsequent treatment with activated carbon (L.A. Kulsky. Theoretical foundations and technology for water conditioning, Kiev: Naukova Dumka, 1983, p. 289). This method is complex, lengthy, requires significant costs for reagents and equipment.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близким аналогом предложенного изобретения является способ обеззараживания воды, предусматривающий ее периодическую обработку диизодецилдиметиламмоний хлоридом и ионами меди, получаемыми при растворении ее солей, с последующим введением окислителя - хлора или озона и поддержание постоянной концентрации последнего не менее 0,1 мг/л (US 5332511, C 02 F 1/50, 1994). Этот метод был предназначен только для обработки воды в плавательных бассейнах и не пригоден для обеззараживания питьевой воды. By technical nature and the achieved result, the closest analogue of the proposed invention is a method of disinfecting water, providing for its periodic treatment of diisodecyldimethylammonium chloride and copper ions obtained by dissolving its salts, followed by the introduction of an oxidizing agent - chlorine or ozone and maintaining a constant concentration of the latter of at least 0.1 mg / L (US 5332511, C 02 F 1/50, 1994). This method was intended only for the treatment of water in swimming pools and is not suitable for the disinfection of drinking water.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, являлось создание экологически безопасного, эффективного и универсального способа обеззараживания воды относительно небольшими количествами реагентов, позволяющими при их однократном введении предотвратить возможность вторичного бактериального заражения воды в течение длительного времени (не менее месяца). The technical problem to which the present invention is directed was the creation of an environmentally safe, effective and universal method of disinfecting water with relatively small amounts of reagents, which, when administered once, prevent the possibility of secondary bacterial infection of water for a long time (at least a month).

Поставленная задача решается тем, что способ обеззараживания воды, включающий ее обработку ионами меди и озоном, отличается тем, что обработку ведут в несколько стадий, при этом на первой стадии в воду вводят озон до его концентрации 0,5-1 мг/л, на второй стадии озонированную воду выдерживают в течение 0,2-2 часов, после чего на третьей стадии воду обрабатывают ионами меди при концентрации 0,05-0,8 мг/л, полученными с использованием электролизера, анод и катод которого выполнены из рафинированной меди, причем в процессе работы электролизера полярность электродов меняют через 5-10 мин. The problem is solved in that the method of disinfecting water, including its treatment with copper ions and ozone, is characterized in that the treatment is carried out in several stages, while in the first stage, ozone is introduced into the water to its concentration of 0.5-1 mg / l, in the second stage, ozonated water is kept for 0.2-2 hours, after which in the third stage the water is treated with copper ions at a concentration of 0.05-0.8 mg / l, obtained using an electrolyzer, the anode and cathode of which are made of refined copper, moreover, in the process of operation of the electrolyzer polar st electrodes is changed after 5-10 min.

Предпочтительно, озонирование ведут при температуре воды 10-20^oС, а электролиз - при 20-30^oС и рН 6,5-8,5.Preferably, ozonation is carried out at a water temperature of 10-20 ^o C, and electrolysis at 20-30 ^o C and a pH of 6.5-8.5.

В частности, обработке повергают оборотную воду в плавательном бассейне или воду для систем водоснабжения населения, в том числе питьевую. In particular, recycled water in a swimming pool or water for public water supply systems, including drinking water, is subjected to treatment.

Именно совокупность существенных признаков изобретения, отраженных в независимом пункте формулы, обеспечивает получение указанного выше технического результата, а признаки зависимых пунктов усиливают этот результат. It is the set of essential features of the invention, reflected in the independent claim, that provides the above technical result, and the features of the dependent claims reinforce this result.

Указанный порядок введения реагентов, их концентрация и время выдержки, а также условия проведения процесса способствуют эффективному обеззараживанию пресной воды систем водоснабжения и оборотной воды плавательных бассейнов, в процессе эксплуатации которых в воду попадают бактерии, вирусы, грибки в количестве до 10⁶ кл/мл, а также различные органические соединения. При этом наблюдается синергетический эффект от применения озона и малых концентраций ионов меди. Что касается использования электролиза для получения ионов меди, то при этом помимо простоты и удобства дозирования реагента происходит дополнительная активация воды и тем самым повышается бактерицидный эффект. Применение анода из чистой меди практически исключает поступление дополнительных вредных примесей в воду и уменьшает опасность образования осадков на электродах. Этому же способствует периодическое изменение полярности электродов.The indicated order of introduction of the reagents, their concentration and exposure time, as well as the process conditions, contribute to the effective disinfection of fresh water from water supply systems and circulating water of swimming pools, during the operation of which bacteria, viruses, fungi in the amount of up to 10 ⁶ cells / ml enter the water, as well as various organic compounds. At the same time, a synergistic effect from the use of ozone and low concentrations of copper ions is observed. As for the use of electrolysis to produce copper ions, in addition to the simplicity and convenience of dosing the reagent, additional activation of water occurs and thereby the bactericidal effect increases. The use of an anode made of pure copper virtually eliminates the entry of additional harmful impurities into the water and reduces the risk of precipitation on the electrodes. This is also facilitated by a periodic change in the polarity of the electrodes.

Ниже приведены примеры осуществления предложенного способа. Below are examples of the implementation of the proposed method.

Пример 1
Исходную воду из поверхностного источника водоснабжения предварительно смешивали с раствором коагулянта, осветляли и пропускали через песчаные фильтры. Затем ее обрабатывали при температуре 15^oС в течение 5 мин в озонаторе до содержания озона 0,5 мг/л и выдерживали в течение часа (остаточная концентрация озона - 0,01 мг/л). После этого воду при температуре 20^oС пропускали через электролизер, встроенный в линию обработки воды, со скоростью движения воды в межэлектродном пространстве 0,2 м/с. В качестве электродов использовали пластины из рафинированной меди. Расстояние между электродами - 10 мм, плотность тока - 1 мА/см², напряжение на электродах - 6 В, периодичность смены полярности электродов - 10 мин. В результате электролиза концентрация ионов серебра в воде составляла 0,5 мг/л.Example 1
The source water from a surface water supply was pre-mixed with a coagulant solution, clarified and passed through sand filters. Then it was treated at a temperature of 15 ^o C for 5 min in an ozonizer to an ozone content of 0.5 mg / l and kept for an hour (residual ozone concentration of 0.01 mg / l). After that, water at a temperature of 20 ^o C was passed through an electrolyzer built into the water treatment line, with a water velocity of 0.2 m / s in the interelectrode space. Refined copper plates were used as electrodes. The distance between the electrodes is 10 mm, the current density is 1 mA / cm ² , the voltage at the electrodes is 6 V, the frequency of change of polarity of the electrodes is 10 minutes. As a result of electrolysis, the concentration of silver ions in water was 0.5 mg / L.

В таблице приведены некоторые показатели качества воды до комплексной обработки озоном и ионами меди и спустя 3 часа после нее. Представленные данные свидетельствуют о высоком качестве обработки воды, проведенной предложенным способом. При этом не только достигается обеззараживание воды, но и улучшаются другие показатели ее качества - вкус, запах, цветность, содержание неорганических и органических примесей. При хранении обработанной воды в течение 2 месяцев как в закрытом, так и в открытом сосудах, в ней не обнаруживались патогенные микроорганизмы. The table shows some indicators of water quality before complex treatment with ozone and copper ions and 3 hours after it. The data presented indicate a high quality water treatment carried out by the proposed method. At the same time, not only is disinfection of water achieved, but also other indicators of its quality are improved - taste, smell, color, content of inorganic and organic impurities. When storing treated water for 2 months in both closed and open vessels, pathogenic microorganisms were not found in it.

Пример 2
Для изучения возможности использования предложенного метода в условиях повышенной концентрации патогенных организмов в дистиллированную воду вводили культуру санитарно-показательного микроорганизма E.coli 1257 в количестве 10⁶ кл/мл. Кроме того, более жесткие условия проведения процесса имитировали добавлением в воду анионов, которые могут влиять на пассивацию электродов электролизера: Сl^- - 250 мг/л, S0₄ ^2- - 200 мг/л, S^2- - 0,05 мг/л. Полученную воду обрабатывали при температуре 10^oС озоном в течение 2 мин до достижения концентрации озона 1 мг/л и выдерживали затем в течение 0,2 часа. После этого воду пропускали со скоростью потока 0,1 л/с через электролизер с электродами из рафинированной меди, содержащими 99% Сu, на поплавках. Расстояние между электродами, выполненными в виде пластин, - 8 мм, плотность тока - 2 мА/см², напряжение на электродах - 6 В, периодичность смены полярности электродов - 5 мин. В результате электролиза концентрация ионов меди в воде составляла 0,7 мг/л. Для сравнения с предложенным комбинированным методом обеззараживания воды оценивали бактерицидные свойства каждого из используемых реагентов в отдельности в тех же концентрациях. Эксперименты показали, что через 3 часа после завершения комбинированного способа обработки в воде отсутствовали патогенные микроорганизмы, тогда как через этот же промежуток времени в воде, обработанной только озоном, было обнаружено 70 кл/мл E.coli 1257, а в воде, обработанной только Сu²⁺, 100 кл/мл этого микроорганизма. При проведении следующих измерений через сутки в воде, обработанной в соответствии с настоящим изобретением, микроорганизмы отсутствовали, а в обработанной только озоном или только Cu²⁺ их количество возрастало. Очевидно, что при совместном использовании реагентов в предлагаемых концентрациях наблюдается синергетический эффект их бактерицидного действия. При этом проявляются высокие консервирующие свойства Сu²⁺ и эффект последействия, поскольку при повторном введение 10³ кл/мл E.coli 1257 в обеззараженную по предложенному способу воду эти микроорганизмы не обнаруживались уже через сутки.Example 2
To study the possibility of using the proposed method under conditions of increased concentration of pathogenic organisms, a culture of the sanitary indicative microorganism E.coli 1257 in the amount of 10 ⁶ cells / ml was introduced into distilled water. In addition, more stringent conditions of the process were simulated by adding anions to the water, which can affect the passivation of the electrodes of the electrolyzer: Сl ^- - 250 mg / l, S0 ₄ ^2- - 200 mg / l, S ^2- - 0.05 mg / l . The resulting water was treated at 10 ^{° C.} with ozone for 2 minutes until an ozone concentration of 1 mg / L was reached and then held for 0.2 hours. After that, water was passed at a flow rate of 0.1 l / s through an electrolyzer with refined copper electrodes containing 99% Cu in floats. The distance between the electrodes made in the form of plates is 8 mm, the current density is 2 mA / cm ² , the voltage at the electrodes is 6 V, the frequency of change of polarity of the electrodes is 5 min. As a result of electrolysis, the concentration of copper ions in water was 0.7 mg / L. For comparison with the proposed combined method of water disinfection, the bactericidal properties of each of the reagents used were individually evaluated at the same concentrations. Experiments showed that 3 hours after completion of the combined treatment method in water there were no pathogenic microorganisms, while after the same period of time, 70 cells / ml E. coli 1257 were found in water treated with ozone only, and in water treated only with Cu ²⁺ , 100 cells / ml of this microorganism. When carrying out the following measurements every other day in water treated in accordance with the present invention, microorganisms were absent, and in the treated only with ozone or only Cu ²⁺ their number increased. It is obvious that with the joint use of reagents in the proposed concentrations, a synergistic effect of their bactericidal action is observed. At the same time, the high preserving properties of Cu ²⁺ and the effect of aftereffect are manifested, since when re-introducing 10 ³ cells / ml of E. coli 1257 into the water disinfected by the proposed method, these microorganisms were not detected after a day.

Таким образом, предложенный способ обеззараживания воды является эффективным и относительно простым и доступным. Наиболее целесообразно его использовать для обработки воды в условиях жаркого климата, когда велика опасность вторичного загрязнения воды. Thus, the proposed method of disinfecting water is effective and relatively simple and affordable. It is most appropriate to use it for water treatment in hot climates, when there is a great danger of secondary water pollution.

Claims

1. A method of disinfecting water, including its treatment with copper ions and ozone, characterized in that the treatment is carried out in several stages, while in the first stage, ozone is introduced into the water to a concentration of 0.5-1 mg / l, in the second stage, ozonated water incubated for 0.2-2 hours, after which in the third stage it is treated with copper ions at a concentration of 0.05-0.8 mg / l using an electrolyzer, the anode and cathode of which are made of refined copper, moreover, when the electrolyzer is in operation, the polarity electrodes are changed after 5-10 minutes.

2. The method according to p. 1, characterized in that the ozonation of water is carried out at a temperature of 10-20 ^o C.

3. The method according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the electrolysis is carried out at a water temperature of 20-30 ^o C and a pH of 6.5-8.5.

4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the water is subjected to treatment of the water supply system of the population, including drinking, or circulating water of the swimming pool.