EA015977B1

EA015977B1 - Композиция и способ для очистки воды

Info

Publication number: EA015977B1
Application number: EA201000212A
Authority: EA
Inventors: Сантош Кумар Гупта; Самиран Махапатра; Амитава Праманик; Айан Саркар
Original assignee: Юнилевер Н.В.
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2012-01-30
Also published as: EP2188218A1; PL2188218T3; EA201000212A1; CN101743205B; MX2010000666A; EP2188218B1; EG26122A; ATE537120T1; EP2188218B8; CN101743205A; ZA200909000B; WO2009010376A1; BRPI0812763A2

Abstract

Изобретение относится к композиции и способу для очистки загрязненной воды, в особенности для удаления вредных загрязнителей, подобных мышьяку, в дополнение к удалению других вредных микробиологических загрязнителей и суспендированных дисперсных примесей до получения воды, подходящей для использования при употреблении человеком. Как было обнаружено, флоккулирующая/дезинфицирующая композиция, которая содержит определенные слоистые двойные гидроксиды, которые содержат по меньшей мере один избранный двухвалентный катион и по меньшей мере один избранный трехвалентный катион, обеспечивает улучшенное удаление мышьяка.

Description

Изобретение относится к композиции и способу для очистки загрязненной воды. Изобретение является в особенности подходящим для использования при удалении вредных загрязнителей, подобных мышьяку, в дополнение к удалению других вредных микробиологических загрязнителей и суспендированных дисперсных примесей до получения воды, подходящей для использования при употреблении человеком.

Уровень техники

Вода представляет собой один из наиболее важных предметов потребления с точки зрения выживания человеческого вида. Ресурсы очищенной воды для питьевых целей становятся все более скудными, в особенности в развивающихся и слаборазвитых странах. В таких странах, в особенности в сельских районах, городские очистные станции для получения питьевой воды, которые транспортируют воду по трубам семьям, встречаются редко, если вообще имеются. Люди получают воду непосредственно из источников грунтовых и/или подпочвенных вод, подобных колодцам, буровым скважинам, прудам и рекам. Зачастую данные источники воды загрязнены нечистотами, промышленными и сельскохозяйственными отходами.

Различными типами доступных систем очистки воды являются те, которые используют УФизлучение, галогенированные смолы, обратный осмос и тому подобное, они не очень удобны для использования в данных сельских районах, поскольку они либо требуют наличия водопроводного водоснабжения и/или электропитания, либо являются чрезмерно дорогостоящими для потребителей. Таким образом, многие люди в сельских районах прибегают к кипячению воды для уничтожения патогенных микроорганизмов в своей питьевой воде. Кипячение воды не удаляет из воды вредных загрязнителей, подобных мышьяку и тяжелым металлам. Кипячение также является дорогостоящим и требует использования большого количества топлива, ресурсы которого становятся все более скудными. Грунтовая и подпочвенная вода во многих частях мира является от природы загрязненной большими количествами неорганических примесей, подобных мышьяку. Мышьяк является исключительно вредным загрязнителем. Люди продолжают употреблять воду при данных высоких уровнях содержания микроорганизмов и примесей, подобных мышьяку, которые несут ответственность за высокие уровни смертности и заболеваемости в данных районах.

Мышьяк является одним из наиболее токсичных загрязнителей, встречающихся в окружающей среде. Мышьяк встречается в почвах, горных породах, природных водах и организмах. Мышьяк является двадцатым из элементов, наиболее часто встречающихся в земной коре. Наиболее часто встречающиеся степени окисления мышьяка представляют собой 3⁺ и 5⁺. В числе всех соединений мышьяка, присутствующих в окружающей среде, особенный интерес представляет арсенит (который представляет собой мышьяк в форме Αδ(ΙΙΙ), который в 25-50 раз является более токсичным, чем арсенат (который представляет собой мышьяк в форме А§(У)), и в 70 раз является более токсичным, чем метилированные вещества диметиларсинат (ДМА) и монометиларсонат (ММА)). Данные факты указывают на то, почему приоритетный интерес заключается в разработке технологий удаления Ακ(ΙΙΙ) из питьевой воды.

Неорганический мышьяк идентифицируется как канцероген группы Ι для человека. Более чем 100 млн человек во всем мире подвергнуты поражению вследствие употребления питьевой воды, загрязненной мышьяком. Питьевая вода во многих из данных районов характеризуется уровнем содержания мышьяка, достигающим вплоть до 300 ч./млрд. ВОЗ и АООС США рекомендовали ПДКЗ (предельно допустимую концентрацию загрязнителя) для мышьяка в питьевой воде в 10 ч./млрд. Доступными технологиями удаления мышьяка являются мембранное разделение, ионный обмен и адсорбция. Данные технологии либо требуют использования дорогостоящего оборудования, которое недоступно во многих частях мира, либо неэффективны при удалении мышьяка, в особенности в форме Ακ(ΙΙΙ), в соответствии с техническими условиями, рекомендованными ВОЗ. Кроме того, кипячение воды, к которому прибегают многие люди для очистки воды, не удаляет мышьяк. Таким образом, одной из основных проблем в данной сфере является плохое удаление мышьяка(Ш). В дополнение к этому, в то время как данным жестким требованиям должен соответствовать мышьяк в очищенной воде, технология также должна обеспечивать и удаление вредных микроорганизмов, подобных цистам, бактериям и вирусам, до уровня, который является безопасным для употребления людьми. В соответствии с АООС вода любого неизвестного происхождения может быть признана микробиологически безопасной для питья в случае обеспечения удаления 1од 6 бактерий, 1од 4 вирусов и 1од 3 цист. Таким образом, в общем случае приемлемыми критериями удаления для бактерий, вирусов и цист являются 1од 6, 1од 4 и 1од 3 соответственно.

Одним из широко использующихся способов удаления мышьяка из воды является ее обработка соединением железа. Документ ΙΡ 2002079015 А заявляет фильтр для удаления мышьяка, который образован из обожженной диатомитовой земли и 5-30 мас.% иона трехвалентного железа, связанного с обожженной диатомитовой землей. Способ получения данного материала включает стадии импрегнирования диатомитовой земли хлоридом трехвалентного железа, добавления к получающейся в результате смеси гидроксида натрия до значения рН, равного по меньшей мере 9,0, а после этого постепенного и полного окисления хлорида трехвалентного железа до гидроксида трехвалентного железа.

Документ И8 20030089665 А1 компании ЕидеШатй Согр. заявляет среду для удаления мышьяка,

- 1 015977 включающую смесь (а) активированного боксита; (Ь) тригидрата алюминия и (с) соединения трехвалентного железа, выбираемого из группы, состоящей из гидроксида трехвалентного железа, оксигидроксида трехвалентного железа, гидроксиоксида трехвалентного железа и их смесей. При использовании данной композиции продемонстрировано удаление приблизительно 90% мышьяка.

Документ И8 20030132155 А1 заявляет способ удаления мышьяка из водной среды, включающий введение в контакт с водной средой определенного количества химически обработанного цеолита, предпочтительно цеолита с введенным трехвалентным железом, в течение периода времени, достаточного для удаления мышьяка в водной среде. При использовании данного способа продемонстрировано удаление, как максимум, 95% мышьяка.

Документ И8 20050250644 А1 (Ишу. СайГотша) заявляет способ обработки шлака для удаления мышьяка в воде, включающий а) получение определенного количества шлака и Ь) получение из данного количества шлака шлака с нанесенным покрытием Ее(ОН)₃ в суспензии. При использовании данного способа продемонстрировано удаление, как максимум, 98% мышьяка.

Статья, опубликованная с выходными данными 1иб. Еид. Сйеш. Кек. 2005, νοί. 44, 6804-6815, Ы Уапд е! а1., Кетονа1 οί 1тасе 1еуе1> οί аткешс аиб ке1ешиш Ггот адиеоик ко1и1юик Ьу са1сшеб аиб ииса1сшеб 1ауетеб боиЬ1е йубгох1бек (аЬЬ^еν^аΐеб ак ЬИН), обсуждает удаление мышьяка при использовании СДГ магния-алюминия, который широко известен под наименованием гидроталькита. Однако, как было установлено, достигнутое удаление мышьяка не является достаточно хорошим для получения безопасной питьевой воды.

В документе XVО 2005/012194 (ИишегкИу оГ ЭДуошшд Кекеатсй Согр.) описываются содержащие СДГ и лигнин фильтрующие среды для удаления из водных растворов неорганических и органических загрязнителей. Как утверждается, лигнин благодаря своей отрицательно заряженной поверхности обеспечивает получение центров связывания для положительно заряженных ионов металлов, в частности положительно заряженных ионов токсичных металлов. Как было дополнительно указано, композиции из производного лигнина и СДГ могут обладать сродством как к положительно заряженным, так и к отрицательно заряженным загрязнителям.

Другие конкретные композиции, подобные тем, которые описываются в документе ЭДО 02/00557 (Ргос!ег аиб ОашЬ1е), также заявляются как удаляющие мышьяк. Как обнаружили изобретатели настоящего изобретения, на описанном ранее предшествующем уровне техники предложенные способы либо не соответствуют жестким стандартам ВОЗ для безопасной питьевой воды с точки зрения уровня содержания мышьяка, либо не нравятся потребителю вследствие неудовлетворительной эстетики, либо сталкиваются с определенными трудностями при масштабировании технологии до коммерческого масштаба. Желательно предложить композицию и способ, которые обеспечивают улучшенное удаление мышьяка в сопоставлении с тем, о чем сообщалось на предшествующем уровне техники, или ослабляют влияние по меньшей мере одного из недостатков предшествующего уровня техники.

Изобретатели настоящего изобретения старательно работали над решением данной проблемы. Они обнаружили то, что флоккулирующая/дезинфицирующая композиция, которая содержит определенные слоистые двойные гидроксиды, которые содержат по меньшей мере один двухвалентный катион, выбираемый из конкретной группы, и по меньшей мере один трехвалентный катион, выбираемый из конкретной группы, обеспечивает улучшенное удаление мышьяка.

Таким образом, задача изобретения заключается в предложении способа более эффективной очистки воды, загрязненной мышьяком, в сопоставлении с тем, о чем сообщается на вышеупомянутом предшествующем уровне техники.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в предложении композиции для очистки воды, которая делает возможным улучшенное удаление мышьяка в сопоставлении с композициями на вышеупомянутом предшествующем уровне техники или решает по меньшей мере одну из проблем, представленных на предшествующем уровне техники.

Еще одна другая задача настоящего изобретения заключается в предложении композиции для очистки воды, предназначенной для удаления мышьяка, которая соответствует стандартам ВОЗ в виде менее чем 10 ч./млрд мышьяка в очищенной воде.

Сущность изобретения

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается композиция для очистки загрязненной воды, содержащая:

(ί) первый компонент, который представляет собой соединение слоистого двойного гидроксида, описывающийся формулой (М1²⁺-М2²⁺)х(М₃ ³⁺-М4³⁺)у(ОН)_2х+_2у(А^2-)у/2-иН2О, или его прокаленные формы, где М1²⁺ и М2²⁺ представляют собой двухвалентные катионы, выбираемые из магния, цинка или меди, а М3³⁺ и М4⁺ представляют собой трехвалентные катионы, выбираемые из алюминия или железа, А представляет собой анион, выбираемый из ОН^-, СО3^2-, С1^-, ЫО3^-, 8О4^-, РО4^3-, Ее(СЫ)6^4-, а х имеет значение в диапазоне от 0,1 до 10,0, у имеет значение в диапазоне от 0,1 до 5,0, и имеет значение в диапазоне от 0 до 10,0, ζ имеет значение в диапазоне от 1,0 до 4,0, и молярное соотношение М1²⁺:М2²⁺ представляет собой любую величину в диапазоне от 0 до 1, и молярное соотношение М3³⁺:М4³⁺ представляет собой любую величину в диапазоне от 0 до 1; и

- 2 015977 (ίί) второй компонент, который выбирают из биоцида, флоккулянта или коагулянта.

В соответствии с одним предпочтительным аспектом настоящего изобретения композиция содержит биоцид. Наиболее подходящим для использования биоцидом является соединение галогена.

В соответствии с еще одним предпочтительным аспектом настоящего изобретения композиция содержит коагулянт, который представляет собой водорастворимую неорганическую соль металла, включающую трехвалентный катион, и флоккулянт, который представляет собой высокомолекулярный водорастворимый полимер, или их смеси.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ очистки загрязненной воды, включающий стадии введения загрязненной воды в контакт с композицией, соответствующей первому аспекту изобретения, и отделения от воды нерастворимого вещества.

Раскрытие изобретения

Все части в настоящем документе являются массовыми, если только не будет указано другого. Изобретение предлагает композицию, содержащую соединение слоистого двойного гидроксида (СДГ), включающее определенную конкретную комбинацию катионов и анионов, для очистки загрязненной воды. Композиция является в особенности подходящей для использования при удалении вредных загрязнителей, например мышьяка, селена, которые обычно присутствуют в соединениях в виде анионов. Слоистый двойной гидроксид описывается следующей формулой:

(Μ₁ ²⁺·Μ2²⁺)χ(Μ3³⁺·Μ4³⁺)γ(ΟΗ)2χ+2γ(Α^ζ-)γ/ζ·ηΗ₂Ο, или его прокаленные формы, где Μ1²⁺ и Μ2²⁺ представляют собой двухвалентные катионы, выбираемые из магния, цинка или меди, а Μ3³⁺ и М4³' представляют собой трехвалентные катионы, выбираемые из алюминия или железа, Α представляет собой анион, выбираемый из ΟΗ^-, СО3^2-, С1^-, ΝΟ3^-,8Ο4^-, РО4^3-, Ре(СИ)б^4-, а х имеет значение в диапазоне от 0,1 до 10,0, у имеет значение в диапазоне от 0,1 до 5,0, η имеет значение в диапазоне от 0 до 10,0, ζ имеет значение в диапазоне от 1,0 до 4,0, и молярное соотношение Μ1²⁺:Μ2²⁺ представляет собой любую величину в диапазоне от 0 до 1, и молярное соотношение Μ3³⁺:Μ4³⁺ представляет собой любую величину в диапазоне от 0 до 1.

Двухвалентные катионы в соединениях СДГ выбирают из магния, цинка или меди, а трехвалентные катионы выбирают из алюминия или железа. Соединения СДГ включают по меньшей мере один двухвалентный катион и по меньшей мере один трехвалентный катион. Другие предпочтительные комбинации включают один или два двухвалентных катиона и один или два трехвалентных катиона. Предпочтительные соединения СДГ включают следующую комбинацию катионов:

Си-А1, Ζη-Α1, Ζη-Ре, Си-Ре, Μβ-Ее. Μβ-ΑΙ-Ее. Ζη-ΑΙ-Ре, Си-А1-Ре, ^-Μ§-Εε, Ζη-Μβ-Ее. Ζη-Си-Ре, Ζη-Си-Аф Ζη-Μ§-Α1, ίΛΐ-Μ^-ΑΙ Ζη-^-Α1-Εε, Μ§-ί.ϊι-Α1^ или Μ§-Ζη-Α1-Εε.

Более предпочтительным анионом Α в СДГ изобретения являются С1^-, ΝΟ3^- или СΟ3^2-. СДГ наиболее предпочтительно включает по меньшей мере 1 двухвалентный катион, выбираемый из Ζη или Си, и при этом по меньшей мере один трехвалентный катион представляет собой Ре.

Предпочтительный диапазон х в СДГ изобретения заключен в пределах от 1 до 9, при этом наиболее предпочтительное значение составляет 6. Предпочтительный диапазон у в СДГ изобретения заключен в пределах от 0,5 до 4, при этом наиболее предпочтительное значение составляет 2. Предпочтительный диапазон η в СДГ изобретения заключен в пределах от 2 до 10, при этом наиболее предпочтительное значение составляет 4.

Таким образом, некоторые из наиболее предпочтительных СДГ, соответствующих изобретению, описываются формулой

Ζη^2(ΟΗ)₁₆(№3)·4Η2Ο, Си6ре2(ΟΗ)₁₆(СΟз)·4Η2Ο,

Ζη₆Α^(ΟΗ)|₆(ί.Ό₃)4Η_;Ο и/или ^6Α^(ΟΗ)!6^Ο3)·4Η2Ο.

СДГ также могут иметь свои прокаленные формы. Соединение слоистого двойного гидроксида предпочтительно присутствует в количестве в диапазоне от 1 до 80%, более предпочтительно в диапазоне от 2 до 60% при расчете на массу композиции.

СДГ изобретения предпочтительно получают при использовании следующего способа.

Соли ионов двухвалентных и трехвалентных металлов с желательным молярным соотношением растворяют в воде. Таким образом, в случае желательности значения х=6 и значения у=2 молярное соотношение между солями двухвалентных и трехвалентных металлов получают в виде 3:1. Подходящие для использования соли включают нитраты, сульфаты, хлориды или ацетаты. Раствор соли нагревают до температуры в диапазоне от 85 до 105°С, предпочтительно от 90 до 95°С. В отдельной емкости получают раствор щелочи. Подходящие для использования щелочи включают карбонат, бикарбонат или гидроксид щелочного металла или соединения, подобные аммиаку или мочевине. Раствор щелочи также нагревают до высокой температуры, предпочтительно в диапазоне от 80 до 105°С, более предпочтительно в диапазоне от 90 до 95°С. При данной высокой температуре раствор соли и раствор щелочи добавляют в третью емкость одновременно при интенсивном перемешивании. Во время добавления температуру раствора

- 3 015977 выдерживают на уровне высокой температуры, предпочтительно в диапазоне от 90 до 95°С. В ходе данной реакции получают соединение СДГ, которое осаждают из раствора. После завершения осаждения температуру раствора обычно выдерживают на уровне данной температуры в течение некоторого времени, предпочтительно составляющего по меньшей мере 15 мин, более предпочтительно по меньшей мере 1 ч. После этого осадок промывают до существенного удаления растворенных солей, предпочтительно отфильтровывают под вакуумом и высушивают. Прокаленные формы соединений СДГ, включенных в композицию изобретения, предпочтительно получают в результате нагревания соединений СДГ до температуры, большей чем 400°С, более предпочтительно находящейся в диапазоне от 400 до 700°С.

Изобретение предлагает композицию, содержащую описанные ранее соединения СДГ. Композиция изобретения обеспечивает улучшенное удаление из загрязненной воды примесей, например соединений мышьяка. В соответствии с одним предпочтительным аспектом настоящего изобретения может быть использован любой биоцид. Предпочтительным биоцидом является галогенсодержащее соединение. Более предпочтительными соединениями галогена являются соединения хлора или иода, более предпочтительно соединения хлора. Подходящими для использования соединениями хлора являются неорганические соединения, подобные гипохлориту натрия, гипохлоритам кальция, диоксиду хлора или хлораминам, или органические соединения хлора, подобные дихлоризоциануратам натрия или трихлоризоциануровой кислоте. Биоцид предпочтительно присутствует в количестве в диапазоне от 1 до 30%, более предпочтительно от приблизительно 2 до 25%, еще более предпочтительно от 3 до 15% при расчете на массу композиции. Наиболее предпочтительным биоцидом является гипохлорит кальция.

Второй компонент композиции изобретения может включать коагулянт, который представляет собой водорастворимую неорганическую соль металла, включающую трехвалентный катион, или флоккулянт, который представляет собой высокомолекулярный водорастворимый полимер, или их смесь.

Коагулянтом является соединение, которое представляет собой водорастворимую неорганическую соль металла, включающую трехвалентный катион. Подходящими для использования трехвалентными катионами являются А1³⁺ и Ре³⁺. Коагулянт в общем случае не содержит атомов углерода. Примерами коагулянтов являются сульфат трехвалентного железа, сульфат алюминия и полимер хлорида алюминия. Коагулянт предпочтительно присутствует в количестве в диапазоне от 5 до 60%, более предпочтительно от 15 до 50% при расчете на массу композиции.

Флоккулянтом является соединение, которое представляет собой высокомолекулярный водорастворимый полимер. Примерами подходящих для использования флоккулянтов являются полисахариды (декстранцеллюлозы), белки, модифицированные целлюлозы (гидроксиэтил/гидроксипропильная или карбоксиметильная) и полиакриламиды, предпочтительно высокомолекулярный полиакриламид. В особенности предпочитается, чтобы полиакриламид был бы либо анионным, либо неионномодифицированным, более предпочтительно анионно-модифицированным. Подходящие для использования молекулярные массы данных полиакриламидов находятся в диапазоне от 10⁵ до 10⁷. Предпочтительное количество флоккулянта находится в диапазоне от 0,5 до 15%, более предпочтительно от 1 до 10%, а наиболее предпочтительно от 2 до 8% при расчете на массу композиции.

Действие очистки для композиции изобретения может быть достигнуто при значении рН доступной сырой воды. В порядке одного предпочтительного аспекта значение рН композиции может быть доведено до желательного диапазона от 6 до 8 в результате включения в композицию буфера. Подходящими для использования буферами являются оксид кальция, карбонат натрия или бикарбонат натрия. Буфер в случае его присутствия включают в количестве в диапазоне от 0,5 до 10% при расчете на массу композиции.

Композиция для очистки воды необязательно может содержать дополнительный адсорбент. Дополнительным адсорбентом предпочтительно является материал, который способен адсорбировать высокие уровни содержания органических или неорганических соединений. Подходящим для использования адсорбентом является глина. Примеры глины включают монтмориллонитовую глину (диоктаэдрическая смектитовая глина), лапонит, гекторит, нонтронит, сапонит, волконсит, сауконит, бейделлит, аллеварлит, иллит, галлуазит, аттапульгит, морденит, каолины и бентонит. Высокопредпочтительной глиной, соответствующей данному изобретению, является бентонитовая глина. В случае включения адсорбентов они присутствуют в количестве в диапазоне от 5 до 75%, более предпочтительно от приблизительно 10 до 60% при расчете на массу композиции.

Композиция для очистки воды предпочтительно характеризуется уровнем содержания влаги, не большим чем 5%, более предпочтительно не большим чем 3%, а наиболее предпочтительно не большим чем 2% при расчете на массу композиции.

В соответствии с одним предпочтительным аспектом изобретения композиция включает две части, которые пространственно разделены, где первая часть содержит биоцид, а вторая часть содержит флоккулянт/коагулянт. Соединение СДГ в данном аспекте изобретения может присутствовать в любой части. В данном аспекте изобретения предпочитается, чтобы первая часть содержала бы менее чем 5% влаги, более предпочтительно менее чем 3% влаги, наиболее предпочтительно менее чем 2% влаги при расчете на массу первой части. В случае присутствия дополнительного адсорбента он может быть включен как в

- 4 015977 первую часть, так и во вторую часть или может присутствовать в любой одной из частей.

Один дополнительный предпочтительный аспект изобретения предлагает содержание во второй части блокатора биоцида, который способен вступать в реакцию с биоцидом, делая его безопасным и эстетически приемлемым для употребления человеком. Подходящими для использования блокаторами являются тиосульфат натрия и аскорбиновая кислота. Блокатор предпочтительно присутствует в количестве в диапазоне от 1 до 20% при расчете на массу второй части, более предпочтительно от приблизительно 2 до 12% при расчете на массу второй части.

Наиболее подходящей для использования формой композиции изобретения является твердая форма. Подходящие для использования твердые формы включают формы порошка, гранул и таблеток, при этом наиболее предпочтительной формой является форма порошка. В случае поставки в виде 2 частей наиболее предпочтительной формой является форма порошка как в первой части, так и во второй части.

Композицию изобретения предпочтительно поставляют в количествах в диапазоне от 0,5 до 10 г, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 5 г. Их обычно добавляют к воде в количестве в диапазоне от 5 до 20 л. В случае поставки в двух частях подходящая для использования масса первой части находится в диапазоне от 0,01 до 5 г, более предпочтительно от 0,1 до 1,5 г, а подходящие для использования массы второй части находятся в диапазоне от 0,5 до 10 г.

Композиция для очистки воды изобретения может быть поставлена потребителю в любой известной подходящей для использования форме упаковки. В случае получения в виде таблеток упаковка может представлять собой упаковку в металлизированный ламинат или пластмассовую пленку. В случае получения в виде порошков подходящей для использования упаковкой является металлизированный ламинат. Однако упаковка в металлизированный ламинат должна быть такой, чтобы соединения галогена, которые обычно вступают в реакцию с металлами, удерживались бы отделенными от металлической части ламината при использовании подходящих полимерных слоев на металлическом слое.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предлагается способ очистки воды, включающий стадии (ί) перемешивания композиции изобретения с очищаемой водой и (ίί) отделения от смеси нерастворимого вещества.

В случае содержания в композиции изобретения биоцида и флоккулянта/коагулянта способ будет включать стадии (ί) введения загрязненной воды в контакт с биоцидом с последующими (ίί) введением загрязненной воды в контакт с коагулянтом/флоккулянтом для получения флоккулированного осадка и (ш) отделением флоккулированного осадка от воды.

Соединение СДГ может быть добавлено в ходе любой или каждой из обеих стадий.

В случае конфигурирования продукта в двух частях подходящий для использования способ будет включать последовательные стадии перемешивания композиции первой части с очищаемой водой с последующей стадией примешивания композиции второй части, а после этого отделения от смеси нерастворимого вещества. Первую часть обычно перемешивают в течение периода времени продолжительностью от 0,5 до 5 мин, а после этого воде дают возможность отстояться в течение периода времени продолжительностью от 2 до 10 мин, после чего добавляют вторую часть. Затем смесь перемешивают в течение периода времени продолжительностью от 0,5 до 5 мин и опять смеси дают возможность отстояться в течение периода времени продолжительностью от 2 до 10 мин для того, чтобы нерастворимое вещество осело.

После этого нерастворимое вещество отделяют от смеси обычно в результате фильтрации или декантации. Для фильтрации может быть использована простая ткань.

Способ изобретения является в особенности подходящим для использования при очистке воды, которая содержит мышьяк. В загрязненных районах средняя концентрация мышьяка в сырой воде составляет приблизительно 300 ч./млрд (мас.) и может быть намного большей в сильно загрязненных районах. При использовании способа изобретения можно получить очищенную воду, характеризующуюся уровнем содержания мышьяка, составляющим всего лишь менее чем 10 ч./млрд в очищенной воде.

Еще один другой аспект изобретения предлагает использование композиции настоящего изобретения для очистки загрязненной воды.

Далее изобретение будет проиллюстрировано при помощи последующих не ограничивающих примеров.

Примеры

Получение маточного раствора мышьяка.

Брали обратноосмотически обессоленную воду (воду, очищенную при помощи обратного осмоса) и к воде для испытаний добавляли соединение мышьяка, то есть арсенат натрия (Να₂ΗΛ5θ.·|·7Η₂Ο).

Определение уровня содержания мышьяка.

Для измерения совокупной концентрации мышьяка (>50 ч./млрд) в растворе использовали оптическую эмиссионную спектроскопию с индуктивно связанной плазмой (ОЭС-ИСП) (Уапаи-У151а-РКО). Совокупные концентрации мышьяка, меньшие чем 50 ч./млрд, анализировали по методу массспектрометрии с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП) (ΕΙάτίη 9000). В обоих аналитических мето- 5 015977 дах образцы вводили в приборы без какого-либо предварительного концентрирования или предварительного разбавления и измеряли совокупные концентрации мышьяка.

Примеры от 1 до 8 и сравнительные примеры от А до Ό.

Соединения СДГ из примеров 1-8 получали следующим образом.

Нитратные соли ионов двухвалентных металлов и нитратные соли ионов трехвалентных металлов с молярным соотношением, продемонстрированным в табл. 1, перемешивали и растворяли в воде, а раствор нагревали до температуры в диапазоне от 90 до 95°С. В отдельной емкости получали раствор карбоната натрия, который нагревали до температуры в диапазоне от 90 до 95°С. Раствор соли и раствор карбоната добавляли в третью емкость одновременно при интенсивном перемешивании. Во время добавления температуру раствора выдерживали на уровне температуры в диапазоне от 90 до 95°С. В ходе данной реакции получали соединение СДГ, которое осаждали из раствора. После завершения осаждения температуру взвеси выдерживали при перемешивании на уровне той же самой температуры в течение приблизительно 1 ч. После этого осадок промывали до существенного удаления растворенных солей, отфильтровывали под вакуумом и высушивали до уровня содержания влаги, меньшего чем 10%.

Способ очистки заключался в следующем.

Способ очистки. 100 мл воды с добавлением мышьяка, содержащей 1000 ч./млрд мышьяка, отбирали в химический стакан и к воде для испытаний добавляли соединение СДГ, продемонстрированное в табл. 1, в количестве 0,1 г и проводили перемешивание в течение 2 ч. После этого получающуюся в результате смесь отфильтровывали под вакуумом через 0,2-микронную фильтровальную бумагу. Измеряли уровень содержания мышьяка в отфильтрованной воде и результаты суммировали в табл. 1. Способ реализовали при использовании известных адсорбентов для мышьяка (сравнительные примеры от А до Ό), в том числе ΑΌ33 (сравнительный пример А), который представляет собой один из лучше всего известных коммерчески доступных адсорбентов мышьяка.

Таблица 1

Примеры	Использованное соединение	Конечная концентрация мышьяка (ч./млрд.)	Удаление (%)
Пример - 1	Си₆А1₂СДГ	<10	>99
Пример - 2	М_ё6Ге-,СДГ	50	95
Пример - 3	гпбАьсдг	< 10	>99
Пример - 4	2п₆Ре₂СДГ	<10	>99
Пример - 5	СщГе.СДГ	<10	>99
Пример - 6	М_Ё6А1РеСДГ	60	94
Пример - 7	/.ПбАТсСДГ	<10	>99
Пример - 8	Си₆А1РеСДГ	<10	>99
Сравнительный пример - А	Оксогидроксид железа (Αϋ33)	120	88
Сравнительный пример - В	Диоксид титана, рутил	720	28
Сравнительный пример - С	Активированный углерод	800	20
Сравнительный пример - О	Бентонитовая глина	900	10

В описанных ранее и всех других экспериментах в данном описании изобретения

ΑΌ33 приобретали в компании Абеде Тсе11по1од1С5 1пс., 3560 Ешапаа1 Сейте \тау. 8ийе - 5, ВиГогб, СА - 30519, И8А. Бентонитовую глину приобретали в компании №е1каи1й Мшесйет, Индия, и она характеризовалась средним размером частиц, равным приблизительно 125 мкм. Диоксид титана приобретали в компании Магий СйетюаП, Бангалор, Индия.

Данные в табл. 1 свидетельствуют о том, что можно добиться улучшенного удаления мышьяка из загрязненной воды при использовании способа, который включает стадию обработки загрязненной воды соединениями СДГ изобретения. Эффективность удаления намного превосходит то, что получают при использовании обычных материалов.

Примеры от 9 до 12 и сравнительные примеры от Е до I.

Эксперименты проводили с использованием более предпочтительных соединений СДГ изобретения

- 6 015977 и сильнее загрязненной воды, то есть воды при 10000 ч./млрд мышьяка. Использованная методика была подобна той, что и для примеров от 1 до 8. Данные суммированы в табл. 2:

Таблица 2

Примеры	Использованное соединение	Конечная концентрация мышьяка (ч./млрд.)	Удаление (%)
Пример - 9	гпбГегСДГ	120	98,8
Пример - 10	Си₆Ре₂СДГ	80	99,2
Пример - 11	2пбА1РеСДГ	150	98,5
Пример - 12	Си₆А1РеСДГ	60	99,4
Сравнительный пример - Е	Оксогидроксид железа (АЭЗЗ)	4000	60
Сравнительный пример - Р	Диоксид титана, рутил	6000	40
Сравнительный пример - О	Активированный углерод	8000	20
Сравнительный пример - Н	Бентонитовая глина	9000	10
Сравнительный пример -1	М₈₆А1₂СДГ	3370	66,3

Данные в табл. 2 свидетельствуют о том, что можно провести очистку воды, сильно загрязненной мышьяком, с применением способа, который использует предпочтительные соединения СДГ изобретения. Эффективность адсорбции значительно превосходит то, что наблюдается для материалов, использующихся на предшествующем уровне техники.

Пример 13 и сравнительные примеры от 1 до Ь.

Эксплуатационные характеристики соединений СДГ в комбинации с флоккулирующей композицией (пример 13) и композиций, выходящих за пределы изобретения (сравнительные примеры от 1 до Ь).

Способ очистки заключался в следующем. 10 л воды для испытаний, содержащей 300 ч./млрд мышьяка, отбирали в ведро. Использованным соединением Αδ(ΙΙΙ) являлся ΝαΛ5ϋ₂. а использованным соединением АЦУ) являлся Να₂ΗΛ5ϋ.₁·Η₂Θ. Добавляли композиции, продемонстрированные в табл. 3, и проводили перемешивание в течение 1 мин. Смеси давали возможность отстояться в течение 5 мин. После этого воду отфильтровывали через ткань. Измеряли уровень содержания мышьяка в отфильтрованной воде и результаты суммировали в табл. 3.

Таблица 3

Примеры	Сравнительный пример — 1	Сравнительный пример — К	Сравнительный пример — 1.	Пример - 13
Полимер хлорида алюминия, г	0,6		0,6	0,6
Полиакриламид , г	0,08		0,08	0,08
Адсорбент	Ре₂О₃	гщРсгСДГ	-	2п₆1е₂СДГ
Адсорбент, г	0,5	0,5	-	0,5
Форма Аз в воде для испытаний	Аз (V)	Аз(У)	Аз (V)	Аз(У)
Мышьяк в очищенной воде, ч./млрд.	120	50	150	8

Данные в табл. 3 свидетельствуют о том, что можно провести очистку воды, загрязненной мышьяком, с использованием композиции, содержащей соединение СДГ изобретения в комбинации с флокку

- 7 015977 лирующей системой. Данная комбинация обеспечивает получение синергетических преимуществ в сопоставлении с одними только индивидуальными компонентами. Кроме того, эффективность очистки для композиции изобретения превосходит то, что наблюдается для подобных композиций предшествующего уровня техники.

Пример 14 и сравнительные примеры от М до О.

Эксплуатационные характеристики соединения СДГ в комбинации с биоцидом (пример 14) в сопоставлении с эксплуатационными характеристиками композиций, выходящих за пределы изобретения, (сравнительные примеры от М до О).

Эксперименты проводили с использованием композиций, приведенных в табл. 4, и их использовали для очистки 10 л воды, содержащей 300 ч./млрд мышьяка (в форме Αδ(ΙΙΙ)). Использованная методика была подобна той, что и для примера 13. Данные суммировали в табл. 4.

Таблица 4

Примеры	Сравнительн ый пример М	Сравнительн ый пример N	Сравнительн ый пример О	Пример - 14	Пример - 14а
Гипохлорит Са, г	0,15		0,15	0,15	0,15
Адсорбент	РегО₃	Си«А1РеСДГ	-	Си_бА1ГеСДГ	М_ё6А1-СДГ
Адсорбент, г	0,5	0,5	-	0,5	0,5
Мышьяк в очищенной воде, ч./млрд.	100	100	300	50	80

Данные в табл. 4 свидетельствуют о том, что в сопоставлении с подобными композициями предшествующего уровня техники предпочтительные композиции изобретения обеспечивают превосходное удаление мышьяка. Табл. 4 свидетельствует о том, что в случае использования композиции, содержащей соединение СДГ в комбинации с биоцидом, можно получить синергетические преимущества по удалению мышьяка.

Примеры от 15 до 17 и сравнительные примеры от Ь до N и от Р до Т.

Эксплуатационные характеристики соединений СДГ в комбинации с флоккулирующейдезинфицирующей композицией (примеры от 15 до 17) в сопоставлении с эксплуатационными характеристиками подобных композиций предшествующего уровня техники (сравнительные примеры от Ь до N и от Р до Т).

Эксперименты проводили при использовании композиций, приведенных в табл. 5, и их использовали для очистки воды, содержащей 300 ч./млрд мышьяка. Использованная методика заключалась в следующем. К воде добавляли биоцид и проводили перемешивание в течение 1 мин. После этого смеси давали возможность отстояться в течение 5 мин. Затем к воде добавляли смесь адсорбента, флоккулянта и коагулянта и проводили перемешивание в течение 1 мин. После этого флоккулированной массе давали возможность отстояться в течение 5 мин. Затем флоккулированный осадок отделяли в результате фильтрации через ткань. Данные по уровню содержания мышьяка в очищенной воде суммировали в табл. 5.

- 8 015977

Таблица 5

Пример	Биоцид, граммы	ПХА, граммы	ПАМ, граммы	Адсорбе нт	Адсорбе нт, гаммы	Форма мышьяка	Уровень содержал ИЯ мышьяка , ч./млрд.
Ь	-	0,60	0,08	-	-	Аз (III)	150
М	0,15	-	-	-	-	Аз (III)	300
N	-	-	-	Си$А1Ре	0,5	Аз (III)	100
Р	0,15	0,60	0,08	-	-	Аз (III)	50
<Э	0,15	0,60	0,08	Бентонит овая глина	0,5	Аз (111)	50
к	0,15	0,60	0,08	Активир ованкый углерод	0,5	Аз (III)	50
8	0,15	0,60	0,08	Тальк	0,5	Аз (III)	50
Т	0,15	0,60	0,08	Цеолит	0,5	Аз (III)	50
15	0,15	0,60	0,08	Си^ЛКе сдг	0,5	Аз (III)	5
16	0,15	0,60	0,08	СибА1Ее сдг	0,5	Аз (III) + Аз (V), массовое	5

						СОО1НОП1 ение 1 :1
17	0,15	0,60	0,08	Прокале нный Ме₆Ге₂С. ДГ	0,5	Аз (III)	5

Использованным биоцидом являлся гипохлорит кальция; ПХА представляет собой полимер хлорида алюминия (коагулянт); ПАМ представляет собой полиакриламид (флоккулянт).

Данные в табл. 5 свидетельствуют о том, что в сопоставлении с подобными композициями предшествующего уровня техники предпочтительные композиции изобретения обеспечивают значительно лучшее удаление мышьяка.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Композиция для очистки загрязненной воды для употребления человеком, содержащая:

(ί) первый компонент, который представляет собой соединение слоистого двойного гидроксида (СДГ), описывающееся формулой (М₁ ²⁺-М2²⁺)х(Мз³⁺-М4³⁺)у(ОН)2Х+2у(А^2-)у/₂-пН₂О, или его прокаленные формы, где М₁ ²⁺ и М2²⁺ представляют собой двухвалентные катионы, выбираемые из магния, цинка или меди, а М3³⁺ и М4³⁺ представляют собой трехвалентные катионы, выбираемые из алюминия или железа, А представляет собой анион, выбираемый из ОН^-, СО3^2-, С1^-, ΝΟ3^-, 8О4^-, РО4^3-, Ее(СЩ6^4-, а х имеет значение в диапазоне от 0,1 до 10,0, у имеет значение в диапазоне от 0,1 до 5,0, п имеет значение в диапазоне от 0 до 10,0, ζ имеет значение в диапазоне от 1,0 до 4,0, и молярное соотношение М1²⁺:М2²⁺ представляет собой любую величину в диапазоне от 0 до 1, и молярное соотношение М3³⁺:М₄ ³⁺ представляет собой любую величину в диапазоне от 0 до 1; и (ίί) второй компонент, который выбран из биоцида, флоккулянта и/или коагулянта, при этом упомянутый коагулянт представляет собой водорастворимую неорганическую соль, включающую катионы трехвалентного металла.
2. Композиция по п.1, в которой упомянутым биоцидом является соединение галогена.
3. Композиция по п.2, в которой соединением галогена является гипохлорит кальция.

- 9 015977
4. Композиция по любому из предшествующих пунктов, в которой биоцид присутствует в количестве в диапазоне от 1 до 20% при расчете на массу композиции.
5. Композиция по любому из предшествующих пунктов, в которой по меньшей мере одним из двухвалентных катионов является Ζη или Си.
6. Композиция по любому из предшествующих пунктов, в которой по меньшей мере одним из трехвалентных катионов является железо (Ре).
7. Композиция по любому из предшествующих пунктов, в которой упомянутый анион выбран из С1^-, ΝΟ3^- или СО3^2-.
8. Композиция по любому из предшествующих пунктов, в которой х имеет значение, равное 6.
9. Композиция по любому из предшествующих пунктов, в которой у имеет значение, равное 2.
10. Композиция по п.1, содержащая упомянутый флоккулянт, который представляет собой высокомолекулярный водорастворимый полимер.
11. Композиция по п.1, в которой коагулянтом являются полимер хлорида алюминия, сульфат алюминия или сульфат трехвалентного железа.
12. Композиция по п.10, в которой флоккулянтом является анионно-модифицированный полиакриламид.
13. Композиция по одному из предшествующих пп.10-12, располагающаяся/хранящаяся в упаковке из двух частей, которые пространственно отделены друг от друга, где первая часть содержит биоцид, а вторая часть содержит коагулянт и/или флоккулянт, а соединение СДГ содержится в любой части или в обеих частях.
14. Способ очистки загрязненной воды, включающий стадии (ί) введения загрязненной воды в контакт с композицией по любому одному из предшествующих пунктов и (ίί) отделения от воды нерастворимого вещества.
15. Применение композиции по любому из предшествующих пп.1-13 для очистки загрязненной воды.