Использование природных минералов для обеззараживания питьевой воды

Рис. 4. Поверхность отрыва образца № 4

Поверхность отрыва образца КМЦ, содержащего пластификатор, представляет собой ряд как мелких, так и крупных ступенек (рис. 3).

Пленочные объекты, содержащие №-КМЦ с присадками, визуально более аморфны. Однако исследование пленок на порошковом рентгеновском дифрак-тометре фирмы RIGAKU показывает, что в различных образцах независимо от концентрации порошка АСД-1 наблюдается некоторое текстурирование. Этот эффект связан с наличием металлической фазы в структуре полимера. Можно предположить, что полимерные пленки, изготовленные на основе очищенной №-КМЦ без добавок, обладают сравнительно упорядоченной структурой, благодаря высокой степени замещения (степени замещения гидроксильных групп на карбок-симетильные группы).

В таблице приведены физико-механические характеристики (механическая прочность на разрыв -а, относительная деформация удлинения при разрыве -г) указанных объектов. Характеристики определялись в соответствии с методикой, изложенной в ОСТ 84-43471, на разрывной машине, обеспечивающей скорость движения подвижного захвата относительно неподвижного 2,5 мм/мин.

Можно предположить, что более высокие значения прочности (а) для пленок объясняются более

Синергетический эффект, описанный в работе [1], при обеззараживании воды пероксидом водорода в присутствии диоксидов марганца и титана,

высокой степенью кристалличности, а также наличием в них кристаллитов, состоящих преимущественно из частично замещенных звеньев и специфическим межмолекулярным взаимодействием.

Физико-химические характеристики пленок

№ образца а, МПа 8, %

1. Na-КМЦ 45 6

2. Ш-КМЦ+АСД-1 22 2

3. Na-КМЦ + глицерин 17 23

4. Na-КМЦ + АСД-1 +глицерин 30 15

Введение в состав пленок глицерина значительно увеличивает растяжение пленок без большого снижения их прочности. В случае реакции с глицерином возможны поперечные мостики, включающие глицерин. Практически все карбоксильные группы, не включенные в химические или прочные водородные связи, доступны для реакции [3]. Наличие дополнительных «ступенек», видимо, свидетельствует о включениях в исходную матрицу глицерина.

Добавка АСД-1 хотя и делает структуру матрицы более аморфной, имеет место резкое снижение эластичности, однако комбинация Na-КМЦ + АСД-1 +глицерин тем не менее позволяет реализовать наиболее приемлемый с точки зрения механических характеристик спектр величин прочности и относительной деформации. Следует отметить, что изготовленные авторами опытные образцы пленок с применением методов математического планирования эксперимента также указывают на оптимальность выбранной комбинации в пределах, достаточно близких к указанным.

Литература

1. Антонова Н.М., Кулинич В.И. и др./ Тез. докл. ХШ Рос-

сийского симпозиума по РЭМ. Черноголовка, 2003. С. 120.

2. Базарнова Н.Г., Ольхов Ю.Ф., Маркин В.И. Сравнительный анализ фазового и релаксационного состояния целлюлозы и карбоксиметилцеллюлозы по данным термомеханической спектроскопии // Материалы Всерос. на-уч.-техн. конф. Владимир, 2003.

3. Петропавловский Г.А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания. Ленинград, 1988.

4. Düring G., Banderet A.// Helv. Chim. Acta. 1950. Vol.33.P.1106.

г.

позволяет использовать для указанных целей следующие природные минералы: пиролюзит, рутил и гопкалит.

Каменский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (НПИ),

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) 24 февраля 2004

УДК 628.162.8:681.5

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ

ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

© 2004 г. И.А. Денисова, М.В. Игнатьев, С.В. Кондратова, В.В.Денисов

Для опытов использовались образцы минералов из коллекции горно-геологического факультета ЮРГТУ (НПИ). Образцы растирали в порошок и в концентрации 0,1 мг/л (пиролюзит) и 0,5 мг/л (рутил) использовали для интенсификации процесса разложения пероксида водорода (с концентрацией 0,4 г/л). Исходное число микроорганизмов Е. coli (K) составляло 1,2105 кл/л, температура воды - 22 °С. Результаты исследований проведены в трехкратной повторно-сти и представлены в табл. 1.

Таблица 1

Влияние пиролюзита, рутила и гопкалита на бактерицидную активность пероксида водорода

Препарат Концентрация, мг/л Число выживших бактерий после экспозиции, ч

0,33 0,5 1,0 2,0

Н2О2 400 3500 2080 310 110

Н2О2+пиролюзит 400+0,2 800 54 12 <3

Н2О2+рутил 400+0,8 1200 240 80 40

Н2О2+гопкалит 400+0,2 880 44 10 <3

Результаты опытов обрабатывались с помощью методов регрессионного анализа [2]. При этом сравнивалось 20 функций первого и второго порядка. Выбор осуществлялся по максимальному значению коэффициента линейной корреляции. Лучшие регрессионные зависимости для процесса обеззараживания приведены в табл. 2.

Таблица 2

Зависимости логарифма степени обеззараживания от времени экспозиции t

Препарат Коэффициент корреляции Вид уравнения log(K)=f(t), где t в мин

Н2О2 0,997 log

0,998 log

Н2О2+ пиролюзит 0,991 log

0,994 log

Н2О2+ рутил 0,992 log

0,998 log

Н2О2+ гопкалит 0,987 log

0,992 log

Как следует из зависимостей табл. 2, введение изученных минералов заметно усиливает (особенно гопкалит и пиролюзит) бактерицидную активность пероксида водорода, что представляет интерес в аспекте их применения в системах водоподготовки и водоотведения.

В промышленности и в военной практике достаточно широко используется катализатор на основе диоксида марганца и оксида меди. Катализатор под названием гопкалит служит для окисления оксида

углерода (СО) кислородом воздуха до диоксида углерода и применяется в противогазах, рудничных фильтрующих респираторах и приборах для контроля за содержанием СО в помещениях. Имеется информация о положительном опыте применения его для разложения озоно-воздушной смеси [3].

Учитывая выявленную эффективность диоксида марганца как катализатора разложения Н2О2 (что в конечном счете позитивно сказалось на бактерицидной активности последнего), было бы логичным апробировать гопкалит совместно с Н2О2 в процессе обеззараживания воды. Опыты проводились в условиях, аналогичных описанным выше, при этом таблетки гопкалита предварительно растирали до порошкообразного состояния. Результаты приведены в нижней строке в табл. 1.

Как следует из анализа полученных данных, сочетание пероксида водорода с порошком гопкалита оказалось немного эффективнее, нежели с пиролюзитом. В присутствии порошка гопкалита процесс разложения пероксида водорода в воде (рН 6,5) протекает намного быстрее, нежели без него на свету при 20 °С. Эффективность сочетания пероксида водорода с порошком гопкалита наглядно продемонстрирована на графике обратно параболических зависимостей логарифма степени обеззараживания (log K) от времени экспозиции t (рисунок). Повышенная бактерицидная активность смеси может быть объяснена образованием большого количества радикалов, которые губительно действуют на находящиеся в воде микроорганизмы.

Рис. 1. График зависимости логарифма степени обеззараживания от времени экспозиции

Другим положительным аспектом указанного сочетания является придание гопкалитом воде, прошедшей обеззараживание пероксидом водорода, способности длительно сопротивляться вторичному бактериальному загрязнению.

Соответствующие эксперименты проводили в две стадии. На первой стадии природную воду, содержащую 105 кл/л, вносили Н2О2 в концентрации 1 г/л. После гибели всех клеток воду разделили на две части: одну из них оставили под контролем на свету, с открытой поверхностью; во вторую внесли порошок гопкалита (0,2 мг/л), после чего также оставили на хранение в аналогичных условиях. Периодически воду подвергали микробиологическому анализу.

Как следует из анализа полученных результатов, вода, прошедшая обеззараживание только пе-роксидом водорода, уже на вторые сутки хранения вышла за границы санитарно-безопасной. Напротив, вода, в которой находился порошок гопкалита, успешно сопротивлялась бактериальному загрязнению.

Более того, даже искусственное инфицирование воды из расчета 102 кл/л через 1,5-2,0 сут было нейтрализовано, и вода вновь стала удовлетворять требованиям по бактериологическому показателю.

Данное явление можно объяснить тем, что при длительном контакте гопкалита с водой в ней обнаруживаются следы ионов Си2+, которые, как известно, характеризуются длительным бактерицидным последействием. Это обстоятельство, по нашему мнению, будет играть позитивную роль при реализации комбинированных методов обеззараживания воды в районах с жарким климатом.

В целях придания гопкалиту высоких бактерицидных свойств, которые способны длительно сохраняться, сообщая обеззараживаемой воде антибактериальную устойчивость, в порошок гопкалита были введены частицы металлического серебра. Эта технология состояла в следующем.

Гранулы гопкалита были растерты в порошок, в который при перемешивании ввели мелко раздробленное металлическое серебро (частицы диаметром менее 0,05 мм) из расчета 0,1 % (по массе) по отношению к основному веществу. Далее посредством введения дистиллированной воды получали пасту. Затем пасту подсушивали при температуре 105 °С в течение 1 ч и формовали в таблетки на прессе, после чего полученные таблетки загружали в реактор, через который с различной скоростью пропускали воду, инфицированную бактериями Е. coli из расчета 1,5-104 кл/л. Время контакта воды с катализатором составляло: 15, 30, 60 90 мин; температура воды поддерживалась равной 20°С на протяжении всего эксперимента.

Результаты исследований (в четырехкратной по-вторности) приведены в табл. 3.

Как следует из табл. 3, введение серебра позволяет уже через 1,5 ч сделать зараженную микроорганизмами воду безвредной. Добавим к этому, что бактерицидное последействие проявляется в течение 15-20 сут, что, очевидно, связано с частичным переходом ионов серебра в воду.

Таблица 3

Бактерицидная активность гопкалита, промотивированного серебром

Время контактирования, мин Содержание микроорганизмов в воде после контакта с катализатором

Номер опыта Среднее

1 2 3 4 значение

15 2500 3100 2700 2400 2670

30 280 290 310 260 270

60 15 25 20 12 18

90 3 2 4 3 3

По приведенным в табл. 3 данным были построены эффективные регрессионные зависимости числа микроорганизмов в воде

__9,156-0,096 г „ /1Ч

К = е , или

1ояК) = 0,00026 г2 - 0,065 г +4,228.

Расчетные значения, полученные с помощью зависимости (1), при сравнении с опытными данными имеют коэффициент корреляции, равный 0,998. А значение коэффициента корреляции для зависимости (2) равно 0,997.

Полученные регрессионные зависимости в табл. 2 и зависимости (1), (2) значимы по критерию Фишера на уровне 0,1 %.

Таким образом, в результате несложных операций по введению в гопкалит небольших количеств серебра можно получить препарат, катализирующий процесс отмирания нежелательных для человека микроорганизмов в воде и по зависимостям (1), (2) оценить его бактерицидную активность.

Литература

1. Денисова И.А. Применение катализаторов в системах

водоподготовки, используюшдх пероксид водорода и озон, для повышения их эффективности и экологической безопасности: Дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2002.

2. Фёрстер Э., Рёнц Б. Методы корреляционного и регрессивного анализа. М., 1983.

3. Никоноров А Н., Новаковский Н С., Щедров М.С. и др. Катализатор для разложения озона // Водоснабжение и санитарная техника. 1961. № 8 . С. 12-16.

Новочеркасский военный институт связи,

Новочеркасская государственная мелиоративная академия 12 февраля 2004 г