CC BY
37
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 628.162.9
БАКТЕРИЦИДНАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ МЕДНОГО КУПОРОСА И СУЛЬФАТА СЕРЕБРА
© 2005 г. И.А. Денисова
В практике питьевого водоснабжения, особенно полевого, достаточно широко используются готовые бактерицидные препараты, выпускаемые в виде порошков или относительно концентрированных растворов. К первым относятся, например, такие хлорсо-держащие препараты, как «Пантоцид», нейтральный гипохлорит кальция (НГК), дветретиосновная соль гипохлорита кальция (ДТС ГК), хлорная известь и др. Указанные препараты широко применяются в войсковой практике, особенно в зоне военных конфликтов. К ним относятся прежде всего НГК (содержит около 70 % активного хлора), а также ДТС ГК (до 55 % активного хлора [1].
В качестве дезинфицирующих в основном используются растворы гипохлорита натрия, к которым в последнее время обращено особое внимание, поскольку по своим показателям, в частности экологическим и санитарно-гигиеническим, они превосходят традиционный дезинфектант - жидкий хлор [2 - 5]. В то же время, поскольку они содержат активный хлор, их применение сопровождается негативными последствиями для здоровья человека, а также других компонентов биосферы [6, 7].
В свете вышеизложенного растет интерес в направлении поиска иных готовых форм бактерицидных препаратов, достаточно эффективных и в то же время не имеющих недостатков, присущих хлорсодержащим препаратам (особенно в аспекте образования в воде вредных хлорорганических соединений).
С учетом полученных данных об относительно высокой удельной бактерицидной активности ионов серебра (I) и меди (II) [8] нами изучены некоторые свойства их смеси. Последняя готовилась из сухих порошков С^04-5И20 и Ag2SO4 (марки ч.д.а.) в соотношении Си2+ : Ag+ = 50 : 1.
В целях проверки бактерицидной активности серебряно-медной смеси (СМС) в стерилизованную воду вносили 1,97 мг порошка СМС, что в расчете на 1 л создавало концентрации ионов: меди - 0,5 мг, серебра - 0,01 мг. Далее воду инфицировали бактериями Е.соИ с концентрацией - 104 кл/см3. Опыты по обеззараживанию проводили в течение 2 ч при температуре 19 °С с периодическим отбором проб воды на микробиологический анализ. Результаты приведены на рис. 1.
lg (N/No)
-1
-2
-3
-4
20 40 60 80 100 т, мин
Рис. 1. Бактерицидная активность ионов серебра (1), СМС (2) и МСР (3)
Как следует из анализа полученных данных, активность бактерицидной смеси заметно превышает индивидуальную активность ионов серебра (0,01 мг/л), что позволяет по истечении 2 ч практически полностью освободить воду от микроорганизмов.
Последующий (после 10 дней выдержки) анализ показал, что вода, содержащая смесь ионов Си2+ и Ag+, оставалась безопасной по микробиологическому показателю (коли-индекс < 3).
На следующем этапе нами проведено исследование бактерицидных свойств заранее приготовленного относительно концентрированного раствора, содержащего указанную смесь дезинфектантов. Раствор готовили путем растворения в дистиллированной воде навесок медного купороса и сульфата серебра в соотношении Си2+ : Ag+ = 50 : 1. 1 л указанного раствора содержал 25,0 г ионов Си2+ и 0,5 г - ионов Ag+.
На рис. 1 (кривая 3) приведены значения бактерицидной активности медно-серебряного раствора (МСР), взятого после хранения в течение суток в количестве из расчета создания в обеззараживаемой воде концентраций ионов меди и серебра 0,5 и 0,01 мг/л соответственно.
Сопоставление значений бактерицидной активности сухой смеси (СМС) и концентрированного МСР показывает, что этот важнейший показатель практически идентичен для обоих дезинфектантов, но во
всех случаях оказался выше, нежели для отдельно взятых ионов серебра.
Использование относительно концентрированного раствора дезинфектантов имеет в ряде случаев преимущества перед сухой смесью: облегчается дозирование в обеззараживаемую воду, быстрее происходит выравнивание концентраций бактерицидно активных ионов, возможно быстрое начало процесса обеззараживания воды, исключение слеживаемости порошка во влажной атмосфере, а также затруднение хищений. Одного литра указанного концентрата, согласно расчетам, достаточно для обеззараживания и последующего длительного хранения 50 м3 воды.
Длительность сохранения бактерицидных свойств является важным показателем эффективности дезин-фектанта, поскольку позволяет создавать запасы его на непредвиденный случай.
В соответствии с вышеизложенным нами были поставлены специальные эксперименты, в проведении которых использованы рекомендации работы [9].
Объектом исследования служила предварительно простерилизованная природная вода р. Аксай. После этого часть ее длительно хранилась в холодильнике при средней температуре 4 °С, а другая в герметичной, предварительно продезинфицированной посуде в темноте при комнатной температуре. Она предназначалась для текущих опытов.
В качестве бактерицидного препарата служил концентрат СМР: свежеприготовленный, а также после 5, 15, 30, 40 и 50 сут хранения. В испытуемую порцию воды, инфицированную микроорганизмами Е.соИ (из расчета 104 кл/см3), вводили такое количество комплекса, которое отвечало содержанию ионов Си2+ и Ag+ в обеззараживаемой воде на уровне 0,5 и 0,01 мг/л соответственно. Температура воды в опытах поддерживалась равной 19 + 1 °С, для чего (при необходимости) использовался лабораторный термостат.
На первом этапе исследований для препаратов различного срока хранения (в закрытой посуде с притертой пробкой и в темном месте) определялось время, которое обеспечивало полное отмирание микроорганизмов. Далее в координатах ^ (Л/Л0) - т находились соответствующие зависимости. При этом удельная активность свежеприготовленного препарата принималась за 100 %.
На следующем этапе сравнивалась бактерицидная активность проб СМР различного срока хранения, для этой цели строился график (рис. 2).
Анализ рис. 2 показывает, что имеет место замедленное снижение бактерицидной активности (до 30 -40 сут хранения), после чего падение последней ускоряется. При этом повышение температуры хранения способствует в большей степени снижению бактерицидной активности препарата.
Обнаруженное явление может быть объяснено, по нашему мнению, гидратацией катионов Ag+ и Си2+, а также связыванием части бактерицидно активных ионов Ag+ в малодиссоциирующее и относительно малоактивное в бактерицидном отношении соединение - хлорид серебра [10, 11]. Тем не менее, можно
сделать вывод, что препарат МСР в течение 20-30 сут хранения в темноте в герметической таре в интервале 4 - 20 °С сохраняет свою бактерицидную активность на достаточном (с практической точки зрения) уровне.
о4
а
100 75 50 25
Л
Иг
м о
1
2
10 20 30 40 50 60 т, сут
Рис. 2. Изменение бактерицидной активности сухой смеси (1) и раствора МСР (2) во времени при температуре хранения: 1 - 4 °С (2), 2 - 19 + 10 °С (3)
На рис. 2 (кривая 1) показан характер бактерицидной активности порошка СМС в зависимости от времени хранения. Предварительно смесь подвергалась высушиванию в течение 3 ч при температуре 105 °С в сушильном шкафе, после чего хранилась в темноте в герметичной таре.
Как следует из полученных результатов, бактерицидная активность порошка СМС мало изменяется во времени, что позволяет длительно (по крайней мере 2 месяца) хранить ее до употребления.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 04-06-96802р 2004 юг-а).
Литература
1. Руководство по полевому водоснабжению войск. М.,
1985.
2. Кульский Л.А., Гребенюк В.Д., Савчук О.С. Электрохимия в процессах очистки воды. Киев, 1987.
3. Усольцев В.А., Соколов В.Д., Краснова Т.А. Водоподго-товка с использованием гипохлорита натрия // Водоснабжение и сан. техника. 1994. № 11. С. 8 - 9.
4. Кудрявцев С.В., Бабаев А.А., Фесенко Л.Н. Исследование электрохимического способа получения растворов гипохлорита натрия в электролизере проточного типа // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. № 2. С. 81 - 83.
5. Фесенко Л.Н. Научное обоснование, разработка технологий очистки и дальнейшего использования вод, содержащих йод, бром, сероводород: Дис. ...д-ра техн. наук (05.23.04). М., 2004.
6. Краснова Т.А., Усольцев В.А. Экологические и экономические аспекты использования технического гипохлори-та в практике водоподготовки // Водоснабжение и сан. техника. 1994. № 11.
7. Николаев Н. В. Водоочистные станции для систем малого водоснабжения // Мелиорация и водное хозяйство. 1999. № 1. С. 20 - 23.
8. Хасанов М.Б. Повышение уровня экологической безопас-
ности систем питьевого и оборотного водоснабжения,
использующих озон: Дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2001.
9. Дрововозова Т.И. Бактерицидные препараты для улучшения качества воды и энергосбережения при пастеризации молока: Дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 1998.
Теоретическое обоснование формирования профилей ФРОВ в морской воде согласно литературным данным до настоящего момента не проводилось. Поэтому попытка объяснения формирования такого профиля и его математическое обоснование представляют большой интерес как для понимания процессов, происходящих в морской среде, так и для решения ряда прикладных задач, включая проблемы оптики океана.
Одна из моделей вертикального распределения флуоресцирующего растворенного органического вещества в морской среде была рассмотрена нами в работе [1] на основе общего подхода, связанного с конвективным переносом. При построении этой модели считалось, что ФРОВ появляется в результате реакции типа Мэйара и при выделении фитопланктоном внеклеточных продуктов своей жизнедеятельности. В этой модели вертикальное распределение ФРОВ образует профили, близкие к постоянной концентрации, что качественно не согласуется с результатами наблюдений. Более того, экспериментальные результаты, полученные после центрифугирования проб МВ [2] позволяют считать, что механизм появления ФРОВ в морской среде иной. Эти многолетние исследования и рассмотренное модельное представление дали повод для пересмотра устоявшейся теории происхождения ФРОВ в морской воде и рассмотрения новой модели формирования профилей ФРОВ.
Цель данной работы состоит в вычислении профилей ФРОВ в морской воде и сравнении с экспериментальными данными.
В настоящей модели было принято, что растворимое флуоресцирующее органическое вещество образуется в частицах разноразмерной органической взвеси, в частности в клетках фитопланктона, где для этого существуют самые благоприятные условия. Выделение в морскую среду происходит в результате диф-
10. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. Киев, 1991.
11. Токарев В.И. Технология обеззараживания питьевой воды препаратами серебра: Дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 1997.
г.
фузии и вымывания из разрушающейся от старения и действия бактерий органической взвеси в процессе ее седиментации, т.е. имеет место эффект трассировки. При постановке задачи принималось, что размеры ФРОВ соответствуют размерам РОВ и составляют величину порядка 1 мкм. Такое представление позволило рассматривать ФРОВ как флуоресцирующие частицы. В связи с отсутствием концентрационного тушения флуоресценции РОВ в морской воде концентрация ФРОВ пропорциональна интенсивности флуоресценции РОВ. Это дает возможность сравнивать рассчитанные профили концентрации ФРОВ с экспериментально наблюдаемыми профилями ИФ РОВ.
Для решения задачи о трассировке растворимого флуоресцирующего органического вещества из органической взвеси необходимы данные о величине коэффициента диффузии и законе изменения прозрачности стенок органической взвеси с течением времени. В настоящее время отсутствуют достоверные данные о параметрах, определяющих скорость истечения растворимого органического вещества из органической взвеси. В этой связи мы аппроксимировали скорость истечения флуоресцирующих частиц из частиц органической взвеси функцией вида
¥ы = Аехр(- ос/)Л (1)
отражающей основные тенденции зависимости от времени числа частиц, покидающих органическую взвесь. Данное выражение с погрешностью до ~10 % аппроксимирует аналогичную функцию в задаче об изотропной диффузии конечной массы диффундирующего вещества, первоначально сосредоточенного в сфере радиуса Я [3]. В формуле (1) А - нормировочная константа, связанная с числом N флуоресцирующих частиц в частицах органической взвеси в начальный момент времени очевидным соотношением
|VN (Г)Л = N . (2)
0
Новочеркасское высшее военное командное училище связи 21 февраля 2005
УДК 551.463
ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ ФЛУОРЕСЦИРУЮЩЕГО РАСТВОРЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В МОРСКОЙ СРЕДЕ
© 2005 г. А.И. Лактионов, З.И. Мезох, В.Л. Панютин, В.И. Чижиков
