Технология обеззараживания питьевой воды препаратами серебра

Токарев, Владимир Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Технология обеззараживания питьевой воды препаратами серебра
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Технология обеззараживания питьевой воды препаратами серебра"

сто-

на правах рукописи

ТОКАРЕВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОИ ВОДЫ ПРЕПАРАТАМИ СЕРЕБРА

Специальность: 11.00.11 - «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 1997

Работа выполнена на кафедре химии и прикладной экологии Новочеркасской государственной мелиоративной академии (НША) Научный руководитель- доктор технических наук, профессор, заслуженный

деятель науки и техники РФ В.В. Денисов Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный

деятель науки и техники РФ С.Н.Линевич; кандидат технических наук, старший научный сотрудник A.B. Кувалкин

Ведущая организация - Министерство сельского хозяйства, перера-батывапцей промышленности и торговли правительства Ростовской области

Защита состоится в 10 час 28 ноября 1997 года на заседании диссертационного совета К 120.76.01 в Новочеркасской государственной мелиоративной академии по адресу: 346409, г.Новочеркасск Ростовской области, ул. Пушкинская,111, аудитория 236.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью предприятия, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан 25 октября 1997года

Ученый секретарь

диссертационного совета, Г.Н. Мартыненко

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный мелиоратор РФ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ухудшение качества природных вод, связанное с прогрессирующим загрязнением гидросферы антропогенными отходами, снижением эффективности работы очистных сооружений на фоне уменьшения инвестиций в развитие природоохранных технологий в России неизбежно приводит в свою очередь к снижению качества питьевой воды и, естественно, напитков, вырабатываемых на ее основе. Особое беспокойство при этом вызывает бактериальное загрязнение вода, поскольку с последней в организм попадают патогенные микроорганизмы, способные вызвать различные весьма опасные заболевания (холера, Срппнсй тиф, массовая дизентерия и др.). В то же время появляется все большее число данных о недостаточной эффективности существующих методов очистки питьевой воды от вирусно-бактериального загрязнения, к чему следует добавить ухудшение технико-экономических показателей, связанное в первую очередь с ростом затрат на электроэнергию (особенно озонирование) и приобретением бактерицидных препаратов.

В соответствии с вышеизложенным остро стоит задача поиска новых нетрадиционных дезинфектантов, применение которых, во-первых, снимет остроту указанных проблем, во-вторых не вызовет к жизни новую проблему - вторичное, подчас не менее опасное, загрязнение питьевой воды. Такой подход, очевидно, находится в полном соответствии с проектом Закона РФ «Об обеспечении населения питьевой водой», который устанавливает правовые, организационные и экономические положения, направленные на реализацию права граждан России на обеспечение качественной питьевой водой.

Работа выполнялась в соответствии с государственной программой «Экологическая безопасность России» Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов и региональной программой «Дон» (1997 - 2000гг.).

Цель работы состояла в том, чтобы всесторонне изучить бактерицидные свойства препаратов серебра применительно к природной донской воде и разработать технологические основы их применения

в процессах обеззараживания вода и производства напитков улучшенного качества на ее основе.

Достижение намеченной цели осуществлялось при решении следующих задач: исходя из критического анализа экслого-экономических и санитарно-гигиенических показателей существующих методов обеззараживания выбрал» главный критерии целесообразности использования тех или иных бактерицидных препаратов; схххэставить бактерицидную активность различных препаратов и найти условия (в т.ч. и экономические), в которых препараты серебра проявляют наибольшую удельную активность; установить Закдаа-крдастги процесса обеззараживания воды препаратам! серебра, а также особенности его механизма и на их основе провести необходимее технологические расчеты; разработать, технико -экономически обосновать и внедрить принятые технологические решения на конкретном предприятии пищевой индустрии.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются природная донская вода, модельные водные растворы, бактерицидные препараты серебра (электролитически полученные ионы, AgN03, AgaSO,, [Ag(NH3)2]*, AgCL, Ag2C03, AgBr, AgJ), санитарно-показательные микроорганизмы E.coli, озон, хлор, пероксид водорода, ионы Cu(II), Mn(VTl), Уф- лучи, УЗ- волны (как бактерицидные агенты).

Метода исследования включали: критический анализ результатов других авторов, аналитические исследования, постановку экспериментов в лабораторных и промлпленных условиях, обработку полученных результатов методами математической статистики и их сопоставление с известными характеристиками научно-технических решений, принятых в качестве базовых.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением стандартных аналитических методов и подтверждена результатами экспериментальных исследований, получением прогнозируемых результатов при внедрении на производстве.

Научная новизна и ценность работы для теории состоит в следующем:

сформулирован и обоснован критерий выбора дезинфектанта «физиологически безвредное последействие - адекватные затраты» и на его основе дана критическая оценка существующих методов обеззараживания воды, предназначенной для питьевых целей; применительно к природной донской воде установлено, что: в сопоставимых условиях препараты серебра проявляют наибольшую удельную бактерицидную активность по сравнению с другими дезинфектантами; по данному показателю установлено наличие заметной бактерицидной активности малодиссоциирукщих солей серебра; найдены математические закономерности влияния основных технологических параметров на процесс обеззараживания воды препаратами серебра; изучен феномен длительного бактерицидного последействия препаратов серебра, использованных для обеззараживания воды; предложен вероятный механизм этого явления.

Практическое значение работы заключается в следующем: на основе предложенной кинетической модели процесса обеззараживания донской воды различными препаратами серебра определены параметры, позволяющие достигать заданных значений глубины дезинфекции вода; разработаны основы энергосберегающей технологии обеззараживания природной воды препаратами серебра, определены оптимальные условия применения последних, предложены схемы и конструкции специальных устройств для генерадаи ионов серебра и дозирования препарата в водный поток; найдены условия повышения бактерицидной устойчивости вода путем введения малых количеств препаратов серебра на заключительной стадии обеззараживания вода традиционными дезинфектантаыи; исключается возможность вторичного химического загрязнения воды, инициированного введением бактерицидного препарата; улучшаются тем самым органолептические показатели воды и напитков на ее основе; осуществлен выпуск новых видов продукции на основе воды, содержащей ионы серебра, обладали« высокими потребительскими качествами.

Реализация работы. Научные результаты работы использованы для тех-

нико-эконоыического обоснования выпуска новых видов продукции с улучшенные* потребительскими качествами в АО «Новочеркасская водка». В 199597гг. осуществлен выпуск такой продукции (5 изделий) на общую сумму 16,98 млрд.руб., в т.ч.:1995г.- 4,27; 1996г.- 7,5;1997г.- 5,21 мпрд.руб.

Апробация работы и публикации. Основное содержание работы и полученные результаты докладывались, обсуждались и положительно оценены на заседаниях технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области (1996, 1997гг.), научно-технической конференции аспирантов и студентов НГМА (1997г.), научной конференции НВВККУС и УВВИУС (г.Новочеркасск, г.Ульяновск, 1997г.).

По теме диссертации опубликовано 15 научных работ и нормативно-технических документов.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации - 272 стр., в том числе: рисунков 39, таблиц 68, приложений - 79 стр.. Список использованной литературы включает 207 наименований.

Автор выражает благодарность доценту НГМА А.П.Москаленко за консультацию при подготовке экономического раздела работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1) Во введении отмечается актуальность, научная новизна и практическая ценность исследований, определены цепи и задачи настоящей работы. Глава 1. ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР). Выполненный анализ литературных данных, а также практика во-доподготовки позволили сделать следующие выводы:

1) Такие, в целом неплохо зарекомендовавшие себя с точки зрения эффективности, методы обеззараживания воды как хлорирование, озонирование, обработка ультразвуком и УФ-лучами, характеризуется относит ель-

ко высокими энергозатратами, подчас весьма опасными условиями работы для обслуживающего персонала и жизнедеятельности проживающего в непосредственной близости населения, а также большим расходованием материалов и реактивов, потребностью в значительных технологических площадях, складских помещениях и подъездных путях (что особенно присуще первым двум методам) ;

2) Поскольку в природной воде из года в год неуклонно возрастает количество органических примесей, в т.ч. высокомолекулярных соединений, применение бактерицидных препаратов, обладающих высокой окислительной способностью (озон, хлор и некоторые другие), инициирует появление в воде вторичных загрязнителей, которые могут оказаться для человека еще более опасными;

3) При выборе методов обеззараживания природной воды, особенно предназначенной в перспективе для производства пищевой продукции повышенного качества, существенным является недопущение ухудшения вкусовых качеств воды под влиянием прямого или косвенного воздействия используемых препаратов;

4) Наконец, ужесточение санитарно-гигиенических требований к качеству питьевой воды, закрепленное законодательно, в свою очередь, вводит ограничение на величину концентраций ряда применяемых препаратов (например, ионы марганца(VI) и меди(И)) значениями, не выходящими за пределы нормативов ПДК.

В силу вышеизложенного и исходя из концепции «физиологически безвредное последействие - адекватные затраты» следует, по нашему мнению, уделить внимание препаратам серебра, которые (наряду с высокими бактерицидными свойствами, имегацими место при относительно низких концентрациях) обладают важной отличительной способностью: сохранять высокие вкусовые качества воды в течение длительного времени. К этому следует добавить хорошую «репутацию» серебра, укрепив-

шуюся в массовой сознании, благодаря позитивному многовековому опыту применения его как консерванта воды, безалкогольных и алкогольных напитков, а также признанию за серебром хороших лечебно-профилактических свойств. Последнее обстоятельство представляется весьма важным и с позиций маркетинга: реклама будущих напитков, облагороженных серебром, будет восприниматься с обоснованным доверием.

Глава 2. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ОБЕЗАРАЖИВАНИЯ

ВОДЫ ПРЕПАРАТАМИ СЕРЕБРА.

Литературный обзор выявил и ряд нерешенных вопросов. Они обусловлены, в частности тем, что исследователи стремились в основном к количественному накоплению фактов положительного проявления серебра как дезинфектанта воды и консерванта различных видов пищевых продуктов. При этом приносилась в жертву необходимость углубленного изучения феномена повыпенной бактерицидной активности шлых доз серебра.

В первом разделе главы дано описание генератора ионов серебра, методов исследования, видов измерительной аппаратуры, методики определения серебра в растворе. Микробиологическим тест - объектом служила культура E.coll. Определение числа микроорганизмов производили в соответствии с ГОСТ 18963-73 «Вода питьевая. Метода сани-тарно-бактериологического анализа».

Анализируя литературные данные, весьма трудно объективно сопоставить значения бактерицидной активности ионов серебра (и других препаратов на его основе) с другими дезинфектантами. Это связано, с одной стороны, большой протяженностью во времени выполненных различными учеными исследований (отсюда разница в методиках, трудность доступа к информации, прежде всего связанная с разрушением единой информационной системы), а с другой - ухудшением во времени химических и санитарно-бактериологических показателей природной воды, использованной в экспериментах. Все эти обстоятельства заставляют провести сравнение бактерицидной активности различных по

своей природе веществ в возможно близких условиях.

Поскольку исследования последних лет по определению бактерицидной активности хлора, озона, пероксида водорода, брома и йода, а также ионов Cu(II), и Mn(VII) были проведены с дистиллированной водой, в которую вводили 0,9% NaCl, с последупдам заражением бактериями E.coli в пределах 104...107 кл/см3, нами на первой стадии была определена бактерицидная активность препаратов серебра: электролитически полученных ионов Ад* (далее Ад*,,,), нитрата и сульфата, а также аммиачного комплекса серебра именно в указанных условиях.

На второй стадии проводили сопоставление бактерицидной активности изученных нами и известных по литературным источникам дезинфектантов. С этой целью вначале рассчитывали среднюю скорость процесса отмирания микроорганизмов К :

K=(Nt/N„)/T, (1)

где N0 и Nt -соответственно исходное и вьиившее количество клеток; т - время наблюдения (экспозиции), мин.

Далее определяли удельную бактерицидную активность Кул в расчете на 1 мг используемого дезинфектанта.

Некоторые из полученных нами данных представлены на рисунке 1 и таблице 1.

Анализ бактерицидных свойств изученных препаратов серебра для различной степени зараженности воды выявил уйлвакший ряд бактерицидной активности: [АдЧап > [Ад*]АдМОз> [Ag'^so. > [Ад'1 [Ад(ШзЫ* Следует отметить, что по истечении 10-15 мин количество микроорганизмов снижается почти на 2-3 порядка, что свидетельствует о высокой бактерицидной активности препаратов серебра.

Сравнительный анализ бактерицидной активности различных дезинфектантов показал (таблица 1), что в сопоставимых условиях наибольшее ее значение отмечается для озона, причем в первые же мину-

Рисунок 1-Бактерицидная активность препаратов серебра при зараженности 10* кл/см5 (концентрация ионов Ад* в препаратах 0,05 мг/дм3) .

ты действия. Тем не менее, более высокое значение КуД имеет место для препаратов серебра и в первую очередь [Ад*],л.

В дальнейшем было проведено изучение влияния концентрации ионов серебра на бактерицидную активность различных препаратов, их содержащих. Условия опытов: концентрация Ад* 0.05... 1.0 мг/дм3, К> до Ю'кл/дм3, температура 20£0.5 °С.

Анализ полученных данных позволил заключить, что с ростом концентрации ионов серебра закономерно возрастает скорость отмирания микроорганизмов, но снижается соответственно Кд,. Если сравнивать значения бактерицидной активности препаратов серебра и озона, мзжно отметить, что в сопоставимых условиях с повышением концентрации Ад* (начиная от 0,1...0,25мг/да3) преимущества серебра (имеется в виду К^) теряется. При меньших же концентрациях значения указанного показателя для препаратов серебра существенно выпе и их применение для целей обеззараживания предпочтительнее.

Далее проведено математическое моделирование процесса обеззаражива-

кия вода препаратами серебра, что будет полезно при прогнозировании глубины обеззараживания и обосновании технологических расчетов.

Таблица 1- Сводные данные бактерицидной активности различных препаратов

Препарат и его концентрация Скорость отмирания микроорганизмов, мин"1 Удельная скорость отмирания Кул, мин"1/ (мг/дм3)

Электролитически полученные ионы серебра ((Ад*]=0, 05мг/дм3 1,3-Ю"1 2, 6

Нитрат серебра {[Ад'] =0, ОЭмг/дм3) 9,3 • 10"2 1, 96

Сульфат серебра( [Ад*]=0, ОБмг/дм3) 7,1 • 1СГ2 1,42

Аммиакат серебра ([Ад*]=0, ОЗмг/до3) 6,8 • 10"2 1,36

Пероксид водорода (100мг/дм3) 1,5 ' 10"г 1,5 ЧО"4

Хлор (0, 5мг/дм3) 2,5 " 10'1 0,5

Бром (1,Змг/дм3) 5,8 " 10"г 0,043

Йод (1,8мг/дм3) 0, 32 0,177

Озон (2,19мг/дм3)-первые 7мин 0,78 0,35

Сульфат меди( [Си2*]=1, Омг/дм3) 0,063 0, 063

Перманганат ([Мп*7] =0,1мг/дм3 0,1 1,0

Описание процесса обеззараживания вода различными препаратами, содержащими Ад*, проводили на основании уравнения Chick-Watson С° ' Т = Кр , (2)

или после логарифмирования

lg Т - -п- Lg С + lg К,, , (3)

где: С - удельная массовая концентрация ионов серебра, мг/дм3; Т - время экспозиции для достижения необходимого обеззараживающего эффекта;

п - константа, соответствующая наклону кривой инактивации для данного микроорганизма при заданных С и Кр?

Кр - константа резистентности микроорганизма в отношении данного обеззараживающего агента.

Если отложить на графике зависимость С от т в двойном логарифмическом масштабе, можно найти значения п и К^, (п *■ tga, а значение Кр

определяется из равенства 1д Т = 1д при С = 1 (1дС = 0) ) .

С учетом полученных коэффициентов описание процесса обеззараживания воды, для концентраций 0,01...1,0 мг/дм3 можно проводить по уравнениям:

С0'" • Т59,э= 14,0 (обеззараживание на 99,9%) (4)

С0'35 • Т99,9з= 19,0 (обеззараживание на 99,99%) (5)

Отметим, что согласно литературным данным, если п>1, то концентрация дезинфектанта является доминирукшим фактором при определении скорости инактивации.

Известно, что на процесс обеззараживания волы значительное влияние оказывает реакция среды. Подчас именно значением рН обеззараживаемой воды определяется выбор дезинфектанта, а также условия его применения. В соответствии с вышеизложенным, а такта с целыо нахождения условий и границ применения разрабатываемых нами дезинфектантов изучено влияние рН на бактерицидную активность последних.

Полученные нами результаты позволили установить количественные характеристики: понижение рН на единицу удлиняет время отмирания мгарсорганизмзв в 1,6 раза. При этом падение бактерицидной активности аммиачного комплекса с уменьшением рН выражено слабее, нежели для [Ад*]эл, особенно ярко проявляющееся при рН <6. Данное обстоятельство, по нашему мнению, позволит несколько расширить область применения дезинфектантов, содержащих серебро.

Температура, при которой проводится обеззараживание, важный кинетический параметр, позволяющий найти оптимальные условия ведения процесса и тем самым достичь в реальных условиях наилучших технико-экономических показателей.

Анализ полученных данных показывает, что с ростом температуры на каждые 10°С (в интервале Ю...40°С) бактерицидная активность ионов серебра возрастает примерно в 1,5 раза. Это находится в хорошем согласии с литературными данными. Для аммиачного комплекса серебра сокращение времени отмирания бактерий составляет в среднем 1,9 раза при увеличе-

нии температуры на каждые 10°С в исследованном интервале. Можно сделать предположение о наличии определенных различий в механизме воздействия изученных дезинфектантов на микроорганизмы E.coli.

Как известно, от исходного числа микроорганизмов а природной воде зависит качество питьевой воды, а также выбор параметров процесса обеззараживания для достижения заданной глубины дезинфекции. В то же время количество микроорганизмов в природной воде может сильно колебаться в зависимости от тех или иных условий. Опыты проводили с водой, искусственно зараженной бактериями E.coli в концентрации Ю'.ЛО'кл/см3. Глубина обеззараживания задавалась равной 99,99%, температура - 20°С, концентрация ионов серебра - 0,1 и 1,0 мг/дм3.

Анализ полученных данных позволил установить следующую зависимость: при увеличении микроорганизмов на один порядок время, требуемое для обеззараживания на 99,99%, увеличивается в среднем (в изученном диапазоне) в 1,3 раза.

Снижение во времени бактерицидной активности препаратов, содержащих Ад", обычно связывают с образованием и постепенным накоплением практически не растворимого АдС1. Кроме того, как известно, во многих водах (природных, а также искусственных минеральных) содержатся не только ионы С1~, но и ионы СОз2", Вr~, J~ и др. При введении в такие системы препаратов, содержащих Ад* , часть последних будет связана тем или иным анионом с образованием соответствупцих малорастворимых солей. Учитывая вышеизложенные соображения, полезно и в теоретическом и практическом аспектах изучение бактерицидной активности указанных солей. Условия проведения опытов: концентрацию солей (марки ч.д.а) в расчете на Ад* изменяли в пределах 0,001—1,0 мг/дм3, температура составляла 20°С, зараженность воды (дистиллированной) - 101 кл/дм3.

Анализ полученных данных свидетельствует о наличии бактерицидной активности исследованных препаратов, более заметной у хлорида серебра: она со-

поставила с таковой ионов »ели (II). Повыпение концентрации солей (а следовательно и ионов Дд+ в обеззараживаемой воде) вызывает соответствующие увеличение их бактерицидной активности. В целом указанный выпе показатель для изученных препаратов на 2-3 порядка ниже такового, отмечаемэго для хорошо растворимых солей серебра, как АдШэ и Ад2БО<. Имеется определенная корреляция между значениями произведения растворимости и бактерицидной активности: увеличение ПР способствует и усилению последнего свойства. Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЕЗЗАРАЖИНИЯ

ВОДЫ ПРЕПАРАТАМИ СЕРЕБРА На данном этапе изучалась бактерицидная активность препаратов, содержащих серебро, применительно к реальному объекту - природной воде (водозабор г.Новочеркасска) и определялись основные технологические параметры процесса обеззараживания.

Вначале проведен анализ санитарно-эпидемиологических показателей реки Дон, которая является основным источником питьевого водоснабжения Ростовской области, в том числе и г.Новочеркасска. На основании официальных источников последних лет отмечается усиление химического загрязнения, которое сопровождается и бактериальным. Последнее обстоятельство способствует увеличению острых кишечных инфекций.

Существупцая в г.Новочеркасске традиционная технология водообработки (коагуляция, отстаивание, обеззараживание хлором) не в полной мере обеспечивает получение воды приемлема го качества, она жесткая и содержит много остаточного хлора. За 5 лет доза хлора, вводимого в питьевую воду, увеличилась с 1 до 2,5 мг/дм3. Вце в 1993г. руководителями городского центра Госсанэпиднадзора был сделан вывод, что по коли-индексу и индексу коли-фага источники водоснабжения мэгут Сыть отнесены к зонам чрезвычайной экологической ситуации. В результате наблюдений специалистов центра было установлено, что в последние 8-10 лет за счет систематического потребления некондиционной водопроводной вода, участились онкологические заболевания, токсикозы у беремен-

ных женщин, кариес зубов (в частности из-за нехватки фтора в воде и др. При этом экономический ущерб от заболеваемости населения только по Сынпему Первомайское району (окош 70 тыс. жителей), связанный с водньм фактором составил 719 млн.руб. (в ценах на 01.09.93г.), из которых на детское население приходится более 27 млн.руб. Исходя из вышеизложенного, врачи-гигиенисты и ученые настоятельно рекомендуют заменить опасный обеззараживапций реагент -хлор на другой, мэнее опасный, наприжр, озон.

Практика работы установок электролитического получения ионов серебра указывает, что характер процесса зависит как от состава примесей воды, так и от условий электролиза. Это обстоятельство и обусловило необходимость выполнения специальных исследований, на основании которых возможна более объективная разработка технологических параметров обеззараживания воды с учетом экономических и эколого-гигиенических факторов.

Проведенное исследование зависимости выхода серебра по току от концентрации основных анионов, а также влияния анодной плотности на выход серебра по току позволило установить, что для того, чтобы обеспечить последний параметр выше 80%, следует поддерживать плотность тока ниже 7 ыА/см2 (и около 2 мА/см2 - для 90%) .

Из литературы известно, что хлорид- и сульфат-ионы в существенной степени влияют на бактерицидную активность ионов Ад*. При этом содержание указанных компонентов в воде, предназначенной для питьевых целей жителям г.Новочеркасска достигает в отдельные годы 200 и 600 мг/дм3 соответственно. С учетом вышеизложенного нами было проведено изучение указанных анионов (порознь и при совместном присутствии) на бактерицидную активность препаратов серебра, вводимлх в модельные растворы и сырую воду. При этом концентрации хлорид -иона изменяли в пределах 20...300, а сульфат-иона- 25...600 мг/дм3. Анализ полученных данных показывает довольно сильное падение бактерицидной активности ионов серебра с ростом концентрации изученных анионов, что особенно характерно для хлорид-ионов. Полное обеззараживание вода заметно удли-

няется во времени: так, при содержании хлорид-ионов гомг/дл3 оно составляет

90 мин, а при 300 ыг/дм5 уже 210 ш. Следует указать, что указанная закономерность менее выражена для сульфат-ионов.

Полученные в предыдущей главе результаты заставляют предположить, что кинетика■процесса инактивации микроорганизмов, обитающих в природной воде, которая характеризуется весьма сложным составом и адекватными ему свойствами, отличается от таковой для модельных систем. В соответствии с этим нами были проведены специальные исследования по установлению особенностей механизма процесса обеззараживания и количественных его закономерностей. Для повышения степени объективности была использована методика, изложенная ранее. Объектом служила природная вода, подвергшаяся стерилизации с последующим заражением бактериями E.coli в количестве 107 кл/см3. Часть экспериментальных данных, подвергшихся математической обработке, представлена на рисунке 2.

—X—аммиакат серебра

- -о • - электро, гически полученные ионы Ад-г

-•-*■--нитрат сереОра

Ч? 1

0,8

lgCAg-

-1,5 -0,5

Рисунок 2- Зависимость времени (Т), необходимого для обеззараживания воды на 99,9%, от концентрации (С) ионов серебра

Анализ полученных результатов показывает определенное изменение коэффициентов п и Кр в кинетическом уравнении, характеризующем процесс

обеззараживания, в частности произошло заметное увеличение (п; с О,35 до 0,5. Данное явление свидетельствует о возрастании роли концентрации де-зинфектанта при переходе к реальным системам, в частности характеризующимся повьшенным содержанием хлорид и сульфатов - обычных спутников природных вод. Что касается коэффициента Кр, то в сопоставимых условиях (одинаковом значении глубины обеззараживания) также имеет место тенденция увеличения его значения.

Рисунок 3 - Бактерицидная активность озона и ионов серебра

На основании полученных результатов и их обработки для препаратов серебра (электрохимически полученные ионы, нитрат и сульфат серебра, а также аммиачный комплекс) в интервале концентраций Ад' 0,01...2 мг/дм3 можно предложить уравнение в общем виде:

А " В ' С0'5 ' Т = Кр (б)

Значения К^» зависящие от природы бактерицидного агента и глубины обеззараживания, представлены в таблице 2.

Естественно, данное уравнение иосот рамочный характер и требует проверки для реальны', условий, прежде всего к составу обеззараживаемой воды.

Чтобы более объективно определиться с бактерицидной активностью озона и электролитически полученными ионами серебра применительно к донской воде, нами была поставлена отдельная серия опытов. В качестве

объекта служила природная вода, вначале подвергшаяся стерилизации, а потом зараженная при 20 °С бактериями коли в количестве 101 кл/см1.

Таблица 2 - Величины коэффициента Кр

Глубина обеззараживания,% Бактерицидный агент Среднее значение Кр

электролитические ионы 12,0

нитрат серебра 16,0

99, 00 сульфат серебра 18,0

аммиачный комплекс 20,0

электролитические ионы 32,0

нитрат серебра 42,0

99,90 сульфат серебра 52, 0

аммиачный комплекс 60, 0

электролитические ионы 130, 0

нитрат серебра 185,0

99,99 сульфат серебра 200,0

аммиачный комплекс 240, 0

Значения А (бактериальный фактор) и В (температурный фактор) приведены ниже:

исходное содержание бактерий 104 105 106 107

значение А 2,3 1,7 1,3 1,0

температура, °С 10 20 30 40

параметр В 1,0 1,5 2,2

Анализ полученных данных (рисунок 3) показывает, что бактерицидная активность озона особо проявляется в первые минуты, после чего наклон прямой в координатах 1д Ыс/Ы0-Т резко уменьшается, поскольку скорость отмирания микроорганизмов падает. Это явление, очевидно, связано с прогрессирующим разложением озона в воде. Обращает на себя внимание тот факт, что за 2,5 часа наблюдений зна-

чение 1д Н1/Н0= -4 не достигнуто ни для одной из двух изученных концентраций 03. В этом отношении ионы серебра (1мг/дм3) оказались более активными. Можно сделать вывод, что с дальнейшим понижением концентрации преимущество ионов серебра будет более заметным.

Представляло интересным сопоставить бактерицидную активность обоих дезинфектантов при более высоких температурах. Такое исследование полезно с практической точки зрения, поскольку с ростом температуры (конечно, до определенного значения) жизнедеятельность микроорганизмов увеличивается. Диализ полученных данных (температура 35°С, концентрация дезинфектантов 1,0мг/дм5) выявил полное преимущество ионов серебра, что мзжно объяснить как увеличением активности ионов серебра с ростом температуры, так и ускорением разложения Оэ адекватно повыпению температуры.

Представляет практический интерес установление времени хранения питьевой воды, обработанной ионами серебра. Опыты проводили в течение 5 месяцев в 2-х параллельных направлениях: с водой, прошедшей все стадии водоподготовки (кроме обеззараживания хлором), и с водой водопроводной, поступающей населению (коли-индекс-3). Часть полученных результатов представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Бактерицидная активность электролитических ионов

серебра (вода не подвергнута хлорированию, Ъ=20±1°С)

Концентрация ионов Время, необходимэе для Время, в течение которого

серебра, мг/дм3 достижения ксши- индекса 3,ч коли- -индекс <= 3,сутки

0, 01 8.0 15

0, 05 4,0 40

0,25 3,0 65

1.0 2,0 85

2,0 1,0 100

Контроль (без Ад*) - 5

Испытание в аналогичных условиях нитрата серебра (концентрации Ад* прежнее) выявило меньшее последействие: в среднем на 20% сокращается время сохранности вода. Аммиачный комплекс обладает практически теми

же бактерицидными свойствами, растянутыми во времени, что и электролитические ионы. Это, по-видимому, можно объяснить меньшей скоростью связывания активных ионов Ад* в малоактивные соединения.

Вероятный механизм бактерицидного последействия ионов серебра, по нашему мнению, таков. Вначале срабатывают суперактивные ионы серебра, поступающие в раствор в процессе электролиза. (Их число на много порядков превышает количество микроорганизмов). Ионы постепенно связываются в малодиссоциирупцие соли (хлориды, карбонаты и др.), которые, обладая заметным бактерицидным действием, препятствуют развитию микроорганизмов, в частности Б.coli, вновь поступающих в воду. Таким образом, несмотря на неблагоприятный состав примесей, в частности большое содержание сульфатов и хлоридов, вода, поступающая для нужд населения г.Новочеркасска, может быть сохранена в течение длительного времени при использовании относительно небольших количеств препаратов серебра.

Способность ионов серебра длительно сохранять воду, пригодной для питья по бактериологическим и органолептическим показателям, является одним из главных преимуществ данного метода перед другими. Так, согласно академику Л.А.Кульскому, при концентрациях 1-2МГ/ДМ3 бактерицидное последействие хлорамина на микроорганизмы сохраняется на протяжении 6-8 дней, гипохлоритов - 2-3 дней, хлора 4-6 час, озона 15-20 мин. Безреагентные методы (кипячение, обработка ультрафиолетом, ультразвуком и др.) последействием не обладают. В частности, именно по этой причине врачи-гигиенисты с целью устранения повторного роста микроорганизмов в водопроводной сети после озонирования рекомендует, вынужденно, либо все-таки проводить хлорирование, либо снова обрабатывать озоном (постозонирование) . Это, очевидно, увеличивает расход дорогостоящих бактерицидных агентов и, естественно, удорожает в целом процесс обеззараживания.

Существенное место в 3 главе занимают технологические расчеты: 1) количества ионов серебра, образующееся при различных силе тока и вы-

ходе по току. Приведенные в соответствупцих таблицах результаты могут Сьггь использованы для предварительного технико-эконса-мческого обоснования целесообразности применения препаратов серебра для обеззараживания воды на установках тлой (0,6Л8м7час) передней (18...330мУчас) производительности;

2) значений времени контакта, необходимого для достижения заданной (9099,99%) глубины обеззараживания питьевой вода. Этот параметр важнейший, поскольку позволяет оценить бактериологические показатели вода, прошедшей стадию обеззараживания серебром с концентрацией в пределах 0,001..2,0 мг/дм\ оценить условия, при которых мзжет быть достигнута требуемая глубина дезинфекции при исходной зараженности вода в интервале

Далее в главе рассмотрены варианта технологических схем и установок. Среди первых - технологические схема получения бактерицидных препаратов на основе серебра. По первое варианту предусматривается осуществление анодного растворения металлического серебра непосредственно в потоке обеззараживаемой воды (электролизер встраивается в трубопровод); при этом концентрация ионов Ад* в воде не должна превыпать 0,05 мг/дм* (согласно ЦЦК). По второму варианту предусматривается получение (вне водного потока) более концентрированных растворов (до 2,0 мг Лд'/дм5), которые поступают в накопительный резервуар. С цепью стабилизации ионов серебра во времени предусматривается подача в резервуар аммиачной вода из расчета 10% избытка аммиака от стехисмзчрии. Такая процедура позволит имэть запас бактерицидного препарата или использовать для других целей. При этом для равномерной подачи раствора бактерицидного препарата рекомендовано использовать специально разработанное устройство.

В целях повышения экономических показателей процесса обеззараживания вода (в случае использования более высоких доз серебра), целесообразно проводить ее предварительное десеребрение. В диссертации рассмотрена конструкция сорбофильтра, предназначенного для десеребрения 5мУч вода. Расчет конструктивных элементов произведен на основании литературных источников. Методом геометрического подобия несложно определить размеры

сорбофильтра и его составных частей для иного количества вода.

Если учесть, что имеет место тенденция постоянного роста стоимости электроэнергии, несомненно, что этот фактор становится одним из определяющих при выборе метода обеззараживания. Поэтому в диссертации на основании литературных и наших данных, а также полученных нами результатов проведено сопоставление известных методов по энергетическим затратам. Анализ показал, что последние, в случае применения ионов серебра и других его препаратов существенно ниже, нежели дня процессов хлорирования, озонирования, УЗ - и УФ - обработки.

В заключительном разделе 3 главы на основе технико-экономических и эколого-гигиенических соображений доказывается целесообразность включения в схему водоподготовки (на ее заключительной стадии) установки для введения в питьевую воду ионов серебра (~0, ООЗмгАд'Удм3) для обеспечения длительной сохранности и придания определенных лечебно-терапевтических свойств и, что немаловажно, угнетения жизнедеятельности различных вредных микроорганизмов и других гидробионтов, находящихся в разводящих сетях водопровода г.Новочеркасска. Глава 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫПУСКА НОВОЙ

ПРОДУКЦИИ

В АО «Новочеркасская водка» разработан план поставки на внутренний рынок новых видов алкогольной и безалкогольной продукции, обладающих улучшенными потребительскими свойствами. В его основе лежат не только оригинальные рецептуры, но и технологическая вода, прошедшая специальную обработку и содержащая ионы серебра. Из новых крепких алкогольных напитков разработаны и поставляются потребителям: водка «Новочеркасская» (отвечает ГОСТу 12712-80, получила высокую оценку ЦЦК спиртовой и ликеро-водочной промыяленности РФ) и крепкие винные напитки «Бодрость», «Тропиканка», «Атаманский», «Ромовый». Помимо этого планируется освоить еще одну группу продукции (принципиально новую для ликероводочньк пред-

приятий) - питьевую воду улучшенного качества «Витарген» (условное название) . Присущими ей являются мягкость, отсутствие хлора, а также наличие ионов серебра, йода, брома, фтора и витамина С. Указанные добавки, как известно, играют важную роль в обеспечении жизнедеятельности организма.

Целью настоящего технико-экономического обоснования явилось планирование хозяйственной деятельности AQ на блютэйшии период в соответствии с переходом на выпуск преимущественно новых видов продукции. Для этого:

1) разработана схема и установка по насыцению технологической воды серебром, определены ее технологические параметры и стоимость СМР;

2) определены направления деятельности, целевые рынки и место АО на них;

3) оценены производственные издержки по созданию новых продуктов и их реализации, и оценено соответствие финансовых материальных ресурсов АО достижению поставленных задач.

Целесообразность выполнения подобных прединвестиционных исследований определялась требованием снижения риска инвестирования в новые виды продукции. В рамках этих исследований обоснованы допустимые соотношения инвестиционных затрат из акционерного и заемного капитала, определены технико-экономические характеристики инвестиционного проекта и сроки привлечения инвестиций. Основой таких исследований явилась методика КОМФАР и ее российские адаптации.

Выполненные исследования и реализация результатов последних открывает неплохие перспективы выпуска на рынок новых видов продукции. Свидетельством в пользу этого утверждения является прогрессирующий выпуск указанных изделий. По годам он составил (млрд.руб ,в отпускных ценах): 1995г.=4,265; 1996г.=7,505; за 9 месяцев 1997г.=5,21.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.Постоянно возрастающие затраты на энергоресурсы и бактерицидные препараты, относительная сложность технологических схем в сочетании с трудностями обеспечения требований техники безопасности (особенно при

хлорировании и озонировании волы), отсутствием бактерицидного последействия объективно выдвигают проблему поиска и внедрения альтернативных существующим методов дезинфекции питьевой вода. Они должны отвечать критерию «физиологически безвредное последействие - адекватные затраты» обеззараживания воды, препаратами серебра по эколого-экономическим и санитарно-гигиеническим соображениям (к чему следует добавить лечебно- терапевтические свойства серебра) может Сыть предложено для дезинфекции и улучшения вкусовых качеств воды, используемой как непосредственно для питья, так и для получения напитков с улучшенными потребительскими свойствами.

2. В результате оценки дезинфицирующих свойств различных препаратов (хлор, озон, пероксид водорода, перманганат калия, ионы меди (II), марганца(VII) и серебра(I)) установлено, что последние в сопоставимых условиях обладают наибольшей удельной бактерицидной активностью. При этом применительно к процессу обеззараживания донской воды по данному показателю установлена зависимость:

Ад* (электролиз) >Ад*(АдЮ3) >Ад*(Ад2304) > Ад* ([Ад (ЫН3)2] *)

3.Установлено наличие заметной бактерицидной активности таких малодиссоциируюцих солей серебра, как АдСЬ, Ад2С03, АдВг, hgJ. Этот показатель в определенной степени коррелирует со значением произведения растворимости соответствующей соли.

4. Изучены явление и механизм бактерицидного последействия различных препаратов серебра в отношении донской воды. Установлено, что введение ионов серебра (независимо от вида соединения) способствует сохранению воды по органолептическим и бактериологическим показателям в течение длительного времени, причем при относительно малых концентрациях Ад+. Длительное бактерицидное последействие - одно из важных и определяющих преимуществ препаратов серебра перед другими дезинфектантами.

5. Экспериментально установлена зависимость бактерицидной активности

препаратов серебра от температуры, реакции среда (рН), начального количества санитарно-показательных »»сфоорганизмэв, а также концентрации ионов серебра. Для прогностического описания процесса обеззараживания природной донской вода предложено рамзчное кинетическое управление, удовлетворительно «работающее» в диапазоне концентрации ионов серебра (0,01...2, Омг/дм5), температур (10_40°С) и глубины обеззараживания {90...99,99%) .

6. В широком диапазоне концентрации хлорид- и сульфат- ионов изучено влияние этих основных анионов донской вода на выход серебра по току и бактерицидную активность образующихся ионов серебра. При этом установлено закономерно е снижение значений указанных параметров с ростом содержания анионов.

7. Выполнены технологические расчеты по определению оптимальной анодной плотности тока, производительности электролизера по серебру, времени контакта для достижения заданной глубины обеззараживания вода в широком диапазоне концентраций ионов серебра, температуры и исходного количества микроорганизмов. На их основе оценены технико-экономические и эколого-гигиенические показатели процесса обеззараживания питьевой воды.

8. Предложены варианты технологических схем получения бактерицидных препаратов на основе серебра (непосредственно в водном потоке и вне его), устройства для дозирования препаратов и десеребрения воды. Расчеты по укрупненным показателям выявили целесообразность (с технико-экономических, эколого-гигиенических и санитарно-профилактических позиций) встраивания в существующий водопровод г.Новочеркасска установки для введения в воду ионов серебра низких концентраций (-0,003мг/дм3).

9. Проведено технико-экономическое обоснование выпуска в условиях АО «Новочеркасская водка» новой алкогольной и безалкогольной продукции на базе технологической вода, в которую вводятся ионы серебра с концентрацией ниже ЦЦК. На основе оригинальных рецептур начат массовый выпуск новых видов продукции с улучшенными потребительскими свойствами.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

Препараты серебра в качестве дезинфектантов и консервантов целесообразно применять в следующих случаях:

1)для питьевого водоснабжения населения, районов с жарким климатом, где складывается неблагоприятная эпидемическая обстановка;

2)для обеззараживания воды (в т.ч. минеральной), добываемой из скважин, колодцев (особенно при необходимости сохранения ее высоких природных органолептических показателей);

3) для обеззараживания технологической воды, направляемой для производства продуктов питания повышенного качества (в т.ч. напитков), особенно предназначенных для детей, беременных женщин, лиц пожилого возраста, а также проходящих стадию реабилитации после болезни;

4) при необходимости обеспечения длительной сохранности вода» особенно в районах, где нет централизованного водоснабжения, имеется острая нехватка природной воды, а также в системах автономного обеспечения жизнедеятельности;

5)для придания длительного бактерицидного последействия и лечебно- профилактических свойств питьевой воде, прошедшей традиционные стадии обеззараживания;

6) для снижения количества хлора (или озона), используемого в традиционных технологиях обеззараживания, особенно в тех случаях, когда остаточное содержание указанных препаратов в питьевой воде превышает допустимые нормы.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Устройство для дезинфекции воды /Информационный листок №686-96 ЦНТИ, Ростов-иа-Дону, 1996 (в соавторстве)

2. Ионатор серебра непрерывного действия для консервации питьевой вода и других жидкостей /Информационный листок »687-96. ЦНТИ. Ростов-на-Дону. 1996 (в соавторстве).

3. Способы обеззараживания питьевой вода и напитков на ее основе/Информационный листок »414. ЦНТИ. Ростов-на-Дону. 1996 (в соавторстве).

4. Рецептура. Водка «Новочеркасская» ГОСТ 12712-80.РЦ 10.04.03.653-95. Г^>уппа Н-74. - Москва, 1995. С. 1-3. (в соавторстве).

5. Технологическая инструкция по производству водки «Новочеркасская» ТИ 10.04.03.637-95.- Москва, 1995.- С. 1-3. (в соавторстве).

6. Улучшение экономических показателей пастеризации молока. -М.,

1996.- 69 с. Деп. в ВИНИТИ. 1996, № 3292-В96. (в соавторстве).

7. Экалого-гигиеническая целесообразность применения препаратов сереСра для обеззараживания вода.-М.,1996.-60 С. Деп. ВИНИ1И. 1996,» 3058-896. (в соавторстве).

8. Технологическая инструкция по производству винного напитка «Бодрость» ТИ 10-158-96. (в соавторстве).

9. Технологическая инструкция по производству винного напитка «Ромовый» ТИ 10-159-96. (в соавторстве).

10.Технологическая инструкция по производству винного напитка «Атаманский» ТИ 10-160-96. (в соавторстве).

11.Технологическая инструкция по производству винного напитка «Тропиканка» ТИ 10-161-96. (в соавторстве).

12.Эколого-гигиеническая целесообразность применения препаратов серебра для обеззараживания вода. -М., 1996 -60с. Деп. ВИНИТИ, »3058 -В96. 60с.

13.Исследование инвестиционных решений новых технологий производства алкогольной продукции (на примере АО «Новочеркасская водка»). -М.,

1997. -62с. Деп. ВИНИТИ, 1997, №11828 -В97 (в соавторстве).

14. Пути улучшения органолептических свойств питьевой вода.-Новочеркасск: изд. Н1МА. // Мелиорация антропогенных ландшафтов,1997,,т.3.,-с. 118-122(в соавторстве).

15. Эколого-гигиенические аспекты производства питьевой воды улучшенного качества, там же, с. 114-118 (в соавторстве).

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Токарев, Владимир Иванович, Новочеркасск

Министерство сельского хозяйства и продовольствия

Российской Федерации Новочеркасская государственная мелиоративная академия

На правах рукописи

ТОКАРЕВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

ПРЕПАРАТАМИ СЕРЕБРА

11.00.11 -"Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов"

Ш/

ДИССЕРТАЦИЯ ! , ;1//

<У/

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Денисов В.В.

Новочеркасск 1997 г.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ .......................................... 6

1 ЭКОЛОГО - ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) .............................. 11

1.1 Общие требования к питьевой воде .....................11

1.2 Сравнительная оценка методов обеззараживания воды .... 14

1.2.1 Методы, основанные на применении химических реагентов....................................................14

1.2.2 Безреагентные методы обеззараживания воды.........36

1.3 Устранение привкусов и запахов воды .................. 43

1.4 Терапевтические свойства препаратов серебра .......... 44

2 КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ПРЕПАРАТАМИ СЕРЕБРА.............................................54

2.1 Условия проведения экспериментов ..................... 55

2.2 Сравнительная оценка бактерицидной активности препаратов серебра и других химических дезинфектантов .................... 57

2.3 Влияние концентрации ионов серебра на бактерицидную активность различных препаратов ............................... 65

2.4 Математическое моделирование процесса обеззараживания воды препаратами серебра ...................................... 69

2.5 Влияние реакции среды на бактерицидную активность препаратов серебра ............................................ 73

2.6 Зависимость бактерицидной активности препаратов серебра от температуры................................................75

2.7 Влияние начального числа микроорганизмов на время и глубину обеззараживания ....................................... 77

2.8 Бактерицидная активность малодиссоциирующих солей серебра.......................................................7 8

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ПРЕПАРАТАМИ СЕРЕБРА.............................................81

3.1 Санитарно-эпидемиологические показатели воды.........81

3.2 Зависимость выхода серебра по току от концентрации основных анионов .............................................. 8 9

3.3 Влияние анодной плотности на выход серебра по току ... 90

3.4 Влияние основных анионов на бактерицидную активность ионов серебра.................................................92

3.5 Уточнение кинетических показателей процесса обеззараживания применительно к природной воде ................ 95

3.6 Сравнительная оценка бактерицидной активности озона и препаратов серебра ............................................ 99

3.7 Бактерицидное последействие препаратов серебра ...... 103

3.8 Технологические расчеты: ............................ 106

3.8.1 Расчет производительности электролизёра по серебруЮб

3.8.2 Расчет времени контакта, необходимого для достижения заданной глубины обеззараживания питьевой воды..............108

3.9 Варианты технологических схем и установок...........112

3.9.1 Технологические схемы получения бактерицидных агентов на основе серебра...................................112

3.9.2 Устройство для дозирования дезинфектантов в водный поток.......................................................114

3.9.3 Устройство для десеребрения воды.................116

3.10 Сопоставление некоторых методов обеззараживания воды по потреблению дезинфектантов и электроэнергии..................118

3.11 Обеспечение бактерицидной устойчивости воды ........ 123

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫПУСКА НОВОЙ ПРОДУКЦИИ128 4.1 Характеристика новых видов продукции ................ 129

4.1.1 Вода питьевая улучшенного качества «Витарген» (условное название) ......................................... 130

4.1.2 Водка «Новочеркасская»...........................133

4.1.3 Крепкие винные напитки...........................134

4.2 Установка для насыщения серебром технологической воды.134

4.3 Производственный план...............................135

4.3.1 Оценка объемов и стоимости строительно- монтажных работ.......................................................135

4.3.2 Оценка цены реализации и себестоимости новой продукции АО «Новочеркасская водка».........................139

4.3.3 Расчет производственной себестоимости новой продукции на прогнозные объемы ее выпуска...................14 6

4.3.4 Оценка прироста оборотных средств на производство новой продукции.............................................151

4.4 Финансовый план. Показатели финансовой оценки инвестиций в производстве новой продукции АО «Новочеркасская водка» ..... 153

ОБЩЕ ВЫВОДЫ..............................................174

ЛИТЕРАТУРА................................................177

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................193

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Производственный технологический регламент на производство водок и ликеро-водочных изделий TP 10-04-03-09-88 193 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Выписка из протокола № 4 заседания центральной

дегустационной комиссии ...................................... 197

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Рецептура: водка "Новочеркасская" .......... 199

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ по производству

винного напитка «Бодрость» ................................... 201

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ по производству винного напитка «Ромовый» .................................... 209

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ по производству

напитка винного «Атаманский» ................................. 217

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ по производству

винного напитка «Тропиканка» ................................. 225

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Исследование рынка сбыта ликеро-водочных

изделий в Ростове, Новочеркасске и Ростовской области ........ 233

ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Производство новых напитков АО "Новочеркасская водка" в 1995 -1997 годах....................................245

ПРИЛОЖЕНИЕ 10 Оценка величины погрешности эксперимента.....24 6

ВВЕДЕНИЕ

Особое беспокойство вызывает бактериальное загрязнение воды, поскольку с последней в организм попадают патогенные микроорганизмы, способные вызвать у человека различные весьма опасные заболевания. Вновь жителям России стали реально угрожать такие забытые болезни, как холера, брюшной тиф, массовая дизентерия и др. [1]

Процесс хлорирования природных вод, сыгравший весьма позитивную роль в предупреждении распространения инфекционных заболеваний, в настоящее время не отвечает в полной мере требованиям обеспечения надлежащего качества питьевой воды. Тем более, что необходимость повышения доз хлора (в активной форме), связанная с ростом уровня бактериального загрязнения воды, весьма отрицательно сказывается на человеке, функциях его пищеварительных органов.

Переход на более прогрессивный метод - озонирование обеспечивает в целом обеззараживание вода и даже повышает вкусовые качества последней. Однако, на пути широкого внедрения этого метода встали практически непреодолимые преграды, характерные для России на данном этапе ее развития и, в первую очередь, чрезмерный рост стоимости электроэнергии.

В работе [2] приведены данные, которые свидетельствувэт о недостаточной эффективности существувоцих методов очистки питьевой воды от вирусно-бактериального загрязнения. Согласно [3] ни один населенный пункт Российской Федерации при заборе воды из открытых источников водоснабжения не обеспечива-

ется в течение года высококачественной питьевой водой.

Проблема более широкого использования для целей дезинфекции воды различных химических веществ, снимающая в принципе остроту энергопотребления, очевидно, должна решаться с учетом следующих обстоятельств:

1)развал Советского Союза привел к острому дефициту ранее достаточно широко распространенных реагентов и соответственно резкому повышению их стоимости;

2)применение тех или иных веществ (даже в случае их доступности и экономической приемлемости) должно быть экологически целесообразным и с точки зрения медицины;

Последнее обстоятельство связано, в частности, с тем, что используемые для целей водоподготовки химические вещества не должны привести к увеличению их предельно допустимых концентраций и не обладать негативным кумулятивным эффектом в отношении человеческого организма.

Такой подход, очевидно, находится в полном соответствии с опубликованным проектом Закона РФ "Об обеспечении населения питьевой водой", который устанавливает правовые, организационные и экономические положения, направленные на реализацию неотъемлемого права граждан России - обеспечение питьевой водой требуемого качества и количества [4].

Вышеизложенные соображения заставляют, по нашему мнению, критически взглянуть на методы обеззараживания питьевых вод как ныне широко используемые, так и предлагаемые на перспективу под углом зрения их эколого-экономических и физиологических показателей и соответствия их действующему законодательству [5,6].

Другой, важной проблемой, весьма обострившейся в условиях затянувшегося перехода России к рыночным отношениям, является обеспечение достаточно длительного срока хранения скоропортящихся продуктов питания, всевозможных, особенно прохладительных и освежаю-

щих напитков. Это особенно важно для тех из них, которые получены на основе биохимических технологий. В такой готовой продукции, если не обеспечить достаточно глубокую дезинфекцию исходной воды, часто создаются хорошие условия для жизнедеятельности проникших микроорганизмов. Продукты метаболизма последних не только резко ухудшают органолептические показатели, ее пищевую ценность, но являются первопричиной преждевременной порчи. Последнее обстоятельство, очевидно, приводит и к неоправданно высоким экономическим потерям.

Цель работы состояла в том, чтобы, всесторонне изучить бактерицидные свойства препаратов серебра применительно к природной донской воде и разработать технологические основы их применения в процессах обеззараживания воды и производства напитков улучшенного качества на ее основе.

Достижение намеченной цели осуществлялось при решении следующих задач: исходя из критического анализа эколого-экономических и санитарно-гигиенических показателей существующих методов обеззараживания, выбрать главные критерии целесообразности использования тех или иных бактерицидных препаратов; сопоставить бактерицидной активности различных препаратов и найти условия (в т.ч. и экономические), в которых препараты серебра проявляют наибольшую удельную активность; установить закономерности процесса обеззараживания воды препаратами серебра, а также особенности его механизма и на их основе провести необходимых технологических расчетов; разработать, технико-экономически обосновать и внедрить принятые технологические решений на конкретном предприятии пищевой индустрии.

Научная новизна работы состоит в следующем: - сформулирован и обоснован критерий выбора дезинфектанта

«физиологически безвредное последействие - адекватные затраты» и на его основе дана критическая оценка существующих методов обеззараживания воды, предназначенной для питьевых целей;

применительно к природной донской воде установлено, что в сопоставимых условиях препараты серебра проявляют наибольшую удельную бактерицидную активность по сравнению с другими дезинфектантами и отмечена заметная бактерицидная активность малодиссоциирукзцих солей серебра;

-найдены математические закономерности влияния основных технологических параметров на процесс обеззараживания воды препаратами серебра;

-изучен феномен длительного бактерицидного последействия препаратов серебра, использованных для обеззараживания воды; -предложен вероятный механизм этого явления.

Практическое значение работы заключается в следующем: - на основе предложенной кинетической модели процесса обеззараживания донской вода; различными препаратами серебра определены параметры, позволяющие достигать заданных значений глубины дезинфекции вода;

-разработаны основы энергосберегающей технологии обеззараживания природной вода препаратами серебра, определены оптимальные условия применения последних, предложены схемы и конструкции специальных устройств для генерации ионов серебра и дозирования препарата в водный поток;

-найдены условия повышения бактериальной устойчивости воды путем введения малых количеств препаратов серебра на заключительной стадии обеззараживания воды традиционными дезинфектантами;

-исключается возможность вторичного химического загрязнения воды, инициированного введением бактерицидного препарата, улучшается тем самым органолептические показатели воды и напитков на ее основе;

осуществлен выпуск новых видов продукции на основе воды, содержащей ионы серебра, обладающих высокими потребительскими свойствами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением стандартных аналитических методов и подтверждена результа-

тами экспериментальных исследований, получением прогнозируемых результатов при внедрении на производстве.

Производственная проверка результатов исследований. Научные результаты работы использованы для технико-экономического обоснования выпуска новых видов продукции с улучшенными потребительскими качествами в АО «Новочеркасская водка». В 1995-97гг. осуществлен выпуск такой продукции (5 изделий) на общую сумму 16,98 млрд.руб., в т.ч. :1995г.- 4,27; 1996г.- 7,5;1997г.(9 месяцев)- 5,21 млрд.руб.

По теме диссертации опубликовано 15 научных работ и нормативно-технических документов.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации - 246 стр., в том числе: рисунков 39, таблиц 68, приложений - 54 стр. Список использованной литературы включает 207 наименований.

Личный вклад автора заключается в обосновании целей и задач исследований, разработке методики и проведении экспериментов, производственной проверке полученных результатов, формулировании выводов и предложений производству, оформлении диссертации.

Автор выражает признательность научному руководителю профессору В.В.Денисову и благодарит доцента НГМА А.П.Москаленко за консультацию, при подготовке экономического раздела работы.

1 ЭКОЛОГО - ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1 Общие требования к питьевой воде

Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептиче-ские свойства. Качество воды определяется её составом и свойствами при поступлении в водопроводную сеть и определяется требованиями ГОСТ 2874-82. Ниже приводятся некоторые из них [40].

Рассмотрим общую характеристику бактериологических показателей качества воды.

С практической ( для человека ) точки зрения микроорганизмы расцениваются как полезные или вредные.

Таблица 1- Токсические показатели питьевой воды

Элемент Содержание (мг/дм3) , не более ГОСТ

Алюминий (остаточный) 0, 5 18165-81

Бериллий 0,0002 18294-81

Молибден 0,25 18308-72

Нитраты 45, 0 18826-73

Полиакриламид 2,0 19355-74

Свинец 0, 03 18293-72

Селен 0, 001 19413-81

Стронций 1/0 23950-80

Фтор 1,2 18341-81

Органолептические свойства воды:

Запах (20 °С),при нагревании до 60 С (баллы), не более 2

Вкус, привкус при 2 0 °С (баллы) , не более 2

Цветность (градусы), не более 2 0

Мутность по стандартной шкале, мг/дм3 1,5

Таблица 2- Концентрации веществ, влияющие на органолептические

свойства воды.

Вещество Содержание (мг/дм3) не более ГОСТ

Железо 0, 3 4011-72

Марганец 0,1 4374-72

Медь 1/0 4388-72

Полифосфаты 3,5 18309-72

Сульфаты 500 4389-72

Сухой остаток 1000 18164-72

Хлориды 350 4245-72

Цинк 5, 0 18293-72

Жесткость общая (ммоль/дм3) 7,0 4151-72

(рН) 6,0-9,0

Остаточный хлор в начале водопроводной сети:

свободный хлор (при контакте в резервуаре чистой воды 0,3___0,5

не менее 30 мин)

или связанный хлор (при контакте в резервуаре чистой воды 0,8___1,2

не менее 60 мин)

Остаточный озон после камеры смешения 0,1... 0,3

К группе полезных микроорганизмов относят большое количество постоянных обитателей водоемов и их спутников. Они способны в аэробных условиях разлагать органические вещества до конечных продуктов - диоксида углерода и воды, а в анаэробных - до бол

Информация о работе

Токарев, Владимир Иванович
кандидата технических наук
Новочеркасск, 1997
ВАК 11.00.11

Диссертация

Технология обеззараживания питьевой воды препаратами серебра - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы