Обеззараживание воды. Реферат: Современные методы обеззараживания питьевой воды

План

Введение.

1. Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды.

2. Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды.

2.1 Хлорирование.

2.1.2 Диоксид хлора.

2.1.3 Гипохлорит натрия.

2.2 Озонирование.

2.3 Другие реагентные способы дезинфекции воды.

3. Физические методы обеззараживания питьевой воды.

3.1 Кипячение.

3.2 Ультрафиолетовое облучение.

3.3 Электроимпульсный способ.

3.4 Обеззараживание ультразвуком.

3.5 Радиационное обеззараживание.

3.6 Другие физические методы.

4. Комплексное обеззараживание.

Заключение.

Список литературы.

Введение

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населенных мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почетное место. Ведь вода – это непременная часть всех живых организмов, жизнедеятельность которых без воды невозможна. Для нормального течения физиологических процессов в организме человека и для создания благоприятных условий жизни людей очень важно гигиеническое значение воды. В настоящее время обеспечение населения водой высокого качества стало настоящей проблемой.

Проблема питьевого водоснабжения затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. На питьевые и бытовые потребности населения, коммунальных объектов, лечебно-профилактических учреждений, а также на технологические нужды предприятий пищевой промышленности расходуется около 5-6% общего водопотребления. Технически обеспечить подачу такого количества воды нетрудно, но потребности должны удовлетворяться водой определённого качества, так называемой питьевой водой.

Питьевая вода – это вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека. Основные требования к качеству питьевой воды: быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, быть безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами. Для удовлетворения этих требований в настоящее время используется целый комплекс мер по подготовке питьевой воды.

Конечно, в реках и других водоёмах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает очень медленно. Реки уже давно не справляются со сбросами сточных вод и другими источниками загрязнения. А ведь уровень бактерицидного воздействия в сточных водах часто превышает норму в тысячи и миллионы раз. Стоки попадают в реки и озёра, а большинство городских водоканалов берут воду именно из них. Таким образом, обязательными процессами в подготовке питьевой воды являются качественная очистка и обеззараживание сточных вод.

Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. В процессе первичной очистки вод задерживаются до 98% бактерий. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды – её обеззараживание.

При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, а при использовании подземных вод – только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Но на практике использование для питья и подземных, и поверхностных вод практически всегда без обеззараживания невозможно.

Вода природных источников питьевого водоснабжения, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям к питьевой воде и требует перед подачей населению подготовки - очистки и обеззараживания.

Очистка воды, включающая её осветление и обесцвечивание, является первым этапом в подготовке питьевой воды. В результате её из воды удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов. Но часть патогенных бактерий и вирусов проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надёжного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций и других не менее опасных болезней применяется её обеззараживание, т.е. уничтожение живых и вирулентных патогенных микроорганизмов – бактерий и вирусов. Ведь именно микробиологические загрязнения воды занимают первое место в оценке степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам, является обязательным условием получения воды питьевого качества.

В практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра), безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) и комбинированные методы обеззараживания воды. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений. Безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями. А в комбинированных методах используются одновременно химическое и физическое воздействия.

При выборе метода обеззараживания следует учитывать опасность для здоровья человека остаточных количеств биологически активных веществ, применяемых для обеззараживания или образующихся в процессе обеззараживания, возможность изменения физико-химических свойств воды (например, образование свободных радикалов). Важными характеристиками метода обеззараживания являются также его эффективность в отношении различных видов микронаселения воды, зависимость эффекта от условий среды.

При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после обеззараживания.

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта.

Существуют и другие ограничения в использовании того или иного метода обеззараживания воды. На этих ограничениях, а также на достоинствах и недостатках методов обеззараживания мы подробно остановимся ниже.

2.1 Хлорирование

Самый распространенный и проверенный способ дезинфекции воды – первичное хлорирование. В настоящее время этим методом обеззараживается 98,6 % воды. Причина этого заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование позволяет не только очистить воду от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли железа и марганца. Другое важнейшее преимущество этого способа – его способность обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Существенный недостаток хлорирования – присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические свойства и являющееся причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Бόльшую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ) – хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Этот процесс растянут по времени до нескольких десятков часов, а количество образующихся ТГМ при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения примесей требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья.

Для хлорирования воды используются такие вещества как собственно хлор (жидкий или газообразный), диоксид хлора и другие хлорсодержащие вещества.

2.1.1 Хлор

Хлор является наиболее распространённым из всех веществ, используемых для обеззараживания питьевой воды. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента – жидкого или газообразного хлора – и относительной простотой обслуживания.

Очень важным и ценным качеством использования хлора является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3–0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

Однако, хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления органических соединений, при которых в воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить эти соединения. Кроме того, что эти хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, они, пройдя через систему водоснабжения и канализации, вызывают загрязнение рек вниз по течению.

Присутствие в воде побочных соединений – один из недостатков использования в качестве дезинфектанта газообразного, а равно и жидкого хлора (Cl2).

2.1.2 Диоксид хлора

В настоящее время для обеззараживания питьевой воды также предлагается применение диоксида хлора (ClO2), который обладает рядом преимуществ, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог и должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

Действие на болезнетворную флору ClО2 обусловлено не только высоким содержанием при реакции высвобождающегося хлора, но и образующимся атомарным кислородом. Именно это сочетание делает диоксид хлора более сильным обеззараживающим агентом. Кроме того, он не ухудшает вкус и запах воды. Сдерживающим фактором в использовании данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, осложнявшая его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения.

2.1.3 Гипохлорит натрия

Технология применения гипохлорита натрия (NaClO) основана на его способности распадаться в воде с образованием диоксида хлора. Применение концентрированного гипохлорита натрия на треть снижает вторичное загрязнение, в сравнении с использованием газообразного хлора. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно просты и не требуют повышенных мер безопасности. Также получение гипохлорита натрия возможно и непосредственно на месте, путем электролиза. Электролитический метод характеризуют малые затраты и безопасность; реагент легко дозируется, что позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды.

2.1.4 Хлорсодержащие препараты

Применение для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в обслуживании и не требует сложных технологических решений. Правда, используемое при этом реагентное хозяйство более громоздко, что связано с необходимостью хранения больших количеств препаратов (в 3–5 раз больше, чем при использовании хлора). Во столько же раз увеличивается объем перевозок. При хранении происходит частичное разложение реагентов с уменьшением содержания хлора. Остается необходимость устройства системы притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдения мер безопасности для обслуживающего персонала. Растворы хлорсодержаших реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием.

Все большее распространение, особенно на небольших станциях водоподготовки, приобретают установки по производству активных хлорсодержаших реагентов электрохимическими методами. В России несколько предприятий предлагают установки типа «Санер», «Санатор», «Хлорэл-200» для производства гипохлорита натрия методом диафрагменного электролиза поваренной соли.

питьевой водоснабжение обеззараживание

2.2 Озонирование

Преимущество озона (О3) перед другими дезинфектантами заключается в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, которые придают воде неприятный запах (например, гуминовые основания). Кроме уникальной способности уничтожения бактерий, озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов. Исторически применение озона началось еще в 1898 г. во Франции, где впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды.

Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет 1–6 мг/л при контакте в 8–15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3–0,5 мг/л, т. к. более высокая доза придает воде специфический запах и вызывает коррозию водопроводных труб.

С гигиенической точки зрения озонирование воды – один из лучших способов обеззараживания питьевой воды. При высокой степени обеззараживания воды оно обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде.

Ограничениями для распространения технологии озонирования являются высокая стоимость оборудования, большой расход электроэнергии, значительные производственные расходы, а также необходимость высококвалифицированного оборудования. Последний факт обусловил использование озона лишь при централизованном водоснабжении. Кроме того, в процессе эксплуатации установлено, что в ряде случаев (если температура обрабатываемой природной воды превышает 22 °С) озонирование не позволяет достичь требуемых микробиологических показателей по причине отсутствия эффекта пролонгации дезинфицирующего воздействия

Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ среди других методов обеззараживания питьевой воды.. Технологический процесс включает последовательные стадии очистки воздуха, его охлаждения и осушки, синтеза озона, смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси, вывода ее в атмосферу. Все это ограничивает использование данного метода в повседневной жизни.

Другим существенным недостатком озонирования явялется токсичность озона. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений - 0,1 г/м3. К тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси.

Существующие конструкции современных озонаторов представляют собой большое количество близко расположенных ячеек, образованных электродами, один из которых находится под высоким напряжением, а второй – заземлен. Между электродами с определенной периодичностью возникает электрический разряд, в результате которого в зоне действия ячеек из воздуха образуется озон. Полученной озоновоздушной смесью барботируют обрабатываемую воду. Подготовленная таким образом вода по вкусу, запаху и другим свойствам превосходит воду, обработанную хлором.

2.3 Другие реагентные способы дезинфекции воды

Применение тяжелых металлов (медь, серебро и др.) для обеззараживания питьевой воды основано на использовании их «олигодинамического» свойства – способности оказывать бактерицидное действие в малых концентрациях. Эти металлы могут вводиться в виде растворов солей либо методом электрохимического растворения. В обоих этих случаях возможен косвенный контроль их содержания в воде. Следует заметить, что ПДК ионов серебра и меди в питьевой воде достаточно жесткие, а требования к воде, сбрасываемой в рыбохозяйственные водоемы, еще выше.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относится также широко применявшееся в начале 20 в. обеззараживание соединениями брома и йода, обладающими более выраженными бактерицидными свойствами, чем хлор, но требующими и более сложной технологии. В современной практике для обеззараживания питьевой воды йодированием предлагается использовать специальные иониты, насыщенные йодом. При пропускании через них воды йод постепенно вымывается из ионита, обеспечивая необходимую дозу в воде. Такое решение приемлемо для малогабаритных индивидуальных установок. Существенным недостатком является изменение концентрации йода во время работы и отсутствие постоянного контроля его концентрации.

Применение активных углей и катионитов, насыщенных серебром, например, С-100 Ag или С-150 Ag фирмы « Purolite », преследует цели не «серебрения» воды, а предотвращения развития микроорганизмов при прекращении движения воды. При остановках создаются идеальные условиях для их размножения – большое количество органики, задержанное на поверхности частиц, их огромная площадь и повышенная температура. Наличие серебра в структуре этих частиц резко уменьшает вероятность обсеменения слоя загрузки. Серебросодержащие катиониты разработки ОАО НИИПМ – КУ-23СМ и КУ-23СП – содержат в себе значительно большее количество серебра и предназначены для обеззараживания воды в установках небольшой производительности.

3.1 Кипячение

Из физических способов обеззараживания воды наиболее распространенным и надежным (в частности, в домашних условиях) является кипячение.

При кипячении происходит уничтожение большинства бактерий, вирусов, бактериофагов, антибиотиков и других биологических объектов, которые часто содержатся в открытых водоисточниках, а как следствие и в системах центрального водоснабжения.

Кроме того, при кипячении воды удаляются растворенные в ней газы и уменьшается жесткость. Вкусовые качества воды при кипячении меняются мало. Правда для надежной дезинфекции рекомендуется кипятить воду в течение 15 - 20 минут, т.к. при кратковременном кипячении некоторые микроорганизмы, их споры, яйца гельминтов могут сохранить жизнеспособность (особенно если микроорганизмы адсорбированы на твердых частицах). Однако применение кипячения в промышленных масштабах, конечно же, не представляется возможным ввиду высокой стоимости метода.

3.2 Ультрафиолетовое излучение

Обработка УФ-излучением – перспективный промышленный способ дезинфекции воды. При этом применяется свет с длиной волны 254 нм (или близкой к ней), который называют бактерицидным. Дезинфицирующие свойства такого света обусловлены их действием на клеточный обмен и особенно на ферментные системы бактериальной клетки. При этом бактерицидный свет уничтожает не только вегетативные, но и споровые формы бактерий.

Современные установки УФ-обеззараживания имеют производительность от 1 до 50 000 м3/ч и представляют собой выполненную из нержавеющей стали камеру с размещенными внутри УФ-лампами, защищенными от контакта с водой прозрачными кварцевыми чехлами. Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, который убивает все находящиеся в ней микроорганизмы. Наибольший эффект обеззараживания питьевой воды достигается при расположении УФ-установок после всех других систем очистки, как можно ближе к месту конечного потребления.

Этот способ приемлем как в качестве альтернативы, так и дополнения к традиционным средствам дезинфекции, поскольку абсолютно безопасен и эффективен.

Важно отметить, что в отличие от окислительных способов при УФ-облучении не образуются вторичные токсины, и поэтому верхнего порога дозы ультрафиолетового облучения не существует. Увеличением дозы почти всегда можно добиться желаемого уровня обеззараживания.

Кроме того УФ-облучение не ухудшает органолептические свойства воды, поэтому может быть отнесено к экологически чистым методам ее обработки.

Вместе с тем, и этот способ имеет определенные недостатки. Подобно озонированию, УФ-обработка не обеспечивает пролонгированного действия. Именно отсутствие последействия делает проблематичным ее применение в случаях, когда временной интервал между воздействием на воду и ее потреблением достаточно велик, например в случае централизованного водоснабжения. Для индивидуального водоснабжения УФ-установки являются наиболее привлекательными.

Кроме того, возможны реактивация микроорганизмов и даже выработка новых штаммов, устойчивых к лучевому поражению.

Этот способ требует строжайшего соблюдения технологии,

Организация процесса УФ-обеззараживания требует больших капитальных вложений, чем хлорирование, но меньших, чем озонирование. Более низкие эксплуатационные расходы делают УФ-обеззараживание и хлорирование сопоставимыми в экономическом плане. Расход электроэнергии незначителен, а стоимость ежегодной замены ламп составляет не более 10% от цены установки.

Фактором, снижающим эффективность работы установок УФ-обеззараживания при длительной эксплуатации, является загрязнение кварцевых чехлов ламп отложениями органического и минерального состава. Крупные установки снабжаются автоматической системой очистки, осуществляющей промывку путем циркуляции через установку воды с добавлением пищевых кислот. В остальных случаях применяется механическая очистка.

Другим фактором, снижающим эффективность УФ-обеззараживания, является мутность исходной воды. Рассеивание лучей значительно ухудшает эффективность обработки воды.

3.3 Электроимпульсный способ

Достаточно новым способом обеззараживания воды является электроимпульсный способ - использование импульсивных электрических разрядов (ИЭР).

Сущность метода заключается в возникновении электрогидравлического удара, так называемого эффекта Л. А. Юткина.

Технологический процесс состоит из шести ступеней:

подача жидкости в рабочий объём при равномерном профиле распределения скорости (причём рабочий объём заполняют с воздушным промежутком, а равномерный профиль распределения жидкости помогает уменьшить энергоёмкость процесса),

зарядку накопителя электроэнергии в режиме постоянной мощности,

инициирование одного или серии электрических разрядов в жидкости при скорости нарастания переднего фронта напряжения не менее 1010 В/с (энергию дозируют путём отсчёта зарядов),

усиление эффекта разрушения микроорганизмов за счет формирования волн растяжения при отражении волн сжатия, образованных электрическим разрядом от свободной поверхности жидкости,

подавление или гашение ударных волн в подводящих и отводящих жидкость магистралях для исключения их разрушения,

отведение обеззараженной жидкости из рабочего объёма.

Кроме того, в частном случае возможно инициирование электрических разрядов в объеме, отделенном от рабочего объема средой, сохраняющей или увеличивающей амплитуду волн сжатия. Примером материала, являющегося средой, сохраняющей амплитуду волны на границе с водой, может быть пенополистирол.

В процессе обеззараживания питьевой воды электроимпульсным способом происходит большое количество явлений: мощные гидравлические процессы, образование ударных волн сверхвысокого давления, образование озона, явления кавитации, интенсивные ультразвуковые колебания, возникновение импульсивных магнетических и электрических полей, повышение температуры. Результатом всех этих явлений является уничтожение в воде практически всех патогенных микроорганизмов. Очень важно заметить, что вода, обработанная ИЭР, приобретает бактерицидные свойства, которые сохраняются до 4 мес.

Основным преимуществом электроимпульсного способа обеззараживания питьевой воды является экологическая чистота, а так же возможность использования в больших объемах жидкости.

Однако этот способ имеет ряд недостатков, в частности относительно высокую энергоемкость (0,2-1 кВтч/м3) и, как следствие – дороговизну.

Электрохимический метод.

Серийно производятся установки «Изумруд», «Сапфир», «Аквамин» и т.п. Их работа основана на пропускании воды через электрохимический диафрагменный реактор, разделенный ультрафильтрационной металлокерамической мембраной на катодную и анодную область. При подаче постоянного тока в катодной и анодной камерах происходит образование щелочного и кислого растворов, электролитическое образование активного хлора. В этих средах гибнут практически все микроорганизмы и происходит частичное разрушение органических загрязнений. Конструкция проточного электрохимического элемента хорошо отработана, и набором из различного числа таких элементов получают установки заданной производительности.

3.4 Обеззараживание ультразвуком

В некоторых случаях для обеззараживания воды используется ультразвук. Впервые этот метод был предложен в 1928 г. Механизм действия ультразвука до конца неясен. По этому поводу высказываются следующие предположения:

Ультразвук вызывает образование пустот в сильно завихренном пространстве, что ведет к разрыву клеточной стенки бактерии;

Ультразвук вызывает выделение растворенного в жидкости газа, а пузырьки газа, находящиеся в бактериальной клетке, вызывают ее разрыв.

Преимуществом использования ультразвука перед многими другими средствамиобеззараживания сточных водслужит его нечувствительность к таким факторам, как высокая мутность и цветность воды, характер и количество микроорганизмов, а также наличие в воде растворенных веществ.

Единственный фактор, который влияет на эффективностьобеззараживания сточных вод ультразвуком - это интенсивность ультразвуковых колебаний. Ультразвук - это звуковые колебание, частота которых находится значительно выше уровня слышимости. Частота ультразвука от 20000 до 1000000 Гц, следствием чего и является его способность губительным образом сказываться на состоянии микроорганизмов. Бактерицидное действие ультразвука разной частоты весьма значительно и зависит от интенсивности звуковых колебаний.

Обеззараживание и очистка водыультразвуком считается одним из новейших методов дезинфекции. Ультразвуковое воздействие на потенциально опасные микроорганизмы не часто применяется в фильтрахобеззараживания питьевой воды, однако его высокая эффективность позволяет говорить о перспективности этого метода обеззараживания воды, не смотря на его дороговизну.

3.5 Радиационное обеззараживание

Имеются предложения использования для обеззараживания воды гамма-излучения.

Гамма-установки типа РХУНД работают по следующей схеме: вода поступает в полость сетчатого цилиндра приёмно-разделительного аппарата, где твёрдые включения увлекаются вверх шнеком, отжимаются в диффузоре и направляются в бункер – сборник. Затем вода разбавляется условно чистой водой до определённой концентрации и подаётся в аппарат гамма-установки, в котором под действием гамма излучения изотопа Со60 происходит процесс обеззараживания.

Гамма-излучение оказывает угнетающее действие на активность микробных дегидраз (ферментов). При больших дозах гамма-излучения погибает большинство возбудителей таких опасных заболеваний как тиф, полиомиелит и др.

3.6 Другие физические методы

К физико-химическим методам обеззараживания воды следует отнести использование с этой целью ионообменных смол. G.Gillissen (1960) показал способность анионообменных смол освобождать жидкость от бактерий группы соli. Возможна регенерация смолы. У нас Е.В.Штанников (1965) установил возможность очистки воды от вирусов ионообменными полимерами. По мнению автора этот эффект связан как с сорбцией вируса, так и с его денатурацией за счет кислотной или особенно щелочной реакции. В другой работе Штанникова указывается на возможность обеззараживания воды ионактивными полимерами, где находится токсин ботулизма. Обеззараживание происходит за счет окисления токсина и его сорбции.

Помимо указанных выше физических факторов изучалась возможность обеззараживания воды токами высокой частоты, магнитной обработкой.

Во многих случаях наиболее эффективным оказывается комплексное применение реагентных и безреагентных методов обеззараживания воды. Сочетание УФ-обеззараживания с последующим хлорированием малыми дозами обеспечивает как высочайшую степень очистки, так и отсутствие вторичного биозагрязнения воды. Так, обработкой воды бассейнов УФ-облучением в сочетании с хлорированием достигается не только высокая степень обеззараживания, снижение пороговой концентрации хлора в воде, но и, как следствие, существенная экономия средств на расходе хлора и улучшение обстановки в самом бассейне.

Аналогично распространяется использование озонирования, при котором уничтожается микрофлора и часть органических загрязнений, с последующим щадящим хлорированием, обеспечивающим отсутствие вторичного биозагрязнения воды. При этом резко сокращается образование токсичных хлорорганических веществ.

Поскольку все микроорганизмы характеризуются определенными размерами, пропуская воду через фильтрующую перегородку с размерами пор меньшими, чем микроорганизмы, можно полностью очистить от них воду. Так, фильтрующие элементы, имеющие размер пор менее 1 микрона, согласно действующим ТИ 10-5031536-73-10 на безалкогольную продукцию, считаются обеспложивающими, т. е. стерилизующими. Хотя при этом из воды удаляются только бактерии, но не вирусы. Для более «тонких» процессов, когда недопустимо присутствие любых микроорганизмов, например, в микроэлектронике, применяют фильтры с порами размером не более 0,1–0,2 мкм.

Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рациональное использование для нужд народного хозяйства – одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

Предприятия, осуществляющие забор воды из водоисточников, ее очистку, по уровню решаемых задач и обороту денежных средств занимают одно из ведущих мест в регионе. А стало быть эффективность использования материальных ресурсов в данной отрасли так или иначе сказывается на общем уровне благосостояния и здоровья людей, проживающих на данной территории. Рациональное, т.е. организованное с соблюдением санитарных правил и нормативов, питьевое водоснабжение помогает избегать различных эпидемий, кишечных инфекций. Химический состав питьевой воды также немаловажен для здоровья человека.

В современных условиях обеззараживание стало чуть ли не единственным обязательным процессом в многоступенчатой системе очистки воды питьевого водоснабжения. Коагулирование и фильтрование воды через песок освобождают ее от суспендированных примесей и частично снижают ее бактериальную загрязненность. Но только обеззараживанием воды можно на 98% очистить воду от патогенных (болезнетворных) микроорганизмов.

Постоянное совершенствование методов и средств, с помощью которых осуществляется дезинфекция, вызвано двумя факторами: развитием у микроорганизмов резистентности не только к антибиотикам, но и дезинфицирующим средствам, а также несовершенством используемых дезинфицирующих средств. Следует учитывать и то, что возможно и вторичное загрязнение уже подготовленной воды при транспортировке её по трубам распределительной сети.

В связи с этим поиск и внедрение наиболее рационального способа обеззараживания воды из проблемы актуальной переходит в раздел социально значимых.

Постоянное совершенствование дезинфицирующих средств приведёт к созданию новых, эффективных и безопасных соединений. Уже сейчас разрабатываются новые дезинфицирующие средства на основе таких традиционных групп химических соединений, как спирты, альдегиды, фенолы, перекиси, ПАВ и хлорсодержащие вещества. Кроме того, постоянно разрабатывается возможность их соединения для создания композитного дезинфицирующего средства.

Обеззараживание является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции и должно обеспечивать эпидемиологическую безопасность населения.

Питьевая вода – это важнейший фактор здоровья и благополучия человека.

Мировой и отечественный опыт доказывает, что при использовании передовых технологий и оборудования качество воды (практически независимо от исходных ее характеристик) начинает соответствовать самым строгим нормативным требованиям. Это позволяет не только эффективно использовать естественные источники, но и успешно применять схемы рециркуляции. Такой подход, несомненно, поможет снизить антропогенную нагрузку с окружающей среды и сберечь ее для потомков.

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня тем более остро, что качество ее в природных источниках неуклонно ухудшается. В государственном докладе «Вода питьевая» отмечено, что около 70 % рек и озер страны утратили свое качество как источники водоснабжения, а приблизительно 30 % подземных источников подверглись природному или антропогенному загрязнению. Около 22 % проб питьевой воды, отбираемых из водопроводов, не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим нормам, а более 12 % – по микробиологическим показателям.

Список литературы

1. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: В 3-х т. – Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод / Научно-методическое руководство и общая редактора докт. техн. наук, проф. Журбы М.Г. Вологда-Москва: ВоГТУ, 2001. – 324 с.

2. Мазаев В.Т., Корлёв А.А., Шлепнина Т.Г. Коммунальная гигиена / Под ред. В.Т. Мазаева. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. – 304 с.

3. Яковлев С.В, Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: - М.: АСВ, 2002 - 704 с.

Под понятиями дезинфекции и обеззараживания питьевой воды принято понимать ряд комплексных мероприятий, которые направлены на уничтожение различных вирусов, бактерий, а так же полное или частичное удаление из жидкости химических примесей и других, опасных для здоровья организма веществ. Дезинфекция воды может осуществляться как на специальных инженерно-технических сооружениях в промышленных масштабах, так и для локального обеззараживания в целях быстрого употребления. В данной статье мы рассмотрим основные методы обеззараживания питьевой воды и коротко опишем их особенности.

Перед тем как обеззаразить воду, при выборе средства для обеззараживания воды следует понимать, что полная очистка воды от всех бактерий, минералов сделает ее непригодной для употребления в пищу. Поэтому, выбирая способ для дезинфекции воды, нужно подходить внимательно. Существует несколько способов воздействия на вредоносные для человека микроорганизмы:

Химические методы обеззараживания воды (реагентные);
Физические методы (безреагентные);
Комбинированные методы воздействия на микроорганизмы.

Химический метод включает в себя использование различных реагентов-коагулянтов, добавляемых в воду для обеззараживания. А также к данному методу относится: хлорирование, озонирование, применение серебра, кремния, гипохлорита натрия и других веществ, способных как минимум остановить размножение бактерий, и максимум – полностью от них избавиться.

Физическое, безреагентное воздействие производится с применением уф обеззараживания воды, электроимпульсным и другими способами.

Комбинированные методы включают и химическое и физическое воздействие попеременно. Данные методы считаются наиболее эффективными при обеззараживании и очистке от различных примесей, содержащихся в воде.

Обеззараживание воды химическими способами

При использовании химического метода обеззараживания крайне важно уметь определять или знать точную дозировку, а также необходимое время воздействия вещества на воду.

Необходимая доза определяется как пробным обеззараживанием, так и расчетными методами. Как переизбыток, так и недостаток вещества, способен сделать воду непригодной для использования.

Пример неверной дозировки: Слишком малая доза озона способна убить только часть бактерий и, образовав особые химические соединения, создаст идеальную среду для размножения ранее спящих бактерий.

Для создания длительного эффекта уничтожения микроорганизмов после дезинфекции, как правило, дозу реагента берут с избытком. Однако, такой избыток не должен быть опасным для людей, поскольку большинство реагентов довольно токсичны.

Хлорирование воды

Хлор и его производные до сих пор применяются на территории нашей страны для обеззараживания воды, несмотря на наличие множества современных методов очистки. Данный реагент показывает хорошие характеристики, в плане дезинфицирования, даже при минимальном избытке. Так, при концентрации остаточного хлора в размете 0,5 мг/л, рост патогенных микроорганизмов в соде не происходит.

Однако этот реагент имеет ряд существенных минусов: высокая степень токсичности, мутагенности, канцерогенности. И даже последующая очистка воды активированным углем не способна полностью удалить образовавшиеся хлорные соединения. А если такие воды идут в сток и попадают в грунтовые или речные воды вниз по течению, то степень пагубного воздействия на природу довольно велик.

Использование хлора, в большей степени связано с дешевизной и доступностью этого реагента, и высокой степенью эффективности в отношении патогенной флоры, роста водорослей, ряда грибков. Под его воздействием разрушается сероводород, удаляется железо, марганец. Он обладает способностью обесцвечивать, благодаря чему хлор является основным компонентом большинства отбеливателей.

Диоксид хлора обладает большей степенью воздействия на вирусы и бактерии, чем обычный хлор, однако загрязняет окружающую среду гораздо меньше. Но, этот реагент довольно дорогостоящий и требует приготовления непосредственно на месте применения.

Хлор образовывает, так называемые тригалометаны (производные метана), которые обладают сильным канцерогенным воздействием на организм человека, приводя к росту раковых клеток. А при кипячении воды, под воздействие высоких температур, происходит образование диоксина – очень сильного яда.

В результате исследования ученых из разных стран показали, что сам хлор и его производные могут вызывать всевозможные нарушения и болезни внутренних органов людей со стороны: ЖКТ, сердечно-сосудистой системы, печени, почек. Разрушают белок в организме, вызывают атеросклероз, гипертонию, всевозможные виды аллергических проявлений. Пагубно воздействуют на кожу и волосы.

Озонирование воды

Озонирование, путем разложения частиц озона в воде, образует атомарный кислород. В результате разрушается ферментная система клетки микробов. Кроме этого окисляется часть соединений, что вызывает довольно неприятный запах, ускоряется коррозия металла (в том числе кухонной утвари, водопроводных систем и т.д.). Поэтому, при применении озона, нужна точная дозировка.

При этом, данный метод считается самым лучшим из химических, обеспечивающих максимально быстрое и безопасное для окружающей среды и человека обеззараживание воды.

Для этого метода нужна специальная дорогостоящая аппаратура, большой расход электроэнергии, а также высококвалифицированное обслуживание. Все это делает данный дорогостоящий способ дезинфекции применимым, в основном, в централизованном водоснабжении.

Связано это с тем, что озон опасен в процессе производства, взрывоопасен и токсичен. Поэтому крайне важно высококлассное профессиональное обслуживание такого оборудования или установок.

Кроме того, последние исследования показали, что одного только озонирования недостаточно для качественной дезинфекции воды, так как после его воздействия начинается разложение фенольных групп гуминовых веществ. Эти вещества способствуют активации ранее «спящих» микроорганизмов.

Транспортируется вода, обработанная озоном, в специальных емкостях из отдельных видов пластмассы, асбестоцемента, бетона и др. Пред тем, как пустить такую воду по трубам и другим металлическим емкостям, необходимо выждать период распада озона.

Антисептики, полимерные реагенты

Обеззараживание полимерными реагентами, относящимися к полимерным антисептикам – это отдельный способ очистки воды. Биолаг – самый известный из этого класса реагентов. В сравнении с озоном и хлором Биолаг имеет ряд преимуществ:

Не наносит вреда здоровью;
Не оказывает местного раздражения на кожу и слизистую;
Не вызывает аллергических реакций;
После очистки у воды отсутствует вкус, запах и цвет;
Не портит ткань (купальных костюмов);
Не оказывает коррозийного действия на металлические поверхности;
Обладает долговременным эффектом дезинфекции.

Другие реагенты

Дезинфекция с помощью реагентов требует определенных специфических знаний, так как в данном методе важна тонность дозировки и других расчетов. Используются разнообразные соединения тяжелых металлов, таких как йод, бром и др. Такой метод выделяют отдельно, как олигодинамическое обеззараживание воды.

При использовании благородных металлов для очистки воды, например с помощью серебра, происходит не полное обеззараживание, а временное сдерживание роста числа бактерий. Кроме того при данном методе крайне важно соблюдать дозировку, так как серебро имеет свойство накапливаться в человеческом организме и очень медленно и тяжело выводится.

Другие, более редко встречающиеся реагенты, такие как сильные окислители (гипохлорит натрия), применяются в тех случаях, когда показатели воды часто изменяются и крайне не стабильны. Примером нестабильности воды может служить наличие в ней органических веществ, планктона. По химико-бактерицидным свойствам гипохлорит натрия подобен хлору, но при этом не так вреден для человеческого организма и окружающей среды, обладает длительным бактерицидным действием. Получают данный реагент путем электролиза 2-4% раствора хлорида натрия (поваренной соли) или минерализованных вод.

Недостатком данного метода считается то, что на удаление соли из воды уходит гораздо больше энергетических затрат, чем на хлорирование. Однако неоспоримым преимуществом можно назвать безопасность для человека и окружающей среды.

Обеззараживание воды физическими методами

К физическим методам относят воздействие ультразвуком, обеззараживание воды ультрафиолетом и другими методами. При этом проводится предварительная фильтрация, коагуляция воды, с целью удаления взвесей, яиц гельминтов и различных микроорганизмов.

Очистка УФ-лучами

Для уф обеззараживания воды высчитывают объем жидкости, чтобы рассчитать необходимые затраты энергии. Для обеспечения эффективности необходимо рассчитать мощность излучения и время воздействия, а также учесть степень зараженности биоорганизмами (число микробов на 1 мл воды).

Определяют наличие БГКП (индикаторные бактерии, относящиеся к группе кишечной палочки). Данные бактерии присутствуют в воде, загрязненной фекальными массами, и обладают крайне высокой сопротивляемостью к любым процессам обеззараживания. По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01, максимально допустимое число колифомных бактерий не должно быть больше 50 на 100 мл жидкости.

Обеззараживание ультрафиолетом эффективнее воздействует на различные биоорганизмы, чем хлор. А с методом озонирования, по эффективности очистки, уф обеззараживание примерно равно по эффективности.

Лучи ультрафиолета воздействуют на ферментные системы клеток бактерий и на клеточный обмен. УФ-лучи способны уничтожить вегетативные и споровые бактерии, в борьбе с которыми другие методы мало эффективны. При этом не изменяется вкус, цвет и запах воды, не образуются токсические вещества, не возможна передозировка воздействия.

Однако данный метод имеет свой недостаток – отсутствие последействия. При этом имеется неоспоримый плюс - небольшие установки индивидуального пользования по себестоимости процесса стоят в одном ряду с хлорированием, и дешевле, чем озонирование. Что делает данный метод применимым для использования в частных домах.

Чтобы этот обеззараживающий метод сохранял свою эффективность, нужно следить за чистотой кварцевых ламп, на которых могут скапливаться минеральные солевые отложения. Чтобы решить эту проблему в воду добавляют пищевую кислоту (уксус, лимонную), и данный раствор запускают в циркуляцию по системе. В частности уксус очень хорошо справляется с проблемой солевых отложений. Также можно применить механическую очистку поверхности ламп.

Стоит отметить, что обработка воды с помощью ультрафиолета проводится только после предварительной очистки воды от способных экранировать лучи веществ. Длина волн излучения может колебаться от 200 до 295 нм, однако наиболее часто используется оптимальная величина – 260 нм, при которой активно разрушается цитоплазма клеток. Срок службы одной УФ-лампы составляет порядка несколько тысяч часов непрерывной работы.

На сегодняшний день, ультрафиолетовое излучение – это самый эффективный дезинфицирующий воду способ.

Обработка воды ультразвуком

Обработка воды при помощи ультразвука основано на физическом явлении –кавитации, то есть способности образовывать пустоты, создающие разницу в давлении. Такой диссонанс ведет к гибели бактерий в результате разрыва клеточных оболочек. Этот эффект зависит от степени интенсивности звуковых колебаний.Установки по очистке ультразвуком требуют квалифицированного обслуживания и довольно дорогостоящие.

Магнитострикционные или пьезоэлектрические установки создают частоту звука в 48 000 Гц. При более низких частотах рост бактерий не только не останавливается, но и усиливается, поэтому точность настройки и качественное обслуживание такого оборудования обязательны. Воды кипячением

Обеззараживание воды кипячением

Кипячение – самый популярный и распространенный бытовой способ дезинфекции воды в ходе которого (в зависимости от длительности процесса) погибает огромное количество болезнетворных организмов: бактерии, бактериофаги, вирусы и др. Также устраняются газы, растворенные в воде, уменьшается жесткость (рН), при этом вкусовые качества практически не изменяются.

Комплексные методы очистки воды

Комплексный подход к очистке включает в себя и реагентные методы, и безреагентные методы. Продезинфицировать воду можно, например, сначала УФ-лучами, а затем, обеззараженный объем жидкости, обработать хлором. В результате устраняются вредоносные микроорганизмы, и исключается вторичное заражение.

Комбинированные методы экономят средства, затрачиваемые на реагенты, и улучшают состояние воды.

Подобным образом продезинфицировать воду можно сначала озоном, а затем провести хлорирование. В этом случае, содержание в воде токсичных соединений содержащих хлор резко снижается.

Фильтрование показывает хорошие результаты только в случае, когда обеззараживаемый объем воды проходит через ячейки, меньшие по размеру, чем микроорганизмы. А если учесть, что большинство бактерий имеют размер около 1 микрона, а вирусы еще меньшими габаритами, то, чтобы обеззараживать воду, фильтрующие элементы должны иметь поры 0,1-0,2 мкм.

Системы типа «Пурифайер», включают в себя сразу несколько систем очистки воды с довольно эффективной системой фильтрации. Такое оборудование имеет широкий спектр применения и пользуется популярностью, как в домашних условиях, так и в офисных помещениях.

Новые системы обеззараживания воды

Относительно новые средства обеззараживания воды: электроимпульсный и электрохимический метод. Суть заключается в том, что воду пропускают через диафрагменный электрохимический реактор, который разделен металлокерамической мембраной. Эта мембрана способна проводить ультрафильтрацию на катодную и анодную область. После подачи тока в анодные и катодные камеры, образуется щелочной и кислый растворы, и, как следствие, электролитическое образование, так называемый активный хлор. Такое средство для обеззараживания воды способно обеспечитьбыструю гибель почти всех вредоносных микроорганизмов.

Метод электроимпульсного воздействия способен обеззараживать электрическим зарядом, после которого возникает ударная волна сверхвысокого давления и световое излучение. В результате образовывается озон, который оказывает губительное действие на микроорганизмы.

Новые способы очистки достаточно дорогостоящие и не применимы в бытовых домашних условия ввиду сложности протекающих процессов и необходимости постоянного квалифицированного обслуживания.

Обратите внимание! Санитарные нормы не подразумевают полного уничтожения всех микроорганизмов, содержащихся в воде. Требуется удаление и обезвреживание только опасных для человека бактерий, вирусов и других включений, способных вызывать нарушения со стороны здоровья. Полностью стерильная вода так же не менее вредна для человека, как и зараженная бактериями.

Прежде чем проводить дезинфекцию и делать выбор того или иного способа очистки, необходимо предварительно сделать анализ на степень загрязнения воды: минеральными, биологическими соединениями и микроорганизмами. По результатам анализа подбирается оптимальный вариант качественной дезинфекции и очистки воды.

Под обеззараживанием питьевой воды понимают мероприятия по уничтожению в воде бактерий и вирусов , вызывающих инфекционные заболевания. По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на химические, или реагентные; физические, или безреагентные, и комбинированные. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений; безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями, а в комбинированных используются одновременно химическое и физическое воздействия.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относят ее обработку окислителями: хлором , озоном и т. п., а также ионами тяжелых металлов. К физическим – обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и т. д. Перед обеззараживанием вода обычно подвергается очистке фильтрацией и (или) коагуляцией, при которой удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов.

Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ. Технологический процесс включает последовательные стадии очистки воздуха, его охлаждения и осушки, синтеза озона, смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси, вывода ее в атмосферу. Все это требует также дополнительного вспомогательного оборудования (озонаторы, компрессоры, установки осушки воздуха, холодильные агрегаты и т. д.), объемных строительно-монтажных работ.

Озон токсичен. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений 0,1 г/м 3 . К тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси.

Следует отметить, что, хотя ряд зарубежных фирм предлагает автономные озонаторные установки для организации водоснабжения отдельного коттеджа или очистки воды в бассейне, кроме очень высокой стоимости таких устройств, требуется обеспечение их высококачественного обслуживания. Применение установки, предлагаемой одной из отечественных фирм, для автономного водоснабжения без всяких систем контроля содержания озона в воздухе и воде, может печально кончиться для ее владельцев. В этих условиях возможно применение дозирования в воду гипохлорита, получаемого в малогабаритном электролизере типа «Санатор», хотя и здесь требуется квалифицированное обслуживание.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относится также широко применявшееся в начале 20 в. о беззараживание соединениями брома и йода, обладающими более выраженными бактерицидными свойствами, чем хлор, но требующими и более сложной технологии. В современной практике для обеззараживания питьевой воды йодированием предлагается использовать специальные иониты, насыщен ные йодом. При пропускании через них воды йод постепенно вымыва ется из ионита, обеспечивая необходимую дозу в воде. Такое решение приемлемо для малогабаритных индивидуальных установок. Существенным недостатком является изменение концентрации йода во время работы и отсутствие постоянного контроля его концентрации.

Применение активных углей и катионитов, насыщенных серебром , например, С-100 Ag или С-150 Ag фирмы « Purolite », преследует цели не «серебрения» воды, а предотвращения развития микроорганизмов при прекращении движения воды. При остановках создаются идеальные условиях для их размножения – большое количество органики, задержанное на поверхности частиц, их огромная площадь и повышенная температура. Наличие серебра в структуре этих частиц резко уменьшает вероятность обсеменения слоя загрузки. Серебросодержащие катиониты разработки ОАО НИИПМ – КУ-23СМ и КУ-23СП – содержат в себе значительно большее количество серебра и предназначены для обеззараживания воды в установках небольшой производительности.

Из физических способов обеззараживания питьевой воды наибольшее распространение получило обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами , бактерицидные свойства которых обусловлены действием на клеточный обмен и особенно на ферментные системы бактериальной клетки. Ультрафиолетовые лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые формы бактерий, и не изменяют органолептических свойств воды. В ажно отметить, что поскольку при УФ-облучении не образуются токсичные продукты, то не существует верхнего порога дозы. Увеличением дозы УФ-излучения почти всегда можно добиться желаемого уровня обеззараживания.

Основным недостатком метода является полное отсутствие последействия.

Обеззараживание питьевой воды ультразвуком основано на способности его вызывать т. н. кавитацию – образование пустот, создающих большую разность давления, что ведет к разрыву клеточной оболочки и гибели бактериальной клетки. Бактерицидное действие ультразвука разной частоты весьма значительно и зависит от интенсивности звуковых колебаний.

Из физических способов индивидуального обеззараживания воды наиболее распространенным и надежным является кипячение, при котором, кроме уничтожения бактерий, вирусов, бактериофагов, антибиотиков и др. биологических объектов, часто содержащихся в открытых водоисточниках, удаляются растворенные в воде газы и уменьшается жесткость воды. Вкусовые качества воды при кипячении меняются мало.

Во многих случаях наиболее эффективным оказывается комплексное применение реагентных и безреагентных методов обеззараживания воды . Сочетание УФ-обеззараживания с последующим хлорированием малыми дозами обеспечивает как высочайшую степень очистки, так и отсутствие вторичного биозагрязнения воды. Так, обработкой воды бассейнов УФ-облучением в сочетании с хлорированием достигается не только высокая степень обеззараживания, снижение пороговой концентрации хлора в воде, но и, как следствие, существенная экономия средств на расходе хлора и улучшение обстановки в самом бассейне.

Поскольку все микроорганизмы характеризуются определенными размерами, пропуская воду через фильтрующую перегородку с размерами пор меньшими, чем микроорганизмы, можно полностью очистить от них воду. Так, фильтрующие элементы, имеющие размер пор менее 1 микрона, согласно действующим
ТИ 10-5031536-73-10 на безалкогольную продукцию, считаются обеспложивающими, т. е. стерилизующими. Хотя при этом из воды удаляются только бактерии, но не вирусы. Для более «тонких» процессов, когда недопустимо присутствие любых микроорганизмов, например, в микроэлектронике, применяют фильтры с порами размером не более 0,1–0,2 мкм.

Достаточно новыми способами обеззараживания воды являются электрохимический и электроимпульсный. Серийно производятся установки «Изумруд», «Сапфир», «Аквамин» и т. п. Их работа основана на пропускании воды через электрохимический диафрагменный реактор, разделенный ультрафильтрационной металлокерамической мембраной на катодную и анодную область. При подаче постоянного тока в катодной и анодной камерах происходит образование щелочного и кислого растворов, электролитическое образование активного хлора. В этих средах гибнут практически все микроорганизмы и происходит частичное разрушение органических загрязнений. Конструкция проточного электрохимического элемента хорошо отработана, и набором из различного числа таких элементов получают установки заданной производительности. Кроме того, их используют для получения дезинфицирующих растворов – католита и анолита, применяемых в медицинской практике. Что касается заявлений разработчиков об изменении структуры воды и ее чудодейственных свойствах, оставим это без комментариев.

При электроимпульсном воздействии производится электрический разряд в воде – электрогидравлический удар, т. н. эффект Л. А. Юткина. При разряде возникает ударная волна сверхвысокого давления, световое излучение и образуется озон. Эти факторы губительно действуют на биологические объекты в воде.

Обеззараживание питьевой воды - это удаление из воды болезнетворных микроорганизмов. Существует несколько способов обеззараживания воды (см. схему). Как правило, для получения достаточных и устойчивых результатов обеззараживания питьевой воды она должна быть подвергнута предварительной очистке (см. Очистка воды).

Хлорирование - наиболее распространенный способ обработки питьевой воды. Чаще применяют хлор и двуокись хлора; в технико-экономическом отношении преимущество отдается жидкому хлору и гипохлоритам (хлорная известь). При взаимодействии хлора или гипохлорита с водой в ней образуются хлорноватистая кислота (НОCl) и свободный ион (НCl-); затем хлорноватистая кислота диссоциирует с образованием гипохлорит-иона (ОCl-). Хлор, содержащийся в хлорноватистой кислоте и гипохлорит-ионе, реагирует с присутствующими в воде органическими веществами и связывается ими. Этим определяется в основном так называемая хлоропоглощаемость обеззараживаемой воды. Свободный (активный) хлор или его активные соединения разрушают ферментную систему микробной клетки. Для достижения обеззараживающего эффекта необходимы определенная доза хлора и достаточная длительность контакта его с водой. Длительность контакта на водопроводах должна быть не менее 30 мин. Потребную дозу хлора определяют пробным хлорированием воды, подлежащей обеззараживанию. Ориентировочно для пробного хлорирования можно принять следующие дозы хлора: для фильтрованной поверхностной (и осветленной подземной) воды 0,5-1 мг/л. Если вода сильно загрязнена, доза должна быть соответственно увеличена.

При простом хлорировании величина необходимой дозы определяется в основном хлоропоглощаемостью и берется с избытком не менее 0,3 мг/л, чтобы обеспечить гарантийное обеззараживание. Когда водоисточник сильно загрязнен (см. Источники водоснабжения), то для более надежного обеззараживания проводится двойное хлорирование - до очистки и после нее. Если в воде имеются вещества (фенолы и др.), которые даже в малых концентрациях могут при хлорировании придать ей неприятный запах и привкус, то для предотвращения этого к воде предварительно добавляют аммиак или аммонийные соли (преаммонизация воды). При этом хлоропоглощаемость воды уменьшается, время сохранения в ней активного хлора удлиняется.

Установки и аппараты для дозирования хлора (или его соединений), добавляемого к воде,- хлораторы - везде, кроме малых водопроводов, размещают в специальном помещении или в отдельном здании - хлораторной (рис. 1).

Рис. 1. План помещений хлораторной: I - тамбур; II - промежуточный склад для баллонов; III - дозаторная для сжижения хлоргаза; IV - помещение дежурного; V - тамбур; 1 - запасные баллоны с хлором; 2 - вентиляционный стояк; 3 - окно; 4 - баллоны на весах; 5 - вакуум-хлораторы; в - грязеуловитель; 7 - умывальник.

Хлорирование питьевых вод, однако, имеет и свои недостатки: необходимость тщательной дозировки хлора, так как даже небольшое уменьшение дозы резко снижает эффективность обеззараживания питьевой воды, а превышение дозы придает воде запах хлора; возможность появления специфических хлорфенольных запахов; токсичность хлора и необходимость особых мер его транспортировки, хранения и т. д.

При обеззараживании питьевой воды, особенно большими дозами хлора, производится дехлорирование, осуществляемое физическими средствами при помощи фильтров с активированным углем (высотой 0,5-2,5 м, зерна угля 1,5- 2,5 мм, скорость фильтрования 20-30 м 3 /час) или химическим путем - в резервуарах с применением тиосульфата натрия, двуокиси серы, сульфита натрия и т. п., нейтрализующих хлор (с обязательным расчетом потребности нейтрализующих веществ).

Озонирование - наиболее перспективный метод обеззараживания питьевой воды в связи с удешевлением электроэнергии, необходимой для получения озона в специальных аппаратах (озонаторах). Воздух, проходящий через озонатор, подвергается воздействию электрического разряда высокого напряжения, благодаря которому значительная часть кислорода воздуха (O 2) превращается в озон (O 3). Из озонатора воздух, обогащенный озоном, направляется в резервуары, где смешивается с водой, подлежащей обеззараживанию. Обеззараживающее действие озона связано с раскислением молекулы озона и отдачей атома кислорода, что сопровождается появлением в воде окислительного потенциала, значительно более высокого, чем при хлорировании. При контакте с водой в течение 8-15 мин. количество O 3 , необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения, состава и свойств воды и колеблется от 1 до 6 мг/л и более. Для достижения надежного эффекта обеззараживания доза остаточного озона в воде должна на 0,3-0,5 мг/л превышать озонопоглощаемость воды.

Избыток озона в воде не вызывает неприятных запахов и привкуса в воде; наоборот, озонирование весьма существенно улучшает ее органолептические свойства. Поэтому с гигиенической точки зрения озонирование является одним из лучших методов обеззараживания питьевой воды. Недостатки обеззараживания озоном; большой расход электроэнергии, сложность аппаратуры, необходимость квалифицированного технического надзора.

Озонирование применяется только для обеззараживания питьевой воды при централизованном водоснабжении (рис. 2).

Рис. 2. План станции для озонирования воды, работающей по принципу противопоточного поступления воды и озонированного воздуха: 1 - береговой колодец; 2 и 4 - насосы; 3 - водоочистные сооружения (коагуляция, отстаивание, песочный фильтр); 5 - напорный бак; 6 - стерилизатор; 7 - озонатор; 8 - фильтр; 9 - сушилка для воздуха; 10 - воздухоотделитель; 11 - резервуар для чистой воды.

Помимо хлорирования и озонирования, к химическим способам обеззараживания питьевой воды относится и использование олигодинамических свойств тяжелых металлов (медь, серебро и др.) в силу их способности оказывать бактерицидное действие в чрезвычайно малых концентрациях. Использование серебра рекомендовалось и для обеззараживания воды плавательных бассейнов.

Из физических способов наибольшее практическое применение получило обеззараживание питьевой воды ультрафиолетовыми бактерицидными лучами. В качестве источников бактерицидного излучения используют ртутно-кварцевые лампы высокого давления и органо-ртутные лампы низкого давления; 70% мощности излучения последних приходится на область длины волн 250-260 ммк, обладающей наиболее высокой бактерицидностью. Обеззараживание этим способом не изменяет свойств и состава воды. Ультрафиолетовые лучи действуют на клеточный обмен и особенно на ферментативную деятельность бактериальной клетки. Одним из важных условий эффективности облучения является прозрачность и бесцветность воды. Обеззараживание питьевой воды бактерицидными лучами производят в установках лоткового типа с непогруженными лампами или в напорных установках с погруженными в воду источниками облучения (рис. 3).

Рис. 3 Установка для обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами (АКХ-1): А - разрез; Б - схема движения воды в камере; 1 - смотровое окно; 2 - корпус; 3 - перегородки; 4 - подача воды; 5 - ртутно-кварцевая лампа ПРК-7; в - кварцевый чехол.

Обеззараживание питьевой воды ультразвуком высокой интенсивности (10-30 Вт/см 2), бактерицидные свойства которого связаны с появлением в воде кавитационных пузырьков и импульсов огромных давлений. Обеззараживание питьевой воды ультракороткими радиоволнами, особенно сантиметрового диапазона (3-10 см), бактерицидность которых, как полагают, вызывается резким повышением температуры массы бактериальной клетки. Обеззараживание питьевой воды радиоактивным излучением, обладающим специфическим механизмом бактерицидного действия, как и другие безреагентные способы обеззараживания, находятся еще в стадии предварительных исследований и технических испытаний.

При контроле эффективности обеззараживания питьевой воды исходят из того, что возбудители кишечных бактериальных инфекций (холеры, брюшного тифа, дизентерии и др.), распространяющиеся водным путем, менее резистентны к химическим и физическим средствам, используемым для обеззараживания питьевой воды, чем сапрофитные микроорганизмы, обычно находящиеся в воде. Поэтому при обеззараживании питьевой воды стремятся не к трудно достигаемой и неоправданной ее стерилизации, а лишь к уничтожению патогенных микробов, опасных для здоровья. При этом вода считается обеззараженной, если в ней остается не более 100 микробов в 1 мл и не более трех кишечных палочек в 1 л воды. В этом случае все патогенные микроорганизмы, как менее резистентные, могут считаться убитыми в процессе обеззараживания питьевой воды. Это требование вошло в стандарт качества питьевой воды. На водопроводных станциях, где вода обеззараживается хлором или озоном, каждый час (или полчаса) проверяют содержание в воде остаточного хлора (или озона как косвенного показателя надежности обеззараживания питьевой воды.

За последние десятилетия установлена возможность распространения водным путем кишечных вирусов (энтеровирусов) и их этиологическая роль в ряде заболеваний (инфекционный гепатит, вероятно, полиомиелит и др.). Энтеровирусы оказались более резистентны, чем патогенные бактерии и кишечная палочка. Поэтому при эпидемиологической опасности обеззараживание питьевой воды должно проводиться с учетом более высокого остаточного хлора (озона), так как обычный уровень содержания кишечной палочки в этих случаях не отвечает гигиеническим требованиям.

В сутки человек потребляет около 2-3 литров воды – и это только для питья, не считая бытовых нужд. И само собой, что столь важная для нашего организма жидкость обязательно должна быть безопасной и безвредной – то есть в ней не должно быть вирусов и бактерий, способных навредить человеку.

Причем средства для обеззараживания воды актуальны не только для туристов, которым они необходимы в походных условиях – применять подобные методы следует и для своего дома. Ведь вода, поступающая из источника (скважины или колодца), вряд ли является идеально чистой, а значит – требует очистки.

1 Список примесей, которые могут содержаться в воде

Даже кристально чистая и прозрачная вода может содержать огромное количество микроорганизмов и примесей, невидимых человеческому взгляду . Конечно, не все они вредят нашему организму. В частности он не переносит:

Большого содержания марганца.
Большого содержания железа (от 2-3 мг/л, однако неприятный вкус появляется уже при концентрации в 0.3 мг/л).
Наличия тяжелых металлов – мышьяка, меди, свинца, ртути и так далее. Причем даже в небольшом количестве они вредны – поскольку аккумулируются в организме.
Наличия азотных соединений (продукты жизнедеятельности животных или человека, гниющие растения или трупы животных).
Наличия натрия в больших количествах. Повышенное содержание натрия существенно портит вкус воды.
Бактерии, относящиеся к группе кишечных палочек.

Помимо вышеупомянутых примесей в воде может содержаться кальций и магний. Для организма они не несут серьезной опасности, однако при большой концентрации их наличие приводит к появлению накипи – а значит, вредит оборудованию .

2 Походные способы обеззараживания

Очень часто способы обеззараживания воды интересуют туристов и любителей долгих походов. В таких случаях путешественники обычно берут с собой небольшой запас питьевой воды, и пополняют его из естественных водоемов.

Это, конечно, интересно и увлекательно, однако пить воду из озера или реки, предварительно не побеспокоившись об ее очистке – не слишком хорошая затея.

В первую очередь – по той причине, что в ней могут содержаться вышеупомянутые азотные соединения (гниющие растения, трупы или продукты жизнедеятельности животных), которые весьма и весьма опасны для организма, и могут привести к серьезному отравлению.

3 Очистка с помощью ультрафиолета

Методы для очистки воды в стационарных условиях куда более многообразны. Одно из таких средств – это . В этом случае нейтрализация микробиологических примесей происходит посредством излучения.

Такое средство для обеззараживания воды применяется как в коттеджах, так и в лабораториях, больницах, гостиницах, в промышленности – лампа может использоваться практически везде.

Преимущество такого способа заключается в том, что лампа с высокой вероятностью нейтрализует множество наиболее опасных для организма человека бактерий:

кишечные палочки;
гепатиты;
грипп;
сальмонелла;
дизентерия;
холера.

Вышеупомянутые бациллы не переносят излучения с дозировкой менее 10 мДж/см². При этом лампа может обеспечивать куда больший предел – от 30 мДж/см².

Установка водоподготовки, основой которой является лампа, работает следующим образом: вода попадает в реакционную камеру через нижний отсек корпуса. Проходя возле источника излучения (собственно – сама лампа) и устремляется вверх – к выходному отверстию.

Все – больше никаких других действий не требуется, то есть все предельно просто и быстро. Такой аппарат для обеззараживания воды хорош тем, что не создает вреда организму человека и не создает резкого запаха или привкуса (в отличие от того же хлора).

Да и стоит лампа также не слишком дорого – компактная установка такого типа может стоять даже на даче.

Лампа обладает еще одним преимуществом – установка такого типа можно без проблем монтировать и самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов.

Что касается срока службы – в среднем лампа рассчитана на 3-4 тысячи часов работы.

4 Очистка с помощью ультразвука

Бактерицидная установка, нейтрализующая вредоносные микроорганизмы ультразвуком – скорее промышленный, а не бытовой способ. Принцип его основывается на создании ультразвуковых волн (создаваемых специальным генератором), которые приводят к разрыву оболочки клетки – а значит, и ее гибели. Для максимальной эффективности такого способа частота звука должна быть около 48 тысяч Гц.

Одним из примеров устройств, очищающих жидкость ультразвуком, является аппарат для обеззараживания воды «Лазурь». Это – современная бактерицидная установка, которая используется в промышленности и для крупномасштабной водоподготовки. Она способна обеспечить практически полную нейтрализацию любых бактерий, переводя их в нейтральные соединения.

Совместно с ультразвуком (создаваемым генератором), установка «Лазурь» производит еще и ультрафиолетовую очистку – компонуя методы и повышая эффективность результата. Процедура производится одновременно – внутри корпуса работает и лампа, и ультразвуковая установка.

5 Химические способы очистки

– самый распространенный вариант очистки любого количества воды. Он, к примеру, применяется для бассейнов, для обработки воды горводоканалами, станциями водоподготовки.

Сам способ предельно прост: в воду просто дозируется действующий реагент, который нейтрализует микробы и бактерии. В качестве активного вещества используются следующие вариации:

Бактерицидная очистка хлором.
Очистка гипохлоритом натрия.
Применение хлорной извести.

Как вариант – могут применяться и другие соединения хлора. Наиболее популярным из вариантов является очистка гипохлоритом натрия – «жидким хлором».

Дозировка гипохлорита натрия в воду является дешевым, но не самым удачным решением:

низкая эффективность;
большое остаточное содержание гипохлорита натрия в воде – что вредно для организма.

Получается замкнутый круг: слишком большое количество гипохлорита натрия – невозможно, поскольку воду попросту нельзя будет пить. А слишком малое – снижает эффективность водоподготовки.

Проблема обычно решается комплексным методом – помимо гипохлорита натрия, вода очищается дополнительно любым из других способов. Это может быть как любой из упоминаемых выше, так и другой вариант – очистка воды от самого хлора.

Так можно использовать гипохлорит натрия в больших концентрациях – излишки затем фильтруются, сводя содержание вещества до безопасной отметки.