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.

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. 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.

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. Для индивидуального водоснабжения УФ-установки являются наиболее привлекательными.

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.

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.

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.

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.

Кипячение воды , т. е. нагревание ее до 100 0 С, приводит к безусловной гибели всех микроорганизмов, в том числе и патогенных. Кроме того, при кипячении могут разрушаться некоторые термолабильные токсины (ботулотоксин) и ядовитые вещества. В том числе и ОВ. Для большей гарантии в отношении термоустойчивых вирусов кипячение рекомендуют продолжать в течение 10-15 мин. Уничтожение споровых форм достигается увеличением срока кипячения до 2 часов. Такого же эффекта можно достичь нагреванием воды до 110-120 о С в течение 5-10 мин при избыточном давлении (автоклавирование).

Кипячение воды, как метод ее обеззараживания по сравнению с другими имеет ряд преимуществ. К их числу относятся простота, доступность и надежность обеззараживания, независимость бактерицидного эффекта от состава воды, отсутствие заметного влияния на физико-химические и органолептические свойства воды.

Наряду с преимуществами метод обеззараживания воды кипячением имеет и некоторые существенные недостатки: он экономически нерентабелен, требует большого количества топлива и сравнительно громоздкий из-за малопроизводительной аппаратуры в виде различного рода кипятильников. В связи с этим кипячение для целей обеззараживания больших количеств воды не применяется. При обработке небольших объемов воды он широко используется как в мирное, так и в военное время.

Метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами имеет важные преимущества, к числу которых относятся широкий антибактериальный спектр действия с выключением споровых и вирусных форм, исчисляемая несколькими секундами экспозиция, сохранение природных свойств воды, улучшение условий труда обслуживающего персонала в связи с исключением из обращения вредных химических веществ - дезинфектантов, экономическая рентабельность.

Установлено, что максимальное бактерицидное действие оказывает ультрафиолетовый участок спектра, в особенности лучи с длиной волны от 200 до 280 мм (область С).

Недостатком метода является отсутствие простого и быстрого способа контроля за полнотой обеззараживания воды, а также большое влияние физико-химических свойств воды (цветность, мутность, содержание железа и т.п.) на эффект обеззараживания.

4.6.2. Химические методы обеззараживания воды

Химические методы обеззараживания воды основаны на применении различных веществ, обладающих бактерицидным действием. Эти вещества должны отвечать определенным требованиям, а именно: не делать воду вредной для здоровья, не изменять ее органолептических свойств, в малых концентрациях и в течение короткого времени контакта оказывать надежное бактерицидное действие, быть удобными в применении и безопасными в обращении, длительно храниться, производство их должно быть дешевым и доступным.

В наибольшей степени этим требованиям отвечают хлор и его препараты, чем можно объяснить их распространение в практике коммунального и полевого водоснабжения.

Для обеззараживания воды применяются и другие вещества - озон, йод, перекись водорода, препараты серебра, органические и неорганические кислоты и некоторые другие.

Наряду с положительными свойствами, метод хлорирования имеет и недостатки. Основным из них является неспособность хлора и его препаратов в тех дозах, в которых они обычно применяются, уничтожать в воде споровые формы микроорганизмов. Для достижения этой цели прибегают к очень большим дозам хлора и длительному его контакту с водой. К недостаткам хлорирования следует отнести также трудность дозировки и опасность в обращении с хлором, нестойкость его препаратов при хранении, неприятный запах хлорированной воды, в особенности при наличии в ней химических веществ типа фенолов, а также возможность образования тригалометанов.

Эффективность хлорирования воды определяется свойствами хлорсодержащего препарата, концентрацией в нем активного хлора, физико-химическими свойствами воды и временем контакта с ней хлора, степенью обсеменения воды микроорганизмами и их видом.

Как считает большинство исследователей, для уничтожения подавляющего числа вегетативных форм микроорганизмов достаточно контакта хлора с водой в течение 30 мин.

Наиболее надежным способом контроля эффективности обеззараживания воды является бактериологическое исследование. Однако такие исследования длительны и сложны, особенно в полевых условиях и боевой обстановке. Контроль за полнотой обеззараживания осуществляется по остаточному хлору. Остаточный хлор состоит из свободного и связанного. Установлено, что, если в хлорированной воде через 30 мин после внесения туда определенного количества хлора осталось 0,3 ‑ 0,5 мг/л свободного остаточного хлора, вода, как правило, оказывается надежно обеззараженной.

Известно, что наряду со свободными формами хлора в реакцию вступает и учитывается связанный хлор, основу которого составляют хлорамины и дихлорамины. Их бактерицидное действие во много раз меньше, чем свободного хлора. Поэтому недостаточно знать лишь общее количество остаточного хлора. В каждом конкретном случае необходимо устанавливать его качественный состав, чтобы сделать правильное заключение о надежности проведенного обеззараживания воды. Согласно стандарту концентрация связанного (хлораминного) хлора после экспозиции не менее часа должна составлять 0,8 - 1,2 мг/л.

В случаях эпидемиологического неблагополучия величина остаточного хлора может быть повышена до 2 мг/л без ущерба для здоровья населения. По остаточному хлору устанавливается и хлорпотребность воды.

Основными способами хлорирования воды являются хлорирование нормальными дозами и хлорирование повышенными дозами (гиперхлорирование).

Хлорирование нормальными дозами наиболее распространено, особенно в практике коммунального водоснабжения. Сущность его заключается в выборе такой рабочей дозы активного хлора, которая после 60-минутного контакта с водой обеспечивает наличие 0,8 - 1,2 мг/л остаточного связанного хлора. К преимуществам метода относятся относительно небольшое влияние на органолептические свойства воды, что позволяет употреблять воду без последующего дехлорирования, малый расход хлора или хлорсодержащих препаратов. Недостатками метода является сложность выбора рабочей дозы хлора и возможность появления хлорфенольного запаха вследствие образования хлорфенолов в воде, содержащей даже очень незначительные количества кислоты или ее гомологов.

При хлорировании воды большими дозами хлора в нее вносится повышенное количество активного хлора в расчете на последующее дехлорирование. Доза активного хлора выбирается в зависимости от физических свойств воды (мутность, цветность), характера и степени благоустройства водоисточника и от эпидемической обстановки. В большинстве случаев она составляет 20 - 30 мг/л при времени контакта 30 мин.

К преимуществам метода относятся:

Надежный эффект обеззараживания даже мутных, окрашенных и вод, содержащих аммиак;

Упрощение техники хлорирования (не нужно определять хлорпотребность воды);

Снижение цветности воды за счет окисления хлором органических веществ и перевода их в неокрашенные соединения;

Устранение посторонних привкусов и запахов, особенно обусловленных присутствием сероводорода, а также разлагающихся веществ растительного и животного происхождения;

Отсутствие хлорфенольного запаха при наличии фенолов, так как при этом образуются не моно-, а полихлорфенолы, которые запахом не обладают;

Разрушение некоторых отравляющих веществ и токсинов (ботулотоксина); уничтожение споровых форм микроорганизмов при дозе 100 - 150 мг/л активного хлора и длительности контакта 2-5 ч, значительное улучшение условий для процесса коагуляции воды.

Перечисленные положительные стороны метода делают его весьма ценным для практики улучшения качества воды в полевых условиях, когда выбор водоисточников ограничен и возникает потребность использования воды низкого качества, особенно в связи с опасностью применения бактериологического и химического оружия.

К недостаткам метода, как уже указывалось, следует отнести возможность образования тригалометанов, особенно при хлорировании воды, содержащей хозяйственно-бытовые стоки и гуминовые вещества, повышенный расход хлора и необходимость дехлорирования воды.

В качестве средств дехлорирования используются химические вещества, связывающие избыточное количество хлора, и сорбция хлора на активированном угле. Химические вещества, переводящие хлор в неактивное состояние, обычно относятся к группе восстановителей. Лучшим из них является тиосульфат (гипосульфит) натрия.

Дехлорирование воды может производиться сернистокислым и сернистым ангидридом, а также фильтрованием через обычный или активный уголь. Небольшие количества воды можно дехлорировать путем внесения угольного порошка в воду.

Применяемая для обеззараживания воды перекись водорода (Н 2 О 2) также является сильным окислителем. Акцептором служит атомарный кислород. Из-за трудности получения в больших количествах и дороговизны перекись водорода широкого применения в практике водоснабжения не приобрела. В последнее время разработан новый, более дешевый способ ее получения, в связи с чем, метод этот приобретает практический интерес.

Перекись водорода не изменяет органолептических свойств воды и значительно (до 50 %) снижает ее цветность, что весьма ценно для обеззараживания окрашенных вод. К числу недостатков метода относятся необходимость введения катализаторов для ускорения высвобождения атомарного кислорода и жидкая форма препарата, что затрудняет ее применение в полевых условиях.

Обеззараживание воды серебром основано на том, что ионы этого металла инактивируют бактериальные ферменты, блокируя их сульфгидрильные группы. Практически метод обеззараживания серебром может быть применен при небольших индивидуально-групповых запасах воды. Для этой цели используют посеребренный песок, посеребренные керамические «кольца Рашига» и серебро, растворенное электролитическим путем, т.е. растворенный при пропускании постоянного тока через обеззараживаемую воду серебряный электрод (анод). Таким путем можно получить «серебрянную воду», обладающую бактерицидными свойствами. Возможно также обеззараживание воды добавлением солей серебра.

Обеззараживание воды серебром не изменяет ее органолептических свойств и обеспечивает длительность бактерицидного действия, что особенно важно в тех случаях, когда возникает необходимость в длительном хранении воды.

К недостаткам метода следует отнести трудность дозировки, медленное и ненадежное бактерицидное действие, влияние на бактерицидный эффект физико-химических свойств воды, а также необходимость контроля остаточных количеств серебра в питьевой воде.

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.

Методы обеззараживания воды классифицируются на физические (нереагентные) и химические (реагентные).

Нереагентные методы обеззараживания воды: кипячение, обработка ультрафиолетовым (УФ) излучением, гамма-лучами, ультразвуком, электрическим током высокой частоты и пр. Нереагентные методы имеют преимущества, поскольку не приводят к образованию в воде остаточных вредных веществ.

Кипячение в течение 30 мин. применяется при местном водоснабжении вызывает на только гибель вегетативных форм, которая наступает уже при 80 0 С в течение 30 сек., но и спор микроорганизмов.

Обеззараживание воды коротковолновым УФ-излучением (l=250-260 нм) за счет фотохимического расщепления белковых компонентов мембран бактериальных клеток, вибрионов и яиц гельминтов вызывает быструю гибель вегетативных форм и спор микроорганизмов, вирусов и яиц гельминтов, устойчивых к хлору. Ограничение - метод не используется для воды с высокой мутностью, цветностью и содержащей соли железа.

Реагентные методы обеззараживания воды: обработка ионами серебра, озонирование, хлорирование.

Обработка ионами серебра приводит к инактивации ферментов протоплазмы бактериальных клеток, потери способности к размножению и постепенной гибели. Серебрение воды может осуществляться разными способами: фильтрацией воды через песок, обработанный солями серебра; электролизом воды с серебряным анодом в течение 2-х часов, что ведет к переходу катионов серебра в воду. Преимуществом метода является долгое хранение посеребренной воды. Ограничение - метод не используется для воды с большим содержанием взвешенных органических веществ и ионов хлора.

Озонирование основано на окислении органических веществ и других загрязнений воды озоном О 3 - аллотропной модификацией кислорода, обладающим более высоким окислительным потенциалом и в 15 раз большей растворимостью. Озон в большей степени расходуется на окисление органических и легко окисляющихся неорганических веществ, чем обеззараживание. Время, необходимое для обеззараживания озоном, составляет 1-2 мин. Применяемая доза озона составляет 0,5-0,6 мг/л. Обязательным условием озонирования является создание остаточного количества озона в воде (0,1-0,3 мг/л) для предотвращения роста и размножения патогенных микроорганизмов. Преимуществом метода является отсутствие остаточных веществ, дезодорирование воды, удаление цветности, короткое время реакции и уничтожение вирусов. Однако метод требует дешевых источников электроэнергии, поскольку озоновоздушную смесь получают при помощи энергоёмкого процесса - "тихого" электрического разряда на озонаторе.

Хлорирование – наиболее доступный и дешевый способ обеззараживания. Хлорирующие агенты делят на 2 класса: 1) анион Cl - (газообразный Cl 2 , хлорамин, хлорамины Б и Т, дихлорамины Б или Т); 2) т.н. "активный хлор" - гипохлорит-ион = анион ClO - [гипохлорит кальция Ca(OCl) 2 , гипохлорит натрия NaOCl, хлорная известь – смесь гипохлорита кальция, хлорида кальция, гидроокиси кальция и воды]. Бактерицидный эффект объясняется действием хлорноватистой кислоты, образующейся по реакции Cl 2 + H 2 O ® HOCl + HCl; активного хлора: HOCl ® OCl - + H + и хлористой кислоты НСlO 2 . Механизм обеззараживания связан с взаимодействием активных веществ с SH-белками клеточной оболочки бактерий. Недостатки метода: при хлорировании споры сибирской язвы, возбудители туберкулеза, яйца и личинки гельминтов, цисты амебы и риккетсии Бернета остаются жизнеспособными.

Обеззараживание воды хлорированием требует предварительного экспериментального определения концентрации активного хлора в хлорирующем препарате (в норме 25-35%) и хлорпоглощаемости воды, которая зависит от степени загрязнения воды органическими веществами и микроорганизмами, на окисление и обеззараживание которых расходуется хлор.

Условиями эффективного хлорирования являются соблюдение продолжительности контакта хлор-агента с водой и ее компонентами (30 мин. в теплый и жаркий период года, 60 мин. – в холодный); создание остаточного хлора 0,3-0,5 мг/л. Хлорпоглощаемость воды и концентрация остаточного хлора в сумме представляют собой хлорпотребность воды.

Ограничение применения обеззараживания воды препаратами, содержащими «активный хлор», касается воды, загрязненной промышленными сточными водами с содержанием фенола и других ароматических соединений, что требует «постпереломного» хлорирования, ведущего к образованию хлордиоксинов - веществ, обладающих высокой токсичностью и кумулятивностью в организме человека. Признаком их образования является сильный «аптечный» запах воды. Для предотвращения образования хлордиоксидов при хлорировании загрязненной промышленными стоками воды применяют газообразный хлор с преаммонизацией (предварительной обработкой воды аммиаком).

При невозможности экспериментального определения хлорпоглощаемости воды используют метод перехлорирования . Перехлорирование проводят избыточными дозами хлорирующего препарата (обычно в непроточной воде ограниченного объема). При выборе дозы активного хлора учитывают тип и степень загрязненности воды в источнике водоснабжения и эпидемическую ситуацию на территории сбора воды в используемый источник (обычно доза колеблется в пределах 10-20 мг активного хлора на 1 литр воды).

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:

1. Большого содержания марганца.
2. Большого содержания железа (от 2-3 мг/л, однако неприятный вкус появляется уже при концентрации в 0.3 мг/л).
3. Наличия тяжелых металлов – мышьяка, меди, свинца, ртути и так далее. Причем даже в небольшом количестве они вредны – поскольку аккумулируются в организме.
4. Наличия азотных соединений (продукты жизнедеятельности животных или человека, гниющие растения или трупы животных).
5. Наличия натрия в больших количествах. Повышенное содержание натрия существенно портит вкус воды.
6. 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:

1. Бактерицидная очистка хлором.
2. Очистка гипохлоритом натрия.
3. 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.

5.1 Походные способы обеззараживания воды (видео)