Новые методы обеззараживания питьевой воды. Современные методы обеззараживание воды

      В настоящее время проблема обеззараживания воды является очень актуальной, поэтому в качестве индивидульного задания была выбрана именно эта тема. Также на выбор темы индивидуального задания повлияло ее непосредственное отношение к теме моей магистерской работы.

     Обеззараживание воды – мероприятия, в ходе которых происходит уничтожение микроорганизмов и вирусов, вызывающих инфекционные заболевания.

     По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на термические (кипячение); олигодинамические (обработка ионами благородных металлов); физические (обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и т. д.); химические (обработка окислителями: хлором и его соединениями, озоном, перманганатом калия и т. п.) .

Термический метод

     Кипячение является исключительно бытовым методом обеззараживания, однако он не дает полной гарантии гибели бактерий или их спор. Кроме того, при кипячении происходит удаление из воды растворенных в ней газов (кислорода, углекислого газа), что снижает ее вкусовые свойства.

     При кипячении происходит частичное смягчение воды из-за того, что в осадок выпадает часть солей кальция и магния, которые из растворимых гидрокарбонатных солей переходят в нерастворимые карбонатные .

Обеззараживание воды серебром

     Обработка воды, в которой содержится 0,05 - 0,2 мг / дм 3 серебра, втечение 30 - 60 мин дaет возможность достичь санитарных норм. Для растворения серебра в воде используют методы контактирования воды с развитой поверхностью металла, растворением солей серебра или электролитическим растворением металлического серебра. Наибольшее распространение получил последний метод, основанный на анодном растворении серебра.

     Однако серебро, как и другие тяжелые металлы, способно накапливаться в организме и вызывать заболевания (аргироз – отравление серебром). Кроме того, для бактерицидного действия серебра на бактерии требуются достаточно большие концентрации, а в допустимых количествах (около 50 мкг/л) оно способно оказывать лишь бактериостатическое действие, т.е. останавливать рост бактерий, не убивая их. А некоторые виды бактерий вообще практически не чувствительны к серебру.

     Все эти свойства ограничивают применение серебра. Оно может быть уместно только в целях сохранения исходно чистой воды для длительного хранения .

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами

     Данный метод основан на способности ультрафиолетового излучения с определенной длиной волны губительно действовать на ферментные системы бактерий. Ультрафиолетовые лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые формы бактерий, и не изменяют органолептических свойств воды. Важно 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. В качестве источника излучения используются ртутные лампы, изготовленные из кварцевого песка.

     Метод не требует сложного оборудования и легко может применяться в бытовых комплексах водоподготовки в частных домах.

     Фактором, снижающим эффективность работы установок УФ-обез¬зараживания 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.

     Основным недостатком метода является полное отсутствие последействия .

Ультразвуковая обработка воды

     Обеззараживание воды ультразвуком основано на способности его вызывать так называемую 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.

     В настоящее время этот способ еще не нашел достаточного применения в системах очистки воды, хотя в медицине он широко используется для дезинфекции инструментария и т.п. в так называемых ультразвуковых мойках .

Озонирование

     Озонирование воды основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, которые придают воде неприятный запах (например, гуминовые основания). Количество озона, необходимое для обеззараживания воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет 1–6 мг/дм 3 при контакте в 8–15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3–0,5 мг/дм 3 , т. к. более высокая доза придает воде специфический запах и вызывает коррозию водопроводных труб. Однако молекула озона неустойчива, поэтому его остаточные количества быстро разлагаются в воде. 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.

     Однако в связи с большим расходом электроэнергии, использованием сложной аппаратуры и необходимостью высококвалифицированного обслуживания, озонирование нашло применение для обеззараживания питьевой воды только при централизованном водоснабжении.

     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/м3. К тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси .

Хлорирование

     Наиболее распространенным методом обеззараживания воды был и остается метод хлорирования. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента – жидкого или газообразного хлора – и относительной простотой обслуживания.

     Очень важным и ценным качеством метода хлорирования 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.

     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.

     Предлагается применение диоксида хлора, 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, должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

     Применение для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в обслуживании и не требует сложных технологических решений. Однако 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 хлорсодержащих реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием .

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.

1.Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды

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.Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды

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 (ClO 2), 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.

Дезинфекция и обеззараживание воды - это один и тот же процесс. Он направлен на полное или частичное уничтожение содержащихся в жидкости вирусов, бактерий, очищение ее от пыли, мусора и проч. Цель мероприятия - защитить человека от вирусных и инфекционных заболеваний, пищевых отравлений, глистной инвазии. В статье мы познакомим вас с несколькими способами обеззараживания воды - традиционными и инновационными, промышленными и пригодными для применения в полевых условиях.

Методы очистки

Прежде всего, отметим факт, что полное очищение от всех содержащихся в ней элементов (в том числе и бактерий) сделает жидкость полностью непригодной для питья и приготовления пищи. Оттого нужно с толком выбирать способ обеззараживания воды, быть уверенными в его качественном воплощении.

Дезинфекции всегда должно предшествовать химико-биологическое исследование жидкости. Уже на основе его результатов выбирают один из методов обеззараживания:

• Химический, реагентный.
• Комбинированный.
• Безреагентный, физический.

Каждый из них - это способ обеззараживания воды, но по собственной определенной методике. Например, химический - это воздействие с помощью реагентов-коагулянтов, физические методы - безреагентное воздействие. Выделяются еще и инновационные, которые мы обязательно разберем на протяжении материала.

Интересно применение комбинированных методов - это применение и физического, и химического очищения попеременно. Считается на сегодня самым эффективным в дезинфекции - не только позволяет избавиться от бактерий, но и помогает не допустить их повторного визита. Применение нескольких способов обеззараживания воды - это и гарантия ее очистки от максимального количества загрязнителей.

Химические способы

В частности, это обработка жидкости различными веществами - химическими коагулянтами. Наиболее распространены:

• хлор;
• озон;
• гипохлорит натрия;
• ионы металлов и проч.

Эффективность этих способов обеззараживания питьевой воды зависит от максимально точно определенной дозы воздействующего реагента, от должного времени его контакта с очищаемой жидкостью.

Подходящую дозировку определяют как системой расчетов, так и пробной дезинфекцией, после которой воду берут на анализ. Важно не просчитаться и в том плане, что малая доза химических реагентов не только бессильна против вирусов и инфекций, но и может поспособствовать повышению их активности. Например, тот же озон в небольших количествах убивает лишь часть бактерий, выделяя особые соединения, что пробуждают спящие микроорганизмы, стимулируя их на ускоренное размножение.

Отсюда дозу всегда рассчитывают с избытком. Но одно дело - способы а другое дело - питьевых. Избыток должен в последнем случае быть таким, чтобы не вызвать у употребляющих жидкость людей отравление дезинфицирующими веществами.

Предлагаем вам подробнее ознакомиться с химической методикой.

Хлорирование

Если попросить обывателей: "Укажите самый простой способ обеззараживания воды", многие сразу же отметят хлорирование. И неспроста - как метод дезинфекции оно очень распространено в России. Объясняется это несомненными плюсами хлорирования:

• Простота в использовании и обслуживании.
• Низкая цена действующего вещества.
• Высокая эффективность.
• Последующий после применения эффект - вторичный рост микроорганизмов не происходит даже при минимальном избытке дозы хлора.
• Контроль за запахом, вкусовыми качествами воды.
• Поддержка чистоты фильтров.
• Препятствие образованию водорослей.
• Разрушение сероводорода, удаление железа и марганца.

Однако у средства есть и свои минусы:

• При окислении обладает высокой степенью токсичности, мутагенности, канцерогенности.
• Последующая после хлора очистка жидкости активированным углем не спасает ее полностью от образованных хлорированием соединений. Высокостойкие, они могут сделать питьевую воду непригодной для питья, засорять реки и иные природные водоемы по течению стоков.
• Образование тригалометанов, оказывающих канцерогенное воздействие на человеческий организм. Именно они способствуют росту раковых клеток. А кипячение, самый простой способ обеззараживания воды, усугубляет ситуацию. В хлорированной жидкости после него образуется диоксин - опасное ядовитое вещество.
• Исследования показывают, что хлорированная вода способствует также развитию заболеваний сосудов, ЖКТ, печени, сердца, гипертонии, атеросклероза. Негативно сказывается на состоянии кожи, волос и ногтей. Разрушает в организме белок.

На сегодня современной заменой является более эффективный в обеззараживании. Но существенный минус - его нужно применять сразу на месте производства.

Озонирование

Многие считают самым надежным способом обеззараживания воды именно озонирование. Газ озон способен разрушать ферментную систему микробной, вирусной клетки, окислять некоторые соединения, придающие жидкости неприятный запах.

Достоинства метода следующие:

• Быстрая дезинфекция.
• Максимально безопасное для человека и окружающей среды обеззараживание.

При этом у озонирования есть и ряд недостатков:

• При неправильной дозировке у воды отмечается неприятный запах.
• Избыток озона способствует усиленной коррозии металла. Это касается и водопроводных труб, и бытовой техники, посуды. Нужно выждать период распада газа, прежде чем пускать воду по трубам.
• Довольно дорогой в применении метод - необходимы большие растраты электроэнергии, сложное оборудование, высококвалифицированный обслуживающий персонал.
• Газ в процессе производства токсичен и взрывоопасен. Относится к первому классу опасности.
• После проведения озонирования возможно повторное размножение бактерий. Нет гарантии 100 % очистки воды.

Полимерные антисептики

Еще один популярный химический способ - использование полимерных реагентов. Самым известным на сегодня является "Биопаг". Чаще всего его применяют в общественных бассейнах, аквапарках.

Достоинства этого способа очистки и обеззараживания воды:

• Не наносит вреда здоровью человека и животных.
• Не придает воде определенный запах, вкус или цвет.
• Довольно прост в использовании.
• Не оказывает коррозионного влияния на металл.
• Не вызывает аллергических реакций.

Недостатки - может раздражать кожу, слизистую оболочку.

Прочие химические способы

Какие способы обеззараживания воды можно назвать в данном случае? Это несколько вариантов:

• Дезинфекция при помощи ионов тяжелых металлов, йода, брома.
• Обеззараживание при помощи ионов благородных металлов. Чаще всего используется серебро.
• Использование сильных окислителей. Частым примером тут будет гипохлорит натрия.

Физические способы

Сюда будут относиться нехимические способы воздействия на микроорганизмы в жидкости. Их применению чаще всего предшествует фильтрация и Это удаляет взвешенные частицы, яйца глистов, внушительную часть находящихся в жидкости микробов.

Самые распространенные способы:

• Воздействие ультрафиолетового излучения.
• Воздействие ультразвука.
• Кипячение. Эффективный способ обеззараживания воды в природных условиях.

Давайте разберем каждый из них более подробно.

УФ-облучение

Важно рассчитать необходимую долю воздействующей энергии на определенный объем воды. Для этого перемножают мощность излучения и время контакта с жидкостью. Важно предварительно определить концентрацию микроорганизмов в 1 мл воды, число индикаторных бактерий (в частности, кишечной палочки).

Отметим, что УФ-лучи будут пагубно воздействовать на микроорганизмы лучше хлора. Озон же по результатам очистки будет равен по эффективности облучению. УФ-лучи воздействуют и на ферментный обмен, и на клеточные структуры бактерий и вирусов. Что важно, уничтожают вегетативные,споровые формы.

Достоинства метода такие:

• Нет верхнего порога дозы, так как подобное облучение не образует в воде токсических соединений. Увеличивая ее, можно постепенно добиться самых лучших результатов.
• Отлично подходит для индивидуального пользования.
• Большой срок службы УФ-лампы - несколько тысяч часов.

Но есть и недостатки:

• Нет последствия мероприятия - чтобы воспрепятствовать возвращению микроорганизмов, воду следует обеззараживать периодически и систематически, не выключая установку.
• Кварцевые лампы порой загрязняются отложениями минеральных солей. Однако этому легко воспрепятствовать с помощью обычной пищевой кислоты.
• Обязательна предварительная очистка воды от взвешенных в ней частиц - экранизируя лучи, они сводят "на нет" весь процесс.

Способ обеззараживания воды в полевых условиях с помощью УФ-излучения продемонстрирован на картинке.

Ультразвук

Действие тут основано на кавитации. Так называется способность ряда звуковых частот образовать пустоты, создающие большую разницу в давлении.Этот диссонанс приводит к разрыву клеточных оболочек вирусов, бактерий, что ведет к гибели микроорганизмов. Эффективность зависит от интенсивности колебаний звука.

Такой метод мало распространен в первую очередь из-за своей дороговизны. Необходимо определенное оборудование, специально подготовленный персонал. Важно помнить о том, что опасен ультразвук для бактерий только на определенных частотах. Низкие волны, напротив, способны вызвать ускорение роста числа микроорганизмов в воде.

Кипячение

Самый простой и распространенный способ обеззараживания воды в полевых условиях - это, конечно, кипячение. Его популярность и общепризнанность основывается на многих факторах:

• Уничтожение в жидкости практически всех вредоносных микроорганизмов - вирусов, бактерий и бактериофагов, антибиотиков и проч.
• Доступность - нужен источник тепла, способный разогреть воду до 100 градусов по Цельсию, и жаропрочная емкость.
• Не влияет на вкусовые качества жидкости, ее цвет и запах.
• Устраняет растворенные в воде газы.
• Отлично борется с жесткостью жидкости, смягчает ее.

Комплексные способы очистки

От простых способов обеззараживания воды перейдем к комплексным, что являются самыми эффективными в ряде случаев. Например, это сочетание УФ-облучения и хлорирования, озонирования и хлорирования (препятствие вторичному заражению), безреагентные и реагентные методы.

В эту же категорию часто относят и фильтрование. Но с той особенностью, что каждая ячейка фильтра по размерам должна быть меньше, чем отсеиваемые микроорганизмы. А это значит, что ее диаметр не должен превышать 1 микрон. Но таким образом можно бороться только с бактериями. Против вирусов применяют более микроскопические поры - с диаметром менее 0,1-0,2 мкм.

На современном рынке популярна система фильтрации под названием "Пурифайер". Устройство отличается тем, что использует несколько систем фильтрации воды, ее обеззараживания. Некоторые модели дополнительно могут охлаждать воду до 4 градусов и нагревать до 95 градусов.

Установка применима и в промышленных, и в офисных, домашних масштабах. К водопроводной трубе ее достаточно просто подсоединить пластиковым переходником. Производители уверяют, что приобретение, подключение и работа "Пурифайера" будет обходиться владельцу дешевле, нежели доставка бутилированной воды.

Инновационные методы обеззараживания

Самыми новыми на сегодня способами обеззараживания воды будут электрохимический и электроимпульсный. На отечественном рынке они используются в таких устройствах, как "Изумруд", "Сапфир", "Аквамарин".

Их функционирование основано на работе специального электрохимического диафрагменного реактора, через который и пропускается вода. Он, в свою очередь, разделен металлокерамической мембраной, что способна производить ультрафильтрацию на катодные и анодные зоны.

В момент, когда в анодные и катодные камеры подают ток, в них начинают образовываться растворы - щелочной и кислотный. Затем - электролитическое образование (другое его название - активный хлор). Вся эта среда отличительна тем, что в ней активно гибнет подавляющее число видов вредных микроорганизмов. Также она способна разрушать некоторые соединения, растворенные в жидкости.

Производительность представленных аппаратов главным образом зависит от двух факторов: количества рабочих элементов и их конструкции. В каких-то агрегатах используются католиты и анолиты (в основном в медицинской сфере). Подобное обеззараживание называется ЭХА-технологией.

С ней, кстати, связаны многие заблуждения. Некоторые производители устройств заявляют, что обработанная в их агрегате вода становится целебной и даже чудодейственной. Однако на деле она всего лишь очищается и обеззараживается.

Электроимпульсная же очистка - это пропускание через толщу воды электроразряда. Ударная волна сверхвысокого давления, световое излучение, образование озона - следствие воздействия. Это все вместе губительно для микроорганизмов, взвешенных в жидкости.

Мы познакомились с разными методами обеззараживания воды - простыми и комплексными, традиционными и инновационными, эффективными и безопасными для человека. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Однако ведущий фактор - безвредность для организма человека, окружающей среды.

Вода – это фактор, который напрямую влияет на качество жизни человека. От ее цвета и запаха зависит настроение человека утром после умывания, а от состава – самочувствие и здоровье организма.

Вода, являясь основой жизни, легко распространяет инфекционные заболевания. Чтобы предотвратить передачу болезнетворных микроорганизмов через питьевую воду, применяют обеззараживание и дезинфекцию жидкости. Эти процессы позволяют уничтожить грибки, бактерии, неприятный привкус и цвет, что обеспечивает безопасность питьевой воды.

Очистка и обеззараживание питьевой воды для подачи в жилые дома проводится на станциях водоподготовки централизованного водоснабжения. Также существуют методы и установки для локального использования – в виде небольших систем очистки воды из скважины или способов, позволяющих очищать воду, набранную в бутылку.

Классификация методов обеззараживания воды

Чтобы правильно выбрать способ обеззараживания, проводят анализ загрязненной воды. Исследуется количество и вид микроорганизмов, степень побочной загрязненности. Также определяется объем воды, которая будет проходить очистку, и экономический фактор.

Вода, прошедшая очистку, прозрачна и бесцветна, не пахнет и не имеет вкуса и привкуса. Чтобы добиться такого эффекта, применяют следующие группы методов:

• физические;
• химические;
• комбинированные.

Каждой группе присущи свои отличительные признаки, но все методы так или иначе позволяют удалить патогенные микроорганизмы из воды. Получить подробную информацию по оборудованию для очистки и обеззараживания воды можно в компании «КВАНТА+» в г. Тюмень.

Химический метод – это работа с реагентами, добавляемыми в воду. Физическое обеззараживание выполняется за счет температуры или различных излучений. Комбинированные методы сочетают работу этих двух групп.

Наиболее эффективные способы

Инфекционная безопасность воды – это важная и актуальная проблема, из-за чего изобретено множество методик для избавления воды от микроорганизмов. Способы дезинфекции не прекращают улучшаться. Они становятся более результативными и доступными. В наше время самыми лучшими считаются следующие методы:

• термообработка с помощью высоких температур;
• ультразвуковая обработка;
• реагентные методы;
• ультрафиолетовое облучение жидкости;
• высокомощные электрических разрядов.

Физические методы обеззараживания воды

Перед ними вода обязательно должна проходить очистку от взвесей и примесей. Для этого применяется коагуляция, сорбция, флотация и фильтрация.

К данному виду методов относится применение:

• ультразвука;
• ультрафиолета;
• высоких температур;
• электричества.

Обеззараживание ультрафиолетом

Дезинфицирующее действие ультрафиолетового излучения известно очень давно. Его работа сходна с солнечным светом, успешно уничтожающим неприспособленные микроорганизмы за пределами озонового слоя Земли. Ультрафиолет воздействует на клетки, создавая поперечные сшивки в ДНК, вследствие чего клетка теряет возможность делиться и погибает (Рис. 2).

Установка состоит из ламп, помещенных в кварцевые чехлы. Лампы производят изучение, мгновенно уничтожающее микроорганизмы, а чехлы не позволяют лампам остывать. Качество обеззараживания при использовании этого метода зависит от прозрачности воды: чем чище поступающая жидкость, тем дальше распространяется свет и тем меньше загрязняется лампа. Для этого перед обеззараживанием вода проходит другие стадии очистки, в том числе механические фильтры.Резервуар, через который протекает вода, обычно оборудован мешалкой. Перемешивание слоев жидкости позволяет процессу дезинфекции проходить более равномерно.

Конструкция установки УФ-обеззараживания

Важно знать, что лампы и чехлы требуют регулярного ухода: конструкцию необходимо разбирать и очищать не менее одного раза в квартал.

Тогда результативность процесса не будет ухудшаться из-за появления накипи и других загрязнений. Сами лампы подлежат замене раз в год.

Установки ультразвукового обеззараживания

Работа таких установок основана на кавитации. Из-за интенсивных колебаний, которым подвергается вода благодаря высокочастотному звуку, в жидкости образуются многочисленные пустоты, она будто «вскипает». Мгновенный перепад давлений приводит к разрыву клеточных оболочек и гибели микроорганизмов.

Оборудование для ультразвуковой обработки воды эффективно, но требует больших затрат и грамотной эксплуатации. Важно, чтобы персонал умел обращаться с устройством – от качества настройки оборудования зависит его результативность.

Термическое обеззараживание

Этот метод крайне распространен среди населения и активно применяется в быту. С помощью высокой температуры, то есть кипячения, вода очищается практически от всех возможных патогенных организмов. В дополнение к этому снижается жесткость воды и уменьшается содержание растворенных газов. Вкусовые качества воды остаются прежними. Однако, у кипячения есть один недостаток: вода считается безопасной около суток, после чего бактерии и вирусы вновь могут в ней обосноваться.

Кипячение воды – надежный и простой метод обеззараживания

Электроимпульсное обеззараживание

Методика заключается в следующем: электрические разряды, поступающие в воду, создают ударную волну, микроорганизмы попадают под гидравлический удар и погибают. Этот способ не требует предварительной очистки и эффективен даже при повышенной мутности. Гибнут не только вегетативные, но и спорообразующие бактерии. Преимуществом является длительное сохранение эффекта (вплоть до 4-х месяцев), а недостатком – немалая стоимость и большое энергопотребление.

Химические методы обеззараживания воды

Они основаны на химических реакциях, которые происходят между загрязнением или микроорганизмом и добавляемым в жидкость реагентом.

При химическом обеззараживании важно контролировать дозу реагента.

Она должна быть точной. Недостаток вещества не сможет исполнить свою цель. К тому же, небольшое количество реагента приведет к повышенной активности вирусов и бактерий.

Чтобы улучшить работу химиката, его добавляют с избытком. В таком случае вредоносные микроорганизмы погибают, а эффект сохраняется продолжительное время. Избыток рассчитывается отдельно: если добавить слишком много, реагент дойдет до потребителя, и он отравится.

Хлорирование

Хлор широко распространен и применяется в водоочистке многих стран мира. Он успешно справляется с любыми объемами микробиологических загрязнений. Хлорирование приводит к гибели большей части патогенных организмов и отличается дешевизной и доступностью. К тому же, использование хлора и его соединений позволяет извлекать из воды металлы и сероводород. Хлорирование применяется в городских системах подачи питьевой воды. Оно также используется в бассейнах, где скапливается большое число людей.

Однако, у этого способа есть ряд недостатков. Хлор крайне опасен, вызывает рак и клеточные мутации, токсичен. Если избыток хлора не исчезнет в трубопроводе, а дойдет до населения, это может привести к серьезным проблемам со здоровьем. Особенно сильна опасность в переходные периоды (осень и весну), когда из-за увеличения загрязненности поверхностных вод повышают дозу реагента при водоподготовке. Кипячение такой воды не поможет избежать негативных последствий, а наоборот – хлор превратится в диоксин, являющийся сильнейшим ядом. Для того, чтобы дать излишку хлора испариться, воду из-под крана набирают в большие емкости и оставляют на сутки в хорошо проветриваемом помещении.

Озонирование

Озон обладает сильным окисляющим воздействием. Он проникает внутрь клетки и разрушает ее стенки, приводя к гибели бактерии. Это вещество не только является сильным антисептиком, но также обесцвечивает и дезодорирует воду, окисляет металлы. Озон работает быстро и избавляется практически от всех микроорганизмов, находящихся в воде, обгоняя по этой характеристике хлор.

Озонирование считается наиболее безопасным и эффективным методом, но и оно имеет несколько минусов. Избыток озона приводит к коррозии металлических частей оборудования и трубопроводов, аппараты изнашиваются и разрушаются быстрее обычного. Кроме того, новейшие исследования отмечают, что озонирование вызывает «пробуждение» микроорганизмов, находившихся в условной спячке.

Схема процесса озонирования

Способ отличается дороговизной установки и большим энергопотреблением. Для работы с озонирующим оборудованием требуется персонал высокой квалификации, ведь газ токсичен и взрывоопасен. Чтобы пустить воду населению, необходимо переждать период распада озона, иначе могут пострадать люди.

Обеззараживание полимерными соединениями

Отсутствие вреда здоровью, уничтожение запахов, вкусов и цветности, большая длительность действия – перечисленные достоинства относятся к обеззараживанию с помощью полимерных реагентов. Такой вид веществ также называют полимерными антисептиками. Они не вызывают коррозию и не портят ткань, не вызывают аллергии и отличаются результативностью.

Олигодинамия

Она основана на способности благородных металлов (таких как золото, серебро и медь) обеззараживать воду.

То, что эти металлы имеют антисептический эффект, известно давно. Медь и её сплавы часто применяют в полевых условиях, когда нужно в индивидуальном порядке обеззаразить небольшой объем жидкости.

Для более обширного воздействия металлов на микроорганизмы используются ионаторы. Это проточные аппараты, работающие на основе гальванической пары и электрофореза.

Обеззараживание серебром

Этот металл принято считать одним из самых древних способов обеззараживания воды. В древности было распространено мнение, что серебро лечит от любых болезней. Сейчас известно, что оно негативно влияет на множество микроорганизмов, однако неизвестно, уничтожает ли серебро простейшие бактерии.

Данное средство дает видимый эффект при очистке воды. Однако оно негативно влияет на организм человека при накоплении в нем. Не зря серебро имеет высокий класс опасности. Обеззараживание воды ионами серебра не считается безопасным методом, а потому практически не используется в промышленности. Серебряные ионаторы используются в единичных случаях в быту для обработки небольших объемов воды.

Компактный бытовой ионатор (осеребритель) воды

Иодирование и бромирование

Йод широко известен и используется в медицине с давних времен. Ученые многократно пытались использовать его обеззараживающее воздействие в водоочистке, однако его применение приводит к возникновению неприятного запаха. Бром отлично справляется практически со всеми известными патогенными микроорганизмами. Но имеет существенный недостаток – высокую стоимость. Из-за своих минусов эти два вещества для обработки сточных и питьевых вод не используются.

Комбинированные методы обеззараживания воды

Комплексные методы основываются на сочетании физических и химических методов для улучшения результативности. Примером является комбинация из ультрафиолетового излучения и хлорирования (иногда хлорирование заменяется на озонирование). УФ-лампы уничтожают микроорганизмы, а хлор или озон предотвращают их повторное возникновение. Кроме того, хорошо сочетаются окисление и обработка тяжелыми металлами. Реагент-окислитель дезинфицирует, а металлы продлевают бактерицидное действие.

Сочетание УФ-обеззараживания и действия ультразвука

Как обеззаразить воду в быту

Существует пять способов быстро продезинфицировать небольшой объем воды:

• кипячение;
• добавление перманганата калия;
• использование обеззараживающих таблеток;
• использование трав и цветов;
• настаивание с кремнием.

Перманганат калия прибавляется воду в количестве 1-2 г. на одно ведро воды, после чего загрязнения выпадают в осадок.

Специальные таблетки для уничтожения микроорганизмов применяются при обезвреживании воды из скважины, колодца или родника. Они являются наиболее современным способом, доступным, недорогим и результативным. Многие таблетки, например, марки «Акватабс», могут использоваться для очистки больших объемов жидкости.

Если воду необходимо обеззаразить в походе, можно воспользоваться специальными травами: зверобоем, брусникой, ромашкой или чистотелом.

Также можно использовать кремний: его помещают в воду и оставляют на сутки.

Нормативная документация в области безопасности питьевой воды

Со стороны государства качество воды строго контролируется с помощью нормативных документов, правил и ограничений. Основой законодательных актов в области охраны водных ресурсов и контроля качества используемой воды являются два документа: Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и Водный кодекс.

Первый закон содержит требования к качеству источников водоснабжения, из которых вода поступает в жилые дома и на нужды сельского хозяйства. Второй документ описывает нормы использования водных источников и указания по обеспечению их безопасности, а также определяет меры наказания.

ГОСТы

ГОСТы описывают правила, по которым должен проходить контроль качества сточных и питьевых вод. В них содержатся методики проведения анализов в полевых условиях, а также позволяют разделить воды на группы. Самые важные из ГОСТов представлены в таблице.

СНиПы

Строительные нормы и правила определяют требования к возведению сооружений очистки вод, к монтажу различных видов трубопроводов и систем водоснабжения. Информация содержится в СНиПах под следующими номерами: СНиП 2.04.01-85, СНиП 3.05.01-85, СНиП 3.05.04-85.

СанПиНы

Санитарно-эпидемиологические правила и нормы содержат гигиенические требования к качеству различных групп вод, к составу, к водозаборным сооружениям и месторасположению водозаборов: СанПиН 2.1.4.559-96, СанПиН 4630-88, СанПиН 2.1.4.544-96, СанПиН 2.2.1/2.1.1.984-00.

Таким образом, эффективность обеззараживания водопроводной воды контролируется с установленной регулярностью и в соответствии со множеством правил и нормативов. А большое число различных методов дезинфекции свежей воды позволяют для любых условий подобрать оптимальный вариант. Что делает грамотно очищенную и обработанную воду безопасной для употребления людьми.

Наиболее распространенными процессами водоочистки являются осветление и обеззараживание.

Помимо этого существуют специальные способы улучшения качества воды:
- умягчение воды (устранение катионов жесткости воды);
- обессоливание воды (снижение общей минерализации воды);
- обезжелезивание воды (снижение концентрации солей железа в воде);
- дегазация воды (удаление растворенных в воде газов);
- обезвреживание воды (удаление ядовитых веществ из воды);
- дезактивация воды (водоочистка от радиоактивных загрязнений).

Обеззараживание - завершающий этап процесса водоочистки. Цель - подавление жизнедеятельности содержащихся в воде болезнетворных микробов.

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.

Наиболее распространенным химическим методом обеззараживания воды является хлорирование. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента и относительной простотой обслуживания.

При хлорировании используют хлорную известь, хлор и его производные, под действием которых бактерии и вирусы, находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ.

Кроме главной функции - дезинфекции, благодаря окислительным свойствам и консервирующему эффекту последействия, хлор служит и другим целям - контролю за вкусовыми качествами и запахом, предотвращению роста водорослей, поддержанию в чистоте фильтров, удалению железа и марганца, разрушению сероводорода, обесцвечиванию и т.п.

По мнению экспертов, применение газообразного хлора приводит к потенциальному риску здоровью человека. Это связанно прежде всего с возможностью образования тригалометанов: хлороформа, дихлорбромметана, дибромхлорметана и бромоформа. Образование тригалометанов обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Эти производные метана обладают выраженным канцерогенным эффектом, что способствуют образованию раковых клеток. При кипячении хлорированной воды в ней образуется сильнейший яд - диоксин.

Исследования подтверждают взаимосвязь хлора и его побочных продуктов с возникновением таких болезней, как рак органов пищеварительного тракта, печени, сердечные расстройства, атеросклероз, гипертония, различные виды аллергии. Хлор воздействует на кожу и волосы, а также разрушает белок в организме.

Одним из наиболее перспективных способов обеззараживания природной воды является использование гипохлорита натрия (NaClO), получаемого на месте потребления путем электролиза 2-4%-ных растворов хлорида натрия (поваренной соли) или природных минерализованных вод, содержащих не менее 50 мг/л хлорид-ионов.

Окислительное и бактерицидное действие гипохлорита натрия идентично растворенному хлору , кроме того, он обладает пролонгированным бактерицидным действием.

Основными достоинствами технологии обеззараживания воды гипохлоритом натрия является безопасность ее применения и значительное уменьшение воздействия на окружающую среду по сравнению с жидким хлором.

Наряду с достоинствами у обеззараживания воды гипохлоритом натрия, производимым на месте потребления, имеется и ряд недостатков, прежде всего - повышенный расход поваренной соли, обусловленный низкой степенью ее конверсии (до 10-20%). При этом остальные 80-90% соли в виде балласта вводятся с раствором гипохлорита в обрабатываемую воду, повышая ее солесодержание. Снижение же концентрации соли в растворе, предпринимаемое ради экономии, увеличивает затраты электроэнергии и расход анодных материалов.
Некоторые эксперты считают, что замена газообразного хлора гипохлоритом натрия или кальция для дезинфекции воды вместо молекулярного хлора не снижает, а значительно увеличивает вероятность образования тригалометанов. Ухудшение качества воды при применении гипохлорита, по их мнению, связано с тем, что процесс образования тригалометанов растянут во времени до нескольких часов, а их количество при прочих равных условиях тем больше, чем больше pH (величина, характеризующая концентрацию ионов водорода). Поэтому наиболее рациональным методом уменьшения побочных продуктов хлорирования является снижение концентрации органических веществ на стадиях очистки воды до хлорирования.

Альтернативные методы обеззараживания воды, связанные с использованием серебра, являются слишком дорогостоящими. Был предложен альтернативный хлорированию метод обеззараживания воды с помощью озона, но оказалось, что озон тоже вступает в реакцию со многими веществами в воде - с фенолом, и образовавшиеся в результате продукты еще токсичнее хлорфенольных. Кроме того, озон очень нестоек и быстро разрушается, поэтому его бактерицидное действие непродолжительно.

Из физических способов обеззараживания питьевой воды наибольшее распространение получило обеззараживание вод ы 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. Основным недостатком метода является полное отсутствие последействия. Кроме того, этот метод требует больших капитальных вложений, чем хлорирование.

Материал подготовлен на основе информации открытых источников