Современные способы дезинфекции питьевой воды

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня остро, ведь качество ее в природных источниках неуклонно снижается

28.10.2013

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня остро, ведь качество ее в природных источниках неуклонно снижается. В государственном докладе «Вода питьевая» отмечено, что около 70% рек и озер страны, являющихся источниками водоснабжения, утратили свое качество, а приблизительно 30% подземных источников подверглись природному или антропогенному загрязнению. Около 22% проб питьевой воды, отбираемых из водопроводов, не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим нормам, а более 12% — по микробиологическим показателям. Очевидным выходом из создавшегося положения является применение современных способов водоочистки и дезинфекции.

Обеззараживание (дезинфекция) представляет собой комплекс санитарно-технических мер по уничтожению возбудителей инфекционных заболеваний (бактерий, спор, микробов, вирусов) физическими, химическими и биологическими методами. Сегодня наибольшее распространение получили такие способы дезинфекции воды, как хлорирование, озонирование и обработка УФ-излучением (см. табл.1). Электроплазменная технология, электрохлорирование, а также обеззараживание с использованием сорбционных материалов, модифицированных наноагрегатами серебра, в силу объективных причин широкого применения не нашли.

Таблица 1. Характеристики основных дезинфектантов воды

Наименование и характеристика дезинфектанта

Достоинства

Недостатки

Хлор (Cl) — применяется в газообразном виде, требует соблюдения строжайших мер безопасности

  • эффективный окислитель и дезинфектант
  • эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов
  • обладает последействием
  • предотвращает рост водорослей и биообрастаний
  • разрушает органические соединения (фенолы)
  • окисляет железо и магний
  • разрушает сульфид водорода, цианиды, аммиак и др. соединения азота
  • повышенные требования к перевозке и хранению
  • потенциальный риск для здоровья в случае утечки
  • образование побочных продуктов дезинфекции — тригалометанов (ТГМ)

Гипохлорит натрия (NaClO) — применяется в жидком и гранулированном виде (товарная концентрация 10-12%), возможно получение на месте применения электрохимическим способом

  • эффективен против большинства болезнетворных микробов
  • относительно безопасен при хранении и использовании
  • при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов
  • неэффективен против цист (Giardia Cryptosporidium)
  • теряет активность при длительном хранении
  • потенциальная опасность выделения газообразного хлора при хранении
  • образует побочные продукты дезинфекции

Диоксид хлора (ClО) — получают только на месте применения. В настоящее время считается самым эффективным дезинфектантом из хлорсодержащих реагентов для обработки воды при повышенных рН.

  • работает при пониженных дозах
  • не образует хлораминов
  • не способствует образованию тригалометанов
  • разрушает фенолы (источник неприятного вкуса и запаха)
  • эффективный окислитель и дезинфектант для всех видов микроорганизмов, включая цисты (Giardia, Cryptosporidium) и вирусов
  • способствует удалению из воды железа и магния
  • обязательно получение на месте применения
  • требует перевозки и хранения легковоспламеняющихся исходных веществ
  • образует хлораты и хлориты
  • в сочетании с некоторыми материалами и веществами приводит к появлению специфического запаха и вкуса

Хлорамин — образуется при взаимодействии аммиака с соединениями активного хлора, используется как дезинфектант пролонгированного действия

  • обладает устойчивым и долговременным последействием
  • способствует удалению неприятного вкуса и запаха
  • снижает уровень образования тригалометанов и др. хлорорганических побочных продуктов дезинфекции
  • предотвращает образование биообрастаний в системах распределения
  • слабый дезинфектант и окислитель (по сравнению с хлором)
  • неэффективен против вирусов и цист (Giardia, Cryptosporidium)
  • для дезинфекции требуются высокие дозировки и пролонгированное время контакта
  • образует азотосодержащие побочные продукты

Озон (О) — используется для дезинфекции, удаления цвета, улучшения вкуса и устранения запаха

  • сильный дезинфектант и окислитель
  • очень эффективен против вирусов
  • наиболее эффективен против Giardia, Cryptosporidium, а также любой другой патогенной микрофлоры
  • способствует удалению мутности из воды
  • удаляет посторонние привкусы и запахи
  • не образует хлорсодержащих тригалометанов
  • образует побочные продукты
  • необходимость использования биологически активных фильтров для удаления образующихся побочных продуктов
  • не обеспечивает остаточного дезинфицирующего действия
  • требует высоких начальных затрат на оборудование
  • при взаимодействии со сложными органическими соединениями расщепляет их на фрагменты, являющиеся питательной средой для микроорганизмов

Ультрафиолет — процесс заключается в облучении воды ультрафиолетом, способным убивать различные типы микроорганизмов

  • не требует хранения транспортировки химикатов
  • не образует побочных продуктов
  • эффективен против Giardia, Cryptosporidium
  • нет остаточного действия
  • требует больших затрат на оборудование и техническое обслуживание
  • дезинфицирующая активность зависит от мутности воды, ее жесткости (образования отложений на поверхности лампы), а также колебаний в электрической сети, влияющих на изменение длины волны
  • отсутствует возможность оперативного контроля эффективности обеззараживания воды

Хлорирование

Первичное хлорирование — самый распространенный способ дезинфекции воды (98,6% воды подвергается хлорированию; озонирование составляет только 0,37%, остальные методы — 1,03%). Дезинфектантами, используемыми при хлорировании, помимо хлора (Cl), служат его производные — гипохлорид натрия (NaClO), диоксид хлора (ClО), хлорамин и др. Обеззараживания воды в промышленных масштабах происходит, как правило, путем обработки газообразным хлором (Cl) — активным химическим элементом, вступающим в реакции с органическими веществами, растворенными в обрабатываемой воде.

Одним из наиболее употребляемых реагентов при этом способе подготовки воды является диоксид хлора (ClО). Механизм его действия на болезнетворную флору обусловлен не только высоким содержанием высвобождающегося хлора, но и образующимся атомарным кислородом. Это сочетание делает ClО более сильным обеззараживающим агентом. Кроме того, диоксид хлора не ухудшает вкуса и запаха воды. Сдерживающим фактором в использовании данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, что осложняло его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения.

Так, например, в основе функционирования одной из серий установок Oxiperm (они разработаны компанией ALLDOS, входящей в концерн GRUNDFOS) заложена безопасная технология приготовления реагента: хлорид (NaClO2) — соляная кислота (НCl). Отличительной характеристикой некоторых из этих установок является работа с разбавленными реагентами (7,5% хлоридом натрия и 9% соляной кислотой). Системы оснащены датчиками и электроникой для полного контроля над процессами, что позволяет автоматизировать их и включить в систему диспетчеризации технологических линий водоподготовки.

В качестве реагента для первичного хлорирования воды также широко используется гипохлорид натрия (NaClO), содержащий не менее 190 г/л активного хлора. Технология применения NaClO основана на его свойствах распадаться в воде с образованием диоксида хлора. При этом концентрированный гипохлорид натрия снижает на треть вторичное загрязнение по сравнению с хлором. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно проста и не требует повышенных мер безопасности. Также получение гипохлорида натрия возможно и непосредственно на месте, путем электролиза (такой принцип используется, например, в установках серии Selcoperm). Электролитическое получение гипохлорида — низкозатратный и безопасный способ, а сам реагент легко дозируется и также может применяться в автоматических установках обеззараживания.

Озонирование

В поисках других способов дезинфекции воды исследователи обратили внимание на газ озон — О. Его преимущество — в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода. Исторически применение озона началось еще в 1898 году во Франции, где впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды. Первоначально озон использовался только для дезинфекции, несколько позже его стали применять для удаления запаха и цветности обрабатываемой воды.

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

Ультрафиолетовое обеззараживание

Перспективным промышленным способом дезинфекции воды является ее обработка УФ-излучением. УФ-область занимает в электромагнитном спектре участок диапазона от 400 до 100 нм. При этом для дезинфекции воды применяется свет с длиной волны 254 нм (или близкой к ней), который называют бактерицидным. Принцип действия основан на облучении ультрафиолетом микроорганизмов, находящихся в воде в течение определенного промежутка времени. УФ-излучение проникает сквозь стенки клетки переносимого водой микроорганизма и, поглощаясь ДНК, приводит к его дезактивации.

Этот способ приемлем как в качестве альтернативы, так и в качестве дополнения к традиционным средствам дезинфекции, поскольку является абсолютно безопасным и эффективным. УФ-обеззараживание, в отличие от окислительных способов, не приводит к образованию вторичных токсинов, не ухудшает вкуса и запаха воды, поэтому может быть отнесено к экологически чистым методам ее обработки.

Источник — пресс-служба компании ООО «Грундфос».