Обеззараживание и дезинфекция воды ультрафиолетом
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.
