Способы обеззараживания воды
При выполнении очистки воды необходимо использовать методы обеззараживания, которые позволяют устранить опасность от оставшихся в ней болезнетворных бактерий после фильтрации и коагулирования. Основными из них являются: хлорирование, озонирование, применение солей тяжёлых металлов и физические методы воздействия (ультразвук и ультрафиолет). На крупных очистительных сооружениях используют хлорирование и очистку хлорсодержащими веществами. Однако, настолько ли эффективен данный метод и безопасен?
Использование хлора и содержащих его веществ
Суть этого метода обеззараживания воды заключается в создании условий для протекания химических реакций окислительно-восстановительного типа. Под действием хлора на органические соединения происходит нарушение обмена веществ клеток бактерий, что приводит к их гибели.
Эффективность реагента зависит от наличий свободного или связанного хлора в его составе, а также от его концентрации. Оптимальным вариантом считается совпадение количества реагента с концентрацией бактерий, что приведёт к полному окислению всех примесей различного происхождения. В случае перерасхода хлора возникают в воде хлопья и комочки, образованные путём адсорбции взвешенных веществ. В результате оказывается, что внутри них бактерии и микробы остались в защищённом нетронутом состоянии, что неприемлемо.
Во время процесса обеззараживания воды происходит разрушение, разложение или минерализация примесей. При наличии в составе стоков растворимых и нерастворимых элементов в ходе реакции могут возникать неприятные запахи из-за распада хлорсодержащих продуктов, а также органических веществ и организмов. Наиболее неприятными считаются фенолы и ароматические соединения, так как вкус воды изменяется при их наличии всего в одной десятимиллионной части. Ситуация может ухудшится еще больше при повышении температуры в виде образования устойчивого запаха.
Выполнять фильтрацию и осветление стоков также помогают и хлорсодержащие компоненты:
- Хлорноватистая кислота является слабой и поэтому её действие должно быть обеспечено активностью окружающей среды и подходящим типом химической реакции.
- Двуокись хлора представляет наибольший интерес при обеззараживании, так как после обработки не образуются фенолы, а соответственно и гарантировано отсутствие неприятного запаха.
Для избежания появления запаха и привкуса воды выполняют хлорирование с аммонизацией. В процессе гидролиза хлораминов за счёт медленной скорости протекания реакции и проявляется антибактериальное свойство.
Однако, несмотря на все преимущества хлорирования, у данного метода есть серьёзный недостаток, который заключается в отсутствии полной стерильности воды. В воде остаются в единичных количествах спорообразующие бактерии и некоторые виды опасных вирусов. Для их уничтожения требуется значительно повышать концентрацию хлора и время контакта.
Озонирование воды
Способ озонирования заключается в высокой диффузии озона сквозь оболочки микроорганизмов, растворённых в воде, с последующим их окислением и гибелью. Обладая высоким антибактериальным действием, озон способен разрушать болезнетворные бактерии в несколько раз быстрее хлора при прочих одинаковых условиях. Максимальная эффективность достигается при уничтожении вегетативных бактерий. Спорообразующие микроорганизмы проявляют высокую стойкость и уничтожаются гораздо хуже.
Важным моментом в данном методе является подбор концентраций озона в воде, так как от этого напрямую зависит какие бактерии будут уничтожены, а какие нет. Например, для уничтожения моллюсков дрейссены потребуется доза в 3 мг/л, что является полностью безопасным для дальнейшего существования водяных клещей и хиромонид. Поэтому необходимо проведение химического состава воды и определение типов микроорганизмов, которые в ней находятся, то есть степень загрязнённости воды. Обычно доза находится в пределах 0,5-4,0 мг/л.
Степень обеззараживания воды и осветления озоном существенно ухудшается при повышенной мутности. Однако степень очистки практически не зависит от температуры воды.
Среди преимуществ метода можно выделить такие:
- Улучшение вкуса воды и полное отсутствие дополнительных химически активных веществ или их соединений.
- Отсутствие необходимости проведения дополнительных действий при превышении концентрации озона, как, например, в случае хлорирования.
- Возможность создания озона за счёт химической реакции прямо в водном растворе или при помощи озонаторов.
Судя из вышесказанного, метод является безопасным и эффективным, но его распространённому применению при очистке стала необходимость использования большого количества электричества, а также сложность технической реализации.
Использование ионов серебра
Обеззараживание воды с применением ионов серебра основано на возникающих химических процессах, которые до конца не изучены. Однако были выдвинуты следующие гипотезы:
- Ионы нарушают обмен веществ бактерий с внешней средой, что приводит к их гибели.
- Ионы за счёт адсорбции на поверхности микроорганизмов выполняют каталитическую роль и окисляют плазму в присутствии кислорода.
- Ионы проникают внутрь вредоносной клетки и надёжно соединяются с протоплазмой, нарушая её функциональность и, таким образом, разрушая её.
Скорость химической реакции увеличивается при повышении концентрации реагирующих веществ и увеличении температуры среды. При нагревании на 10 0 скорость реакции возрастает в несколько раз по истечении некоторого промежутка времени. Поэтому полное обеззараживание при оптимальной скорости и в минимальные сроки достигается при нагреве до определённого температурного уровня, который зависит от степени загрязнений.
Также для очистки воды применяют металлическое серебро, поскольку в ней имеются ионы серебра с незначительной концентрацией, которые и выполняют роль очистки. Их накопление стимулируется наличием увеличенной площади контакта с металлическим серебром. Поэтому при использовании такого метода добиваются увеличения поверхности контакта за счёт осаждения на материал с развитой площадью, через который и пропускают воду.
Технически такой способ реализуется путём создания электролитических процессов, когда в роли материала анода выступает серебро. При помощи регулирования электрических параметров удаётся добиться нужной концентрации ионов и с высокой точностью регулировать протекание процесса обеззараживания воды. Чтобы точно дозировать ионы серебра применяют ионаторы. Концентрацию регулируют при помощи оценки содержания солей, которые являются причиной изменения потенциала между электродами. Поэтому «серебряную воду» приготавливают отдельно.
При сравнении метода ионизирования серебром с хлорированием, учёные выделяют первый, поскольку он способен убивать бактерии и микроорганизмы более эффективно. Однако и ему достаточно сложно справляться некоторыми типами бактерий, например, коли (кишечная палочка). Она является самой устойчивой и поэтому по её наличию в растворе можно качественно судить о степени очистки воды. Также как и при озонировании на скорость очистки влияет мутность раствора и количество взвешенных частиц.
Обеззараживание воды ультразвуковыми волнами
Обеззараживание ультразвуковым способом основано на создании упругих волн, частота которых превышает 20 кГц и обладает определённой интенсивностью. Они меняют свойства жидкости и разрушают органические вещества путём повышения окружающего их давления в 10 5 атмосфер (эффект кавитации). То есть гибель бактерий наступает не из-за протекающей химической реакции, а вследствие механического разрушения, вызывающего распад белковой составляющей протоплазмы. Наиболее уязвимы одноклеточные микроорганизмы, моногенетические сосальщики а также и более крупные организмы, загрязняющие воду.
Существует несколько способов создания излучения:
- Пъезоэлектрический эффект. При создании электрического поля кристаллы кварца способны деформироваться и излучать при этом ультразвуковые волны. Применяют кварцевые пластины одинаковой толщины и определённой формы, отшлифованные и плотно приложенные с двух сторон толстой стальной плиты. Во время подачи тока на массивную плиту в электрическом поле она излучает ультразвук.
- Магнитострикционный эффект. Основан на намагничивании ферромагнитных предметов под действием магнитного поля, меняющего их геометрические размеры и объём с последующим сдвигом осевой линии. Эффекта зависит от угла приложения поля относительно оси кристалла, если речь идёт о монокристалле. По измерениям уровня ультразвука данный способ является эффективнее первого.
В ходе лабораторных исследований было установлено, что ультразвук способен уничтожать за время до двух минут более 95% кишечных палочек. Однако при этом стоит понимать, что одновременно с вредоносными бактериями происходит уничтожение и полезных. В частности было установлено нарушение флоры и фауны морского планктона. То есть можно сделать вывод о том, что метод весьма эффективен, но вода при его воздействии теряет свои полезные свойства, что является его основным недостатком.
Термическая обработка
Метод основан на кипячении воды путём повышения температуры выше 100 0 С. Достаточно эффективный метод обеззараживания воды, но медленный, по сравнению с другими способами, и требующий значительных затрат энергии на нагрев. Поэтому его применяют только в тех случаях, когда объёмы воды минимальны. Он простой и не требующий особых навыков и знаний, поэтому получил распространение для получения небольших количеств питьевой воды в столовых, больницах и т. д. Из-за громоздкости и экономической нецелесообразности в промышленных или малых масштабах его не применяют.
Из недостатков можно выделить тот факт, что термообработка воды не способна удалить болезнетворные споры. Поэтому этот метод нельзя использовать при обеззараживании водных растворов с неизвестным химическим составом.
Ультрафиолетовые лампы
Обеззараживание ультрафиолетом достигается за счёт применения лучей с длиной волны в интервале 2000-2950 А, которые изменяют формы бактерий, полностью уничтожая их. Эффект зависит от сообщённой излучением энергии, содержания взвеси в растворе, количестве микроорганизмов, мутности и поглощающей способности водной среды. Поэтому принято различать такие степени влияния воздействия облучения:
- Безопасная доза облучения, которая не вызывает гибель бактерий.
- Минимальная доза, которая вызывает гибель части бактерий конкретного вида. Однако бактерии, которые находились в состоянии покоя, начинают активно расти и размножаться в специально стимулируемой среде. При длительном воздействии происходит их вымирание.
- Полная доза, которая приводит к обеззараживанию воды.
Кишечные палочки являются наиболее устойчивыми к УФ излучению. Поэтому по их количеству можно качественно определять степень дезинфекции воды в условиях отсутствия спорообразующих бактерий. При их наличии критерием чистоты воды служит возникновение сопротивляемости излучению бактерий, образующих споры.
Источниками УФ излучения являются ртутные, аргонно-ртутные или ртутно-кварцевые лампы. Эффективность и целесообразность их применения напрямую зависит от коэффициента поглощения. Лампы с низким давлением обладают максимальным бактериальным действием, но имеют мощность до 30 Вт, а с большим - меньшим эффектом, но повышенной мощностью.
Преимуществами метода являются:
- Отсутствие необходимости использования физических или химических свойств воды или применения реагентов.
- Отсутствие осадков и примесей.
- Неизменность цвета и вкуса воды, а также отсутствие посторонних запахов.
- Простота реализации.
То есть УФ метод является наиболее безопасным и эффективным при выполнении процесса обеззараживания воды и полностью лишён недостатков всех вышеописанных способов. Однако перед его использованием необходимо выполнить предварительную очистку, чтобы снизить содержание примесей.
При необходимости очистки воды с выполнением обеззараживания стоит обращаться к профессионалам, которые смогут оценить состав и грамотно подобрать наиболее эффективные методы. Компания ЭГА сможет выполнить поставленные задачи в кратчайшие сроки благодаря слаженным действиям команды опытных специалистов. В результате воду можно будет безопасно использовать в качестве питьевой.
