Обеззараживание питьевой воды

Кругооборот воды в природе приводит к загрязнению поверхностных и грунтовых вод продуктами жизнедеятельности человека и животных. И только вода из артезианских скважин, извлеченная с глубины от 50 метров не содержит патогенных микроорганизмов. Этого нельзя сказать о верховодке и водозаборах из открытых источников. Микробиологический анализ на наличие бактерий и паразитов в питьевой воде определит общее число бактерий в 1 мл пробы. После обеззараживания оно должно быть менее 50.

Что необходимо знать о бактериальном и паразитическом загрязнении

В нормах СанПиН 2.1.4.1074-02 биологические загрязнения выделены в отдельную таблицу, содержание перечисленных компонентов в пробе поведает о нарушениях, когда в водозабор попадают сточные воды.

Рассматривается присутствие в пробах:

• Общая микробная заселенность (ОМЧ) в 1 мл пробы.
• Не погибающие от нагревания колиформные бактерии.
• Общие колиформные бактерии (КОЕ).
• Присутствие колифагов, поражающих клетки бактерий (БОЕ), энтеровирусов.
• Споры сульфитредуцирующих клостридий.
• Цисты лямблий.

Все перечисленные микроорганизмы, бактерии и микробы, взятые в пробах на водозаборе, говорят о попадании фекальных вод и органики в водоем или грунтовые воды.

Общие методы промышленного обеззараживания воды

Под обеззараживанием понимаются способы уничтожения патогенов, вызывающих инфекционные заболевания, передающиеся от человека к человеку. При этом вода должна сохранить потребительские свойства по химическим, органолептическим и радиационным составляющим.

Все способы промышленного обеззараживания питьевой воды разделяют на группы:

• Химические, с применением реагентов.
• Физические, связанные с разрушением или выводом из потока микроорганизма.
• Комбинированные.

Добавление в воду химических реагентов приводит к образованию новых соединений. Их действие не всегда успешно против всех биологических загрязнений в пределах разрешенных концентраций.

Физические методы глубокой фильтрации или электролитической очистки зачастую, из «живой» воды делают «мертвую».

Объединив лучшие стороны химической и физической очистки, используя их поэтапно, можно получить нужный результат, выполнить комплексное удаление живых микроорганизмов органических и минеральных загрязнителей.

Химические способы обеззараживания воды

Реагентные методы очистки основаны на разрушении структуры клеток микроорганизмов сильными окислителями. Однако кроме уничтожения живых патогенов химические вещества вступают в реакцию с другими загрязнителями, образуют с ними опасные соединения. Наличие остаточного реагента и его производных регламентировано в СанПиН.

Ингредиент	Норма мг/л	Класс опасности
Хлор остаточный	0,3-0,5	3
Хлор связанный	0,8-1,2	3
Хлороформ	до 0,2	2
Озон остаточный	0,3	не опасен
Формальдегид при озонировании	0,05	2
Полиакриламид	до 2,0	2
Полифосфаты	до 3,5	2

Хлорирование

К числу сильных окислителей относят жидкий хлор, гипохлориты натрия и кальция, хлорную известь. На ВОС большой производительности используют сжиженный хлор. Перед подачей в поток воды жидкий хлор переводят в газ и растворяют. Реагент подают дозированно через эжектор на входе в бак-накопитель.

Растворяясь в воде, хлор образует соляную (HCl) и хлорноватистую кислоту (HClO). Эти же активные компоненты получают при использовании гипохлоритов. Причем в растворе HClO распадается на ионы H+ и ClO-. Ионы активные, внедряются в оболочку, проникают внутрь клетки и разрушают ее. Но активные вещества не способны разрушить оболочку цисты лямблии.

Действие хлорсодержащих реагентов на клетку микроорганизма:

• вирулентное;
• микоцидное;
• спороцидное.

Но кроме обеззараживания активные радикалы вступают в реакцию с солями аммония, железа, гуминами и прочими загрязнителями. Общий расход активного хлора на реакции определяется, как хлорпоглощаемость. Для каждого водозабора этот показатель является определяющим в расходе реагента на хлорирование.

Процесс обеззараживания протекает в течение получаса. Нормируемый избыток хлора не ухудшает органолептические показатели продукта.

Хлорирование – наиболее распространенный способ водоочистки на станциях централизованного водоснабжения.

Отрицательные стороны использования хлорсодержащих:

• Последствия для здоровья населения. Вода с хлоркой содержит токсичные и канцерогенные вещества в малых количествах. К ним относится хорошо изученный хлороформ. Поэтому вода из-под крана перед употреблением в пищу должна пройти дополнительную очистку или отстояться.
• Перевозка баллонов со сжиженным газом, хранение, разведение связаны с опасностью отравления.
• Использование для хлорирования гипохлоритов кальция и магния в 5 раз повышает расход реагентов, сухой остаток, величину регламентированную.
• Длительное хранение гипохлоритов и диоксида хлора невозможно, хлор улетучивается, его концентрация снижается.

В некоторых случаях снизить неприятный запах, как последствие хлорирования, помогает преаммонизация. Следует ввести в поток аммиак или соли аммония за 1-2 минуты до подачи хлорагента. Образовавшийся хлорамин не соединяется с фенолом. Повышаются органолептические свойства воды.

Озонирование

Озон – непрочное соединение трехатомного кислорода – сильный окислитель. Получают реагент из воздуха в озонаторе, создавая разряды, под напряжением 8000-10000 В. Озоно-воздушная смесь тут же подается в реактор, где за 12 минут контакта убивает живые микроорганизмы, их цисты и яйца.

Окислительный потенциал озона больше, чем хлора. В ходе распада молекулы O₃ образуются промежуточные радикалы OH- и O--. Они разлагают органику, осветляя воду, не оставляют запаха химии. Избыток кислорода улетучивается. Вкус воды улучшается, прозрачность можно назвать хрустальной. Озонирование не требует соблюдения кислотности и температуры обрабатываемой жидкости, не приводит к химическому отравлению оператора. Газ не нужно транспортировать, он готовится по месту использования.

К недостаткам метода относят:

• Сложность установки и использование высоковольтного разряда требует квалифицированного обслуживания, газ токсичен и взрывоопасен.
• Озон относится к веществам 1 группы опасности, разрушает контактные поверхности. Прежде чем направлять воду в магистраль, нужно дать время на деаэрацию жидкости.
• После обработки озоном разлагаются гумины, активируются «спящие» микробы, возможно вторичное загрязнение.
• Отмечено присутствие формальдегида и кетонов в малых количествах.

Олигодинамический метод обеззараживания воды

Способность малых концентраций ионов тяжелых металлов меди, серебра, золота обеззараживать микроорганизмы называется олигодинамическим действием. Медь – известный фунгицид для растений, но в питьевой воде ее содержание сильно ограничено. Золото слишком дорогой металл. Использование серебра в концентрации 0,1 мг/л позволяет придать воде антибактериальные свойства на срок до года.

Все микроорганизмы заряжены отрицательно, а ионы металлов положительно. Трехвалентные ионы притягивают бактерии, адсорбируют их на поверхности и видоизменяют внутриклеточную структуру. Постепенно бактерия погибает из-за нарушения обмена веществ.

Однако накопление в воде солей тяжелых металлов опасно для организма человека, выводятся они трудно. Поэтому пользоваться серебряной водой постоянно не рекомендуется.

Применение биоцидных полимерных реагентов

Перечисленные способы и методы водоподготовки, с добавлением химических окислительных реагентов, имеют недостатки, которые исключены с применением биоцидных полимеров. На поверхности этих материалов происходит задержка биологических загрязнений на поверхности и подавление их биологической активности. Биоцидный сорбент представляет полимерную конструкцию, способную подавлять активность вирусов, бактерий, спор и грибов. При этом состав в контакте с питьевой водой активное вещество должно быть безвредным для человека.

Несмотря на хорошую окислительную способность хлора, его действие приводит к получению новых химических загрязнений воды. Некоторые штаммы бактерий приспособились жить в баках-накопителях и трубной разводке, создавая обратное загрязнение очищенной воды.

Испытания полигуанидиновых препаратов показывает, их действие продолжается, пока есть микродозы реагента. Средство разрушает образовавшиеся колонии микроорганизмов на стенках труб, в концентрации на молекулярном уровне.

Один из таких препаратов полигексаметилгуанидин гидрохлорид (Биопаг) прошел испытания на эффективность и безопасность на ВОС Москвы, Орехово-Зуево и СПб, показал высокую эффективность, безвредность Препарату присвоено свидетельство о государственной регистрации, выданы Сертификат безопасности и санитарно-гигиеническое заключение. Определена ПДК биопага для питьевой воды.

Препарат в воде убивает грамположительные и грамотрицательные бактерии, дрожжи, водоросли, микромицеты на 99,99 %. Попадая в природную среду, средство разлагается на воздухе. По временной экспозиции эффективность достигается в течение 9-140 минут, в зависимости от концентрации (0,5-5,0 мг/л). Побочных продуктов в воде не образуется.

Другая разработка получение поверхности фильтрования с исключением попадания в раствор самого биологически активной составляющей в водную среду. Пленка представляет пористую подложку из адсорбента, пропитанную биологически активным составом. Ионнообменная поверхность каркасного строения пропитана теотропином. Состав абсолютно безвреден для теплокровных и обладает высокими биоцидными способностями. Товарный вид – гранулированный или нетканый материал. Попадая в воду, препарат не обладает коммулятивными свойствами, относится к 4 классу опасности. Вымывание его в раствор возможно в сильнощелочной среде, при рН больше 12.

По свойствам и эффективности биоцидный полимер «Акватон» идентичен «Биопаг». Его антимикробное действие продолжается в течение 72 часов, повторное заражение невозможно. Механизм действия соединений ПАГ – проникновение внутрь клетки через мембрану и нарушение обмена веществ. Реагент проверен на способность: разрушать вирус полиомелита, ВИЧ, гепатитов, холерных вибрионов. Реагент усиливает процессы коагуляции, снижает мутность, цветность остаточный алюминий.

Заявленные свойства позволяют рассматривать биоцидные полимерные реагенты как лучшие среди химических антисептиков.

Физические методы обеззараживания воды

Безреагентное обеззараживание физическими методами не вносит в продукт дополнительных загрязнений, но создает условия для гибели живых клеток. В конкретных условиях выбирают:

• Обработку жидкости УФ-лучами.
• Ультразвуковую дезинфекцию.
• Мембранную очистку.
• Термическую обработку.

Методы обработки воды гамма-лучами и электролиз в очистке питьевой воды не применяются.

Дезинфекция УФ-облучением

Лучевая энергия электромагнитных волн длиной 200-280 нм относится к бактерицидному спектру УФ-С. По мнению специалистов, приборы необходимо настраивать на длину 254 нм, губительную для микроорганизмов. При мощности излучения 16 мДж/см2 создаются поперечные сшивки ДНК, повреждаются мембраны самых устойчивых патогенов. Клетка теряет возможность размножаться. Особо интенсивно разлагаются азотистые соединения. В воде образуются свободные радикалы, и они также принимают участие в процессе обеззараживания.

Прибор облучатель устанавливается на реакторе, по которому обеспечивается турбулентное движение жидкости. В поток встроены лампы УФ в кварцевых чехлах. Клетки мгновенно уничтожаются в области проникновения луча. Поэтому основное условие для эффектного бактерицидного воздействия лампы – прозрачная среда. Чем чище вода, тем реже придется чистить прозрачные кварцевые чехлы. Поэтому УФ облучение устанавливают на последнюю ступень водоочистки.

Приборы разной мощности и интенсивности луча подбирают для конкретных условий, под прозрачность, скорость потока, производительность. Установки бывают промышленные и бытовые. Они устроены по одному принципу:

• Источник излучения – лампы низкого давления с ртутью в чистом и связанном состоянии. Лучшие – амальгамные лампы НД.
• Кварцевый чехол, герметичная оболочка, сохраняющая тепло, предохраняющая от контакта лампы с водой. Именно кварцевый чехол пропускает волну 254 нм.
• ЭПРА – пускорегулирующее устройство, удлиняющее срок службы лампы и количество включений.
• Камера обеззараживания – место для размещения приборов и мешалок. Реакционная камера должна быть прочной, выполнена из материалов, стойких к коррозии.
• Системы автоматической промывки и очистки чехлов, для обеспечения наибольшего светопропускания.

Вода, прошедшая очистку облучением должна использоваться тотчас, чтобы не допустить повторного загрязнения.

Промышленная установка УФ-облучения сложная и мощная, но ее можно включить в систему дистанционного контроля за процессом водоподготовки. Бытовые УФ-лампы компактны, используются в системах доочистки воды из-под крана.

Ультразвуковая дезинфекция

Разрушение биологических загрязнений всех видов, от водорослей до цист ультразвуковыми колебаниями волн возможно в осветленной воде, лишенной железа и марганца. Ультразвуковые волны с частотой 18-50 кГц в жидкой среде резко увеличивают давление и температуру, растворенный газ образует множество светящихся пузырьков. При этом плотность поля обеспечивается 1,5-2 Вт/см3. Перепад давления в несколько десятков тысяч атмосфер, вызванный кавитацией, разрывает клеточные оболочки, убивая все живое.

Одновременно силами кавитации разрушается накипь на трубах. Кавитация нарушает структуру любых длинномерных молекул органического происхождения, создавая радикалы, но не участвует в очистке воды от примесей.

Достоинства:

• Состав жидкости и органолептические свойства не меняются.
• Уничтожаются все виды клеточных микроорганизмов, водорослей.
• Создание турбулентности, предотвращение образования накипи.

Недостатки:

• Стоимость обеззараживания звуком значительно дороже УФ- облучения, эффект одинаковый.
• Нет способов контроля эффективности в процессе обработки.
• Сложность установки.

Если заинтересовались ультразвуковой очисткой воды, можно познакомиться с установками «Лазурь», «Колодец», «Водопровод».

Мембранный способ

Физический способ – фильтрование жидкости позволяет очистить ее от крупных взвесей из песка, коагулированных частиц и является самым первым этапом водоподготовки. Но чтобы задержать фильтрованием микроорганизмы, размер пор должен быть 0,1-0,2 мкм. Полупроницаемые мембраны с такими пропускными отверстиями установлены в установках обратного осмоса. Вода подается на мембрану под давлением, как на сито, но пропускает частицы, соизмеримые с молекулами Н2О. Процесс сложный, установка регулируется под определенный состав жидкости, работает с эффективностью 99 %.

Применительно к питьевой воде это значит, на выходе получается обессоленный и обеззараженный продукт. Для человеческого организма это вредно, поэтому после ступени мембранной очистки всегда установлен минерализатор.

Мембранная очистка устанавливается на последних ступенях водоподготовки, после удаления солей жесткости, органики. Чистую воду называют пермиат, отбитую на мембране – концентрат.

Чем больше крупных молекул в воде, тем меньше пропускная способность мембраны. Это значит, чем больше остаточная минерализация, тем выше расход концентрата в канализацию. Для промышленной установки соотношение пермиат/концентрат 2:1, для бытовой 1:2. В заводской схеме концентрат закольцован, направляется на повторную доочистку.

Установка работает на жидкости под давлением. Фильтры картриджного типа, легко заменяемые. Система очистки находится под управлением контроллера.

Способы обеззараживания воды в экстремальных условиях

Природные источники воды – открытие водоемы со стоячей или проточной, мутной или прозрачной жидкостью, родники. Все они являются средой для развития микроорганизмов. Среди них может быть кишечная палочка, яйца паразитов, бациллы холеры. Предлагаем запомнить несколько способов водоочистки.

Фильтрование. От листьев и веточек чистую прозрачную воду из ручья можно очистить через нетканую салфетку или чистый кусок марли, носовой платок. Муть легко удалить отстоем в течение нескольких минут. Есть песок и пластиковая бутылка – сделайте фильтр. Для этого нужно срезать дно, в пробке сделать несколько отверстий, как сито. Поместить рыхлый материал, сверху присыпать на 2/3 чистым песком. Налитая вода постепенно фильтруется, выходит из воронки в посуду.

Взвесь мелкая, привал длительный – наберите воду в большую емкость и дайте отстояться, отбирая верхний слой через трубочку, чтобы не взмутить осадок.

Воспользуйтесь земляным фильтром. На взгорке, неподалеку от болотца или озера выкопайте глубокую нору. Вскоре там наберется чистая вода, земля служит отличным природным фильтром.

Способы обеззараживания:

• Непрерывное кипячение в течении 5-15 минут на открытом огне. Альтернатива – в отстоянную воду закинуть раскаленный булыжник, соблюдая меры предосторожности.
• Обработка жидкости подручными коагулянтами и адсорбентами. В емкость без утрамбовки засыпается древесный уголь без золы, листья и ветки черемухи, рябины, березы. Вода в засыпке выдерживается ночь, перемешивается и сливается в чистую посуду.
• Очистка йодом или марганцовкой. В литр жидкости добавить 3-5 капель спиртовой настойки йода, перемешать и отстаивать в течение получаса. Кристаллики перманганата калия растворить до слаборозовой окраски воды, жидкость слить в чистую посуду, оставив на дне песок и не растворившиеся кристаллы.

Для приготовления пищи годится соленая вода, но пить ее неприятно. Существуют специальные таблетки для дезинфекции, они уничтожат бактерии, но вода не станет вкуснее и полезнее. Не забудьте положить в аптечку таблетки активированного угля. Одна таблетка адсорбирует грязь из литра жидкости.

В многодневном походе о запасе питьевой воды на день нужно позаботиться с вечера.