Методы обеззараживания воды

Методы обеззараживания воды

Методы обеззараживания воды

Природная вода, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям, предъявляемым к питьевой воде, поэтому перед подачей населению практически всегда необходима ее очистка и обеззараживание.

Потребляемая человеком для питья, как и используемая на различных производствах, природная вода должна быть безопасной в санитарно-эпидемиологическом отношении, безвредной по своему химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Известно, что ни один из современных методов обработки воды не обеспечивает ее 100 %-ной очистки от микроорганизмов. Но даже если бы система водоподготовки и могла способствовать абсолютному удалению из воды всех микроорганизмов, то всегда остается большая вероятность вторичного загрязнения очищенной воды при ее транспортировке по трубам, хранении в емкостях, контакте с атмосферным воздухом и т. д.

Санитарные правила и нормы (СанПиН) не ставят целью доведение воды по микробиологическим показателям до идеального, а следовательно, стерильного качества, при котором в ней будут отсутствовать все микроорганизмы. Задача состоит в том, чтобы удалить наиболее опасные из них для здоровья человека. 

В настоящее время известно много методов обеззараживания воды и множество приборов, использующихся их для реализации. Выбор способа обеззараживания зависит от множества факторов: источника водоснабжения, биологических особенностей микроорганизмов, экономической целесообразности и т. д. 

Очистка воды, в том числе её обесцвечивание и осветление, является первым этапом в подготовке питьевой воды, на котором из нее удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов.

Однако некоторые патогенные бактерии и вирусы проникают через очистные сооружения и содержутся в фильтрованной воде. Для того чтобы создать надёжный барьер на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций и других, не менее опасных болезней, и применяется её обеззараживание, т. е. уничтожение патогенных микроорганизмов – бактерий и вирусов.

Именно микробиологические загрязнения воды приводят к максимальному риску для здоровья человека. Доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. 

В технологии водоподготовки существует много методов обеззараживания воды, которые условно можно разделить на два основных класса – химические и физические (или безреагентные), а также их комбинирование. 

К химическим или реагентным методам обеззараживания воды относится введение сильных окислителей, в качестве которых используют хлор, диоксид хлора, озон, иод, гипохлорит натрия и кальция, перекись водорода, марганцевокислый калий.

Из вышеперечисленных окислителей практическое применение в системах обеззараживания воды находят: хлор, озон, гипохлорит натрия, диоксид хлора.

Другой химический метод – олигодинамия – воздействие на воду ионами благородных металлов. 

Физические методы обеззараживания:

– ультрафиолетовое облучение;

– термическое воздействие;

– ультразвуковое воздействие;

– воздействие электрическим разрядом. 

Эффективность обеззараживания воды химическими и физическими методами во многом зависит от свойств воды, а также от биологических особенностей микроорганизмов, т. е. их устойчивости к этим воздействиям.

Выбор метода, оценка экономической целесообразности применения того или иного метода обеззараживания воды определяется источником водоснабжения, составом воды, типом установленного оборудования водопроводной станции и ее местоположением (удаленностью от потребителей), стоимостью реагентов и оборудования дезинфекции. 

Хлорирование 

Самое главное преимущество этого способа обеззараживания – способность обеспечить микробиологическую безопасность воды в любой точке распределительной сети, в любой момент времени, при ее транспортировании пользователю – именно благодаря эффекту последействия. После введения хлорирующего агента в воду он очень долго сохраняет свою активность по отношению к микробам, угнетает их ферментные системы на всем пути следования воды по водопроводным сетям от объекта водоподготовки (водозабора) до каждого потребителя. Благодаря окислительным свойствам и эффекту последействия, хлорирование предотвращает рост водорослей, способствует удалению из воды железа и марганца, разрушению сероводорода, обесцвечиванию воды, поддержанию микробиологической чистоты фильтров и т. п. 

Несмотря на то, что хлорирование до сих пор являлось самым распространенным методом обеззараживания, данному методу присущи и некоторые ограничения в применении, например:

– в результате хлорирования в обрабатываемой воде могут образоваться хлорорганические соединения (ХОС);

– традиционные способы хлорирования в некоторых случаях не являются барьером на пути проникновения ряда бактерий и вирусов в воду;

– хлорирование воды, проводимое в больших масштабах, вызвало широкое распространение резистивных к хлору микроорганизмов;

– растворы хлорсодержащих реагентов коррозионно активны, что порой является причиной быстрого износа оборудования; 

Диоксид хлора

Применение диоксида хлора для обеззараживания воды обладает рядом преимуществ:

– диоксид хлора не образует тригалометанов при взаимодействии с органическими веществами, при этом способствует снижению концентраций железа и марганца в воде;

– является эффективным окислителем и дезинфектантом для всех видов микроорганизмов, включая цисты (Giardia, Cryptosporidium), споровые формы бактерий и вирусы;

– дезинфицирующее действие практически не зависит от pH воды, в то время как эффективность хлора снижается с отклонением значения pH от pH=7,4; – дезодорирует воду, разрушает фенолы – источники неприятного вкуса и запаха;

– не образует броматов и броморганических побочных продуктов дезинфекции в присутствии бромидов.

Основным недостатком применения диоксида хлора является образование побочных продуктов – хлоратов и хлоритов, содержание которых в питьевой воде необходимо контролировать. 

Гипохлорит натрия 

Гипохлорит натрия обладает рядом ценных свойств. Его водные растворы не имеют взвесей и поэтому не нуждаются в отстаивании в противоположность хлорной извести.

Применение гипохлорита натрия для обработки воды не вызывает увеличения ее жесткости, поскольку не содержит солей кальция и магния как хлорная известь или гипохлорит кальция.

Бактерицидный эффект раствора NaClO, полученного электролизом, выше, чем у других дезинфектантов, действующее начало которых – активный хлор.

Кроме того, раствор обладает еще большим окислительным действием, чем растворы, приготовленные химическим методом, поскольку содержит больше хлорноватистой кислоты (HClO).

Недостатком данного метода является то, что водные растворы гипохлорита натрия неустойчивы и со временем разлагаются даже при комнатной температуре. 

Использование для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в обслуживании, чем применение хлора и не требует сложных технологических решений. 

Правда, применяемое 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. В связи с этим необходимо обустраивать систему притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдать меры безопасности для обслуживающего персонала.

Растворы хлорсодержаших реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием, при индивидуальном водоснабжении обычно не используются. 

Аналит

Традиционные средства водоподготовки путем хлорирования ее молекулярным хлором относительно малоэффективны, недостаточно безопасны, в экологическом и токсикологическом отношениях, вызывают появление характерного раздражающего запаха воды, аллергические и зудящие раздражения кожи людей, ухудшают органолептические свойства воды. Однако всевозрастающий дефицит хлорсодержащих препаратов, резкое повышение цен на них, повышение требования в экологическом отношении, влияние общеевропейских норм водоподготовки привели к необходимости поиска новых методов обеззараживания. Кроме того, при длительном применении одного и того же средства микроорганизмы адаптируются к его действию и создают опасность заражения.

Качественно новым дезинфецирующим средством для обеззараживания воды служит Анолит, синтезируемый в результате электрохимического процесса смеси оксидантов. 

 

Анолит – это в первую очередь эффективный дезинфектант. Аналит способен уничтожить вирусы, бактерии, грибы и другие микроорганизмы. Причем вне зависимости частоты и продолжительности его применения, бактерии не вырабатывают привыкания к нему и Анолит отвечает требованиям, предъявляемым к дезинфицирующим препаратам. Дезинфектант обладает хорошими бактерицидными и противо­грибковыми свойствами, низкой стоимостью. Этот раствор для дезинфекции можно и нужно применять в местах нахождения (скопления) людей и животных, так как малая токсичность дает возможность проведения дезинфекции в присутствии людей и животных, что выгодно отличает его от остальных растворов применяемых для дезинфекции. Нейтральный анолит АНК абсолютно безопасен, экологически чист и полностью биоразлагаем.

Анолит также обладает свойствами моющего средства, отмывая и обеззараживая любые предметы в помещении. Высокая степень спорицидности дезинфектанта позволяет использовать его как средство для стерилизации в центрах инфекционных заболеваний.

Анолит производиться на месте эксплуатации в необходимом количестве.

Раствор Анолита применяется:

- в медицине для дезинфекции помещений в больницах, в клиниках, в поликлиниках, в стоматологических клиниках, в медицинских центрах (в том числе и в инфекционных палатах в момент пребывания людей);

- в общественных местах (спорт залы, транспорт, общественные места скопления людей, общественные туалеты)

- в быту (обеззараживания любых объектов в быту, а также фруктов, овощей, мяса и др. пищевых продуктов с целью увеличения сроков хранения)

- в МЧС (обеззараживание воздуха (путем распыления),обеззараживание транспорта, обеззараживание опасных в эпидемиологическом плане захоронений)

- в сельском хозяйстве и агропромышленном комплексе (дезинфекция животноводческих помещений и других сельскохозяйственных объектов, обработка растений в теплицах для борьбы с вирусными и бактериальными заболеваниями, обработка поливной воды и водоподготовка, обеззараживание семян и рассады перед посевом и высадкой, обработка готовой сельскохозяйственной продукции для увеличения сроков ее хранения, силосование зеленых кормов)

- в пищевой промышленности (обработка сырья на пищевых перерабатывающих заводах, например, с целью обеззараживания и увеличения сроков хранения; обеззараживание туш скота и птиц в убойных цехах и на мясоперерабатывающих заводах; обеззараживание рыбы и морепродуктов)

Основные преимущества Анолита:

  • Экологически чистый раствор
  • безопасен в отношении всех теплокровных организмов (как при внешнем контакте, так и при попадании внутрь)
  • обладает бальзамирующим эффектом, что приостанавливает старение кожи и на время контакта с раствором и длительное время после этого
  • не вызывает раздражающих и аллергических реакций
  • эффективно удаляет биологическую пленку в системах циркуляции воды и на стенках бассейна
  • не образует вредных побочных (токсичных) продуктов хлорирования
  • эффективен против всех известных вирусов, бактерий, водорослей, грибковых организмов и спор
  • безопасен для людей и окружающей среды
  • экономически эффективен, благодаря запатентованной принципиально новой технологии и наилучшим эксплуатационно-потребительскими показателями

Основной недостаток использования -  требует высоких начальных затрат на оборудование и низкая производительность.

Йодирование 

Как показывают исследования, метод йодирования эффективен в отношении бактерий и вирусов и недостаточно эффективен при воздействии на микробные токсины и фенольные соединения.

Еще одно ограничение на распространение метода йодирования накладывает появление специфического запаха при растворении йода в воде.

Поэтому йодирование воды в целях её обеззараживания не выдерживает конкуренции с традиционным хлорированием, несмотря на то, что йод, в отличие от хлора, имеет такие преимущества, как инертность по отношению к аммиаку и его производным, а также устойчивость к солнечной радиации.

Обработка воды йодом для целей обеззараживания не нашла широкого распространения, хотя попытки йодирования водопроводной воды предпринимались неоднократно.

В настоящее время обработка воды йодом применяется лишь при малых величинах расхода или в тех случаях, когда используются специальные схемы дезинфекции воды. Так, в ряде случаев йодом дезинфицируют воду в плавательных бассейнах. 

В современной практике для обеззараживания питьевой воды йодированием предлагается использовать специальные иониты, насыщенные йодом.

При прохождении через них воды йод постепенно вымывается из ионита, переходя воду. Такое решение возможно только для малогабаритных индивидуальных установок в бытовых системах доочистки воды.

В таких системах йодирование воды проводится за счет дополнительной установки в одну из ступеней очистки специального фильтрующего элемента.

Существенными недостатками являются изменение концентрации йода в процессе работы, невозможность точного дозирования в проточную воду и отсутствие контроля его концентрации.

Бромирование 

Бром воздействует на микроорганизмы, убивает вирусы, бактерии, грибки, способствует удалению из воды органических примесей, эффективен в борьбе с водорослями.

Соединения, основой которых является бром, устойчивы к солнечной радиации.

Однако несмотря на все свои преимущества, метод бромирования воды является очень дорогостоящим, поэтому он не получил широкого распространения при очистке питьевой воды и применяется в основном для обеззараживания воды в небольших бассейнах и СПА. 

Озонирование 

При повышенном бактериальном загрязнении водоисточника или при наличии в нем патогенных микроорганизмов, энтеровирусов и цист лямблий, устойчивых к действию традиционного хлорирования, озон особенно эффективен.

Механизм действия озона на бактерии полностью пока еще не выяснен, однако это не мешает его широкому использованию.

Озон гораздо более сильный окислитель, чем хлор (при применяемых дозах того и другого реагента).

По быстродействию озон эффективнее хлора: обеззараживание происходит быстрее в 15–20 раз. На споровые формы бактерий озон действует разрушающе, в 300–600 раз сильнее хлора. 

Следует отметить такое важное свойство озона, как противовирусное воздействие. Энтеровирусы, в частности, выводящиеся из организма человека, поступают в сточные воды и, следовательно, часто могут попадать в воды поверхностных источников, используемых для питьевого водоснабжения. 

Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ среди других методов обеззараживания питьевой воды.

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 ограничивает использование данного метода в повседневной жизни. 

С гигиенической точки зрения, озонирование – один из лучших способов обеззараживания питьевой воды.

При высокой степени обеззараживания оно обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде.

Озон уничтожает известные микроорганизмы в 300–3000 раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы.

Озонирование не изменяет кислотность воды и не удаляет из неё необходимые человеку вещества. Остаточный озон быстро превращается в кислород (O2) и обогащает им воду.

При озонировании не успевают возникнуть побочные вредные продукты реакции, по крайней мере, в заметных количествах. 

Существуют некоторые недостатки применения озонирования, накладывающие соответствующие ограничения на его применение:

1. Метод озонирования технически сложен, требует больших расходов электроэнергии и использования сложной аппаратуры, для которой необходимо высококвалифицированное обслуживание.

2. Пролонгированное действие озона значительно меньше чем у хлора, благодаря его быстрому разрушению, поэтому повторное заражение воды при озонировании более вероятно, чем при хлорировании.

3. Озонирование может вызвать (особенно у высокоцветных вод и вод с большим количеством «органики») образование дополнительных осадков, поэтому нужно предусматривать после озонирования фильтрование воды через активный уголь.

В результате озонирования образуются побочные продукты, включающие: альдегиды, кетоны, органические кислоты, броматы (в присутствии бромидов), пероксиды и другие соединения.

При воздействии на гуминовые кислоты, где есть ароматические соединения фенольного типа, может появиться и фенол. 

Олигодинамия 

Олигодинамия – это воздействие ионов благородных металлов на микробиологические объекты.

Говоря о олигодинамии, как правило, рассматривают три металла – золото, медь и серебро.

Наиболее распространенным методом для практических целей является применение серебра, иногда используются бактерицидные растворы на основе меди. 

Научно доказано, что серебро в ионном виде обладает бактерицидным, противовирусным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов, вызывающих острые инфекции. Эффект уничтожения бактерий препаратами серебра очень велик. 

Однако, выбирая серебро в качестве обеззараживающего вещества, обязательно нужно помнить, что серебро – тяжелый металл. Как и другие тяжелые металлы, серебро способно накапливаться в организме. 

«Серебряная» вода обладает бактерицидными свойствами, при достаточно высоких концентрациях серебра, около 0,015 мг/л. При низких концентрациях (10-4… 10-6 мг/л.), серебро оказывает только бактериостатическое действия, т. е. останавливает рост бактерий, но не убивает их. Спорообразующие разновидности микроорганизмов к серебру практически нечувствительны. 

Серебрение картриджей на основе активированного угля используют в бытовых фильтрах. Это делается с целью предотвращения обрастания фильтров микроорганизмами, так как отфильтрованные органические вещества являются хорошей питательной средой для многих бактерий. 

Применение активных углей и катионитов, насыщенных серебром 

В настоящее время активированный уголь используется во многих процессах очистки воды, пищевой промышленности, в процессах химических технологий. Основное назначение угля – это адсорбции органических соединений.

Именно отфильтрованные органические вещества являются идеальной питательной средой для размножения бактерий при остановке движения воды.

Нанесение серебра на активированный уголь препятствует росту бактерий внутри фильтра благодаря бактерицидным свойствам этого металла.

Технология нанесения серебра на поверхность угля уникальна тем, что серебро не смывается с поверхности угля в процессе фильтрования. 

Несмотря на достаточно высокую эффективность олигодинамии в целом, нельзя говорить об абсолютной универсальности этого способа.

Дело в том, что целый ряд вредных микроорганизмов оказывается вне зоны его действия – многие грибы, бактерии (сапрофитные, спорообразующие).

Тем не менее пропущенная через такой фильтр, вода обычно долго сохраняет свои бактерицидные свойства и чистоту. 

Ультрафиолетовое обеззараживание 

Электромагнитное излучение в пределах длин волн от 10 до 400 нм называется ультрафиолетовым.

Для обеззараживания природных и сточных вод используют биологически активную область спектра УФ-облучения с длиной волны от 205 до 315 нм, называемую бактерицидным излучением.

Наибольшим бактерицидным действием (максимум вирулицидного действия) обладает электромагнитное излучение на длине волны 200–315 нм и максимальным проявлением в области 260±10 нм.

В современных УФ-устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм. 

При прохождении через воду УФ-излучение ослабевает вследствие эффектов поглощения и рассеивания.

Степень поглощения определяется физико-химическими свойствами обрабатываемой воды, а также толщиной её слоя.

Для учёта этого ослабления вводится коэффициент поглощения водой α, значение которого зависит от качества воды, особенно от содержания в ней железа, марганца, фенола, а также от мутности воды. 

Как правило, чтобы обеззараживание воды проходило эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям:

прозрачность – не ниже 85 %;

количество взвешенных частиц – не более 1 мг/л;

жесткость – менее 7 ммоль/л;

общее содержание железа – не более 0,3 мг/л;

марганца – не более 0,1 мг/л;

содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л;

твердых взвешенных частиц – менее 10 мг/л;

мутность – не более 2 мг/л по каолину;

цветность – не более 35 градусов;

число бактерий группы кишечной палочки не более 10 000 в 1 л.

Поэтому во всех случаях, когда качество воды отличается от стандарта на питьевую воду, выбор УФ-оборудования должен производиться специалистами. 

При УФ-облучении воды не существует проблемы передозировки. Повышение дозы не приводит к гигиенически значимым неблагоприятным изменениям свойств воды и образованию побочных продуктов.

Достоинствами метода:

– наименее «искусственный» – ультрафиолетовые лучи;

– универсальность и эффективность поражения различных микроорганизмов – ультрафиолетовые лучи уничтожают не только вегетативные, но и спорообразующие бактерии, которые при хлорировании обычными нормативными дозами хлора сохраняют свою жизнеспособность;

– физико-химический состав обрабатываемой воды сохраняется неизмененным;

– отсутствие ограничения по верхнему пределу дозы;

– не требуется организовывать специальную систему безопасности как при хлорировании и озонировании;

– отсутствуют вторичные продукты;

– не нужно создавать реагентное хозяйство;

– оборудование работает без специального обслуживающего персонала.

Недостатки метода:

– падение эффективности при обработке плохоочищенной воды (мутная, цветная вода плохо «просвечивается»);

– периодическая отмывка ламп от налетов и осадков, требующаяся при обработке мутной и жесткой воды;

– отсутствует «последействие», т. е. не исключается возможность вторичного (после обработки излучением) заражения воды.

Нужно понимать, что не существует одного самого универсального или самого правильного метода обеззараживания воды. Каждый из методов может обеспечить обеззараживание только при правильно подобранных условиях, так как каждый из методов имеет свои ограничения по применению.

Ниже приведено сравнение трех основных методов обеззараживания воды хлорирование, озонирование и УФ обеззараживание:

• Каждая из трех технологий, если она применяется в соответствии с нормами, может обеспечить необходимую степень инактивации бактерий, в частности, по индикаторным бактериям группы кишечной палочки и общему микробному числу.

• По отношению к цистам патогенных простейших высокую степень очистки не обеспечивает ни один из методов. Для удаления этих микроорганизмов рекомендуется сочетать процессы обеззараживания с процессами уменьшения мутности.

• Озон и ультрафиолет имеют достаточно высокий вируцидный эффект при реальных для практики дозах. Метод хлорирования менее эффективен в отношении вирусов.

• Технологическая простота процесса хлорирования и недефицитность хлора обусловливают широкое распространение именно этого метода обеззараживания.

• Метод озонирования является наиболее технически сложным и дорогостоящим по сравнению с хлорированием и УФ-обеззараживанием.

• УФ-излучение не меняет химический состав воды даже при дозах, намного превышающих практически необходимые. Хлорирование может привести к образованию нежелательных хлорорганических соединений, обладающих высокой токсичностью и канцерогенностью. При озонировании также возможно образование побочных продуктов, классифицируемых нормативами как токсичные – альдегиды, кетоны и другие алифатические и ароматические соединения.

• Ультрафиолетовое излучение убивает микроорганизмы, но образующиеся «осколки» клеточные стенки бактерий, грибков, фрагменты вирусов) остаются в воде, поэтому рекомендуется ее последующая фильтрация.

• Только хлорирование обеспечивает консервацию воды в дозах 0,3–0,5 мг/л, т. е. обладает необходимым длительным действием. 

Ультразвуковое воздействие 

Обеззараживание воды ультразвуком основано на использовании явления кавитации.

Бактерицидное действие ультразвука сильно зависит от интенсивности колебаний. Для полного уничтожения патогенной микрофлоры, включая ряд спор и грибков, необходимы достаточно большие дозы поглощенной энергии, обеспечить которые при широком практическом применении метода затруднительно.

Поэтому ультразвуковое воздействие целесообразно применять в комбинации с каким-либо другим видом обработки воды, например УФ-облучением. 

На качество обеззараживание воды ультразвуком не влияют такие параметры, как высокая мутность и цветность воды, характер и количество микроорганизмов, а также наличие в воде растворенных веществ. Степень обеззараживания воды зависит только от интенсивности ультразвуковых колебаний. 

Электрохимический метод обеззараживания 

При реализации электрохимических способов подготовки воды обеспечивается обеззараживание жидкости, так как электролиз водных растворов практически всегда сопровождается образованием в объеме электролита сильных дезинфектантов.

Наложение электрического поля на обрабатываемую жидкость может вызвать необратимое агрегатирование микроорганизмов, что позволяет их отделять на фильтре для грубодисперсных примесей.

В качестве средства для дезинфекции воды наибольшее распространение и популярность получили хлор и его кислородные соединения.

Электрохимическое производство хлора из хлоридных растворов с последующим его растворением в объеме электролита приводит к образованию мощных бактерицидных агентов HClO и СlO- – хлорноватистой кислоты и гипохлорит иона, соответственно.

В последние годы наибольшее применение находят электролизные установки, позволяющие получить реагенты для обеззараживания воды непосредственно на месте потребления.

Для подбора метода обеззараживания в Вашем случае обращайтесь к нашим специалистам, отправивь вводные данные по электронной почте: project@rtb-moscow.com или по телефону +7 495 665 22 60.