Обеззараживание воды. Физические и химические методы, их характеристика.

Обеззараживание принадлежит к числу наиболее широко применяемых методов улучшения качества воды. Оно применяется довольно часто при использовании подземных, главным образом грунтовых, вод и во всех случаях использования поверхностных вод. Обеззараживание является обычно заключительным и наиболее важным процессом улучшения качества воды на водопроводе.

Обеззараживание воды может осуществляться химическими и физическими безреагентными методами. При химических методах в воду вносятся обладающие бактерицидным действием реагенты: газообразный хлор, различные соединения, содержащие так называемый активный хлор, озон, соли серебра и др. К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, быстрыми электронами или гамма-лучами и др. В настоящее время

наибольшее распространение имеют: на водопроводах – хлорирование, озонирование, облучение ультрафиолетовыми лучами, а в условиях местного водоснабжения – кипячение.

Химические методы

Хлорирование воды

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах (1910). Однако оно применялось лишь при вспышках водных эпидемий. В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Столь широкое применение хлорирования объясняется надежностью обеззараживания, доступностью осуществления и экономическими преимуществами.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окислительным и бактерицидным действием. Химизм происходящих процессов объясняют следующим образом. При добавлении хлора к воде происходит его гидролиз, т.е. образуются соляная и хлорноватистая кислоты. Во всех гипотезах, пытающихся объяснить механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводится центральное место.

На крупных водопроводах для хлорирования воды применяют газообразный хлор. Хлор поступает в стальных баллонах или цистернах в жидком виде. На водопроводных станциях к баллону присоединяют специальные аппараты – хлораторы, дозирующие поступление хлора в обеззараживаемую воду.

На небольших водопроводах, а также в случае необходимости обеззаразить небольшие объемы воды в бочках или других резервуарах вместо хлора пользуются хлорной известью. Бактерицидное действие хлорной извести обязано группе (ОСl), которая в водной среде образует хлорноватистую кислоту.

Хлорная известь содержит до 36% активного хлора. При хранении она разлагается. Свет, влажность и высокая температура ускоряют потерю активного хлора. Поэтому хлорную известь хранят в бочках в темном, прохладном, сухом, хорошо проветриваемом помещении, а перед использованием проверяют ее активность в санитарной лаборатории.

Кроме хлора и хлорной извести, для обеззараживания воды можно применять двутретьосновную соль гипохлорита кальция (ДТСГК), двуокись хлора (СlO2), гипохлорит кальция Са(ОС1)2 и различные хлорамины.

Озонирование воды.

Озон в воде разлагается с образованием атомарного кислорода. Механизм распада озона в воде сложный с протеканием ряда промежуточных реакций с образованием свободных радикалов, также обладающих окислительными свойствами. Более сильное окислительное и бактерицидное действие озона, чем хлора, объясняют тем, что его окислительный потенциал больше окислительного потенциала хлора. Озонирование с гигиенической точки зрения является одним из лучших методов обеззараживания воды. При озонировании вода обеззараживается надежно, разрушаются органические примеси, а органолептические свойства ее не только не ухудшаются, как при хлорировании и кипячении, а даже улучшаются: уменьшается цветность воды, устраняются посторонние привкусы и запахи. Вода приобретает приятный голубоватый оттенок, и население приравнивает ее к ключевой. Избыток озона быстро распадается с образованием кислорода.

Доза озона, необходимая для обеззараживания, для большинства вод от 0,5 до 6 мг/л; для обесцвечивания и улучшения органолептических свойств воды могут требоваться и большие дозы. Продолжительность обеззараживания воды с помощью озона – 3-5 минут. Остаточного озона (после камеры смешения) должно быть 0,1-0,3 мг/л.

Физические методы

Облучение воды ультрафиолетовыми лучами.

Еще в конце прошлого столетия А.Н. Маклаковым было установлено, что короткие ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Максимально эффективными оказались лучи с длиной волны 250-260 нм, проникающие даже через 25-сантиметровый слой прозрачной и бесцветной воды (рисунок 9).

Источником излучения служат аргонно-ртутные лампы низкого давления (БУВ) и ртутно-кварцевые лампы (ПРК и РКС).

Для обеззараживания воды применяются специальные установки (напорные и безнапорные). Для обеззараживания большого объема воды используется установка ОВ-АКХ-1 большой производительности с применением бактерицидных ламп ПРК.

На небольших водопроводах используются аргонно-ртутные лампы низкого давления. (БУВ-15, БУВ-30, БУВ-ЗОП). Обеззараживание воды наступает быстро, в течение 1-2 мин. При обеззараживании воды УФ-лучами погибают не только вегетативные формы микробов, но и споровые, а также вирусы, яйца гельминтов, устойчивые к воздействию хлора. Применение бактерицидных ламп не всегда возможно, так как на эффект обеззараживания воды УФ-лучами влияют мутность, цветность воды, содержание в ней солей железа. Поэтому, прежде чем обеззараживать воду таким способом, ее необходимо тщательно очистить.

Таким образом, необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание.

Облучение ультрафиолетовыми лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Бактерицидные лучи не денатурируют воду и не изменяют ее органолептических свойств, а также обладают более широким спектром абиотического действия. Их губительное действие распространяется на споры, вирусы и яйца гельминтов, устойчивые к хлору.

Кипячение воды.

Кипячение является простым и в то же время наиболее надежным методом обеззараживания воды. Вегетативные формы патогенных микроорганизмов погибают после 20-40-секундного нагревания при температуре 800, и поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена, а при 3-5-минутном кипении имеется полная гарантия ее безопасности даже при сильном загрязнении взвешенными веществами и микробами.

При 30-минутном кипячении погибает подавляющее большинство споровых форм микробов, т.е. достигается стерилизация воды. В то время как хлорирование неэффективно действует на споры сибирской язвы, яйца и личинки гельминтов, кипячение убивает их. При 30-минутном кипячении разрушается ботулинический токсин.

К факторам, препятствующим и ограничивающим возможность широкого применения кипячения как метода обеззараживания воды, относятся: невозможность применения кипячения для обеззараживания больших количеств воды на водопроводах, ухудшение вкуса воды из-за улетучивания газов, необходимость охлаждения воды и быстрое развитие микроорганизмов в кипяченой воде в случае ее вторичного загрязнения.

При пользовании водой, не прошедшей централизованного обеззараживания, кипячение часто применяется в быту, в больницах, школах, детских учреждениях, на производствах, железнодорожных станциях и т.д. Для этой цели широкое применение получили кипятильники непрерывного действия с производительностью от 100 до 1000 л/ч. Действие последних основано на перебрасывании кипящей воды из котла в бак, служащий для ее разбора.

При использовании кипяченой воды для питьевого водоснабжения нужно особо тщательно мыть бачки для кипяченой воды перед их заполнением, а также ежедневно сменять воду, учитывая быстрое развитие микроорганизмов в кипяченой воде.