Очистка и обеззараживание воды

Очистка и обеззараживание воды

Что подразумевают под обеззараживанием питьевой воды? Под этим понимают ряд мероприятий, направленных на полное или частичное уничтожаются в воде вирусов, бактерий, способных вызвать множество инфекционных заболеваний.

Методы воздействия на микроорганизмы

Но при этом стоит понимать, что полное очищение воды от всех бактерий сделает ее непригодной для применения с пищей. Вот почему следует со всей внимательностью отнестись как к выбору конкретного метода обеззараживания, так и к проведению химико-биологического анализа пробы воды. Есть несколько методов воздействия на вредоносные микроорганизмы:

  • Химические или реагентные;
  • Физические или безреагентные;
  • Комбинированные.

Методы воздействия на микроорганизмы
Микроорганизмы

Каждый из этих методов позволяет избавиться от любых вредоносных микроорганизмов определенным способом. К примеру, химические методы работают с помощью специальных коагулянтов-реагентов, которые добавляют в воду именно с целью обеззараживания. Это хлорирование, озонирование, применение гипохлорита натрия, серебра, кремния и многих других веществ, которые помогают либо избавиться от «вредителей», либо как минимум затормозить их размножение. Безреагентные методы — обеззараживание воды с применением физического безреагентного воздействия на жидкость. Это УФ-излучение, электроимпульсное обеззараживание и прочие подобные способы.

Комбинированные методы применяют с использованием как физического, так и химического воздействия попеременно. Такой подход к обеззараживанию максимально эффективен и, как правило, позволяет добиться не только полного обеззараживания жидкости, но и недопущения вторичного размножения бактерий и вирусов в воде. Кроме того, применение нескольких способов позволяет еще и очистить ее от иных загрязнителей.

Химические способы обеззараживания питьевой воды

Химические способы обеззараживания питьевой воды
Химическое обеззараживание воды

К ним относится обработка жидкости окислителями-коагулянтами: озоном, гипохлорит натрием, хлором и другими. В их числе и ионы тяжелых металлов. Чтобы достичь максимально стойкого эффекта обеззараживания таким методом, нужно максимально точно уметь определять дозу реагента, который будете вводить, и далее обеспечить необходимый промежуток времени для контакта воды с веществом.

Доза определяется расчетными методами, а также пробным обеззараживанием. Примечательно, что очень важно точно рассчитать дозу. Так как малая доза может не просто не подействовать, но еще и обеспечить быстрый рост количества бактерий в растворе. Примером такого эффекта можно считать озон, который в малых количествах убивает часть бактерий, образовывая особые соединения, которые пробуждают ранее спящие бактерии и создает идеальные условия для размножения.

Для того, чтобы обеспечить длительный эффект, дозу реагента рассчитывают, как правило, с избытком, который гарантированно уничтожит микроорганизмы в воде, а в период после обеззараживания воды не даст им размножиться.

Но избыток должен быть ровно такой, чтобы произошло обеззараживание, но при этом люди, потребляющие воду в качестве питья, не отравились, так как большая часть реагентов является довольно токсичной и может образовывать стойкие мутагенные и канцерогенные соединения.

  • Хлорирование

Не смотря на наличие множества современных методов очистки и обеззараживания воды, в нашем государстве продолжают применять в водоснабженческой практике хлорирование. Объясняется это простотой в использовании, обслуживании, а также высокой эффективность и, конечно, дешевизной реагента. Важным плюсом в применении названного метода является в первую очередь его последействие. Даже при небольшом избытке хлора (например, в воде содержится около 0,5 мг/л остаточного хлора) рост микроорганизмов вторично не происходит.

Но есть в данном способе и свои минусы. Хлор при окислении обладает весьма высокой степенью мутагенности, токсичности, канцерогенности. Даже следующая за этим очистка воды при помощи активированного угля не удаляет полностью образованные в процессе хлорирования соединения. Они обладают довольно высокой стойкостью и сильно загрязняют питьевую воду. Затем, как результат, стоки ведут в реки, а далее токсичные вещества уходят вниз по течению. Поэтому пока ведется поиск реагентов, которые будут обладать хорошей способностью обеззараживать питьевую воду, неся при этом меньше «побочных эффектов» в процессе применения.

Пока самых положительных отзывов добилось применение диоксида хлора, у которого способность воздействовать на вирусы и бактерии гораздо выше, чем у простого хлора. У этого же реагента и степень загрязнения воды на порядок меньше. Правда, диоксид хлора достаточно дорогой и его нужно производить сразу же на месте применения. Кроме того, его перспективы не распространяются далее небольших установок с невысокой производительностью.

Пользуются при хлорировании хлором, хлорной известью и иными производными элемента. Помимо главной функции (имеется ввиду дезинфекция), хлор помогает следить также за запахом, вкусовыми качествами, предотвращает рост водорослей, поддерживает чистоту фильтров, удаляет марганец, железо, разрушает сероводород, обесцвечивает и т.д.

Риск применения хлора в большей мере связывают с образованием тригалометанов. Производные метана в любой форме обладают сильно выраженным канцерогенным воздействием на человеческий организм, способствуя тем самым росту раковых клеток. Примечательно, что кипячение хлорированной воды, что многие считают выходом из сложившейся ситуации, только усугубляет ситуацию, так как под влиянием высоких температур происходит образование в хлорированной воде очень сильного яда под названием диоксин.

Исследования показывают, что хлор и иные его производные вызывают болезни ЖКТ, печени, сердечно-сосудистой системы, а также гипертонию, атеросклероз, разные виды аллергии, воздействует на кожу, волосы. Хлор разрушает белок в организме.

Многие считают, чтобы образовывалось после хлорирования как можно меньше вредных соединений, следует предварительно очистить от разнообразных примесей воду, так как соединения образовываются из-за взаимодействия хлора с растворенными в жидкости органическими веществами.

  • Озонирование

Озонирование жидкости позволяет разлагать частицы озона в растворе, образовывая при этом атомарный кислород. Он позволяет разрушить ферментную систему микробной клетки и окислить часть соединений, которые могут придавать воде довольно навязчивый неприятный запах. Данный способ требует точности расчетов, так как при избытке озона в воде может появиться неприятный запах. Кроме того, чересчур большое количество озона может ускорить процесс коррозии металла. Отражается это не только на системе водопровода, но и на бытовой технике и посуде, которая контактирует с этой водой.

С точки зрения гигиены это самый лучший химический метод, который может обеспечить максимально быстрое и, что крайне важно, безопасное для человека и окружающего мира обеззараживание воды без последующего образования канцерогенных, высокотоксичных соединений. Но такой способ требует внушительного расхода электроэнергии, эксплуатации сложной аппаратуры, высококвалифицированного обслуживания. А потому этот способ максимально эффективно работает в основном в системах централизованного водоснабжения. Стоит упомянуть, что он довольно дорогой в применении.

Сам газ довольно опасен в процессе производства, токсичен и даже взрывоопасен. Многие фирмы предлагают стационарные установки для коттеджей, но стоит понимать, что без квалифицированного обслуживания и систем контроля такие аппараты могут отравить воздух и воду и как результат -владельцев. Также всегда существует риск возникновения взрывоопасной ситуации на подобной установке.

По некоторым данным после проведения озонирования может произойти вторичный рост числа бактерий. Связано это с тем, что после такой обработки воды начинается разложение фенольных групп гуминовых веществ. А они способствуют активации других микроорганизмов, которые до обработки находились в «спящем» состоянии. А потому 100% высокого качества очистки от озона ждать не приходится. Но, не в пример хлору, озон относится по опасности к первой категории. Также из-за влияния озона на металлы (коррозия) прежде чем обработанную воду пускать по трубам, необходимо выждать период распада озона. Исключением может послужить транспортировка только что обработанной воды из некоторых видов пластмассы, бетона, асбестоцемента и других подобных материалов.

  • Полимерные реагенты/антисептики

Отдельный реагентный способ очистки воды – это обеззараживание полимерными реагентами, которые относятся к классу полимерных антисептиков. Самым известным представителем данного класса является Биопаг. Если сравнивать с хлором и озоном, то этот препарат не наносит вреда здоровью, не оказывает местное раздражающее действие на слизистые поверхности и кожу, а также не вызывает аллергических реакций. Также среди преимуществ: отсутствие запаха, цвета, вкуса у воды по завершении процесса очищения, отсутствие коррозийного влияния на металлы и вреда для купальных костюмов. Применение подобных антисептиков крайне простое, но не смотря на это они обладают долговременным эффектом дезинфекции. Этот вид обеззараживания воды используется наиболее часто в общественных бассейнах.

  • Иные реагенты

Также в реагентных методах применяют разнообразные соединения тяжелых металлов, йод, бром и т.п. Но они требуют определенных знаний при применении и точности расчетов. С другой стороны, дезинфекцию питьевой воды с их помощью проводят гораздо эффективнее и качественнее. Обеззараживание при помощи ионов тяжелых металлов зачастую выделяют в отдельный метод — олигодинамическое обеззараживание воды. Чаще всего используются ионы благородных металлов. Яркий пример – серебро. Но нужно понимать, что оно не убирает из воды, а лишь сдерживает на время действия рост бактерий. Кроме того, для этого метода нужно определенное количество указанного вещества. Серебро быстро накапливается в организме, а вот выводится очень тяжело и медленно.

К другим реагентам, которые не применяются повсеместно, можно отнести сильные окислители, как, например, гипохлорит натрия. Применяют конкретно этот реагент в тех случаях, когда показатели воды довольно нестабильны и часто меняются. Показанием к применению может стать наличие в жидкости планктона, органических веществ, которые влияют на степень цветности воды. Использование гипохлорида натрия, который получают путем проведения электролиза 2-4% растворов хлорида натрия (это простая поваренная соль) или минерализованных вод, считают одним из наиболее перспективных и безопасных для человека и окружающей среды способов очистки воды. По своему химико-бактерицидному действию гидрохлорид натрия идентичен растворенному хлору, но при этом обладает длительным действием и в большей мере безопасен для здоровья. Также он более безопасен и для окружающей среды.

Из недостатков следует выделить: повышенное потребление реагента из-за низкой степени его конверсии. Остальная часть остается в воде «баластом», повышая солесодержание в растворе. Снижение количества соли после обеззараживания зачастую требует гораздо большего количества затрачиваемой электроэнергии и расхода анодного материала. А это уже намного дороже хлорирования.

Физические методы обеззараживания воды

Физические методы обеззараживания воды
Физическое обеззараживание воды

К физическим относят те способы, которые осуществляют воздействие на жидкость УФ-лучами, ультразвуком и иными процессами. Сперва проводится предварительная очистка: воду подвергают фильтрации и коагуляции. Это помогает удалить взвешенные частицы, внушительную часть находящихся в жидкости микроорганизмов, яйца гельминтов.

Во время применения ультрафиолетового излучения нужно подводить к имеющемуся объему воды определенное количество энергии. Высчитывают ее количество так: мощность излучения, которую умножают на время контакта. При этом следует определить зараженность биоорганизмами воды. В данном случае высчитывают число микроорганизмов на 1 мл жидкости. Также определяют в воде наличие индикаторных бактерий, которых относят к группе кишечной палочки (в сокращении БГКП). Е. coly – основной ее представитель – определяется довольно просто.

Вообще следует знать, что БГКП присутствуют в воде, которая загрязнена фекалиями. Эти организмы обладают максимально высокой сопротивляемостью к процессам обеззараживания. E.coly является самой безвредной из группы и помогает определить бактериальное загрязнение воды. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01, общее число бактерий не должно превышать 50 на 100 мл колифомных бактерий.

Но данная норма не всегда может коррелироваться с обеззараживанием воды от вирусов. Так, например, ультрафиолетовое излучение и хлор в отдельности обеспечивают разные уровни очистки и обеззараживания воды по коли-индексу. Таким образом, УФ-лучи лучше воздействуют на биоорганизмы, чем хлор. А вот озон будет примерно по результатам очистки равен УФ-лучам.

  • Очистка воды УФ-лучами

УФ-лучи могут воздействовать на клеточный обмен, на ферментные системы клеток бактерий. Они уничтожают вегетативные и, что достаточно важно, споровые бактерии, которые уничтожить достаточно тяжело. Органолептические свойства воды при этом не меняются. Подобный вид обработки не можетвлиять на образование токсических веществ, а потому и верхнего порога дозы тоже нет. Соответственно, увеличивая дозу УФ-излучения, вы вполне сможете добиться самых лучших результатов очистки и обеззараживания воды. Но есть у этого способа и недостаток – полное отсутствие последействия. Еще такие процессы требуют от заказчика капитальных вложений в сферу: гораздо больших, чем при хлорировании, но ощутимо меньших, чем при озонирование. Потому для индивидуального пользования такие установки будут самым лучшим вариантом, так как меньшие аппараты будут по себестоимости выходить примерно на уровне хлорирования, только со всеми вытекающими плюсами данного вида обеззараживания воды.

Снизить эффективность такой установки может чаще всего один фактор: загрязнение кварцевых ламп минеральными отложениями солей, которые в своей основе имеют минерально-органический состав. Решается данный вопрос просто – либо добавляют пищевые кислоты в воду (уксус отлично справляется с подобной проблемой), циркулирующие через установку, либо проводят механическое очищение поверхности ламп.

Обеззараживание УФ-излучением проводят только после предварительной очистки воды, так как имеющиеся в воде загрязнения могут просто свести весь процесс на нет, экранизируя УФ-лучи. Наиболее оптимальная длина волн – 200-295 нм. Максимально результативной является «золотая середина» — 260 нм. Этот уровень излучения активно разрушает цитоплазму клеток, влияя на белковые коллоиды.

Ультрафиолетовое излучение без преувеличений на сегодня самый эффективный метод обеззараживания воды. Данное средство относится к невидимой коротковолновой части спектра. Срок службы УФ-лампы составляет в среднем несколько тысяч часов.

  • Обеззараживание ультразвуком

Обеззараживание воды с применением ультразвукового оборудования основывается на способности определенных звуковых частот вызывать кавитацию, т.е. образовывать пустоты, которые создают большую разницу в давлении. Подобный диссонанс ведет к разрыву клеточных оболочек и последующей гибели клетки бактерии. Зависит уровень бактерицидного действия от интенсивности колебаний звука. Но данные установки требуют определенного оборудования, квалифицированного обслуживания, также они довольно дорогостоящие.

Ультразвук производится генератором – магнитострикционным или пьезоэлектрическим. Чтобы обеззараживание проводилось максимально эффективно, создается частота звука в 48 тысяч Гц. Говоря об эффективности ультразвука, стоит упомянуть такой факт: частота в 20 тысяч Гц позволяет резать металлы и даже обрабатывать алмазы. Но при низкой частоте ультразвук может спровоцировать рост числа бактерий в воде. А потому знание протекающих процессов и обслуживания недешевой аппаратуры у пользователя подобной установки должно быть обязательно.

  • Кипячение

Но самым популярным и распространенным в народе физическим способом останется еще на очень длительное время кипячение воды, которое дает максимально высокие результаты: уничтожаются практически все вредоносные бактерии, бактериофаги, вирусы, антибиотики и многие другие биологические объекты. Также устраняются растворенные в жидкости газы и заметно уменьшается pH (жесткость) воды. Вкусовые качества воды не подвергаются сильному изменению.

Комплексные методы

Комплексные методы
Карикатура на методы очистки воды

Для многих случаев самыми эффективными станут именно комплексные подходы к обеззараживанию воды. Здесь имеется ввиду применение безреагентных и реагентных методов. Примером может стать УФ-обеззараживание и последующее хлорирование. Таким образом, не только устраняются вредоносные микроорганизмы, но и будет гарантированно отсутствие вторичного биозазаражения. Примечательно, что такой комбинированный подход позволит не только уничтожить в воде микроорганизмы, но и снизить содержание реагентов. Это позволит не только сэкономить средства на реагентах, но и в целом улучшить состояние самой воды.

Также часто применяется озонирование с последующим проведением хлорирования. Благодаря этому вторичное биозаражение произойти в принципе не должно. Также резко снижается после процедуры образование в воде токсичных хлорсодержащих соединений.

Стоит упомянуть такой способ обеззараживания и очистки воды, как фильтрование. Но в данном случае полная очистка будет возможна лишь тогда, когда у фильтрующих элементов ячейки по размерам будут меньше, чем фильтруемые микроорганизмы, а это приблизительно 1 микрон. Но даже в этом случае из воды таким образом можно удалить лишь бактерии. Вирусы, как известно, обладают гораздо меньшими габаритами. Для таких случаев применяют фильтры с порами в 0,1-0,2 мкм.

Сейчас постепенно набирает популярность новая система фильтрации под названием «Пурифайер». По заявлениям производителей такая очистка воды довольно эффективна, так как в аппарате используются несколько систем обеззараживания воды. Наиболее распространенными пурифайерами являются те, которые используют максимально эффективную систему фильтрации.

Представляет собой данный агрегат очиститель и нагреватель воды с последующей поставкой. Отдельные модели могут не только нагревать воду до 95 градусов, но и охлаждать до 4 градусов. Подключают установку к трубам с холодным водоснабжением с помощью специальной пластиковой трубки, которую укладывают под навесной потолок, плинтус или кабель-канал.

Этот аппарат рассчитан на офисы или для домашнего пользования. Изготовитель также заявляет, что полученная таким образом вода будет обходиться гораздо дешевле, чем бутилированная. Данный факт подтвердить или опровергнуть сложно, так как статистика применения пока еще на отечественных просторах не была озвучена.

Новые способы обеззараживания воды

Последнее время появляются более «молодые» способы очистки и обеззараживания воды: электроимпульсный и электрохимический. Самыми яркими отечественными представителями данной техники являются «Сапфир», «Изумруд», «Аквамарин». Они работают с помощью диафрагменного электрохимического реактора, через который пропускают воду. Реактор разделен металлокерамической мембраной со способностью проводить ультрафильтрафию на анодную и катодную области. Когда в катодные и анодные камеры подают ток, то в них начинают образовываться кислый и щелочной растворы, а далее – электролитическое образование (которое еще называют активным хлором). В подобной среде довольно быстро гибнут почти все вредоносные микроорганизмы, а также происходит разрушение некоторых соединений, которые растворены в воде.

Производительность такого аппарата зависит в целом от конструкции проточного элемента и определенного количества элементов. Также могут использоваться в отдельных агрегатах анолиты и католиты. Их чаще всего применяют в медицинской сфере. Но стоит понимать, что вода лишь обеззараживается и очищается. Заявления изготовителей о том, что полученный раствор становится чудодейственным и целительным из-за изменения структуры – лишь рекламный ход. Этот метод назван ЭХА-технологией.

Электроимпульсное воздействие подразумевает под собой электрический заряд в воде, из-за чего возникает определенная степень ударной волны сверхвысокого давления, затем световое излучение и, как результат – образование озона, который, как мы уже узнали ранее, крайне губителен для микроорганизмов и биологических объектов в воде в целом. Такой способ обеззараживания жидкости при правильном обслуживании устройства и проведении всех процедур поможет сделать воду максимально чистой, а благодаря образовавшемуся озону – некоторые элементы-загрязнители будут устранены из обеззараживаемой жидкости.

Но перечисленные выше новые способы воздействия на микроорганизмы в бытовых условиях не могут применяться ввиду сложности протекающих процессов и необходимых знаниях, которые нужно будет применять на практике. Кроме того такое оборудование потребует основательных капиталовложений.

Стоит упомянуть, что изначально санитарными нормами не подразумевается полное уничтожение всех вредоносных микроорганизмов, которые находятся в воде. Целью обеззараживания на самом деле стало удаление или инактивация самых опасных для здоровья человека бактерий, вирусов и иных биологических элементов, так как полностью стерильная вода может нанести вред здоровью человека.

Учитывая необходимость очищения воды в первую очередь для здоровья человека, стоит выбирать самые оптимальные варианты дезинфекции. Но прежде чем предпринимать те или иные решения, необходимо определить уровень загрязнения воды не только биологическими и минеральными соединениями, но и микроорганизмами. Правильное выявление причин поможет подобрать максимально верный вариант.