Обеззараживание воды современные методы

Вода является неотъемлемой часть нашей жизни. Ежедневно мы выпиваем определенный объем и часто даже не задумываемся о том, что обеззараживание воды и ее качество важная тема. А зря, тяжелые металлы, химические соединения и болезнетворные бактерии способны вызвать необратимые изменения в человеческом организме. На сегодняшний день гигиене воды уделяется серьезное внимание. Современные методы обеззараживания питьевой воды способны очистить ее от бактерий, грибков, вирусов. Они придут на помощь и в том случае, если вода плохо пахнет, имеет посторонние привкусы, цветность.

Способы очистки, обеззараживания и улучшения качества питьевой воды

Предпочтительные методы повышения качества выбирают в зависимости от содержащихся в воде микроорганизмов, уровня загрязненности, источника водоснабжения и других факторов. Обеззараживание направлено на удаление болезнетворных бактерий, которые разрушающе влияют на организм человека.

Очищенная вода прозрачна, не имеет посторонних привкусов и запахов, а также абсолютно безопасна. На практике для борьбы с вредными микроорганизмами применяют способы двух групп, а также их комбинацию:

• химические;
• физические;
• комбинированные.

Для того, чтобы выбрать эффективные методы дезинфекции необходимо провести анализ жидкости. Среди проводимых анализов выделяют:

• химический;
• бактериологический;

Применение химического анализа позволяет определить содержание в воде различных химических элементов: нитратов, сульфатов, хлоридов, фторидов и т.д. Все же показатели, анализируемые данным методом, можно подразделить на 4 группы:

1. Органолептические показатели. Химический анализ воды позволяет определить ее вкус, запах и цвет.
2. Интегральные показатели – плотность, кислотность и жесткость воды.
3. Неорганические – различные металлы, содержащиеся в воде.
4. Органические показатели – содержание в воде веществ, которые могут изменяться под воздействием окислителей.

Бактериологический анализ направлен на выявление различных микроорганизмов: бактерий, вирусов, грибков. Подобный анализ выявляет источник заражения и помогает определить методы обеззараживания.

Химические методы обеззараживания питьевой воды

Химические способы основаны на добавлении в воду различных реагентов-окислителей, которые убивают вредоносные бактерии. Наибольшую популярность среди таких веществ получили хлор, озон, гипохлорит натрия, диоксид хлора.

Для достижения высокого качества важно правильно рассчитать дозу реагента. Малое количество вещества может не возыметь эффекта, а даже наоборот способствовать увеличению числа бактерий. Реагент необходимо вводить с избытком, это позволит уничтожить как имеющиеся микроорганизмы, так и бактерии, попавшие в воду после обеззараживания.

Избыток нужно рассчитывать очень аккуратно, чтобы он не мог нанести вред людям. Наиболее популярные химические методы:

• хлорирование;
• озонирование;
• олигодинамия;
• полимерные реагенты;
• иодирование;
• бромирование.

Хлорирование

Очистка воды хлорированием является традиционным и одним из самых популярных способов очищения воды. Хлорсодержащие вещества активно используют для очистки питьевой воды, воды в бассейнах, дезинфекции помещений.

Свою популярность данный способ приобрел благодаря простоте использования, низкой стоимости, высокой эффективности. Большинство патогенных микроорганизмов, вызывающих различные заболевания, не устойчивы к хлору, который оказывает бактерицидное действие.

Для создания неблагоприятных условий, препятствующих размножению и развитию микроорганизмов, достаточно ввести хлор в небольшом избытке. Избыток хлора способствуют продлению эффекта обеззараживания.

В процессе обработки воды возможны следующие способы хлорирования: предварительное и конечное. Предварительное хлорирование применяют максимально близко к месту забора воды, на данном этапе использование хлора не только обеззараживают воду, но и способствуют удалению ряда химических элементов, в том числе железа и марганца. Конечное хлорирование – последний этап в процессе обработки, во время которого происходит уничтожение вредоносных микроорганизмов посредством хлора.

Также различают нормальное хлорирование и перехлорирование. Нормальное хлорирование применяют для дезинфекции жидкости из источников с хорошим санитарными показателями. Перехлорирование – в случае сильной зараженности воды, а также если она заражена фенолами, которые в случае нормального хлорирования только усугубляют состояние воды. Остатки хлора в таком случаем удаляют дехлорированием.

Хлорирование, как и другие методы, наряду с достоинствами имеет и свои минусы. Попадая в организм человека в избытке, хлор ведет к проблемам с почками, печенью, ЖКТ. Высокая коррозионная активность хлора влечет быстрый износ оборудования. В процессе хлорирования образуются всевозможные побочные продукты. Например, тригалометаны (соединения хлора с веществами органического происхождения), способны вызвать симптомы астмы.

В силу широты применения хлорирования у ряда микроорганизмов сформировалась устойчивость к хлору, поэтому определенный процент заражения воды все же возможен.

Для дезинфекции воды чаще всего используют газообразный хлор, хлорную известь, диоксид хлора и гипохлорит натрия.

Хлор – самый популярный реагент. Используют его в жидком и газообразном виде. Уничтожая болезнетворную микрофлору, устраняет неприятный вкус и запах. Предотвращает рост водорослей и ведет к улучшению качества жидкости.

Для очищения хлором используют хлораторы, в которых газообразный хлор абсорбируют с водой, а далее полученную жидкость доставляют до места применения. Несмотря на популярность данного метода, он является довольно опасным. Транспортировка и хранение высокотоксичного хлора обязывает к соблюдению техники безопасности.

Хлорная известь – вещество, получаемое под воздействием газообразного хлора на сухую гашеную известь. Для обеззараживания жидкости применяют хлорную известь, процент хлора в которой составляет не менее 32-35%. Данный реагент очень опасен для человека, вызывает сложности при производстве. В силу этих и других факторов хлорная известь теряет свою популярность.

Диоксид хлора оказывает бактерицидное воздействие, практически не загрязняет воду. В отличие от хлора не образует тригалометанов. Основная причина, которая тормозит его использование – высокая взрывоопасность, что затрудняет производство, транспортировку и хранение. В настоящее время освоена технология производства на месте применения. Уничтожает все виды микроорганизмов. К недостаткам можно отнести способность образовывать вторичные соединения – хлораты и хлориты.

Гипохлорит натрия применяют в жидком виде. Процент активного хлора в нем в два раза больше, чем в хлорной извести. В отличие от диоксида титана обладает относительной безопасностью при хранении и использовании. Ряд бактерий устойчив к его воздействию. В случае длительного хранения теряет свои свойства. На рынке присутствует в виде жидкого раствора с различным содержанием хлора.

Стоит отметить, что все хлорсодержащие реагенты обладают высокой коррозионной активностью, в связи с чем их не рекомендуется использовать для очищения воды, поступающей в воду через металлические трубопроводы.

Озонирование

Озон, так же как и хлор, является сильным окислителем. Проникая сквозь оболочки микроорганизмов, он разрушает стенки клетки и убивает ее. Озон хорошо справляется как с обеззараживанием воды, так и с ее обесцвечиванием и дезодорированные. Способен окислять железо и марганец.

Обладая высоким антисептическим действием, озон разрушает вредные микроорганизмы в сотни раз быстрее, чем другие реагенты. В отличие от хлора, уничтожает практически все известные виды микроорганизмов.

При распаде реагент преобразуется в кислород, который насыщает организм человека на клеточном уровне. Быстрый распад озона в то же время является и недостатком данного метода, поскольку уже через 15-20 мин. после процедуры, вода может подвергнуться повторному заражению. Существует теория, согласно которой при воздействии озона на воду, начинается разложение фенольных групп гуминовых веществ. Они активируют организмы, который до момента обработки находились в спячке.

Насыщаясь озоном вода становится коррозионно-активной. Это ведет к повреждению труб водопровода, сантехники, бытовой техники. В случае ошибочного количества озона возможно образование побочных элементов, которые обладают высокой токсичностью.

Озонирование имеет и другие минусы, к которым стоит отнести высокую стоимость покупки и установки, большие электрозатраты, а также высокий класс опасности озона. При работе с реагентом необходимо соблюдать осторожность и технику безопасности.

Озонирование воды возможно с помощью системы, состоящей из:

• озоногенератора, в котором происходит процесс выделения озона из кислорода;
• системы, которая позволяет ввести озон в воду и смешать его с жидкостью;
• реактора – емкости, в которой происходит взаимодействие озона с водой;
• деструктора – устройства, которое удаляет остаточный озон, а также приборов, контролирующих озон в воде и воздухе.

Олигодинамия

Олигодинамия – обеззараживание воды посредством воздействия на нее благородных металлов. Наиболее изучено применение золота, серебра и меди.

Самым же популярным металлом в целях уничтожения вредных микроорганизмов является серебро. Его свойства раскрыли еще в древности, в емкость с водой помещали ложку или монетку из серебра и давали такой воде отстояться. Утверждение, что такой метод эффективен довольно спорное.

Теории влияния серебра на микробы не получили окончательного подтверждения. Существует гипотеза, согласно которой клетку разрушают электростатические силы, возникающие между ионами серебра с положительным зарядом и отрицательно заряженными клетками бактерий.

Серебро – тяжелый металл, который в случае накопления в организме может вызывать ряд заболеваний. Достичь антисептического эффекта можно лишь при высоких концентрациях данного металла, которое губительно для организма. Меньшее количество серебра способно только приостановить рост бактерий.

К тому же, практически не чувствительные к серебру спорообразующие бактерии, не доказано его влияние на вирусы. Поэтому применение серебра целесообразно лишь для продления сроков хранения изначально чистой воды.

Другим тяжелым металлом, способным оказывать бактерицидное воздействие, является медь. Еще в древности заметили, что вода, которая стояла в медных сосудах, гораздо дольше сохраняла свои высоковеществ. На практике данный метод используют в основных в бытовых условиях для очищения небольшого объема воды.

Полимерные реагенты

Использование полимерных реагентов – современный метод обеззараживания воды. Он значительно выигрывает у хлорирования и озонирования за счет своей безопасности. Жидкость, очищенная полимерными антисептиками не имеет вкуса и посторонних запахов, не вызывает коррозию металла, не воздействует на организм человека. Данный метод получил распространение в очистке воды в бассейнах. Вода, очищенная полимерным реагентом, не имеет цвета, постороннего вкуса и запаха.

Иодирование и бромирование

Иодирование – метод обеззараживания, использующий иодсодержащие соединения. Дезинфицирующие свойства йода известны медицине с давних времен. Несмотря на то, что данный метод широко известен и неоднократно предпринимались попытки его использования, использование йода в качестве дезинфектора воды популярности не приобрело. Данный метод имеет существенный недостаток, растворяясь в воде, он вызывает специфический запах.

Бром – довольно эффективный реагент, который уничтожает большую часть известных бактерий. Однако, в силу своей высокой стоимости популярностью не пользуется.

Физические методы обеззараживания воды

Физические способы очистки и дезинфекции работают воду без использования реагентов и вмешательства в химический состав. Наиболее популярные физические методы:

• УФ-облучение;
• ультразвуковое воздействие;
• термическая обработка;
• электроимпульсный способ;

УФ-излучение

Все большую популярность среди методов обеззараживания воды набирает применение УФ-излучения. В основе методики лежит тот факт, что лучи, длина волны у которых 200-295 нм, могут убивать патогенные микроорганизмы. Проникая сквозь клеточную стенку, они воздействуют на нуклеиновые кислоты (РНД и ДНК), а также вызывают нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов, что ведет к гибели бактерий.

Для определения дозы излучения необходимо провести бактериологический анализ воды, это позволит выявить виды патогенных микроорганизмов и их восприимчивость к лучам. На эффективность также влияет мощность используемой лампы и уровень поглощения излучения водой.

Доза УФ-излучения равна произведению интенсивности излучения на его продолжительность. Чем выше устойчивость микроорганизмов, тем дольше на них необходимо воздействовать

УФ-излучение не влияет на химический состав воды, не образует побочных соединений, таким образом исключает возможность нанесения вреда человеку.

При использовании данного метода невозможна передозировка, УФ-облучение отличается высокой скоростью реакции, для обеззараживания всего объема жидкости требуется несколько секунд. Не меняя состав воды, излучение способно уничтожить все известные микроорганизмы.

Однако, не лишен данный метод и недостатков. В отличие от хлорирования, обладающего пролонгирующим эффектом, эффективность облучения сохраняется до тех пор, пока лучи воздействуют на воду.

Хороший результат достижим лишь в очищенной воде. На уровень поглощения ультрафиолета влияют содержащиеся в воду примеси. Например, железо способно служить для бактерий своеобразным щитом и «прятать» их от воздействия лучей. Поэтому целесообразно провести предварительную очистку воды.

Система для УФ-излучения состоит из нескольких элементов: выполненной из нержавеющей стали камеры, в которую помещена лампа, защищенная кварцевыми чехлами. Проходя через механизм такой установки, вода постоянно подвергается действию ультрафиолета и полному обеззараживанию.

Ультразвуковое обеззараживание

Ультразвуковое обеззараживание основано на методе кавитации. За счет того, что под воздействием ультразвука происходят резкие перепады давления, микроорганизмы разрушаются. Эффективен ультразвук и для борьбы с водорослями

Данный метод имеет узкий круг использования и находится на стадии освоения. Преимуществом является нечувствительность к высокой мутности и цветности воды, а также возможность воздействовать на большинство форм микроорганизмов.

К сожалению, данный метод применим только для малых объемов воды. Как и УФ-облучение оказывает эффект только в процессе взаимодействия с водой. Не возымело ультразвуковое обеззараживание популярности и в силу необходимости установки сложного и дорого оборудования.

Термическая обработка воды

В домашних условиях термический способ очистки воды – всем известное кипячение. Высокая температура убивает большинство микроорганизмов. В промышленных условиях данный метод неэффективен в силу его громоздкости, больших временных затрат и низкой интенсивности. К тому же, термическая обработка не способна избавить от посторонних привкусов и болезнетворных спор.

Электроимпульсный способ

В основе электроимпульсного способа лежит применение электрических разрядов, которые формируют ударную волну. Под воздействием гидравлического удара микроорганизмы гибнут. Данный метод эффективен как для вегетативных, так и спорообразующих бактерий. Способен достичь результата даже в мутной воде. Кроме того, бактерицидные свойства обработанной воды сохраняются до четырех месяцев.

Минусом является высокая энергоемкость и дороговизна.

Комбинированные методы обеззараживания воды

Для достижения наибольшего эффекта используют комбинированные способы, как правило, реагентные методы сочетают с безреагентными.

Высокую популярность возымело сочетание УФ-облучения с хлорированием. Так, уф-лучи убивают патогенную микрофлору, а хлор препятствует повторному заражению. Данный метод используют как для очистки питьевой воды, так и очистки воды в бассейнах.

Для обеззараживания бассейнов УФ-излучение преимущественно используют с гипохлоритом натрия.

Заменить хлорирование на первом этапе можно озонированием

Другие методы включает в себя окисление в сочетании с тяжелыми металлами. Окислителями могут выступать как хлорсодержащие элементы, так и озон. Суть комбинирования состоит в том, что окислители обивают вредные микробы, а тяжелые металлы позволяют сохранить воду обеззараженной. Существуют и другие способы комплексной дезинфекции воды.

Очистка и обеззараживание воды в бытовых условиях

Часто необходимо очистить воду в небольших количествах прямо здесь и сейчас. Для этих целей используют:

• растворимые обеззараживающие таблетки;
• перманганат калия;
• кремний;
• подручные цветы, травы.

Обеззараживающие таблетки могут выручить в походных условиях. Как правило, одну таблетку применяют на 1 л. воды. Этот метод можно отнести к химической группе. Чаще всего в основе таких таблеток лежит активный хлор. Время действия таблетки 15-20 минут. В случае сильного загрязнения количество можно удвоить.

Если вдруг таблеток не оказалось, возможно применение обычной марганцовки из расчета 1-2 г. на ведро воды. После того, как вода отстоится, она готова к использованию.

Также бактерицидное действие оказывают природные растения – ромашку, чистотел, зверобой, бруснику.

Еще один реагент – кремний. Поместите его в воду и дайте ей отстояться в течение суток.

Источники водоснабжения их пригодность для обеззараживания

Источники водоснабжения можно разделить на два вида – поверхностные и подземные воды. К первой группе относится вода из рек и озер, морей и водохранилищ.

При анализе пригодности вод для питья, расположенных на поверхности, проводят бактериологический и химический анализ, оценивают состояние дна, температуру, плотность и соленость морской воды, радиоактивность воды и т.д. Немаловажную роль при выбора источника играет нахождение по близости промышленных объектов. Еще один этап оценки источника водозабора – просчет возможных рисков заражения воды.

Состав воды в открытых водоемах зависит от времени года, такая вода содержит различные загрязнения, среди которых и болезнетворные микроорганизмы. Наиболее высок риск заражения водоемов рядом с городами, заводами, фабриками и другими объектами промышленности.

Речная вода очень мутная, отличается цветностью и жесткостью, а также большим количеством микроорганизмов, заражение которыми чаще всего происходит из стоковых вод. В воде из озер и водохранилищ часто встречается цветение из-за развития водорослей. Также такие воды

Особенность поверхностных источников заключается в большой водной поверхности, которая соприкасается с солнечными лучами. С одной стороны, это способствует самоочищению воды, с другой – служит развитию флоры и фауны.

Несмотря на то, что поверхностные воды могу самоочищаться, это не спасает их от механических примесей, также патогенной микрофлоры, поэтому при водозаборе подвергаются тщательному очищению с дальнейшим обеззараживанием.

Другой вид источников водозабора – подземные воды. Содержание микроорганизмов в них минимально. Для обеспечения населения лучше всего подходит родниковая и артезианская вода. Чтобы определить их качество, эксперты анализируют гидрологию слоев горных пород. Особое внимание уделяют санитарному состоянию территории в районе забора воды, так как этого зависит не только качество воды в здесь и сейчас, но и перспектива заражения вредоносными микроорганизмами в дальнейшем.

Артезианская и родниковая вода выигрывает у воды из рек и озер, она защищена от бактерий, содержащихся в стоковых водах, от воздействия солнечных лучей и других факторах, способствующих развитию неблагоприятной микрофлоры.

Нормативные документы водно-санитарного законодательства

Поскольку вода являет собой источник человеческой жизни, ее качеству и санитарному состоянию уделяется серьезное внимание, в том числе на законодательном уровне. Основными документами в данной сфере являются Водный кодекс и Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Водный кодекс содержит в себе правила по использования и охраны водных объектов. Приводит классификацию подземных и поверхностных вод, определяет меры наказания за нарушение водного законодательства и др.

ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» регламентирует требования к источникам, вода из которых может быть использована для питья и ведения хозяйства.

Также существуют государственные стандарты качества, которые определяют показатели пригодности и выдвигают требования к способам анализа воды:

ГОСТы качества воды

• ГОСТ Р 51232-98 Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества.
• ГОСТ 24902-81 Вода хозяйственно-питьевого назначения. Общие требования к полевым методам анализа.
• ГОСТ 27064-86 Качество вод. Термины и определения.
• ГОСТ 17.1.1.04-80 Классификация подземных вод по целям водопользования.

СНиПы и требования к воде

Строительные нормы и правила (СНиП) содержат в себе правила по организации внутреннего водопровода и канализации зданий, регламентируют монтаж систем водоснабжения, отопления и т.д.

• СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий.
• СНиП 3.05.01-85 Внутренние санитарно-технические системы.
• СНиП 3.05.04-85 Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации.

СанПиНы на водоснабжение

В санитарно-эпидемиологических правилах и нормах (СанПиН) можно найти, какие существует требования к качеству воды как из центрального водопровода, так и воды из колодцев, скважин.

• СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.»
• СанПиН 4630-88 «ПДК и ОДУ вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»
• СанПиН 2.1.4.544-96 Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников.
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.984-00 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.