Современные методы обеззараживания питьевой воды

Все большее распространение, особенно на небольших станциях водоподготовки, приобретают установки по производству активных хлорсодержаших реагентов  электрохимическими методами. В России несколько предприятий предлагают установки типа «Санер», «Санатор», «Хлорэл-200» для производства гипохлорита  натрия методом диафрагменного электролиза  поваренной соли.

питьевой водоснабжение  обеззараживание

 

 

2.2 Озонирование

Преимущество озона (О3) перед другими дезинфектантами  заключается в присущих ему дезинфицирующих  и окислительных свойствах, обусловленных  выделением при контакте с органическими  объектами активного атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы  микробных клеток и окисляющего  некоторые соединения, которые придают  воде неприятный запах (например, гуминовые  основания). Кроме уникальной способности  уничтожения бактерий, озон обладает высокой эффективностью в уничтожении  спор, цист и многих других патогенных микробов. Исторически применение озона  началось еще в 1898 г. во Франции, где  впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды.

Количество озона, необходимое для обеззараживания  питьевой воды, зависит от степени  загрязнения воды и составляет 1–6 мг/л при контакте в 8–15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3–0,5 мг/л, т. к. более высокая  доза придает воде специфический  запах и вызывает коррозию водопроводных  труб.

С гигиенической  точки зрения озонирование воды –  один из лучших способов обеззараживания  питьевой воды. При высокой степени  обеззараживания воды оно обеспечивает ее наилучшие органолептические  показатели и отсутствие высокотоксичных  и канцерогенных продуктов в  очищенной воде.

Ограничениями для  распространения технологии озонирования являются высокая стоимость оборудования, большой расход электроэнергии, значительные производственные расходы, а также  необходимость высококвалифицированного оборудования. Последний факт обусловил  использование озона лишь при  централизованном водоснабжении. Кроме  того, в процессе эксплуатации установлено, что в ряде случаев (если температура  обрабатываемой природной воды превышает 22 °С) озонирование не позволяет достичь  требуемых микробиологических показателей  по причине отсутствия эффекта пролонгации  дезинфицирующего воздействия

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.

Другим существенным недостатком озонирования явялется токсичность озона. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе  производственных помещений - 0,1 г/м3. К  тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси.

Существующие конструкции  современных озонаторов представляют собой большое количество близко расположенных ячеек, образованных электродами, один из которых находится  под высоким напряжением, а второй – заземлен. Между электродами  с определенной периодичностью возникает  электрический разряд, в результате которого в зоне действия ячеек из воздуха образуется озон. Полученной озоновоздушной смесью барботируют  обрабатываемую воду. Подготовленная таким образом вода по вкусу, запаху и другим свойствам превосходит  воду, обработанную хлором.

2.3 Другие реагентные  способы дезинфекции воды

Применение тяжелых  металлов (медь, серебро и др.) для  обеззараживания питьевой воды основано на использовании их «олигодинамического» свойства – способности оказывать  бактерицидное действие в малых  концентрациях. Эти металлы могут  вводиться в виде растворов солей  либо методом электрохимического растворения. В обоих этих случаях возможен косвенный контроль их содержания в  воде. Следует заметить, что ПДК  ионов серебра и меди в питьевой воде достаточно жесткие, а требования к воде, сбрасываемой в рыбохозяйственные  водоемы, еще выше.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относится  также широко применявшееся в  начале 20 в. обеззараживание соединениями брома и йода, обладающими более  выраженными бактерицидными свойствами, чем хлор, но требующими и более  сложной технологии. В современной  практике для обеззараживания питьевой воды йодированием предлагается использовать специальные иониты, насыщенные йодом. При пропускании через них  воды йод постепенно вымывается из ионита, обеспечивая необходимую  дозу в воде. Такое решение приемлемо  для малогабаритных индивидуальных установок. Существенным недостатком  является изменение концентрации йода во время работы и отсутствие постоянного  контроля его концентрации.

Применение активных углей и катионитов, насыщенных серебром, например, С-100 Ag или С-150 Ag фирмы « Purolite », преследует цели не «серебрения» воды, а предотвращения развития микроорганизмов  при прекращении движения воды. При  остановках создаются идеальные  условиях для их размножения –  большое количество органики, задержанное  на поверхности частиц, их огромная площадь и повышенная температура. Наличие серебра в структуре  этих частиц резко уменьшает вероятность  обсеменения слоя загрузки. Серебросодержащие  катиониты разработки ОАО НИИПМ  – КУ-23СМ и КУ-23СП – содержат в  себе значительно большее количество серебра и предназначены для  обеззараживания воды в установках небольшой производительности.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.  Физические методы обеззараживания питьевой воды

3.1 Кипячение

Из физических способов обеззараживания воды наиболее распространенным и надежным (в частности, в домашних условиях) является кипячение.

При кипячении происходит уничтожение большинства бактерий, вирусов, бактериофагов, антибиотиков и других биологических объектов, которые часто содержатся в открытых водоисточниках, а как следствие  и в системах центрального водоснабжения.

Кроме того, при  кипячении воды удаляются растворенные в ней газы и уменьшается жесткость. Вкусовые качества воды при кипячении  меняются мало. Правда для надежной дезинфекции рекомендуется кипятить воду в течение 15 - 20 минут, т.к. при  кратковременном кипячении некоторые  микроорганизмы, их споры, яйца гельминтов могут сохранить жизнеспособность (особенно если микроорганизмы адсорбированы  на твердых частицах). Однако применение кипячения в промышленных масштабах, конечно же, не представляется возможным  ввиду высокой стоимости метода.

3.2 Ультрафиолетовое  излучение

Обработка УФ-излучением – перспективный промышленный способ дезинфекции воды. При этом применяется  свет с длиной волны 254 нм (или близкой  к ней), который называют бактерицидным. Дезинфицирующие свойства такого света  обусловлены их действием на клеточный  обмен и особенно на ферментные системы  бактериальной клетки. При этом бактерицидный  свет уничтожает не только вегетативные, но и споровые формы бактерий.

Современные установки  УФ-обеззараживания имеют производительность от 1 до 50 000 м3/ч и представляют собой  выполненную из нержавеющей стали  камеру с размещенными внутри УФ-лампами, защищенными от контакта с водой  прозрачными кварцевыми чехлами. Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению  ультрафиолетом, который убивает  все находящиеся в ней микроорганизмы. Наибольший эффект обеззараживания питьевой воды достигается при расположении УФ-установок после всех других систем очистки, как можно ближе к месту конечного потребления.

Этот способ приемлем как в качестве альтернативы, так  и дополнения к традиционным средствам  дезинфекции, поскольку абсолютно  безопасен и эффективен.

Важно отметить, что  в отличие от окислительных способов при УФ-облучении не образуются вторичные  токсины, и поэтому верхнего порога дозы ультрафиолетового облучения  не существует. Увеличением дозы почти  всегда можно добиться желаемого  уровня обеззараживания.

Кроме того УФ-облучение  не ухудшает органолептические свойства воды, поэтому может быть отнесено к экологически чистым методам ее обработки.

Вместе с тем, и этот способ имеет определенные недостатки. Подобно озонированию, УФ-обработка не обеспечивает пролонгированного  действия. Именно отсутствие последействия  делает проблематичным ее применение в случаях, когда временной интервал между воздействием на воду и ее потреблением достаточно велик, например в случае централизованного водоснабжения. Для индивидуального водоснабжения  УФ-установки являются наиболее привлекательными.

Кроме того, возможны реактивация микроорганизмов и  даже выработка новых штаммов, устойчивых к лучевому поражению.

Этот способ требует  строжайшего соблюдения технологии,

Организация процесса УФ-обеззараживания требует больших  капитальных вложений, чем хлорирование, но меньших, чем озонирование. Более  низкие эксплуатационные расходы делают УФ-обеззараживание и хлорирование сопоставимыми в экономическом  плане. Расход электроэнергии незначителен, а стоимость ежегодной замены ламп составляет не более 10% от цены установки.

Фактором, снижающим  эффективность работы установок  УФ-обеззараживания при длительной эксплуатации, является загрязнение  кварцевых чехлов ламп отложениями  органического и минерального состава. Крупные установки снабжаются автоматической системой очистки, осуществляющей промывку путем циркуляции через установку  воды с добавлением пищевых кислот. В остальных случаях применяется  механическая очистка.

Другим фактором, снижающим эффективность УФ-обеззараживания, является мутность исходной воды. Рассеивание  лучей значительно ухудшает эффективность  обработки воды.

3.3 Электроимпульсный  способ

Достаточно новым  способом обеззараживания воды является электроимпульсный способ - использование  импульсивных электрических разрядов (ИЭР).

Сущность метода заключается в возникновении  электрогидравлического удара, так  называемого эффекта Л. А. Юткина.

Технологический процесс  состоит из шести ступеней:

подача жидкости в рабочий объём при равномерном  профиле распределения скорости (причём рабочий объём заполняют  с воздушным промежутком, а равномерный  профиль распределения жидкости помогает уменьшить энергоёмкость  процесса),

зарядку накопителя электроэнергии в режиме постоянной мощности,

инициирование одного или серии электрических разрядов в жидкости при скорости нарастания переднего фронта напряжения не менее 1010 В/с (энергию дозируют путём отсчёта  зарядов),

усиление эффекта  разрушения микроорганизмов за счет формирования волн растяжения при отражении  волн сжатия, образованных электрическим  разрядом от свободной поверхности  жидкости,

подавление или  гашение ударных волн в подводящих и отводящих жидкость магистралях  для исключения их разрушения,

отведение обеззараженной жидкости из рабочего объёма.

Кроме того, в частном  случае возможно инициирование электрических  разрядов в объеме, отделенном от рабочего объема средой, сохраняющей или увеличивающей  амплитуду волн сжатия. Примером материала, являющегося средой, сохраняющей  амплитуду волны на границе с  водой, может быть пенополистирол.

В процессе обеззараживания  питьевой воды электроимпульсным способом происходит большое количество явлений: мощные гидравлические процессы, образование  ударных волн сверхвысокого давления, образование озона, явления кавитации, интенсивные ультразвуковые колебания, возникновение импульсивных магнетических  и электрических полей, повышение  температуры. Результатом всех этих явлений является уничтожение в  воде практически всех патогенных микроорганизмов. Очень важно заметить, что вода, обработанная ИЭР, приобретает бактерицидные  свойства, которые сохраняются до 4 мес.

Основным преимуществом  электроимпульсного способа обеззараживания  питьевой воды является экологическая  чистота, а так же возможность  использования в больших объемах  жидкости.

Однако этот способ имеет ряд недостатков, в частности  относительно высокую энергоемкость (0,2-1 кВтч/м3) и, как следствие –  дороговизну.

Электрохимический метод.

Серийно производятся установки «Изумруд», «Сапфир», «Аквамин»  и т.п. Их работа основана на пропускании  воды через электрохимический диафрагменный  реактор, разделенный ультрафильтрационной металлокерамической мембраной  на катодную и анодную область. При  подаче постоянного тока в катодной и анодной камерах происходит образование щелочного и кислого  растворов, электролитическое образование  активного хлора. В этих средах гибнут практически все микроорганизмы и происходит частичное разрушение органических загрязнений. Конструкция  проточного электрохимического элемента хорошо отработана, и набором из различного числа таких элементов  получают установки заданной производительности.

3.4 Обеззараживание  ультразвуком

В некоторых случаях  для обеззараживания воды используется ультразвук. Впервые этот метод был  предложен в 1928 г. Механизм действия ультразвука до конца неясен. По этому поводу высказываются следующие  предположения:

- ультразвук вызывает  образование пустот в сильно  завихренном пространстве, что ведет  к разрыву клеточной стенки  бактерии;

- ультразвук вызывает  выделение растворенного в жидкости  газа, а пузырьки газа, находящиеся  в бактериальной клетке, вызывают  ее разрыв.