Обзор современных способов обеззараживания питьевой воды

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.

Классификация методов обеззараживания воды

Чтобы правильно выбрать способ обеззараживания, проводят анализ загрязненной воды. Исследуется количество и вид микроорганизмов, степень побочной загрязненности. Также определяется объем воды, которая будет проходить очистку, и экономический фактор.

Вода, прошедшая очистку, прозрачна и бесцветна, не пахнет и не имеет вкуса и привкуса. Чтобы добиться такого эффекта, применяют следующие группы методов:

• физические;
• химические;
• комбинированные.

Химический метод – это работа с реагентами, добавляемыми в воду. Физическое обеззараживание выполняется за счет температуры или различных излучений. Комбинированные методы сочетают работу этих двух групп.

Наиболее эффективные способы

Инфекционная безопасность воды – это важная и актуальная проблема, из-за чего изобретено множество методик для избавления воды от микроорганизмов. Способы дезинфекции не прекращают улучшаться. Они становятся более результативными и доступными. В наше время самыми лучшими считаются следующие методы:

• термообработка с помощью высоких температур;
• озонирование;
• ультразвуковая обработка;
• реагентные методы;
• ультрафиолетовое облучение жидкости;
• высокомощные электрических разрядов.

Озонирование

Многие считают самым надежным способом обеззараживания воды именно озонирование. Газ озон способен разрушать ферментную систему микробной, вирусной клетки, окислять некоторые соединения, придающие жидкости неприятный запах.

Достоинства метода следующие:

• Быстрая дезинфекция.
• Максимально безопасное для человека и окружающей среды обеззараживание.

При этом у озонирования есть и ряд недостатков:

• При неправильной дозировке у воды отмечается неприятный запах.
• Избыток озона способствует усиленной коррозии металла. Это касается и водопроводных труб, и бытовой техники, посуды. Нужно выждать период распада газа, прежде чем пускать воду по трубам.
• Довольно дорогой в применении метод — необходимы большие растраты электроэнергии, сложное оборудование, высококвалифицированный обслуживающий персонал.
• Газ в процессе производства токсичен и взрывоопасен. Относится к первому классу опасности.
• После проведения озонирования возможно повторное размножение бактерий. Нет гарантии 100 % очистки воды.

Нормативная документация в области безопасности питьевой воды

Со стороны государства качество воды строго контролируется с помощью нормативных документов, правил и ограничений. Основой законодательных актов в области охраны водных ресурсов и контроля качества используемой воды являются два документа: Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и Водный кодекс.

Первый закон содержит требования к качеству источников водоснабжения, из которых вода поступает в жилые дома и на нужды сельского хозяйства. Второй документ описывает нормы использования водных источников и указания по обеспечению их безопасности, а также определяет меры наказания.

ГОСТы

ГОСТы описывают правила, по которым должен проходить контроль качества сточных и питьевых вод. В них содержатся методики проведения анализов в полевых условиях, а также позволяют разделить воды на группы. Самые важные из ГОСТов представлены в таблице.

СНиПы

Строительные нормы и правила определяют требования к возведению сооружений очистки вод, к монтажу различных видов трубопроводов и систем водоснабжения. Информация содержится в СНиПах под следующими номерами: СНиП 2.04.01-85, СНиП 3.05.01-85, СНиП 3.05.04-85.

СанПиНы

Санитарно-эпидемиологические правила и нормы содержат гигиенические требования к качеству различных групп вод, к составу, к водозаборным сооружениям и месторасположению водозаборов: СанПиН 2.1.4.559-96, СанПиН 4630-88, СанПиН 2.1.4.544-96, СанПиН 2.2.1/2.1.1.984-00.

Таким образом, эффективность обеззараживания водопроводной воды контролируется с установленной регулярностью и в соответствии со множеством правил и нормативов. А большое число различных методов дезинфекции свежей воды позволяют для любых условий подобрать оптимальный вариант. Что делает грамотно очищенную и обработанную воду безопасной для употребления людьми.

4 Очистка с помощью ультразвука

Бактерицидная установка, нейтрализующая вредоносные микроорганизмы ультразвуком – скорее промышленный, а не бытовой способ. Принцип его основывается на создании ультразвуковых волн (создаваемых специальным генератором), которые приводят к разрыву оболочки клетки – а значит, и ее гибели. Для максимальной эффективности такого способа частота звука должна быть около 48 тысяч Гц.

Одним из примеров устройств, очищающих жидкость ультразвуком, является аппарат для обеззараживания воды «Лазурь». Это – современная бактерицидная установка, которая используется в промышленности и для крупномасштабной водоподготовки. Она способна обеспечить практически полную нейтрализацию любых бактерий, переводя их в нейтральные соединения.

Совместно с ультразвуком (создаваемым генератором), установка «Лазурь» производит еще и ультрафиолетовую очистку – компонуя методы и повышая эффективность результата. Процедура производится одновременно – внутри корпуса работает и лампа, и ультразвуковая установка.

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.

Отстаивание воды

Данный метод очистки воды предполагает отстаивание водопроводной воды в течение 8 – 12 часов (именно столько времени необходимо для испарения хлора и других летучих примесей).

Для ускорения процесса испарения вредных веществ рекомендуется периодически помешивать воду.

Но учтите, что в отстоянной воде сохраняются соли тяжелых металлов, которые оседают на дне, поэтому за час – полтора до окончания очищения не рекомендуется перемешивать воду.

Чтобы на выходе получить воду, очищенную от тяжелых металлов, рекомендуется аккуратно перелить 2/3 жидкости в другую тару: сделать это необходимо так, чтобы осадок остался на дне.

Хлорирование

Если попросить обывателей: «Укажите самый простой способ обеззараживания воды», многие сразу же отметят хлорирование. И неспроста — как метод дезинфекции оно очень распространено в России. Объясняется это несомненными плюсами хлорирования:

• Простота в использовании и обслуживании.
• Низкая цена действующего вещества.
• Высокая эффективность.
• Последующий после применения эффект — вторичный рост микроорганизмов не происходит даже при минимальном избытке дозы хлора.
• Контроль за запахом, вкусовыми качествами воды.
• Поддержка чистоты фильтров.
• Препятствие образованию водорослей.
• Разрушение сероводорода, удаление железа и марганца.

Однако у средства есть и свои минусы:

• При окислении обладает высокой степенью токсичности, мутагенности, канцерогенности.
• Последующая после хлора очистка жидкости активированным углем не спасает ее полностью от образованных хлорированием соединений. Высокостойкие, они могут сделать питьевую воду непригодной для питья, засорять реки и иные природные водоемы по течению стоков.
• Образование тригалометанов, оказывающих канцерогенное воздействие на человеческий организм. Именно они способствуют росту раковых клеток. А кипячение, самый простой способ обеззараживания воды, усугубляет ситуацию. В хлорированной жидкости после него образуется диоксин — опасное ядовитое вещество.
• Исследования показывают, что хлорированная вода способствует также развитию заболеваний сосудов, ЖКТ, печени, сердца, гипертонии, атеросклероза. Негативно сказывается на состоянии кожи, волос и ногтей. Разрушает в организме белок.

На сегодня современной заменой является диоксид хлора, более эффективный в обеззараживании. Но существенный минус — его нужно применять сразу на месте производства.

Дополнительная обработка

Чтобы вода приобрела необходимые качественные характеристики, ее подвергают дополнительной обработке.

• Обессоливание, которое в свою очередь производится несколькими способами:
  • ионный обмен;
  • дистилляция;
  • гелиопреснение;
  • гиперфильтрация;
  • вымораживание.
• Умягчение – снижение жесткости воды, обусловленной содержанием солей магния и кальция. В зависимости от технических требований к обработке применяют следующие способы:
• Катионный (ионный обмен) – традиционная обработка ионным обменом предполагает фильтрацию воды через ионнобменные смолы. В данном процессе происходит замещение ионов натрия на ионы кальция и магния;
• Рентгенный (фосфатный, содовый, известковый, едконатриевый). Для более глубокого   умягчения воды используют фосфатный метод. Вода предварительно проходит термообработку;
• Термохимический. Предполагает воздействие температурой от 100 до 165 градусов) ;
• Диализ(мембранный). Сорбция предполагает фильтрацию воды через активированный уголь, благодаря чему улучшаются органолептические свойства воды, происходит дехлорирование.
• Обработка ультразвуком – отличается эффективностью благодаря высокой разрывающей способности ультразвука. Это действенный способ обеззараживания, но отличающийся сложностью работ, требующий обслуживания системы квалифицированными специалистами. Особенность метода в том, что наибольший эффект обеззараживания достигается в комплексе с другими методами.
• Дистилляция – это стопроцентный способ очистки воды, требующих значительных денежных затрат. Употребление дистиллированной питьевой воды вызывает полное вымывание солей из организма. Минерализация воды должна составлять не менее 100 мг/л.

Нормы качества питьевой воды по СанПиНу в 2022 году

Перечень химических соединений содержится в СанПиН 1.2.3685-21 в двух таблицах, устанавливающих одинаковые нормативы качества для всех типов воды, в том числе к питьевой (кроме технической). Пространный перечень может вызвать вопросы при организации контроля качества и выборе контролируемых показателей. Документом, определяющим минимальный перечень показателей, обязательных для контроля на разных стадиях (от водоисточника до распределительной сети), и периодичность отбора, стали методические рекомендации М.Р.2.1.4.0176-20. 2.1.4. Рекомендации предназначены в 2022 году для государственных органов, осуществляющих надзор, и для предприятий, эксплуатирующих системы водоснабжения, в т.ч. ИП.

Методические рекомендации устанавливают задачи для проведения мониторинговых исследований, позволяющих прогнозировать качество воды, оценивать риски для здоровья населения.

№	Показатель	Норматив
1.	Аммиак и аммоний-ион	1,5-2 мг/дм3
2.	Нитраты	45,0 мг/дм3
3.	Барий	0,5 мг/дм3
4.	Бор	1,0 мг/дм3
5.	Железо	0,3 мг/дм3
6.	Кадмий	0,001 мг/дм3
7.	Кремний	25-20 мг/дм3
8.	Марганец	0,1 мг/дм3
9.	Мышьяк	0,01 мг/дм3
10.	Свинец	0,01 мг/дм3
11.	Сульфаты	500,0 мг/дм3
12.	Фтор (для разных климатических зон)	от 0,7 до 1,5 мг/дм3
13.	Хлориды	350,0 мг/дм3
14.	Цинк	5,0 мг/дм3
15.	pH	от 6.0 до 9.0
16.	Жесткость общая	7,0* мг/дм3
17.	Общая минерализация	1000* мг/дм3
18.	Нефтепродукты	0,1 мг/дм3
19.	Окисляемость перманганатная	5,0* мг/дм3

*  для централизованного снабжения

В сравнении с утратившими силу нормативными документами в 2022 году ужесточились требования по содержанию мышьяка, свинца, хрома, алюминия, есть небольшое увеличение нормативов по барию и сероводороду.

Обеззараживание воды с помощью активного кислорода

Принцип действия метода очистки с помощью активного кислорода: в воду впрыскивается кислородсодержащий реагент, который в воде разлагается, выделяя кислород, который реагирует с биологическими загрязнениями. Одно время этот щадящий метод был очень популярен в Европе и России.

Достоинства дезинфекции кислородсодержащим реагентом:

• достаточно эффективно уничтожает вредную микрофлору, живущую в ванне бассейна;
• не раздражает слизистую глаз и кожу за счет отсутствия хлораминов;
• не образуется вредных побочных продуктов.

Недостатки дезинфекции кислородсодержащим реагентом:

• дорого по сравнению с хлорированием;
• кислородсодержащий реагент очень быстро разлагается в водной среде. В результате приходится использовать повышенные дозы;
• меньшая активность по сравнению с хлорированием, что опять-таки ведет к увеличению дозировки реагента;
• передозировка кислородсодержащего реагента (перекись водорода) имеет более неприятным последствиям для здоровья, чем передозировка хлора;
• все равно требуется периодическое хлорирование.

Как единственно применяемый метод не подходит для больших общественных бассейнов и открытых бассейнов, но вполне эффективен в небольших закрытых частных бассейнах с невысокой нагрузкой. Также метод дезинфекция активным кислородом не подходит для теплых бассейнов с температурой выше 28°С, так как в теплой воде окисление замедляется.

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.

Обзор обеззараживателей

В этом обзоре – несколько примеров обеззараживателей с различным способом воздействия на микробную флору.

УФ установки

НПО ЭНТ–Технология УФ

«НПО ЭНТ–Технология УФ»

Проектная производительность – от 0,5 м3/час до 1150 м3/час.

Необходимая доза ультрафиолета 30 мДж/см2 достигается выбором нужного количества и мощности УФ ламп (25–500 Вт) установок с учетом коэффициента пропускания воды.

Возможно изготовление установок под конкретного заказчика – можно изменить ориентацию патрубков, размеры фланцев, исполнение (вертикальное или горизонтальное), способ крепления, комплектацию.

Пульт управления идет в комплекте. Датчик контроля УФ, промывочное устройство устанавливаются по заказу.

Флотенк

УФ установка для очистки воды от компании «Флотенк» «FloTenk-UF» эффективна и экологически безопасна. По строительным особенностям схема установки может быть подземной или наземной. Подземная установка – классический вариант установки.

Его преимущество – легкая эксплуатация. Габариты колодца определяются индивидуально для каждого заглубления, вида ламп, способа подачи стоков.

По технологическим признакам выделяется параллельная установка, которая применяется, когда требуется увеличение производительности системы. При этом методе поток воды разделяется на линии обработки колодцами, а затем подается на параллельно установленные УФ обеззараживатели.

В случае высокого уровня грунтовых вод целесообразны напорные УФ-установки. При благоприятных условиях, чтобы избежать значительного перепада труб в закрытых сухих УФ-системах и сэкономить на земляных работах и монтаже, используют погружные самотечные установки.

Принцип обеззараживания здесь основан на естественном движении СВ через центральный участок аппарата, в котором и происходит УФ-воздействие на вредоносную микрофлору. При этом обрабатываемая вода служит естественным охладителем для УФ-ламп.

Все УФ обеззараживатели комплектуются температурным датчиком во избежание излишнего перегрева ламп. Установки с сухими колодцами могут комплектоваться дренажными насосами, газоанализаторами, освещением и дополнительными колодцами для установки шкафов управления.

Хлораторы

«Экоконтроль С»

Дозатор S10k – система дозирования для малых расходов хлора и других газов (углекислого газа, двуокиси серы, аммиака).

Производительность хлоратора при дозировании хлора — 0,02–10 кг/час. Газ подается безопасным способом, под вакуумом.

Предусмотрено как ручное, так и автоматическое управление.

Установка универсальна и может сочетаться с любым оборудованием благодаря гибкости монтажных конфигураций для баллонов, коллекторов и резервуаров.

Озонаторы

Установка озонирования воды УО-10 от ООО «МЭЛП» предназначена для генерации озона и его эжекторного смешения с водой. Устройство применяется в процессах обеззараживания и подготовки воды.

Основные технические характеристики:

• габариты — 2080 х 980 х 700 мм;
• производительность по озону – от 10 г/час;
• максимальный расход воды – 12 м3/час;
• непрерывный режим работы.

Аппарат состоит из озонаторного блока, размещенного в электромонтажном шкафу, и гидростанции, смонтированных на раме.

На панели управления озонаторного блока – переключатели, кнопки ручной регулировки производительности, светодиодные и жидкокристаллические индикаторы для отображения режимов работы.

Предусмотрена комплектация озонаторами разной производительности.

Цели обеззараживания

К сточным водам (СВ) относятся:

• дождевые;
• талые;
• поливомоечные;
• дренажные;
• инфильтрационные воды;
• бытовые, принятые от абонентов в ЦСВ.

Классификация подробно рассмотрена в этой статье.

Часто в СВ обнаруживаются патогенные микроорганизмы – возбудители многих опасных заболеваний:

• брюшного тифа;
• холеры;
• дизентерии;
• полиомиелита;
• сальмонеллеза;
• вирусных гепатитов;
• туберкулеза;
• туляремии.

Современные и высокоэффективные очистные сооружения освобождают стоки как от механических и химических загрязнений, так и от патогенной микрофлоры. Но без обеззараживающей стадии на специальных установках не обойтись – слишком высока опасность СВ.

Независимо от сценария дальнейшего применения очищенных до нормативных значений стоков, обеззараживание производится после первичной очистки любым оптимальным способом.

Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рациональное использование для нужд народного хозяйства – одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

Предприятия, осуществляющие забор воды из водоисточников, ее очистку, по уровню решаемых задач и обороту денежных средств занимают одно из ведущих мест в регионе. А стало быть эффективность использования материальных ресурсов в данной отрасли так или иначе сказывается на общем уровне благосостояния и здоровья людей, проживающих на данной территории. Рациональное, т.е. организованное с соблюдением санитарных правил и нормативов, питьевое водоснабжение помогает избегать различных эпидемий, кишечных инфекций. Химический состав питьевой воды также немаловажен для здоровья человека.

В современных условиях обеззараживание стало чуть ли не единственным обязательным процессом в многоступенчатой системе очистки воды питьевого водоснабжения. Коагулирование и фильтрование воды через песок освобождают ее от суспендированных примесей и частично снижают ее бактериальную загрязненность. Но только обеззараживанием воды можно на 98% очистить воду от патогенных (болезнетворных ) микроорганизмов.

Постоянное совершенствование методов и средств, с помощью которых осуществляется дезинфекция, вызвано двумя факторами: развитием у микроорганизмов резистентности не только к антибиотикам, но и дезинфицирующим средствам, а также несовершенством используемых дезинфицирующих средств. Следует учитывать и то, что возможно и вторичное загрязнение уже подготовленной воды при транспортировке её по трубам распределительной сети.

В связи с этим поиск и внедрение наиболее рационального способа обеззараживания воды из проблемы актуальной переходит в раздел социально значимых.

Постоянное совершенствование дезинфицирующих средств приведёт к созданию новых, эффективных и безопасных соединений. Уже сейчас разрабатываются новые дезинфицирующие средства на основе таких традиционных групп химических соединений, как спирты, альдегиды, фенолы, перекиси, ПАВ и хлорсодержащие вещества. Кроме того, постоянно разрабатывается возможность их соединения для создания композитного дезинфицирующего средства.

Обеззараживание является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции и должно обеспечивать эпидемиологическую безопасность населения.

Питьевая вода – это важнейший фактор здоровья и благополучия человека.

Мировой и отечественный опыт доказывает, что при использовании передовых технологий и оборудования качество воды (практически независимо от исходных ее характеристик) начинает соответствовать самым строгим нормативным требованиям. Это позволяет не только эффективно использовать естественные источники, но и успешно применять схемы рециркуляции. Такой подход, несомненно, поможет снизить антропогенную нагрузку с окружающей среды и сберечь ее для потомков.

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня тем более остро, что качество ее в природных источниках неуклонно ухудшается. В государственном докладе «Вода питьевая» отмечено, что около 70 % рек и озер страны утратили свое качество как источники водоснабжения, а приблизительно 30 % подземных источников подверглись природному или антропогенному загрязнению. Около 22 % проб питьевой воды, отбираемых из водопроводов, не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим нормам, а более 12 % – по микробиологическим показателям.

Список литературы

1. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: В 3-х т. – Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод / Научно-методическое руководство и общая редактора докт. техн. наук, проф. Журбы М.Г. Вологда-Москва: ВоГТУ, 2001. – 324 с.

2. Мазаев В.Т., Корлёв А.А., Шлепнина Т.Г. Коммунальная гигиена / Под ред. В.Т. Мазаева. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. – 304 с.

3. Яковлев С.В, Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: – М.: АСВ, 2002 – 704 с.

   .. 
104 
105
106   ..