Знезараження та дезінфекція води ультрафіолетом

Під поняттями дезінфекції та знезараження питної води прийнято розуміти низку комплексних заходів, спрямованих на знищення різних вірусів, бактерій, а також повне або часткове видалення з рідини хімічних домішок та інших небезпечних для здоров'я організму речовин. Дезінфекція води може здійснюватися як у спеціальних інженерно-технічних спорудах у промислових масштабах, так локального знезараження з метою швидкого вживання. У цій статті ми розглянемо основні методи знезараження питної води та коротко опишемо їх особливості.

Методи знезараження води

Перед тим як знезаразити воду, при виборі засобу для знезараження води слід розуміти, що повне очищення води від усіх бактерій мінералів зробить її непридатною для вживання в їжу. Тому, вибираючи спосіб для дезінфекції води, потрібно підходити уважно. Існує кілька способів впливу на шкідливі для людини мікроорганізми:

• Хімічні методи знезараження води (реагентні);
• фізичні методи (безреагентні);
• Комбіновані методи на мікроорганізми.

Хімічний метод включає використання різних реагентів-коагулянтів, що додаються у воду для знезараження. А також до цього методу відноситься: хлорування, озонування, застосування срібла, кремнію, гіпохлориту натрію та інших речовин, здатних як мінімум зупинити розмноження бактерій, і максимум - повністю їх позбутися.

Фізичне, безреагентне вплив проводиться із застосуванням ультрафіолетового знезараження води, електроімпульсним та іншими способами.

Комбіновані методи включають і хімічну та фізичну дію поперемінно. Дані методи вважаються найбільш ефективними при знезараженні та очищенні від різних домішок, що містяться у воді.

Знезараження води хімічними способами

При використанні хімічного методу знезараження вкрай важливо вміти визначати або знати точне дозування, а також необхідний час впливу речовини на воду.

Необхідна доза визначається як пробним знезараженням, і розрахунковими методами. Як надлишок, так і недолік речовини, здатний зробити воду непридатною для використання.

Приклад неправильного дозування: Занадто мала доза озону здатна вбити лише частину бактерій і, утворивши особливі хімічні сполуки, створить ідеальне середовище для розмноження бактерій, що раніше спляться.

Для створення тривалого ефекту знищення мікроорганізмів після дезінфекції зазвичай дозу реагенту беруть з надлишком. Однак такий надлишок не повинен бути небезпечним для людей, оскільки більшість реагентів досить токсичні.

Хлорування води

Хлор та його похідні досі застосовуються на території нашої країни для знезараження води, незважаючи на наявність безлічі сучасних методів очищення. Даний реагент показує хороші характеристики, у плані дезінфікування, навіть за мінімального надлишку. Так, при концентрації залишкового хлору в розмітці 0,5 мг/л зростання патогенних мікроорганізмів у соді не відбувається.

Однак цей реагент має низку суттєвих мінусів: високий ступінь токсичності, мутагенності, канцерогенності. І навіть подальше очищення води активованим вугіллям не здатне повністю видалити хлорні сполуки, що утворилися. А якщо такі води йдуть у стік і потрапляють у ґрунтові або річкові води вниз за течією, то рівень згубного впливу на природу досить великий.

Використання хлору, більшою мірою пов'язане з дешевизною та доступністю цього реагенту, та високим ступенем ефективності щодо патогенної флори, зростання водоростей, ряду грибків. Під його впливом руйнується сірководень, видаляється залізо, марганець. Він має здатність знебарвлювати, завдяки чому хлор є основним компонентом більшості відбілювачів.

Діоксид хлору має більший ступінь впливу на віруси та бактерії, ніж звичайний хлор, проте забруднює довкілля набагато менше. Але цей реагент досить дорогий і вимагає приготування безпосередньо на місці застосування.

Хлор утворює, так звані тригалометани (похідні метану), які мають сильну канцерогенну дію на організм людини, призводячи до зростання ракових клітин. А при кип'ятінні води, під вплив високих температур, відбувається утворення діоксину – дуже сильної отрути.

В результаті дослідження вчених з різних країн показали, що сам хлор та його похідні можуть викликати всілякі порушення та хвороби внутрішніх органів людей з боку шлунково-кишкового тракту, серцево-судинної системи, печінки, нирок. Руйнують білок в організмі, викликають атеросклероз, гіпертонію, різні види алергічних проявів. Згубно впливають на шкіру та волосся.

Озонування води

Озонування шляхом розкладання частинок озону у воді утворює атомарний кисень. В результаті руйнується ферментна система клітин мікробів. Крім цього, окислюється частина сполук, що викликає досить неприємний запах, прискорюється корозія металу (у тому числі кухонного начиння, водопровідних систем тощо). Тому, при застосуванні озону, потрібне точне дозування.

При цьому даний метод вважається найкращим з хімічних, що забезпечують максимально швидке та безпечне для навколишнього середовища та людини знезараження води.

Для цього методу потрібна спеціальна дорога апаратура, велика витрата електроенергії, а також висококваліфіковане обслуговування. Усе це робить цей дорогий спосіб дезінфекції застосовним, переважно, в централізованому водопостачанні.

Пов'язано це з тим, що озон небезпечний у процесі виробництва, вибухонебезпечний та токсичний. Тому вкрай важливим є висококласне професійне обслуговування такого обладнання або установок.

Крім того, останні дослідження показали, що одного лише озонування недостатньо для якісної дезінфекції води, оскільки після його впливу починається розкладання фенольних груп гумінових речовин. Ці речовини сприяють активації раніше «сплячих» мікроорганізмів.

Транспортується вода, оброблена озоном, у спеціальних ємностях з окремих видів пластмаси, азбестоцементу, бетону та ін. Перед тим, як пустити таку воду трубами та іншими металевими ємностями, необхідно почекати період розпаду озону.

Антисептики, полімерні реагенти

Знезараження полімерними реагентами, що належать до полімерних антисептиків – це окремий спосіб очищення води. Біолог – найвідоміший із цього класу реагентів. У порівнянні з озоном та хлором Біолог має ряд переваг:

• Не завдає шкоди здоров'ю;
• Не надає місцевого подразнення на шкіру та слизову;
• Не викликає алергічних реакцій;
• Після очищення у води відсутня смак, запах та колір;
• Не псує тканину (купальних костюмів);
• Не чинить корозійної дії на металеві поверхні;
• Має довготривалий ефект дезінфекції.

Інші реагенти

Дезінфекція з допомогою реагентів потребує певних специфічних знань, оскільки у цьому методі важлива тонність дозування та інших розрахунків. Використовуються різноманітні сполуки важких металів, таких як йод, бром та ін. Такий метод виділяють окремо, як олігодинамічне знезараження води.

При використанні благородних металів для очищення води, наприклад, за допомогою срібла, відбувається не повне знезараження, а тимчасове стримування зростання кількості бактерій. Крім того при даному методі вкрай важливо дотримуватися дозування, так як срібло має властивість накопичуватися в організмі людини і дуже повільно і важко виводиться.

Інші реагенти, що рідко зустрічаються, такі як сильні окислювачі (гіпохлорит натрію), застосовуються в тих випадках, коли показники води часто змінюються і вкрай не стабільні. Прикладом нестабільності води може бути наявність у ній органічних речовин, планктону. За хіміко-бактерицидними властивостями гіпохлорит натрію подібний до хлору, але при цьому не такий шкідливий для людського організму і навколишнього середовища, має тривалу бактерицидну дію. Отримують даний реагент шляхом електролізу 2-4% розчину натрію хлориду (кухонної солі) або мінералізованих вод.

Недоліком цього методу вважається те, що видалення солі з води йде набагато більше енергетичних витрат, ніж хлорування. Однак незаперечною перевагою можна назвати безпеку для людини та навколишнього середовища.

Знезараження води фізичними методами

До фізичних методів відносять вплив ультразвуком, знезараження води ультрафіолетом та іншими методами. При цьому проводиться попередня фільтрація, коагуляція води з метою видалення суспензій, яєць гельмінтів і різних мікроорганізмів.

Очищення УФ-променями

Для ультрафіолетового знезараження води вираховують обсяг рідини, щоб розрахувати необхідні витрати енергії. Для забезпечення ефективності необхідно розрахувати потужність випромінювання та час дії, а також врахувати ступінь зараженості біоорганізмами (кількість мікробів на 1 мл води).

Визначають наявність БГКП (індикаторні бактерії, що належать до групи кишкової палички). Дані бактерії присутні у воді, забрудненій фекальними масами, і мають вкрай високу опірність до будь-яких процесів знезараження. За нормами СанПіН 2.1.4.1074-01, максимально допустима кількість коліфомних бактерій не повинна перевищувати 50 на 100 мл рідини.

Знезараження ультрафіолетом ефективніше впливає на різні біоорганізми, ніж хлор. А з методом озонування, за ефективністю очищення, ультрафіолетове знезараження приблизно одно за ефективністю.

Промені ультрафіолету впливають на ферментні системи клітин бактерій та на клітинний обмін. УФ-промені здатні знищити вегетативні та спорові бактерії, у боротьбі з якими інші методи мало ефективні. При цьому не змінюється смак, колір та запах води, не утворюються токсичні речовини, не можливе передозування впливу.

Однак цей метод має свій недолік - відсутність післядії. При цьому є незаперечний плюс - невеликі установки індивідуального користування по собівартості процесу стоять в одному ряду з хлоруванням, і дешевшим, ніж озонування. Що робить цей метод застосовним для використання у приватних будинках.

Щоб цей метод, що знезаражує, зберігав свою ефективність, потрібно стежити за чистотою кварцових ламп, на яких можуть накопичуватися мінеральні сольові відкладення. Щоб вирішити цю проблему у воду додають харчову кислоту (оцет, лимонну) і цей розчин запускають у циркуляцію по системі. Зокрема оцет дуже добре справляється із проблемою сольових відкладень. Також можна застосувати механічне очищення поверхні ламп.

Варто зазначити, що обробка води за допомогою ультрафіолету проводиться тільки після попереднього очищення води від здатних екранувати промені речовин. Довжина хвиль випромінювання може коливатися від 200 до 295 нм, проте найчастіше використовується оптимальна величина – 260 нм, коли він активно руйнується цитоплазма клітин. Термін служби однієї УФ-лампи складає близько кілька тисяч годин безперервної роботи.

На сьогоднішній день, ультрафіолетове випромінювання - це найефективніший спосіб, що дезінфікує воду.

Обробка води ультразвуком

Обробка води за допомогою ультразвуку заснована на фізичному явищі - кавітації, тобто здатності утворювати порожнечі, що створюють різницю в тиску. Такий дисонанс веде до загибелі бактерій внаслідок розриву клітинних оболонок. Цей ефект залежить від ступеня інтенсивності звукових коливань.

Магнітострикційні або п'єзоелектричні установки створюють частоту звуку 48 000 Гц. При нижчих частотах зростання бактерій не тільки не зупиняється, а й посилюється, тому точність налаштування та якісне обслуговування такого обладнання є обов'язковими. Води кип'ятінням

Знезараження води кип'ятінням

Кип'ятіння - найпопулярніший і найпоширеніший побутовий спосіб дезінфекції води в ході якого (залежно від тривалості процесу) гине величезна кількість хвороботворних організмів: бактерії, бактеріофаги, віруси та ін. Також усуваються гази, розчинені у воді, зменшується жорсткість (рН), при цьому смакові якості мало змінюються.

Комплексні методи очищення води

Комплексний підхід до очищення включає і реагентні методи, і безреагентні методи. Продезінфікувати воду можна, наприклад, спочатку УФ-променями, а потім знезаражений об'єм рідини обробити хлором. В результаті усуваються шкідливі мікроорганізми і виключається вторинне зараження.

Комбіновані методи економлять кошти, що витрачаються на реагенти, та покращують стан води.

Подібно продезінфікувати воду можна спочатку озоном, а потім провести хлорування. У цьому випадку вміст у воді токсичних сполук, що містять хлор, різко знижується.

Фільтрування показує хороші результати тільки у випадку, коли об'єм води, що знезаражується, проходить через комірки, менші за розміром, ніж мікроорганізми. А якщо врахувати, що більшість бактерій мають розмір близько 1 мікрона, а віруси ще меншими габаритами, то щоб знезаражувати воду, фільтруючі елементи повинні мати пори 0,1-0,2 мкм.

Системи типу «Пуріфайєр», включають відразу кілька систем очищення води з досить ефективною системою фільтрації. Таке обладнання має широкий спектр застосування та користується популярністю як в домашніх умовах, так і в офісних приміщеннях.

Нові системи знезараження води

Відносно нові засоби знезараження води: електроімпульсний та електрохімічний метод. Суть у тому, що воду пропускають через діафрагмовий електрохімічний реактор, який розділений металлокерамической мембраною. Ця мембрана здатна проводити ультрафільтрацію на катодну та анодну область. Після подачі струму в анодні та катодні камери утворюється лужний і кислий розчини, і, як наслідок, електролітичне утворення, так званий активний хлор. Такий засіб для знезараження води здатний забезпечити швидку загибель багатьох шкідливих мікроорганізмів.

Метод електроімпульсного впливу здатний знезаражувати електричним зарядом, після якого виникає ударна хвиля надвисокого тиску та світлове випромінювання. В результаті утворюється озон, який має згубну дію на мікроорганізми.

Нові способи очищення досить дорогі і не застосовні в побутових домашніх умовах через складність процесів, що протікають, і необхідність постійного кваліфікованого обслуговування.

Зверніть увагу! Санітарні норми не мають на увазі повного знищення всіх мікроорганізмів, які у воді. Потрібне видалення та знешкодження тільки небезпечних для людини бактерій, вірусів та інших включень, здатних викликати порушення з боку здоров'я. Цілком стерильна вода так само не менш шкідлива для людини, як і заражена бактеріями.

Перш ніж проводити дезінфекцію та робити вибір того чи іншого способу очищення, необхідно попередньо зробити аналіз на ступінь забруднення води: мінеральними, біологічними сполуками та мікроорганізмами. За результатами аналізу підбирається оптимальний варіант якісної дезінфекції та очищення води.