Обеззараживание воды

Задачи обеззараживания воды при централизованном, то есть организуемом городскими инженерными сооружениями водоснабжении решают органы местного самоуправления. В качестве источников в данном случае обычно используют специально организованные водохранилища или ближайшие природные водоёмы. До подачи в общие магистральные и внутридомовые системы трубопроводов вода проходит многоэтапную очистку, которая включает предварительную механическую фильтрацию, основную обработку и завершающую дезинфекцию.

В идеале из кранов в квартирах многоэтажных домов идёт безопасная, практически полностью чистая вода, которую можно использовать для бытовых нужд, а после принятия мер по завершающей обработке и для питья, приготовления еды. На состав и качество влияют состояние и работа очистных городских сооружений. Характеристики и безопасность постоянно проверяются и контролируются уполномоченными службами, органами и организациями – водоканалами, Роспотребнадзором, аккредитованными лабораториями, управляющими компаниями.

Но до попадания в краны в квартирах вода проходит по системе труб, общая длина которых зачастую превышает десятки километров. Водопроводные системы во многих городах России находятся не в лучшем состоянии, давно не подвергались модернизации и замене. На внутренних поверхностях стенок труб могут содержаться частицы ржавчины, представители патогенной флоры. И всё это может попадать потребителям. Независимо от того, чем обеззараживают воду в водопроводе, она в большинстве случаев нуждается в дополнительной обработке. И одного кипячения не всегда достаточно.

А во многих частных домах, дачах и загородных коттеджах централизованного водоснабжения нет, как и осуществляющих контроль органов. В них вода подаётся из автономных источников – колодцев и скважин. И за её качество целиком и полностью отвечают владельцы недвижимости.

В воде из колодцев и скважин, как и из некоторых централизованных водопроводов, встречаются самые разные примеси, например:

• Фрагменты органики. Это частицы разлагающихся растений и водорослей, останки живых организмов типа насекомых, животных. Органика может быть источником инфицирования или же средой, благоприятной для размножения микроорганизмов.
• Вирусы. В воде могут обитать возбудители ротавируса, гепатита, аденовирусов, энтеровирусов. Они в случае попадания в организм приводят к развитию инфекций пищеварительной системы, дыхательных путей.
• Бактерии, в том числе болезнетворные. Это одноклеточные микроорганизмы крайне малых размеров, которые живут практически повсеместно: в почвах, солёных и пресных водоёмах, во льдах, в растениях, а также в телах живых существ. Среди наиболее опасных бактерий группы и виды, вызывающие такие болезни, как сальмонеллёз, холеру, брюшной тиф, дизентерию.
• Бактериофаги. Иначе их называют просто «фаги», и они являются вирусами, которые проникают в клетки бактерий и заражают их. Для людей они безопасны, так как не оказывают токсичного воздействия на человеческий организм.
• Споры грибов, которые вызывают образование плесени, в том числе опасной для здоровья человека.
• Цисты и яйца паразитов – гельминтов, лямблий и других паразитирующих существ.

Как всё это проникает в водные автономные источники и ресурсы? Разными способами, например, из просачивающихся через слои грунта сточных вод, отходов промышленных предприятий, канализационных подземных и наземных стоков. Колодцы могут загрязняться вирусами и бактериями, витающими в воздухе и обитающими в природе.

Бактериальные и вирусные заражения источников водоснабжения нередко остаются незамеченными. При них вода может оставаться прозрачной, не имеющей неприятного  запаха и специфического постороннего привкуса.

Химический состав воды в загородном коттедже или частном доме нужно выяснить сразу после бурения скважины или организации колодца. Для этого необходимо сделать анализ. Такое исследование сможет провести аккредитованная лаборатория. Она выдаст заключение с результатами – описанием основных свойств и характеристик, таких как цвет, вкус, мутность, водородный показатель, общая минерализация и жёсткость, перманганатная окисляемость.

Также указываются содержание и концентрации отдельных неорганических и органических веществ – сульфидов, железа, аммония, нитратов, фосфатов, сероводорода, фторидов, хлоридов, марганца, цинка, меди, аммиака.

При анализе воды изучается и микробиологический состав. Это общее микробное число, колиформные бактерии, цисты лямблий, споры клостридий. При обнаружении любых микробов (бактерий и вирусов, простейших, грибков и других микроорганизмов) информация об этом обязательно вносится в заключение.

К качеству питьевой воды предъявляются определённые жёсткие санитарно-гигиенические требования. Согласно СанПиН, которыми установлены нормы, общее микробное число, показывающее количество бактерий, образующих колонии в 1 мл жидкости, не может превышать 50. При этом обязательно полное отсутствие цист лямблий в 50 литрах пробы, спор клостридий в 20 мл, а также колиформных бактерий и колифагов в 100 миллилитрах исследуемого образца.

Существуют методы обеззараживания воды, различающиеся по принципу действия, по влиянию на состав. Все технологии дезинфекции делятся на три группы:

• Химические методы обеззараживания воды. Такие способы очистки основаны на применении специальных реагентов – растворов, веществ в жидкой форме, порошков, гранул. Они вступают в реакции с бактериями и вирусами, а также, как правило, меняют водный состав. Реагентные методики очистки воды не всегда подходят для питьевой подготовки, а также требуют тщательного расчёта и контроля доз, времени протекания химических процессов.
• Физические способы обеззараживания воды. Это группа безреагентных методов, для реализации которых не требуется применение химических веществ. Пример – ультрафиолетовое облучение, которое не влияет на химический состав воды, но при этом эффективно удаляет и уничтожает большинство патогенных микроорганизмов, влияя на них на физическом уровне. Обработка ультрафиолетом способна справиться со многими патогенами.
• Комбинированные. Это комплексные технологии, которые предполагают сочетание безраегентных и реагентных методик. Обеззараживание воды в таком случае – длительный процесс, включающий различные этапы. На первой ступени применяется механический фильтр, который позволяет удалить механические примеси. После такого фильтрования может использоваться система аэрации для обезжелезивания и избавления от газа сероводорода, ионообменная установка для обессоливания и деминерализации с замещением частиц солей кальция и магния ионами водорода или натрия. В качестве завершающей водоочистки часто используются станции обратного осмоса с использованием полупроницаемой мелкопористой мембраны, через которую под определённым давлением проталкивается водный поток. Фильтрующий элемент задерживает свыше 99% примесей, включая вирусы и бактерии. Последним этапом может быть химическое или физическое обеззараживание воды.

Ниже рассмотрим способы обеззараживания воды как для бытового применения, так и для использования в промышленных условиях, на объектах сельского или жилищно-коммунального хозяйства, а также на производствах.

Кипячение

Кипячение, применяемое для очищения воды от патогенных микроорганизмов, представляет собой термическую обработку, которую проводят с целью уничтожения вирусов и бактерий. Но для достижения нужного эффекта период поддержания температуры 100 градусов должен быть достаточным по времени. Некоторые микробы погибают лишь спустя 10 минут кипячения, а другие и вовсе устойчивы к термообработке.

Плюсы:

• простота, возможность реализации метода в домашних условиях;
• уничтожение многих патогенов;
• небольшие расходы.

Минусы:

• эффективность по отношению не ко всем вирусам и бактериям;
• необходимость продолжительной термообработки – от 5-10 минут.

Хлорирование

Наиболее распространённый и самый надёжный способ химического обеззараживания воды при централизованном, организованном городскими сетями водоснабжении – это хлорирование. Такой же метод широко применяют для обработки в общественных и частных бассейнах. Есть разные хлорсодержащие препараты: хлорная известь (хлорка), гипохлорит натрия, газообразный хлор, хлорамин, диоксид хлора.

Преимущества хлорирования:

• хлор эффективен против многих микробов, разрушает их белковые структуры;
• дешевизна метода, обусловленная доступной стоимостью реагентов, которые содержат хлор;
• продолжительный эффект даже при небольших дозах;
• устранение посторонних запахов, мутности;
• достижение эффекта консервации воды, например, перед её долгим хранением, транспортировкой;
• нормализация концентраций аммония, сульфидов, железа.

Недостатки:

• необходимость контролирования содержания остаточного свободного хлора;
• высокая вероятность формирования побочных соединений хлора, в том числе опасных – производных метана, диоксина (некоторые хлорсодержащие побочные продукты нарушают микрофлору кожи, органов пищеварения, слизистых человека);
• низкая эффективность против цист паразитов;
• риски коррозии труб (при применении для очистки гипохлоритов);
• зависимость бактерицидного эффекта от pH воды, её температуры, других условий.

Озонирование

Озон действует на клетки микроорганизмов благодаря своим выраженным окислительным свойствам. Проникая внутрь микробов, вещество нарушает целостность их стенок, провоцируя неминуемую гибель. Чтобы очистить и обеззаразить воду, на 1 л необходимо добавление от 1 до 6 мг озона, в зависимости от загрязнённости. Продолжительность периода контакта – от 8-9 минут до 15.

Плюсы использования озона:

• соединение быстро и эффективно действует губительно на вирусы, цисты паразитов, бактерии, споры грибов;
• улучшаются органолептические свойства озонируемой воды – её запах, вкус;
• отсутствие раздражающего эффекта для слизистых, кожи;
• окисление железа и других металлов до форм, выпадающих в осадок и удаляемых механическими фильтрами;
• меньшая чувствительность к уровню кислотности, если сравнивать с тем же хлором.

Минусы озонирования:

• реагент дороже других веществ, например, хлор примерно на 30-40% дешевле;
• дорогостоящее оборудование;
• значительное энергопотребление озонирующих установок;
• коррозия металлов, из которых производятся трубы водопроводов;
• токсичность озона, проявляющаяся, когда концентрации выше рекомендованных и допустимых;
• сниженная эффективность при наличии в воде отдельных неорганических веществ;
• вероятность формирования некоторых подверженных окислению органических соединений, таких как формальдегид.

Ультрафиолетовое облучение

Эффект ультрафиолетового излучения – это влияние на клеточные структуры микроорганизмов. УФ-лучи оказывают бактерицидное воздействие. Они при контактах с микробами провоцируют фотохимическое повреждение ДНК и нарушение её синтеза, что вызывает гибель.

Лампа, используемая для ультрафиолетовой стерилизации, заключена в кварцевый чехол. Благодаря ему не происходит быстрое остывание, на стенках самого облучающего элемента не откладываются загрязнения. Вся конструкция находится в металлической трубке, которая встраивается в водопровод.

Степень очистки зависит от чистоты воды. Чем последняя прозрачнее, тем лучше эффект. Кожух следует раз в три или четыре месяца очищать для поддержания нормальной производительности. Оптимальная длина УФ-волн составляет примерно от 205 до 310 нм.

Достоинства УФ-облучения:

• оборудование долговечное: одна лампа работает примерно две-три тысячи часов;
• происходит инактивация многих известных бактерий, вирусов;
• сохраняется изначальный химический состав воды;
• если устройство работает постоянно, то риски повторного инфицирования воды невысокие;
• малые размеры оборудования;
• не образуются побочные продукты, которые могут появляться в хлорированной воде или обработанной бромом.

Недостатки:

• метод ресурсо- и энергозатратный, неэкономичный;
• после отключения оборудования дезинфицирующий эффект не остаётся;
• эффективность снижается при увеличении цветности и мутности воды, при высоких концентрациях органики, марганца и железа;
• при появлении на кожухе осадка грязи или налёта извести бактерицидная способность снижается;
• если лампа разобьётся, в воду попадёт опасная ртуть.

Обратный осмос

Перечисляя методы дезактивации воды и её обеззараживания, стоит рассказать об обратном осмосе. Такая технология удаляет разные вредные вещества, включая радиоактивные и токсичные, а также вирусы и бактерии. Основной элемент оборудования – мембрана с порами размером 0,0001-0,001 мкм.

Достоинства использования оборудования обратного осмоса для обеззараживания воды:

• универсальность – качественная очистка от большинства загрязнителей;
• отличная фильтрующая способность;
• эффективное опреснение, деминерализация;
• относительно небольшие габариты бытовых моделей обратноосмотического оборудования (установки, применяемые на объектах промышленности, более крупные и занимают гораздо больше места);
• наличие постоянного запаса питьевой воды в накопительной ёмкости, в который вода для хранения поступает после прохождения блока с мембраной;
• долгий срок службы очищающей мембраны (по сравнению с картриджами, например) – от года до трёх лет, в зависимости от степени загрязнённости обрабатываемой воды.

Недостатки:

• невысокая скорость обработки – порядка 7-8 литров в час;
• малая производительность: до потребителя доходит меньшая часть исходной воды, а порядка 70-75% объёма сливается в дренаж;
• необходимость предварительного удаления механических загрязнений (они могут повреждать мембрану);
• полная деминерализация воды, в которой после очистки нет не только вредных веществ, но и полезных.

Ультрафильтрация

Этот метод обеззараживания и удаления примесей похож на обратный осмос. Ультрафильтрация тоже работает за счет мелкопористой мембраны и основана мембранном разделении, концентрировании и фракционировании загрязняющих веществ за счет фильтрования жидкой среды под влиянием разности давления на входе и выходе. Такой способ обеззараживания подходит для очистки воды от микробов и других примесей размером от 0,01 мкм до 0,1. 

Плюсы ультрафильтрации:

• отличное качество воды после ее очистки;
• эффективность по отношению к различным загрязнителям;
• отсутствие реагентов;
• независимость результатов от температуры, pH и других факторов и свойств исходной воды (перенастройки оборудования не нужны);
• несложное обслуживание.

Минусы:

• повышенная чувствительность мембраны к нефтепродуктам, механическим примесям (необходимо предварительно удалять их);
• достаточно дорогостоящая эксплуатация, которая требует больших затрат на периодические замены мембраны.

Ультразвуковая обработка

Для обеззараживания воды можно использовать силу ультразвука. Звуковые высокочастотные волны становятся причиной интенсивных колебаний, возникающих в воде. За счет формирования многочисленных пустот в структуре достигается эффект закипания. Из-за моментального и резкого перепада давлений клеточные оболочки микроорганизмов разрываются, и они погибают.

Плюсы:

• безопасность: не используются реагенты, не выделяются токсины;
• хороший эффект.

Минусы:

• зависимость эффекта от силы колебаний ультразвуковых волн;
• высокая стоимость оборудования;
• сложная эксплуатация, требующая от обслуживающего установки персонала знаний, навыков и опыта;
• вероятность обратного эффекта роста колонии микроорганизмов при частоте колебаний ниже рекомендованной.

Бромирование

Бром действует губительно на вирусы, бактерии. Он имеет следующие достоинства:

• хороший эффект относительно некоторых видов микробов, особенно вирусного происхождения;
• стойкость к солнечной радиации;
• отсутствие побочных опасных соединений, влияния на pH.

Недостатки:

• дороговизна;
• малая эффективность при значительных объемах воды.

Йодирование

Йод, являющийся хорошо изученным антисептиком, активен в отношении многих вирусов и бактерий, но применение связано с некоторыми ограничениями.

Плюсы метода:

• борьба с вирусами и бактериями;
• стойкость к лучам солнца;
• инертность относительно аммиака.

Минусы:

• неспособность убирать фенолы, токсины;
• появление характерного запаха.

Олигодинамия

Метод основан на антисептическом эффекте ионов серебра и некоторых других металлов, например, меди, золота. Для насыщения воды такими частицами применяют специальное оборудование – ионаторы. Это проточные установки, функционирующие за счет электрофореза и гальванической пары.

Достоинства:

• эффект, превышающий по силе некоторые реагенты, такие как карболовая кислота;
• отсутствие опасности в виде продуктов химических преобразований.

Недостатки:

• временное воздействие, высокая вероятность вторичной активации микробов;
• важность строгого и точного дозирования ионов: повышение концентраций опасно.

Электроимпульсное воздействие

Изучая современные методы обеззараживания питьевой воды или технической, можно отметить электроимпульсную технологию. Ее суть – влияние электрических мощных разрядов. Они поступают в воду, формируют ударную волну и с ее помощью убивают микроорганизмов.

Достоинства:

• хорошая результативность даже в мутной воде (предварительное применение механических фильтров необязательно);
• гибель вегетативных и спорообразующих форм микробов;
• продолжительный эффект, сохраняющийся до 3-4 месяцев.

Недостатки:

• внушительная цена оборудования;
• низкая энергоэффективность, высокое потребление электроэнергии.

Прочие методы

Есть и другие способы, например:

• Полимерные реагенты. Они обычно используются в аквапарках, СПА, бассейнах. Такие полимеры не влияют на запах, цвет и вкус воды, полностью безопасны, долго действуют, не вызывают кожных раздражений, не провоцируют появление поверхностной коррозии на трубах.
• Перекись водорода. Это активный кислород, который для питьевой водоподготовки не подходит, зато может использоваться для обработки бассейнов. Препараты на основе пероксида водорода требуют дозирования, при превышении допустимых концентраций вероятны ожоги слизистых и кожи.
• Перманганат калия. Это обычная марганцовка, которая относится к сильным окислителям, поэтому необходимое количество очень мало. Раствор после добавления реагента должен обрести розоватый оттенок. После формирования осадка (примерно спустя полчаса) вода сливается, чтобы осажденные вещества остались в первичной емкости.
• Кремний. На нем воду отстаивают для поглощения вредных примесей.

Народные подручные средства

Некоторые для освобождения воды от патогенов, особенно в полевых условиях, рекомендуют использование народных рецептов. Среди них плоды ягод рябины, кожура бананов или других фруктов, сосновая хвоя, обычный древесный уголь, хозяйственное мыло.

Все перечисленные средства не обеспечивают обеззараживание воды. Их эффект обычно недостаточный, а иногда действие сомнительное. Например, ягоды, растения и фрукты могут сами быть источниками распространения патогенных микроорганизмов.

Проблема обеззараживания воды является актуальной и главной для многих. Для уничтожения патогенных микроорганизмов применяют разнообразные методы: хлорирование, озонирование, обратный осмос, ультрафиолетовую обработку и другие способы.

Для получения питьевого, высокого качества воды и для защиты от нежелательных последствий для здоровья следует правильно выбрать методы очистки. Лучший вариант – комплексная система обработки, в которую входит несколько ступеней.

На первом этапе обычно используют фильтры грубой очистки. Взвешенные частицы удаляются на ступени более тонкой фильтрации, например, сорбции в засыпном материале типа активированного угля. Основой системы может быть установка обратного осмоса, ультрафиолетовое оборудование или станция дозирования реагентов.

Чтобы найти оптимальный вариант, следует сделать анализ воды и по результатам оценки состава проанализировать существующие методы обеззараживания воды. Если вы все равно не знаете, какое оборудование заказать и купить, то можно изучить отзывы пользователей или получить услуги подбора, которые оказывают специалисты, занимающиеся также монтажом.