Стерилизация воды: способы, вред и польза

Патогенные бактерии и вирусы, паразитирующие на живущем в воде субстрате, способны вызвать различные тяжелые инфекционные заболевания, такие как брюшной тиф, паратиф, дизентерия, бруцеллез, инфекционный гепатит, острый гастроэнтерит, сибирская язва, холера, полиомиелит, туляремия, конъюнктивит и др. В борьбе с этими и другими вредоносными микроорганизмами поможет стерилизация воды, основные способы которой мы раскроем в данной статье.

Как осуществляется стерилизация воды

Практически каждый житель любого российского города скажет, что неприятный запах и привкус водопроводная вода имеет благодаря хлору. При помощи этого химического вещества уничтожаются живущие в воде вирусы, бактерии, иные микроорганизмы. Оно является дешевым, но при этом сильнодействующим ядом. Таким образом, эффект дезинфекции и стерилизации воды достигается без значительных затрат на дезинфицирующий состав.

Начало прошлого века охарактеризовалось появлением альтернативных технологий стерилизации воды. Промышленные установки были произведены практически в одно и то же время в Германии и Франции, а научно эффективность метода была подтверждена в конце XIX века.

В Россию подобные технологии пришли спустя несколько десятилетий. Интенсивность и продолжительность воздействия излучения влияет на жизнеспособность микроорганизмов. Специалистами используются особые таблицы, помогающие в точном расчете необходимых параметров для каждой отдельной установки стерилизации воды.

Такими альтернативными способами стерилизации являются озонирование либо облучение ультрафиолетовым светом.

Стерилизация воды озоном и хлором

Озон – О₃, аллотропная модификация кислорода, которая является сильным окислителем химических и иных загрязняющих веществ, разрушающихся в результате контакта с ним. В отличие от молекулы кислорода, молекула озона состоит из трех атомов с более длинными связями между ними. По своей реакционной способности озон занимает второе место, уступая фтору. Озон существует во всех трех агрегатных состояниях. В нормальных условиях – это газ голубоватого цвета с температурой кипения +112 °С и плавления +192 °С.

Для стерилизации воды используется озон, получаемый из атмосферного воздуха в так называемых озонаторах. Выделение озона в этих аппаратах происходит под воздействием электрического разряда.

Повторим, что озон – бесцветный газ с нестабильными молекулами, состоящими из трех атомов кислорода. Через незначительный промежуток времени происходит распад образовавшейся молекулы озона и возвращение к ее естественному состоянию – двухатомной молекуле кислорода. Высвобождающиеся в результате этого процесса атомы кислорода стремятся присоединиться к содержащимся в воде инородным частицам.

Вода в данном случае является средой, способствующей быстрому разложению бактерий и иных органических примесей. Таким образом, кислород становится весьма мощным окислителем, чьи дезинфицирующие свойства во много раз превышают аналогичные свойства иных дезинфекторов, в том числе и хлора. Кроме того, озон не оставляет запаха, полностью разлагается на кислород. Поэтому он более предпочтителен при стерилизации питьевой воды.

Для стерилизации прозрачной и чистой ключевой или горной воды, мало загрязненной посторонними органическими примесями, требуется около 0,5 мг/л озона. Расход озона, необходимого для стерилизации воды, поступающей из открытых водохранилищ, составляет до 2 мг/л. В среднем для очистки воды необходимо около 1 мг/л озона.

Длительность процедуры колеблется в пределах от 5 до 15 минут в зависимости от типа установки и ее производительности (чем выше температура, тем более длительным должен быть контакт обрабатываемой воды с воздушно-озоновой смесью).

Поскольку в процессе окисления молекулы озона превращаются в более простые бесцветные частицы, стерилизация при помощи озонирования придает воде голубоватый оттенок, в то время как в результате хлорирования она становится зеленоватой.

Стерилизация методом озонирования является также наилучшим способом обезжелезивания воды. В случаях, когда марганец и железо присутствуют в форме органических соединений или коллоидальных частиц (с размером от 0,1 до 0,01 мкм), обезжелезить воду можно исключительно с помощью озоновой очистки, поскольку органическим соединениям необходимо предварительное окисление.

Польза озоновой стерилизации воды

К основным достоинствам этого способа стерилизации воды можно отнести отсутствие привкуса и запаха, а также весьма ценное свойство самораспада, ведь по окончании обработки озон вновь преобразуется в кислород. В связи с чем практически невозможна передозировка этого газа. Стерилизация воды озоном равнозначна процессу природного очищения воды, протекающему в естественных условиях под воздействием воздуха и солнечного света.

Озон является мощным окислителем с потенциалом окисления 2,06 В. Уничтожение с его помощью патогенных микроорганизмов происходит в 15–20 раз быстрее, чем хлором. Для вируса полиомиелита смертельным является двухминутное воздействие озона в концентрации 0,45 мг/л, в то время как для уничтожения его при помощи хлора потребуется около 3 часов и концентрация дезинфицирующего средства – 1мг/л.

По данным проведенных исследований наиболее устойчивой к воздействию окислителей является кишечная палочка, но и она достаточно быстро погибает при стерилизации воды с помощью озонирования. Этот способ также весьма эффективен в борьбе с возбудителями брюшного тифа и бактериальной дизентерии.

Кроме того, озонирование никоим образом не влияет на химический состав воды, в результате этого процесса не появляются дополнительные посторонние вещества и химические соединения.

Недостатки озоновой стерилизации воды

Поскольку озон является токсичным газом, его вдыхание при высокой концентрации может привести к поражениям органов дыхательной системы. При длительном воздействии озона возможно развитие хронических болезней легких и верхних дыхательных путей. А кроме того, в настоящее время в достаточной степени не изучено влияние на организм человека продолжительного вдыхания микроконцентраций озона.

Эксплуатация любой установки стерилизации воды, использующей озон, нуждается в тщательном контроле техники безопасности, тестировании константы концентрации озона газоанализаторами, а также аварийном управлении чрезмерной концентрацией озона.

Некоторое время назад озонотерапия пользовалась широкой популярностью и считалась средством борьбы с огромным количеством заболеваний. Однако проведенные исследования показали, что одновременно с больными клетками губительному воздействию озона подвергаются и здоровые. В результате живые клетки начинают непредвиденно и непрогнозируемо мутировать. Озонотерапия не закрепила свои позиции в Европе, а в США и Канаде применение этого газа допускается исключительно в альтернативной медицине.

В чистом виде озон является взрывоопасным, угроза взрыва отсутствует при условии, что концентрация газа в смеси составляет не более 10 % или 140 г/м³. Кроме того, озон токсичен, при работе с ним необходимо следить за тем, чтобы его предельно допустимая концентрация в воздухе помещений, где находятся люди, не превышала 0,0001 мг/л.

Ультрафиолетовая стерилизация воды

Говоря об ультрафиолетовом способе стерилизации воды, следует отметить, что как таковой ультрафиолет не существует. Ультрафиолетовым излучением называют разновидность электромагнитного излучения широкого диапазона, находящегося между фиолетовой границей видимого света и рентгеновским излучением.

Графически этот диапазон (а именно длина волн с 400 до 10 нм) можно изобразить следующим образом:

В связи с этим не совсем понятно, откуда берется бактерицидный эффект ультрафиолетового излучения. Ведь сам по себе фиолетовый свет не опасен, в то время как рентгеновское излучение связано с гамма-частицами и ядерным взрывом. Но ведь содержащиеся в воде микроорганизмы погибают не от радиации.

Что ж, ответим на данный вопрос.

Но прежде приведем справочную информацию, касающуюся единиц измерения ультрафиолетового излучения – нанометров:

Наноме́тр (нм, nm) – единица измерения длины в метрической системе, которая равна одной миллиардной части метра (т. е. 1 × 10⁻⁹ метра).

Многим известно о том, что длина радиоволн может быть различной и измеряться метрами, километрами и сантиметрами. Что касается ультрафиолетового излучения – это нанометровые радиоволны. Его можно подразделить на ряд групп:

• Ближний ультрафиолет (УФ-А) с длиной волн 400–315 нм.

• Средний ультрафиолет (УФ-В), длина волн которого составляет 314–280 нм.

• Диапазон волн дальнего ультрафиолета (УФ-С) – 280–100 нм.

• Экстремальный ультрафиолет с длиной волн 100–10 нм.

Ближний ультрафиолет носит неофициальное название «черный свет», поскольку, являясь изначально не распознаваемым человеческим глазом, он, отражаясь от некоторых материалов, попадает в спектр видимого для человека излучения. Дальний и экстремальный ультрафиолетовый диапазон еще называют вакуумным, так как его волны в значительной части поглощаются земной атмосферой.

В результате реакции ультрафиолетовых волн с длиной 320–400 нм (ближний ультрафиолет) и с содержащимся в воде кислородом образуется высокоактивная форма кислорода (его свободные радикалы и перекись водорода), способная уничтожить патогенные микроорганизмы. Помимо этого, исследования подтвердили губительность для находящихся в воде организмов солнечного света, так как под влиянием среднего ультрафиолета разрушается клеточная структура бактерий.

На эффективность стерилизации воды при помощи ультрафиолета влияют размер и вид организмов. В теории ультрафиолетовое излучение в состоянии уничтожить вирусы, бактерии, грибки и простейшие. Однако практически для больших микроорганизмов, таких как простейшие, может понадобиться значительная доза облучения. Кроме того, некоторые разновидности бактерий оказываются более устойчивыми к воздействию радиации, чем иные.

Также имеет значение мощность используемой ультрафиолетовой лампы. Чем более мощная лампа используется для стерилизации воды, тем большее количество ультрафиолета она способна произвести. Со временем мощность ламп ослабевает, соответственно снижается и количество получаемых УФ-лучей, в связи с чем менять лампы необходимо с периодичностью 1 раз в 4–6 месяцев. Оптимальной для выработки ультрафиолета температурой является +40…+43 °C. Более прохладная среда снижает эффективность стерилизации.

Проникающая способность ультрафиолетовых лучей напрямую зависит от плотности воды. Поскольку в глубокие слои воды они проникнуть не в состоянии, то пользы от них в данном случае не будет. Кроме того, УФ-лучи не смогут очистить и мутную воду. Именно поэтому ультрафиолетовые стерилизаторы необходимо размещать после фильтров механической очистки воды. В противном случае, патогенная флора, спрятавшись в тени механических примесей, спокойно дождется окончания воздействия ультрафиолета.

На продуктивность работы ультрафиолетовой установки стерилизации влияет и соленость воды. Чем более соленой она является, тем ниже эффективность работы ультрафиолетовой лампы.

Кроме того, существенное значение для стерилизации имеет чистота лампы и ее оболочки. Покрывающий лампу известковый налет попросту заблокирует ультрафиолетовое излучение. А поскольку в жесткой воде он начинает покрывать лампу с момента включения, ей требуется регулярная очистка при помощи лимонной кислоты.

Еще один важный момент, о котором необходимо помнить – при замене ультрафиолетовой лампы ее ни в коем случае нельзя трогать руками. Оставленные в этот момент отпечатки пальцев снизят эффективность стерилизации воды ультрафиолетом.

При этом способе стерилизации имеет значение длительность контакта воды с ультрафиолетовой лампой: чем оно дольше, тем больше патогенных микроорганизмов погибает. На время контакта или, по-другому, выдержки, влияет поток воды (чем ниже его скорость, тем больше требуется времени), а также длина лампы (при длинной лампе время контакта воды со стерилизатором возрастает).

На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра для воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.