8-800-551-75-76

Звонок по России бесплатный

С 06:00 до 18:00 (по МСК)



Методы обеззараживания воды: обзор наиболее эффективных способов

Лого Biokit
Методы обеззараживания воды: обзор наиболее эффективных способов

Методы обеззараживания воды: обзор наиболее эффективных способов

Обеззараживание питьевой воды направлено на полное либо частичное уничтожение вирусов и бактерий, содержащихся в жидкости. Дело в том, что различные микроорганизмы могут провоцировать целый ряд инфекционных заболеваний. Далее вы узнаете про основные методы обеззараживания воды.

Обеззараживание питьевой воды направлено на полное либо частичное уничтожение вирусов и бактерий, содержащихся в жидкости. Дело в том, что различные микроорганизмы могут провоцировать целый ряд инфекционных заболеваний. Далее вы узнаете про основные методы обеззараживания воды.

Какие нормативные документы регламентируют обеззараживание воды

Не секрет, что без воды невозможна жизнь человека и всего живого, поэтому крайне важно следить за ее качеством и санитарным состоянием. Для этого на государственном уровне подготовлены соответствующие документы, а именно Водный кодекс РФ и Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Первый включает в себя правила использования и охраны водных объектов, классификацию подземных и поверхностных вод. Также он устанавливает наказания за несоблюдение норм законодательства в данной сфере и т. д.

Какие нормативные документы регламентируют обеззараживание воды

Упомянутый выше федеральный закон фиксирует характеристики источников, вода из которых считается пригодной для питья и хозяйственных нужд.

Стоит отдельно сказать о государственных стандартах качества. Они определяют показатели пригодной жидкости и требования к методам ее проверки. Речь идет о следующих ГОСТах:

  • ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая» – включает в себя общие требования к организации и контролю качества жидкости.

  • ГОСТ 24902-81 «Вода хозяйственно-питьевого назначения» – содержит требования к методам анализа в полевых условиях.

  • ГОСТ 27064-86 «Качество вод» – дает термины и определения.

  • ГОСТ 17.1.1.04-80 «Классификация подземных вод по целям водопользования».

В строительных нормах и правилах, более известных как СНиП, можно найти требования к организации внутреннего водопровода и канализации зданий, а также монтажу систем водоснабжения, отопления и т. п.:

  • СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий».

  • СНиП 3.05.01-85 «Внутренние санитарно-технические системы».

  • СНиП 3.05.04-85 «Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации».

В санитарно-эпидемиологических правилах и нормах (СанПиН) можно найти требования к качеству воды, как из центрального водопровода, так и из колодцев и скважин.

СанПиН на водоснабжение:

  • СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

  • СанПиН 4630-88 «ПДК и ОДУ вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

  • СанПиН 2.1.4.544-96 «Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников».

  • СанПиН 2.2.1/2.1.1.984-00 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов».

Химические методы обеззараживания воды

Суть химических методов обработки состоит в добавлении в жидкость различных веществ, то есть реагентов, способных убивать микроорганизмы. Это могут быть газообразный хлор, соединения хлора, такие как хлорная известь, гипохлориты, хлорамины, двуокись хлора и др., а также озон, соли ряда тяжелых металлов, перекись водорода. Рассмотрим более подробно эти методы обеззараживания воды:

1. Метод хлорирования.

Это одна из самых старых и проверенных технологий обеззараживания, используемых при санитарной обработке жидкости. Суть данного метода состоит в том, что добавление хлора в воду запускает гидролиз, и в результате такой реакции получаются соляная и хлорноватистая кислоты:

Cl2 + H2O = НCl + НОCl.

Последняя в воде диссоциирует на ионы Н и ОCl.

Метод основан на том, что свойства хлорноватистой кислоты позволяют ей проникать сквозь оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты, в результате чего в ней нарушаются обмен веществ и способность к делению.

Химические методы обеззараживания воды

Согласно последним исследованиям, добиться бактерицидного эффекта в этом методе обеззараживания удается благодаря угнетению ферментов, которые запускают окислительно-восстановительные процессы, а значит, позволяют бактериальной клетке получать необходимую ей энергию.

Результат использования хлорирования зависит от целого ряда факторов, где самыми важными считаются биологические характеристики микроорганизмов, состояние жидкости, условия проведения обработки. Крупные водопроводные станции обычно используют газообразный хлор для обеззараживания воды. Его привозят на предприятие в жидком виде, после чего при помощи специальных установок превращают в газ. Такие устройства называют хлораторами. Это оборудование позволяет добиться автоматической непрерывной подачи в жидкость реагента в нужных дозах.

Онлайн-подбор оборудования для очистки воды по результатам анализа

Для использования данного метода необходимы резервуары, либо очистка может производиться сразу в водопроводной сети. Однако нужно понимать, что во втором случае длина труб до места водоразбора должна составлять минимум 1 800 м. Эта протяженность позволяет жидкости соприкасаться с хлором в течение получаса, что является оптимальной продолжительностью обработки таким способом. Чаще всего для хлорирования воды используют 1%-ный раствор хлорной извести. Это продукт реакции хлора с гашеной известью. Реакция выглядит следующим образом:

2Са(ОН)2 + 2Cl2 = Са(ОCl)2 + СаCl2 + 2Н2О.

В норме в составе технической хлорной извести содержатся примерно 35 % активного хлора. Но если при хранении продукт подвергается воздействию света, высоких температур, повышенной влажности, то он разлагается, из-за чего падает эффективность дальнейшей обработки. Поэтому допускается только использование хлорной извести, в которой содержатся минимум 25 % активного хлора, чтобы данный метод обеззараживания воды принес свои плоды. В связи с этим перед обработкой жидкости обязательно определяют концентрацию вещества в реагенте.

Обычно для данного метода обеззараживания воды выбирают нормальные и повышенные дозы хлора.

Хлорирование нормальными дозами используют в норме на всех очистных станциях. При этом очень важно правильно подобрать необходимый объем реагента. После того как хлор попадает в жидкость, органические и неорганические соединения поглощают его. Этот процесс носит название хлорпоглощаемости воды.

При большом объеме посторонних примесей возрастает и хлорпоглощаемость, а значит, для обеззараживания требуется большее количество вещества. Чтобы метод дал наилучший результат, в воду вносят активный хлор в объеме, необходимом для окисления органических веществ и уничтожения микроорганизмов. Нельзя забывать и о том, что в жидкости должно оставаться некоторое количество хлора – примерно 0,3–0,5 мг на 1 л воды. Это является свидетельством качественно проведенной обработки. Такой остаток называется активным остаточным хлором.

Чтобы добиться действительно хорошего обеззараживания при помощи данного метода, вода должна перемешиваться с хлором. Кроме того, на обработку необходимо выделять минимум час в холодное время года, тогда как в теплый сезон достаточно и 30 минут.

Хлорирование нормальными дозами

Иногда на водопроводных станциях используют метод хлорирования с преаммонизацией. Такой способ предполагает, что в воду вводят аммиак либо его соли, а хлор попадает в жидкость только спустя одну-две минуты. В результате образуются хлорамины, имеющие отличные бактерицидные свойства.

Данный метод обеззараживания используют для воды с содержанием фенола и других веществ, способных вызывать неприятный запах. Во время обычного хлорирования фенол вступает в реакцию с хлором, из-за чего у жидкости появляется характерный хлорфенольный запах и привкус. Если же перед этим провести преаммонизацию, образуются хлорамины. Они не способны соединяться с фенолами, поэтому не провоцируют подобный запах, а также не снижают органолептические свойства жидкости.

Хлорирование повышенными дозами, или гиперхлорирование, обычно используют в полевых условиях. Для этого в воду вносят дозы хлора, которые оказываются в 5–10 раз выше уровня хлорпоглощаемости, а именно 10–20 мг активного хлора на 1 л жидкости. При таком методе продолжительность контакта воды с хлором сокращают до 10–15 минут.

Увеличение количества реагента в данном случае позволяет выиграть сразу по нескольким направлениям. Как мы уже сказали, в разы снижается продолжительность обработки, кроме того, упрощается процесс хлорирования, поскольку не нужно вычислять остаточный хлор и точную дозу. Такой способ позволяет обеззараживать воду без предварительной очистки от мути, осветления. Но он имеет и свои слабые стороны, а именно сильный запах хлора у жидкости. Чтобы избавиться от него, в воду добавляют гипосульфит, активированный уголь либо другие вещества.

2. Метод озонирования.

Озон представляет собой нестойкое соединение, которое разлагается в воде, образуя молекулярный и атомарный кислород. Благодаря этому свойству он обладает сильной окислительной способностью. Дело в том, что при его разложении синтезируются свободные радикалы ОН и НO2. Именно они и являются хорошим окислителем. У озона высокий окислительно-восстановительный потенциал, за счет чего более полно (если сравнивать с хлором) протекает его реакция с содержащейся в воде органикой.

По своему механизму данный метод близок к хлорированию: вещество выступает в роли окислителя, воздействуя на ферменты микроорганизмов и убивая их. Существует гипотеза, что озон играет роль протоплазматического яда.

Если сравнивать обработку воды озоном и хлором, то главное достоинство первого варианта состоит в том, что улучшаются вкус и цвет жидкости, поэтому этот способ используется и для повышения органолептических качеств. Также отметим, что озонирование никак не отражается на минеральном составе и уровне рН.

Метод озонирования

Если в жидкость поступает слишком много озона, он быстро превращается в кислород, а значит, не может причинить вред здоровью человека. С технической точки зрения, данный метод проще, чем обработка хлором, поскольку не зависит от таких факторов, как температура, рН и т. д. Для обеззараживания воды обычно используют 0,5–6 мг озона на литр жидкости на протяжении 3–5 минут.

Для обработки применяют аппараты-озонаторы. Лидерами по использованию этого метода сегодня являются Франция и США.

3. Олигодинамический метод.

Олигодинамическое действие – это способность крайне малых концентраций тяжелых металлов на протяжении долгого времени производить бактерицидный эффект. Работает данный метод следующим образом: положительно заряженные ионы тяжелых металлов попадают в воду и вступают в контакт с микроорганизмами, имеющими отрицательный заряд. Происходит электроадсорбция. В итоге внутри микробной клетки образуются альбумины тяжелых металлов, соединения с нуклеиновыми кислотами. Из-за этого она погибает.

Данная технология используется редко по сравнению с другими современными методами обеззараживания воды. Ее выбирают только для обработки небольших объемов жидкости.

Еще один известный окислитель – перекись водорода. При ее разложении выделяется кислород, чем и объясняется бактерицидный эффект. Сразу оговоримся, что метод использования перекиси для обеззараживания воды в промышленных масштабах пока не разработан полностью.

Физические методы обеззараживания воды

Если сравнивать химические и физические способы обработки жидкости, то последние имеют значительно меньше недостатков.

1. Термический метод.

Этот метод обеззараживания питьевой воды предполагает использование открытого пламени (в том числе высокотемпературной плазмы), горячего воздуха, перегретого пара. Обычно выбор останавливают на привычном в быту кипячении.

Термический метод

За счет него на протяжении нескольких минут вода очищается от вегетативных форм микроорганизмов, бактериальных эндо- и экзотоксинов, вирусов. Чтобы инактивировать споры возбудителей серьезных заболеваний, требуется больше времени: для спор сибирской язвы – 10 минут, столбняка – около часа, Cl. Botulinum – от одного до пяти часов.

Среди достоинств термического метода стоит назвать следующие:

  • Простое отслеживание качества очистки.

  • Отсутствие зависимости результата от физико-химических свойств жидкости, взятой для обработки.

  • Возможность использования в быту, быстрое действие.

  • Отсутствие серьезного влияния на физико-химические и органолептические качества воды.

  • Возможность автоматизации.

Однако у этого метода обеззараживания воды есть и свои недостатки:

  • Высокая цена, что связано с расходами на электроэнергию или топливо.

  • В очищенную жидкость могут повторно проникнуть микробы, поскольку данный метод не предполагает эффекта последействия, а теплая вода является благоприятной средой для роста микроорганизмов.

  • Низкая производительность.

  • Высокая температура обработанной жидкости и «вялый» вкус из-за снижения жесткости и доли содержащихся газов. Правда, этот момент не всегда можно назвать недостатком. Так, в холодное время года без горячей воды никуда, а в ряде стран даже в жару пьют именно горячий чай. «Вялый» вкус становится незаметен после остужения жидкости, прошедшей обработку кипячением.

Перечисленные недостатки приводят к тому, что кипячение считается методом обеззараживания питьевой воды в быту, на автономных объектах и транспорте, в условиях эпидемического обострения.

2. Метод обработки УФ-излучением.

Еще в древние времена люди знали, что солнечный свет способен положительно влиять на качество воды. В индийских книгах (2 000 лет до н. э.) говорится так: «Хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнце и фильтровать через древесный уголь». Но причины благоприятного воздействия света на жидкость человек понял гораздо позже, когда удалось узнать о микроорганизмах и изучить их поведение под влиянием солнца.

Оказалось, что самое сильное бактерицидное действие обеспечивает ультрафиолетовая область спектра, а именно лучи с длиной волны 250–260 нм (область С). Сегодня хорошо известна чувствительность микроорганизмов к такому влиянию. Ее степень определяется по дозе излучения. Последнюю принято измерять в мДж/см2 или мВт*с/см2. Так, для 90%-ной инактивации E.coli необходимо 3 мДж/см2.

Метод обработки УФ-излучением

Благодаря данному методу обеззараживания воды удается уничтожать содержащиеся в ней бактерии, вирусы и споры. Если говорить об уровне чувствительности микроорганизмов к такому излучению, то градация следующая: вегетативные бактерии > вирусы > бактериальные споры > цисты > простейшие. Иными словами, вирусы лучше противостоят воздействию УФ-излучения, чем вегетативные формы бактерий. Кроме того, вирусы, содержащие двухнитевую ДНК, более устойчивы, чем вирусы с однонитевой. Чтобы добиться действительно эффективного обеззараживания, установки должны выдавать облучение от 16 мДж/см2.

Кратко скажем о принципе действия данного способа обработки воды. УФ-излучение с указанной выше длиной волны наносит ДНК бактерий необратимые повреждения, и они погибают. Наиболее подвержены такому воздействию азотистые основания нуклеотидов – пурины и пиримидины. При длине волны 280–400 нм излучение способно вызывать фотодеструктивные реакции в ДНК. После подобной обработки повреждаются не только ДНК, но и РНК, мембранные и белковые структуры клетки.

Не так давно стали говорить о том, что УФ-метод обработки вызывает образование в воде свободнорадикальных продуктов. Считается, что последние усиливают бактерицидное действие данного способа обеззараживания.

Достоинства технологии:

  • невозможность избыточного облучения;

  • антибактериальное действие идет сразу по нескольким направлениям;

  • обработка проходит за несколько секунд;

  • вода не денатурируется, не меняются ее запах, вкус;

  • можно обойтись без реакционных емкостей, при этом метод прост и имеет высокую производительность;

  • не используются вредные химические вещества (хлор), за счет чего улучшаются условия труда персонала;

  • результат не связан с рН и температурой обрабатываемой жидкости;

  • финансовая выгода, так как цены данного метода и хлорирования сопоставимы;

  • УФ-установки имеют небольшие размеры, работают в проточном режиме, надежны с точки зрения техники безопасности.

Однако у этого подхода есть и минусы. Прежде всего, это отсутствие возможности отслеживать качество обработки. Кроме того, на эффективность данного метода обеззараживания воды сильно влияют физико-химические свойства жидкости. Наличие цвета, непрозрачность негативно отражаются на бактерицидном действии ультрафиолета. Также на результате сказываются вид содержащихся в воде микроорганизмов, их количество, доза облучения. Стоит отметить, что необходимая доза напрямую зависит от типа используемой установки, поэтому эффективность проверяют отдельно для каждого конкретного случая.

Еще одним важным недостатком метода УФ-обработки является способность гуминовых кислот, железа и солей марганца, содержащихся в воде, скапливаться на кварцевом чехле ламп. Все это снижает интенсивность излучения.

Данный способ обеззараживания, как и кипячение, лишен последействия, а значит, чистая вода может быть снова заражена. Обычно микрофлора разрастается, если использовалась недостаточная интенсивность ультрафиолета либо жидкость подверглась вторичному загрязнению или последующему облучению видимым светом (фотореактивация). Но возможны как фотореактивация, так и фотозащита, то есть у микроорганизмов повышается устойчивость к коротковолновому УФ-излучению, если они уже попадали под действие волн большей длины.

3. Метод обеззараживания ультразвуком.

Физико-химическое и биологическое действие ультразвука связано с высокой интенсивностью колебаний. Пока точно неясно, каким именно образом работает этот метод обеззараживания воды. Существует несколько мнений. Полагают, что биологическое действие ультразвука обусловлено механическими колебаниями, вызванными ультразвуковой кавитацией, и что, помимо механического воздействия, немалую роль играют химические реакции. Последние протекают из-за уже упомянутого физического воздействия.

Метод обеззараживания ультразвуком

Под влиянием ультразвука погибает целый ряд микроорганизмов: патогенные и непатогенные, анаэробные и аэробные, вегетативные и споровые, а также, что немаловажно, разрушаются продукты их жизнедеятельности.

Принесет ли этот метод обеззараживания воды пользу, зависит от многих характеристик, таких, как параметры волны (интенсивность, частота колебаний, продолжительность воздействия); физические особенности обрабатываемой среды (температура, вязкость); морфологические свойства бактерий (габариты, форма, наличие капсулы, химический состав мембраны, возраст культуры).

При мутности до 50 мг/л, наличии у воды цвета, содержании железа, марганца действие ультрафиолетовых лучей снижается. Более того, такое обеззараживание не оказывает заметного бактерицидного эффекта.

Плюсы метода:

  • отсутствие негативного воздействия на вкус и запах жидкости;

  • борьба с большим количеством видов бактерий;

  • отсутствие зависимости от физических и химических свойств воды;

  • возможность автоматизации обработки.

Минусы метода:

  • нет последействия и возможности своевременного контроля эффективности обработки;

  • цена такого обеззараживания в 2–4 раза выше, чем ультрафиолетового;

  • создание надежных и доступных по цене установок большой производительности является очень сложной задачей.

Пока не существует теоретических, научных и технологических основ использования ультразвука, в связи с этим достаточно сложно определить подходящую интенсивность и частоту колебаний, а также продолжительность воздействия и целый ряд прочих параметров для данного метода обеззараживания воды.

Роль источника лучей обычно играют пьезоэлектрические и магнитострикционные генераторы.

Под влиянием ультразвука погибает целый ряд микроорганизмов

4. Метод обработки ионизирующим излучением.

G-излучение способно оказывать бактерицидное действие. При дозе таких лучей в пределах 25 000–50 000 Р погибает подавляющее большинство микроорганизмов, а при помощи 100 000 Р удается удалить из жидкости все вирусы. Дело в том, что в результате радиолиза в воде образуются свободнорадикальные продукты, которые повреждают бактериальные клетки и вирусы.

Достоинства данного метода обеззараживания воды:

  • отличная проникающая способность g-лучей;

  • обеззараживание вне зависимости от физико-химических свойств жидкости;

  • невозможность негативного воздействия на вкус и запах;

  • низкая стоимость по сравнению со многими другими современными методами.

Недостатки технологии:

  • повышенные требования к технике безопасности для обслуживающего персонала;

  • ограниченное количество источников излучения;

  • отсутствие последействия и оперативного контроля эффективности обработки.

Мембранный метод обеззараживания воды

У каждого вида микроорганизмов свои габариты, поэтому если подобрать фильтр с порами еще меньшего размера и пропускать через него воду, все лишнее осядет в очистной системе.

Фильтрующие элементы с порами размером менее 1 мкм подходят для удаления из воды бактерий. Однако через такие отверстия легко проникают вирусы. Поэтому чтобы захватить все содержащиеся в жидкости микроорганизмы, выбирают системы, где поры имеют размер не более 0,1–0,2 мкм. Такую возможность дает технология обратного осмоса. О ней и пойдет речь.

Этот метод обеззараживания был создан в 1953 году, после того как Рейд и Бретон (США) выяснили, что ацетилцеллюлозные мембраны обладают полупроницаемыми свойствами. Далее появилась технология производства этих элементов из раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне и формамиде, были созданы экземпляры, которые могли долго храниться в сухом виде, составные варианты и в виде полых волокон.

Мембранный метод обеззараживания воды

Все это привело к развитию совершенно нового метода обеззараживания воды – мембранной технологии. Ее смысл состоит в том, что жидкость под давлением прогоняют сквозь полупроницаемую мембрану, после чего она разделяется на два потока: чистую воду и концентрированный раствор примесей. Основной составляющей обратноосмотической системы является мембрана.

Добиться равновесия между концентрациями растворов, находящихся по разные стороны очищающего элемента, удается за счет осмотического давления, которое может быть очень велико. Так, если речь идет о воде из океанов, которой присуща минерализация 35 г/л, оно составляет 2,55 МПа, в организме морских животных доходит до 0,665–0,755 МПа, у солончаковых растений – 8,0 МПа.

Сегодня существует несколько гипотез, способных объяснить некоторые особенности осмоса, но о единой теории говорить пока рано. Однако отсутствие общего мнения никоим образом не мешает росту популярности данного метода обеззараживания воды.

В современных системах очистки применяются композитные мембраны, то есть включающие в себя нескольких слоев, но общая толщина остается совсем небольшой – 10–150 мкм, а толщина самого селективного слоя не превышает 1 мкм. Также конструкция содержит турбулизирующую сетку.

Если говорить о системах обратного осмоса, устанавливаемых для бытовых целей, то при грамотном использовании и замене фильтров предварительной очистки мембрана может прослужить 2-3 года. На ней оседают все содержащиеся в воде бактерии, вирусы, а также большая часть солей и органики (железо, патогенные вещества, гумусовые соединения, придающие жидкости характерный оттенок). Вместе с чистой водой к потребителю попадают только небольшие органические соединения и легкие минеральные соли (мембраны улавливают до 99 % всех растворенных веществ).

Но оговоримся, что этот метод обеззараживания прижился не только в быту, но и во многих отраслях промышленности, работающих с водой высокого качества. Среди них можно назвать розлив жидкости, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пищевую и электронную промышленность, фармацевтику и др.

Но все не так просто. Эти мембраны очень нежные, их нужно огораживать от соприкосновения с взвешенными примесями, коллоидами и т. п. По этой причине, прежде чем жидкость попадает в систему обратного осмоса, ее подготавливают. Она должна соответствовать определенным характеристикам по мутности, перманганатной окисляемости, доле нефтепродуктов, железа, минерализации.

В быту при выборе данного метода обеззараживания воды приходится работать с жидкостью из водопровода, что упрощает предварительную очистку. Однако это не значит, что без нее можно обойтись: перед мембраной обязательно ставят патронные фильтры с пористостью 5 мкм.

К сожалению, стандартные конструкции фильтров и материалы мембран не защищают жидкость от повторного загрязнения, ведь бактерии могут развиваться даже на мембране. Поэтому если вам нужна чистая питьевая вода, перед мембранным фильтром и после него она должна проходить обеззараживание. Для этого можно использовать метод УФ-очистки, о котором подробно говорилось выше.

Компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

  • подключить систему фильтрации самостоятельно;

  • разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

  • подобрать сменные материалы;

  • устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

  • найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!


Остались вопросы? Мы с радостью ответим на них!

Задайте свои вопросы в форме ниже и мы постараемся Вам помочь


Возврат к списку

Рейтинг