Реагентные методы

Хлорирование - наиболее доступный и дешевый метод обеззараживания воды. Хлорирующие агенты делят на 2 класса – это образующие анион Cl^- (газообразный хлор, хлорамин, хлорамин[5] Б и Т, дихлорамины Б и Т) и анион ClO^- - «активный хлор» (гипохлорит кальция Ca(OCl)₂ или натрия NaOCl, хлорная известь – смесь гипохлорита, хлорида и гидроокиси кальция и воды). Механизм действия хлора основан на его гидролизе с образованием хлористоводородной и хлорноватистой кислот, которая дает «активный хлор»:

Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl; HOCl → H⁺ + OCl^-.

Бактерицидный эффект активного хлора связывают с его окислительным действием на клеточные ферменты, входящие в состав бактериальной клетки, и прежде всего на SH- группы клеточной оболочки бактерий, регулирующие процессы дыхания и размножения.

Метод нормального хлорирования по хлорпотребности воды применяют на крупных водопроводах при централизованном водоснабжении. Хлорпоглощаемость воды – это то количество «активного хлора» (обычно 1-3 мг/л), которое взаимодействует с органическими веществами, некоторыми солями и расходуется на окисление и обеззараживание микроорганизмов при заданном времени контакта (30 мин в теплый и жаркий период года, 60 мин. – в холодный). Хлорпотребность воды – это суммарное количество «активного хлора», необходимое для эффективного обеззараживания воды, определяемого ее хлорпоглощаемостью, и наличием остаточного количества активного хлора (0,3-0,5 мг/л) в воде, не изменяющего органолептических свойств воды (вкус и запах) и предотвращающего вторичное загрязнение воды в водопроводной сети.

Хлорирование с преаммонизацией применяется для обеззараживания воды, загрязненной промышленными сточными водами с содержанием фенола и фенолсодержащих органических соединений. При этом способе вода вначале обрабатывается раствором аммиака, а через 0,5-2 минуты хлорируется, в результате чего происходит образование хлораминов, не обладающих неприятными запахами. Остаточное количество активного хлора в воде после обеззараживания ее хлораминами составляет 0,8-1,2 мг/л.

Перехлорирование - обеззараживание воды повышенными дозами хлора применяется в полевых условиях при невозможности определения хлорпоглощаемости воды, для загрязненных вод шахтных колодцев, открытых водоемов, с профилактической целью по окончании чистки, ремонта или строительства колодца, неблагоприятном санитарно-топографическом состоянии территории вокруг водоисточника и при неблагоприятной эпидемической обстановке в районе. Дозы активного хлора для перехлорирования: для сравнительно чистой воды - 5-10 мг/л, более загрязненных вод с высокой цветностью и низкой прозрачностью - 10-20 мг/л, при сильном загрязнении воды и неудовлетворительной санитарно-эпидемиологической обстановке - 20-30 мг/л и выше. Избыток остаточного хлора удаляют добавлением 0,01 н. раствора гипосульфита или фильтрацией воды через активированный уголь.

Недостатки хлорирования воды: возможное ухудшение органолептических свойств воды, образование токсичных веществ (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов), продолжительное время реакции. При хлорировании споры сибирской язвы, возбудители туберкулеза, яйца и личинки гельминтов, цисты амебы и риккетсии Бернета остаются жизнеспособными.

Озонирование – обеззараживание воды озоном (0,5-0,6 мг/л), обладающим выраженным бактерицидным действием, уничтожающим не только бактерии, но и вирусы. Озонирование производится непосредственно на месте газоразрядным способом и требует дешевой электроэнергии, поскольку озоновоздушную смесь получают в озонаторах при помощи энергоемкого процесса – «тихого» электрического разряда. Его действие мало зависит от физико-химических свойств воды. Озон не образует в воде токсичных соединений, улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает надежное обеззараживание воды при времени контакта до 10 мин. Показателем эффективности озонирования является остаточный озон в воде (0,1-0,3 мг/л).

Серебрение воды - обеззараживание воды ионами коллоидного раствора серебра путем инактивации ферментов протоплазмы бактериальных клеток, что нарушает мембранные процессы и вызывает гибель микроорганизмов. Серебрение воды может осуществляться разными способами: фильтрацией воды через обработанный солями серебра песок или электролизом воды с серебряным анодом в течение 2-х часов, что ведет к переходу катионов серебра в воду. При концентрациях до 100 мкг/л ионы серебра оказывают бактериостатическое действие, ниже 50 мкг/л - размножение микроорганизмов возобновляется, свыше 150 мкг/л вызывает бактерицидный эффект (уничтожение бактерий). Преимуществом метода является долгое хранение посеребренной воды. Метод не используется для воды с большим содержанием взвешенных органических веществ и ионов хлора и применим для обеззараживания небольших количеств воды. Однако серебро – это тяжелый металл, не являющийся жизненно важным элементом для организма.

Другие реагентные методы обеззараживания воды (перекисью водорода, соединениями йода и марганца) используются для дезинфекции небольших запасов воды в полевых условиях и экстремальных ситуациях.

Безреагентные методы (кипячение, обработка коротковолновым ультрафиолетовым излучением, ультразвуком, электрическим током высокой частоты, гамма-излучением и пр.).

Коротковолновое ультрафиолетовое излучение (254 нм) вызывает быструю гибель вирусов, вегетативных форм, спор микроорганизмов, в том числе, устойчивых к хлору. Обеззараживание воды наступает в течение 1-2 мин. Однако методы обработки питьевой воды ультрафиолетовым излучением, применяемые в России, при плотности ультрафиолетового потока 16-20 мДж/см.кв. не достаточно эффективны.

Одновременное воздействие на воду ультразвука и ультрафиолета основано на непрерывной обработке воды ультрафиолетовым излучением с плотностью потока ≥ 40 мДж/см² и длиной волны 253,7 нм и 185 нм с одновременным ультразвуковым воздействием плотностью около 2 вт/см ² и акустическими колебаниями. Обеззараживающий эффект наступает в результате схлопывания короткоживущих парогазовых «каверн», образующихся вокруг неоднородностей (спор грибков и бактерии). При этом за счет резкого изменения давления и температуры в воде полностью уничтожается патогенная микрофлора, образуются активные радикалы и пероксид водорода. В воде также возникает процесс объемной дегазации за счет образования многочисленных микроскопических воздушных пузырьков.

Кипячение воды в течение 30 мин. вызывает не только гибель вегетативных форм, которая наступает уже при 80⁰С в течение 30 сек., но и спор микроорганизмов и применяется при местном водоснабжении или в быту.

Другие физические методы обеззараживания питьевой воды имеют ограниченное применение, обусловленное специфическими задачами.