Статьи

Дезинфекция воды: достоинства и недостатки существующих способов
Обеззараживание (дезинфекция) представляет собой комплекс санитарно-технических мер по уничтожению возбудителей инфекционных заболеваний (бактерий, спор, микробов, вирусов) физическими, химическими и биологическими методами.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили такие способы дезинфекции воды, как: хлорирование, озонирование и обработка УФ-излучением (см. табл. 1). Электроплазменная технология, электрохлорирование, а также обеззараживание с использованием сорбционных материалов, модифицированных наноагрегатами серебра, в силу объективных причин широкого применения не нашли.

Таблица 1. Характеристики основных дезинфектантов воды

Наименование и характеристика дезинфектанта	Достоинства	Недостатки
Хлор (Cl2) Применяется в газообразном виде, требует соблюдения строжайших мер безопасности	эффективный окислитель и дезинфектант эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов обладает последействием предотвращает рост водорослей и биообрастаний разрушает органические соединения (фенолы) окисляет железо и магний разрушает сульфид водорода, цианиды, аммиак и др. соединения азота	повышенные требования к перевозке и хранению потенциальный риск здоровью в случае утечки образование побочных продуктов дезинфекции – тригалометанов (ТГМ)
Гипохлорит натрия (NaClO) Применяется в жидком и гранулированном виде (товарная концентрация 10-12%), возможно получение на месте применения электрохимическим способом	эффективен против большинства болезнетворных микробов относительно безопасен при хранении и использовании при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов	неэффективен против цист (Giardia Cryptosporidium) теряет активность при длительном хранении потенциальная опасность выделения газообразного хлора при хранении образует побочные продукты дезинфекции
Диоксид хлора (ClО2) Получают только на месте применения. В настоящее время считается самым эффективным дезинфектантом из хлорсодержащих реагентов для обработки воды при повышенных рН.	работает при пониженных дозах не образует хлораминов не способствует образованию тригалометанов разрушает фенолы (источник неприятного вкуса и запаха) эффективный окислитель и дезинфектант для всех видов микроорганизмов, включая цисты (Giardia, Cryptosporidium) и вирусов способствует удалению из воды железа и магния	обязательно получение на месте применения требует перевозки и хранения легковоспламеняющихся исходных веществ образует хлораты и хлориты в сочетании с некоторыми материалами и веществами приводит к появлению специфического запаха и вкуса
Гипохлорит натрия (NaClO) Применяется в жидком и гранулированном виде (товарная концентрация 10-12%), возможно получение на месте применения электрохимическим способом	эффективен против большинства болезнетворных микробов относительно безопасен при хранении и использовании при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов	неэффективен против цист (Giardia Cryptosporidium) теряет активность при длительном хранении потенциальная опасность выделения газообразного хлора при хранении образует побочные продукты дезинфекции
Хлорамин Образуется при взаимодействии аммиака с соединениями активного хлора, используется как дезинфектант пролонгированного действия	обладает устойчивым и долговременным последействием способствует удалению неприятного вкуса и запаха снижает уровень образования тригалометанов и др. хлорорганических побочных продуктов дезинфекции предотвращает образование биообрастаний в системах распределения	слабый дезинфектант и окислитель (по сравнению с хлором) неэффективен против вирусов и цист (Giardia, Cryptosporidium) для дезинфекции требуются высокие дозировки и пролонгированное время контакта образует азотосодержащие побочные продукты
Озон (О3) Используется для дезинфекции, удаления цвета, улучшения вкуса и устранения запаха	сильный дезинфектант и окислитель очень эффективен против вирусов наиболее эффективен против Giardia, Cryptosporidium, а также любой другой патогенной микрофлоры способствует удалению мутности из воды удаляет посторонние привкусы и запахи не образует хлорсодержащих тригалометанов	образует побочные продукты необходимость использования биологически активных фильтров для удаления образующихся побочных продуктов не обеспечивает остаточного дезинфицирующего действия требует высоких начальных затрат на оборудование при взаимодействии со сложными органическими соединениями, расщепляет их на фрагменты, являющиеся питательной средой для микроорганизмов
Ультрафиолет Процесс заключается в облучении воды ультрафиолетом, способным убивать различные типы микроорганизмов	не требует хранения и транспортировки химикатов не образует побочных продуктов эффективен против Giardia, Cryptosporidium	нет остаточного действия требует больших затрат на оборудование и техническое обслуживание дезинфицирующая активность зависит от мутности воды, ее жесткости (образования отложений на поверхности лампы), а также колебаний в электрической сети, влияющих на изменение длины волны отсутствует возможность оперативного контроля эффективности обеззараживания воды

Хлорирование
Опыт РФ в области подготовки воды, а также существующая практика большинства развитых стран свидетельствуют о том, что самым распространенным и проверенным способом ее дезинфекции является первичное хлорирование (98,6% воды подвергается хлорированию; озонирование составляет только 0,37%, остальные методы – 1,03%).

Причина столь высокой популярности данного способа заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование позволяет очистить воду как от нежелательных органических и биологических примесей, так и полностью удалить растворенные соли железа и марганца. Другим важнейшим преимуществом этого способа является его способность обеспечить микробиологическую безопасность воды в любой точке распределительной сети и в любой момент времени благодаря эффекту последействия.

Вместе с тем существенным недостатком хлорирования является наличие в обработанной воде свободного хлора, что ухудшает ее органолептические свойства и является причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС).

Дезинфектантами, используемыми при хлорировании, помимо хлора (Cl ), служат его производные: гипохлорит натрия (NaClO), диоксид хлора (ClО ), хлорамин и др.

Одним из самых распространенных способов обеззараживания воды в промышленных масштабах является обработка газообразным хлором (Cl ). Газообразный хлор – это активный химический элемент, вступающий в реакции с органическими веществами, растворенными в обрабатываемой воде. Однако, несмотря на эффективность Cl как дезинфектанта, образующиеся на его основе различные соединения являются сдерживающим фактором, ограничивающим его использование в процессах дезинфекции.

Еще одним из наиболее употребляемых реагентов при этом способе подготовки воды является диоксид хлора (ClО ). Механизм его действия на болезнетворную флору обусловлен не только высоким содержанием высвобождающегося хлора, но и образующимся атомарным кислородом. Это сочетание делает ClО более сильным обеззараживающим агентом. Кроме того, диоксид хлора не ухудшает вкус и запах воды. Сдерживающим фактором в использовании данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, что осложняло его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения.

Так, например, в основе функционирования одной из серий установок Oxiperm (они разработаны компанией ALLDOS, входящей в концерн GRUNDFOS) заложена безопасная технология приготовления реагента: хлорит (NaClO2) – соляная кислота (НCl). Отличительной характеристикой некоторых из этих установок является работа с разбавленными реагентами (7,5%-ным хлоритом натрия и 9%-ной соляной кислотой). Системы оснащены датчиками и электроникой для полного контроля над процессами, что позволяет автоматизировать их и включить в систему диспетчеризации технологических линий водоподготовки.

В качестве реагента для первичного хлорирования воды также широко используется гипохлорит натрия (NaClO), содержащий не менее 190 г/л активного хлора. Технология применения NaClO основана на его свойстве распадаться в воде с образованием диоксида хлора; при этом концентрированный гипохлорит натрия снижает на треть вторичное загрязнение по сравнению с хлором. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно проста и не требует повышенных мер безопасности. Также получение гипохлорита натрия возможно и непосредственно на месте, путем электролиза (такой принцип используется, например, в установках GRUNDFOS серии Selcoperm). Электролитическое получение гипохлорита является весьма низко затратным и безопасным способом, а сам реагент легко дозируется и также может применяться в автоматических установках обеззараживания.

Озонирование
В поисках других способов дезинфекции воды исследователи обратили внимание на газ озон – О . Преимущество озона по отношению к другим дезинфектантам заключается в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода. Исторически применение озона началось еще в 1898 году во Франции, где впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды. Первоначально озон использовался только для дезинфекции; несколько позже его стали применять для удаления запаха и цветности обрабатываемой воды.

Существующие конструкции современных озонаторов представляют собой большое количество близко расположенных ячеек, образованных электродами, один из которых находится под высоким напряжением, а второй заземлен. Между электродами с определенной периодичностью возникает электрический разряд, в результате которого в зоне действия ячеек из воздуха образуется озон. Полученной озоно-воздушной смесью барботируют обрабатываемую воду. Подготовленная таким образом вода по вкусу, запаху и другим свойствам превосходит воду, обработанную хлором.

Ультрафиолетовое обеззараживание
Перспективным промышленным способом дезинфекции воды является ее обработка УФ-излучением. УФ-область занимает в электромагнитном спектре участок диапазона от 400 до 100 нм. При этом для дезинфекции воды применяется свет с длиной волны 254 нм (или близкой к ней), который называют бактерицидным. Принцип действия этого способа дезинфекции основан на облучении ультрафиолетом микроорганизмов, находящихся в воде, в течение определенного промежутка времени. УФ-излучение проникает сквозь стенки клетки переносимого водой микроорганизма и, поглощаясь ДНК, приводит к его дезактивации.

Современные установки УФ-обеззараживания имеют производительность от 1 до 50 000 м³/час и представляют собой камеру из пищевой нержавеющей стали с размещенными внутри бактерицидными УФ-лампами, которые защищаются от контакта с водой прозрачными кварцевыми чехлами. Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, который убивает все находящиеся в ней микроорганизмы. Наибольший эффект обеззараживания питьевой воды достигается при расположении УФ-установок после всех других систем очистки, как можно ближе к месту конечного потребления. В зависимости от производительности их комплектуют либо высокоэффективными бактерицидными ртутными, либо амальгамными лампами низкого давления.

Этот способ приемлем как в качестве альтернативы, так и в качестве дополнения к традиционным средствам дезинфекции, поскольку является абсолютно безопасным и эффективным.

Вместе с тем, несмотря на эффективность и простоту, этот способ имеет определенные недостатки. Подобно озонированию, при УФ-обработке отсутствует последействие, что делает проблематичным его применение в случаях, когда временной интервал между воздействием на воду и ее потреблением достаточно велик. Кроме того, возможны реактивация микроорганизмов и даже выработка новых штаммов, устойчивых к лучевому поражению. Этот способ энергозатратен, требует строжайшего соблюдения технологии, постоянной борьбы с биообрастанием источников излучения и жесткого контроля над прозрачностью воды (рассеивание лучей снижает эффективность обработки воды).

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня тем более остро, что качество ее в природных источниках неуклонно снижается. Очевидным выходом из создавшегося положения является применение современных способов водоочистки и дезинфекции. Мировой и отечественный опыт доказывает, что при использовании передового оборудования и технологий качество воды, практически независимо от исходных ее характеристик, начинает соответствовать самым строгим нормативным требованиям. Это позволяет не только эффективно использовать естественные источники, но и с успехом применять схемы рециркуляции. Такой подход, несомненно, поможет снизить антропогенную нагрузку с окружающей среды и сберечь ее для потомков.