Химические методы обеззараживания воды

К ним относят хлорирование и озонирование. Задача обеззаражи­вания — уничтожение патогенных микроорганизмов, т. е. обеспе­чение эпидемической безопасности воды.

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах в 1910 г. Однако на пер­вом этапе хлорирование воды проводили только при вспышках водных эпидемий.

В настоящее время хлорирование воды является одним из наи­более широко распространенных профилактических мероприя­тий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпи-_: демий. Этому способствует доступность метода, его дешевизна и надежность обеззараживания, а также возможность его широко­го применения: на водопроводных станциях, передвижных уста­новках, в колодцах (при их загрязнении и ненадежности), на полевых станах в бочках, ведрах и во флягах.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной фор-| ме, и обладает окислительным и бактерицидным действием.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при до-11 бавлении хлора к воде происходит гидролиз его:

С1₂ + Н₂О ^> НОС1 + НС1,

т. е. образуются соляная и хлорноватистая кислота. Во всех гипоте­зах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлор­новатистой кислоте отводят центральное место. Небольшие раз­меры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлор­новатистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериаль­ной клетки и воздействовать на клеточные ферменты (8Н груп­пы), важные для обмена веществ и процессов размножения клет­ки. Это подтверждено при электронной микроскопии — выявлено повреждение оболочки клетки, нарушение ее проницаемости и уменьшение объема клетки.

На крупных водопроводах для хлорирования применяют газо­образный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности.

Имеет большое значение выбор дозы, обеспечивающий надеж­ное обеззараживание. При обеззараживании воды хлор не только способствует гибели микроорганизмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями, что обу­словливает понятие хлорпоглощаемостъ воды.

В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гиги­енические требования к качеству воды централизованного водо­снабжения» доза хлора должна быть такой, чтобы после обезза­раживания в воде содержалось 0,3 — 0,5 мг/л свободного оста­точного хлора. Этот метод, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззара­живания.

Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностъю.

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым услови­ем эффективного обеззараживания является хорошее перемеши-

вание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 мин, зимой не менее 1 ч.

Модификации хлорирования: двойное хлорирование, хлори­рование с аммонизациеЙ, перехлорирование и др.

Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водо­проводные станции дважды: первый раз перед отстойниками, а второй раз, как обычно, после фильтров. Это улучшает коагуля­цию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очи­стных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обез­зараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5 — 2 мин — хло­ра. При этом в воде образуются хлорамины — монохлорамины (1ЧН₂С1) и дихлорамины (N11012), которые также обладают бак­терицидным действием. Этот метод применяется для обеззаражи­вания воды, содержащей фенолы с целью предупреждения обра­зования хлорфенолов. Даже в ничтожных концентрациях хлорфе-нолы придают воде аптечный запах и привкус. Хлорамины же, обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фенолами хлорфенолов- Скорость обеззараживания воды хлора-минами меньше, чем при использовании хлора, поэтому продол­жительность дезинфекций воды должна быть не меньше 2 ч, а остаточный хлор равен 0,8 — 1,2 мг/л.

Перехлорирование предусматривает добавление к воде заведомо больших доз хлора (10—20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15 — 20 мин и получить надеж­ное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий Бернета, цист дизентерийной амебы, тубер­кулеза и даже спор сибирской язвы. По завершении процесса обез­зараживания в воде остается большой избыток хлора и возникает необходимость дехлорирования. С этой целью в воду добавляют гипосульфит натрия или фильтруют воду через слой активиро­ванного угля.

Перехлорирование применяется преимущественно в экспедици­ях и военных условиях, а также при хранении воды в больших емко­стях (цистернах) в зонах экстремальных ситуаций и катастроф.

К недостаткам метода хлорирования следует отнести:

а) сложность транспортировки и хранения жидкого хлора и его токсичность;

б) продолжительное время контакта воды с хлором и слож­ность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами;

в) образование в воде хлорорганических соединений и диок-синов, небезразличных для организма;

г) изменение органолептических свойств воды.

И, тем не менее, высокая эффективность делает метод хлори­рования самым распространенным в практике обеззараживания воды.

В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяю-|дщх химического состава воды, обратили внимание на озон. Впер-|вые эксперименты с определением бактерицидных свойств озона рыли проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производ­ственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петер­бурге.

В настоящее время метод озонирования воды является одним •из самых перспективных и уже находит применение во многих странах мира — Франции, США. У нас озонируют воду в Москве, Ярославле, Челябинске, на Украине — в Киеве, Днепропетров­ске, Запорожье и др.

Озон (О₃) — газ бледно-фиолетового цвета с характерным за­пахом. Молекула озона легко отщепляет атом кислорода. При раз­ложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов обра­зуются короткоживущие свободные радикалы НО₂ и ОН. Атомар­ный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окисли­телями, обусловливают бактерицидные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработ­ки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов.

Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Установка для озо­нирования воды объединяет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой. Кос­венным показателем эффективности озонирования является ос­таточный озон на уровне 0,1 — 0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соедине­ний (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечива­ет бактерицидный эффект при меньшем времени контакта — до 10 мин. Он более эффективен по отношению к патогенным про­стейшим — дизентерийной амебе, лямблиям и др.

Широкое внедрение озонирования в практику обеззаражива­ния воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса полу­чения озона и несовершенством аппаратуры.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды может быть с успехом использован ряд табельных средств, который чаще все­го используется в армейских и полевых условиях, а также в случа­ях экстремальных ситуаций и катастроф (гл. 9).

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривалось как средство для обеззараживания пре­имущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает вы­раженным бактериостатическим действием. Даже при введении в воду незначительного количества ионов микроорганизмы прекра­щают размножение, хотя остаются живыми и способны вызвать

заболевание. Концентрации серебра, способные вызвать гибель большинства микроорганизмов при длительном употреблении воды, токсичны для человека. Поэтому серебро, в основном, при­меняется для консервирования воды при длительном хранении воды в плавании, в космонавтике и т.д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применя­ются таблетированные формы, содержащие хлор.

Лквасепт — таблетки, содержащие 4 мг активного хлора моно­натриевой соли дихлоризоциануровой кислоты. Растворяется в воде в течение 2 — 3 мин, подкисляет воду и тем самым улучшает про­цесс обеззараживания.

Пантоцид — препарат из группы органических хлораминов, растворимость — 15 — 30 мин, выделяет 3 мг активного хлора.

Все перечисленные методы обеззараживания индивидуальных запасов воды имеют ряд недостатков, к числу которых относится необходимость определенного по продолжительности контакта обез­зараживающего средства с водой, расчет необходимой дозы и др.

В начале 80-х гг. XX в. был предложен метод обеззараживания индивидуальных запасов воды, основанный на ином способе (Ю.А. Рахманин и др., 1988), в основу которого положено дей­ствие галогенсодержащих дезинфектантов в соответствующем труб­чатом устройстве («Топаз — 01»). Метод основан на использова­нии комбинированного способа водоочистки, сочетающего реа-гентную и безреагентную обработку воды и представляющего ори­гинальное направление обеззараживания воды с помощью инди­видуальных портативных средств (патент № 2138449).