Эколого-экономическое обоснование озоно-ионного обеззараживания воды в системах питьевого водоснабжения

Установлено, что после УФ-обработки природной воды (дозой около 20 мДж/см2) и раствором CuSO4 с концентрацией ионов меди 0,1 мг/л (1/10 ПДК), ее качество доведено до санитарно-безопасного состояния и оставалось таковым даже после повторного инфицирования, что свидетельствует о проявлении пролонгированного бактерицидного действия.

При последовательной обработке воды УФ-лучами и ионами меди (ниже ПДК) возможно достижение более глубокого уровня обеззараживания, причем при меньших энергозатратах (на 10 – 15 %).

Поскольку одной из основных задач является разработка энергосберегающей технологии обеззараживания, то при дезинфекции воды целесообразно сначало обрабатывать воду ионами меди, а затем УФ-лучами. С этой целью была проведена серия экспериментов, в которых изучалось содержание бактерий (E. Coli) в воде, предварительно обработанной ионами Cu2+, а затем облученной различными дозами ультрафиолета.

Предварительное введение ионов меди в воду, содержащую бактерии Е.соli, позволяет уменьшить дозы УФ-облучения, потребные для полного обеззараживания воды: примерно на 10 % при концентрации 0,1 мг/л и примерно на 20 % при 0,5 мг/л.

Полученные экспериментальные данные были подвергнуты статистической обработке, в результате которой получены уравнения зависимости глубины обеззараживания от ее продолжительности для вышеописанных способов дезинфекции.

Поскольку серебро отличается более высокой стоимостью по сравнению с медью, то возникла необходимость проведения сравнительного анализа не только бактерицидных, но и бактериостатических свойств ионов серебра и меди. Объектом исследования служила стерилизованная кипячением природная вода р. Аксай, в которую были дополнительно введены анионы Cl- (2 ПДК), после чего воду инфицировали бактериями E. Coli из расчета 103 кл/см3. Содержание ионов металлов составляло: Ag+ (0,005 мг/л (10(1 ПДК) и 0,05 мг/л (ПДК); Cu2+ (0,1 мг/л (10(1 ПДК) и 1 мг/л (ПДК). Температуры во всех случаях поддерживались постоянными: 5(0,1(С и 30(0,1(С. Бактериологический анализ проводился через 1 – 2 суток.

Исходя из расчетов подавляющая часть ионов серебра связывается хлорид-ионами, присутствующими в воде и фактически не участвует в осуществлении бактерицидного процесса. Тем не менее, даже при столь незначительных концентрациях ионы серебра обеспечивают воде длительное бактерицидное последействие, которое проявляется тем больше, чем выше температура.

Полученные результаты представляют практический интерес и открывают перспективы использования серебра в тех случаях, где обработанная вода будет подвергаться нагреванию (например, при приготовлении пищевых напитков с их последующей пастеризацией).

Следующая серия экспериментов имела целью выяснение эффективности обеззараживания воды сочетанием Cu2+ + Н2О2 + УФ для интенсификации данного процесса. Концентрация ионов меди и Н2О2 брали постоянными: 0,5 мг Сu2+/л и 1 гН2О2/л, соответственно. Дозы УФ-облучения варьировали: 3, 6, 9, 12 мДж/см2.

Введение ионов меди (II) в воду, подвергаемую в дальнейшем обработке УФ-лучами и пероксидом водорода, сопровождается значительным повышением конечного уровня инактивации тест-микроорганизмов.

Таким образом, при последовательной обработке воды УФ-лучами и ионами меди достигается более глубокое обеззараживание, нежели при индивидуальном их воздействии, причем при меньших энергозатратах. Предварительное введение ионов меди (из расчета 0,1 – 0,5 мг/л) в инфицированную воду позволяет уменьшить дозы последующего УФ-облучения, потребные для полного обеззараживания воды, на 10 – 20 %.

Поскольку определяющую роль в образовании малоактивных в бактерицидном отношении соединений серебра играют анионы, то целесообразна замена ионов серебра на ионы меди, не образующих малорастворимых соединений с вышеуказанными анионами. Тем не менее, сравнительный анализ бактериостатических свойств ионов серебра и меди показал преимущества серебра, так как ионы Ag+ обеспечивают воде более длительное бактерицидное последействие.

Введение ионов меди в воду, подвергаемую в дальнейшем обработке пероксидом водорода и УФ-лучами, способствует углублению ее обеззараживания, что указывает на катализирующее действие указанных ионов, проявляющееся при концентрациях ниже ПДК.