Найбільш часто для хлорування води на водопроводах використовують газоподібний хлор, проте застосовують і інші реагенти, що містять хлор. У порядку зростання окислювально-відновного потенціалу вони розташовуються в наступному порядку: хлораміни (RNHC12 і RNH2C1), гіпохлорити кальцію та натрію [Са(ОС1)2] та NaOCl хлорне вапно (ЗсаОС1 • СаО • 5Н2О), газоподібний хлор, двоокис.В останні роки впроваджується електрохімічний спосіб знезараження природних вод.
Бактерицидний ефект хлорування пояснюється переважно впливом хлору на різні структури мікроорганізму: цитоплазматичну мембрану, білки цитоплазми, ядерний апарат клітини. Хлор знищує ферменти дихального ланцюга бактерій – дегідрогенази, блокуючи SH – групи.
При дисоціації хлору утворюється хлорновата кислота, яка і має бактерицидну дію.
Бактерицидну властивість має також гіпохлорит-іон і хлор-іон, які утворюються при дисоціації хлорноватистої кислоти:
Ступінь дисоціації НОС1 зростає при підвищенні активної реакції води, таким чином з підвищенням рН бактерицидний ефект хлорування знижується. Чинним початком при хлоруванні хлораміном та гіпохлоритами є гіпохлорит-іон, а двоокисом хлору НСЮ2 – хлориста кислота, яка має найбільш високий окисно-відновний потенціал, внаслідок чого при використанні двоокису хлору досягається найбільш повне та глибоке окислення та знезараження.
При введенні хлорвмісного реагенту у воду основна його кількість – більше 95% витрачається на окислення органічних та легкоокисляючих (солі двовалентного заліза та марганцю) неорганічних речовин, що містяться у воді, на з'єднання з протоплазмою бактеріальних клітин витрачається всього 2-3% загальної кількості хлору.
Кількість хлору, яке при хлоруванні 1 л води витрачається на окислення органічних, легкоокислюваних неорганічних речовин та знезараження бактерій протягом 30 хвилин, називається хлорпоглинання води. Хлорпоглинання визначається експериментально, шляхом проведення пробного хлорування.
Після закінчення процесу зв'язування хлору речовинами, що містяться у воді, і бактеріями у воді починає з'являтися залишковий активний хлор. Його поява, що визначається титрометрично, є свідченням завершення процесу хлорування. Залишковий хлор – це активний надлишковий хлор, що не прореагував за встановлений час. Розмір залишкового хлору має становити 0,3-0,5 мг/л, що гарантією ефективності знезараження.
Крім того, наявність активного залишкового хлору необхідна для запобігання вторинному забруднення води в мережі розведення. Таким чином, наявність залишкового хлору є непрямим показником безпеки води епідемічному відношенні.
Загальна кількість хлору, необхідна для задоволення хлорпоглинання води та забезпечення наявності необхідної кількості (0,3-0,5 мг/л вільного активного хлору при нормальному хлоруванні та 0,8-1,2 мг/л пов'язаного активного хлору при хлоруванні з амонізацією) залишкового хлору називається хлорпотребою.
Хлорування характеризується широким спектром антимікробної дії щодо вегетативних форм мікроорганізмів, економічності, простоти технологічного оформлення, наявністю способу оперативного контролю за процесом знезараження.
Хлорування має і ряд істотних недоліків: хлор та його препарати є токсичними сполуками, тому робота з ними потребує суворого дотримання техніки безпеки. Хлор впливає в основному на вегетативні форми мікроорганізмів, при цьому грампозитивні форми бактерій стійкіші до його дії, ніж грамнегативні. Є дані про реактивцію мікроорганізмів у хлорованій питній воді, появу хлоростійких штамів. Для отримання гарантованого бактерицидного ефекту вдаються до хлорування свідомо надмірними дозами хлору, що погіршує органолептичні показники та призводить до денатурації води.
Ефективність знезаражувальної дії хлору та його препаратів залежить від біологічної характеристики мікроорганізму (вид, штам, щільність зараження). Спороцидний ефект проявляється при відносно високих концентраціях активного хлору (200-300 мг/л0 та експозиції від 1,5 до 24 годин. хлору є також цисти найпростіших та яйця гельмінтів.
Крім того, ефективність знезараження залежить від хімічного складу води та експозиції. Різні хімічні речовини антропогенного походження можуть суттєво впливати на ефективність процесу знезараження.Наприклад, поверхнево-активні речовини перешкоджають реалізації бактерицидного ефекту хлору і навіть виявляють стимулюючу дію, викликаючи розмноження мікрофлори.
В останні роки в літературі з'явилися повідомлення про можливість утворення у воді після хлорування галогеновмісних сполук (ГСС). Джерелом найбільшої кількості ГСС у воді є гумінові кислоти, фульвокислоти, хіноїни, похідні фенолу, аніліну, а також продукти метаболізму водоростей. На процес утворення ГСС у водному середовищі впливає реакційна здатність та концентрація органічних сполук, форма та доза хлору. ГСС має виражені загальнотоксичні властивості, а також дають віддалені ефекти – ембріотоксичний, мутагенний, канцерогенний.
Методи хлорування:
1.Хлорування нормальними дозами.
Доза хлору встановлюється експериментально за сумою величин хлорпоглинання та норми залишкового хлору (хлорпотреби води) шляхом проведення дослідного хлорування. Хлорування нормальними дозами є методом, що найчастіше застосовується на водопровідних станціях. Мінімальний час контакту води з хлором при хлоруванні становить влітку щонайменше 30 хвилин, взимку – 1 години.
· Визначення хлорпотреби води.
· Розрахунок необхідної кількості хлору для знезараження води.
· Контроль ефективності хлорування шляхом визначення кількості залишкового хлору у воді.
· Трудно вибрати робочу дозу хлору.
2.Гіперхлорування – хлорування надлишковими дозами хлорвмісними сполуками, що явно перевищують хлорпотребу води.Гіперхлорування застосовується у несприятливій епідеміологічній обстановці, за відсутності або неефективної роботи водоочисних споруд, у польових умовах, за відсутності можливості проведення пробного хлорування для визначення хлорпотреби, за неможливості забезпечити достатній час контакту з хлором.
· Створює можливість надійного знезараження каламутних, кольорових, сильно забруднених та заражених вод
· скорочується час знезараження до 10-15 хвилин
· Спрощується техніка хлорування, тому що немає необхідності проводити дослідне хлорування
Доза хлору визначається орієнтовно в залежності від виду вододжерела, якості води (каламутності, кольоровості), ступеня її забруднення та небезпеки в епідемічному відношенні. Дози хлору при гіперхлоруванні для води добре обладнаних колодязів, при хороших органолептичних властивостях води – 10 мг/л, при зниженій прозорості колодязної води, води річок або озер (прозорої та безбарвної) – 15 мг/л, при сильному забрудненні води будь-якого вододжерела та при використання води з джерел непитного призначення (вода штучних ставків та гачок) – 25-20 мг/л. У несприятливій епідеміологічній обстановці дозу хлору можна збільшити до 100 мг/л.
Після закінчення необхідного часу контакту надлишкову кількість залишкового хлору видаляють шляхом дехлорування води тіосульфатом натрію або фільтруванням через активоване вугілля.
· велика витрата препаратів хлору
· Необхідність проведення дехлорування
Цей метод застосовується у разі виявлення у воді поверхневих вододжерел фенолів, що потрапляють туди з промисловими стічними водами.При взаємодії хлору з фенолом утворюються стабільні хлорфенольні сполуки, що надають воді різкого аптечного запаху та присмаку, що робить воду непридатною для пиття та обмежує використання інших способів хлорування. При хлоруванні з преамонізацією у воду спочатку вноситься аміак, що утворює аміни, а потім хлор, що вступає в реакцію з амінами з утворенням хлораміну, який і має бактерицидну дію. Хлораміни, що утворюються, не взаємодіють з фенолами через нижчий окисно-відновний потенціал і хлорфенольний запах не виникає. До недоліків методу можна віднести те, що хлорамінний хлор проявляє бактерицидний ефект у 2 рази повільніше, ніж вільний хлор, і має нижчий окисно-відновний потенціал, тому час хлорування збільшується і кількість залишкового зв'язаного хлору повинна становити 0,8 – 1,2 мг / л.
Даний спосіб хлорування може застосовуватися при необхідності транспортування води трубопроводами на великі відстані. Це пов'язано з тим, що залишковий зв'язаний (хлорамінний) хлор забезпечує більш тривалий бактерицидний ефект, ніж вільний.
Найбільш найкращим співвідношенням аміаку і хлору вважається 1:4, при якому утворюється монохлорамін, що найбільш ефективно запобігає появі запаху. Амонізація, що вже утворився, не усуває.
Хлор подається у воду перший раз змішувач перед відстійниками, а другий – після фільтрів. Хлор перед відстійниками послаблює захисні властивості колоїдів, полегшуючи процес коагуляції та дозволяє зменшити дозу коагулянту. Крім того, він пригнічує зростання бактерій, що засмічують пісок на фільтрах, і робить успішнішим повторне заключне хлорування.Подвійне хлорування застосовують у тих випадках, коли бактеріальна забрудненість річкової води висока або схильна до значних коливань. Повторне знезараження служить додатковою гарантією надійності епідеміологічної безпеки води.
Знезараження води – інактивація патогенних мікроорганізмів: вірусів та бактерій. У його основі лежать окислювально-відновні процеси, які запускаються при додаванні у воду дезінфікуючого компонента або використання безреагентних методів. На відміну від стерилізації, процес спрямований на повне видалення мікробів.
Способи знезараження води
Підбір технології знезараження залежить від того, які саме мікроорганізми є проблемою. При використанні реагентів важливо створити умови, коли окислювач зможе проникнути внутрішньо мікроорганізму і зруйнував білки РНК і ДНК. Це необхідно, щоб зупинити їхнє розмноження.
Мікроби влаштовані по-різному, тому відрізняються стійкістю до хімічного знезараження. Якщо розташувати їх в одну лінію, то ліворуч стійкість мікроорганізмів буде зменшуватися:
Суперечки бактерій та цисти найпростіших >> Віруси >> Бактерії
Щоб порівняти ефективність дії різних речовин, використовують величину добутку залишкової концентрації дезінфектанту (мг/дм3) та часу контакту (хв). Також враховують післядію реагенту, а також можливість розвитку адаптаційних механізмів у мікроорганізмів, що зазнали дії дезінфікуючих засобів.
Кисневі окислювачі
Розчинений у воді кисень окислює лише деякі сполуки, що пояснюється його відносно низьким окислювально-відновним потенціалом. Потенціал залежить від pH розчину, де він знаходиться.Наприклад, при pH 7 він становить +0,815.
Кисень часто використовують для знезалізнення води, має слабкий знезаражуючий ефект. Внаслідок окислення утворюються солі тривалентного заліза. Молекулярний кисень в середньому витрачається 0,14 мг на 1 мг заліза. Чим вище pH, тим активніше протікає окиснення. У випадку аерації відкритим способом видаляються також сірководень і вуглекислий газ.
Щоб підвищити ефективність дії кисню, можна використовувати такі технології:
- опромінення кисню ультрафіолетом з використанням речовин, що підвищують чутливість окислювача; відновлення до пероксиду; утворення комплексів із перехідними металами.
В основному кисень знаходить застосування в очищенні стічних вод і має допоміжний характер. Висока ефективність знезараження виявляється лише при використанні з іншими технологіями обробки.
Хлор та хлоровмісні реагенти
Хлорування – найпоширеніший спосіб знезараження питної та води в басейнах. Хлор можна вводити як у вигляді газу, так і у вигляді гіпохлорит натрію або кальцію. Останній спосіб на сьогоднішній день застосовують частіше через зручність і безпеку.
Газоподібний хлор, взаємодіючи з водою, утворює хлорнувату кислоту:
Для оцінки ефективності хлорування використовують такі показники:
- вільний хлор. Розраховується як сума концентрацій NaOCl та HOCl;
- вільний активний хлор. Розраховують за змістом HOCl;
- активний хлор. 1 г NaOCl = 0,95 г активного хлору
Залежно від умов реакції, хлор взаємодіє зі сполуками у вигляді іону гіпохлориту або хлорноватої кислоти.
Але в рамках цієї статті нас більше цікавить вплив хлору на мікроорганізми. Хлор – потужний біоцид.Він ефективний проти бактерій та патогенних ентеровірусів. Дія на паразитів у вигляді цист.
Хороший бактеріостатичний ефект досягається при дії хлору на азот амонійний. Виходять хлораміни, які перешкоджають розмноженню бактерій.
Ще ефективнішим біоцидним засобом, ніж хлор, є діоксид хлору. Він ефективний проти бактерій, вірусів, суперечка, добре бореться з біологічними відкладеннями у трубопроводах.
Озон
Озон — один із найпотужніших хімічних засобів дезінфікування, що використовуються при знезараженні води. Серед його переваг:
- ефективний незалежно від pH середовища;
- інактивує та руйнує мікроорганізми;
- не має різкого запаху та не змінює органолептичні властивості води.
Єдиним суттєвим недоліком озонування можна назвати його малу стійкість та необхідність підтримки концентрації окислювача на всіх ділянках водорозподільної мережі.
Інші речовини для знезараження
Перекис водню ефективний у боротьбі з водоростями, має бактерицидні властивості. Однак для очищення питної води її не використовують, а лише для знезараження басейнів та промислових систем розподілу води.
Як окислювач перекис можуть використовувати для видалення ціанідів та сульфідів.
Надоцтова кислота має антимікробні властивості. Її можна використовувати для періодичного знезараження стоків.
Перманганат калію має знезаражуючий ефект, але для повного знезараження питної води він непридатний. Після такої обробки обов'язково використання інших технологій, що дозволяють одержати воду, очищену від мікроорганізмів.
Знезараження ультрафіолетом
Ультрафіолетове випромінювання має бактерицидний ефект. Він ґрунтується на тому, що піромідинові основи ДНК поглинають фотони.Це викликає обрив ланцюжка ДНК та неможливість розмноження мікроорганізмів. Такий спосіб знезараження працює по відношенню до бактерій, поліо- та ротавірусів, найпростіших цистів. У той самий час ультрафіолет неефективний проти яєць глистів та інших паразитів.
При обробці УФ необхідно враховувати наступне:
- деякі мікроорганізми здатні відновлювати структуру ДНК після опромінення ультрафіолетом. Це є актуальним для коліформних бактерій;
- незважаючи на те, що утворюється мінімум побічних продуктів, деякі речовини здатні поглинати випромінювання на довжинах хвиль, відмінних від тих, що дають лампи середнього тиску;
- при обробці води з нітратами при довжині хвилі менше 240 нм можуть утворюватися нітрити.
Ефективність дії всіх основних засобів для знезараження наочно показана на малюнку нижче.
Ми розглянули основні способи, які застосовуються виробничими підприємствами, що забезпечують господарсько-питне та технічне водопостачання. Однак вода потрапляє споживачеві за багатьма кілометрами труб, і на цьому шляху може зазнати вторинного забруднення. Щоб знезаразити таку воду, її можна просто очистити якісним фільтром для води. Найефективніший спосіб – очищення системами зворотного осмосу. Вони дозволяють отримати воду, яку можна пити у сирому вигляді без наслідків для здоров'я.
Якщо потрібна консультація щодо вибору водоочисного обладнання, пишіть у чат або телефонуйте за вказаними на сайті телефонами. Наші спеціалісти допоможуть зробити вашу воду чистою.
Знищення біологічних компонентів забрудненої рідини виконують за допомогою дозованого застосування спеціальних добавок. Правильно підібрані реагенти для знезараження води забезпечують ефективний вплив на мікроорганізми. Для подальшого відділення домішок із потоку застосовують звичайні технології механічної фільтрації.
Загальні принципи
Щоб отримати необхідний результат, з підвищеною точністю підтримують оптимальний вміст активних речовин та тривалість обробки. Попередній розрахунок роблять з урахуванням хімічного аналізу лабораторних даних. Проби беруть за максимальних рівнів забрудненості. У колодязях та інших індивідуальних джерелах подібні ситуації провокують тривалі сильні зливи. Запобігають контакту зібраної рідини з повітрям, нагрівання та інші зовнішні впливи з метою збереження достовірності професійних досліджень.
Крім спеціальних методик розрахунків, далі застосовують дослідні цикли знезараження з подальшою вторинною перевіркою. Такий підхід забезпечує гармонійне поєднання ефективності препарату та безпеки засобу для користувачів.
Слід наголосити, що в деяких ситуаціях неприпустиме заниження дози (надмірне зменшення часу обробки). Подібні умови створюють недостатні порції або прискорене переміщення потоку рідини в робочій зоні. Зазначені помилки сприяють зростанню мікроорганізмів. При негативному поєднанні факторів окремі реагенти для знезараження води в колодязі перетворюються на небезпечні токсини.
Особливості стандартних методик
У наступних розділах представлені перевірені часом та новітні технологічні рішення. Для коректного порівняння крім параметрів знезараження та початкових інвестицій треба порівняти:
- надійність, безпека для довкілля;
- витрати під час експлуатації;
- контрольні процедури;
- регламентне обслуговування;
- ймовірність поломок, довговічність.
Хлор – недорого та ефективно
Тривалий практичний досвід використання дозволяє зробити об'єктивну оцінку позитивних та негативних параметрів цього засобу. Хлорування до цього часу застосовують у колодязях, громадських та комерційних системах водопідготовки, незважаючи на безліч потенційних небезпек. Вихідні хімічні сполуки трансформуються у домішки з явно вираженими канцерогенними властивостями. На думку медичних експертів, такі домішки прискорюють мутації клітин.
Менш небезпечні діоксиди! Однак у такому вигляді препарати дуже складно зберігати. Вирішують проблему виробництвом діючих речовин поруч із місцем майбутнього застосування. Перелічені особливості значно підвищують собівартість обробки. Ускладнення устаткування супроводжується розширенням обов'язків обслуговуючого персоналу, зниженням рівня надійності.
Необхідно відзначити двоїстість впливів на довкілля. З одного боку, хлор блокує життєдіяльність водоростей та хвороботворних бактерій. Без механічних методик він видаляє забруднення, продовжує термін служби сітчастих фільтрів. Експерти та рядові користувачі відзначають тривале збереження знезаражувальних властивостей після завершення очищення води з колодязя від заліза. Універсальний препарат перетворює на нерозчинну форму залізо, усуває неприємний запах сірководню.
Деякі із зазначених позитивних параметрів пояснюються сильними окислювальними здібностями хлору. Вони підвищують інтенсивність корозії, яка руйнує:
У поєднанні з метаном хлор утворює канцерогени. Подальше кип'ятіння погіршує споживчі властивості рідини. Температурна обробка провокує насичення води у колодязі токсичними діоксинами.
Фахівці звертають увагу на потенційну шкоду самої методики знезараження питної води. Після завершення робочого циклу з органічних домішок формується сприятливе середовище активного створення небезпечних хімічних сполук.
Користь та шкода озонування
У цьому варіанті вихідні молекулярні сполуки нестійкі. Вони досить швидко розпадаються на атоми кисню. У такому вигляді хімічні реагенти для знезараження питної води знищують життєво необхідну ферментну систему. Водночас прискорюються окислювальні процеси.
Як і в попередньому прикладі, увагу треба звернути на позитивні та негативні фактори очищення води озоном. Явні плюси:
- відсутність канцерогенів після обробки;
- швидка «самостійна дезактивація»;
- позитивний вплив на двовалентне залізо (трансформація у твердий стан цих та інших розчинених домішок).
- інтенсифікація корозійних процесів;
- необхідність генерації газу безпосередньо у робочій зоні (витрати електроенергії);
- вибухонебезпечність, токсичність (потрібний ретельний контроль).
Після насичення води в колодязі киснем одночасно з частковим розкладанням фенольних сполук створюються сприятливі умови життєдіяльності деяких мікроорганізмів. Слід запобігти попаданню озону до транспортної системи водопостачання, щоб продовжити термін служби труб та підключеного обладнання.
Сучасні полімерні реагенти для знезараження води
До групи перспективних експерти відносять полімерні антисептичні препарати. Для коректного порівняння з альтернативними варіантами слід детально вивчити певний полімерний реагент для знезараження води.Як приклад нижче розглянуто «Акватон», який офіційно рекомендований для підготовки питної води, знезараження басейнів, обробки побутових та промислових стоків.
Цей засіб створено із застосуванням полімерних біоцидних сполук із явно вираженими антисептичними властивостями. На відміну від хлорування та озонування така обробка не активізує окислювальні реакції, що зменшує вимоги до складу та матеріалів технологічного обладнання. Одночасно спрощуються процедури контролю та обслуговування. Фабричний метод виробництва забезпечує єдині властивості кожної товарної партії.
Полімерні реагенти для знезараження води перевіряли за стандартною процедурою з оцінкою ефективності на штам 1257 E. Coli. Ці мікроорганізми відрізняються високою стійкістю до антибіотиків та типових засобів дезінфекції. За методикою випробувань формували бактеріальне середовище певною початковою концентрацією біологічних домішок. Контроль життєдіяльності виконувався підрахунком числа та розмірів колоній на нормованій площі.
Результати підтвердили хорошу ефективність полімерного реагенту для знезараження води. При вмісті діючих речовин трохи більше 2-2,5 мг на 1 куб. дм обсягу результативність обробки перевищила 998%. Параметри, що знезаражують, зберігаються протягом більше двох діб. Препарат забезпечує сильний пригнічуючий вплив і віруси поліомієліту, грипу, збудники інших небезпечних захворювань.
Додаткова перевага – флокуляційні властивості. Компоненти препарату утворюють на поверхні електричні заряди. Вони притягують найдрібніші домішки у колодязі, формують великі частинки. У міру збільшення ваги прискорюється осадження завислих механічних забруднень.Для покращення якостей очищення виробник рекомендує застосування цього засобу після обробки води у колодязі традиційними хімічними реагентами.
Наступні дані демонструють переваги комбінованого застосування установок знезараження води:
Концентрація добавок, мг/літр
Сульфат амонію (коагулянт)