4.6.1. Физические методы обеззараживания воды

Кипячение воды, т. е. нагревание ее до 100⁰ С, приводит к безусловной гибели всех микроорганизмов, в том числе и патогенных. Кроме того, при кипячении могут разрушаться некоторые термолабильные токсины (ботулотоксин) и ядовитые вещества. В том числе и ОВ. Для большей гарантии в отношении термоустойчивых вирусов кипячение рекомендуют продолжать в течение 10-15 мин. Уничтожение споровых форм достигается увеличением срока кипячения до 2 часов. Такого же эффекта можно достичь нагреванием воды до 110-120^оС в течение 5-10 мин при избыточном давлении (автоклавирование).

Кипячение воды, как метод ее обеззараживания по сравнению с другими имеет ряд преимуществ. К их числу относятся простота, доступность и надежность обеззараживания, независимость бактерицидного эффекта от состава воды, отсутствие заметного влияния на физико-химические и органолептические свойства воды.

Наряду с преимуществами метод обеззараживания воды кипячением имеет и некоторые существенные недостатки: он экономически нерентабелен, требует большого количества топлива и сравнительно громоздкий из-за малопроизводительной аппаратуры в виде различного рода кипятильников. В связи с этим кипячение для целей обеззараживания больших количеств воды не применяется. При обработке небольших объемов воды он широко используется как в мирное, так и в военное время.

Метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами имеет важные преимущества, к числу которых относятся широкий антибактериальный спектр действия с выключением споровых и вирусных форм, исчисляемая несколькими секундами экспозиция, сохранение природных свойств воды, улучшение условий труда обслуживающего персонала в связи с исключением из обращения вредных химических веществ - дезинфектантов, экономическая рентабельность.

Установлено, что максимальное бактерицидное действие оказывает ультрафиолетовый участок спектра, в особенности лучи с длиной волны от 200 до 280 мм (область С).

Недостатком метода является отсутствие простого и быстрого способа контроля за полнотой обеззараживания воды, а также большое влияние физико-химических свойств воды (цветность, мутность, содержание железа и т.п.) на эффект обеззараживания.

4.6.2. Химические методы обеззараживания воды

Химические методы обеззараживания воды основаны на применении различных веществ, обладающих бактерицидным действием. Эти вещества должны отвечать определенным требованиям, а именно: не делать воду вредной для здоровья, не изменять ее органолептических свойств, в малых концентрациях и в течение короткого времени контакта оказывать надежное бактерицидное действие, быть удобными в применении и безопасными в обращении, длительно храниться, производство их должно быть дешевым и доступным.

В наибольшей степени этим требованиям отвечают хлор и его препараты, чем можно объяснить их распространение в практике коммунального и полевого водоснабжения.

Для обеззараживания воды применяются и другие вещества - озон, йод, перекись водорода, препараты серебра, органические и неорганические кислоты и некоторые другие.

Наряду с положительными свойствами, метод хлорирования имеет и недостатки. Основным из них является неспособность хлора и его препаратов в тех дозах, в которых они обычно применяются, уничтожать в воде споровые формы микроорганизмов. Для достижения этой цели прибегают к очень большим дозам хлора и длительному его контакту с водой. К недостаткам хлорирования следует отнести также трудность дозировки и опасность в обращении с хлором, нестойкость его препаратов при хранении, неприятный запах хлорированной воды, в особенности при наличии в ней химических веществ типа фенолов, а также возможность образования тригалометанов.

Эффективность хлорирования воды определяется свойствами хлорсодержащего препарата, концентрацией в нем активного хлора, физико-химическими свойствами воды и временем контакта с ней хлора, степенью обсеменения воды микроорганизмами и их видом.

Как считает большинство исследователей, для уничтожения подавляющего числа вегетативных форм микроорганизмов достаточно контакта хлора с водой в течение 30 мин.

Наиболее надежным способом контроля эффективности обеззараживания воды является бактериологическое исследование. Однако такие исследования длительны и сложны, особенно в полевых условиях и боевой обстановке. Контроль за полнотой обеззараживания осуществляется по остаточному хлору. Остаточный хлор состоит из свободного и связанного. Установлено, что, если в хлорированной воде через 30 мин после внесения туда определенного количества хлора осталось 0,3 ‑ 0,5 мг/л свободного остаточного хлора, вода, как правило, оказывается надежно обеззараженной.

Известно, что наряду со свободными формами хлора в реакцию вступает и учитывается связанный хлор, основу которого составляют хлорамины и дихлорамины. Их бактерицидное действие во много раз меньше, чем свободного хлора. Поэтому недостаточно знать лишь общее количество остаточного хлора. В каждом конкретном случае необходимо устанавливать его качественный состав, чтобы сделать правильное заключение о надежности проведенного обеззараживания воды. Согласно стандарту концентрация связанного (хлораминного) хлора после экспозиции не менее часа должна составлять 0,8 - 1,2 мг/л.

В случаях эпидемиологического неблагополучия величина остаточного хлора может быть повышена до 2 мг/л без ущерба для здоровья населения. По остаточному хлору устанавливается и хлорпотребность воды.

Основными способами хлорирования воды являются хлорирование нормальными дозами и хлорирование повышенными дозами (гиперхлорирование).

Хлорирование нормальными дозами наиболее распространено, особенно в практике коммунального водоснабжения. Сущность его заключается в выборе такой рабочей дозы активного хлора, которая после 60-минутного контакта с водой обеспечивает наличие 0,8 - 1,2 мг/л остаточного связанного хлора. К преимуществам метода относятся относительно небольшое влияние на органолептические свойства воды, что позволяет употреблять воду без последующего дехлорирования, малый расход хлора или хлорсодержащих препаратов. Недостатками метода является сложность выбора рабочей дозы хлора и возможность появления хлорфенольного запаха вследствие образования хлорфенолов в воде, содержащей даже очень незначительные количества кислоты или ее гомологов.

При хлорировании воды большими дозами хлора в нее вносится повышенное количество активного хлора в расчете на последующее дехлорирование. Доза активного хлора выбирается в зависимости от физических свойств воды (мутность, цветность), характера и степени благоустройства водоисточника и от эпидемической обстановки. В большинстве случаев она составляет 20 - 30 мг/л при времени контакта 30 мин.

К преимуществам метода относятся:

- надежный эффект обеззараживания даже мутных, окрашенных и вод, содержащих аммиак;

- упрощение техники хлорирования (не нужно определять хлорпотребность воды);

- снижение цветности воды за счет окисления хлором органических веществ и перевода их в неокрашенные соединения;

- устранение посторонних привкусов и запахов, особенно обусловленных присутствием сероводорода, а также разлагающихся веществ растительного и животного происхождения;

- отсутствие хлорфенольного запаха при наличии фенолов, так как при этом образуются не моно-, а полихлорфенолы, которые запахом не обладают;

- разрушение некоторых отравляющих веществ и токсинов (ботулотоксина); уничтожение споровых форм микроорганизмов при дозе 100 - 150 мг/л активного хлора и длительности контакта 2-5 ч, значительное улучшение условий для процесса коагуляции воды.

Перечисленные положительные стороны метода делают его весьма ценным для практики улучшения качества воды в полевых условиях, когда выбор водоисточников ограничен и возникает потребность использования воды низкого качества, особенно в связи с опасностью применения бактериологического и химического оружия.

К недостаткам метода, как уже указывалось, следует отнести возможность образования тригалометанов, особенно при хлорировании воды, содержащей хозяйственно-бытовые стоки и гуминовые вещества, повышенный расход хлора и необходимость дехлорирования воды.

В качестве средств дехлорирования используются химические вещества, связывающие избыточное количество хлора, и сорбция хлора на активированном угле. Химические вещества, переводящие хлор в неактивное состояние, обычно относятся к группе восстановителей. Лучшим из них является тиосульфат (гипосульфит) натрия.

Дехлорирование воды может производиться сернистокислым и сернистым ангидридом, а также фильтрованием через обычный или активный уголь. Небольшие количества воды можно дехлорировать путем внесения угольного порошка в воду.

Применяемая для обеззараживания воды перекись водорода (Н₂О₂) также является сильным окислителем. Акцептором служит атомарный кислород. Из-за трудности получения в больших количествах и дороговизны перекись водорода широкого применения в практике водоснабжения не приобрела. В последнее время разработан новый, более дешевый способ ее получения, в связи с чем, метод этот приобретает практический интерес.

Перекись водорода не изменяет органолептических свойств воды и значительно (до 50 %) снижает ее цветность, что весьма ценно для обеззараживания окрашенных вод. К числу недостатков метода относятся необходимость введения катализаторов для ускорения высвобождения атомарного кислорода и жидкая форма препарата, что затрудняет ее применение в полевых условиях.

Обеззараживание воды серебром основано на том, что ионы этого металла инактивируют бактериальные ферменты, блокируя их сульфгидрильные группы. Практически метод обеззараживания серебром может быть применен при небольших индивидуально-групповых запасах воды. Для этой цели используют посеребренный песок, посеребренные керамические «кольца Рашига» и серебро, растворенное электролитическим путем, т.е. растворенный при пропускании постоянного тока через обеззараживаемую воду серебряный электрод (анод). Таким путем можно получить «серебрянную воду», обладающую бактерицидными свойствами. Возможно также обеззараживание воды добавлением солей серебра.

Обеззараживание воды серебром не изменяет ее органолептических свойств и обеспечивает длительность бактерицидного действия, что особенно важно в тех случаях, когда возникает необходимость в длительном хранении воды.

К недостаткам метода следует отнести трудность дозировки, медленное и ненадежное бактерицидное действие, влияние на бактерицидный эффект физико-химических свойств воды, а также необходимость контроля остаточных количеств серебра в питьевой воде.