Елена Хохрякова - Современные методы обеззараживания воды
6.5. Место установки ультрафиолетового обеззараживателя в схеме очистки воды
Поскольку наличие взвешенных частиц, железа, солей жесткости снижает эффективность ультрафиолетового излучения, то в схеме очистки воды обеззараживатель ставится как последняя стадия очистки (прил. 1, рис. 2).
6.6. Положительные и отрицательные качества метода
Достоинствами метода:
– наименее «искусственный» – ультрафиолетовые лучи;
– универсальность и эффективность поражения различных микроорганизмов – ультрафиолетовые лучи уничтожают не только вегетативные, но и спорообразующие бактерии, которые при хлорировании обычными нормативными дозами хлора сохраняют свою жизнеспособность;
– физико-химический состав обрабатываемой воды сохраняется неизмененным;
– отсутствие ограничения по верхнему пределу дозы;
– не требуется организовывать специальную систему безопасности как при хлорировании и озонировании;
– отсутствуют вторичные продукты;
– не нужно создавать реагентное хозяйство;
– оборудование работает без специального обслуживающего персонала.
Недостатки метода:
– падение эффективности при обработке плохоочищенной воды (мутная, цветная вода плохо «просвечивается»);
– периодическая отмывка ламп от налетов и осадков, требующаяся при обработке мутной и жесткой воды;
– отсутствует «последействие», т. е. не исключается возможность вторичного (после обработки излучением) заражения воды.
7. Сравнение основных методов обеззараживания
Нужно понимать, что не существует одного самого универсального или самого правильного метода обеззараживания воды. Каждый из методов может обеспечить обеззараживание только при правильно подобранных условиях, так как каждый из методов имеет свои ограничения по применению.
Ниже приведено сравнение трех основных методов обеззараживания воды хлорирование, озонирование и УФ обеззараживание:
• Каждая из трех технологий, если она применяется в соответствии с нормами, может обеспечить необходимую степень инактивации бактерий, в частности, по индикаторным бактериям группы кишечной палочки и общему микробному числу.
• По отношению к цистам патогенных простейших высокую степень очистки не обеспечивает ни один из методов. Для удаления этих микроорганизмов рекомендуется сочетать процессы обеззараживания с процессами уменьшения мутности.
• Озон и ультрафиолет имеют достаточно высокий вируцидный эффект при реальных для практики дозах. Метод хлорирования менее эффективен в отношении вирусов.
• Технологическая простота процесса хлорирования и недефицитность хлора обусловливают широкое распространение именно этого метода обеззараживания.
• Метод озонирования является наиболее технически сложным и дорогостоящим по сравнению с хлорированием и УФ-обеззараживанием.
• УФ-излучение не меняет химический состав воды даже при дозах, намного превышающих практически необходимые. Хлорирование может привести к образованию нежелательных хлорорганических соединений, обладающих высокой токсичностью и канцерогенностью. При озонировании также возможно образование побочных продуктов, классифицируемых нормативами как токсичные – альдегиды, кетоны и другие алифатические и ароматические соединения.
• Ультрафиолетовое излучение убивает микроорганизмы, но образующиеся «осколки» клеточные стенки бактерий, грибков, фрагменты вирусов) остаются в воде, поэтому рекомендуется ее последующая фильтрация.
• Только хлорирование обеспечивает консервацию воды в дозах 0,3–0,5 мг/л, т. е. обладает необходимым длительным действием.
Сочетание УФ-обеззараживания с последующим хлорированием малыми дозами обеспечивает не только обеззараживание воды, но и отсутствие вторичного биозагрязнения воды.
В настоящее время большинство исследователей и практиков отдают предпочтение двухстадийной организации процесса обеззараживания питьевой воды. На первой стадии обработку воды ведут с помощью озона – на этой стадии происходит обеззараживание воды и достигается глубокая окислительная деструкция органических примесей. На заключительной стадии, непосредственно перед подачей воды в распределительную сеть, проводят, так называемое, финишное обеззараживание с помощью хлорирующих реагентов, обладающих длительным действием, что обеспечивает устойчивость воды к повторному инфицированию. При использовании такой комбинированной схемы обеззараживания воды возможно значительное сокращение дозировки хлорирующих реагентов в 8–10 раз, что приводит, соответственно, и к уменьшению содержащихся в воде хлорированных углеводородов.
Сочетание УФ-обеззараживания с последующим хлорированием малыми дозами обеспечивает не только обеззараживание воды, но и отсутствие вторичного биозагрязнения воды и, как следствие, сокращает расходы на реагенты и приводит к экономии средств пользователя. Исходя из вышеизложенного, видно, что именно такой метод является наиболее эффективным способом обеззараживания воды.
8. Термический метод
Кипячение – процесс доведения воды до точки кипения в целях очистки воды и ее обеззараживания.
Из физических способов обеззараживания воды наиболее распространенным и легко реализуемым в домашних условиях является кипячение. Это, наверное, самый старый и хорошо известный метод, которым мы пользуемся ежедневно.
Кипячение применяли десятки тысяч лет, и даже сейчас этот метод не потерял своей актуальности. Метод используется для обеззараживания малых объемов воды: в быту, полевых условиях, лабораториях, малых водоочистных установках и других подобных случаях. Так, например, если вы находитесь в путешествии или в походе и у вас не оказалось с собой воды, вы можете прокипятить воду из реки. При этом большинство бактерий будут уничтожены.
Кипячением уничтожается большинство бактерий, вирусов, бактериофагов и других биологических объектов, которые часто содержатся в открытых источниках воды, и, как следствие попадают в системы центрального водоснабжения.
Этот метод легко реализуется, не требует сложного и дорогого оборудования. Все, что нужно, – не боящаяся высоких температур посуда и источник тепла – газовая конфорка, электрокипятильник или костер.
Недостатком этого метода является невозможность определения, когда пора заканчивать кипятить воду, т. е. определить время, когда все болезнетворные микроорганизмы погибнут. Большинство бактерий погибает при температуре выше 50 °С. Это происходит потому, что сворачиваются белки, из которых они устроены. С другой стороны, в природе существуют и стойкие к кипячению бактерии.
При кипячении воды в открытом объеме удаляются растворенные в ней газы (кислород, углекислый газ) и уменьшается ее жесткость. Всем известна накипь, которая оседает на стенках чайников после кипячения воды. Эта накипь представляет собой соли жесткости, которые были растворены в воде до того, как ее прокипятили. В результате кипячения вода становится более мягкой. Происходит это потому, что из нее удаляются соли, так называемой, «временной (карбонатной) жесткости». Однако кипячением невозможно удалить соли железа, а также кадмий, ртуть, нитраты.
Таким образом, при кипячении воды разрушаются хлор и хлорсодержащие соединения, выпадают в осадок коллоидные частицы примесей и соли, вода умягчается (соли жесткости выпадают в осадок), уменьшается содержание легколетучих компонентов, уничтожаются болезнетворные микробы, опасные бактерии, вирусы и возбудители различных заболеваний. Вкусовые качества воды при кипячении меняются мало.
Обычно кипячение сводится лишь к доведению воды до кипения. Однако при недлительном кипячении невозможно достичь того результата, который дает кипячение как метод очистки воды. Простого доведения воды до кипения недостаточно для того, чтобы обеззаразить ее. Для этого необходимо кипятить воду не менее 10–15 мин. Только при этом значительная часть микроорганизмов погибнет. Однако следует учесть, что, например, вирус «Гепатита А» (в народе – желтухи) погибнет только тогда, когда воду прокипятят не менее 25–30 мин. При кратковременном кипячении некоторые микроорганизмы, их споры, яйца гельминтов также могут сохранить жизнеспособность (особенно если микроорганизмы адсорбированы на твердых частицах).
Кипячение является исключительно бытовым методом обеззараживания воды, применение кипячения в промышленных масштабах, конечно же, не представляется возможным ввиду высокой стоимости этого метода.
9. Ультразвуковое воздействие
Потребность в изучении ультразвука как одной из областей такой науки, как физика, было связано с потребностями морского флота. Начало изучению ультразвука заложил французский ученый Савар, который при определении предела слышимости человека обнаружил существование звуков, не воспринимаемых человеческим ухом. Более подробные исследования свойств ультразвука были начаты уже в XIX в. Большой скачок в развитии ультразвуковой техники произошел после открытия братьями Кюри в 1880 г. пьезоэлектрического эффекта. После открытия этого явления в 1883 г. был построен первый ультразвуковой генератор, а ультразвук стали использовать в различных областях техники.
