Методы очистки и обеззараживания воды. Справка. Реферат: Современные методы обеззараживания питьевой воды

При выполнении очистки воды необходимо использовать методы обеззараживания, которые позволяют устранить опасность от оставшихся в ней болезнетворных бактерий после фильтрации и коагулирования. Основными из них являются: хлорирование, озонирование, применение солей тяжёлых металлов и физические методы воздействия (ультразвук и ультрафиолет). На крупных очистительных сооружениях используют хлорирование и очистку хлорсодержащими веществами. Однако, настолько ли эффективен данный метод и безопасен?

Использование хлора и содержащих его веществ

Суть этого метода обеззараживания воды заключается в создании условий для протекания химических реакций окислительно-восстановительного типа. Под действием хлора на органические соединения происходит нарушение обмена веществ клеток бактерий, что приводит к их гибели.

Эффективность реагента зависит от наличий свободного или связанного хлора в его составе, а также от его концентрации. Оптимальным вариантом считается совпадение количества реагента с концентрацией бактерий, что приведёт к полному окислению всех примесей различного происхождения. В случае перерасхода хлора возникают в воде хлопья и комочки, образованные путём адсорбции взвешенных веществ. В результате оказывается, что внутри них бактерии и микробы остались в защищённом нетронутом состоянии, что неприемлемо.

Во время процесса обеззараживания воды происходит разрушение, разложение или минерализация примесей. При наличии в составе стоков растворимых и нерастворимых элементов в ходе реакции могут возникать неприятные запахи из-за распада хлорсодержащих продуктов, а также органических веществ и организмов. Наиболее неприятными считаются фенолы и ароматические соединения, так как вкус воды изменяется при их наличии всего в одной десятимиллионной части. Ситуация может ухудшится еще больше при повышении температуры в виде образования устойчивого запаха.

Выполнять фильтрацию и осветление стоков также помогают и хлорсодержащие компоненты:

1. Хлорноватистая кислота является слабой и поэтому её действие должно быть обеспечено активностью окружающей среды и подходящим типом химической реакции.
2. Двуокись хлора представляет наибольший интерес при обеззараживании, так как после обработки не образуются фенолы, а соответственно и гарантировано отсутствие неприятного запаха.

Для избежания появления запаха и привкуса воды выполняют хлорирование с аммонизацией. В процессе гидролиза хлораминов за счёт медленной скорости протекания реакции и проявляется антибактериальное свойство.

Однако, несмотря на все преимущества хлорирования, у данного метода есть серьёзный недостаток, который заключается в отсутствии полной стерильности воды. В воде остаются в единичных количествах спорообразующие бактерии и некоторые виды опасных вирусов. Для их уничтожения требуется значительно повышать концентрацию хлора и время контакта.

Озонирование воды

Способ озонирования заключается в высокой диффузии озона сквозь оболочки микроорганизмов, растворённых в воде, с последующим их окислением и гибелью. Обладая высоким антибактериальным действием, озон способен разрушать болезнетворные бактерии в несколько раз быстрее хлора при прочих одинаковых условиях. Максимальная эффективность достигается при уничтожении вегетативных бактерий. Спорообразующие микроорганизмы проявляют высокую стойкость и уничтожаются гораздо хуже.

Важным моментом в данном методе является подбор концентраций озона в воде, так как от этого напрямую зависит какие бактерии будут уничтожены, а какие нет. Например, для уничтожения моллюсков дрейссены потребуется доза в 3 мг/л, что является полностью безопасным для дальнейшего существования водяных клещей и хиромонид. Поэтому необходимо проведение химического состава воды и определение типов микроорганизмов, которые в ней находятся, то есть степень загрязнённости воды. Обычно доза находится в пределах 0,5-4,0 мг/л.

Степень обеззараживания воды и осветления озоном существенно ухудшается при повышенной мутности. Однако степень очистки практически не зависит от температуры воды.

Среди преимуществ метода можно выделить такие:

1. Улучшение вкуса воды и полное отсутствие дополнительных химически активных веществ или их соединений.
2. Отсутствие необходимости проведения дополнительных действий при превышении концентрации озона, как, например, в случае хлорирования.
3. Возможность создания озона за счёт химической реакции прямо в водном растворе или при помощи озонаторов.

Судя из вышесказанного, метод является безопасным и эффективным, но его распространённому применению при очистке стала необходимость использования большого количества электричества, а также сложность технической реализации.

Использование ионов серебра

Обеззараживание воды с применением ионов серебра основано на возникающих химических процессах, которые до конца не изучены. Однако были выдвинуты следующие гипотезы:

1. Ионы нарушают обмен веществ бактерий с внешней средой, что приводит к их гибели.
2. Ионы за счёт адсорбции на поверхности микроорганизмов выполняют каталитическую роль и окисляют плазму в присутствии кислорода.
3. Ионы проникают внутрь вредоносной клетки и надёжно соединяются с протоплазмой, нарушая её функциональность и, таким образом, разрушая её.

Скорость химической реакции увеличивается при повышении концентрации реагирующих веществ и увеличении температуры среды. При нагревании на 10 0 скорость реакции возрастает в несколько раз по истечении некоторого промежутка времени. Поэтому полное обеззараживание при оптимальной скорости и в минимальные сроки достигается при нагреве до определённого температурного уровня, который зависит от степени загрязнений.

Также для очистки воды применяют металлическое серебро, поскольку в ней имеются ионы серебра с незначительной концентрацией, которые и выполняют роль очистки. Их накопление стимулируется наличием увеличенной площади контакта с металлическим серебром. Поэтому при использовании такого метода добиваются увеличения поверхности контакта за счёт осаждения на материал с развитой площадью, через который и пропускают воду.

Технически такой способ реализуется путём создания электролитических процессов, когда в роли материала анода выступает серебро. При помощи регулирования электрических параметров удаётся добиться нужной концентрации ионов и с высокой точностью регулировать протекание процесса обеззараживания воды. Чтобы точно дозировать ионы серебра применяют ионаторы. Концентрацию регулируют при помощи оценки содержания солей, которые являются причиной изменения потенциала между электродами. Поэтому «серебряную воду» приготавливают отдельно.

При сравнении метода ионизирования серебром с хлорированием, учёные выделяют первый, поскольку он способен убивать бактерии и микроорганизмы более эффективно. Однако и ему достаточно сложно справляться некоторыми типами бактерий, например, коли (кишечная палочка). Она является самой устойчивой и поэтому по её наличию в растворе можно качественно судить о степени очистки воды. Также как и при озонировании на скорость очистки влияет мутность раствора и количество взвешенных частиц.

Обеззараживание воды ультразвуковыми волнами

Обеззараживание ультразвуковым способом основано на создании упругих волн, частота которых превышает 20 кГц и обладает определённой интенсивностью. Они меняют свойства жидкости и разрушают органические вещества путём повышения окружающего их давления в 10 5 атмосфер (эффект кавитации). То есть гибель бактерий наступает не из-за протекающей химической реакции, а вследствие механического разрушения, вызывающего распад белковой составляющей протоплазмы. Наиболее уязвимы одноклеточные микроорганизмы, моногенетические сосальщики а также и более крупные организмы, загрязняющие воду.

Существует несколько способов создания излучения:

1. Пъезоэлектрический эффект. При создании электрического поля кристаллы кварца способны деформироваться и излучать при этом ультразвуковые волны. Применяют кварцевые пластины одинаковой толщины и определённой формы, отшлифованные и плотно приложенные с двух сторон толстой стальной плиты. Во время подачи тока на массивную плиту в электрическом поле она излучает ультразвук.
2. Магнитострикционный эффект. Основан на намагничивании ферромагнитных предметов под действием магнитного поля, меняющего их геометрические размеры и объём с последующим сдвигом осевой линии. Эффекта зависит от угла приложения поля относительно оси кристалла, если речь идёт о монокристалле. По измерениям уровня ультразвука данный способ является эффективнее первого.

В ходе лабораторных исследований было установлено, что ультразвук способен уничтожать за время до двух минут более 95% кишечных палочек. Однако при этом стоит понимать, что одновременно с вредоносными бактериями происходит уничтожение и полезных. В частности было установлено нарушение флоры и фауны морского планктона. То есть можно сделать вывод о том, что метод весьма эффективен, но вода при его воздействии теряет свои полезные свойства, что является его основным недостатком.

Термическая обработка

Метод основан на кипячении воды путём повышения температуры выше 100 0 С. Достаточно эффективный метод обеззараживания воды, но медленный, по сравнению с другими способами, и требующий значительных затрат энергии на нагрев. Поэтому его применяют только в тех случаях, когда объёмы воды минимальны. Он простой и не требующий особых навыков и знаний, поэтому получил распространение для получения небольших количеств питьевой воды в столовых, больницах и т. д. Из-за громоздкости и экономической нецелесообразности в промышленных или малых масштабах его не применяют.

Из недостатков можно выделить тот факт, что термообработка воды не способна удалить болезнетворные споры. Поэтому этот метод нельзя использовать при обеззараживании водных растворов с неизвестным химическим составом.

Ультрафиолетовые лампы

Обеззараживание ультрафиолетом достигается за счёт применения лучей с длиной волны в интервале 2000-2950 А, которые изменяют формы бактерий, полностью уничтожая их. Эффект зависит от сообщённой излучением энергии, содержания взвеси в растворе, количестве микроорганизмов, мутности и поглощающей способности водной среды. Поэтому принято различать такие степени влияния воздействия облучения:

1. Безопасная доза облучения, которая не вызывает гибель бактерий.
2. Минимальная доза, которая вызывает гибель части бактерий конкретного вида. Однако бактерии, которые находились в состоянии покоя, начинают активно расти и размножаться в специально стимулируемой среде. При длительном воздействии происходит их вымирание.
3. Полная доза, которая приводит к обеззараживанию воды.

Кишечные палочки являются наиболее устойчивыми к УФ излучению. Поэтому по их количеству можно качественно определять степень дезинфекции воды в условиях отсутствия спорообразующих бактерий. При их наличии критерием чистоты воды служит возникновение сопротивляемости излучению бактерий, образующих споры.

Источниками УФ излучения являются ртутные, аргонно-ртутные или ртутно-кварцевые лампы. Эффективность и целесообразность их применения напрямую зависит от коэффициента поглощения. Лампы с низким давлением обладают максимальным бактериальным действием, но имеют мощность до 30 Вт, а с большим - меньшим эффектом, но повышенной мощностью.

Преимуществами метода являются:

1. Отсутствие необходимости использования физических или химических свойств воды или применения реагентов.
2. Отсутствие осадков и примесей.
3. Неизменность цвета и вкуса воды, а также отсутствие посторонних запахов.
4. Простота реализации.

То есть УФ метод является наиболее безопасным и эффективным при выполнении процесса обеззараживания воды и полностью лишён недостатков всех вышеописанных способов. Однако перед его использованием необходимо выполнить предварительную очистку, чтобы снизить содержание примесей.

При необходимости очистки воды с выполнением обеззараживания стоит обращаться к профессионалам, которые смогут оценить состав и грамотно подобрать наиболее эффективные методы. Компания ЭГА сможет выполнить поставленные задачи в кратчайшие сроки благодаря слаженным действиям команды опытных специалистов. В результате воду можно будет безопасно использовать в качестве питьевой.

Видео

Обеззараживание воды необходимо для обеспечения ее приемлемого химического состава, органолептических свойств и соответствия санитарно-эпидемиологическим стандартам с целью последующего употребления или применения в производственных или бытовых целях.

Лучшие методы

На сегодняшний день науке известны многие способы и методы обеззараживания воды, которые отличаются не только технологией, применяемыми средствами и их эффективностью, но и возможностью проведения таких мероприятий как в лабораторных, так и в обычных полевых условиях. Современные методы обеззараживания воды предусматривают использование высокотехнологичных установок, различных химических веществ для уничтожения вредных микроорганизмов и бактерий.

Среди наиболее лучших и популярных методов обеззараживания воды следует выделить нижеперечисленные:

• Термическая обработка воды (кипячение). Это наиболее простой и доступный метод обеспечения пригодности воды к употреблению и ее обеззараживанию;
• Обработка воды ультразвуком. Довольно устаревший способ обеззараживания жидкости, но довольно эффективный;
• Ультрафиолетовое обеззараживание воды (использование специальных ламп). В этом случае применяются установки и лампы, которые являются источниками УФ-лучей. Уровень эффективности такого метода довольно высокий, а очистка воды происходит в короткие сроки благодаря пагубному для бактерий действию ультрафиолетового излучения;
• Обработка воды электрическими разрядами высокой мощности. Этот метод обеззараживания воды и уничтожения микроорганизмов, а также бактерий в ее составе, несет в себе большой уровень риска для человека, а проведение его в полевых условиях практически невозможно. Несмотря на это, данный способ считается одним из наиболее эффективных для получения питьевой воды, наряду с использованием ультрафиолета и гипохлорита натрия;
• Обработка воды озоном, или так называемое озонирование. Это один из наиболее дорогих способов получения питьевой воды, но и один из самых эффективных. Для его проведения необходимо специальное оборудование, установки и надлежащие условия;
• Обеззараживание воды при помощи специальных химических веществ, препаратов и добавок. Этот метод используется для обработки сточных вод и предусматривает использование гипохлорита натрия, йода, марганцовки, серебра, хлора, перекиси водорода и т. д. Эти вещества или соединения могут выпускаться в виде таблеток или брикетов, которые подвержены быстрому растворению в воде.

Современные методы обеззараживания сточных вод и питьевой воды стали гораздо эффективнее, а сама процедура получения питьевой воды стала проще и доступнее для рядовых граждан.

Обеззараживание серебром

Обеззараживание воды серебром считается одним из наиболее древних методов очищения воды, нейтрализации вредных микроорганизмов и бактерий. Ранее считалось, что серебро является лучшим средством от многих болезней. Очистка воды таким способом может быть осуществлена и в полевых условиях, для чего необходимо иметь серебро в чистом виде. Научно доказано, что серебро эффективно борется со многими болезнетворными микроорганизмами, однако, остается открытым вопрос о влиянии серебра на некоторые виды простейших бактерий.

Помимо этого, накопление серебра в организме человека может нанести определенный ущерб для него. Речь идет именно о продолжительном использовании серебра в качестве средства для очистки воды.

Постоянное поступление серебра в организм человека может стать причиной возникновения ряда заболеваний, поэтому перед тем, как обеззаразить воду при помощи серебра необходимо обратиться к врачу за консультацией о возможности использования такого метода очистки питьевой воды.

Более того, в соответствии с утвержденными санитарными нормами, серебро относится ко второму классу опасности, и это лишний раз подтверждает тот факт, что данное средство для обеззараживания воды не является самым оптимальным и безопасным.

Обеззараживание серебром дает видимые результаты при обработке проточной воды, однако, использование этого метода для обеззараживания сточных вод крайне неэффективно.

Химические способы

Химические способы обеззараживания воды предполагают использование химических препаратов и веществ, а также специальных установок для очистки воды. Целью этого метода является уменьшение риска заражения человеческого организма кишечной палочкой или другими болезнетворными микроорганизмами и бактериями, которые попадают вместе с водой. В этих целях могут использоваться такие химические вещества, как хлор, серебро, йод, озон, марганцовка, перекись водорода и т. д.

Одним из наиболее распространенных способов химической очистки воды является использование хлора. С хлорированием знакомы почти все жители городов и других населенных пунктов, которые подключены к централизованной системе водоснабжения. Насыщение воды хлором происходит благодаря работе специальных обогатительных установок.

Озон также успешно используется для очистки воды, однако, его использование нерационально для бытовых нужд из-за дороговизны этого метода.

Марганцовка, благодаря своим высоким бактерицидным свойствам, может применяться для индивидуальной очистки и обеззараживания воды, а ее эффективность давно доказана специалистами в этой области. Марганцовка поступает в продажу в виде обычных таблеток.

Перекись водорода используется для обеззараживания воды довольно давно, однако, в настоящее время лабораторные исследования не дали окончательного ответа относительно уровня эффективности использования перекиси водорода, и основания говорить, что это средство на данный момент лучшее, отсутствуют.

Обеззараживание гипохлоритом натрия

Одним из лучших и эффективных способов обеззараживания воды на станциях водоподготовки, а также сточных вод, является использование гипохлорита натрия. Это вещество отличается невысокой стоимостью, а весь метод – экологичностью и безопасностью для окружающей среды.

Основой этого способа обеззараживания сточных вод и питьевой воды является электролиз при растворении поваренной соли в проточном режиме. Промышленные выбросы при этом методе очистки электролизом минимальны и абсолютно безопасны.

Гипохлорит натрия имеет выраженный бактерицидный эффект, при котором уничтожаются вредоносные бактерии, вирусы и микроорганизмы в процессе электролиза.

Обеззараживание воды описываемым способом электролиза гипохлорита натрия осуществляется при помощи специальной установки. При этом дозирование и уровень подачи гипохлорита натрия осуществляется при помощи многофункциональных насосов.

Гипохлорит натрия, помимо обеззараживания питьевой воды в центральных сетях водоснабжения, может также применяться для очистки воды в бассейнах, водонапорных башнях, использоваться в медицинских целях, на предприятиях общественного питания и в промышленности.

Установка обеззараживания воды, использующая принцип электролиза гипохлорита натрия, применима как для очистки сточных вод, так и для обеззараживания питьевой воды различных объемов.

Средство для обеззараживания питьевой воды

Для обеззараживания питьевой воды используются различные химические и органические вещества, изготовленные в виде рассыпного материала или таблеток. Они могут использоваться в различных местах водоочистки, довольно мобильны и имеют небольшую стоимость. Таблетки для обеззараживания воды могут быть использованы как в локальных емкостях, так и динамичных источниках питьевой воды, например, ручьях, проточных колодцах, родниках и т. п.

Зачастую таблетки для обеззараживания воды имеют в своем составе такие компоненты, как сульфат натрия, соль, натриевая кислота, йод, хлор и кальций. Использование современных таблеток для очистки воды от бактерий и микроорганизмов не предполагает наличия специального оборудования или установки, что является неоспоримым преимуществом такой формы выпуска. Таблетка легко умещается в кармане или рюкзаке, она имеет небольшой вес и не причинит какие-либо неудобства при путешествии или походе.

В среднем действие таблетки при обеззараживании воды имеет продолжительность около 20-30 минут. По истечении этого времени таблетка полностью растворяется, а вода становится пригодной к употреблению и гарантировано очищена от бактерий и микроорганизмов. Таблетки для обеззараживания воды пользуются популярностью у владельцев бассейнов. С их помощью вода проходит эффективную очистку за короткий промежуток времени, а такой способ очистки не трудоемок.

Наиболее популярными и востребованными являются такие таблетки, как пантоцид, акватабс, аквабриз, аква-хлор и многие другие.

Обеззараживание воды в полевых условиях

Обеззараживание воды в полевых условиях актуально во время походов, путешествий или непредвиденных ситуациях. Существует множество способов очистки воды в критических условиях без наличия специального оборудования.

Конечно же, наиболее простым и эффективным методом является термическая обработка воды или кипячение. Для этого необходимо наличие посуды и огня. Тщательно прокипяченная вода в большинстве случаев не содержит вредных для здоровья человека бактерий или микроорганизмов.

Однако, разведение костра и кипячение воды не всегда возможны в полевых условиях ввиду всевозможных факторов. Кроме этого, даже кипячение не может на сто процентов гарантировать уничтожение всех вредных бактерий.

Для этого, при отсутствии таблеток, используются альтернативные методы очистки и обеззараживания воды. Наиболее популярным способом придания воде питьевых качеств является использование такого популярного средства для обеззараживания воды, как йод. При приготовлении раствора и определении соотношения долей следует помнить, что при очистке 1 литра воды необходимо приблизительно 10-12 мг йода.

Очень важно не превысить его долю, поскольку попадание большего количества йода в организм человека может привести к ухудшению самочувствия и другим негативным явлениям. Раствор должен настаиваться не менее 30 минут. Для того чтобы извлечь из раствора оставшийся йод, можно воспользоваться обычными хвойными иголками, которые его успешно поглотят.

Как обеззаразить воду с помощью таблеток

Обеззараживание воды с помощью таблеток считается одним из самых современных методов очистки. Таблетки имеют ряд преимуществ, по сравнению с иными способами обеззараживания питьевой воды, которые выражаются в доступности, эффективности и дешевизне. Использование таблеток позволяет уничтожить все вредоносные микроорганизмы и бактерии в достаточно большом объеме воды.

Для обеззараживания жидкости достаточно поместить в нее одну или несколько таблеток на определенное время, которое указывается на упаковке. Обычно оно составляет от 30 минут до 1 часа. Во многом подобные показатели разнятся в зависимости от производителей и состава. Средний промежуток времени между помещением таблетки в воду и пригодности ее к употреблению составляет 30 минут. За это время погибает большинство известных бактерий, а процесс очистки считается завершенным.

Для очистки питьевой воды применяются таблетки небольших размеров, а для обслуживания бассейнов, колодцев и больших резервуаров используются таблетки больших диаметров. Зачастую они помещаются в специальные контейнеры. Таблетки имеют слабый запах хлора.

Следует подчеркнуть, что таблетки могут использоваться только для обеззараживания прозрачной воды, для очистки сточных вод такой способ неприемлем. Средний срок хранения большинства таблеток составляет от 3 до 5 лет, поэтому запасаться ими впрок не рекомендуется.

Многие производители современных таблеток для обеззараживания воды рекомендуют использовать, при возможности, теплую воду. Это обеспечит быстрое растворение таблетки и возможность употребления питьевой воды. Обеззараживающие таблетки для воды продаются в специализированных магазинах.

Установка обеззараживания воды

Современные установки обеззараживания воды предусматривают использование ультрафиолета. Этот способ считается одним из наиболее простых, доступных и эффективных очистки как питьевой воды, так и сточных вод. Обеззараживание ультрафиолетовым излучением не требует дополнительного нагрева или наличия реагентов.

УФ-лучи обладают наибольшими бактерицидными свойствами при длине волны 240 – 280 нм. Ультрафиолет способен уничтожить вредоносные бактерии за короткий промежуток времени, при этом вода без дополнительной обработки может подаваться к непосредственным источникам потребления.

Для отдельной области применения используются специальные установки генерирования УФ-лучей с индивидуальными техническими характеристиками в зависимости от объема обрабатываемой воды. Обеззараживание сточных вод и питьевой воды при помощи ультрафиолета было признано во многих странах как один из наиболее эффективных и рациональных способов очистки.

Многие установки ультрафиолетового обеззараживания воды оснащены современными средствами контроля и управления. Это позволяет качественно работать без постоянного контроля со стороны оператора, осуществлять удаленное управление устройством.

По своей производительности обеззараживание сточных вод зависит от мощности установки и сферы ее применения. Так, наиболее востребованными в быту являются установки с производительностью от 0,25 куб. м. за час работы до 10 куб. м. Модели этого оборудования для промышленных целей могут иметь производительность до 400 куб.м. питьевой воды и 200 куб. м. сточных вод.

1. Обеззараживание воды в конкретной ситуации требует тщательного изучения условий проведения такого мероприятия, наличия или отсутствия внешних факторов, которые могут повлиять на процесс очистки воды от бактерий или вредоносных микроорганизмов.
2. Лучшие специалисты в этой области не смогут дать конкретный совет или консультацию без предварительного изучения всех обстоятельств, места забора воды, расположения источника и т. п. Обеззараживание носит комплексный характер и требует участия профильного специалиста. Исключением в данном случае может быть только использование универсальных таблеток для обеззараживания воды.
3. Для того чтобы узнать, как можно обеззараживать воду, предназначенную для питья, а также ознакомиться с наиболее эффективными средствами, достаточно обратиться к материалам по этому вопросу на страницы тематических сайтов. Многие источники предоставляют подробное описание средств и методов обеззараживания, фото и видео пособия, консультации экспертов и научных сотрудников.
4. Например, при использовании химических средств для очистки воды, важно обращать внимание на четкое соблюдение пропорций и не допустить передозировку. Такие средства, как йод, марганцовка, серебро и особенно хлор, могут негативно повлиять на здоровье человека. Перекись водорода безвредна, однако, для получения качественного результата необходимо избегать дефицита этого вещества в обрабатываемой воде.
5. Использование гипохлорита натрия при электролизе больше подходит для промышленных целей, поэтому такой способ обеззараживания воды требует участие и контроль со стороны квалифицированных специалистов.
6. Для обеззараживания воды в небольших количествах для употребления или приготовления пищи в домашних или полевых условиях рационально использовать простые подручные средства и способы. К ним можно отнести перекись водорода, серебро, марганцовку, йод. Обслуживание домашних бассейнов можно обеспечить при помощи специальных таблеток. Удобны в использовании дома лампы с ультрафиолетовым излучением, с помощью которых ультрафиолетовое обеззараживание воды не уступает по качеству другим способам.
7. Безусловно, когда речь идет об очистке воды в домашних условиях подразумевается, прежде всего, питьевая вода. Обеззараживание сточных вод в быту бессмысленно и практикуется только в промышленных масштабах. Следует помнить, что воздействие УФ-лучей нежелательно для человека, поэтому на время осуществления процедуры желательно покинуть помещение.

      В настоящее время проблема обеззараживания воды является очень актуальной, поэтому в качестве индивидульного задания была выбрана именно эта тема. Также на выбор темы индивидуального задания повлияло ее непосредственное отношение к теме моей магистерской работы.

     Обеззараживание воды – мероприятия, в ходе которых происходит уничтожение микроорганизмов и вирусов, вызывающих инфекционные заболевания.

     По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на термические (кипячение); олигодинамические (обработка ионами благородных металлов); физические (обеззараживание ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком и т. д.); химические (обработка окислителями: хлором и его соединениями, озоном, перманганатом калия и т. п.) .

Термический метод

     Кипячение является исключительно бытовым методом обеззараживания, однако он не дает полной гарантии гибели бактерий или их спор. Кроме того, при кипячении происходит удаление из воды растворенных в ней газов (кислорода, углекислого газа), что снижает ее вкусовые свойства.

     При кипячении происходит частичное смягчение воды из-за того, что в осадок выпадает часть солей кальция и магния, которые из растворимых гидрокарбонатных солей переходят в нерастворимые карбонатные .

Обеззараживание воды серебром

     Обработка воды, в которой содержится 0,05 - 0,2 мг / дм 3 серебра, втечение 30 - 60 мин дaет возможность достичь санитарных норм. Для растворения серебра в воде используют методы контактирования воды с развитой поверхностью металла, растворением солей серебра или электролитическим растворением металлического серебра. Наибольшее распространение получил последний метод, основанный на анодном растворении серебра.

     Однако серебро, как и другие тяжелые металлы, способно накапливаться в организме и вызывать заболевания (аргироз – отравление серебром). Кроме того, для бактерицидного действия серебра на бактерии требуются достаточно большие концентрации, а в допустимых количествах (около 50 мкг/л) оно способно оказывать лишь бактериостатическое действие, т.е. останавливать рост бактерий, не убивая их. А некоторые виды бактерий вообще практически не чувствительны к серебру.

     Все эти свойства ограничивают применение серебра. Оно может быть уместно только в целях сохранения исходно чистой воды для длительного хранения .

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами

     Данный метод основан на способности ультрафиолетового излучения с определенной длиной волны губительно действовать на ферментные системы бактерий. Ультрафиолетовые лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые формы бактерий, и не изменяют органолептических свойств воды. Важно отметить, что поскольку при УФ-облучении не образуются токсичные продукты, то не существует верхнего порога дозы. Увеличением дозы УФ-излучения почти всегда можно добиться желаемого уровня обеззараживания. В качестве источника излучения используются ртутные лампы, изготовленные из кварцевого песка.

     Метод не требует сложного оборудования и легко может применяться в бытовых комплексах водоподготовки в частных домах.

     Фактором, снижающим эффективность работы установок УФ-обез¬зараживания при длительной эксплуатации, является загрязнение кварцевых чехлов ламп отложениями органического и минерального состава. Крупные установки снабжаются автоматической системой очистки, осуществляющей промывку путем циркуляции через установку воды с добавлением пищевых кислот. В остальных случаях применяется механическая очистка.

     Основным недостатком метода является полное отсутствие последействия .

Ультразвуковая обработка воды

     Обеззараживание воды ультразвуком основано на способности его вызывать так называемую кавитацию – образование пустот, создающих большую разность давления, что ведет к разрыву клеточной оболочки и гибели бактериальной клетки. Бактерицидное действие ультразвука разной частоты весьма значительно и зависит от интенсивности звуковых колебаний.

     В настоящее время этот способ еще не нашел достаточного применения в системах очистки воды, хотя в медицине он широко используется для дезинфекции инструментария и т.п. в так называемых ультразвуковых мойках .

Озонирование

     Озонирование воды основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, которые придают воде неприятный запах (например, гуминовые основания). Количество озона, необходимое для обеззараживания воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет 1–6 мг/дм 3 при контакте в 8–15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3–0,5 мг/дм 3 , т. к. более высокая доза придает воде специфический запах и вызывает коррозию водопроводных труб. Однако молекула озона неустойчива, поэтому его остаточные количества быстро разлагаются в воде. С гигиенической точки зрения озонирование воды – один из лучших способов обеззараживания питьевой воды. При высокой степени обеззараживания воды оно обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде.

     Однако в связи с большим расходом электроэнергии, использованием сложной аппаратуры и необходимостью высококвалифицированного обслуживания, озонирование нашло применение для обеззараживания питьевой воды только при централизованном водоснабжении.

     Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ. Технологический процесс включает последовательные стадии очистки воздуха, его охлаждения и осушки, синтеза озона, смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси, вывода ее в атмосферу. Все это требует также дополнительного вспомогательного оборудования (озонаторы, компрессоры, установки осушки воздуха, холодильные агрегаты и т. д.), объемных строительно-монтажных работ.

     Озон токсичен. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений 0,1 г/м3. К тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси .

Хлорирование

     Наиболее распространенным методом обеззараживания воды был и остается метод хлорирования. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента – жидкого или газообразного хлора – и относительной простотой обслуживания.

     Очень важным и ценным качеством метода хлорирования является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3–0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

     Хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

     Предлагается применение диоксида хлора, который обладает рядом преимуществ, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог, должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

     Применение для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в обслуживании и не требует сложных технологических решений. Однако используемое при этом реагентное хозяйство более громоздко, что связано с необходимостью хранения больших количеств препаратов (в 3–5 раз больше, чем при использовании хлора). Во столько же раз увеличивается объем перевозок. При хранении происходит частичное разложение реагентов с уменьшением содержания хлора. Остается необходимость устройства системы притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдения мер безопасности для обслуживающего персонала. Растворы хлорсодержащих реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием .

План

Введение.

1. Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды.

2. Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды.

2.1 Хлорирование.

2.1.2 Диоксид хлора.

2.1.3 Гипохлорит натрия.

2.2 Озонирование.

2.3 Другие реагентные способы дезинфекции воды.

3. Физические методы обеззараживания питьевой воды.

3.1 Кипячение.

3.2 Ультрафиолетовое облучение.

3.3 Электроимпульсный способ.

3.4 Обеззараживание ультразвуком.

3.5 Радиационное обеззараживание.

3.6 Другие физические методы.

4. Комплексное обеззараживание.

Заключение.

Список литературы.

Введение

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населенных мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почетное место. Ведь вода – это непременная часть всех живых организмов, жизнедеятельность которых без воды невозможна. Для нормального течения физиологических процессов в организме человека и для создания благоприятных условий жизни людей очень важно гигиеническое значение воды. В настоящее время обеспечение населения водой высокого качества стало настоящей проблемой.

Проблема питьевого водоснабжения затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. На питьевые и бытовые потребности населения, коммунальных объектов, лечебно-профилактических учреждений, а также на технологические нужды предприятий пищевой промышленности расходуется около 5-6% общего водопотребления. Технически обеспечить подачу такого количества воды нетрудно, но потребности должны удовлетворяться водой определённого качества, так называемой питьевой водой.

Питьевая вода – это вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека. Основные требования к качеству питьевой воды: быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, быть безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами. Для удовлетворения этих требований в настоящее время используется целый комплекс мер по подготовке питьевой воды.

Конечно, в реках и других водоёмах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает очень медленно. Реки уже давно не справляются со сбросами сточных вод и другими источниками загрязнения. А ведь уровень бактерицидного воздействия в сточных водах часто превышает норму в тысячи и миллионы раз. Стоки попадают в реки и озёра, а большинство городских водоканалов берут воду именно из них. Таким образом, обязательными процессами в подготовке питьевой воды являются качественная очистка и обеззараживание сточных вод.

Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. В процессе первичной очистки вод задерживаются до 98% бактерий. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды – её обеззараживание.

При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, а при использовании подземных вод – только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Но на практике использование для питья и подземных, и поверхностных вод практически всегда без обеззараживания невозможно.

1.Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды

Вода природных источников питьевого водоснабжения, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям к питьевой воде и требует перед подачей населению подготовки - очистки и обеззараживания.

Очистка воды, включающая её осветление и обесцвечивание, является первым этапом в подготовке питьевой воды. В результате её из воды удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов. Но часть патогенных бактерий и вирусов проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надёжного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций и других не менее опасных болезней применяется её обеззараживание, т.е. уничтожение живых и вирулентных патогенных микроорганизмов – бактерий и вирусов. Ведь именно микробиологические загрязнения воды занимают первое место в оценке степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам, является обязательным условием получения воды питьевого качества.

В практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра), безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) и комбинированные методы обеззараживания воды. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений. Безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями. А в комбинированных методах используются одновременно химическое и физическое воздействия.

При выборе метода обеззараживания следует учитывать опасность для здоровья человека остаточных количеств биологически активных веществ, применяемых для обеззараживания или образующихся в процессе обеззараживания, возможность изменения физико-химических свойств воды (например, образование свободных радикалов). Важными характеристиками метода обеззараживания являются также его эффективность в отношении различных видов микронаселения воды, зависимость эффекта от условий среды.

При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после обеззараживания.

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта.

Существуют и другие ограничения в использовании того или иного метода обеззараживания воды. На этих ограничениях, а также на достоинствах и недостатках методов обеззараживания мы подробно остановимся ниже.

2.Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды

2.1 Хлорирование

Самый распространенный и проверенный способ дезинфекции воды – первичное хлорирование. В настоящее время этим методом обеззараживается 98,6 % воды. Причина этого заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование позволяет не только очистить воду от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли железа и марганца. Другое важнейшее преимущество этого способа – его способность обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Существенный недостаток хлорирования – присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические свойства и являющееся причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Бόльшую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ) – хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Этот процесс растянут по времени до нескольких десятков часов, а количество образующихся ТГМ при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения примесей требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья.

Для хлорирования воды используются такие вещества как собственно хлор (жидкий или газообразный), диоксид хлора и другие хлорсодержащие вещества.

2.1.1 Хлор

Хлор является наиболее распространённым из всех веществ, используемых для обеззараживания питьевой воды. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента – жидкого или газообразного хлора – и относительной простотой обслуживания.

Очень важным и ценным качеством использования хлора является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3–0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

Однако, хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления органических соединений, при которых в воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить эти соединения. Кроме того, что эти хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, они, пройдя через систему водоснабжения и канализации, вызывают загрязнение рек вниз по течению.

Присутствие в воде побочных соединений – один из недостатков использования в качестве дезинфектанта газообразного, а равно и жидкого хлора (Cl2).

2.1.2 Диоксид хлора

В настоящее время для обеззараживания питьевой воды также предлагается применение диоксида хлора (ClO 2), который обладает рядом преимуществ, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог и должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

Действие на болезнетворную флору ClО2 обусловлено не только высоким содержанием при реакции высвобождающегося хлора, но и образующимся атомарным кислородом. Именно это сочетание делает диоксид хлора более сильным обеззараживающим агентом. Кроме того, он не ухудшает вкус и запах воды. Сдерживающим фактором в использовании данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, осложнявшая его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения.

При помощи различных способов фильтрации из воды удаляются механические взвеси и растворенные вещества. Ее умягчают, освобождают од органических и неорганических соединений. Однако после фильтрации в воде могут оставаться загрязнения биологического характера. С бактериями и вирусами, многие из которых вызывают заболевания человека, может справиться далеко не каждый фильтр. Чтобы устранить биологическое загрязнение, выполняют обеззараживание питьевой воды.

Для обеззараживания применяют целый ряд методов. Все они делятся на три основные группы: физические, химические и комбинированные.

К этой группе относятся методы, в которых применяются химические реагенты. Жидкость обрабатывают хлорсодержащими веществами или хлором, озоном и некоторыми другими составами воздействующими на биологические объекты. При использовании химических средств важно точно определить количество реагента и время воздействия. Вещества в малых дозах не всегда могут убить всех бактерий, некоторые остаются и быстро восстанавливают численность.

Увеличивать дозу больше необходимого тоже нельзя. Многие вещества токсичные и при употреблении человеком могут вызвать отравление. Кроме того, они образуют мутагенные и канцерогенные соединения.

Хлорирование

Распространенным способом обработки воды является хлорирование. Это старый метод, который остается популярным до настоящего времени. Популярность объясняется дешевизной компонентов, эффективностью, длительным последействием, благодаря которому не происходит повторного роста микроорганизмов.

Однако хлор обладает высокой токсичностью, он создает мутагенные и канцерогенные соединения. Далеко не всегда они удерживаются фильтрами. Только очень тонкая очистка позволяет освободить воду от таких компонентов.

Рис. 1 Очистка и обеззараживание воды хлором

Наибольший вред человеку наносят соединения тригалометаны, обладающие высокой канцерогенностью. Хлор и производные способны вызывать заболевания пищеварительной системы, сердца и сосудов, а также некоторые другие.

Для обеззараживания воды используют хлорную известь, непосредственно сам хлор и другие соединения.

Озонирование

При внесении озона в воду происходит его распадение на атомарный кислород, который обладает сильной окислительной активностью. Он разрушает системы микробных клеток, устраняет ряд запахов. Но при излишнем внесении озон сам создает неприятный запах и усиливает коррозионные процессы, что разрушает металлические трубы.

Данный метод является одним из наиболее безопасных для здоровья человека. Его малое распространение объясняется высокими затратами и сложностью. Для использования озонирования требуется специальное сложное оборудование и специалисты, которые могут с ним работать. При таком методе обеззараживания увеличивается расход электроэнергии.

Рис. 2 Метод очистки и обеззараживания воды озоном

Сам озон токсичен и в некоторых случаях взрывоопасен. Для частного домовладения такой метод обеззараживания окажется весьма затратным. Потребуется не только дорогостоящая установка, но и регулярное посещение специалиста для обслуживания системы.

Другие реагенты

Группа других реагентов весьма обширная. В нее входят полимерные антисептики, которые эффективны и не вредят организму человека. Сюда же можно отнести соединения тяжелых металлов, бром и йод. Они используются не часто, поскольку требуют точных расчетов и определенных знаний, но их применение позволяет эффективно очистить воду от бактериального загрязнения.

Рис. 3 Домашний способ обеззараживания

Обеззараживают воду и сильные окислители. К ним относят гипохлорит натрия, перманганат калия, перекись водорода и некоторые другие. При их использовании надо правильно рассчитать дозу, а в случае перманганата калия еще и удалить соединения марганца.

Физические способы обеззараживания

Физические методы основаны на применении ультрафиолетовых лучей, ультразвука и других методов, которые убивают микроорганизмов. Предварительно воду очищают от взвеси, поскольку мутность снижает эффективность воздействия.

Обеззараживание ультрафиолетом

Ультрафиолетовые лучи оказывают действие на обмен веществ в бактериальной клетке и на ее ферментные системы. Уничтожаются и споры бактерий. При этом вкус, цвет и запах воды не изменяются. Токсические вещества при воздействии не образуются, поэтому можно увеличивать дозу облучения.

Рис. 4 Чтобы обеззаразить воду ультрафиолетом нужна установка

Для выполнения ультрафиолетового обеззараживания потребуется специальная установка. Стоимость ее будет выше, чем стоимость хлорирования, но дешевле озонирования.

Используют ультрафиолет только после очистки воды от механических взвесей. Замутненность препятствует проникновению лучей.

Эффективность работы установки снижается при отложении на поверхности лампы минеральных солей. Очищают их механическим способом или создавая кислую среду проходящей жидкости.

Ультразвуковая обработка

Использование ультразвука для обеззараживания воды является относительно новой методикой. Звуковые волны, имеющие определенную частоту, создают в воде пустоты с большой разницей в давлении. Это давление разрывает оболочки бактериальных клеток.

Характер бактерицидного воздействия и эффективность обеззараживания зависит от особенностей звуковых колебаний. Особенную роль играет их интенсивность.

Такая обработка безопасна для человека. Она не изменяет характеристики воды, но требует дорогостоящего оборудования. Оборудование нужно периодически обслуживать, а услуги специалистов также не дешевы.

Создается ультразвук специальным генератором. Он может быть пьезоэлектрическим или магнитострикционным.

Применяя ультразвук для уничтожения микроорганизмов, следует помнить, что низкая частота звука усиливает рост бактерий. Очень важно правильно настроить прибор.

Кипячение

Самым простым вариантом физического обеззараживания является кипячение. С его помощью уничтожаются все виды микроорганизмов. Помимо них при кипячении из воды выводятся антибиотики, растворенные газы и снижается жесткость.

Рис. 5 Очищение кипячением

Широкое промышленное применение такого метода обеззараживания невозможно из-за его высокой энергозатратности.

Комбинированные способы обеззараживания

Чтобы увеличить эффективность обеззараживания воды, методы применяют в комплексе. Сочетают обычно безреагентные способы с реагентными.

Примером такого воздействия становится сочетание ультрафиолетовой обработки с последующим хлорированием. Ультрафиолет убивает все возможные бактерии, вирусы и их споры, а хлорирование предотвращает повторное заражение. В результате не только вода длительное время оказывается не зараженной микроорганизмами, но и значительно сокращается количество используемых реагентов. С уменьшением концентрации хлора снижается и негативное воздействие на организм человека.

Существуют и другие варианты комбинированного обеззараживания. Так вода подвергается воздействию сразу двух физических методов: ультразвука и ультрафиолета. На выходе получают полностью обеззараженный объем жидкости. Существуют приборы, в которых объединены эти два способа.

Какой бы вариант ни был выбран, обязательно требуется предварительный анализ биологической загрязненности. На основании этого подбирается дозировка реагентов, длительность воздействия и необходимость доочистки. В домашних условиях оптимальными будут ультрафиолетовые установки.