Обеззараживание воды

Заключительным этапом подготовки питьевой воды является обеззараживание. Эффект обеззараживания контролируют определяя общее число бактерий в 1 см3 воды и количество индикаторных бактерий группы кишечной палочки в 1 л воды после ее обеззараживания. Общее число бактерий в 1 см3 неразбавленной воды должно быть не более 100. а количество бактерий группы кишечной палочки не более 3 в 1 л.

Все методы обеззараживания классифицируют на четыре основные группы:

1. термические;

2. с помощью сильных окислителей;

3. олигодинамические (воздействие ионами благородных металлов);

4. физические (ультрафиолет, ультразвук, радиоактивное излучение).

Наиболее широко применяют метод использование сильных окислителей. В качестве окислителей используются: хлор, диоксид хлора, гипохлорит натрия и кальция, озон, перманганат калия, перекись водорода. Наиболее предпочтительны хлор, озон, гипохлорит натрия. Выбор метода обеззараживания воды производится, руководствуясь расходом и качеством обрабатываемой воды, эффективностью предварительной очистки, условий поставки, транспорта и хранения реагентов. Обеззараживанию подвергается вода, уже прошедшая предшествующие стадии обработки: когулирование, осветление и обесцвечивание в слое взвешенного осадка, фильтрование, так как в фильтрате отсутствуют частицы, на поверхности которых или внутри которых могут находиться в адсорбированном виде бактерии и вирусы, оставаясь, таким образом, вне воздействия обеззараживающих средств.

Хлорирование воды.

Для обеззараживания воды хлорированием используют хлорную известь, хлор и его производные, под действием которых бактерии, находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Хлор действует и на органические вещества, окисляя их. Для качественного хлорирования необходимо хорошее перемешивание, а затем не менее чем 30-ти минутный контакт хлора с водой, прежде чем вода поступит к потребителю. Контакт может происходить в резервуаре фильтрованной воды или в трубопроводе подачи воды потребителю. Дозу хлора устанавливают технологическим анализом из расчета, чтобы в 1 мл воды, поступающей к потребителю, оставалось 0.3 –0.5 мг хлора, не вступившего в реакцию, который является показателем достаточности принятой дозы хлора. При этом условии доза хлора при хлорировании фильтрованной воды составляет 2-3 мг/л в зависимости от ее хлоропоглощаемости. Хлорирование воды является надежным средством, предотвращающим распространение эпидемий, так как большинство патогенных бактерий весьма нестойки по отношению к хлору. Спорообразующие бактерии хлор не уничтожает. Хлорирование воды осуществляют жидким хлором, при плюсовой температуре и атмосферном давлении. Хлор – газ зеленовато-желтого цвета с удушливым запахом. При повышении давления хлор переходит в жидкое состояние. В таком виде его перевозят и хранят в стальных специальных емкостях. Гидролиз хлора происходит по уравнению

Сl2 + Н2О = НСl + НСlО

с образованием хлорноватистой кислоты, диссоциирующей на атомарный кислород и соляную кислоту. Эффект подавления бактериальной жизни при хлорировании зависит от дозы введенного хлора и продолжительности его контакта с водой. Поэтому хлоропоглощаемость одной и той же воды, равная суммарному расходу хлора на окисление микроорганизмов, органических и неорганических примесей – величина переменная, зависящая от дозы введенного хлора, продолжительности контакта, величины рН и температуры воды. Доза введенного хлора должна быть больше величины хлоропоглощаемости на величину остаточного хлора. На практике в соответствии с качеством исходной воды применяют одно или двукратное хлорирование. Различают свободный хлор (молекулярный хлор, хлорноватистую кислоту и гипохлорит ионы) и связанный (хлорамины). Свободный хлор в 20 раз более бактерицидный, чем связанный. Количество хлора, расходуемое на окисление примесей воды, называется хлоропоглощаемостью, которая определяется как разница между количеством введенного хлора и его концентрацией в воде через 30 минут контакта.

При обеззараживании используют гипохлорит натрия NаСlО *5Н2О, получаемый электролизом поваренной соли в электролизере без диафрагм. При этом вначале на аноде выделяется хлор, на катоде – гидроокись натрия, которые взаимодействуют, образуя NаСlО. В настоящее время начинает широко применяться оксид хлора (4), обладающий более высоким бактерицидным дезодорирующим свойством, чем хлор.

Скорость процесса обеззараживания хлором и его производными определяется кинетикой диффузии оксиданта внутрь клетки и интенсивностью отмирания клеток вследствие наружного метаболизма.

Одним из наиболее перспективных и доступных способов обеззараживания воды на ВОС является использование гипохлорита натрия, получаемого на месте потребления путем электролиза растворов поваренной соли или минерализованной воды.

Озонирование воды.

Одним из наиболее сильных окислителей, уничтожающих бактерии, споры, вирусы, является озон. Преимуществом озонирования является прохождение одновременно двух процессов: обеззараживания воды и ее обесцвечивание, а также дезодорация и улучшение вкусовых качеств. Озон не изменяет природные свойства воды, так как его избыток через несколько минут превращается в кислород. Озон получают из атмосферного воздуха в озонаторах, в результате воздействия на него «тихого» электрического заряда, сопровождающегося выделением озона. Озон вводят в воду либо через эжекторы, либо через сеть пористых труб. Доза озона зависит от назначения озонирования. Если озон вводят в фильтруемую воду только для обеззараживания, то дозу озона принимают 1-3 мг/л, если необходимо еще и обесцвечивание, то доза озона может доходить до 4 мг/л. Продолжительность контакта озона с кислородом может доходить до 5-12 минут. Скорость разложения озона увеличивается при повышении рН, температуры, степени минерализации воды. Озон – очень сильный окислитель. Патогенные микроорганизмы уничтожаются им в 15-20 раз, а споровые бактерии –300-600 раз быстрее, чем хлором. Механизм обеззараживания воды озоном основан на его способности инактивировать сложные органические вещества белковой природы, содержащихся в животных и растительных организмах. Чистый озон взрывоопасен, токсичен и может поражать органы дыхания. Концентрация остаточного озона после выхода воды из контактной камеры должна быть 0.1 –0.3 мг/л.

Обеззараживание воды бактерицидными лучами.

Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Не изменяются природные вкусовые качества и химические свойства воды. Бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлором; лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие; после облучения воду можно сразу подавать потребителю; эксплуатация установок проще. Наибольшим бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волныот200 до 295 мкм. Эту область ультрафиолетового излучения называют бактерицидной. Эффективность обеззараживания зависит от количества затраченной бактерицидной энергии и состава воды. Наибольшее влияние оказывает ее мутность, цветность, содержание железа. Поэтому применение бактерицидных лучей рекомендуется только для вод, прошедших очистку. Микроорганизмы, находящиеся в воде, имеют различную степень сопротивляемости действию бактерицидных лучей. Эффект обеззараживания подсчитывают по отмиранию бактерий коли (патогенных бактерий). Наиболее распространенным источником бактерицидного излучения являются ртутно-кварцевые лампы низкого давления РКС-2.5 и высокого давления ПРК. Необходимое количество бактерицидных ламп определяется по формуле

n1 = Fр/Fл . где

Fр – расчетный поток бактерицидной энергии;

Fл - расчетный бактериальный поток одной лампы.

Опыт эксплуатации установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами показывает, что этот метод обеспечивает надежную дезинфекцию воды. Расход электрической энергии облучением не превышает 10-15 вт*ч /м3. Недостаток метода – отсутствие оперативного способа контроля за эффектом обеззараживания. Метод не пригоден для обеззараживания мутных вод.