Обеззараживание питьевой воды

Видео: Очистка и обеззараживание питьевой воды

Обеззараживание питьевой воды служит для создания надежного барьера на пути передачи водным путем возбудителей инфекционных болезней. Методы обеззараживания воды направлены на уничтожение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, чем обеспечивается эпидемическая безопасность воды.

Воду обеззараживают на конечном этапе очистки после осветления и обесцвечивания перед поступлением в резервуары чистой воды, которые одновременно выполняют функции контактных камер. Для обеззараживания воды применяют реагентные (химические) и безреагентные (физические) методы. Реагентные методы основаны на введении в воду сильных окислителей (хлорирование, озонирование, манганирование, обработка воды йодом), ионов тяжелых металлов и ионов серебра. К безреагентным относятся термическая обработка, ультрафиолетовое облучение, обработка ультразвуком, у-облучение, обработка током сверхвысокой частоты. Метод выбирают в зависимости от количества и качества исходной воды, методов ее предварительной очистки, требований к надежности обеззараживания, с учетом технико-экономических показателей, условий поставки реагентов, наличия транспорта, возможности автоматизации процесса.

Обеззараживание воды хлором и его соединениями. На сегодняшний день наиболее распространенным методом обеззараживания воды на водопроводных станциях остается хлорирование. Среди хлорсодержащих соединений, учитывая определенные гигиенические и технические преимущества, чаще всего используют жидкий хлор. Возможно также применение хлорной извести, кальция и натрия гипохлорита, хлора диоксида, хлораминов и др.

*Для использования в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения допускаются лишь фторсодержащие соединения, прошедшие гигиеническую апробацию и включенные в "Перечень материалов и реагентов, разрешенных Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения СССР для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения (№ 3235-85)".*

Впервые в практике водоподготовки хлор был применен задолго до открытия Л. Пастером микробов, доказательства Р. Кохом этиологического значения патогенных микроорганизмов в развитии инфекционных болезней, окончательного осознания Т. Эшерихом микробиологической сущности водных эпидемий и бактерицидных свойств хлора. Применяли его с целью дезодорации воды, которая имела неприятный "септический"запах. Хлор оказался очень эффективным дезодорантом и, кроме того, после обработки воды хлором у людей значительно реже диагностировали кишечные инфекции. С началом хлорирования воды во многих странах Европы прекратились эпидемии брюшного тифа и холеры. Было высказано предположение, что причиной болезней были плохой запах и вкус воды, которые эффективно устранял хлор. Лишь со временем доказали микробную этиологию водных эпидемий кишечных инфекций и признали роль хлора в качестве обеззараживающего агента.

Для хлорирования воды применяют жидкий хлор, который хранится под давлением в специальной таре (баллонах), или вещества, содержащие активный хлор.

Хлорирование воды жидким хлором. Хлор (С12) при нормальном атмосферном давлении является газом зеленовато-желтого цвета, который в 1,5—

2,5 раза тяжелее воздуха, с резким и неприятным запахом, хорошо растворяется в воде, при повышении давления легко сжижается. Атомный вес хлора — 35,453, молекулярная масса — 70,906 г/моль. Хлор может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Хлор на водопроводные станции для обеззараживания воды доставляют жидким в баллонах под давлением. Хлорирование осуществляют при помощи хлораторов. В них готовят раствор хлора, который вводят непосредственно в трубопровод, по которому вода поступает в РЧВ. Используют хлораторы Л.А. Кульского (рис. 20), вакуумные хлораторы ЛОНИИ-100, Ж-10, ЛК-12, ХВ-11. Принципиальная схема хлоратора ЛОНИИ-100 изображена на рис. 21.

При подключении баллона к хлоратору жидкий хлор испаряется. Газообразный хлор очищается в баллоне и на фильтре, и после снижения его давления с помощью редуктора до 0,001— 0,02 МПа его смешивают в смесителе с водой. Из смесителя концентрирован-



Рис. 21. Технологическая схема типичной хлораторной на 3 кг/ч: 1 — весы платформные- 2 — стояки с баллонами- 3 — улавливатель загрязнений- 4 — хлораторы ЛОНИИ-100- 5 — эжекторы

ный раствор всасывается эжектором и подается в трубопровод. Хлораторы типа ЛК, конструкция которых проще, а точность ниже используют для станций больших мощностей. Эти хлораторы не требуют предварительной очистки хлора, не так точны в дозировании, но могут подавать хлорную воду на высоту 20— 30 м. После же эжектора от ЛОНИИ-100 напор составляет лишь 1—2 м. Во время растворения хлора в воде происходит его гидролиз с образованием хлоридной (соляной) и гипохлоритной (или хлорноватистой) кислот:

С12+ Н20 ^ HCl + НС10.

Хлорноватистая кислота НС10 является слабой одноосновной нестойкой кислотой, которая легко диссоциирует, образуя гипохлорит-ион (СЮ~):

НСЮ ^ Н+ + СЮ".

Степень диссоциации хлорноватистой кислоты зависит от pH воды. При pH < 5 (по Л. Кульскому) почти весь свободный хлор остается в виде неиони-зированной хлорноватистой кислоты (НСЮ). При повышении pH возрастает степень диссоциации хлорноватистой кислоты. При pH свыше 9,2 (по Л. Кульскому) почти весь свободный хлор находится в виде иона гипохлорита (СЮ-). Окислительное действие (окислительный потенциал) имеет как гипохлоритная кислота, так и гипохлорит-ион. Именно поэтому обе эти формы способны оказывать бактерицидное влияние. Их называют свободным активным хлором. Окислителем является и молекулярный хлор (С12), который также рассматривается как одна из форм свободного активного хлора1.

Кроме того, хлорноватистая кислота распадается с образованием атомарного кислорода, который также является сильным окислителем:

НСЮ It HCl + О".

*Активным хлором называется такой, который способен при pH 4 выделять эквивалентное количество йода из водных растворов калия йодида. Различают свободный (молекулярный хлор, хлорноватистая кислота, гипохлорит-ион) и связанный (хлор, входящий в состав органических и неорганических моно- и дихлораминов) активный хлор.*

Раньше считали, что именно этот атомарный кислород оказывает бактерицидное действие. Сегодня доказано, что обеззараживающий эффект жидкого хлора, а также хлорной извести, кальция и натрия гипохлоритов, двухтретиос-новной соли кальция гипохлорита обусловлен окислителями, которые образуются в воде при растворении хлорсодержащих соединений, причем прежде всего — действием гипохлоритной кислоты, а затем — гипохлоритного аниона и наконец атомарного кислорода.

Хлорирование воды гипохлоритами (солями хлорноватистой кислоты) проводят на водопроводных станциях низкой мощности. Гипохлориты также используют для длительного обеззараживания воды в шахтных колодцах при помощи керамических патронов, для обеззараживания воды в полевых условиях, в том числе с использованием тканево-угольных фильтров и др.

Для дезинфекции питьевой воды используют кальция гипохлорит Са(ОС1)2. В процессе его растворения в воде происходит гидролиз с образованием хлорноватистой кислоты и дальнейшей ее диссоциацией:

Са(ОС1)2 + 2Н20 = Са(ОН)2 + 2НСЮ,

нею -?. н+ + cicr.

В зависимости от способа производства кальция гипохлорит может содержать от 57—60% до 75—85% активного хлора. Вместе с чистым гипохлоритом для обеззараживания воды используют смесь кальция гипохлорита с другими солями (NaCl, СаС12). Такие смеси содержат до 60—75% чистого гипохлорита.

На станциях с расходом активного хлора до 50 кг/сут можно использовать для обеззараживания воды натрия гипохлорит (NaCIO • 5Н20). Этот кристаллогидрат получают из раствора натрия хлорида (NaCl) электролитическим способом.

Натрия хлорид в воде диссоциирует с образованием катиона натрия и аниона хлора:

NaCl ^ Na+ + СГ

Во время электролиза на аноде происходит разряжение ионов хлора и образуется молекулярный хлор:

2СГ -» С12 + 2е.

Образовавшийся хлор растворяется в электролите:

С12+Н2О^НС1 + НСЮ,

С12+ОН-^СІ+НСЮ.

На катоде происходит разряд молекул воды:

Н20 + е -> ОН- + Н+.

Атомы водорода после рекомбинации в молекулярный водород выделяются из раствора в виде газа. Гидроксильные анионы ОН", оставшиеся в воде, реагируют с катионами натрия Na+, вследствие чего образуется NaOH. Натрия гидроксид взаимодействует с хлорноватистой кислотой с образованием натрия гипохлорита:

NaOH + НС10 -> NaOCI + Н20.



Рис. 22. Технологическая схема электролитического получения натрия гипохлорита: 1 — растворный бак- 2 — насос- 3 — распределительный тройник- 4 — рабочий бак- 5 — дозатор- 6 — электролизер с графитовыми электродами- 7 — бак-накопитель натрия гипохлорита- 8 — зонт вытяжной вентиляции

Натрия гипохлорит в значительной мере диссоциирует с образованием СЮ", который обладает высокой антимикробной активностью:

NaCIO ^ Na+ + СЮ",

сю- + н+-^нсю.

Электролизерные установки разделяют на проточные и порционные. В их состав входят электролизеры, разнотипные баки. Принципиальная схема порционной установки изображена на рис. 22. Раствор натрия хлорида 10% концентрации подают в бак постоянного уровня, откуда он вытекает с постоянным расходом. После заполнения бачка-дозатора срабатывает сифон и сливает определенный объем раствора в электролизер. Под воздействием электрического тока в электролизере образуется натрия гипохлорит. Новые порции раствора соли выталкивают натрия гипохлорит в расходный бак, из которого он дозируется насосом-дозатором. Бак-накопитель должен вмещать объем натрия гипохлорита не менее чем на 12 ч.

Преимуществом получения натрия гипохлорита электролитическим методом в месте употребления является то, что отпадает необходимость в транспортировке и хранении токсического сжиженного хлора. Среди недостатков можно назвать значительные энергозатраты.

Обеззараживание воды прямым электролизом. Метод состоит в прямом электролизе пресной воды, в которой природное содержание хлоридов не ниже 20 мг/л, а жесткость — не выше 7 мг-экв/л. Применяют на водопроводных станциях мощностью до 5000 м3/сут. Вследствие прямого электролиза на аноде происходит разряжение находящихся в воде хлорид-ионов и образуется молекулярный хлор, который гидролизуется с образованием хлорноватистой кислоты:

2СГ ^ С12 + 2е, С12 + Н2О^НС1 + НСЮ.

Во время обработки электролизом воды с pH в пределах 6—9 главными дезинфекционными агентами являются хлорноватистая (гипохлоритная) кислота НСЮ, гипохлорит-анион С10~ и монохлорамины NH2C1, которые образуются вследствие реакции между НСЮ и аммонийными солями, содержащимися в природной воде. Одновременно во время обработки воды электролитическим методом на микроорганизмы действует электрическое поле, в котором они находятся, что усиливает бактерицидный эффект.

Обеззараживание воды хлорной известью применяют на малых водопроводных станциях (производительностью до 3000 м3/сут), предварительно приготовив раствор. Хлорной известью также заполняют керамические патроны для обеззараживания воды в шахтных колодцах или на локальных водопроводах.

Хлорная известь — белый порошок с резким запахом хлора и сильными окисляющими свойствами. Это смесь кальция гипохлорита и кальция хлорида. Получают хлорную известь из известняков. Кальция карбонат при температуре 700 °С распадается с образованием негашеной извести (кальция оксид), которая после взаимодействия с водой превращается в гашеную известь (кальция гидроксид). При взаимодействии хлора с гашеной известью образуется хлорная известь:

СаСОз ^ СаО + С02,

СаО + Н20 = Са(ОН)2,

2Са(ОН)2 + 2С12 = Са(ОС1)2 + СаС12+ 2Н20 или

2Са(ОН)2 + 2С12= 2СаОС12 + 2Н20.

Основную составную часть хлорной извести выражают формулой:



Технический продукт содержит не более 35% активного хлора. В процессе хранении хлорная известь частично разлагается. То же происходит с кальция гипохлоритом. Свет, влажность и высокая температура ускоряют потерю активного хлора. Хлорная известь теряет приблизительно 3—4% активного хлора в месяц вследствие реакций гидролиза и разложения на свету. Во влажном помещении хлорная известь разлагается, образуя хлорноватистую кислоту:

2СаОС12 + С02 + Н20 = СаС03 + СаС12 + 2НСЮ.

Поэтому перед использованием хлорной извести и кальция гипохлорита проверяют их активность — выраженное в процентах содержание активного хлора в хлорсодержащем препарате.

Бактерицидным действием хлорная известь, так же, как и гипохлориты, обязана группе (ОСГ), которая в водной среде образует хлорноватистую кислоту:

2СаОС12 + 2Н20 -> СаС12 + Са(ОН)2 + 2НС10.

Хлора диоксид (ClOJ — газ желто-зеленого цвета, легко растворяется в воде (при температуре 4 °С в 1 объеме воды растворяется 20 объемов газообразного СЮ2). Не гидролизует. Его целесообразно применять в случае, если особенности природной воды являются неблагоприятными для эффективного обеззараживания хлором, например, при высоких значениях pH или в присутствии аммиака. Однако получение хлора диоксида является сложным процессом, который требует специального оборудования, квалифицированного персонала, дополнительных финансовых затрат. Кроме того, хлора диоксид взрывоопасен, что требует строгого соблюдения требований техники безопасности. Указанное ограничивает использование хлора диоксида для обеззараживания воды на хозяйственно-питьевых водопроводах.

К хлорсодержащим препаратам относятся и хлорамины (неорганические и органические), которые в практике водоподготовки используют ограничено, но применяют как обеззараживающие агенты во время проведения мероприятий по дезинфекции, в частности в лечебно-профилактических учреждениях. Неорганические хлорамины (монохлорамины NH2C1 и дихлорамины NHC12) образуются при взаимодействии хлора с аммиаком или аммонийными солями:

NH3 + CI2 = NH2CI + HCI,

NH2CI + CI2 = NHCI2 + HCl.

Вместе с неорганическими соединениями хлора для обеззараживания используют и органические хлорамины (RNHC1, RNC12). Их получают в процессе взаимодействия хлорной извести с аминами или их солями. При этом один или два атома водорода аминной группы замещаются хлором. Разные хлорамины содержат 25—30% активного хлора.

Процесс обеззараживания воды хлорсодержащими препаратами происходит в несколько стадий:

1. Гидролиз хлора и хлорсодержащих препаратов:

С12 + Н20 = HCl + НС10-

Са(ОС1)2 +2Н20 = Са(ОН)2+ 2НС10-

2СаОС12 + 2Н20 = Са(ОН)2 + СаС12 + 2НС10.

2. Диссоциация хлорноватистой кислоты.

При pH ~ 7,0 НС10 диссоциирует: НС10 <± Н+ + СЮ".

3. Диффузия в бактериальную клетку молекулы НС10 и иона СЮ".

4. Взаимодействие обеззараживающего агента с энзимами микроорганизмов, которые окисляются хлорноватистой кислотой и гипохлорит-ионом.

Активный хлор (НСЮ и СЮ") сначала диффундирует внутрь бактериальной клетки, а затем вступает в реакцию с ферментами. Наибольшее бактерицидное и вирулицидное действие оказывает недиссоциированная хлорноватистая кислота (НСЮ). Скорость процесса обеззараживания воды определяется кинетикой диффузии хлора внутрь бактериальной клетки и кинетикой отмирания клеток в результате нарушения метаболизма. С повышением концентрации хлора в воде, ее температуры и с переходом хлора в недиссоциированную форму легко диффундируемой хлорноватистой кислоты общая скорость процесса дезинфекции повышается.

Механизм бактерицидного действия хлора состоит в окислении органических соединений бактериальной клетки: коагуляции и повреждении ее оболочки, угнетении и денатурации ферментов, обеспечивающих обмен веществ и энергии. Наиболее всего повреждаются тиоловые ферменты, содержащие SH-группы, которые окисляются хлорноватистой кислотой и ионом гипохло-рита. Среди тиоловых ферментов активнее всего угнетается группа дегидроге-наз, которые обеспечивают дыхание и энергетический обмен бактериальной клетки1. Под влиянием хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона угнетаются дегидрогеназы глюкозы, этилового спирта, глицерина, янтарной, глютами-новой, молочной, пировиноградной кислот, формальдегида и др. Угнетение де-гидрогеназ приводит к торможению процессов окисления на начальных этапах. Последствием этого является как торможение процессов размножения бактерий (бактериостатическое действие), так и их гибель (бактерицидное действие).

Механизм действия активного хлора на вирусы состоит из двух фаз. Сначала происходят адсорбция хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона на оболочке вируса и проникновение через нее, а затем — инактивация ими РНК или ДНК вируса.

С повышением значения pH бактерицидность хлора в воде снижается. Например, для уменьшения количества бактерий в воде на 99% при дозе свободного хлора 0,1 мг/л продолжительность контакта увеличивается с 6 до 180 мин при повышении pH соответственно с 6 до 11. Следовательно воду целесообразно обеззараживать хлором при низких значениях pH, то есть до введения щелочных реагентов.

Наличие в воде органических соединений, способных к окислению, неорганических восстановителей, а также коллоидных и взвешенных веществ, обволакивающих микроорганизмы, приводит к замедлению процесса обеззараживания воды.

Взаимодействие хлора с компонентами воды — сложный и многостадийный процесс. Небольшие дозы хлора полностью связываются органическими веществами, неорганическими восстановителями, взвешенными частицами, гуминовыми веществами и микроорганизмами воды. Для надежного обеззараживающего эффекта воды после ее хлорирования необходимо определять остаточные концентрации свободного или связанного активного хлора.

*Энергетический метаболизм у бактерий происходит в мезосомах — аналогах митохондрий.*





Рис. 23. График зависимости величины и вида остаточного хлора от введенной дозы хлора

На рис. 23 приведена зависимость между дозой введенного хлора и остаточным хлором при наличии в воде аммиака или аммонийных солей. При хлорировании воды, не содержащей аммиака или других азотсодержащих соединений`, с увеличением количества внесенного в воду хлора возрастает содержание в ней остаточного свободного хлора. Но картина меняется при наличии в воде аммиака, аммонийных солей и других азотсодержащих соединений, которые являются составной частью природной воды или искусственно вносятся в нее. При этом хлор и хлорные агенты взаимодействуют с присутствующим в воде аммиаком, аммонийными и органическими солями, содержащими аминогруппы. Это приводит к образованию моно- и дихлораминов, а также чрезвычайно нестойких трихлораминов:

NH3 + Н20 = NH4OH-

С12 + Н20 = НС10 + HCl-

НСЮ + NH4OH = NH2C1 + Н20-

НСЮ + NH2C1 = NHC12+ H20-

НСЮ + NHC12 = NC13 + Н20.

Хлорамины представляют собой связанный активный хлор, обладающий бактерицидным действием, которое в 25—100 раз меньше, чем у свободного хлора. Кроме того, в зависимости от pH воды изменяется соотношение между моно- и дихлораминами (рис. 24). При низких значениях pH (5—6,5) преимущественно образуются дихлорамины, а при больших значениях pH (больше 7,5) — монохлорамины, бактерицидное действие которых в 3—5 раз слабее, чем дихлораминов. Бактерицидность неорганических хлораминов в 8—10 раз выше, чем хлорпроизводных органических аминов и иминов. При добавлении к воде невысоких доз хлора при молярном соотношении С12 : NH* < 1 образуются моно- и дихлорамины. Поэтому на отрезке II кривой (см. рис. 23) в воде

*Безаммиачной воды в природе нет. Ее можно приготовить лишь в лабораторных условиях из дистиллированной воды.*

накапливается остаточный связанный с аминами хлор. При увеличении дозы хлора образуется больше хлораминов и концентрация остаточного связанного хлора повышается до максимума (точка А).

При дальнейшем увеличении дозы хлора молярное соотношение введенного хлора и иона NH *, содержащего в воде, становится больше единицы. При этом моно-, ди- и, особенно, трихлорамины окисляются избыточным хлором в соответствии с приведенными реакциями:

NHC12 + NH2C1 + НСЮ -> N20 + 4НС1-

NHC12 + Н20 -> NH(OH)Cl + HCl-

NH(OH)Cl + 2HC10 -> HN03 + ЗНС1-

NHC12 + HCIO -> NC13 + H20-

4NH2C1 + 3C12 + H20 = N2 + N20 + 10HC1-

IONCI3 + CI2 + 16H20= N2 + 8N02 + 32HCI.

При молярном соотношения Cl2 : NH до 2 ( 10 мг Cl2 на 1 мг N2 в виде NH ) вследствие окисления хлораминов избыточным хлором количество остаточного связанного хлора в воде резко снижается (отрезок III) до минимальной точки (точки В), которая называется точкой перелома. Графически она имеет вид глубокого провала на кривой остаточного хлора (см. рис. 23).

При дальнейшем увеличении дозы хлора после точки перелома концентрация остаточного хлора в воде вновь начинает постепенно возрастать (отрезок IV на кривой). Этот хлор не связан с хлораминами, носит название свободного остаточного (активного) хлора и имеет наивысшую бактерицидную активность. Действует на бактерии и вирусы подобно активному хлору при отсутствии в воде аммиака и аммонийных соединений.

Как свидетельствуют данные исследований, воду можно обеззараживать двумя дозами хлора: до- и послепереломной. Однако при хлорировании допереломной дозой вода обеззараживается за счет действия хлораминов, а при хлорировании послепереломной — свободного хлора.

Во время обеззараживания воды добавляемый хлор расходуется как на взаимодействие с микробными клетками и вирусами, так и на окисление органических и минеральных соединений (мочевины, мочевой кислоты, креатини-на, аммиака, гуминовых веществ, солей двухвалентного железа, аммонийных солей, карбаматов и др.), которые содержатся в воде во взвешенном и растворенном состоянии. Количество хлора, поглощенное примесями воды (органическими веществами, неорганическими восстановителями, взвешенными частицами, гуминовыми веществами и микроорганизмами), называется хлорпог-лощаемостью воды (отрезок I на кривой). Поскольку природные воды имеют различный состав, то и величина хлорпоглощаемости у них неодинакова. Таким образом, хлорпоглощаемость — это количество активного хлора, которое поглощается взвешенными частицами и расходуется на окисление бактерий, органических и неорганических соединений, содержащихся в 1 л воды.

Рассчитывать на успешное обеззараживание воды можно лишь при наличии некоторого избытка хлора по отношению к количеству, которое поглощается бактериями и различными соединениями, содержащимися в воде. Эффективной является доза активного хлора, равная суммарному количеству поглощенного и остаточного хлора. С присутствием в воде остаточного хлора (или, как его еще называют, избыточного) связано представление об эффективности обеззараживания воды.

При хлорировании воды жидким хлором, кальция и натрия гипохлоритами, хлорной известью 30-минутный контакт обеспечивает надежный обеззараживающий эффект при концентрации остаточного хлора не меньше 0,3 мг/л. Но при хлорировании с преаммонизацией контакт должен быть на протяжении 1—2 ч, а эффективность обеззараживания будет гарантированной при наличии остаточного связанного хлора в концентрации не менее 0,8 мг/л.

Хлор и хлорсодержащие соединения в значительной мере влияют на органолептические свойства питьевой воды (запах, привкус), а в определенных концентрациях раздражают слизистые оболочки ротовой полости и желудка. Предельная концентрация остаточного хлора, при которой питьевая вода не приобретает хлорного запаха и привкуса, установлена для свободного хлора на уровне 0,5 мг/л, а для связанного — 1,2 мг/л. По токсикологическим признакам предельной концентрацией активного хлора в питьевой воде является 2,5 мг/л`.

Следовательно, для обеззараживания воды необходимо добавить такое количество хлорсодержащего препарата, чтобы после обработки вода содержала 0,3—0,5 мг/л остаточного свободного или 0,8—1,2 мг/л остаточного связанного хлора. Такой избыток активного хлора не ухудшает вкуса воды, не вредит здоровью, но гарантирует ее надежное обеззараживание.

Таким образом, для эффективного обеззараживания к воде добавляют дозу активного хлора, равную сумме хлорпоглощаемости и остаточного активного хлора. Эта доза называется хлорпотребностью воды.

Хлорпотребностъ воды — это количество активного хлора (в миллиграммах), необходимое для эффективного обеззараживания 1 л воды и обеспечивающее содержание остаточного свободного хлора в пределах 0,3—0,5 мг/л после 30-минутного контакта с водой, или количество остаточного связанного хлора в пределах 0,8—1,2 мг после 60-минутного контакта. Содержание остаточного

*Предельная концентрация хлора диоксида в питьевой воде — не выше 0,5 мг/л, лимитирующий показатель водного действия — органолептический.*

активного хлора контролируют после резервуаров чистой воды перед подачей в водопроводную сеть. Поскольку хлорпоглощаемость воды зависит от ее состава и является неодинаковой для воды из разных источников, то в каждом случае хлорпотребность определяют экспериментально путем пробного хлорирования. Ориентировочно хлорпотребность осветленной и обесцвеченной коагуляцией, отстаиванием и фильтрацией речной воды колеблется в пределах 2—3 мг/л (иногда — до 5 мг/л), воды подземных межпластовых вод — в пределах 0,7—1 мг/л.

Факторы, влияющие на процесс хлорирования воды, связаны с: 1) биологическими особенностями микроорганизмов- 2) бактерицидными свойствами хлорсодержащих препаратов- 3) состоянием водной среды- 4) с условиями, в которых осуществляется обеззараживание.

Известно, что споровые культуры во много раз более устойчивы, чем вегетативные формы к действию дезинфицирующих средств. Энтеровирусы более стойкие, чем кишечные бактерии. Сапрофитные микроорганизмы более резистентны, чем патогенные. При этом среди патогенных микроорганизмов наиболее чувствительными к хлору являются возбудители брюшного тифа, дизентерии, холеры. Возбудитель паратифа В более стойкий к действию хлора. Кроме того, чем выше инициальная контаминация воды микроорганизмами, тем ниже при одинаковых условиях эффективность обеззараживания.

Бактерицидная активность хлора и его соединений связана с величиной его окислительно-восстановительного потенциала. Окислительно-восстановительный потенциал возрастает при одинаковых концентрациях в ряду: хлорамин —> хлорная известь -> хлор —» хлора диоксид.

Эффективность хлорирования зависит от свойств и состава водной среды, а именно: от содержания взвешенных веществ и коллоидных соединений, концентрации растворенных органических соединений и неорганических восстановителей, pH воды, ее температуры.

Взвешенные вещества и коллоиды препятствуют воздействию дезинфицирующего агента на микроорганизмы, находящиеся в толще частицы, поглощают активный хлор вследствие адсорбции и химического связывания. Влияние на эффективность хлорирования органических соединений, растворенных в воде, зависит как от их состава, так и от свойств хлорсодержащих препаратов. Так, азотсодержащие соединения животного происхождения (белки, аминокислоты, амины, мочевина) активно связывают хлор. Соединения, не содержащие азота (жиры, углеводы), слабее реагируют с хлором. Поскольку наличие в воде взвешенных веществ, гуминовых и других органических соединений снижает эффект хлорирования, для надежного обеззараживания мутные и повышенной цветности воды предварительно осветляют и обесцвечивают.

При снижении температуры воды до 0—4 °С уменьшается бактерицидный эффект хлора. Эта зависимость особенно заметна в опытах с высокой инициальной контаминацией воды и в случае хлорирования ее невысокоми дозами хлора. В практике работы водопроводных станций, если загрязнение воды источника отвечает требованиям Госстандарта 2761-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и контроль за качеством", снижение температуры заметно не влияет на эффективность обеззараживания.

Механизм влияния pH воды на ее обеззараживание хлором связан с особенностями диссоциации хлорноватистой кислоты: в кислой среде равновесие смещается в сторону молекулярной формы, в щелочной — ионной. Хлорноватистая кислота в недиссоциированной молекулярной форме лучше проникает через оболочки в середину бактериальной клетки, чем гидратированные ионы гипохлорита. Поэтому в кислой среде процесс обеззараживания воды ускоряется.

На бактерицидный эффект хлорирования значительно воздействуют доза реагента и продолжительность контакта: бактерицидный эффект возрастает при повышении дозы и увеличении продолжительности действия активного хлора.

Способы хлорирования воды. Существует несколько способов хлориро-. вания воды с учетом характера остаточного хлора, выбор которых определяется особенностями состава обрабатываемой воды. Среди них: 1) хлорирование послепереломными дозами- 2) обычное хлорирование или хлорирование по хлорпотребности- 3) суперхлорирование- 4) хлорирование с преаммонизацией. • В первых трех вариантах воду обеззараживают свободным активным хлором. При хлорировании с преаммонизацией бактерицидный эффект обусловлен действием хлораминов, т. е. связанного активного хлора. Кроме того, применяются комбинированные способы хлорирования.

Хлорирование послепереломными дозами предусматривает, что после 30 мин контакта в воде будет присутствовать свободный активный хлор. Дозу хлора подбирают таким образом, чтобы она была несколько выше той дозы, при которой образуется перелом на кривой остаточного хлора, т. е. в диапазоне IV (см. рис. 23). Подобранная таким способом доза обусловливает появление в воде остаточного свободного хлора в наименьшем количестве. Этот метод отличается тщательным подбором дозы. Он дает стойкий и надежный бактерицидный эффект, препятствует появлению запахов в воде.

Обычное хлорирование (хлорирование по хлорпотребности) является наиболее распространенным способом обеззараживания питьевой воды при централизованном хозяйственно-питьевом водоснабжении. Хлорирование по хлорпотребности проводится такой послепереломной дозой, которая через 30 мин контакта обеспечивает присутствие в воде остаточного свободного хлора в пределах 0,3—0,5 мг/л.

Поскольку природные воды существенно отличаются по составу и поэтому имеют различную хлорпоглощаемость, хлорпотребность определяют экспериментально путем опытного хлорирования воды, подлежащей обеззараживанию. Помимо правильного выбора дозы хлора, обязательным условием эффективного обеззараживания воды является тщательное смешивание и время экспозиции, т. е. время контакта хлора с водой (не менее 30 мин).

Как правило, на водопроводных станциях хлорирование по хлорпотребности проводят после осветления и обесцвечивания воды. Хлорпотребность такой воды колеблется в пределах 1—5 мг/л. Оптимальную дозу хлора вводят в воду сразу после фильтрации перед РЧВ.

Исходя из хлорпотребности, можно проводить и двойное хлорирование, при котором первый раз хлор подают в смеситель перед камерой реакции, а второй — после фильтров. При этом экспериментально определенную оптимальную дозу хлора не изменяют. Хлор при введении в смеситель перед камерой реакции улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, чем дает возможность снизить дозу коагулянта. Кроме того, он угнетает рост микрофлоры, которая загрязняет песок на фильтрах. Общие расходы хлора при двойном хлорировании практически не увеличиваются и остаются почти такими же, как и при одноразовом.

Двойное хлорирование заслуживает широкого применения. К нему следует обращаться в тех случаях, когда загрязнение речной воды сравнительно высокое или подвержено частым колебаниям. Двойное хлорирование повышает санитарную надежность обеззараживания воды.

Суперхлорирование (перехлорирование) является способом обеззараживания воды, при котором используются повышенные дозы активного хлора (5—20 мг/л). Эти дозы фактически являются послепереломными. К тому же они значительно превышают хлорпотребность природной воды и обусловливают наличие в ней высоких (свыше 0,5 мг/л) концентраций остаточного свободного хлора. Поэтому метод суперхлорирования не требует предварительного определения хлорпотребности воды и тщательного подбора дозы активного хлора, однако после обеззараживания необходимо удалить избыточный свободный хлор.

Суперхлорирование используют при особой эпидемиологической обстановке, при невозможности определить хлорпотребность воды и обеспечить достаточное время контакта хлора с водой, а также с целью предупреждения появления запахов воды и борьбы с ними. Этот метод удобен в военно-полевых условиях, при чрезвычайных ситуациях.

Суперхлорирование эффективно обеспечивает надежное обеззараживание даже мутной воды. От высоких доз активного хлора гибнут устойчивые к действию дезинфектантов возбудители, такие, как риккетсии Бернетта, цисты дизентерийной амебы, микобактерии туберкулеза и вирусы. Но даже такие дозы хлора не могут надежно обеззаразить воду от спор сибирской язвы и яиц гельминтов.

При суперхлорировании остаточный свободный хлор в обеззараженной воде значительно превышает 0,5 мг/л, что делает воду непригодной для употребления вследствие ухудшения ее органолептических свойств (резкий запах хлора). Поэтому возникает необходимость в освобождении ее от избытка хлора. Такой процесс называется дехлорированием. Если избыток остаточного хлора невелик, его можно удалить путем аэрации. В остальных случаях воду очищают, фильтруя через слой активированного угля или с помощью химических методов, таких, как обработка натрия гипосульфитом (тиосульфатом), натрия бисульфитом, сернистым ангидридом (серы диоксидом), железа сульфатом. На практике применяют преимущественно натрия гипосульфит (тиосульфат) — Na2S203 • 5Н20. Количество его рассчитывают в зависимости от количества избыточного хлора, исходя из следующей реакции:

Na2S203 + С12+ Н20 = Na2S04 + 2HCI + si.

Согласно приведенной реакции связывания между активным хлором и натрия гипосульфитом при мольном соотношении 1:1, на 0,001 г хлора используется 0,0035 г кристаллогидрата натрия гипосульфита, или на 1 мг хлора — 3,5MrNa2S203-5H20.

Хлорирование с преаммонизацией. Метод хлорирования в преаммонизацией используется:

1) с целью предотвращения появления неприятных специфических запахов, которые возникают после хлорирования воды, содержащей фенол, бензол и этилбензол-

2) для предотвращения образования канцерогенных веществ (хлороформ и др.) при хлорировании питьевой воды, содержащей гуминовые кислоты, углеводороды метанового ряда-

3) для снижения интенсивности запаха и привкуса хлора, особенно ощутимого в летнее время-

4) для экономии хлора при высокой хлорпоглощаемости воды и отсутствии запахов, привкусов и высокого бактериального загрязнения.

Если природная вода содержит фенолы (например, вследствие загрязнения водоемов сточными водами промышленных предприятий) даже в незначительных количествах1, то при обеззараживании хлорсодержащими соединениями, которые гидролизуются с образованием хлорноватистой кислоты, свободный активный хлор сразу же взаимодействует с фенолом, образуя хлорфенолы, которые даже в небольших концентрациях придают воде птечный привкус и запах. В то же время связанный активный хлор — хлораминный, имея более низкий окислительно-восстановительный потенциал, не взаимодействует с фенолом с образованием хлорфе-нолов, и поэтому во время обеззараживания не ухудшаются органолептические свойства воды. Аналогично свободный активный хлор способен взаимодействовать с углеводородами метанового ряда с образованием тригалометанов (хлороформа, дибромхлорметана, дихлорбромметана), являющихся канцерогенами. Предотвратить их образование можно, обеззараживая воду связанным активным хлором.

При хлорировании с преаммонизацией в воду, которую обеззараживают, сначала добавляют раствор аммиака2 или его солей, а через 1—2 мин вводят хлор. Вследствие этого в воде образуются хлорамины (монохлорамины NH2C1 и дихлорамины NHC12), которые обладают бактерицидным действием. Химические реакции образования хлораминов приведены на с. 170.

Соотношение образующихся веществ зависит от pH, температуры и количества реагирующих соединений. Эффективность хлорирования с преаммонизацией зависит от соотношения NH3 и С12, причем используют дозы этих реагентов в пропорциях 1:2, 1:4, 1:6, 1:8. Для воды каждого источника водоснабжения необходимо подбирать наиболее эффективное соотношения. Скорость обеззараживания воды хлораминами ниже, чем скорость дезинфекции свободным хлором, поэтому продолжительность дезинфекции воды в случае хлорирования с преаммонизацией должна быть не меньше 2 ч. Особенности бактерицидного действия хлораминов, а также их способность не образовывать хлорпроизводных, имеющих специфические запахи, объясняется их значитель-

*ПДК фенола в воде 0,001 мг/л, лимитирующий показатель — органолептический (запах), 4-й класс опасности.*

*Для введения аммиака в воду удобнее всего использовать вакуумные хлораторы.*

но меньшей окислительной активностью, поскольку окислительно-восстановительный потенциал хлораминов значительно ниже, чем у хлора.

Кроме преаммонизации (введение аммиака за 1—2 мин до введения хлора), иногда применяют постаммонизацию, когда аммиак вводят после хлора непосредственно в резервуары с чистой водой. Благодаря этому хлор фиксируется дольше, чем достигается увеличение продолжительности его действия.

Комбинированные способы хлорирования воды. Кроме рассмотренных методов хлорирования воды, предложен ряд комбинированных, когда вместе с хлорсодержащими соединениями используют еще один химический или физический дезинфицирующий агент, что повышает эффект обеззараживания. Хлорирование можно комбинировать с обработкой воды солями серебра (хлор-серебряный метод), калия перманганатом (хлорирование с манганированием), озоном или ультрафиолетом, ультразвуком и т. п.

Хлорирование с манганированием (с добавлением раствора КМп04) используют при необходимости усиления окислительного и бактерицидного действия хлора, так как калия перманганат более сильный окислитель. Способ следует применять при наличии в воде запахов и привкусов, которые обусловлены органическими веществами, водорослями. При этом калия перманганат вводят до хлорирования. Добавлять КМп04 следует перед отстойниками в дозах 1—5 мг/л или перед фильтрами в дозе 0,08 мг/л. Восстанавливаясь до нерастворимого в воде Мп02, он полностью задерживается в отстойниках и на фильтрах.

Хлорсеребряный метод используют на судах речного флота (на установках КВУ-2 и УКВ-0,5). Он обеспечивает усиленное обеззараживание воды и ее консервацию на длительный срок (до 6 мес) при добавлении ионов серебра в количестве 0,05—0,1 мг/л.

Кроме того, хлорсеребряный метод используют для обеззараживания воды в плавательных бассейнах, где необходимо по мере возможности снизить дозу хлора. Это возможно потому, что бактерицидное действие обеспечивается в пределах суммарного эффекта доз хлора и серебра.

Бактерицидное, вирулицидное и окислительное действие хлора может быть усилено за счет одновременного воздействия ультразвуком, ультрафиолетовым излучением, постоянным электрическим током.

Критерии обеззараживания воды хлором. Контроль за эффективностью хлорирования воды проводят на водопроводных станциях по косвенным показателям, которые свидетельствуют об эпидемической безопасности воды. Гигиенические требования к качеству питьевой воды после обеззараживания по микробиологическим и паразитологическим показателям приведены в табл. 4 (см. с. 100).

Пробы воды отбирают после резервуаров чистой воды перед подачей в водопроводную сеть. Контроль эффективности хлорирования по остаточному активному хлору осуществляют ежечасно, то есть 24 раза в сутки. Хлорирование считается эффективным, если содержание остаточного свободного хлора находится в пределах 0,3—0,5 мг/л через 30 мин контакта, или содержание остаточного связанного хлора составляет 0,8—1,2 мг/л через 60 мин контакта.

По микробиологическим показателям эпидемической безопасности воду после РЧВ исследуют дважды в сутки, то есть 1 раз в 12 ч. В воде после обеззараживания определяют общее микробное число и индекс БГКП (коли-индекс). Обеззараживание воды считается эффективным, если коли-индекс не превышает 3, а общее микробное число — не более 100.

Отрицательные последствия хлорирования воды для здоровья населения. В результате реакции хлора с гуминовыми соединениями, продуктами жизнедеятельности гидробионтов и некоторыми веществами промышленного происхождения образуются десятки новых чрезвычайно опасных галоформ-ных соединений, в том числе канцерогены, мутагены и высокотоксичные вещества с ПДК на уровне сотых и тысячных миллиграмма на 1 л. В табл. 3 и 5 (см. с. 66, 67, 101) приведены некоторые галогенсодержащие соединения, особенности их действия на организм человека, гигиенические нормативы в питьевой воде. Индикаторами этой группы являются тригалометаны: хлоро- и бро-моформ, дибромхлорметан, бромдихлорметан. В обеззараженной питьевой воде и воде горячего водоснабжения чаще всего и в более высоких концентрациях выявляют хлороформ — канцероген группы 2Б, по классификации МАИР.

Галоформные соединения поступают в организм с водой не только энте-рально. Некоторые вещества проникают через неповрежденную кожу во время контакта с водой, в частности при плавании в бассейне. Во время приема ванны или душа галоформные соединения попадают в воздух. Аналогичный процесс происходит в процессе кипячения воды, белья, приготовления пищи.

С учетом чрезвычайной опасности для здоровья человека галоформных соединений разработан комплекс мероприятий по снижению их уровней в воде. Он предусматривает:

• охрану источника водоснабжения от загрязнения сточными водами, которые содержат предшественники галоформных соединений-

• снижение эвтрификации поверхностных водоемов-

• отказ от перехлорирования (первичного хлорирования) или его замену ультрафиолетовым облучением или добавление меди сульфата-

• оптимизацию коагуляции для снижения цветности воды, то есть удаление гуминовых веществ (предшественников галоформных соединений)-

• использование дезинфектантов, имеющих меньшую способность к образованию галоформных соединений, в частности хлора диоксида, хлораминов-

• использование хлорирования с преаммонизацией-

• аэрацию воды или использование гранулированного активированного угля в качестве наиболее эффективного способа удаления галоформных соединений из воды.

Кардинальным решением проблемы является замена хлорирования озонированием и обеззараживанием воды УФ-лучами.

Озонирование воды и его преимущества перед хлорированием. Озонирование является одним из перспективных методов обработки воды с целью ее обеззараживания и улучшения органолептических свойств. Сегодня почти 1000 водопроводных станций в Европе, преимущественно во Франции, Германии и Швейцарии, используют озонирование в технологической схеме обработки воды. В последнее время озонирование начали широко внедрять в США и Японии. В Украине озонирование используют на Днепровской водопроводной



Рис. 25. Технологическая схема озонаторной установки:

1 — воздухоприемник- 2 — воздушный фильтр- 3 — предупредительный клапан- 4 — пять приточных вентиляторов- 5 — воздушный вантуз- 6 — два охлаждаемых сушителя- 7 — четыре адсорбционные сушки- 8 — активированный глинозем- 9 — охлаждение нагревателей вентилятора- 10 — пятьдесят генераторов озона (изображено 2)- 11 — сухой воздух- 12 — впуск охлаждающей воды- 13 — выпуск охлаждающей воды- 14 — озонированный воздух- 15 — три резервуара для диффузии озона- 16 — уровень воды

станции Киева, в странах СНГ — на водопроводных станциях Москвы (Российская Федерация) и Минска (Беларусь).

Озон (Os) — газ бледно-фиолетового цвета, обладающий специфическим запахом, сильный окислитель. Молекула его весьма неустойчива, легко распадается (диссоциирует) на атом и молекулу кислорода. В промышленных условиях озоно-воздушную смесь получают в озонаторе с помощью "медленного" электрического разряда при напряжении 8000—10 000 В.

Принципиальная схема озонаторной установки приведена на рис. 25. Компрессор забирает воздух, очищает от пыли, охлаждает, сушит на адсорберах с силикагелем или активным алюминия оксидом (которые регенерируют продуванием горячим воздухом). Далее воздух проходит через озонатор, где образуется озон, который через распределительную систему подается в воду контактного резервуара. Доза озона, необходимая для обеззараживания, для большинства типов воды составляет 0,5—6,0 мг/л. Чаще всего для подземных водоисточников дозу озона принимают в пределах 0,75—1,0 мг/л, для поверхностных вод — 1—3 мг/л. Иногда для обесцвечивания и улучшения органо-лептических свойств воды необходимы высокие дозы. Продолжительность контакта озона с водой должна быть не менее 4 мин1. Косвенным показателем

*В соответствии с ГОСТом 2874-82 продолжительность обеззараживания воды с помощью озона составляла не менее 12 мин. Такая же продолжительность регламентируется и утвержденным МЗ России СанПиНом 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества". В соответствии с СанПиН "Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения", утвержденным МЗ Украины, продолжительность обработки озоном должна быть не менее 4 мин.*

эффективности озонирования является наличие остаточных количеств озона на уровне 0,1—0,3 мг/л после камеры смешения.

Озон в воде распадается, образуя атомарный кислород: 03 —> 02 + О". Доказано, что механизм распада озона в воде сложен. При этом происходит ряд промежуточных реакций с образованием свободных радикалов (например, НО*), которые также являются окислителями. Более сильное окислительное и бактерицидное действие озона по сравнению с хлором объясняется тем, что его окислительный потенциал больше, чем у хлора.

С гигиенической точки зрения, озонирование является одним из наилучших методов обеззараживания воды. Вследствие озонирования достигается надежный обеззараживающий эффект, разрушаются органические примеси, а органолептические свойства воды не только не ухудшаются, как при хлорировании или кипячении, но и улучшаются: уменьшается цветность, исчезают лишние привкус и запах, вода приобретает голубой оттенок. Избыток озона быстро разлагается, образуя кислород.

Озонирование воды имеет следующие определенные преимущества перед хлорированием:

1) озон является одним из самых сильных окислителей, его окислительно-восстановительный потенциал выше, чем у хлора и даже хлора диоксида-

2) при озонировании в воду не вносится ничего постороннего и не происходит сколько-нибудь заметных изменений минерального состава воды и pH-

3) избыток озона через несколько минут превращается в кислород, и поэтому не влияет на организм и не ухудшает органолептические свойства воды-

4) озон, вступая во взаимодействие с соединениями, содержащимися в воде, не вызывает появления неприятных привкусов и запахов-

5) озон обесцвечивает и дезодорирует воду, содержащую органические вещества природного и промышленного происхождения, придающие ей запах, привкус и окраску-

6) по сравнению с хлором озон эффективнее обеззараживает воду от споровых форм и вирусов-

7) процесс озонирования в меньшей степени подвержен влиянию переменных факторов (pH, температуры и т. п.), что облегчает технологическую эксплуатацию водоочистных сооружений, а контроль за эффективностью не сложней, чем при хлорировании воды-

8) озонирование воды обеспечивает бесперебойность процесса обработки воды, отпадает необходимость перевозки и хранения небезопасного хлора-

9) при озонировании образуется значительно меньше новых токсических веществ, чем при хлорировании. Преимущественно это альдегиды (например, формальдегид) и кетоны, которые образуются в сравнительно небольших количествах-

10) озонирование воды дает возможность комплексной обработки воды, при которой может одновременно достигаться обеззараживание и улучшение органолептических свойств (цветность, запах и привкус).

Обеззараживание воды ионами серебра. Вода, обработанная серебром в дозе 0,1 мг/л, сохраняет высокие санитарно-гигиенические показатели в течение года. Вводить серебро можно непосредственно, путем обеспечения контакта воды с поверхностью самого металла, а также растворяя соли серебра в воде электролитическим способом. Л.А. Кульский разработал ионаторы ЛК-27, ЛК-28, в которых предусматривается анодное растворение серебра электрическим постоянным током.

Механизм действия химических дезинфектантов на микроорганизмы. Начальной стадией действия любого дезинфектанта на бактериальную клетку является его сорбция на клеточной поверхности (О.С. Савлук, 1998). После диффузии дезинфектантов сквозь клеточную стенку мишенями их действия становятся цитоплазматическая мембрана, нуклеоид, цитоплазма, рибосомы, мезосомы. Следующий этап — деградация макромолекулярных, в том числе белковых, структур бактериальной клетки в результате инактивации высокореактивноспособных функциональных групп (сульфгидрильных, аминных, фе-нольных, индольных, тиоэтиловых, фосфатных, кетогрупп, эндоциклических атомов азота и пр.). Наиболее чувствительными являются ферменты, содержащие SH-группы, т. е. тиоловые ферменты. Среди них наиболее сильно угнетаются дегидрогеназы, которые обеспечивают дыхание бактерий и локализованы преимущественно в мезосомах.

Среди органелл бактериальной клетки одной из наиболее повреждаемых химическими дезинфектантами является цитоплазматическая мембрана. Это обусловлено ее легкой доступностью для окислителя (сравнительно с другими органеллами) и наличием большого количества активных групп (в том числе сульфгидрильных), которые легко инактивируются. Поэтому для повреждения цитоплазматической мембраны необходимы сравнительно незначительные количества дезинфектантов. Ввиду важности функций цитоплазматической мембраны для жизнедеятельности бактериальной клетки, ее повреждение является чрезвычайно опасным.

Нуклеоид, основную часть которого представляет молекула ДНК, несмотря на наличие реактивноспособных групп, которые потенциально способны взаимодействовать с дезинфектантами, малодоступен для их молекул и ионов. Это вызвано, во-первых, трудностями транспорта дезинфектанта из водного раствора в нуклеоид через внешнюю и цитоплазматическую мембраны бактериальной клетки, а отсюда —- с непродуктивными потерями обеззараживающих агентов. Во-вторых, наличие первичной гидратной оболочки на поверхности ДНК становится препятствием для некоторых дезинфектантов. В частности, эта гидратная оболочка непроницаема для катионов.

Значительное количество дезинфектанта необходимо для инактивации рибосом и полисом, которые содержат рРНК, что обусловлено их высокой концентрацией в бактериальной клетке (по сравнению с ДНК).

Химические дезинфектанты должны иметь максимально широкий спектр бактерицидного действия и минимальную токсичность для организма. С учетом механизма взаимодействия с бактериальными клетками химические дезинфектанты разделены на две группы:

1. Вещества, которые поражают клеточные структуры за счет химико-физического воздействия, т. е. вещества полярной структуры, которые содержат липофильные и гидрофильные группы (спирты, фенолы, крезолы, детергенты, полипептидные антибиотики). Растворяют фрагменты клеточных структур — мембран, нарушая их целость и соответственно функции. Обладая широким спектром бактерицидного действия благодаря сходству строения клеточных мембран у разнообразных прокариотов, этот класс дезинфектантов эффективен лишь в высоких концентрациях — от 1 до 10 М.

2. Вещества, поражающие клеточные структуры за счет химического взаимодействия. Их можно разделить на 2 подкласса: 1 ) вещества, которые только тормозят рост бактерий- 2) вещества, вызывающие их гибель. Грань между ними достаточно условна и в большой степени определяется концентрацией. К дезинфектантам, которые вызывают гибель клеток, принадлежат почти все тяжелые металлы, образующие с сульфгидрильными группами тяжело диссоциируемые комплексы, а также циан-анионы, которые образуют тяжело диссоциируемые комплексы с железом, чем блокируют функцию терминального дыхательного фермента цитохромоксидазы. Дезинфектанты, которые тормозят рост бактерий, при взаимодействии с функциональными группами клеточных соединений или приводят к их превращению (обратимому в определенных условиях) в другие группы, или ингибируют их вследствие структурного подобия дезинфектантов с нормальными клеточными метаболитами.

Эффективность действия химических дезинфектантов зависит и от возможностей их транспорта через клеточные структуры к мишени в клетке. У грациликутных (грамотрицательных) и фирмакутных (грамположительных) бактерий оболочки имеют разное строение, причем основное отличие состоит в том, что грациликутные бактерии имеют дополнительную внешнюю прослойку, состоящую из фосфолипидов, липопротеинов и белков. И двух-, и трехслойная структуры оболочки обеспечивают высокую селективность проникновения извне в клетку чужеродных веществ.

Кроме транспортных ограничений, на эффективность химических дезинфектантов может влиять электролитный состав обеззараживаемой воды. Например, при использовании для дезинфекции катионов тяжелых металлов наличие некоторых анионов (С1~, Вг", I", SO^~, PO J" и пр.) и щелочная среда, может привести к образованию тяжелорастворимых плохо диссоциируемых соединений.

Взаимодействие дезинфектантов с метаболитами клетки и химическими соединениями, которые содержатся в ней, также может привести к изменению физико-химических свойств дезинфектанта. Так, по данным Л.А. Куль-ского (1988), внутриклеточная жидкость содержит почти 3 мг-экв/л анионов, до 100 мг-экв/л HPOj" и почти 20 мг-экв/л SOj", чего вполне достаточно для превращения многих дезинфектантов, например катионов тяжелых металлов, в малодиссоциированные соединения.

Механизм бактерицидного действия позволяет объяснить синергические эффекты, которые наблюдаются экспериментально при обеззараживании воды комбинациями химических дезинфектантов или путем физического влияния и действия химического дезинфектанта. С позиции рассмотренного механизма, действием одного из комбинации дезинфектантов нейтрализуется система "жертвенной защиты" бактериальной клетки, после чего другой дезинфектант получает практически беспрепятственный доступ к основным мишеням и, взаимодействуя с ними, инактивирует клетку.

Так, оптимальными бактерицидными свойствами должны обладать комбинации химических дезинфектантов, в которых один способен необратимо связывать сульфгидрильные группы белков оболочки, а другой, имеющий высокоселективные транспортные свойства, быстро диффундирует в цитоплазму клетки и, взаимодействуя с ДНК и РНК, инактивирует бактериальную клетку.Такими высокоэффективными комбинациями дезинфектантов являются системы С12 : Н202, С12: 03, С12 : Ag+, I2 : Ag+ и т. п. При сочетании физического влияния и действия химического дезинфектанта в результате физического воздействия на оболочку бактериальной клетки происходит дезорганизация или частичное разрушение ее структуры. Это способствует более легкой транспортировке химического дезинфектан-та к мишеням клетки и ее дальнейшей инактивации. Применение комбинаций дезинфектантов очень эффективно в отношении инактивации бактериальных клеток-мутантов, которые находятся в клеточных популяциях в количестве ю-4—ю;".

Рассмотренный механизм бактерицидного действия химических дезинфектантов позволяет объяснить закономерности инактивации вирусов и бактериофагов. В частности, повышенная резистентность к химическим дезинфектан-там бактериофагов по сравнению с бактериальными клетками объясняется их пребыванием в цитоплазме бактерии и таким образом низкой доступностью для большинства химических дезинфектантов. Инактивация химическими де-зинфектантами вирусов и бактериофагов вне бактериальной клетки, возможно, осуществляется благодаря денатурации белковых оболочек вируса и взаимодействия с его ферментными системами, расположенными под белковыми оболочками.

Обеззараживание воды ультрафиолетовым (УФ) облучением. Обеззараживание воды УФ-лучами относится к физическим (безреагентным) методам. Безреагентные методы имеют ряд преимуществ, при их применении не изменяется состав и свойства воды, не появляются неприятные привкусы и запахи, отпадает необходимость в транспортировке и хранении реагентов.

Бактерицидное действие оказывают участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 295 нм. Максимум бактерицидного действия приходится на 260 нм. Такие лучи проникают через 25-сантиметровый слой прозрачной и бесцветной воды. Обеззараживается вода УФ-лучами достаточно быстро. После 1—2 мин облучения гибнут вегетативные формы патогенных микроорганизмов. Мутность и особенно цветность, окраска и соли железа, снижая проницаемость воды для бактерицидных УФ-лучей, замедляют этот процесс. То есть предпосылкой надежного обеззараживания воды УФ-лучами является предварительное ее осветление и обесцвечивание.

Обеззараживают УФ-облучением с помощью бактерицидных ламп преимущественно воды подземных водоисточников, коли-индекс которых не более 1000 КОЕ/л, содержание железа — не более 0,3 мг/л. Бактерицидные установки оборудуют на всасывающих и напорных линиях насосов II подъема в





Рис. 26. Установка для обеззараживания воды УФ-лучами (OB AKX-1):

а — разрез- б — схема движения воды по камере- 1 — смотровое окно- 2 — корпус- 3 — перегородки-

4 — подача воды- 5 — ртутно-кварцевая лампа ПРК-7- 6 — кварцевый чехол отдельных зданиях или помещениях. Если продуктивность водопроводной станции до 30 м3/ч, применяют установки с непогружным источником облучения в виде аргонно-ртутных ламп низкого давления. Если продуктивность станции составляет 30—150 м3/ч, то применяют установки с погружными ртут-но-кварцевыми лампами высокого давления (рис. 26).

При использовании аргонно-ртутных ламп низкого давления в воде не образуются токсические побочные продукты, тогда как под действием ртутно-кварцевых ламп высокого давления химический состав воды может изменяться за счет фотохимических превращений растворенных в воде веществ.

Обеззараживающий эффект бактерицидных УФ-лучей обусловлен преимущественно фотохимическими реакциями, вследствие чего возникают необратимые повреждения ДНК бактериальной клетки. Кроме ДНК, УФ-лучи повреждают и другие структурные части клетки, в частности рРНК, клеточные мембраны. Выход бактерицидной энергии составляет 11% при оптимальной длине большей части излучаемых волн.

Таким образом, бактерицидные лучи не денатурируют воду и не изменяют ее органолептических свойств, а также имеют более широкий спектр абиотического действия — они губительно влияют на споры, вирусы и яйца гельминтов, устойчивые к хлору. В то же время использование этого метода обеззараживания воды усложняет оперативный контроль эффективности, так как результаты определения микробного числа и коли-индекса воды можно получить только через 24 ч инкубации посевов, а экспрессного метода, который подобен определению остаточного свободного или связанного хлора или остаточного озона, в данном случае не существует.

Обеззараживание воды ультразвуком. Бактерицидное действие ультразвука объясняется главным образом механическим разрушением бактерий в ультразвуковом поле. Данные электронной микроскопии свидетельствуют о разрушении клеточной оболочки бактерий. Бактерицидный эффект ультразвука не зависит от мутности (в пределах до 50 мг/л) и цветности воды. Он распространяется как на вегетативные, так и на споровые формы микроорганизмов и зависит лишь от интенсивности колебаний.

Ультразвуковые колебания, которые могут быть использованы для обеззараживания воды, получают пьезоэлектрическим или магнитострикционным путем. Чтобы получить воду, отвечающую требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством", интенсивность ультразвука должна составлять около 2 Вт/см2, частота колебаний — 48 кГц в 1 с. Ультразвук частотой 20—30 кГц уничтожает бактерии за 2—5 с.

Термическое обеззараживание воды. Метод используют для обеззараживания небольшого количества воды в санаториях, больницах, на пароходах, поездах и пр. Полное обеззараживание воды и гибель патогенных бактерий достигается через 5—10 мин кипячения воды. Для этого типа обеззараживания используют специальные типы кипятильников.

Обеззараживание рентгеновским излучением. Метод предусматривает облучение воды коротковолновым рентгеновским излучением длиной волны 60—100 нм. Коротковолновое излучение глубоко проникает в бактериальные клетки, обусловливает их значительные изменения и ионизацию. Метод изучен недостаточно.

Обеззараживание вакуумированием. Метод предусматривает инактивацию бактерий и вирусов при пониженном давлении. Полный бактерицидный эффект достигается в течение 15—20 мин. Оптимальный режим обработки — при температуре 20—60 °С и давлении 2,2—13,3 кПа.

Другие физические методы обеззараживания, такие как обработка у-облу-чением, высоковольтными разрядами, электрическими разрядами малой мощности, переменным электрическим током, используют ограничено вследствие их высокой энергоемкости, сложности аппаратуры, а также из-за их недостаточной изученности и отсутствия информации о возможности образования вредных побочных соединений. Большинство из них сегодня находятся на стадии научных разработок.

Обеззараживание воды в полевых условиях. Система водоснабжения в полевых условиях должна гарантировать получение качественной питьевой воды, не содержащей возбудителей инфекционных болезней. Из технических средств, пригодных для улучшения качества воды в полевых условиях, особого внимания заслуживают тканево-угольные фильтры (ТУФ): портативные, транспортабельные, простые и высокопродуктивные.

ТУФ конструкции М.Н. Клюканова предназначены для временного использования (водоснабжения в полевых условиях, сельской местности, на

новостройках, во время экспедиций). Очищают и обеззараживают воду по методике М.Н. Клюканова путем одновременной коагуляции и дезинфекции повышенными дозами хлора (суперхлорирование) с дальнейшей фильтрацией через ТУФ (рис. 27). На тканевом фильтрующем слое задерживаются взвешенные частиц, то есть достигается осветление и обесцвечивание воды, а на угольном фильтрующем слое осуществляется дехлорирование.

Для коагуляции используют алюминия сульфат — A12(S04)3 в количестве 100— 200 мг/л. Доза активного хлора для обеззараживания воды (суперхлорирование) составляет не менее 50 мг/л. В воду одновременно вносят коагулянт и хлорную известь или ДТСГК (двутретиосновную соль гипо-

хлорита кальция) в дозах 150 и 50 мг/л соответственно. В этом случае на коагуляцию не влияет щелочность воды:

а) с хлорной известью —

A12(S04)3 + 6СаОС12 + 6Н20 -> -> 2А1(ОН)3 + 3CaS04 + ЗСаС12 + 6HOCI-

б) с ДТСГК —

A12(S04)3 + ЗСа(ОС1)2 • 2Са(ОН)2 + 2Н20 -> ->2А1(ОН)3 + 3CaS04 + 2Са(ОС1)2 + 2НОС1.

Обычно коагуляция происходит по реакции алюминия сульфата с гидрокарбонатами воды, которых должно быть не менее 2 мг-экв/л. В других случаях воду необходимо подщелачивать.

Через 15 мин после обработки приведенными выше реактивами отстоянную воду фильтруют через ТУФ. В очищенной воде определяют остаточный хлор и органолептические свойства.

Водопроводная сеть и сооружения на ней. Водопроводная сеть (распределительная система водопровода) представляет собой подземную систему труб, по которым вода под давлением (не менее 2,5—4 атм при пятиэтажной застройке), создаваемым насосной станцией II подъема, подается в населенный пункт и разводится на его территории. Она состоит из основных водоводов, по которым вода с водопроводной станции поступает в населенный пункт, и разветвленной сети труб, по которым вода подводится к водонапорным резервуарам, внешним водозаборным сооружениям (уличным колонкам, пожарным гидрантам), жилым и общественным зданиям. При этом основной водовод разветвляется на несколько магистральных, которые в свою очередь разветвляются на уличные, дворовые и домовые. Последние соединяются с системой труб внутреннего водопровода жилых и общественных зданий.



Рис. 28. Схема водопроводной сети: А — тупиковая схема- Б — кольцевая схема- а — насосная станция- б — водопровод- в — водонапорная башня- г — заселенные кварталы- д — разводящая сеть

По конфигурации водопроводная сеть может быть: 1) кольцевой- 2) тупиковой- 3) смешанной (рис. 28). Тупиковая сеть состоит из отдельных глухих линий, в которые вода поступает с одной стороны. При повреждении такой сети на каком-либо участке прекращается подача воды всем потребителям, которые подключены к линии, расположенной за точкой повреждения в направлении движения воды. В тупиковых концах распределительной сети вода может застаиваться, может появляться осадок, который служит благоприятной средой для размножения микроорганизмов. Тупиковую водопроводную сеть как исключение оборудуют на небольших поселковых и сельских водопров
Внимание, только СЕГОДНЯ!