ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРАДИЦИОННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И КОНСЕРВАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРАДИЦИОННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И КОНСЕРВАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Обеспечение населения доброкачественной питьевой водой в настоящее время является не только гигиенической, но и актуальной научно-технической и социальной проблемой. Это обусловлено многими причинами и, в первую очередь, интенсивным загрязнением водоисточников, что формирует дефицит воды питьевого качества. Проблема эпидемиологической опасности актуальна для всех регионов России, ибо сегодня доказано, что 2/3 водоисточников на территории страны не отвечают гигиеническим требованиям.

Если в 1960-1970-е гг. удалось стабилизировать, а в ряде стран снизить процент эпидемических заболеваний водного характера, то уже с середины 1980-х гг., особенно в последние 10-15 лет, наблюдается интенсивный рост такой патологии. Более того, появляются новые формы инфекций, передающиеся через воду, изменяется характер циркуляции возбудителя в водной среде.

Так, первичный занос в Россию даже такой классической водной инфекции, как холера, не завершился становлением полного эпидемиологического благополучия, а создал предпосылку для циркуляции возбудителя в окружающей среде. Это обусловлено появлением нового, более устойчивого в окружающей среде, типа холерного вибриона - Эль-тор.

Возрос процент вирусных инфекций. Эта проблема очень актуальна для всех стран мира, и особенно для России. Известно более 100 различных возбудителей тяжелых вирусных заболеваний водного происхождения, таких как полиомиелит, гепатиты А и Е, менингит, миокардит, гастроэнтерит. Идентифицированы новые вирусы малых круглых структур как причины острых гастроэнтеритов (США, Австралия, Япония). Только за 1995 г. в России зарегистрировано более 68 тыс. случаев этого заболевания.

Более того, отмечается появление новых возбудителей или возможность передачи с водой тех заболеваний, роль которых в инфекционной патологии человека ранее считалась гипотетической. Так, из систем горячего водоснабжения выделены легионеллы, которые могут вызывать тяжелые атипичные пневмонии. Заражение происходит ингаляционным путем в душе, вблизи термальных вод, фонтанов и т. д. Усугубляет эту ситуацию несовершенство современных систем водоснабжения. Материалы обследования 49 наиболее централизованных систем водоснабжения на территории Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей подтверждают это.

Из общего числа обследованных водопроводов на 36 станциях набор очистных сооружений не соответствует классу водоисточника, включает традиционный блок фильтрации, коагуляции и отстойников с обеззараживанием жидким хлором. Отсутствуют современные элементы доочистки (микрофильтрация, окислительные и сорбционные методы обработки воды). Снижена барьерная функция водопроводов и плохое санитарно-техническое состояние разводящих систем.

В отдельных районах Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей велик процент проб питьевой воды (от 48 до 65 %), не благополучных по бактериологическим показателям. Растет уровень заболеваемости ротавирусной инфекцией. Так, в Вологодской области динамика заболеваемости ротавирусной инфекцией имеет выраженную тенденцию к росту. Уровень регистрируемой заболеваемости вирусными диареями и гастроэнтеритами в этом регионе более чем в 8 раз превышает федеральный уровень.

В связи с этим обеззараживание питьевой воды как средство профилактики эпидемических заболеваний является наиболее значимым среди всех процессов кондиционирования.

В настоящее время особую актуальность приобретают вопросы обеззараживания питьевой воды не только в условиях централизованного хозяйственного питьевого водоснабжения, но и на автономных объектах: в малых населенных пунктах, на экспедиционных базах, морских судах.

Серьезно осложняется обеспечение доброкачественной питьевой водой во время стихийных бедствий, эпидемий, вооруженных конфликтов, крупных аварий, когда источники водоснабжения, как правило, загрязнены и определенное время люди снабжаются привозной питьевой водой. В таких случаях возникает необходимость использовать эффективные способы обеззараживания и консервирования воды.

Существует много способов обеззараживания питьевых вод, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. В практике подготовки принято условно разделять способы обеззараживания воды на реагентные (химические), безреагентные (физические) и комбинированные.

К химическим способам обеззараживания питьевой воды относятся: хлорирование, озонирование, использование препаратов серебра, йода, меди и некоторых других реагентов (перекись водорода).

Если первые два способа получили широкое распространение на очистных сооружениях водопровода, то последующие применяются при обеззараживании небольших объемов воды на автономных объектах, в полевых и экстремальных условиях водоснабжения.

Хлорирование - наиболее распространенный способ обеззараживания воды как в нашей стране, так и за рубежом.

Хлорирование осуществляется: газообразным хлором, диоксидом хлора или веществами, содержащими активный хлор, хлорной известью, гипохлоритами, хлораминами и др.

История хлорирования воды как метода ее обеззараживания берет свое начало с 1853 г., когда русский врач П. Карачанов предложил в своей брошюре "О способах очищения воды" использовать хлорную известь и описывал способ ее применения. Это предложение не было оценено и вскоре было забыто. Через 40 лет австрийский врач Траубе (1894) вновь предложил хлорную известь для обеззараживания воды, основываясь на микробиологических исследованиях Коха. В практике городского водоснабжения впервые хлорирование было применено в Кронштадте в 1910 г. В 1912 г. начали хлорировать воду в Петербурге.

Таким образом, действующим началом при хлорировании воды является свободный хлор, гипохлоритная кислота и ее анион, объединяемые в понятие "активный хлор". Так как на свету гипохло-ритная кислота может распадаться с выделением атомарного кислорода, обладающего сильным окислительным действием, некоторые авторы включают в это понятие атомарный кислород:

Достоинствами хлорирования являются:

- широкий спектр антимикробного действия в отношении вегетативных форм;

- экономичность;

- простота технологического оформления;

- наличие способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания.

Вместе с тем хлорирование имеет ряд существенных недостатков:

- хлор и его препараты являются токсичными соединениями, поэтому работа с ними требует строгого соблюдения техники безопасности;

- хлор воздействует в основном на вегетативные формы микроорганизмов, при этом грамположительные формы бактерий более устойчивы к его действию, чем грамотрицательные;

- хлор ухудшает органолептические показатели и приводит к денатурации воды.

Спороцидный эффект проявляется при высоких концентрациях активного хлора 200-300 мг/л и экспозиции от 1,5 до 24 ч. Вирулицидное действие наблюдается при концентрациях активного хлора от 0,5 до 100 мг/л. Высокорезистентными к действию хлора являются цисты простейших и яйца гельминтов. Хлорирование воды способствовало появлению микроорганизмов, устойчивых к хлору.

Следует отметить, что эффективность обеззараживания хлором существенно зависит как от биологической характеристики микроорганизмов, так и от химического состава воды и экспозиции. Так, поверхностно-активные вещества препятствуют реализации бактерицидного процесса обеззараживания и даже проявляют стимулирующее действие, вызывая размножение микрофлоры.

В середине 1970-х гг. было доказано, что хлорирование питьевых вод способствует образованию галогенсодержащих соединений, обладающих отдаленными биологическими эффектами - мутагенным и канцерогенным. В реакцию с хлором вступают очень многие органические вещества, их называют "предшественниками". Вопрос о предшественниках образования хлорорганических соединений (ХОС) сложен и до конца не решен. В настоящее время в качестве предшественников ХОС изучено около 80 различных веществ. Наибольшее количество хлорированного материала продуцируют гуминовые кислоты, танины, хиноины, органические кислоты, фенолы и их производные, анилин и другие органические вещества.

Гигиеническая значимость ХОС, образующихся при хлорировании воды, различна. Одни из них в исчезающе малых концентрациях придают воде резкий неприятный запах (монохлорфенолы), тем самым сразу обнаруживая себя в воде; другие обладают выраженными токсическими эффектами, проявляют себя как канцеро-

гены и мутагены (хлороформ, четыреххлористый углерод, хлор-этилены и др.). Спектр ХОС, выделенных из питьевой воды, в различных странах идентичен и свидетельствует о том, что эта проблема актуальна для многих стран. Образуется целый ряд ХОС в микрограммовых количествах, однако наибольший процент (до 70-80 %) составляет хлороформ. Концентрация последнего может достигать 800 мкг/ли более.

К наиболее приоритетным из них были отнесены 10 веществ: хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорбромметан, дибром-хлорметан, три- и тетрахлорэтилен, бромоформ, дихлорметан, 1,2-дихлорэтан и 1,2-дихлорэтилен.

Насколько реальна опасность для здоровья человека ХОС питьевой воды? Ряд онкоэпидемиологических исследований, проведенных в США, Канаде, ФРГ, предполагают зависимость между содержанием в питьевой воде ХОС и онкологической заболеваемостью, особенно уровнем онкологии ЖКТ и мочевыделительной системы.

Существует предположение, что токсикология хлорированных вод обусловлена не столько летучими низкомолекулярными хлор-органическими соединениями, сколько стабильными высокомолекулярными веществами, спектр которых до настоящего времени не расшифрован и которые составляют большую часть (до 90 %) продуктов хлорирования, но остаются не учтенными.

Перспективным является хлорирование с использованием ги-похлорита натрия, который получают из поваренной соли методом электролиза. Выпускаются электролизные установки для малых водопроводных станций и более мощные - для станций производительностью до 300 тыс. м3/сут.

Использование гипохлорита натрия:

- более безопасно и экономично;

- уменьшает коррозию оборудования и трубопроводов. Уменьшение образования ХОС в питьевой воде возможно за счет:

- предотвращения их образования;

- удаления на заключительном этапе.

Целесообразнее и экономичнее предотвратить образование

ХОС.

Это достигается:

- изменением режима хлорирования;

- заменой жидкого хлора другими окислителями (диоксидом С1, хлораминами, озоном и т. д.);

- использованием комбинированных методов на стадии первичного обеззараживания.

Первичное хлорирование очень распространено на отечественных водопроводах, ведется большими дозами, так как цель его не только обеззараживание, но и борьба с планктоном, снижение цветности, интенсификация процессов коагуляции, дезинфекции водоочистных сооружений.

Следует изменить режим хлорирования: вести его меньшими дозами (1,5-2 мг/л) или использовать дробное хлорирование (доза С1 вводится небольшими порциями - частично перед сооружениями 1-й ступени очистки, частично перед фильтрацией). Изменение режима хлорирования уменьшает образование ХОС на 15-30 %. При высоких концентрациях органических загрязнений следует исключить первичное хлорирование, заменив его периодическим (с целью санитарной обработки сооружений).

В процессе традиционной обработки (коагулирования, отстаивания и фильтрации) удаляется до 50 % органических загрязнений, а следовательно, снижается и образование ХОС. Если отказаться нельзя, то можно заменить хлор другими окислителями.

Озон на стадии первичной обработки на 70-80 % снижает образование ХОС. При совместном использовании озонирование должно предшествовать хлорированию. Можно газообразный хлор заменить хлораминами. Аммонизацию в целях снижения ХОС можно проводить на разных этапах. На стадии предварительной обработки можно вместо хлора использовать ультрафиолетовое излучение (УФИ), при этом содержание ХОС снижается

на 50 %.

Озонирование. Альтернативным хлору дезинфектантом, который в настоящее время используется более чем на 1000 водопроводных станциях в Европе, является озон. В России озон используется на водопроводах Москвы и Нижнего Новгорода.

Озон обладает более широким спектром действия как дезин-фектант (уменьшает вирулентность брюшнотифозных, паратифозных и дизентерийных бактерий, оказывает активное влияние на споровые формы и вирусы). Обеззараживающее действие озона в 15-20 раз, а на споровые формы бактерий примерно в 300- 600 раз сильнее действия хлора. Высокий вирулицидный эффект (до 99,9 %) озона отмечается при реальных для практики водоснабжения концентрациях 0,5-0,8 мг/ли экспозиции 12 мин. Исследования последних лет показали высокую эффективность озона при уничтожении в воде патогенных простейших.

Озон улучшает органолептические и физические свойства воды (устраняет свойственные питьевой воде привкусы и запахи, уменьшает цветность воды, разрушая гуминовые кислоты до углекис-

лого газа и летучих слабоокрашенных кислот типа креновых). Кроме того, озон придает воде отчетливый голубоватый оттенок, а также активно удаляет фитопланктон из воды; обезвреживает в воде такие химические соединения, как фенолы, нефтепродукты, пестициды (карбофос, метафос, трихлометафос-3 и др.), а также поверхностно-активные вещества (ПАВ). Применение озона уменьшает использование коагулянтов, позволяет снизить дозу хлора и отказаться от первичного хлорирования, которое является основной причиной образования ХОС.

К преимуществам озонирования следует отнести наличие способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания, отработанные технологические схемы получения реагента.

Озонирование, как и хлорирование, не лишено недостатков: озон является взрывоопасным и токсичным реагентом; на порядок более дорогой способ, чем хлорирование; быстрое разложение озона (20-20 мин) ограничивает его применение; после озонирования нередко наблюдается значительный рост микрофлоры.

Кроме того, озонирование воды сопровождается образованием побочных продуктов, небезразличных для здоровья человека. Озон вступает в сложные химические реакции, которые зависят от рН среды. В щелочных системах могут образовываться свободные гид-роксильные радикалы. При озонировании питьевых вод образуются альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, гидроксилированные и алифатические ароматические соединения, в частности формальдегид, бензальдегид, ацетальдегид и др.

Однако продукты озонирования менее токсичны для экспериментальных животных, чем продукты хлорирования, и не обладают, в отличие от последних, отдаленными биологическими эффектами. Это было доказано в экспериментах с продуктами деструкции наиболее распространенных групп химических соединений: фенолов, углеводородов, бензина, пестицидов.

При озонировании воды существуют проблемы и технологического порядка. Эффективность озонирования зависит от рН, уровня загрязнения воды, щелочности, жесткости, мутности и цветности воды. В результате озонирования природных вод увеличивается количество биоразлагаемых органических соединений, что является причиной вторичного загрязнения воды в распределительной сети; снижается санитарная надежность систем водоснабжения. Для устранения повторного роста микроорганизмов в распределительной сети и пролонгирования эффекта обеззараживания озонирование необходимо сочетать с вторичным хлорированием и аммонизацией.

Возможны следующие варианты озонирования:

- одноступенное озонирование: использование озона на стадии предварительной обработки воды или после ее коагуляции перед фильтрацией. Цель - окисление легкоокисляемых веществ, улучшение процесса коагулирования, частичное обеззараживание;

- двухступенное озонирование: предварительное и после коагуляции. Вторичное более глубоко окисляет остаточные загрязнения, повышает эффект последующей сорбционной очистки;

- трехступенное озонирование: предварительное, после коагуляции и перед распределительной сетью. Заключительное обеспечивает полное обеззараживание и улучшает органолептические свойства воды.

Режим обработки и схему озонирования выбирают на основании данных физико-химического анализа воды.

Озонирование, как правило, не исключает хлорирования, так как озон не обладает пролонгирующим действием, поэтому на заключительном этапе должен применяться хлор. Озон может нарушать процесс коагуляции. При озонировании должна быть предусмотрена сорбционная ступень очистки. В каждом случае должны проводиться предпроектные технологические исследования.

В настоящее время возрос интерес к перекиси водорода, как обеззараживающему агенту, обеспечивающему осуществление технологических процессов без образования токсичных продуктов, загрязняющих окружающую среду. Предположительно, основным механизмом антибактериального действия перекиси водорода является образование супероксидных и гидроксильных радикалов, которые могут оказывать бактерицидное действие.

Наиболее распространенным из химических способов обеззараживания и консервации воды на автономных объектах является использование ионов серебра.

Практический опыт применения серебра и его препаратов с целью обеззараживания и консервации питьевой воды накапливается человечеством на протяжении многих веков. Установлен высокий бактерицидный эффект ионов серебра уже в концентрации 0,05 мг/л. Серебро обладает широким спектром антимикробного действия, подавляя бактерии и вирусы.

Наибольшее распространение получило использование электролитического или анодорастворимого серебра. Электролитическое введение реагентов позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохло-

рита и перекисных соединений усиливают бактерицидное действие анодорастворимого серебра. К достоинствам способа относится возможность автоматизации процесса и точного дозирования реагента. Серебро оказывает выраженное последействие, что позволяет консервировать воду на срок до 6 мес. и более. Однако серебро дорогой и весьма дефицитный реагент. На его антимикробное действие заметно влияют физико-химические свойства обрабатываемой воды.

Эффективными рабочими концентрациями серебра, особенно в практике обеззараживания воды на кораблях и других автономных объектах, являются 0,2-0,4 мг/л и выше. Вирулицидное действие его ионов проявляется только при высоких концентрациях - 0,5-10 мг/л, что существенно выше ПДК, которая установлена по токсикологическому признаку вредности и составляет 0,05 мг/л. В связи с этим обработка серебром рекомендуется для обеззараживания и консервации небольших объемов воды на объектах с автономными системами водоснабжения.

С целью снижения высоких концентраций серебра предложено использовать его в комбинации с постоянным электрическим полем, некоторыми окислителями, физическими факторами. Например, комбинированная обработка ионами серебра в концентрации 0,05 мг/л с наложением постоянного электрического поля напряженностью 30 В/см.

В практике обеззараживания питьевой воды все большее место находит применение ионов меди, которые, как и серебро, оказывают выраженное бактерицидное и вирулицидное действие, но в еще больших концентрациях, чем серебро. Предложен способ консервации питьевой воды ионами меди в концентрации 0,3 мг/л с последующей обработкой в постоянном электрическом поле напряженностью 30 В/см.

В настоящее время для консервации воды широко используется комбинация хлорирования с введением серебра и меди, что позволяет избежать некоторых сопутствующих хлорированию недостатков и продлить срок хранения воды до 7 мес. Хлорсеребренный и хлормедный способы заключаются в одновременной обработке воды хлором в дозе 1,0 мг/л и ионами серебра или меди в концентрации 0,05-0,2 мг/л.

Для обеззараживания индивидуальных количеств воды могут быть использованы препараты йода, которые, в отличие от препаратов хлора, действуют быстрее, не ухудшают органолептические свойства воды. Бактерицидный эффект йода обеспечивается при концентрации 1,0 мг/ли экспозиции 20-30 мин. Вирулицидное

действие йода зависит от температуры, рН, экспозиции и обеспечивается при концентрации 0,5-2,0 мг/л. В связи с высокими бактерицидными, вирулицидными, паразитоцидными свойствами препараты йода рассматриваются как одно из перспективных средств обеззараживания питьевой воды.

Важные преимущества перед химическими методами обеззараживания воды имеют безреагентные методы ее обработки, с использованием ультрафиолетового и ионизирующего излучения, ультразвуковых колебаний, термической обработки, а также высоковольтные импульсные электрические разряды - ВИЭР (20- 40 кВ) и низкоэнергетические импульсные электрические разряды - НИЭР (1-10 кВ). Одним из наиболее перспективных является метод ультрафиолетовой обработки воды. Метод имеет много преимуществ, в первую очередь характеризуется широким спектром антибактериального действия с включением споровых и вирусных форм и короткой экспозицией, исчисляемой несколькими секундами.

Наибольшей чувствительностью к действию ультрафиолетового излучения (УФИ) обладают вегетативные формы, затем вирусы, споровые формы и цисты простейших. Весьма перспективным считается использование импульсной ультрафиолетовой обработки (УФ-обработки).

К преимуществам УФИ следует также отнести:

- сохранение природных свойств воды; УФИ не денатурирует воду, не изменяет вкус и запах воды;

- отсутствие опасности передозировки;

- улучшение условий труда персонала, так как исключаются из обращения вредные вещества;

- высокая производительность и простота эксплуатации;

- возможность полной автоматизации.

Эффективность УФ-обеззараживания не зависит от рН и температуры воды.

В то же время метод имеет ряд недостатков, и, для того чтобы достичь эффекта обеззараживания, следует помнить, что бактерицидный эффект зависит от: мощности источников УФИ (низкого и высокого давления); качества обеззараживаемой воды и чувствительности различных микроорганизмов.

По конструкции источники УФИ делятся на лампы с отражателями и лампы с закрытыми кварцевыми чехлами. УФ-лампы с отражателями используются в установках непогружного типа, когда отсутствует непосредственный контакт с водой, но они неэффективны. Для обеззараживания питьевой воды чаще применяются

лампы погружного типа с защитными кварцевыми чехлами - более эффективны, обеспечивают равномерное распределение дозы облучения во всем объеме воды.

Проникновение УФ-лучей в воду сопровождается их поглощением веществами, находящимися во взвешенном и растворенном состоянии. Поэтому, с учетом эксплуатационной и экономической целесообразности, УФ-обеззараживание может быть использовано только для обработки воды с цветностью не более 50° по Сг-Со-шкале, мутностью до 30 мг/л и содержанием железа до 5,0 мг/л. Минеральный состав воды влияет не только на эффект обеззараживания, но и на образование осадка на поверхности чехлов.

Кроме того, при использовании УФИ в технологии водопод-готовки следует помнить о том, что УФ-облучение в дозах, обеспечивающих бактерицидный эффект, не гарантирует эпидемиологическую безопасность воды в отношении возбудителей паразито-логических заболеваний. При УФ-облучении воды не существует проблемы передозировки, поэтому можно использовать установки различной мощности.

К недостаткам УФ-облучения следует отнести: образование озона, содержание которого следует контролировать в воздухе рабочей зоны; данная технология не имеет последействия, что делает возможным вторичный рост бактерий в распределительной сети.

УФИ в технологии водоподготовки питьевой воды может быть использовано на этапе:

- предварительного обеззараживания как метод, альтернативный первичному хлорированию при соответствующем качестве воды водоисточника, либо в комбинации с хлором, доза хлора сокращается на 15-100 %. Это снижает уровень образования ХОС и микробного загрязнения;

- для заключительного обеззараживания. На этом этапе УФО используется как самостоятельный метод и в сочетании с реагент-ными методами.

Ионизирующее излучение. Для обеззараживания воды можно использовать ионизирующее излучение, которое оказывает выраженное бактерицидное действие. Доза γ-излучения порядка 25 000-50 000 Р вызывает гибель практически всех видов микроорганизмов, а доза 100 000 Р освобождает воду от вирусов. К числу недостатков способа относятся: строгие требования к технике безопасности для обслуживающего персонала; ограниченное число подобных источников излучения; отсутствие последействия

и способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания.

Ультразвуковые колебания. Применению ультразвуковых колебаний (УЗК) для обеззараживания воды было посвящено большое количество работ как отечественных, так и зарубежных авторов.

К преимуществам УЗК можно отнести следующие: широкий спектр антимикробного действия; отсутствие отрицательного влияния на органолептические свойства воды; независимость бактерицидного действия от основных физико-химических параметров воды; возможность автоматизации процесса.

Вместе с тем многие теоретические, научные и технологические основы использования УЗК до настоящего времени не разработаны. В результате возникают трудности при определении оптимальной интенсивности колебаний и их частоты, времени озвучивания и других параметров процесса.

Все большее распространение в подготовке питьевой воды получают адсорбционные методы. На активированном угле (АУ), самом универсальном адсорбенте, или более дешевом антраците задерживается большая часть органических соединений; высокомолекулярные олефины, амины, карбоновые кислоты, растворимые органические красители, поверхностно-активные вещества (в том числе и бионеразлагаемые), ароматические углеводороды и их производные, хлорорганические соединения (в частности, пестициды). Эти соединения лучше сорбируются на гранулированных АУ, чем на порошкообразных АУ. Исключение составляют компоненты, придающие природным водам вкус и запах, которые лучше сорбируются ПАУ.

Сорбция на АУ неэффективна для устранения из воды низкомолекулярных ХОС, высокомолекулярных гуминовых веществ и радиоактивных соединений. Более того, в присутствии гуминовых кислот время сорбции полихлорированных бифенилов увеличивается в 5 раз по сравнению с их адсорбцией из деионизированной и дистиллированной воды. Поэтому гуминовые соединения лучше удалять до фильтрации на углях (например, коагуляцией или фильтрацией на синтетических сорбентах). АУ, поглощая хлор, повышают опасность бактериального загрязнения питьевых вод, требуют частой регенерации, неэкономичны.

Синтетические и природные сорбенты обладают более высокой сорбционной способностью, но часто удаляют лишь отдельные органические загрязнения. Так, синтетические углеродистые смолы, а также цеолиты (природные сорбенты) эффективно устра-

няют из питьевой воды низкомолекулярные ХОС, в том числе хлороформ и хлорэтилены. Особенно эффективны в этом отношении волоконные сорбенты и специальные композиционные сорбцион-но-активные материалы (КСАМ).

Таким образом, адсорбционные методы являются весьма эффективной технологией удаления органических загрязнений. Например, в США на их основе разработаны малогабаритные установки (до 140 м3/сут), позволяющие получать в полевых условиях питьевую воду даже из сточных вод душевых, кухонь, прачечных.

Недостатки:

- высокая себестоимость для обезвреживания отдельных пол-лютантов, обусловленная проблемой регенерации АУ;

- низкая эффективность относительно низкомолекулярных органических соединений, гуминовых кислот, радона. Более того, радон разрушает АУ и делает его радиоактивным;

- АУ поглощает хлор - опасность вторичной бактериальной загрязненности воды в распределительной сети.

К технологиям XXI в. отнесены ионообменный и мембранные методы обработки питьевых вод. Ионный обмен эффективно используется для умягчения и полного обессоливания воды, извлечения нитратов, арсенатов, карбонатов, соединений ртути и других тяжелых металлов, а также органических и радиоактивных соединений. Однако многие специалисты считают его экологически опасным, так как со стоками ионообменных установок после химической регенерации ионообменников сбрасывается огромное количество минеральных веществ, что приводит к постепенной минерализации водных объектов.

Наибольшее признание в водоподготовке получили баромемб-ранные процессы: микрофильтрация (МФТ), ультрафильтрация (УФТ) и обратный осмос (ОО), а также нанофильтрация (НФТ). Микрофильтрационные мембраны эффективны для обеззараживания воды, задерживая бактерии и вирусы. Современные передовые технологии с успехом используют этот метод, альтернативный хлорированию и озонированию.

Микро- и ультрафильтрация позволяет обеззараживать воду до уровня, соответствующего стандарту питьевой воды, а также отделять высокомолекулярные соединения, такие как гуминовые кислоты, лигниносульфоны, нефтепродукты, красители и др. Для очистки воды от низкомолекулярных тригалометанов (ТГМ), таких как четыреххлористый углерод, 1,1,1-трихлорэтилен, 1,1-дихлорэти-лен, 1,2-дихлорэтан, 1,1,1-трихлорэтан, бензол и др., рациональнее использовать обратный осмос либо предварительную обработку

воды коагулянтом. Обратный осмос используют для обессолива-ния морских вод.

Нанофильтрация - один из наиболее перспективных методов водоподготовки. Используются мембраны с размером пор порядка нанометра. Фильтрация осуществляется под давлением. Устраняются гуминовые и фульвокислоты на 99 %, вода обесцвечивается.

Недостатком мембранных методов является обессоливание питьевых вод, что требует последующей коррекции микроэлементного и солевого состава воды.

Таким образом, мембранная обработка позволяет получать воду с предельно низким содержанием загрязняющих веществ; мембранные модули очень компактны, капитальные и эксплуатационные затраты на мембранную сепарацию невелики. Все это привело к промышленному выпуску высококачественных мембран и широкому распространению баромембранных процессов в водоподго-товке развитых стран - Франции, Англии, Германии, Японии, США. При этом в одном только штате Флорида (США) мембранные процессы внедрены на 100 станциях водоочистки.

В настоящее время рассматривается возможность использования импульсных электрических разрядов (ИЭР) для обеззараживания воды. Высоковольтный разряд (20-100 кВ) происходит за считаные доли секунды и сопровождается мощными гидравлическими процессами с образованием ударных волн и явлений кавитации, возникновением импульсных УФИ и УЗК, импульсных магнитных и электрических полей.

Импульсный электрический разряд высокоэффективен в отношении бактерий, вирусов и спор при короткой экспозиции. Эффект практически не зависит от концентрации микроорганизмов и их вида, мало зависит от органических и неорганических примесей, присутствующих в обрабатываемой воде. На выраженность бактерицидного эффекта ИЭР влияют величина рабочего напряжения и межэлектродного промежутка, емкость конденсаторов, суммарная плотность энергии обработки (в Дж/мл или кДж/мл) и ряд других технических параметров. Энергоемкость ИЭР в пилотных исследованиях составляла 0,2 кВт ? ч/м3, т. е. была сопоставима с таковой при озонировании. Имеются сообщения о бактерицидном действии не только высоковольтных ИЭР, но и ИЭР малой мощности и напряжения (до 0,5 кВт).

К недостаткам обеззараживания воды высоковольтными ИЭР относятся:

- сравнительно высокая энергоемкость и сложность используемой аппаратуры;

- несовершенство метода оперативного контроля за эффективностью обеззараживания;

- недостаточная степень изученности механизма действия разряда на микроорганизмы, а значит, и роли каждой составляющей данного комбинированного способа.

Особый интерес вызывают исследования, посвященные оценке обеззараживания воды низкоэнергетическими ИЭР (НИЭР). Данная технология отличается от воздействия высоковольтных разрядов на порядок более низким значением рабочего напряжения (1-10 кВ) и энергии единичного импульса, относясь к категории так называемого "мягкого" разряда. Особенностью биологического действия НИЭР в воде является комбинированное влияние на микроорганизмы уже упомянутых импульсных физических факторов и химической составляющей, образующихся в зоне разряда свободных радикалов. Кроме того, НИЭР обладает выраженным последействием, которое связывают с образующимися ионами металлов (серебра, меди), выделяющихся с электродов в процессе разряда. Это обстоятельство позволяет рассматривать НИЭР как комбинированный физико-химический способ обеззараживания питьевой воды. Выгодно отличаясь от высоковольтных ИЭР меньшими энергозатратами, НИЭР при прочих равных условиях оказывает более выраженное бактерицидное действие. Эффективность бактерицидного действия НИЭР обратно пропорциональна величине рабочего напряжения, а оптимальное значение последнего приближается к 3 кВт. Комплексная гигиеническая оценка данной технологии, проведенная рядом авторов, позволяет рассматривать НИЭР как перспективный способ обеззараживания питьевой воды.

Однако большинство исследователей и практика подготовки питьевых вод показывают, что для обеспечения основных требований к питьевой воде, на которых базируются стандарты всех стран (безопасность в эпидемическом отношении, безвредность по химическому составу и благоприятность органолептических свойств), необходимо использовать комбинированные физико-химические методы обработки воды.

Предварительная оценка существующих и разрабатываемых комбинированных способов обеззараживания питьевой воды свидетельствует, что наилучшие перспективы в будущем имеют физико-химические способы, относящиеся к группе фотоокислительных технологий, и электрохимические способы, в частности воздействие НИЭР. А именно, комбинации химических окислителей (озона, хлора) и ультрафиолета (фотокатализ) либо перекиси водорода

и озона; ионов серебра и меди с ультрафиолетом, что уменьшает коррозионные свойства дезинфектантов.

Преимущества комбинированных методов:

- больший бактерицидный эффект;

- улучшение физических и органолептических свойств воды;

- окисляются органические соединения воды и, что очень важно, продукты их распада. Так, например, при окислении фенола О3 образуются формальдегид, ацетальдегид и др., которые удаляются в процессе последующей обработки ультрафиолетом;

- более эффективно удаляются продукты деструкции таких органических соединений, как хлорсодержащие пестициды, синтетические моющие средства, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ);

- достаточно дешевы, просты в техническом исполнении, обладают эффектом последействия, имеется экспресс-метод контроля.

Обезжелезивание питьевых вод. Железо может находиться в воде в двух формах: в подземных водах в виде растворенных солей двухвалентного железа (бикарбонаты, сульфаты, хлориды); в поверхностных водах в виде коллоидных, тонкодисперсных взвесей, гуматов Fe-Fe(OH)2 и Fe(OH)3; FeS. Вне зависимости от форм и концентраций железа, такие воды всегда содержат железобактерии, которые в подземном горизонте без О2 неактивны. При подъеме на поверхность и обогащении воды О2 железобактерии бурно развиваются и способствуют коррозии и вторичному загрязнению воды железом.

В отечественной практике коммунального водоснабжения обез-железивание проводится преимущественно аэрацией. При этом двухвалентное железо окисляется до железа, последнее в кислой среде минерализуется:

Наиболее распространены способы глубокой аэрации с вентиляционным дегазатором и упрощенной аэрацией; каталитическое окисление железа непосредственно на фильтрах.

Эти методы малоэффективны, так как:

- используемые материалы имеют низкую пористость - до 60 %, т. е. 40 % объема фильтра не участвуют в этом процессе;

- наиболее эффективны песчаные фильтры, но они малопроизводительны;

- при простой аэрации Fe2+ не окисляется, не образует фло-

ков;

- каталитические реакции идут в самом теле фильтра, при этом образуется пленка из биогенных элементов и фильтры выходят из строя.

Известкование - применяется, если железо находится в виде сульфатов. Обработка известью приводит к образованию гидроокиси железа, которая осаждается.

Наиболее перспективна многоступенчатая окислительно-сорб-ционная технология обезжелезивания.

YAmedik.org