Обеззараживание питьевой воды

Обеззараживание питьевой воды — удаление из воды болезнетворных микроорганизмов. Существует несколько способов обеззараживания воды (см. схему). Как правило, для получения достаточных и устойчивых результатов обеззараживания питьевой воды она должна быть подвергнута предварительной очистке (см. Очистка воды).
Хлорирование — наиболее распространенный способ обработки питьевой воды. Чаще применяют хлор и двуокись хлора; в технико-экономическом отношении преимущество отдается жидкому хлору и гипохлоритам (хлорная известь). При взаимодействии хлора или гипохлорита с водой в ней образуются хлорноватистая кислота (НОCl) и свободный ион (НCl-); затем хлорноватистая кислота диссоциирует с образованием гипохлорит-иона (ОCl-). Хлор, содержащийся в хлорноватистой кислоте и гипохлорит-ионе, реагирует с присутствующими в воде органическими веществами и связывается ими. Этим определяется в основном так называемая хлоропоглощаемость обеззараживаемой воды. Свободный (активный) хлор или его активные соединения разрушают ферментную систему микробной клетки. Для достижения обеззараживающего эффекта необходимы определенная доза хлора и достаточная длительность контакта его с водой. Длительность контакта на водопроводах должна быть не менее 30 мин. Потребную дозу хлора определяют пробным хлорированием воды, подлежащей обеззараживанию. Ориентировочно для пробного хлорирования можно принять следующие дозы хлора: для фильтрованной поверхностной (и осветленной подземной) воды 0,5—1 мг/л. Если вода сильно загрязнена, доза должна быть соответственно увеличена.
При простом хлорировании величина необходимой дозы определяется в основном хлоропоглощаемостью и берется с избытком не менее 0,3 мг/л, чтобы обеспечить гарантийное обеззараживание. Когда водоисточник сильно загрязнен (см. Источники водоснабжения), то для более надежного обеззараживания проводится двойное хлорирование — до очистки и после нее. Если в воде имеются вещества (фенолы и др.),  которые даже в малых концентрациях могут при хлорировании придать ей неприятный запах и привкус, то для предотвращения этого к воде предварительно добавляют аммиак или аммонийные соли (преаммонизация воды). При этом хлоропоглощаемость воды уменьшается, время сохранения в ней активного хлора удлиняется.
Установки и аппараты для дозирования хлора (или его соединений), добавляемого к воде,— хлораторы — везде, кроме малых водопроводов, размещают в специальном помещении или в отдельном здании — хлораторной (рис. 1).

Рис. 1. План помещений хлораторной: I — тамбур; II — промежуточный склад для баллонов; III — дозаторная для сжижения хлоргаза; IV — помещение дежурного; V — тамбур; 1 — запасные баллоны с хлором; 2 — вентиляционный стояк; 3 — окно; 4 — баллоны на весах; 5 — вакуум-хлораторы; в — грязеуловитель; 7 — умывальник.

Хлорирование питьевых вод, однако, имеет и свои недостатки: необходимость тщательной дозировки хлора, так как даже небольшое уменьшение дозы резко снижает эффективность обеззараживания питьевой воды, а превышение дозы придает воде запах хлора; возможность появления специфических хлорфенольных запахов; токсичность хлора и необходимость особых мер его транспортировки, хранения и т. д.
При обеззараживании питьевой воды, особенно большими дозами хлора, производится дехлорирование, осуществляемое физическими средствами при помощи фильтров с активированным углем (высотой 0,5—2,5 м, зерна угля 1,5— 2,5 мм, скорость фильтрования 20— 30 м3/час) или химическим путем — в резервуарах с применением тиосульфата натрия, двуокиси серы, сульфита натрия и т. п., нейтрализующих хлор (с обязательным расчетом потребности нейтрализующих веществ).
Озонирование — наиболее перспективный метод обеззараживания питьевой воды в связи с удешевлением электроэнергии, необходимой для получения озона в специальных аппаратах (озонаторах). Воздух, проходящий через озонатор, подвергается воздействию электрического разряда высокого напряжения, благодаря которому значительная часть кислорода воздуха (O2) превращается в озон (O3). Из озонатора воздух, обогащенный озоном, направляется в резервуары, где смешивается с водой, подлежащей обеззараживанию. Обеззараживающее действие озона связано с раскислением молекулы озона и отдачей атома кислорода, что сопровождается появлением в воде окислительного потенциала, значительно более высокого, чем при хлорировании. При контакте с водой в течение 8—15 мин. количество O3, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения, состава и свойств воды и колеблется от 1 до 6 мг/л и более. Для достижения надежного эффекта обеззараживания доза остаточного озона в воде должна на 0,3—0,5 мг/л превышать озонопоглощаемость воды.
Избыток озона в воде не вызывает неприятных запахов и привкуса в воде; наоборот, озонирование весьма существенно улучшает ее органолептические свойства. Поэтому с гигиенической точки зрения озонирование является одним из лучших методов О. п. в. Недостатки О. п. в. озоном; большой расход электроэнергии, сложность аппаратуры, необходимость квалифицированного технического надзора.
Озонирование применяется только для О. п. в. при централизованном водоснабжении (рис. 2).

Рис. 2. План станции для озонирования воды, работающей по принципу противопоточного поступления воды и озонированного воздуха: 1 — береговой колодец; 2 и 4 — насосы; 3 — водоочистные сооружения (коагуляция, отстаивание, песочный фильтр); 5 — напорный бак; 6 — стерилизатор; 7 — озонатор; 8 — фильтр; 9 — сушилка для воздуха; 10 — воздухоотделитель; 11 — резервуар для чистой воды.

Помимо хлорирования и озонирования, к химическим способам обеззараживания питьевой воды относится и использование олигодинамических свойств тяжелых металлов (медь, серебро и др.) в силу их способности оказывать бактерицидное действие в чрезвычайно малых концентрациях. Использование серебра рекомендовалось и для обеззараживания воды плавательных бассейнов.
Из физических способов наибольшее практическое применение получило О. п. в.
ультрафиолетовыми бактерицидными лучами. В качестве источников бактерицидного излучения используют ртутно-кварцевые лампы высокого давления и органо-ртутные лампы низкого давления; 70% мощности излучения последних приходится на область длины волн 250—260 ммк, обладающей наиболее высокой бактерицидностью. О. п. в. этим способом не изменяет свойств и состава воды. Ультрафиолетовые лучи действуют на клеточный обмен и особенно на ферментативную деятельность бактериальной клетки. Одним из важных условий эффективности облучения является прозрачность и бесцветность воды. О. п. в. бактерицидными лучами производят в установках лоткового типа с непогруженными лампами или в напорных установках с погруженными в воду источниками облучения (рис. 3).

Рис. 3 Установка для обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами (АКХ-1): А — разрез; Б — схема движения воды в камере; 1 — смотровое окно; 2 — корпус; 3 — перегородки; 4 — подача воды; 5 — ртутно-кварцевая лампа ПРК-7; в — кварцевый чехол.

Обеззараживание питьевой воды ультразвуком высокой интенсивности (10—30 Вт/см2), бактерицидные свойства которого связаны с появлением в воде кавитационных пузырьков и импульсов огромных давлений. О. п. в. ультракороткими радиоволнами, особенно сантиметрового диапазона (3—10 см), бактерицидность которых, как полагают, вызывается резким повышением температуры массы бактериальной клетки. О. п. в. радиоактивным излучением, обладающим специфическим механизмом бактерицидного действия, как и другие безреагентные способы О. п. в., находятся еще в стадии предварительных исследований и технических испытаний.
При контроле эффективности О. п. в. исходят из того, что возбудители кишечных бактериальных инфекций (холеры, брюшного тифа, дизентерии и др.), распространяющиеся водным путем, менее резистентны к химическим и физическим средствам, используемым для О. п. в., чем сапрофитные микроорганизмы, обычно находящиеся в воде. Поэтому при О. п. в. стремятся не к трудно достигаемой и неоправданной ее стерилизации, а лишь к уничтожению патогенных микробов, опасных для здоровья. При этом вода считается обеззараженной, если в ней остается не более 100 микробов в 1 мл и не более трех кишечных палочек в 1 л воды. В этом случае все патогенные микроорганизмы, как менее резистентные, могут считаться убитыми в процессе О. п. в. Это требование вошло в стандарт качества питьевой воды. На водопроводных станциях, где вода обеззараживается хлором или озоном, каждый час (или полчаса) проверяют содержание в воде остаточного хлора (или озона как косвенного показателя надежности обеззараживания питьевой воды.
За последние десятилетия установлена возможность распространения водным путем кишечных вирусов (энтеровирусов) и их этиологическая роль в ряде заболеваний (инфекционный гепатит, вероятно, полиомиелит и др.). Энтеровирусы оказались более резистентны, чем патогенные бактерии и кишечная палочка. Поэтому при эпидемиологической опасности О. п. в. должно проводиться с учетом более высокого остаточного хлора (озона), так как обычный уровень содержания кишечной палочки в этих случаях не отвечает гигиеническим требованиям.