3 Методологія стерилізації води

3.1 Хлорування

Хлорування  процес водопідготовки, який полягає у додаванні елемен-та хлорув воду як спосібочищення води, щоб зробити її придатною для споживання людиною в якостіпитної води. Хлорування використовується навіть у воді длябасейнів[22].

Рисунок 3.1  Вакуумний хлоратор: 1 – балон з хлором; 2 – фільтр; 3 – редукційний клапан; 4 – манометри; 5 – вимірювальна шайба; 6 – показник дози хлора; 7 – змішувач; 8 – ежектор, який створює розрідження в хлораторі

Хлорування буває

1. попереднє;

2. наступне.

Хлор поступає на станцію в вагонах у зрідженому стані під тиском 6-8 кгс/см. Малі балони 25-40 кг, великі 100 кг, 700-3000 кг.

Із балонів хлор подається в воду через спеціальні прибори (газодозатори), в яких здійснюється його дозування і змішування з незначною кількістю води. Одержана хлорна вода поступає для обробки води, яка підлягає очищенню.

Системи хлорування бувають:

• непереривної дії (подача певної кількості за одиницю часу);

• порційованої дії (подача певними порціями);

• автоматичні (кількість подачі хлору пропорційна розходу води, яка підлягає хлоруванню).

Хлоратори є:

1. напірні;

2. вакуумні.

Недолік напірного хлоратора – ймовірність витікання хлору. У вакуумних хлораторах газ знаходиться під тиском нижче атмосферного, що унеможливлює його витікання в приміщення (рис. 3.1).

Хлор із балонів, поступає в проміжний балон, в якому переходить із рідкого в газоподібний стан і де відділяються домішки, які забруднюють хлор. Із проміжного балона хлор надходить в хлоратор.

Для (розходу) контролю за розходом балон встановлюють на терези.

Для видалення запаху хлору, який відчувається в кількості 0,3-0,4 мг/л одночасно в воду подається аміак або його солі. Амонізація може бути:

• попередня;

• кінцева.

При хлоруванні застосовують або чистий хлорабо хлорвмісні препара-ти:хлорне вапно,гіпохлорит кальцію,гіпохлорит натрію,діоксид хлору,хлораміни. Окислювальні властивості хлору та консервуючий ефект післядії, а також низка інших сприятливих ефектів (дезодорація, зменшення кольоровості, попередження біообростань, видаленнязалізатамарганцю, руйнуваннясірководню) суть знезаражуючого ефекту при хлоруванні води.

Метод хлорування, продовжує бути найбільш розповсюдженим у всьому світі через його простоту та високу знезаражуючу дію стосовно патогенних мікроорганізмів, незважаючи на проблему забруднення питної води через здатність хлорагентів утворювати у воді хлорорганічні сполуки (ХОС) високого ступеня токсичностіта сумарної мутагенної активності хлорованої питної води, що в багато разів перевищує ризик виникнення онкологічних захворювань [23].

3.2 Озонування

Озонування є одним з перспективних методів обробки води з метою її знезараження та поліпшення органолептичних властивостей. Сьогодні майже 1000 водопровідних станцій в Європі, переважно у Франції, Німеччині і Швейцарії, використовують озонування в технологічній схемі обробки води. Останнім часом озонування почали широко впроваджувати в США і Японії. В Україну озонування використовують на Дніпровській водопровідній станції Києва [24].

Озон (O₃)  газ блідо-фіолетового кольору, що володіє специфічним запахом, сильний окислювач. Молекула його вельми нестійка, легко розпадається (дисоціюють) на атом і молекулу кисню. У промислових умовах озон-повітряну суміш отримують в озонаторі за допомогою "повільного" електричного розряду при напрузі 8000-10000 В.

Компресор забирає повітря, очищає від пилу, охолоджує, сушить на адсорберах з силікагелем або активним алюмінію оксидом. Далі повітря проходить через озонатор, де утворюється озон, який через розподільну систему подається в воду контактного резервуара, на (рис. 3.2) зображено озонатор з розривом струменя.Доза озону, необхідна для знезараження, для більшості типів води становить 05-60 мг/л. Найчастіше для підземних джерел води дозу озону беруть в межах 075-10 мг/л, для поверхневих вод  1-3 мг/л. Іноді для знебарвлення та покращення органолептичних властивостей води необхідні високі дози. Тривалість контакту озону з водою повинна бути не менше 4 мін. Непрямим показником ефективності озонування є наявність залишкових кількостей озону на рівні 01-03 мг/л після камери змішання [23].

Озон в воді розпадається, утворюючи атомарний кисень. Доведено, що механізм розпаду озону у воді складний. При цьому відбувається ряд проміжних реакцій з утворенням вільних радикалів, які також є окислювачами. Більш сильне окисне і бактерицидну дію озону в порівнянні з хлором пояснюється тим, що його окислювальний потенціал більше, ніж у хлору.

З гігієнічної точки зору, озонування є одним з найкращих методів знезараження води. Внаслідок озонування досягається надійний знезаражуючий ефект, руйнуються органічні домішки, а органолептичні властивості води не тільки не погіршуються, як при хлоруванні або кип'ятінні, а й поліпшуються: зменшується кольоровість, зникають зайві присмак і запах, вода набуває блакитний відтінок. Надлишок озону швидко розкладається, утворюючи кисень [24].

Рисунок 3.2 Вакуумний озонатор з розривом струменя

З розривом струменя: ежектор (1) встановлюється на вводі води в Безнапірні контактну ємність, обладнану арматурою контролю рівня води (3). Розподіл газо-водяної суміші в ємності здійснюється за допомогою спеціальної змішувальної насадки (2), що підвищує ефективність розчинення озону. На подальшу обробку коагуляцію, фільтрацію через засипні фільтри, мембранні модулі і т.п.Вода подається насосом (4). Ємність також обладнується каталітичним деструктором озону, який нейтралізує газоподібний озон, що витісняється з повітряного простору між рівнем води і верхньою стінкою під час наповнення ємності. Проста і надійна схема, традиційно використовувана при очищенні і знезараженні води озоном.

Озонування води має такі певні переваги перед хлоруванням:

1) озон є одним з найсильніших окисників, його окислювально-відновний потенціал вищий, ніж у хлору і навіть хлору діоксиду;

2) при озонуванні у воду не вноситься нічого стороннього і не відбувається скільки-небудь помітних змін мінерального складу води і pH;

3) надлишок озону через кілька хвилин перетворюється в кисень, і тому не впливає на організм і не погіршує органолептичні властивості води;

4) озон, вступаючи у взаємодію із з'єднаннями, що містяться у воді, не викликає появи неприємних присмаків і запахів;

5) озон знебарвлює і дезодорує воду, що містить органічні речовини природного і промислового походження, що додають їй запах, присмак і забарвлення;

6) у порівнянні з хлором озон ефективніше знезаражує воду від спорових форм і вірусів;

7) процес озонування в меншій мірі піддається впливу змінних факторів (pH, температури і т. д.), що полегшує технологічну експлуатацію водоочисних споруд, а контроль за ефективністю не складніше, ніж при хлоруванні води;

8) озонування води забезпечує безперебійність процесу обробки води, відпадає необхідність перевезення і зберігання небезпечного хлору;

9) при озонуванні утворюється значно менше нових токсичних речовин, ніж при хлоруванні.

Переважно це альдегіди (наприклад, формальдегід) і кетони, які утворюються в порівняно невеликих кількостях;

10) озонування води дає можливість комплексної обробки води, при якій може одночасно досягатися знезараження та поліпшення органолептичних властивостей (кольоровість, запах і присмак) [23].

3.3 УФ-стерилізація

Ультрафіолетовим випромінюванням називається електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі 10-400нм і відповідною енергією фотонів 12,4-3,1 електронвольт. Для знезараження води в технології водопідготовки використовується біологічно активна область спектра УФ-випромінювання з довжиною хвилі від 205 до 315 нм, звана бактерицидну випромінюванням.

Максимум бактерицидної дії посідає область 250-270 нм. Ультрафіолетове випромінювання має виражену біоцидним дією відносно різних мікроорганізмів, включаючи бактерії, віруси і гриби. УФ-опромінення в дозах, які забезпечують бактерицидний ефект, не гарантує епідемічну безпеку води щодо збудників паразитологічних захворювань [25].

Знезаражуюча дію УФ-випромінювання грунтується на незворотних пошкодженнях молекул ДНК і РНК мікроорганізмів, що знаходяться у воді, за рахунок фотохімічного впливу променевої енергії. Фотохімічне вплив передбачає розрив або зміна хімічних зв'язків органічної молекули в результаті поглинання енергії фотона.

Рисунок 3.3  Очистка води за допомогою Ультрафіолетової лампи

Установки УФ-знезараження застосовуються в самих різних випадках, коли необхідні стадії водопідготовки та водоочищення при водопостачанні широкого спектру промислових об'єктів та об'єктів індивідуального користування водопровідної води, підземних вод із свердловин і поверхневих вод при автономному водопостачанні, а також в очисних спорудах будинків, промислових підприємств і навіть цілих міських багатонаселених районів. УФ-знезараження застосовується в харчовій промисловості при виробництві мінеральної бутильованої води та пива, в медичній промисловості і пр.

Ультрафіолетові стерилізатори води використовують енергію ультрафіолетового випромінювання для знищення мікробіологічних забруднень, на (рис. 3.3) зображений приклад очистки води, за допомогою ультрафіолетових ламп. Цей метод фільтрації знаходить застосування для котеджів, будинків, квартир, лабораторій, ресторанів, лікарень, промислових підприємств, систем колективного водопостачання, зображений приклад очищення води за допомогою уфіолетових ламп. УФ-стерилізатори нейтралізує всі відомі хвороботворні мікроорганізми з великим запасом надійності. Кишкова паличка, бацила дизентерії, збудники холери і тифу, віруси гепатиту і грипу, сальмонела, цисти Giardia lamblia і Cryptosporidium гинуть при дозі опромінення менше 10 мДж/см². Тим часом, лампи сучасних стерилізаторів забезпечують дозу опромінення не менше 30 мДж/см.

Широка поширеність методу Уф-знезараження пояснюється такими його перевагами, як:

1. універсальність і ефективність впливу на різні мікроорганізми;

2. екологічність, безпечність для життя і здоров'я людини;

3. відносно низька ціна;

4. невисокі експлуатаційні витрати;

5. низькі капітальні витрати;

6. простота обслуговування установок [23].

Найпоширенішими сучасними реагентними методами знезараження води є хлорування та озонування, але по ряду характеристик вони поступаються УФ-опромінення. Для наочності проведемо порівняння цих методів.