Дезинфекция химическими соединениями

В предыдущем разделе шла речь о различных физических методах дезинфекции воды. К химическим соединениям, используемым для получения микробиологически безопасной воды, относятся перекись водорода, кислород, озон, перманганат калия и окислители галогеновой группы. В процессах дезинфекции наиболее широко используются галогены, среди которых бесспорным лидером является хлор и его производные.

Дезинфекция бромом - бром в его различных формах, гидролизуется в воде с образованием бромноватистую кислоту (HOBr) (аналогично с образованием хлорноватистой кислоты (HOCL) при хлорировании воды), которая лежит в основе механизма действия этого биоцида.

Бром используется для дезинфекции бассейнов и гидромассажных ванных. Также в домашних условиях он используется для дезинфекции джакузи, часто в сочетании с обработкой озоном. Кроме того, бром используется для подавления роста водорослей в охладителях. Бром не рекомендуется использовать для дезинфекции питьевой воды, за исключением аварийных ситуаций.

Подобно йоду и хлору, бром является устойчивым элементом и обладает эффектом последействия в обработанной им воде. При использовании в бассейнах действие брома на кожу и слизистые считается менее раздражающим, кроме того, он менее подвержен разложению под действием солнечного света. Бром эффективен для инактивации бактерии, вирусы и некоторые цист.

Дезинфекция хлором - соединения хлора в 1800 - годах первыми начали использовать в процессах дезинфекции - De Moveua во Франции и Cruikshank в Англии. Ранее они применялись для устранения запаха при очистке стоков. В 1854 году, например, хлорная известь была использована в Лондоне на очистных сооружениях деодорирования стоков. Для дезинфекции питьевой воды используются три основные формы хлора: газообразная, жидкая и таблетированная или порошковая. На централизованных станциях водоочистки в основном используют газообразный хлор (Сl₂), однако эта форма хлора достаточна дорогая и может представлять опасность при обработке небольших объемов воды. Хлор также доступен в сухой форме, например, гипохлорит кальция, который продается в форме растворимого порошка или таблеток под торговыми марками НТН или перхлорон. Эти соединения считаются высококачественным гипохлоритом и содержат 65-75% хлора. Жидкий раствор гипохлорита натрия используется как в домашних, так и коммерческих системах хлорирования. Он продается в универсамах в виде домашнего отбеливателя и содержит 4.0 - 5.25 % хлора. Для дезинфекции бассейнов применяется 10-15% раствор хлора.

Рис. 10.8. Стандартная схема установки генератора гипохлорита

В предыдущих главах этой книги уже упоминалось об использовании хлора в качестве уникального окислителя в других, кроме дезинфекции процессах.

Эта глава посвящена применению жидких форм хлора, в том числе методам его дозирования с помощью насосов Наиболее распространенным способом хлорирования является использование гипохлоринатора с поршенем или диафрагменным насосом для введения раствора в водный поток. Это устройство можно регулировать во время работы, оно надежно и точно дозирует подачу дезинфицирующего агента. Электрический гипохлоринатор может быть синхронизирован с работой насосов таким образом, чтобы можно было увеличивать скорость дозирования хлора до необходимого уровня (рис. 10-8).

Рис. 10.9. Типовой байпасный дозатор кристаллов йода

При расчете гипохлорирования необходимо учитывать несколько факторов: уровень дозировки в мг/л, потребление хлора, остаточный хлор и необходимое время контакта. Дозировка - это количество хлора в мг/л, подаваемого в водную систему. Определенное количество добавленного в воду хлора, окисляет или взаимодействует с другими компонентами воды, например, двухвалентным железом, марганцем, сероводородом или органическими веществами, удаляя их в течение процесса дезинфекции. Количество хлора, использованного во время реакций с водными элементами, называется потреблением хлора.

Хлор, оставшийся в воде после ее обработки и взаимодействия с другими веществами, называется остаточным хлором. Если в воде присутствует аммоний, хлор взаимодействует с ним с образованием хлораминов, обладающих усредненной дезинфицирующей способностью. Если в воде аммония нет, оставшийся хлор называют остаточным свободным хлором, и его дезинфицирующая активность в 25 - 100 раз выше, чем у хлораминов.

Время контакта - период времени, во время которого остаточный хлор сохраняется в воде. Оптимальное время контакта для эффективной дезинфекции составляет 20 - 30 минут, а количество дозируемого хлора должно быть достаточным для того, чтобы концентрация свободного остаточного хлора составила 0.2 - 0.5 мг/л. Если размер напорного бака недостаточно большой, чтобы обеспечить адекватное время контакта, необходимо установить последовательно второй бак.

Хлорирование крайне популярно в качестве метода дезинфекции воды в связи с его высокой бактерицидной эффективностью и способностью к пролонгированному действию, обеспечивающему антимикробиологическую защиту воды даже во время ее протекания по трубопроводам до места подачи потребителю. Хлор эффективен по отношению к большому спектру патогенных микробов, работает в широких pH и температурных диапазонах, имеет невысокую цену и легко контролируется с помощью простых тест-систем.

При хлорировании воды богатой органическими соединениями образуются побочные продукты тригалометаны, которые считаются канцерогенными веществами.

Дезинфекция йодом - йод является еще одним галогеном, используемым для уничтожения нежелательных микроорганизмов. Йодирование считается химически слабым процессом, так как йод по сравнению с хлором реагирует медленнее с присутствующими в воде химическими соединениями. При концентрации 1 мг/л остаточный йод эффективен для контроля большинства болезнетворных бактерий и вирусов, например, вирус полиомиелита.

Одним из методов дозирования йода, как окисляющего дезинфицирующего агента, является метод диффузии, представленный на рисунке 10-9.

Метод состоит в том, что часть потока воды проходит через сосуд с кристаллами йода. Этот маленький обводной поток растворяет часть йода и затем присоединяется к основному потоку, обогащая его необходимым рассчитанным количеством йода. Накопительный бак, в этом случае, является местом разрушения микроорганизмов, что позволяет минимизировать время необходимого контакта. Домашние йодинаторы весьма эффективны при борьбе с умеренным бактериальным или вирусным загрязнением воды. Хотя при необходимости йодинатор можно использовать только для обработки питьевой воды, обычно он применяется для дезинфекции воды для всего дома. Также йодинаторы используются для обработки циркулируемой воды в плавательных бассейнах.

Рис. 10.10. Зависимость растворимости йода в воде от температуры.

Подобно хлору, йод обладает продотированным действие и может легко измеряться простыми тест-системами. В отличие от хлора, йод не вызывает раздражение глаз при плавании в бассейнах, как бывает при хлорировании.

Подобно перманганату калия, растворимость йода чувствительна к температуре (эта зависимость показана на рисунке 10-10). Поэтому в более прохладных климатических условиях особое внимание следует уделять защищенности йодинаторов.

Дезинфекция Озоном - еще одним методом дезинфекции воды бытового и коммерческого назначения является озонирование (O₃), при котором озон производится на месте, в точке потребления. (Этот процесс описан детально в Главе 8). Озон считается одним из самых мощных окислителей, приблизительно в 10 раз сильнее, чем хлор. Он не образует тригалометаны, как хлор и бром, однако создает некоторые новые соединения. Однако, озон относится к нестабильным газам и, соответственно, имеет очень короткую жизнь в воде, что ведет к непродолжительному дезинфицирующему эффекту. Генераторы озона могут использовать атмосферный воздух в качестве источника кислорода.

Озон, используемый в сочетании с ультрафиолетовым излучением, хлором или йодом, обеспечивает превосходный окислительный и дезинфицирующий эффект.