В этой области особые требования предъявляются к питьевой воде. Основные критерии были сформулированы еще в середине двадцатого века и заключаются в следующем: питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по химическому составу и обладать благоприятными органолептическими свойствами. В настоящее время эти критерии приняты во всем мире. На их основе в различных странах создаются нормативные документы в области качества питьевой воды. В России это СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода». Следует отметить, что в естественном состоянии абсолютно чистой воды не бывает. В ней всегда присутствуют растворенные газы, минеральные вещества, металлы, а также сложные высокомолекулярные соединения и микрофлора. В оценке степени риска для здоровья человека, в зависимости от природы нежелательных примесей в воде, первое место занимают микробиологические загрязнения. Сегодня доказано, что в этом случае опасность заболеваний в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Исходя из сказанного, обязательным условием получения воды питьевого качества является ее обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам. Достоинства и недостатки существующих способов Обеззараживание (дезинфекция) представляет собой комплекс санитарно-технических мер по уничтожению возбудителей инфекционных заболеваний (бактерий, спор, микробов, вирусов) физическими, химическими и биологическими методами. На сегодняшний день наибольшее распространение получили такие способы дезинфекции воды, как: хлорирование, озонирование и обработка УФ-излучением (табл. 1). Электроплазменная технология, электрохлорирование, а также обеззараживание с использованием сорбционных материалов, модифицированных наноагрегатами серебра, в силу объективных причин широкого применения не нашли. Хлорирование Опыт РФ в области подготовки воды, а также существующая практика большинства развитых стран свидетельствуют о том, что самым распространенным и проверенным способом ее дезинфекции является первичное хлорирование (98,6 % воды подвергается хлорированию, озонирование составляет только 0,37 %, остальные методы — 1,03 %).Причина столь высокой популярности данного способа заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование позволяет очистить воду как от нежелательных органических и биологических примесей, так и полностью удалить растворенные соли железа и марганца. Другим важнейшим преимуществом этого способа является его способность обеспечить микробиологическую безопасность воды в любой точке распределительной сети и в любой момент времени благодаря эффекту последействия. Вместе с тем существенным недостатком хлорирования является наличие в обработанной воде свободного хлора, что ухудшает ее органолептические свойства и является причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Большую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ): хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Процесс образования ТГМ может занимать несколько десятков часов, а их количество при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения этого недостатка требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах 0,06–0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья. Дезинфектантами, используемыми при хлорировании, помимо хлора (Cl), служат его производные: гипохлорит натрия (NaClO), диоксид хлора (ClО), хлорамин и др.Одним из самых распространенных способов обеззараживания воды в промышленных масштабах является обработка газообразным хлором (Cl). Газообразный хлор — это активный химический элемент, вступающий в реакции с органическими веществами, растворенными в обрабатываемой воде. Однако, несмотря на эффективность Cl как дезинфектанта, образующиеся на его основе различные соединения являются сдерживающим фактором, ограничивающим его использование в процессах дезинфекции. Одним из наиболее употребляемых реагентов при этом способе подготовки воды является диоксид хлора (ClO). Механизм его действия на болезнетворную флору обусловлен не только высоким содержанием высвобождающегося хлора, но и образующимся атомарным кислородом. Это сочетание делает ClO более сильным обеззараживающим агентом. Кроме того, диоксид хлора не ухудшает вкус и запах воды. Сдерживающим фактором в использовании данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, что осложняло его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения. Так, например, в основе функционирования одной из серий установок Oxiperm (они разработаны компанией Alldos, входящей в концерн Grundfos) заложена безопасная технология приготовления реагента: хлорит (NaClO2) — соляная кислота (НCl). Отличительной характеристикой некоторых из этих установок является работа с разбавленными реагентами (7,5 % хлоритом натрия и 9 % соляной кислотой). Системы оснащены датчиками и электроникой для полного контроля над процессами, что позволяет автоматизировать их и включить в систему диспетчеризации технологических линий водоподготовки. В качестве реагента для первичного хлорирования воды также широко используется гипохлорит натрия (NaClO), содержащий не менее 190 г/л активного хлора. Технология применения NaClO основана на его свойствах распадаться в воде с образованием диоксида хлора; при этом концентрированный гипохлорит натрия снижает на треть вторичное загрязнение по сравнению с хлором. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно проста и не требует повышенных мер безопасности. Также получение гипохлорита натрия возможно и непосредственно на месте, путем электролиза (такой принцип используется, например, в установках серии Selcoperm). Электролитическое получение гипохлорита является весьма низко затратным и безопасным способом а сам реагент легко дозируется и также может применяться в автоматических установках обеззараживания. Озонирование В поисках других способов дезинфекции воды исследователи обратили внимание на газ озон. Преимущество озона по отношению к другим дезинфектантам заключается в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода. Исторически применение озона началось еще в 1898 г. во Франции, где впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды. Первоначально озон использовался только для дезинфекции; несколько позже его стали применять для удаления запаха и цветности обрабатываемой воды. Существующие конструкции современных озонаторов (например, Pozitron или семейство установок Oxizon) представляют собой большое количество близко расположенных ячеек, образованных электродами, один из которых находится под высоким напряжением, а второй заземлен. Между электродами с определенной периодичностью возникает электрический разряд, в результате которого в зоне действия ячеек из воздуха образуется озон. Полученной озоновоздушной смесью барботируют обрабатываемую воду. Подготовленная таким образом вода по вкусу, запаху и другим свойствам превосходит воду, обработанную хлором. Эффективное бактерицидное действие озона обнаруживается при достижении критической дозы, равной 0,4–0,5 мг озона в газе на литр обрабатываемой воды (происходит полная инактивация воды). Механизм воздействия окислителя состоит в разрушении бактерий путем инактивации бактериальных протеинов, т.е. диффузией через мембрану клетки в цитоплазму с поражением жизненных центров. Кроме уникальной способности уничтожения бактерий озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов. Внедрению технологий с использованием озона способствует его экологическая чистота. При всех очевидных преимуществах этого способа ограничением его распространения является высокая стоимость оборудования и значительные производственные расходы. Кроме того, в процессе эксплуатации было установлено, что в ряде случаев (если температура обрабатываемой природной воды превышает 22 °C) озонирование не позволяет достичь требуемых микробиологических показателей по причине отсутствия эффекта пролонгации дезинфицирующего воздействия. Ультрафиолетовое обеззараживание Перспективным промышленным способом дезинфекции воды является ее обработка УФ-излучением. УФ-область занимает в электромагнитном спектре участок диапазона от 400 до 100 нм. При этом для дезинфекции воды применяется свет с длиной волны 254 нм (или близкой к ней), который называют бактерицидным. Принцип действия этого способа дезинфекции основан на облучении ультрафиолетом микроорганизмов, находящихся в воде в течение определенного промежутка времени. УФ-излучение проникает сквозь стенки клетки переносимого водой микроорганизма и, поглощаясь ДНК, приводит к его дезактивации. Современные установки ультрафиолетового обеззараживания (можно упомянуть отечественные УДВ или зарубежные Desolux) имеют производительность от одного кубометра до 50 тыс. м3/ч и представляют собой камеру из пищевой нержавеющей стали с размещенными внутри бактерицидными УФ-лампами, которые защищаются от контакта с водой прозрачными кварцевыми чехлами. Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, который убивает все находящиеся в ней микроорганизмы. Наибольший эффект обеззараживания питьевой воды достигается при расположении УФ-установок после всех других систем очистки, как можно ближе к месту конечного потребления. В зависимости от производительности их комплектуют высокоэффективными бактерицидными ртутными или амальгамными лампами низкого давления. Этот способ, однако, может быть как альтернативой, так и дополнением к традиционным средствам дезинфекции, поскольку является абсолютно безопасным и эффективным. УФ-обеззараживание, в отличие от окислительных способов, не приводит к образованию вторичных токсинов, не ухудшает вкус и запах воды, и поэтому может быть отнесено к экологически чистым методам ее обработки. Вместе с тем, несмотря на эффективность и простоту, этот способ имеет определенные недостатки. Подобно озонированию, при УФ-обработке отсутствует последействие, что делает проблематичным его применение в случаях, когда временной интервал между воздействием на воду и ее потреблением достаточно велик. Кроме того, возможны реактивация микроорганизмов и даже выработка новых штаммов, устойчивых к лучевому поражению. Этот способ энергозатратен, требует строжайшего соблюдения технологии, постоянной борьбы с биообрастанием источников излучения и жесткого контроля над прозрачностью воды (рассеивание лучей снижает эффективность обработки воды). Проблема обеззараживания воды стоит сегодня тем более остро, что качество ее в природных источниках неуклонно снижается. В государственном докладе «Вода питьевая» отмечено, что около 70 % рек и озер страны утратили свое качество, как источники водоснабжения, а приблизительно 30 % подземных источников подверглись природному или антропогенному загрязнению. Около 22 % проб питьевой воды, отбираемых из водопроводов, не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим нормам, а более 12 % — по микробиологическим показателям. Очевидным выходом из создавшегося положения является применение современных способов водоочистки и дезинфекции. Мировой и отечественный опыт доказывает, что при использовании передового оборудования и технологий качество воды, практически независимо от исходных ее характеристик, начинает соответствовать самым строгим нормативным требованиям. Это позволяет не только эффективно использовать естественные источники, но и с успехом применять схемы рециркуляции. Такой подход, несомненно, поможет снизить антропогенную нагрузку с окружающей среды и сберечь ее для потомков.