Хлорування води в даний час отримало найбільш широке поширення завдяки багатьом технічним, гігієнічним і економічним перевагам перед іншими методами знезараження.
Для хлорування води використовують різні сполуки хлору і різні способи їх взаємодії з водою. найбільше распро-
страненіе отримав рідкий хлор, який надходить на водопровідні станції в цистернах або балонах під високим тиском. Він являє собою маслянисту темно-зелену рідину щільністю 1,4 при 15 ° С. При зниженні тиску рідкий хлор переходить в газоподібний, добре розчиняється у воді. Взаємодія розчиненого хлору з водою протікає за таких реакцій:
С12 + Н 2 О = НС1 + НОС1, НОС1 = Н + + ОС1 -.
Ступінь дисоціації хлорнуватистої кислоти залежить від активної реакції води. Знезаражуюча дію надають гипохлоритного іон ОС1 - і недіссоціірованних хлорнуватиста кислота.
Крім рідкого хлору, в практиці знезараження води використовують ряд його сполук, з яких практичне значення для централізованих систем питного водопостачання має діоксид хлору (С102). Діоксид хлору - газ жовто-зеленого кольору, добре розчинний у воді. При 4 ° С у воді може розчинитися до 20 обсягів діоксиду хлору. Діоксид хлору в воді практично не гідролізується, діючим початком є молекула речовини.
Неорганічні хлораміни (монохлорамін NH2 Cl і діхлорамін NHCl2) широко використовують при знезараженні води на водопроводах.
Гіпохлорити кальцію і натрію є солі хлорнуватистої кислоти. Початком гіпохлоритів є гипохлоритного іон (ОС1 -). Хлорне вапно - комплексне з'єднання, в якому іон кальцію пов'язаний одночасно з аніонами хлорнуватисту і хлористоводневої кислот. Свіжий технічний продукт містить не більше 35% активного хлору. При зберіганні, особливо в вогкості і на світлі, хлорне вапно втрачає активність. Початком гіпохлоритів є гипохлоритного іон.
Різна бактерицидность хлорвмісних препаратів пов'язана з виразністю їх окислювальних властивостей. Сучасне уявлення про сутність окислювально-відновних реакцій зв'язується з переносом електронів в ряду взаємодіючих речовин. Окислювально-відновний потенціал хлорвмісних препаратів, як і їх бактерицидна активність, зростають в ряду хло- рамін-хлорне вапно-хлоргазу-діоксид хлору.
Процес взаємодії хлору з бактеріальною клітиною в воді проходить дві стадії: спочатку знезаражувальний агент дифундує всередину бактеріальної клітини, а потім вступає в реакцію з білками цитоплазми, ядерним апаратом клітини, а також з ензимами клітини, в першу чергу з дегідрогеназ, блокуючи SH-групи. В експериментах показана пряма кореляція придушення активності дегідрогеназ з антибактеріальним ефектом. Препарати хлору впливають в основному на вегетативні форми бактерій. Спороцидну ефект проявляється в експерименті при високих концентраціях хлору і тривалому контакті, нереальних для технології водопідготовки. Високорезистентними до дії хлору віруси, а також цисти найпростіших і яйця гельмінтів.
На ефективність хлорування впливає ряд факторів, пов'язаних з біологічними особливостями мікроорганізмів, бактерицидними властивостями препаратів хлору, станом водного середовища, умовами, в яких проводиться знезараження.
Швидкість процесу знезараження води визначається дифузією обеззараживающего агента всередину клітини і відмиранням клітин в результаті порушення їх метаболізму. Швидкість знезараження зростає зі збільшенням концентрації знезаражуючого речовини в воді, підвищенням її температури і переходом обеззараживающего агента в недіссоціірованную форму, оскільки дифузія молекул через мембрану клітини відбувається швидше, ніж гідратованих іонів, що утворюються при дисоціації.
Ефективність хлорування в великій мірі залежить і від первинної кількості мікробів у вихідній воді. Ефективність хлорування залежить від складу водного середовища, в якій проявляється бактерицидну дію цих препаратів. З підвищенням рН води бактерицидний ефект зменшується.
Суперхлорування, тобто хлорування надлишковими дозами хлору, використовується при особливої епідемічної обстановці і при неможливості забезпечити достатній час контакту води з хлором. При Суперхлорування теж не провокуються запахи в воді, оскільки утворилися на ранньому етапі взаємодії хлору з водою хлорорганічні сполуки надалі руйнуються надлишком хлору. Однак необхідно видалення надлишкового залишкового хлору (дехлорирование) перед подачею води споживачеві, що досягається додаванням до води гипосульфита, сорбцией хлору на активованому вугіллі або аерацією.
При хлоруванні діоксидом хлору відзначається більш високий бактерицидний ефект при тій же дозі активного хлору, не утворюється нових запахів і навіть зникають запахи (бензину, меркаптана та ін.), Що були у вихідній воді. Це пояснюється тим, що чинним початком при введенні діоксиду хлору є не хлорнуватиста кислота, а молекула діоксиду хлору - сильніший окислювач.
Гіпохлорити можна отримувати на місці споживання електролітичним шляхом. В якості електролітів використовуються або спеціально приготовлені розчини хлориду натрію, або природні електроліти - підземні мінералізовані і морські води. Знезараження на установках водопідготовки продуктивністю до 5000 м 3 / сут можливо прямим електролізом води при вихідному вмісті хлоридів не менше 20 мг / л і жорсткості до 7 мг-екв / л. Отримання гіпохлоритів безпосередньо на водопровідній станції має значні економічні переваги і дозволяє уникнути транспортування і зберігання рідкого хлору - небезпечної і токсичної речовини.
Для знезараження води на водопроводах, що використовують поверхневі джерела з дуже високим бактеріальним забрудненням, використовують так зване подвійне хлорування. Основну дозу хлору вводять в воду перед процесом очищення, а після очищення виконують заключне хлорування. Такий спосіб позитивно оцінюється технологами по обробці води, оскільки в значній мірі знижує обростання водопровідних споруд і комунікацій водоростями. Однак висока концентрація утворюються при цьому хлорорганічних сполук не дозволяє вважати метод подвійного хлорування бездоганним. Попередники хлорорганічних сполук - гумінові кислоти та фульвокислоти, похідні фенолу, аніліну, що є продуктами метаболізму водоростей, постійно присутні в воді поверхневих джерел водопостачання. Хлорорганічні сполуки в низьких дозах не тільки надають загальнотоксичну дію, але і здатні дати ембріотоксичний, мутагенний та канцерогенний ефект.
Знезараження води озоном.
Знезаражуюча дію озону на вегетативні форми бактерій в 15-20 разів, а на спорові форми в 300-600 разів більше виражено, ніж дію хлору.
Непрямим показником ефективності знезараження води озоном при оперативному контролі служить присутність у воді залишкових кількостей озону на рівні 0,1-0,3 мг / л після камери змішання (барботажних колон).
Переваги озону перед хлором при знезараженні води полягають у тому, що озон не утворює у воді сполук, подібних хлорорганическим, покращує органолептичні властивості води і забезпечує бактерицидний ефект при меншому часі контакту. Широке впровадження озонування в практику обробки води стримується високою енергоємністю процесу отримання озону; озонування на порядок дорожче хлорування.
Інші бактерицидні речовини, які використовуються для знезараження води. Практичний досвід знезараження води сріблом накопичувався людством протягом кількох століть. Роботами вітчизняних і зарубіжних вчених встановлено високий бактерицидний ефект срібла вже в концентрації 0,05 мг / л; ефективні робочі концентрації 0,2-0,4 мг / л і вище. Антимікробну дію срібла охоплює багато видів бактерій і віруси, але віруліцидної ефект проявляється тільки при високих, вище 0,5 мг / л, концентраціях, а спороцидну дії срібло не надає.
Механізм бактерицидної дії срібла полягає в блокуванні функціональних груп ферментних систем клітини, розташованих в мембрані цитоплазми і в Периплазма. Інактивація ферментних груп малими концен-
ції позитивних іонів металів носить назву олігодінаміческого ефекту. У сучасних установках використовується електролітичний спосіб введення срібла. На аноді при цьому утворюються іони гіпохлориту і перекисних сполук, які посилюють олігодінаміческое дію срібла.
Застосування срібла для знезараження питної води стримують його висока вартість, а також ту обставину, що його ГДК в воді, встановлена по токсикологическому ознакою шкідливості, становить 0,05 мг / л, що на порядок нижче ефективних по бактерицидної дії концентрацій. У зв'язку з цим срібло застосовується для знезараження і консервації невеликих обсягів питної води в системах автономного життєзабезпечення.
Для знезараження питної води використовують олігодінаміческій ефект іонів міді. Антимікробні спектри срібла і міді збігаються, але діючі концентрації міді вище, і бактерицидний ефект розвивається повільніше.
Для знезараження індивідуальних або невеликих групових запасів питної води в польових умовах використовують препарати йоду, які, на відміну від препаратів хлору, діють швидше і не погіршують органолептичні властивості води.