Ваше имя:*

E-mail:*

Телефон:*

Ваш вопрос*:

*— Обязательно для заполнения



Ваш товар добавлен в корзину

Перейти к оформлению заказа | Вернуться в каталог



Вы не выбрали ни одного товара

Перейти к оформлению заказа | Перейти в каталог

  • Доступные цены

    Замена на универсальный счетчик воды
    1500 рублей. Интервал между поверками 6 лет.

  • Экономьте с нами

    Продление акции, заказавшим через сайт установка 2-х счетчиков воды Тайпит-ип (ОХТА) 4500р.

  • Ваш выбор - надежность

    Качество, надежность и
    ответственность это наш
    стандарт обслуживания!

  • Наша специализация

    Установка счетчиков воды и тепла: быстро, качественно, недорого!

Установка счетчиков воды и теплаКаталог смесителейПоверка счетчиков воды и тепла
Связаться с нами

Хлорирование для дезинфекции питьевой воды

ПРАКТИКА ХЛОРИРОВАНИЯ: ПРИМЕНЕНИЕ,
ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ПРОБЛЕМЫ И АЛЬТЕРНАТИВЫ

Перевод ежегодного тематического приложения к журналу AQUA Всемирной Ассоциации Водоснабжения (IWSA)


Хлорирование для дезинфекции питьевой воды - гарантированное средство в борьбе с водными патогенными микроорганизмами применяющееся со 2-ой половины 19-ого века.
В большинстве случаев хлорирование наиболее дешевое и, зачастую, самое лучшее средство дезинфекции, применяемое при водоподготовке, позволяющее контролировать рост бактерий в распределительной системе.
Однако в последние десятилетия века возрос интерес к образованию нежелательных побочных продуктов хлорирования, возможно вредных для здоровья. С ростом внимания к побочным продуктам хлорирования, на многих станциях очистки развитых стран мира практика хлорирования изменяется так, чтобы минимизировать риск, связанный с образованием побочных продуктов и избежать нежелательных привкусов и запахов хлора в очищенной воде.
Различия в оценке необходимости хлорирования питьевой воды были подняты на консультативных встречах между США и рядом Европейских стран.
В то время как практика очистки в США предусматривает поддержание заметного уровня хлора в распределительной системе с целью минимизации роста бактерий, в Европе придерживаются практики производства биологически стабильной воды с небольшими дозами хлора и низкой его концентрацией в распределительной системе.
Поставщики воды в разных странах принимают во внимание различие между мгновенным эпидемическим действием, связанным с водными патогенами и длительным действием, связанным с ППД (побочными продуктами дезинфекции), предположительно обладающими мутагенными свойствами, обнаруженными в тестах на животных.
В течение процесса хлорирования питьевой воды, хлор вводится в виде хлорного газа или жидкого гипохлорита натрия.
Хлор реагирует с субстанциями, присутствующими в природной воде, такими как органические вещества (включая материал стенок клеток) и неорганические вещества. Эффективность дезинфекции определяется множеством параметров: типом дезинфицирующего вещества, его дозой, потребностью воды в дезинфекции, временем контакта, рН воды, температурой, типом микроорганизмов (т.е. бактериями, вирусами, протоцистами) и концентрацией микроорганизмов.
Альтернативные окислители (т.е. озон, диоксид хлора) также становятся обычным средством для дезинфекции и других целей водоподготовки, включая окисление восстановленного железа и марганца, а также запахообразующих компонентов, таких как сульфиды.
Целью дезинфекции воды является удаление или деактивация водных патогенных микроорганизмов. Дезинфекция воды не является синонимом стерилизации воды, при которой находящиеся в воде микроорганизмы уничтожаются. Во многих процессах дезинфекции в качестве индикатора применяют общий счет колиформных бактерий, который отражает возможность наличия в воде патогенных микроорганизмов, и является признаком фекального загрязнения (Escherichia coli, Salmonella typhi).
В первую очередь деактивации подвергаются патогенные микроорганизмы: бактерии, вирусы и протоцисты (Giardia lamblia, Cryptosporidium Parvum). Внезапным вызовом практике дезинфекции было открытие существования цист и ооцист в поверхностных источниках. Ооцисты Cryptosporidium, к примеру, являются возбудителями криптоспоридиоза, который, как было показано, представляет смертельную угрозу для ослабленных людей и людей с пониженным иммунитетом. В этой статье будет предложено всестороннее рассмотрение хлорирования в процессе водоподготовки. В обсуждение будут включены следующие темы: общая практика хлорирования, применимость хлора для дезинфекции, образование побочных продуктов, текущие правила регулирования дезинфекции и альтернативные окислители.
Эта статья призвана предоставить информацию об общей ситуации, сложившейся в отношении хлорирования на данный момент, но она не отражает индивидуальных мнений или мнений организаций - членов IWSA.

ВСТУПЛЕНИЕ.

Уже с 1854 года, когда доктор Джон Сноу отметил связь между потреблением воды из колодца на Брод стрит и эпидемией холеры в Лондоне (1), охрана здоровья подразумевала удаление из питьевой воды патогенов. На начальных этапах это выразилось в очистке воды при помощи медленных песчаных фильтров. С начала этого века, однако, дезинфекция хлором получила большее значение в контроле за эпидемиями по всему миру, чем все остальные методы очистки воды (2,3). За короткий срок практика хлорирования питьевой воды позволила избавиться от водных патогенов и вирусных заболеваний во многих частях света.
В последних десятилетиях этого века проводилось множество дискуссий в отношении потенциальной возможности образования в процессе хлорирования нежелательных побочных продуктов, представляющих вред для здоровья. В 1974 году ученые установили взаимосвязь между хлорированием и наличием в питьевой воде галогенорганических соединений (4,5). В последующие годы было открыто еще несколько побочных продуктов, некоторые из которых, как показал тест на животных (6), обладают канцерогенными свойствами. В свете этих исследований, в 1980 году многие страны установили лимит на тригалометановые группы хлорированной органики, и с тех пор были разработаны нормы на другие типы побочных продуктов дезинфекции (ППД) (8,9).
По всему миру начались дебаты, в ходе которых рассматривались положительные и отрицательные стороны применения хлора в процессе водоподготовки и, частично, применимость альтернативных методов дезинфекции в развитых и развивающихся странах. В свете потенциальной опасности для здоровья (специфичной для каждой страны), связанной с процессом водоподготовки, следует обратить внимание на фундаментальное отличие между скоротечным действием, связанным с возможностью эпидемии от водных патогенов и длительным действием на здоровье побочных продуктов, как показали тесты на животных, мутагенных. Хотя дезинфекция хлором является критически важным процессом в водоподготовке развивающихся стран, многие развитые страны стараются отказаться от хлорирования для избежания потенциального риска, связанного с образованием побочных продуктов хлорирования, а также хлорного привкуса и запаха очищенной воды, не приемлемых потребителями. Важно, чтобы смена практики дезинфекции не отразилась на эффективности удаления из воды потенциальных патогенов.
Хотя контроль образования побочных продуктов дезинфекции часто сводится к контролю дозы дезинфицирующего вещества и количества побочных продуктов, образование побочных продуктов является не только результатом дезинфекции. На самом деле побочные продукты могут образоваться при вводе многих химических окислителей (хлор, озон, диоксид хлора) в воду для достижения различных целей водоподготовки. Химические окислители могут применяться для разных целей, включая деактивацию бактерий, вирусов и протоцист, окисление восстановленных железа и марганца или запахообразующих компонентов, таких как сульфиды. Принимая во внимание широту использования окислителей, исследование побочных продуктов окисления (ППО) может оказаться более полезным для получения точной информации о природе образования побочных продуктов, чем исследование самих побочных продуктов дезинфекции.
Эта статья посвящена, в основном, практике хлорирования в процессе водоподготовки. Далее будут рассмотрены следующие темы: основные вопросы практики хлорирования, применимость хлора для дезинфекции, побочные продукты, использование альтернативных окислителей для дезинфекции.


ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРАКТИКИ ХЛОРИРОВАНИЯ.

Традиционная практика.

В процессе водоподготовки методы использования хлора различны:

    предварительное хлорирование - введение хлора в начале процесса очистки для окисления неорганики (железа, магния, серы, и т.д.), для удаления вкусов и запахов, улучшения процесса коагуляции и снижение роста водорослей на сооружениях станции;
    первичная дезинфекция - введение хлора для защиты от потенциальных патогенов в воде источника, часто проводимое до достижения концентрации остаточного хлора (С) и необходимого времени контакта (Т). Величина СТ (мг*мин / л) часто используется в США и других странах как критерий дезинфекции при деактивации определенных водных патогенов;
    переломная точка хлорирования – введение хлора для окисления аммония и других хлороокисляемых материалов до того момента, пока не будет обнаружен остаточный хлор;
    остаточный хлор - сохранение остаточного хлора в распределительной системе для защиты воды от снижения качества вследствие биологического роста в трубопроводах, на стыках, при появлении случайных загрязнений и.т.д.;
    суперхлорирование - ввод очень большой дозы хлора на короткий период времени и последующее дехлорирование. Эта практика полезна для удаления цветности, железа, марганца, некоторых загрязнений периодического характера и др.;
    дезинфекция сооружений – ввод достаточно высокой дозы хлора на короткий период времени для дезинфекции новых сооружений или перед пуском в работу старых сооружений, побывавших в ремонте. Примером данного метода применения хлора может служить санация новых труб или труб после ремонта. Кроме того эта практика периодически применяется для профилактических работ на сооружениях, в частности РПВ;
    разовое хлорирование - периодическая обработка хлором трубопроводов, водопроводных вводов и т.д.; при этом хлор вводится на короткое время. Разовое хлорирование иногда практикуется на станциях водоподготовки, которые не используют хлор при нормальных условиях работы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ.

Как правило, хлор вводится в воду в виде газообразного хлора, жидкого гипохлорита натрия или гипохлорита кальция. Эти продукты позволяют произвести дезинфекцию и длительное время поддерживать уровень остаточного хлора. Иногда вместе с хлором вводится аммоний для получения хлораминов, которые являются более длительными по действию, но более слабыми формами остаточного хлора. Нижеследующее обсуждение охватывает все эти вопросы.
    газообразный хлор - поставляется в сжиженном под давлением виде в емкостях различной величины: от небольших стальных цилиндров до железнодорожных цистерн. Газообразный хлор - опасная и очень токсичная субстанция. Помещение хранения должно быть хорошо вентилируемым. Стандарты безопасности применения газообразного хлора очень высоки, однако, это наиболее распространенный дешевый способ применения хлора;
    гипохлорит натрия - преимущественно водный раствор. Гипохлорит натрия обычно производится за пределами площадки очистных сооружений путем смешения газообразного хлора и гидроксида натрия, но возможно и его изготовление на месте путем гидролиза хлорида натрия. Хранение следует предусмотреть в виде раствора в пластиковых или стеклянных емкостях, защищенных от жары и солнечного света. Время от времени следует проводить отбор проб для подтверждения концентрации и определения времени разложения гипохлорита. Хотя гипохлорит натрия является веществом более дорогим в эксплуатации, чем газообразный хлор, по причинам безопасности он широко применяется в районах с высокой плотностью заселения;
    твердый гипохлорит кальция - имеет форму гранул или таблеток (содержание активного хлора - 70%). Это вещество широко используется в основной технологической схеме только на небольших станциях очистки, однако, пользуется большой популярностью для дезинфекции сооружений;
    хлорамины - комбинация хлора и аммония. Аммоний бывает в жидком виде или в виде сжатого газа; хлор используется в любом виде. Хлорамины - менее эффективны, чем свободный хлор, но его использование приводит к меньшему числу побочных продуктов и часто используется как остаточное дезинфицирующее вещество в США. Однако практика использования хлораминов для остаточной дезинфекции в распределительной системе не принимается во многих европейских странах из-за воздействия, которое хлорамины оказывают на жизнь водных организмов.

ВОДНАЯ ХИМИЯ ХЛОРА

Когда газообразный хлор растворяется в воде, он быстро реагирует с образованием хлорноватистой кислоты НОСl и соляной кислоты HCl, как показано в уравнениях реакции, приведенных в Табл.1:





Табл. 1 – Гидролиз газообразного хлора (или реакция хлорирования)
Реакция хлорирования
Уравнение
Cl2 + H2O o HOCl + HCl    (1)
HOCl o H+ + OCl-     (2)

Образование хлорноватистой кислоты (уравнение (1)) часто полагается как наиболее важная реакция при хлорировании воды, полная реакция происходит в течение нескольких десятых секунды. Хлорноватистая кислота - слабая кислота, что означает, что она претерпевает частичную диссоциацию с образованием иона гипохлорита (OCl-), как показано в уравнении (2). Вместе концентрацию хлорноватистой кислоты и иона гипохлорита в водном растворе называются свободным хлором.
Молекулярный хлор также можно причислить к свободному хлору, но его, как правило, нельзя обнаружить при обычном для водоочистки рН.
Деление свободного хлора между хлорноватистой кислотой и ионом гипохлорита зависит и от рН и от температуры (10), как показано на Рис. 1. Большое количество хлорноватистой кислоты в свободном хлоре наблюдается при низких значениях рН. Поскольку хлорноватистая кислота - более сильный окислитель, чем ион гипохлорита, рН 7 часто является условием дезинфекции. Это же значение рН выгодно для окисления аммония хлором.

Рис. 1. Образование свободного хлора при различных значениях рН температуры.
 

Хлор реагирует с другими веществами, присутствующими в природных водах – органическими и неорганическими материалами, которые могут включать восстановленные металлы, сульфиды, ионы брома, а также органическими и неорганическими азотистыми соединениями. Количество хлора, потребляемое в ходе реакций с растворенными или находящимися в коллоидной форме веществами, называется потребностью в хлоре. В присутствии восстановленных металлов, к примеру, окисление хлором способствует образованию осадков оксидов металлов. В воде, содержащей бром, в процессе окисления хлором образуется гипобромовая кислота; ион брома также присоединяется к определению потребности в хлоре. Хлор может реагировать с органическими аминами с образованием органических хлораминов, обладающих некоторым дезинфицирующим свойством. Сумма всех соединений, попадающих под определение потребности в хлоре, может быть определена эквивалентом хлора (Cl2мг/л) для оценки потребности относительно дозы хлора.
Хлор, который реагирует с остатками свободного аммония в сырой воде, может образовать неорганические хлорамины, а в некоторых случаях небольшое количество трихлорамина (Уравнения (3), (4), (5)). Сложные реакции между неорганическим аммонием и хлором в целом называются, как точка перелома хлорирования (упрощенные уравнения реакций приведены в Табл. 2). Эти реакции в большой степени зависят от времени контакта, рН, температуры, концентрации хлора и аммония, исходного отношения хлора и аммония. Первая реакция (Уравнение (3)) демонстрирующая превращение хлорноватистой кислоты (HOCl) в монохлорамин (NH2Cl) проходит наиболее быстро при рН 8,3, когда отношение хлора и аммония равновесно.
Реакции с образованием дихлорамина и трихлорамина протекают значительно медленнее, чем реакция с образованием монохлорамина, требуя при этом более высокого отношения хлора и аммония и более низкого рН. Дихлорамин – нестабильная молекула и быстро разлагается на N2 и HOCl. Дихлорамин и трихлорамин являются также производителями нежелательных запахов и / или горького привкуса в воде.

Табл. 2 – Реакции точки перелома хлорирования.
Реакция точки перелома
Уравнение
HOCl + NH3 o NH2Cl + H2O    (3)
NH2 Cl + HOCl o NHCl2 + H2O     (4)
NH2Cl + HOCl o NCl3 + H2O    (5)

При подсчете соединений хлора, полученных в Уравнениях с 1 по 5 (со всеми соединениями, выраженными как эквивалент хлора в мг Cl2/л), настоящая доза хлора может быть определена в соответствии со следующим выражением:
Доза Хлора = Свободный Хлор + Связанный Хлор + Потребность в Хлоре
В этом выражении органические и неорганические хлорамины называются Связанным Хлором. Все компоненты выражения дозы хлора могут быть представлены в значении эквивалента хлора (как Cl2мг/л).

ДЕЗИНФИЦИРУЮЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ХЛОРА

Цель дезинфекции воды заключается в том, чтобы удалить или деактивировать патогенные микроорганизмы, находящиеся в воде. Дезинфекция не является синонимом стерилизации воды, при которой все микроорганизмы уничтожаются. Основной упор деактивации делается на такие патогенные микроорганизмы, как бактерии, вирусы и протоцисты (Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum, Cyclosporidia и Cyclospora).
Эффективность дезинфекции определяется следующими факторами:

    тип дезинфицирующего агента и его доза;
    потребность воды в данном дезинфицирующем / окисляющем агенте (некоторые факторы потребности приведены выше);
    время контакта дезинфицирующего агента;
    температура воды;
    рН воды во время дезинфекции;
    тип микроорганизмов (т.е. бактерии, вирусы, протоцисты);
    концентрация микроорганизмов в воде.

Считается, что хлорноватистая кислота является более эффективным дезинфицирующим веществом, чем ионы гипохлорита и хлорамины, по двум причинам: 1) хлорноватистая кислота (HOCl) более способна к проникновению через стенки клетки бактерии благодаря нейтральному заряду; и 2) хлорноватистая кислота - более сильный окислитель, т.е. обладает более высоким окислительным потенциалом, как это показано на Рис.2 (10).

Рис. 2 – Окислительный потенциал соединений хлора

 

Во многих дезинфицирующих процессах общий счет колиформных бактерий (например, Escherichia coli, Salmonella typhi) является индикатором фекального загрязнения и позволяет судить о возможном присутствии в воде патогенных микроорганизмов. К примеру, опыты, проведенные с 99% деактивацией индикаторных микроорганизмов, колиформных бактерий, достигаемое подходящей комбинацией концентрации дезинфицирующего вещества (C) и времени контакта (T), позволили сделать предположение, что соответственное снижение болезнетворных бактерий может быть достигнуто при той же или более низкой CT. В опытах по деактивации вирусов и энтеровирусов (к примеру, поливирус) было показано, что исследуемые микроорганизмы более устойчивы к свободному хлору, чем энтеробактерии, и имеют потребность в 10 - 100 раз более высоком СТ, чем потребно для аналогичного эффекта с Е.Соli. Деактивация бактерий и вирусов хлором изучена и хорошо документирована. Примеры гермицидной эффективности (99% деактивация при температуре 5 град С) свободного хлора (98% до 83% HOCl) и хлорамина (NH2Cl) при воздействии на три вида микроорганизмов приведенывТабл.3(11,12).

Табл. 3 – Значения СТ для 99% деактивации при температуре 5 град.

Виды
дезинфектора
на основе хлора    E. coli    Полиовирус    Цисты Giardia muris
Свободный хлор (рН 6-9)    0,034 - 0,05    1,1 – 2,5    30 – 630
Хлорамин (рН 6–9)    95 – 180    768 - 3740    1400

Крупным событием в практике дезинфекции стало обнаружение цист и ооцист в поверхностных источниках. Для обезвреживания цист Giardia на 99%, потребное СТ в 50 - 100 раз превышает значение СТ, необходимое для соответственного обезвреживания поливирусов и в 500 - 10000 раз - необходимое для соответственной деактивации E.Coli (как показано в Табл.3).
Ооцисты Cryptosporidium - возбудитель болезни под названием криптоспоридиоз, которая, как было показано, смертельно опасна для людей с пониженным иммунитетом. Существуют некоторые данные об обезвреживании этих организмов хлором или другими окислителями; однако, предварительные выводы говорят о том, что хлор и хлорамины относительно неэффективны при обезвреживании ооцист Cryptosporidium.

ОБРАЗОВАНИЕ ПОБОЧНЫХ ПРОДУКТОВ.

Побочные продукты окисления (и дезинфекции) - это соединения, формирующиеся в процессе водоподготовки в результате реакции между веществами, содержащимися в сырой воде, и вводимым окислителем (или дезинфицирующим веществом). Их можно разделить на три основные категории:

    вызывающие потенциально вредоносный эффект на высшие живые организмы (токсины, генотоксины, канцерогенные соединения);
    ассимилирующие органический углерод (как правило, алифатические кислоты и альдегиды) стимулирующие микробиологический рост в очищенной воде;
    соединения, продуцирующие нежелательные привкусы и запахи, такие, как галогенорганические соединения (например, соединения хлорфненола). Неприятные запахи и привкусы, кроме того, происходят от природных микробиологических межклеточных веществ (таких, как метилизоборнеол и геосмин), которые иногда высвобождаются при окислении хлором; однако хлорирование геосмина приводит к образованию веществ, имеющих даже более сильный запах.

Первая категория ППО (побочных продуктов окисления) / ППД (побочных продуктов дезинфекции) имеет наибольший эффект для здоровья. ППО/ППД можно разделить на группы как показано в Табл. 4. Риск для здоровья, связанный с этими соединениями будет обсуждаться в последующих разделах в соответствии с нормами по концентрации ППД.

Табл. 4 – Побочные продукты хлорирования.
Семейства соединений
Вещества, входящие в состав семейства (в соединении с бромом эти вещества также опасны для здоровья)
Тригалометаны (ТГМ)    Хлороформ и бромдихлорметан
Галогенированные карбоксильные кислоты    дихлор-, трихлорацетановая кислоты
Галогенированные кетоны    дихлор-, трихлорпропанон
Галогенированные альдегиды    Трихлорацетальдегид
Галогенированные ацетонитрилы    Дихлоацетонитрил

Образование побочных продуктов хлорирования (виды и их концентрация) в значительной степени зависит от следующих характеристик исходной воды и процесса очистки:

•    общая доза хлора;
•    время контакта (время контакта со свободным хлором);
•    температура воды;
•    рН воды во время хлорирования;
•    содержание общего органического углерода и его характеристики (как индикатора предшественников побочных продуктов дезинфекции);
•    содержание брома в исходной воде;
•    метод предочистки (т.е. ввод другого, не содержащего хлор, окислителя или биологическая очистка с хлорированием только после фильтрования).

НЕОБХОДИМОСТЬ ДЕЗИНФЕКЦИИ И РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ НОРМАТИВНЫЕ АКТЫ

Всемирная организация здравоохранения (WHO)

WHO сделала следующее заявление во втором издании своего доклада "Основополагающие принципы к качеству питьевой воды", 1993 (9): "Дезинфекция однозначно является наиболее важным этапом в процессе обработки воды для питьевых целей. Разрушение микробиологических патогенов обязательно и почти всегда влечет за собой необходимость применения химических реактивов, таких как хлор, который является не только мощным биоцидом, но и веществом, способным образовывать при реакции с веществами, находящимися в воде, новые соединения, имеющие потенциальную длительную опасность для здоровья".
В связи с потенциальной длительной опасностью, производимой побочными продуктами дезинфекции, WHO рекомендует ориентироваться на пороговые значения концентрации в воде некоторых токсичных веществ, образующихся в результате хлорирования воды (Табл. 5). Эти значения основаны на применяемых оценках NOAEL (риск для здоровья отсутствует) или LOAEL (низкий уровень риска) и на неопределенных факторах, варьирующихся от 1,000 до 10,000.

Европейское Содружество (ЕU).

Европейская комиссия ЕU сделала следующие замечания относительно образования побочных продуктов дезинфекции на меморандуме Совета развития, как пересмотр положений существующих методов очистки питьевой воды: "Мгновенная и направленная угроза для здоровья и даже жизни со стороны патогенных организмов в воде делает немыслимым отказ от дезинфекции. Поэтому предлагаемые предельные значения концентрации побочных веществ в питьевой воде не строги, что связано с необходимостью соблюсти компромисс с нужной степенью дезинфекции".

Табл. 5 – Стандарты на побочные продукты дезинфекции, предложенные WHO и EU.
Соединения
Значения WHO,
мкг/л    Значения EU,
мкг/л
Дибромхлорметан (CHBr2Cl)    100    
Бромоформ (CHBr3)    100    
Дихлорацетановая кислота    50    
Трихлорацетановая кислота    100    
Трихлорацетальдегид    10    
Дихлорацетонитрил    90    
Дибромацетонитрил    100    
Трихлорацетонитрил    1    
Хлорит    200    
Перекись водорода    Вероятный максимум*    100
Хлороформ (СHCl3)    200    40
Бромодихлорметан (CHBrCl2)    60    15
Бромат (BrO3-)    25    10
2, 4, 6 - трихлорфенол    200    
* - конкретных значений предложено не было: максимальное значение устанавливается в соответствии с вероятной канцерогенностью, с учетом продолжительности жизни (70 лет) и риском раковых заболеваний 10-5.

Европейская комиссия предложила стандарт, содержащий ориентировочные концентрации только по нескольким ППД, определенным WHO (Табл. 5). Значения ЕU были определены исходя из данных по канцерогенности, полученных в ходе экспериментов над животными. Пределы концентрации, указанные ЕU были определены для воды на выходе с очистных сооружений; последующие стандарты, возможно, будут определять концентрации веществ в распределительной системе.

Американское Агентство Защиты Окружающей Среды (EPA).

ЕРА был предложен новый стандарт концентрации общего содержания ТГМ и галогенированной уксусной кислоты в распределительной системе как часть Раздела 1 "Дезинфекторы / Положение о побочных продуктах дезинфекции". В соответствии с этими стандартами, максимальная общая концентрация ТГМ, допустимая в распределительной системе, должна быть снижена со 100 до 80 мкг/л, а стандартная концентрация галогенированной уксусной кислоты – 60 мкг/л. Что касается прочих побочных продуктов дезинфекции, ЕРА предлагает для брома 10 мкг/л, что ниже стандарта WHO – 25 мкг/л и эквивалентно стандарту ЕU.

ОСТАТОЧНЫЙ ХЛОР В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ.

Разница в практике дезинфекции, принятом в США и нескольких странах Европы, заключается в их подходе к поддержанию качества воды по микробиологическим показателям в распределительной системе. Практика водоподготовки в США предусматривает поддержание заметного количества остаточного хлора в распределительной системе для минимизации ухудшения качества воды по микробиологическим показателям, предотвращения повторного роста микроорганизмов, обеспечения защиты от случайных локальных загрязнений и минимизации коррозии, связанной с биологическими загрязнениями (11). С этой целью, US ЕРА установлены минимальные значения концентрации остаточного хлора в распределительной системе: минимальная концентрация остаточного хлора (Cl2 ) – 0,2 мг/л, минимальная концентрация соединений хлора (в основном NH2Cl) – 1,0 мг/л. Эти минимальные значения можно сравнить с максимальными значениями, установленными WHO: максимальный свободный хлор – 5 мг/л, максимальный остаточный монохлорамин – 3 мг/л.
В отличие от этого, в некоторых частях Европы практикуется снижение, а в некоторых случаях и устранение остаточного хлора в распределительной системе. Процесс водоочистки концентрируется на производстве и распределении биологически стабильной воды без потребности в остаточном хлоре. Поэтому стратегией некоторых европейских поставщиков воды является снижение концентрации ассимилированного органического углерода (АОУ) в очищенной воде перед тем, как она поступит в распределительную систему, и поддержание распределительной сети в высоком качестве таким образом, чтобы свести к минимуму проникновение загрязнений в распределительную сеть. Однако стратегия производства биологически стабильной воды и минимизации содержания остаточного хлора не приемлема для всех стран Европы. Аргументом в пользу поддержания некоторой концентрации остаточного дезинфектора служит также возможность контроля за ростом биопленки в распределительной системе.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ МЕТОДЫ ДЕЗИНФЕКЦИИ.

В последние двадцать лет повышается внимание к альтернативным методам дезинфекции, в основном по причине сопротивляемости ооцист Cryptosporidium воздействию традиционных дезинфекторов и образованию побочных продуктов в процессе хлорирования. Эти методы можно разделить на две группы: химический (озон, диоксид хлора) и физический (ультрафиолетовое облучение, мембранная фильтрация).

Альтернативные методы химической дезинфекции.

Озон – сильный окислитель и мощный гермицидный агент. В процессе водоподготовки он может быть использован в предочистке и в промежуточном окислении. Было показано, что озон обладает высокой эффективностью окисления протоцист (как Giardia, так и Cryptosporidium) (14,15). Вследствие этого, как показывает US EPA, значение CT потребное для деактивации 2-log цист Giardia значительно ниже для озона, чем для других дезинфекторов (см. Табл. 6 (14, 15, 16)). В таблице 6 представлены данные о деактивации цист Giardia, которые были собраны из различных источников. Все данные приведены для 99% деактивации при температуре 22 град С.
В большинстве случаев озон не применяется в качестве окончательного дезинфицирующего агента (только в случае очень небольшого содержания общего органического углерода), поскольку он обладает потенциальным свойством производить ассимилируемый органический углерод в количестве, достаточном для повторного роста бактерий. Кроме того, озон не может являться остаточным дезинфектором в распределительной сети. Хотя озонирование не приводит к появлению ТГМ, галогенированной уксусной кислоты и других побочных продуктов, свойственных процессу хлорирования, побочными продуктами при озонировании являются альдегиды, а при реакции с сырой водой, содержащей бромид, в определенных условиях, возможно появление бромата (см. стандарты содержания бромата в Табл. 5).
Диоксид хлора – более сильный окислитель, чем хлор или хлорамины, и более эффективен в деактивации Giardia, как показано в Табл. 6 (16, 17). Как окислитель, диоксид хлора применяется в начале процесса водоподготовки для снижения вкусов и запахов и удаления растворенного железа и марганца. Кроме того, ClO2 используется в некоторых европейских странах (таких как Германия, Швейцария, Франция, Бельгия, Нидерланды) с целью снижения концентрации остаточного дезинфектора в распределительной сети и регулирования побочных продуктов дезинфекции. Хотя использование диоксида хлора не приводит к образованию ТГМ, галогенированной уксусной кислоты, недостатком его использования в основной технологической схеме является присутствие в очищенной воде хлората и хлорита, обладающих потенциальной опасностью для здоровья. (см. стандарты на содержание хлора в Табл. 5).
Дополнительную информацию о способах производства и применения диоксида хлора см.
в Приложении 1.

Табл. 6 - Значения СТ для 99% удаления цист при температуре 20 град С.
Дезинфектор
Giardia (CT),
мг*мин/л    Cryptosporidium (CT),
мг*мин/л
Свободный хлор    40    не приемлемо
Хлорамины    500    не приемлемо
Озон    0.2    8
Диоксид хлора    10    80
Необходимо отметить, что все дезинфектанты на основе хлора (свободный хлор, хлорамины или диоксид хлора) способны служить в качестве активных остаточных агентов в распределительной сети. Наиболее продолжительным действием обладают хлорамины.

Физические методы дезинфекции.

Ультрафиолетовое облучение представляется хорошим дезинфектором для рассмотренных бактерий; однако его эффективность в удалении протоцист, зоопланктона и крупных беспозвоночных остается под вопросом. Гермицидный эффект ультрафиолетового излучения является следствием фотохимического воздействия, оказываемого на рибонуклеиновую и дезорибонуклеиновую кислоты, находящиеся в клетках микроорганизмов; однако сопротивляемость водных микроорганизмов ультрафиолетовому излучению зависит от механизма внутриклеточного восстановления. Некоторые бактерии способны восстанавливаться после повреждений, наносимых им ультрафиолетовым излучением с помощью процесса, называемого фото-реактивацией. Поскольку ультрафиолетовое облучение не обеспечивает наличия остаточного дезинфектора в распределительной сети, оно не может рассматриваться в качестве окончательного дезинфицирующего процесса. Ультрафиолетовое облучение не вызывает появления побочных продуктов дезинфекции.
Микрофильтрационные и ультрафильтрационные мембраны могут использоваться в процессе водоподготовки для питьевых целей в связи с их доказанной способностью удалять протоцисты и ооцисты. Микрофильтрация (номинальных размер пор 0,2 мкм) демонстрирует полное удаление прото- разновидностей. Ультрафильтрация (размер молекулы от 1.000 до 100.000 дальтонов) демонстрирует полное удаление прото- разновидностей и значительное снижение количества вирусов. (18).

ОБОБЩЕНИЕ.

Хлор – испытанное средство борьбы с патогенными микроорганизмами и по-прежнему является наиболее дешевым и, зачастую, наиболее оправданным решением для достижения качества воды по бактериологическим стандартам в распределительной системе. Однако в силу существующих на данный момент представлений о побочных продуктах дезинфекции и необходимости удаления привкусов и запахов, поставщики воды рассматривают возможные альтернативные методы дезинфекции. При этом следует отметить фундаментальное различие между эпидемиологической опасностью, связанной с находящимися в водной среде патогенными микроорганизмами, и канцерогенными и мутагенными проявлениями веществ, являющихся побочными продуктами дезинфекции хлором. Что касается заболеваний, связанных с находящимися в воде патогенами, существует богатая статистика эпидемий, насчитывающая тысячи фактов по всему миру. В случае с побочными продуктами хлорирования, обладающими длительным воздействием на здоровье, оценка риска основывается на данных, полученных в ходе экспериментов над животными и экстраполированных с населением (при нормальном водопотреблении). В свете данной неоднозначности, поставщики воды должны внимательно оценивать возможный риск микробиологического заражения при видоизменении механизма дезинфекции, производимого для снижения образования побочных продуктов. Можно рекомендовать поддержание максимального уровня защиты водоемов, из которых производится отбор воды для питьевых целей, что позволит снизить потребность в дезинфицирующих веществах.












































Приложение 1


Применение двуокиси хлора для дезинфекции при водоподготовке

Эффективность дезинфекции является сложной функцией нескольких переменных, включая тип и дозу дезинфектанта, виды и концентрацию микроорганизмов, время контакта и качество исходной воды. Окислительная способность убывает в ряду: озон > двуокись хлора > хлор > бром > йод.
В основе обеззараживания лежат следующие реакции:

Соединение
Формула    Потенциал (V)    Возможные реакции
Хлор    Cl2    1,36    Cl2 + 2e- U 2Cl-
Бром    Br2    1,09    Br2 + 2e- U 2Br-
Йод    I2    0,54    I2 + 2e- U 2I-
Озон    O3    2,07    O3 + 2e- + 2H+ U O2 + H2O
Двуокись хлора    ClO2    1,91
0,95    ClO2 + 5e- + 2H2O U Cl- + 4OH-
ClO2 + e- U ClO2-

Оксид хлора (IV) — зеленовато-желтый газ с резким запахом, легко взрывается от электрической искры, при солнечном освещении и при нагревании свыше 60 °С. Взрывоопасен в обычных условиях при контакте со многими органическими веществами (нефть, бензин и пр.). Его окислительный потенциал в кислой среде равен
1,5 В.


Растворимость оксида хлора (IV) в воде при 25 °С составляет 81,06 г/л, а при 40 °С - 51,4 г/л. Водные растворы двуокиси хлора имеют более интенсивную окраску по сравнению с
хлорной водой.
На водоочистных комплексах оксид хлора (IV) можно получать при взаимодействии хлорита натрия с хлором, а также с разбавленной соляной кислотой или озоном. Двуокись хлора обладает более высоким бактерицидным и дезодорирующим действием, чем хлор. Присутствие в воде аммонийных солей не влияет на его окислительные свойства. При обработке вод, содержащих фенолы, не возникают хлорфенольные запахи, так как фенол практически полностью окисляется оксидом хлора (IV) до малеиновой кислоты и хинона, не имеющих в малых концентрациях запаха и привкуса.
Скорость процесса обеззараживания воды хлором и его производными определяется кинетикой диффузии оксиданта внутрь клетки и интенсивностью отмирания клеток вследствие нарушения метаболизма (обмена веществ). С ростом концентрации хлора в воде, повышением ее температуры и переводом его в сравнительно легко диффундирующую, недиссоциированную форму скорость процесса обеззараживания возрастает.
Содержащиеся в воде органические примеси, способные к окислению, восстановители, коллоидные и диспергированные вещества, обволакивающие бактерии, тормозят процесс обеззараживания воды. Сравнительная характеристика различных дезинфицирующих агентов представлена в таблице.
В Соединенных Штатах двуокись хлора широко не использовалась для дезинфекции питьевой или сточной воды. Интерес к двуокиси хлора как дезинфицирующему средству возник, когда было доказано, что при использовании двуокиси хлора не образуются в значительных количествах традиционные побочные продукты реакции с органическими соединениями - тригалогенметаны.
Химия двуокиси хлора (ClO2) в воде достаточно сложна. В кислой среде, преобладает реакция восстановления до хлоридов:

                 (1)

Если реакция 1 происходит в воде, то двуокись хлора обладает приблизительно в 1,4 раза более высокой окисляющей способностью, чем хлор. Однако при относительно нейтральном pH, наиболее свойственном для природных вод, преобладает следующая реакция восстановления до хлорита :
                         (2)
С понижением потенциала приблизительно до 0,95 В (вольт), двуокись хлора как описано в уравнении 2 сохраняет только около 70 процентов от окисляющей способности хлора. Таким образом, общая окисляющая способность двуокиси хлора обычно не используется в практике водоподготовки. Другие реакции двуокиси хлора и ее оксидных форм в воде обсуждались рядом авторов.
Производство двуокиси хлора для водоподготовки почти всегда осуществляется на месте, непосредственно перед употреблением. Обычно двуокись хлора никогда не транспортируется в виде газа, так как в газообразном состоянии она взрывоопасна при повышенной температуре, на свету или в присутствии органических веществ. Поэтому, в Соединенных Штатах для получения двуокиси хлора был выбрана реакция взаимодействия хлора с хлоритом натрия (NaC1O2):

                 (3)

Главный недостаток этого процесса состоит в том, что газ СlO2 является чистым только на 60-70 % и содержит значительное количество хлора. Этот хлор затем способен образовать нежелательные побочные продукты, которых изначально стремились избежать при выборе двуокиси хлора.
Для производства двуокиси хлора были разработаны другие методики. Созданная недавно установка (CIFEC, Франция) способна производить раствор двуокиси хлора 95-98 % чистоты с помощью последовательного обогащения используемого хлора.
Вообще, основным методом получения диоксида хлора является реакция хлорной кислоты с хлоратом основного металла при возможном присутствии различных катализаторов или перекиси водорода.
В химии двуокиси хлора примечательны некоторые особенности. В отличие от хлора, двуокись хлора остается в молекулярной форме как ClO2 при значениях pH, обычно свойственных природным водам, не реагирует с аммиаком и соединениями азота, не реагирует с предшественниками с образованием хлороформа. Однако двуокись хлора в воде образует неорганические продукты разложения, хлориты (ClO2-) и хлораты (ClO3-), результаты воздействия которых на здоровье как следует не изучены.
Первоначальная работа с рядом лабораторных животных показала наличие некоторых окислительных изменений в клетках крови, подвергнутых воздействию высоких концентраций двуокиси хлора или его продуктов разложения. В дальнейшем исследование на людях при концентрациях, использующихся при дезинфекции питьевой воды, показало малое или вообще отсутствие какого-либо изменения химического состава крови.

ТАБЛИЦА. Сравнительная характеристика дезинфицирующих агентов
Характеристики    Свободный хлор    Хлорамины    Двуокись хлора    Озон    Ультра-фиолетовое излучение
Бактерицидность
Бактерии
Вирусы    Прекрасно (как HOCI)
Прекрасно (как HOCI)    Умеренно
Слабо (хорошо в течение времени контакта)    Прекрасно
Прекрасно    Прекрасно
Прекрасно    Хорошо
Хорошо
Влияние pH    Уменьшение эффективности с увеличением pH    Преобладает дихлорамин при pH < 5;
Монохлорамин при pH > 7.
Не зависит от pH    Несколько более эффективна при высоких значениях pH    Остаточный озон сохраняется дольше при низких значениях pH    Не влияет
Присутствие в распределительной системе    Да    Да    Да    Нет    Нет
Побочные продукты
Образование TГM
Другие    Да
Неисследованные хлорированные и окисленные соединения; хлорамины; хлорфенолы    Маловероятно
Неизвестно    Маловероятно
Хлорированные ароматические соединения; хлораты и хлориты    Маловероятно
Альдегиды, карбоксильные кислоты; фталаты    Маловероятно
Неизвестно
Опыт применения    Широко распространен в США    Широко распространен в США    Широко распространен в Европе, ограниченно в США    Широко распространен в Европе и Канаде, ограниченно в США    Ограниченно применяется в малых системах
Обычно применяемые дозы, мг/л
$/lb
Эквивалентный вес в фунтах
Цена за фунт эквивалентного веса ($/lb)    2 – 20
0.07
35.5
2.49    0.5 – 3.0
0.16
25.8
4.13    1.44
13.4
19.3    1 – 5
0.48
24
11.5    —