Знезараження води: Які існують фізичні методи стерилізації води?

Мікроскопічних мешканців водного середовища можна поділити на дві групи залежно від їх впливу: 1. Бактерії, гриби та водорості, які спричиняють засмічення трубопроводів, теплообмінників, водонакопичувачів, компонентів фільтра тощо, зазвичай потрапляють у воду з поверхневих джерел і розмножуються за сприятливих умов.
2. Патогенні та умовно патогенні мікроорганізми, такі як віруси, бактерії, гриби та яйця гельмінтів, можуть спричиняти інфекційні захворювання у людей і тварин.

Методи знезараження води класифікуються залежно від принципу їх дії:
- Фізичні або нехімічні методи, при яких знезараження відбувається під впливом фізичних факторів (кип'ятіння, ультрафіолет, електроліз, зворотний осмос);
- Хімічні або реагентні методи, при яких до води додають певні реагенти (хлор, озон, неокислювальні агенти);
- Комбіновані методи передбачають поєднання обох технологій, наприклад ультрафільтрації та хлорування.

Фізичні методи знезараження води
Знезараження без використання хімічних речовин має свої переваги. Головною перевагою цих методів є зазвичай відсутність вторинного забруднення дезінфікуючими розчинами, однак усі ці методи мають суттєвий недолік — вода може бути повторно інфікована мікроорганізмами, оскільки методи не мають пролонгованої дії.

Кип'ятіння води
Мабуть, це найпростіший спосіб знезараження води в побутових і польових умовах. Під впливом високої температури структура ДНК більшості патогенних мікроорганізмів руйнується, і вони втрачають здатність до подальшого розмноження. Кип'ятіння ефективне проти всіх спороутворювальних мікроорганізмів.

Важливо зазначити, що для знезараження воду слід не просто довести до точки кипіння, а кип'ятити щонайменше п'ять хвилин.

ПЕРЕВАГИ:
- Простота виконання;
- Відсутність потреби в додатковому обладнанні;
- Ефективність проти більшості патогенних мікроорганізмів;
- Крім знезараження, знижує жорсткість і каламутність води.

НЕДОЛІКИ:
- Значне зростання енергоспоживання зі збільшенням об'єму води;
- Великі затрати часу;
- Можливість повторного забруднення.

Ультрафіолет
Ще з давніх часів людство знало про сприятливий вплив сонячного світла. Завдяки ультрафіолетовому випромінюванню, яке є одним із компонентів UV-спектру, воно здатне руйнувати структуру тиміну в ДНК мікроорганізмів. У результаті бактерії та віруси втрачають здатність до розмноження як у воді, так і в організмі людини.

Найпростішим методом знезараження води ультрафіолетом є метод SODIS. Вода, відфільтрована для видалення великих механічних частинок розміром понад 50 мікрон, розливається в PET-пляшки (поліетилентерефталат), які розміщуються на поверхні під прямими сонячними променями. Головним недоліком цього методу є необхідність інтенсивного сонячного освітлення. Метод найефективніший у смузі між 35 градусами північної та південної широти, де знезараження займає близько шести годин. Зі зниженням інтенсивності сонячного світла тривалість знезараження зростає.

Пристрої для знезараження води випускаються у вигляді циліндричних механічних трубок з кварцовим випромінювачем. Вода надходить у корпус і протікає навколо гільзи, піддаючись таким чином UV-випромінюванню та знезараженню. Довжина хвилі в більшості таких пристроїв становить близько 250 нм.

Сьогодні такі пристрої використовуються для профілактичного знезараження питної та господарської води після складних систем очищення. Встановлення такого випромінювача запобігає засміченню трубопроводів, фільтруючих елементів, пральних машин тощо.

ПЕРЕВАГИ:
- Простота у використанні;
- Не потребує громіздкого обладнання;
- Не потребує постійного дозування реагентів;
- Не вносить вторинного забруднення у воду, на відміну від реагентного знезараження;
- Низьке енергоспоживання.

НЕДОЛІКИ:
- Неефективний проти широкого спектру мікроорганізмів, для води, забрудненої патогенами, рекомендуються комбіновані методи;
- Необхідна регулярна заміна джерела випромінювання;
- Вода має бути позбавлена механічних частинок перед проходженням через пристрій, оскільки вони можуть знизити ефективність методу на 50%;
- Відсутність пролонгованої дії.

Зворотний осмос та ультрафільтрація
Розмір пор мембран зворотного осмосу в 4000 разів менший за розмір найменших бактеріальних клітин і в 200 разів менший за розмір вірусних частинок. Тому такі фільтри здатні затримувати 100% мікроорганізмів. Технологія використовується переважно для очищення питної води. Вона є основою побутових фільтрів, торгових автоматів, водних кіосків і навіть харчового та напійного виробництва.

ПЕРЕВАГИ:
- Видалення 100% вірусів і бактерій;
- Компактні розміри та висока продуктивність;
- Екологічна безпечність;
- Видалення інших токсинів, окрім мікробіологічних забруднювачів: важких металів, органічних речовин, хлору тощо.

НЕДОЛІКИ:
- Відносно висока вартість технології;
- Велика кількість стічних вод — від 20 до 70% від продуктивності, залежно від розміру мембрани та тиску;
- Відсутність пролонгованої дії, що обмежує використання води безпосередньо в точці споживання. Як альтернатива, вода потребує комбінованого знезараження.

Мембрани ультрафільтрації мають відносно великий розмір пор, що може частково пропускати вірусні частинки, тому цей метод може застосовуватися лише в поєднанні з реагентами або ультрафіолетовим випромінюванням.