Phương pháp khử trùng nước hiện đại. Phương pháp khử trùng nước hiện đại

Các quy trình xử lý nước phổ biến nhất là làm sạch và khử trùng.

Ngoài ra, còn có những cách đặc biệt để cải thiện chất lượng nước:
- làm mềm nước (loại bỏ các cation cứng của nước);
- khử muối trong nước (giảm độ khoáng hóa tổng thể của nước);
- khử nước (giảm nồng độ muối sắt trong nước);
- khử khí trong nước (loại bỏ các khí hòa tan trong nước);
- trung hòa nước (loại bỏ các chất độc hại khỏi nước);
- Khử nhiễm nước (lọc nước khỏi ô nhiễm phóng xạ).

Khử trùng là giai đoạn cuối cùng của quá trình lọc nước. Mục đích là ngăn chặn hoạt động sống còn của vi khuẩn gây bệnh có trong nước.

Dựa vào phương pháp tác động lên vi sinh vật, phương pháp khử trùng nước được chia thành hóa chất hoặc thuốc thử; vật lý, hoặc không có thuốc thử và kết hợp. Trong trường hợp đầu tiên, hiệu quả mong muốn đạt được bằng cách thêm các hợp chất hóa học có hoạt tính sinh học vào nước; Các phương pháp khử trùng không dùng thuốc thử liên quan đến việc xử lý nước bằng các tác động vật lý, trong khi các phương pháp kết hợp sử dụng đồng thời các tác động hóa học và vật lý.

Các phương pháp hóa học để khử trùng nước uống bao gồm xử lý bằng các chất oxy hóa: clo, ozone, v.v., cũng như các ion kim loại nặng. Vật lý - khử trùng bằng tia cực tím, siêu âm, v.v.

Phương pháp hóa học phổ biến nhất để khử trùng nước là khử trùng bằng clo. Điều này được giải thích bởi hiệu quả cao, sự đơn giản của thiết bị công nghệ được sử dụng, chi phí sử dụng thuốc thử thấp và tương đối dễ bảo trì.

Khi sử dụng clo, chất tẩy, clo và các dẫn xuất của nó sẽ bị ảnh hưởng bởi vi khuẩn và vi rút trong nước sẽ chết do quá trình oxy hóa các chất.

Ngoài chức năng chính là khử trùng, do đặc tính oxy hóa và tác dụng bảo quản, clo còn phục vụ các mục đích khác - kiểm soát mùi vị, ngăn chặn sự phát triển của tảo, giữ cho bộ lọc sạch sẽ, loại bỏ sắt và mangan, phá hủy hydro sunfua, đổi màu, v.v.

Theo các chuyên gia, việc sử dụng khí clo tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Điều này chủ yếu là do khả năng hình thành các trihalomethanes: chloroform, dichlorobromomethane, dibromochloromethane và bromoform. Sự hình thành trihalomethanes là do sự tương tác của các hợp chất clo hoạt động với các chất hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên. Các dẫn xuất metan này có tác dụng gây ung thư rõ rệt, góp phần hình thành các tế bào ung thư. Khi đun sôi nước clo sẽ tạo ra chất độc cực mạnh - dioxin.

Các nghiên cứu xác nhận mối quan hệ của clo và các sản phẩm phụ của nó với sự xuất hiện của các bệnh như ung thư đường tiêu hóa, gan, rối loạn tim, xơ vữa động mạch, tăng huyết áp và các loại dị ứng khác nhau. Clo ảnh hưởng đến da và tóc, đồng thời phá hủy protein trong cơ thể.

Một trong những phương pháp hứa hẹn nhất để khử trùng nước tự nhiên là sử dụng natri hypoclorit (NaClO), thu được tại điểm tiêu thụ bằng cách điện phân dung dịch natri clorua 2-4% (muối ăn) hoặc nước khoáng tự nhiên chứa ít nhất 50 mg. /l ion clorua.

Tác dụng oxy hóa và diệt khuẩn của natri hypochlorite giống hệt như clo hòa tan, ngoài ra nó còn có tác dụng diệt khuẩn kéo dài.

Ưu điểm chính của công nghệ khử trùng nước bằng natri hypochlorite là sự an toàn khi sử dụng và giảm đáng kể tác động đến môi trường so với clo lỏng.

Cùng với những ưu điểm của việc khử trùng nước bằng natri hypoclorit được sản xuất tại điểm tiêu thụ, cũng có một số nhược điểm, chủ yếu là lượng tiêu thụ muối ăn tăng lên do mức độ chuyển hóa thấp (lên tới 10-20%). Trong trường hợp này, 80-90% muối còn lại ở dạng dằn được đưa vào nước đã xử lý cùng với dung dịch hypochlorite, làm tăng hàm lượng muối của nó. Việc giảm nồng độ muối trong dung dịch nhằm mục đích tiết kiệm sẽ làm tăng chi phí năng lượng và tiêu thụ vật liệu làm cực dương.
Một số chuyên gia cho rằng việc thay khí clo bằng natri hoặc canxi hypochlorite để khử trùng nước thay vì clo phân tử không làm giảm mà làm tăng đáng kể khả năng hình thành trihalomethanes. Theo quan điểm của họ, chất lượng nước bị suy giảm khi sử dụng hypochlorite là do quá trình hình thành trihalomethanes kéo dài theo thời gian lên đến vài giờ và số lượng của chúng, những yếu tố khác không đổi, độ pH càng lớn (giá trị đặc trưng cho nồng độ của các ion hydro). Vì vậy, phương pháp hợp lý nhất để giảm sản phẩm phụ của quá trình clo hóa là giảm nồng độ các chất hữu cơ ở giai đoạn lọc nước trước khi khử trùng bằng clo.

Các phương pháp khử trùng nước thay thế bằng bạc quá đắt. Một phương pháp thay thế clo đã được đề xuất để khử trùng nước bằng ozone, nhưng hóa ra ozone cũng phản ứng với nhiều chất trong nước - với phenol và tạo ra các sản phẩm thậm chí còn độc hơn chlorophenol. Ngoài ra, ozone rất không ổn định và nhanh chóng bị phá hủy nên tác dụng diệt khuẩn của nó chỉ tồn tại trong thời gian ngắn.

Trong số các phương pháp khử trùng nước uống vật lý, phổ biến nhất là khử trùng nước bằng tia cực tím, đặc tính diệt khuẩn của chúng là do tác động của chúng lên quá trình chuyển hóa tế bào và đặc biệt là lên hệ thống enzyme của tế bào vi khuẩn. Tia cực tím không chỉ tiêu diệt thực vật mà còn tiêu diệt các dạng vi khuẩn bào tử và không làm thay đổi tính chất cảm quan của nước. Nhược điểm chính của phương pháp là hoàn toàn không có hậu quả. Ngoài ra, phương pháp này đòi hỏi vốn đầu tư lớn hơn phương pháp clo hóa.

Tài liệu được chuẩn bị dựa trên thông tin từ các nguồn mở

Các phương pháp khử trùng nước được phân loại thành vật lý (không dùng thuốc thử) và hóa học (thuốc thử).

Phương pháp khử trùng không dùng thuốc thử nước: đun sôi, xử lý bằng tia cực tím (UV), tia gamma, siêu âm, dòng điện tần số cao,… Các phương pháp không dùng thuốc thử có ưu điểm là không dẫn đến hình thành các chất độc hại còn sót lại trong nước.

Sôi trong vòng 30 phút. được sử dụng trong hệ thống cấp nước địa phương, nó không chỉ gây chết các dạng thực vật vốn đã xảy ra ở nhiệt độ 80 0 C trong 30 giây mà còn gây chết bào tử của vi sinh vật.

Khử trùng nước bức xạ tia cực tím sóng ngắn(l=250-260 nm) do sự phân hủy quang hóa của các thành phần protein của màng tế bào vi khuẩn, Vibrios và trứng giun sán làm chết nhanh các dạng sinh dưỡng và bào tử của vi sinh vật, vi rút và trứng giun sán có khả năng kháng clo. Hạn chế - phương pháp này không được sử dụng cho nước có độ đục, màu sắc cao và chứa muối sắt.

Phương pháp khử trùng bằng thuốc thử nước: xử lý bằng ion bạc, ozon hóa, clo hóa.

Xử lý ion bạc dẫn đến bất hoạt các enzyme trong nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn, làm mất khả năng sinh sản và chết dần. Quá trình bạc hóa nước có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau: lọc nước qua cát đã được xử lý bằng muối bạc; điện phân nước bằng cực dương bạc trong 2 giờ, dẫn đến sự chuyển cation bạc thành nước. Ưu điểm của phương pháp này là lưu trữ nước bạc lâu dài. Hạn chế - phương pháp này không được sử dụng cho nước có hàm lượng chất hữu cơ lơ lửng và ion clo cao.

Ozon hóa dựa trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ và các chất ô nhiễm nước khác bằng ozone O 3 - một biến đổi đẳng hướng của oxy, có khả năng oxy hóa cao hơn và độ hòa tan cao hơn 15 lần. Ozone được sử dụng ở mức độ lớn hơn cho quá trình oxy hóa các chất vô cơ hữu cơ và dễ bị oxy hóa hơn là khử trùng. Thời gian cần thiết để khử trùng bằng ozone là 1-2 phút. Liều ozone áp dụng là 0,5-0,6 mg/l. Điều kiện tiên quyết của quá trình ozon hóa là tạo ra lượng ozone dư trong nước (0,1-0,3 mg/l) để ngăn chặn sự phát triển và sinh sản của vi sinh vật gây bệnh. Ưu điểm của phương pháp là không tồn dư chất, khử mùi nước, loại bỏ màu, thời gian phản ứng ngắn và tiêu diệt được virus. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nguồn điện rẻ vì hỗn hợp ozone-không khí được tạo ra bằng quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng - phóng điện “im lặng” trong máy ozon hóa.

Khử trùng bằng clo– phương pháp khử trùng dễ tiếp cận nhất và rẻ nhất. Các chất clo hóa được chia thành 2 loại: 1) Cl - anion (khí Cl 2, chloramine, chloramines B và T, dichloramines B hoặc T); 2) cái gọi là “clo hoạt tính” - ion hypochlorite = anion ClO - [canxi hypoclorit Ca(OCl) 2, natri hypoclorit NaOCl, thuốc tẩy - hỗn hợp canxi hypoclorit, canxi clorua, canxi hydroxit và nước]. Tác dụng diệt khuẩn được giải thích là do tác dụng của axit hypochlorous, được hình thành do phản ứng Cl 2 + H 2 O ® HOCl + HCl; clo hoạt tính: HOCl ® OCl - + H + và axit chlorous HClO 2. Cơ chế khử trùng có liên quan đến sự tương tác của hoạt chất với protein SH của thành tế bào vi khuẩn. Nhược điểm của phương pháp: trong quá trình khử trùng bằng clo, bào tử bệnh than, mầm bệnh lao, trứng và ấu trùng giun sán, u nang amip và bệnh rickettsia Burnett vẫn tồn tại.

Khử trùng nước bằng clo đòi hỏi phải xác định bằng thực nghiệm sơ bộ nồng độ clo hoạt tính trong chế phẩm clo hóa (thông thường là 25-35%) và độ hấp thụ clo của nước, điều này phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm của nước với các chất hữu cơ và vi sinh vật. quá trình oxy hóa và khử trùng clo được tiêu thụ.

Các điều kiện để khử trùng bằng clo hiệu quả là tuân thủ thời gian tiếp xúc của chất clo với nước và các thành phần của nó (30 phút vào mùa ấm và nóng, 60 phút vào mùa lạnh); tạo clo dư 0,3-0,5 mg/l. Khả năng hấp thụ clo của nước và nồng độ clo dư tổng cộng thể hiện nhu cầu clo Nước.

Việc hạn chế sử dụng khử trùng nước bằng chế phẩm có chứa “clo hoạt tính” áp dụng đối với nước bị nhiễm nước thải công nghiệp có chứa phenol và các hợp chất thơm khác, đòi hỏi phải khử trùng bằng clo “hậu quay”, dẫn đến hình thành chlordioxin - chất có độc tính cao và tích lũy trong cơ thể con người. Dấu hiệu cho sự hình thành của chúng là mùi nước “dược phẩm” nồng nặc. Để ngăn chặn sự hình thành oxit clorua khi clo hóa nước bị ô nhiễm nước thải công nghiệp, người ta sử dụng khí clo Vớitiền amoni hóa(tiền xử lý nước bằng amoniac).

Nếu không thể xác định bằng thực nghiệm khả năng hấp thụ clo của nước thì sử dụng phương pháp khử clo. Quá trình khử clo được thực hiện với liều lượng quá cao của chất clo hóa (thường là trong nước tĩnh có thể tích hạn chế). Khi lựa chọn liều lượng clo hoạt tính cần tính đến loại, mức độ ô nhiễm nước tại nguồn cấp nước và tình hình dịch bệnh tại khu vực lấy nước tại nguồn sử dụng (thường liều lượng dao động từ 10-20 mg clo hoạt tính). clo trên 1 lít nước).

Sử dụng các phương pháp lọc khác nhau, chất lơ lửng cơ học và các chất hòa tan được loại bỏ khỏi nước. Nó được làm mềm và giải phóng khỏi các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Tuy nhiên, sau khi lọc, các chất ô nhiễm sinh học có thể vẫn còn trong nước. Không phải mọi bộ lọc đều có thể đối phó với vi khuẩn và vi rút, nhiều loại trong số đó gây bệnh cho con người. Để loại bỏ ô nhiễm sinh học, nước uống được khử trùng.

Một số phương pháp được sử dụng để khử trùng. Tất cả chúng được chia thành ba nhóm chính: vật lý, hóa học và kết hợp.

Nhóm này bao gồm các phương pháp sử dụng thuốc thử hóa học. Chất lỏng được xử lý bằng các chất có chứa clo hoặc clo, ozon và một số hợp chất khác có tác dụng lên vật thể sinh học. Khi sử dụng hóa chất, điều quan trọng là phải xác định chính xác lượng thuốc thử và thời gian tiếp xúc. Các chất với liều lượng nhỏ không phải lúc nào cũng có thể tiêu diệt hết vi khuẩn; một số vẫn tồn tại và nhanh chóng khôi phục số lượng của chúng.

Cũng không thể tăng liều nhiều hơn mức cần thiết. Nhiều chất độc hại và có thể gây ngộ độc nếu con người tiêu thụ. Ngoài ra, chúng tạo thành các hợp chất gây đột biến và gây ung thư.

Khử trùng bằng clo

Một phương pháp xử lý nước phổ biến là khử trùng bằng clo. Đây là một phương pháp cũ vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay. Sự phổ biến được giải thích bởi chi phí thấp của các thành phần, hiệu quả và hậu quả lâu dài, do đó sự tái phát triển của vi sinh vật không xảy ra.

Tuy nhiên, clo có độc tính cao; nó tạo ra các hợp chất gây đột biến và gây ung thư. Chúng không phải lúc nào cũng được giữ lại bởi các bộ lọc. Chỉ có quá trình lọc rất tốt mới có thể giải phóng nước khỏi các thành phần như vậy.

Cơm. 1 Lọc và khử trùng nước bằng clo

Trihalomethanes, chất có khả năng gây ung thư cao, gây tác hại lớn nhất cho con người. Clo và các dẫn xuất của nó có thể gây ra các bệnh về hệ tiêu hóa, tim và mạch máu cũng như một số bệnh khác.

Để khử trùng nước, người ta sử dụng thuốc tẩy, clo và các hợp chất khác.

Ozon hóa

Khi ozone được thêm vào nước, nó sẽ phân hủy thành oxy nguyên tử, có hoạt tính oxy hóa mạnh. Nó phá hủy hệ thống tế bào vi sinh vật và loại bỏ một số mùi hôi. Nhưng khi sử dụng quá mức, ozone tự tạo ra mùi khó chịu và tăng cường quá trình ăn mòn, phá hủy các đường ống kim loại.

Phương pháp này là một trong những phương pháp an toàn nhất cho sức khỏe con người. Khả năng áp dụng thấp của nó là do chi phí cao và độ phức tạp. Để sử dụng quá trình ozon hóa, cần có các thiết bị phức tạp đặc biệt và các chuyên gia có thể làm việc với nó. Phương pháp khử trùng này làm tăng mức tiêu thụ năng lượng.

Cơm. 2 Phương pháp lọc và khử trùng nước bằng ozone

Bản thân Ozone độc ​​hại và trong một số trường hợp có thể gây nổ. Đối với các hộ gia đình tư nhân, phương pháp khử trùng này sẽ rất tốn kém. Nó không chỉ yêu cầu lắp đặt tốn kém mà còn phải thường xuyên đến gặp chuyên gia để bảo trì hệ thống.

Thuốc thử khác

Nhóm thuốc thử khác rất phong phú. Nó chứa chất khử trùng polymer có hiệu quả và không gây hại cho cơ thể con người. Điều này cũng bao gồm các hợp chất kim loại nặng, brom và iốt. Chúng không được sử dụng thường xuyên vì chúng đòi hỏi sự tính toán chính xác và kiến ​​thức nhất định, nhưng việc sử dụng chúng có thể làm sạch nước khỏi ô nhiễm vi khuẩn một cách hiệu quả.

Cơm. 3 Phương pháp khử trùng tại nhà

Khử trùng nước và các chất oxy hóa mạnh. Chúng bao gồm natri hypochlorite, kali permanganat, hydro peroxide và một số loại khác. Khi sử dụng chúng, cần phải tính toán chính xác liều lượng, và trong trường hợp thuốc tím, cũng phải loại bỏ các hợp chất mangan.

Phương pháp khử trùng vật lý

Phương pháp vật lý dựa trên việc sử dụng tia cực tím, siêu âm và các phương pháp khác để tiêu diệt vi sinh vật. Đầu tiên, nước được làm sạch khỏi chất lơ lửng vì độ đục làm giảm hiệu quả của tác dụng.

Khử trùng bằng tia cực tím

Tia cực tím ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất trong tế bào vi khuẩn và hệ thống enzyme của nó. Bào tử vi khuẩn cũng bị tiêu diệt. Đồng thời, mùi vị, màu sắc và mùi của nước không thay đổi. Các chất độc hại không được hình thành khi tiếp xúc, do đó liều bức xạ có thể tăng lên.

Cơm. 4 Để khử trùng nước bằng tia cực tím bạn cần lắp đặt

Để thực hiện khử trùng bằng tia cực tím, sẽ cần phải lắp đặt đặc biệt. Chi phí của nó sẽ cao hơn chi phí clo hóa, nhưng rẻ hơn so với ozon hóa.

Ánh sáng tia cực tím chỉ được sử dụng sau khi nước đã được lọc sạch khỏi huyền phù cơ học. Độ đục ngăn chặn sự xâm nhập của tia.

Hiệu quả lắp đặt giảm khi muối khoáng lắng đọng trên bề mặt đèn. Chúng được làm sạch bằng cơ học hoặc bằng cách tạo môi trường axit cho chất lỏng đi qua.

Xử lý siêu âm

Việc sử dụng sóng siêu âm để khử trùng nước là một kỹ thuật tương đối mới. Sóng âm có tần số nhất định tạo ra các khoảng trống trong nước với sự chênh lệch áp suất lớn. Áp lực này phá vỡ màng tế bào vi khuẩn.

Bản chất của tác dụng diệt khuẩn và hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào đặc tính rung động của âm thanh. Cường độ của họ đóng một vai trò đặc biệt.

Phương pháp điều trị này an toàn cho con người. Nó không làm thay đổi đặc tính của nước nhưng đòi hỏi thiết bị đắt tiền. Thiết bị cần được bảo trì định kỳ và dịch vụ của các chuyên gia cũng không hề rẻ.

Siêu âm được tạo ra bởi một máy phát đặc biệt. Nó có thể là áp điện hoặc từ giảo.

Khi sử dụng sóng siêu âm để tiêu diệt vi sinh vật, cần nhớ rằng âm thanh tần số thấp giúp tăng cường sự phát triển của vi khuẩn. Điều rất quan trọng là thiết lập thiết bị một cách chính xác.

Sôi

Lựa chọn đơn giản nhất để khử trùng vật lý là đun sôi. Với sự giúp đỡ của nó, tất cả các loại vi sinh vật đều bị tiêu diệt. Ngoài ra, khi đun sôi, chất kháng sinh và khí hòa tan bị loại bỏ khỏi nước và độ cứng giảm đi.

Cơm. 5 Làm sạch bằng cách đun sôi

Việc sử dụng rộng rãi phương pháp khử trùng này trong công nghiệp là không thể do mức tiêu thụ năng lượng cao.

Phương pháp khử trùng kết hợp

Để tăng hiệu quả khử trùng nước, các phương pháp được sử dụng kết hợp. Họ thường kết hợp các phương pháp không có thuốc thử với các phương pháp có thuốc thử.

Một ví dụ về tác dụng như vậy là sự kết hợp của xử lý bằng tia cực tím sau đó là khử trùng bằng clo. Ánh sáng tia cực tím tiêu diệt tất cả các vi khuẩn, vi rút và bào tử của chúng, đồng thời khử trùng bằng clo ngăn ngừa tái nhiễm trùng. Kết quả là, nước không chỉ không có vi sinh vật trong thời gian dài mà lượng thuốc thử sử dụng cũng giảm đáng kể. Khi nồng độ clo giảm, tác động tiêu cực đến cơ thể con người cũng giảm theo.

Có những lựa chọn khác để khử trùng kết hợp. Vì vậy, nước được tiếp xúc với hai phương pháp vật lý cùng một lúc: siêu âm và tia cực tím. Đầu ra là một lượng chất lỏng được khử trùng hoàn toàn. Có những thiết bị kết hợp hai phương pháp này.

Dù chọn phương án nào thì cũng cần phải phân tích sơ bộ về ô nhiễm sinh học. Dựa trên điều này, liều lượng thuốc thử, thời gian tiếp xúc và nhu cầu tinh chế bổ sung được lựa chọn. Ở nhà, việc lắp đặt tia cực tím sẽ là tối ưu.

Giới thiệu

Nước tự nhiên theo quy luật không đáp ứng yêu cầu vệ sinh đối với nước uống nên trước khi cung cấp cho người dân hầu như luôn cần phải lọc và khử trùng. Nước tự nhiên được con người sử dụng để uống cũng như sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau phải an toàn về mặt vệ sinh và dịch tễ học, vô hại về thành phần hóa học và có các đặc tính cảm quan thuận lợi.

Được biết, không có phương pháp xử lý nước hiện đại nào đảm bảo lọc 100% khỏi vi sinh vật. Nhưng ngay cả khi hệ thống xử lý nước có thể tạo điều kiện loại bỏ hoàn toàn tất cả các vi sinh vật khỏi nước thì luôn có khả năng cao xảy ra ô nhiễm thứ cấp đối với nước tinh khiết trong quá trình vận chuyển qua đường ống, bảo quản trong thùng chứa, tiếp xúc với không khí trong khí quyển, v.v.

Các quy tắc và quy định vệ sinh (SanPiN) không nhằm mục đích đưa nước theo các chỉ số vi sinh đến chất lượng lý tưởng và do đó vô trùng, trong đó tất cả các vi sinh vật sẽ không có trong đó. Nhiệm vụ là loại bỏ những thứ nguy hiểm nhất đối với sức khỏe con người.

Các tài liệu chính xác định các yêu cầu vệ sinh đối với chất lượng nước uống là: SanPiN 2.1.4.1074-01 “Nước uống. Yêu cầu vệ sinh về chất lượng nước của hệ thống cấp nước uống tập trung. Kiểm soát chất lượng" và SanPiN 2.1.4.1175-02 "Nước uống và cấp nước cho khu dân cư. Yêu cầu vệ sinh về chất lượng nước trong cấp nước không tập trung. Bảo vệ vệ sinh nguồn nước."

Hiện nay, có nhiều phương pháp khử trùng nước được biết đến và nhiều thiết bị được sử dụng để thực hiện chúng. Việc lựa chọn phương pháp khử trùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nguồn cung cấp nước, đặc tính sinh học của vi sinh vật, tính khả thi về kinh tế, v.v.

Mục tiêu chính của ấn phẩm này là cung cấp thông tin cơ bản về các phương pháp khử trùng nước hiện đại cho mục đích uống nước, mô tả ngắn gọn về từng phương pháp, thiết kế phần cứng và khả năng ứng dụng trong thực tế cấp nước tập trung và riêng lẻ.

Điều quan trọng và cần thiết là mọi người sử dụng nước có thể xây dựng chính xác các mục tiêu và mục đích khi lựa chọn phương pháp khử trùng và cuối cùng là có được nước uống chất lượng cao.

Ấn phẩm cung cấp thông tin ban đầu về các nguồn sử dụng nước chính, đặc điểm và dữ liệu của chúng về sự phù hợp của nguồn cho mục đích uống nước, cũng như các văn bản quy định pháp luật về nước và vệ sinh, tổng quan so sánh các văn bản quy định quy định chất lượng nước uống về mặt khử trùng, được áp dụng ở Nga và nước ngoài.

Làm sạch nước, bao gồm cả quá trình khử màu và làm trong, là giai đoạn đầu tiên trong quá trình chuẩn bị nước uống, tại đó các chất lơ lửng, trứng giun sán và một phần đáng kể vi sinh vật được loại bỏ khỏi nó. Tuy nhiên, một số vi khuẩn và vi rút gây bệnh xâm nhập vào các nhà máy xử lý nước thải và chứa trong nước lọc.

Để tạo ra một rào cản đáng tin cậy ngăn chặn khả năng lây truyền các bệnh nhiễm trùng đường ruột và các bệnh nguy hiểm không kém khác qua nước, người ta sử dụng phương pháp khử trùng, tức là tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh - vi khuẩn và vi rút.

Chính sự ô nhiễm vi sinh của nước dẫn đến nguy cơ tối đa đối với sức khỏe con người. Người ta đã chứng minh rằng nguy cơ mắc bệnh từ các mầm bệnh có trong nước cao gấp hàng nghìn lần so với khi nước bị ô nhiễm bởi các hợp chất hóa học có tính chất khác nhau.

Dựa trên những điều đã nói ở trên, chúng ta có thể kết luận rằng việc khử trùng đến mức đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh đã được thiết lập là điều kiện tiên quyết để có được nước cho nhu cầu uống.

1. Nguồn cung cấp nước, khả năng khử trùng

Tất cả các nguồn nước lấy vào được chia thành hai loại lớn - nước ngầm và nước mặt. Ngầm bao gồm: phun nước, kênh phụ, lò xo. Nước bề mặt là sông, hồ, biển và nước từ các hồ chứa.

Theo các yêu cầu của tài liệu quy định GOST 2761-84, việc lựa chọn nguồn cấp nước được thực hiện dựa trên dữ liệu sau:

đối với nguồn cung cấp nước ngầm - phân tích chất lượng nước, đặc điểm địa chất thủy văn của tầng ngậm nước được sử dụng, đặc điểm vệ sinh của khu vực trong khu vực lấy nước, các nguồn ô nhiễm đất và tầng chứa nước hiện có và tiềm ẩn;

với nguồn cấp nước bề mặt - phân tích chất lượng nước, dữ liệu thủy văn, tốc độ dòng nước tối thiểu và trung bình, tuân thủ lượng nước dự kiến, đặc điểm vệ sinh của lưu vực, phát triển công nghiệp, sự hiện diện và khả năng của các nguồn nước sinh hoạt, công nghiệp và ô nhiễm nông nghiệp trong khu vực lấy nước được đề xuất. Đặc điểm đặc trưng của nước nguồn mặt là có mặt nước lớn, tiếp xúc trực tiếp với khí quyển và chịu tác động của năng lượng bức xạ của mặt trời, tạo điều kiện thuận lợi cho động thực vật thủy sinh phát triển. , quá trình tích cực của quá trình tự thanh lọc.

Tuy nhiên, nước của các hồ chứa mở có thể thay đổi thành phần theo mùa, chứa nhiều tạp chất khác nhau - chất khoáng và chất hữu cơ, cũng như vi khuẩn và vi rút, và gần các khu định cư lớn và doanh nghiệp công nghiệp có khả năng cao bị ô nhiễm bởi nhiều loại hóa chất và vi sinh vật.

Nước sông có đặc điểm là độ đục và màu sắc cao, chứa nhiều chất hữu cơ và vi khuẩn, hàm lượng muối và độ cứng thấp. Chất lượng vệ sinh của nước sông thấp do bị ô nhiễm bởi nước thải từ các khu dân cư và thành phố.

Nước hồ và nước từ các hồ chứa có đặc điểm là hàm lượng hạt lơ lửng thấp, màu nước cao và hiện tượng oxy hóa thuốc tím thường xảy ra do sự phát triển của tảo. Nước hồ có mức độ khoáng hóa khác nhau. Những vùng nước này không an toàn xét theo quan điểm dịch tễ học.

Ở các dòng nước mặt, quá trình tự làm sạch nước xảy ra do các phản ứng vật lý, hóa học và sinh học. Dưới tác động của các quá trình sinh hóa với sự tham gia của các sinh vật thủy sinh đơn bào, vi khuẩn đối kháng và kháng sinh có nguồn gốc sinh học, vi khuẩn và vi rút gây bệnh sẽ chết.

Vòng tuần hoàn nước trong vòng tuần hoàn tự nhiên toàn cầu: 1 – Đại dương thế giới; 2 – đất và nước ngầm; 3 – mặt nước trên đất liền; 4 – băng tuyết; 5 – thoát hơi nước; 6 – dòng chảy sông (mặt); 7 – nước trong khí quyển ở dạng hơi và độ ẩm khí quyển.

Theo quy định, các quy trình tự làm sạch không cung cấp chất lượng nước cần thiết cho nhu cầu sinh hoạt và uống, do đó tất cả nước bề mặt đều phải trải qua quy trình lọc và bắt buộc phải khử trùng sau đó.

Nước từ nguồn lấy nước ngầm có một số ưu điểm so với nước mặt: bảo vệ khỏi các tác động bên ngoài và an toàn dịch tễ học.

Nước biển chứa một lượng lớn muối khoáng. Nó được sử dụng trong cung cấp nước công nghiệp để làm mát và trong trường hợp thiếu nước ngọt - nhằm mục đích cung cấp nước sinh hoạt và nước uống sau khi khử muối.

Việc sử dụng nước từ các nguồn lấy nước ngầm để cung cấp nước có một số ưu điểm so với các nguồn nước mặt. Điều quan trọng nhất trong số đó là sự bảo vệ khỏi những tác động bên ngoài và do đó, sự an toàn về mặt dịch tễ học.

Sự tích tụ và chuyển động của nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc của đá, liên quan đến nước được chia thành không thấm nước (không thấm nước) và thấm. Vật liệu chống thấm bao gồm: đá granit, đất sét, đá vôi; thấm - cát, sỏi, sỏi và đá bị nứt.

Theo điều kiện xuất hiện, nước dưới đất được chia thành đất, nước ngầm và liên tầng.

Nước trong đất nằm gần bề mặt nhất và không được bảo vệ bởi bất kỳ lớp chống thấm nào. Và kết quả là, thành phần nước trong đất trải qua những biến động mạnh mẽ về thành phần cả trong thời gian ngắn (mưa, hạn hán, v.v.) và theo mùa, chẳng hạn như tuyết tan. Vì nước trong khí quyển có thể dễ dàng xâm nhập vào nước trong đất nên việc sử dụng nước trong đất để cung cấp nước đòi hỏi phải có hệ thống lọc và khử trùng bắt buộc.

Nước ngầm nằm dưới mặt nước trong đất, độ sâu từ hai đến vài chục mét; chúng tích tụ trên lớp chống thấm đầu tiên nhưng không có lớp chống thấm phía trên. Sự trao đổi nước có thể xảy ra giữa nước ngầm và nước trong đất nên chất lượng nước trong đất ảnh hưởng đến trạng thái của nước ngầm. Thành phần của nước ngầm có thể dao động nhẹ và hầu như không đổi. Trong quá trình lọc qua một lớp đất, nước được lọc sạch khỏi tạp chất khoáng và một phần vi khuẩn, vi sinh vật. Nước ngầm là nguồn cung cấp nước phổ biến nhất ở khu vực nông thôn.

Nước ngầm là nước được lấy từ giếng có độ sâu tương ứng với đáy suối, sông, hồ. Sự xâm nhập của nước sông vào tầng đất có thể xảy ra; những vùng nước này còn được gọi là nước ngầm. Thành phần của nước dưới kênh có nhiều biến động và không đáng tin cậy lắm về mặt vệ sinh; và việc sử dụng những vùng nước này cho hệ thống cấp nước đòi hỏi phải lọc và khử trùng.

Suối là nguồn nước tự động chảy lên bề mặt. Sự hiện diện của lò xo cho thấy sự hiện diện ở độ sâu của lớp không thấm nước hỗ trợ lớp không thấm nước bão hòa độ ẩm. Chất lượng và thành phần của nước suối được xác định bởi nguồn nước ngầm cung cấp cho nó.

Vùng nước giữa các tầng nằm giữa hai tảng đá không thấm nước. Lớp chống thấm phía trên bảo vệ các vùng nước này khỏi sự xâm nhập của lượng mưa và nước ngầm. Do vị trí sâu nên sự biến động trong thành phần của nước là không đáng kể;

Ô nhiễm nước giữa các tầng cực kỳ hiếm khi xảy ra: chỉ khi tính toàn vẹn của các tầng chứa nước bị hư hỏng hoặc khi không có sự giám sát của các giếng cũ đã hoạt động lâu năm.

Các vùng nước giữa các tầng có thể có lối thoát tự nhiên lên bề mặt dưới dạng suối dâng cao hoặc suối - những vùng nước này phù hợp nhất cho hệ thống cấp nước uống.

Cần lưu ý rằng không có thành phần duy nhất của nước, vì ngay cả nước phun, nằm ở cùng độ sâu, xâm nhập vào nhà của chúng ta, đi qua nhiều loại đá khác nhau, do đó thay đổi thành phần của nó.

2. Phân loại phương pháp khử trùng

Trong công nghệ xử lý nước, có nhiều phương pháp khử trùng nước, có thể chia thành hai loại chính - hóa học và vật lý, cũng như sự kết hợp của chúng.

Trong phương pháp hóa học, khử trùng đạt được bằng cách đưa các hợp chất có hoạt tính sinh học vào nước.

Bằng các phương pháp vật lý, nước được xử lý dưới nhiều tác động vật lý khác nhau.

Các phương pháp khử trùng nước bằng hóa chất hoặc thuốc thử bao gồm việc đưa vào các tác nhân oxy hóa mạnh, bao gồm clo, clo dioxide, ozone, iốt, natri và canxi hypochlorite, hydro peroxide và kali permanganat. Trong số các chất oxy hóa trên, người ta thấy ứng dụng thực tế trong hệ thống khử trùng nước: clo, ozone, natri hypochlorite, clo dioxide. Một phương pháp hóa học khác là oligodynamy - cho nước tiếp xúc với các ion kim loại quý.

Trong trường hợp khử trùng nước uống bằng phương pháp hóa học, để đạt được hiệu quả khử trùng lâu dài, cần xác định chính xác liều lượng thuốc thử được sử dụng và đảm bảo đủ thời gian tiếp xúc với nước. Trong trường hợp này, liều thuốc thử được tính toán hoặc quá trình khử trùng thử nghiệm được thực hiện trên dung dịch/vật thể mẫu.

Liều thuốc thử được tính vượt quá (clo dư), đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật, ngay cả những vi sinh vật xâm nhập vào nước một thời gian sau khi khử trùng, đảm bảo hiệu quả kéo dài.

Phương pháp khử trùng vật lý:

- bức xạ cực tím;

- tác động nhiệt;

- ảnh hưởng siêu âm;

- tiếp xúc với phóng điện.

Với các phương pháp khử trùng nước vật lý, cần cung cấp một lượng năng lượng nhất định cho một đơn vị thể tích của nó, được định nghĩa là tích của cường độ tiếp xúc (công suất bức xạ) và thời gian tiếp xúc.

Hiệu quả của việc khử trùng nước bằng phương pháp hóa học và vật lý phần lớn phụ thuộc vào tính chất của nước, cũng như các đặc tính sinh học của vi sinh vật, tức là khả năng chống lại những ảnh hưởng này của chúng.

Việc lựa chọn phương pháp và đánh giá tính khả thi về mặt kinh tế của việc sử dụng một phương pháp khử trùng nước cụ thể được xác định bởi nguồn cấp nước, thành phần của nước, loại thiết bị lắp đặt của nhà máy cấp nước và vị trí của nó (khoảng cách từ người tiêu dùng). ), chi phí thuốc thử và thiết bị khử trùng.

Điều quan trọng là phải hiểu rằng không có phương pháp khử trùng nào là phổ biến hoặc tốt nhất. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.

3. Văn bản quy phạm pháp luật và kỹ thuật về nước và vệ sinh

Nước tiêu thụ của con người sống trong nhiều môi trường khác nhau đến từ nhiều nguồn. Đó có thể là sông, hồ, đầm lầy, hồ chứa, giếng, giếng phun, v.v. Theo đó, nước lấy từ các nguồn có nguồn gốc khác nhau sẽ khác nhau về chất lượng và tính chất.

Có khả năng cao là ngay cả nước từ các nguồn nằm gần nhau cũng sẽ có chất lượng khác nhau đáng kể.

Các doanh nghiệp công nghiệp, nhà điều dưỡng, công ty thương mại, bệnh viện và các cơ sở y tế khác, cư dân nông thôn và cư dân của các siêu đô thị - tất cả đều có những yêu cầu đặc biệt riêng về chất lượng nước.

Đó là lý do tại sao việc lọc và khử trùng nước là cần thiết khi chất lượng nước không đáp ứng được yêu cầu của người tiêu dùng.

Các yêu cầu về chất lượng và an toàn nước được thiết lập trong các tài liệu quy định chính sau đây được liệt kê trong bảng. 1.

Bảng 1

Ngoài ra còn có các tiêu chuẩn và yêu cầu công nghệ liên quan đến việc thiết kế hệ thống xử lý nước (Bảng 2).

ban 2

Sự an toàn của nước trong điều kiện dịch bệnh được xác định bởi tổng số vi sinh vật và số lượng vi khuẩn coliform. Theo các chỉ tiêu vi sinh, nước phải đáp ứng các yêu cầu nêu trong bảng. 3.

bàn số 3

* Các thông số biểu thị chất lượng nước. Chỉ nhằm mục đích giám sát, các Quốc gia Thành viên EU có thể thiết lập các thông số bổ sung trên lãnh thổ hoặc một phần lãnh thổ của họ, nhưng việc áp dụng chúng không được làm xấu đi sức khỏe của người dân.

**Các thông số bắt buộc.

4. Xử lý nước bằng chất oxy hóa mạnh

Khử trùng nước bằng phương pháp thuốc thử được thực hiện bằng cách thêm các chất khử trùng hóa học khác nhau vào nước hoặc bằng các biện pháp đặc biệt. Việc sử dụng hóa chất trong xử lý nước thường dẫn đến sự hình thành các sản phẩm phụ hóa học. Tuy nhiên, nguy cơ sức khỏe do chúng tiếp xúc là không đáng kể so với nguy cơ liên quan đến vi sinh vật gây hại phát triển trong nước do không được khử trùng hoặc chất lượng nước kém.

Bộ Y tế đã cho phép sử dụng hơn 200 phương tiện để khử trùng, khử trùng nước.

Trong phần này, chúng tôi sẽ xem xét các chất khử trùng chính được sử dụng trong hệ thống cấp nước của Nga.

4.1. Khử trùng bằng clo

Clo được nhà hóa học người Thụy Điển Scheele phát hiện vào năm 1774. Năm nay đánh dấu sự khởi đầu của lịch sử sử dụng thuốc thử có chứa clo hoạt tính (trong hơn hai thế kỷ). Gần như ngay lập tức, tác dụng tẩy trắng của nó đối với sợi thực vật - lanh và bông - đã được phát hiện. Sau phát hiện này vào năm 1785, nhà hóa học người Pháp Claude Louis Berthollet đã sử dụng clo để tẩy vải và giấy ở quy mô công nghiệp.

Nhưng chỉ trong thế kỷ 19. Người ta phát hiện ra rằng “nước clo” (do sự tương tác của clo với nước được gọi vào thời điểm đó) cũng có tác dụng khử trùng. Có thể giả định rằng clo bắt đầu được sử dụng làm chất khử trùng vào năm 1846, khi tại một trong những bệnh viện ở Vienna, phương pháp rửa tay bằng “nước clo” được giới thiệu cho các bác sĩ.

Năm 1888, tại Đại hội Vệ sinh Quốc tế ở Vienna, người ta đã công nhận rằng nhiều bệnh truyền nhiễm có thể lây lan qua nước uống, trong đó có bệnh tả, một căn bệnh rất nguy hiểm và lan rộng vào thời điểm đó. Trên thực tế, hội nghị này đóng vai trò là động lực để tìm ra cách khử trùng nước hiệu quả nhất. Sự phát triển của chủ đề khử trùng bằng clo để khử trùng nước uống gắn liền với việc xây dựng đường ống dẫn nước ở các thành phố lớn. Nó lần đầu tiên được sử dụng cho mục đích này ở New York vào năm 1895. Ở Nga, clo lần đầu tiên được sử dụng để khử trùng nước uống vào đầu thế kỷ 20. Ở Petersburg.

Hiện nay, phương pháp khử trùng nước phổ biến nhất là sử dụng clo và các hợp chất của nó. Hơn 90% nước (đại đa số) được khử trùng bằng clo. Sự đơn giản về mặt công nghệ của quy trình khử trùng bằng clo và sự sẵn có của thuốc thử đã đảm bảo việc đưa clo vào thực tiễn cấp nước một cách rộng rãi.

Ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp khử trùng này là khả năng đảm bảo an toàn vi sinh của nước tại bất kỳ điểm nào trong mạng lưới phân phối, bất kỳ lúc nào, trong quá trình vận chuyển đến người dùng - chính xác là do hậu quả. Sau khi đưa chất clo hóa vào nước, nó vẫn duy trì hoạt động chống lại vi khuẩn trong một thời gian rất dài, ức chế hệ thống enzyme của chúng dọc theo toàn bộ đường dẫn nước qua mạng lưới cấp nước từ cơ sở xử lý nước (lấy nước) đến từng người tiêu dùng.

Do đặc tính oxy hóa và tác dụng phụ của nó, clo ngăn chặn sự phát triển của tảo, giúp loại bỏ sắt và mangan khỏi nước, phá hủy hydro sunfua, khử màu nước, duy trì độ sạch vi sinh của bộ lọc, v.v.

4.2. Kỹ thuật clo hóa

Khi lựa chọn phương pháp khử trùng bằng clo (xử lý nước bằng clo hoặc các chất clo khác), cần tính đến mục đích của quá trình khử trùng bằng clo, bản chất của các chất gây ô nhiễm có trong nước và đặc điểm biến động trong thành phần của nước. tùy theo mùa. Cần đặc biệt chú ý đến các tính năng cụ thể của sơ đồ công nghệ lọc nước và thiết bị có trong các cơ sở xử lý.

Theo mục tiêu của họ, tất cả các phương pháp có thể được chia thành hai loại lớn: clo hóa sơ cấp (tiền clo hóa, tiền clo hóa) và clo hóa cuối cùng (cuối cùng).

Khử trùng bằng clo sơ cấp - việc đưa clo hoặc thuốc thử có chứa clo vào nước được thực hiện càng gần nguồn nước vào càng tốt. Theo mục đích của nó, quá trình khử trùng bằng clo sơ cấp không chỉ phục vụ khử trùng nước mà còn tăng cường các quá trình lọc nước khỏi tạp chất, ví dụ như khử phân hủy và đông tụ. Trong trường hợp này, liều lượng lớn clo được sử dụng; theo quy luật, không có giai đoạn khử clo vì lượng clo dư thừa được loại bỏ hoàn toàn ở các giai đoạn lọc nước khác.

Khử trùng bằng clo cuối cùng hoặc cuối cùng là một quá trình khử trùng nước, được thực hiện ở giai đoạn chuẩn bị cuối cùng, tức là tất cả các chất gây ô nhiễm đã được loại bỏ và clo chỉ được sử dụng để khử trùng.

Quá trình khử trùng bằng clo được thực hiện cả với liều lượng nhỏ clo - khử trùng bằng clo thông thường và với liều lượng tăng lên - khử trùng bằng clo.

Khử trùng bằng clo thông thường được sử dụng khi lấy nước từ các nguồn vệ sinh. Liều lượng clo phải mang lại hiệu quả diệt khuẩn cần thiết mà không làm suy giảm các chỉ số cảm quan về chất lượng nước. Lượng clo dư cho phép sau 30 phút tiếp xúc với nước với clo không được cao hơn 0,5 mg/l.

Tái clo hóađược sử dụng khi lấy nước từ các nguồn có sự biến động lớn về thành phần, đặc biệt là về các chỉ số vi sinh và trong trường hợp quá trình khử trùng bằng clo thông thường không mang lại hiệu quả diệt khuẩn ổn định. Khử clo quá mức cũng được sử dụng khi có phenol trong nước, khi quá trình clo hóa thông thường chỉ dẫn đến sự suy giảm các chỉ số cảm quan về chất lượng nước. Việc tái clo hóa giúp loại bỏ nhiều mùi vị khó chịu và trong một số trường hợp có thể được sử dụng để loại bỏ các chất độc hại khỏi nước. Liều clo dư trong quá trình khử clo thường được đặt trong khoảng 1–10 mg/l. Lượng clo dư thừa sau đó sẽ được loại bỏ bằng cách khử clo trong nước; một lượng dư thừa nhỏ - sục khí; một lượng lớn hơn - bằng cách thêm thuốc thử khử - dechlor (natri thiosulfate hoặc sulfite, natri disulfite, amoniac, sulfur dioxide, than hoạt tính).

Phương pháp clo hóa kết hợp tức là xử lý nước bằng clo cùng với các loại thuốc diệt khuẩn khác nhằm tăng cường tác dụng của clo hoặc cố định nó trong nước lâu hơn. Các phương pháp khử trùng bằng clo kết hợp thường được sử dụng để xử lý một lượng lớn nước trong các hệ thống cấp nước cố định. Các phương pháp kết hợp bao gồm: clo hóa bằng mangan hóa, phương pháp clorua bạc và clorua đồng, cũng như clo hóa bằng amoniac hóa.

Mặc dù thực tế rằng khử trùng bằng clo vẫn là phương pháp khử trùng phổ biến nhất nhưng phương pháp này cũng có một số hạn chế trong việc sử dụng, ví dụ:

– do quá trình clo hóa, các hợp chất clo hữu cơ (OCC) có thể hình thành trong nước đã qua xử lý;

– các phương pháp khử trùng bằng clo truyền thống trong một số trường hợp không phải là rào cản đối với sự xâm nhập của một số vi khuẩn và vi rút vào nước;

– việc khử trùng bằng clo trong nước được thực hiện trên quy mô lớn đã gây ra sự phát triển rộng rãi của các vi sinh vật kháng clo;

– dung dịch thuốc thử chứa clo có tính ăn mòn, đôi khi gây hao mòn nhanh thiết bị;

Các phương pháp khử trùng bằng clo kết hợp, xử lý nước bằng clo cùng với các chế phẩm diệt khuẩn khác được sử dụng để tăng cường tác dụng của clo hoặc cố định nó trong nước lâu hơn.

Để đảm bảo sức khỏe cộng đồng, nhiều quốc gia đã đưa ra các quy định của chính phủ hạn chế hàm lượng COC trong nước uống. Ở Nga, 74 chỉ số được chuẩn hóa, ví dụ:

– cloroform – 0,2 mg/l;

– dichlorobromomethane – 0,03 mg/l;

– cacbon tetraclorua – 0,006 mg/l.

Hiện tại, nồng độ tối đa cho phép đối với các chất là sản phẩm phụ của quá trình clo hóa được quy định ở nhiều nước phát triển khác nhau trong khoảng từ 0,06 đến 0,2 mg/l, tương ứng với dữ liệu khoa học hiện đại về mức độ nguy hiểm đối với sức khỏe của chúng.

Quá trình hình thành COC khá phức tạp, kéo dài theo thời gian lên tới vài giờ và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: liều lượng clo, nồng độ chất hữu cơ trong nước, thời gian tiếp xúc, nhiệt độ, giá trị pH của nước, độ kiềm, v.v.. Lý do chính cho sự hình thành COC trong nước là sự hiện diện của axit humic và fulvic hữu cơ, cũng như các chất chuyển hóa của tảo. Để loại bỏ các tạp chất này, cần phải lọc nước tiếp theo bằng bộ lọc carbon. Sự hình thành COC mạnh mẽ nhất xảy ra trong quá trình tiền clo hóa, khi một lượng lớn clo được cung cấp vào nước chưa qua xử lý có chứa một lượng đáng kể các chất hữu cơ. Hiện nay, có hai phương pháp chính để ngăn chặn sự hình thành COC: điều chỉnh sơ đồ khử trùng bằng clo và từ chối sử dụng clo làm phương pháp khử trùng nước chính.

Khi điều chỉnh sơ đồ khử trùng bằng clo, nơi đưa phần clo chính vào sẽ được chuyển đến cuối dòng quy trình xử lý nước, điều này sẽ loại bỏ nhu cầu cung cấp liều lượng lớn clo cho nước chưa được xử lý. Khi lựa chọn phương án này, yêu cầu quan trọng là phải loại bỏ các hợp chất hữu cơ (tiền chất hình thành COC) trước khi đưa clo vào. Việc từ chối khử trùng bằng clo trước và chuyển việc cung cấp liều clo chính đến cuối nhà máy xử lý thường khá đủ để giải quyết vấn đề liên quan đến việc hình thành chất thải hóa học. Tuy nhiên, điều này dẫn đến giảm đáng kể hiệu quả khử trùng nước và giảm tầm quan trọng của các cơ sở xử lý như một rào cản.

Clo hóa nước là một phương pháp đáng tin cậy để ngăn ngừa sự lây lan của dịch bệnh, vì hầu hết các vi khuẩn gây bệnh (trực khuẩn thương hàn, bệnh lao và bệnh lỵ, vi khuẩn tả, bệnh bại liệt và virus viêm não) rất không ổn định trong clo.

Chỉ nên nói về việc loại bỏ clo trong quá trình khử trùng sơ cấp nếu trong nước có các hợp chất hữu cơ, khi tương tác với clo (và hypochlorite), tạo thành trihalomethanes, ảnh hưởng tiêu cực đến cơ thể con người.

Để clo hóa nước, các chất như clo (lỏng hoặc khí), natri hypochlorite, clo dioxide và các chất có chứa clo khác được sử dụng.

4.2.1. clo

Clo là chất phổ biến nhất được sử dụng để khử trùng nước uống. Điều này được giải thích bởi hiệu suất cao, tính đơn giản của thiết bị công nghệ được sử dụng, chi phí sử dụng thuốc thử thấp - clo lỏng hoặc khí - và tương đối dễ bảo trì.

Clo dễ dàng hòa tan trong nước; sau khi trộn khí clo với nước, trạng thái cân bằng được thiết lập trong dung dịch nước:

HClO H + + OCl -

Sự hiện diện của axit hypochlorous trong dung dịch clo và các anion do sự phân ly của nó OCl - Có đặc tính diệt khuẩn mạnh. Axit hypoclorơ có hoạt tính mạnh hơn gần 300 lần so với ion hypoclorit ClO - . Điều này được giải thích bởi khả năng độc đáo HClO xâm nhập vi khuẩn qua màng của chúng. Axit hypoclorơ dễ bị phân hủy dưới ánh sáng:

2HClO -> 2O + 2HCl -> O2 + 2HCl

với sự hình thành axit clohydric và oxy nguyên tử làm chất trung gian, cũng là tác nhân oxy hóa mạnh.

Việc xử lý nước bằng clo được thực hiện bằng cách sử dụng cái gọi là chất khử clo, trong đó clo ở dạng khí (bay hơi) được nước hấp thụ. Nước clo thu được từ máy clo hóa ngay lập tức được cung cấp đến nơi tiêu thụ. Mặc dù thực tế rằng phương pháp xử lý nước này là phổ biến nhất nhưng nó cũng có một số nhược điểm. Trước hết, rất khó vận chuyển và lưu trữ khối lượng lớn clo lỏng, có độc tính cao. Với cách tổ chức quy trình như vậy, chắc chắn sẽ xuất hiện các giai đoạn nguy hiểm tiềm ẩn - trước hết là việc dỡ các thùng chứa clo lỏng và sự bay hơi của nó để chuyển nó thành dạng hoạt động.

Việc tạo ra lượng clo dự trữ có thể hoạt động trong kho gây nguy hiểm không chỉ cho nhân viên vận hành nhà máy mà còn cho cả cư dân của những ngôi nhà gần đó. Để thay thế cho phương pháp khử trùng bằng clo, trong những năm gần đây, xử lý nước bằng dung dịch natri hypoclorit (NaClO) ngày càng được sử dụng nhiều hơn; phương pháp này được sử dụng cả ở các nhà máy xử lý nước công nghiệp và tại các cơ sở nhỏ, kể cả nhà riêng.

4.2.2. clo dioxit

Clo dioxide được sử dụng để khử trùng nước ở Châu Âu, Mỹ và Nga. Tại Hoa Kỳ, vào năm 1944, một trong những hệ thống khử trùng nước uống đầu tiên bằng clo dioxide đã được đưa vào hoạt động - hệ thống Thác Niagara. Ở Đức, clo dioxide đã được sử dụng từ năm 1959. Kinh nghiệm thế giới trong việc sử dụng clo dioxide và nhiều nghiên cứu đã cho thấy tính hiệu quả của nó trong việc điều chế và khử trùng nước uống, nước công nghiệp và nước thải.

Các phương pháp chính sản xuất clo dioxide

Có ba phương pháp chính để sản xuất clo dioxide:

– sự tương tác của natri clorit với axit clohydric:

5NaClO 2 + 4HCl = 4ClO 2 + 5NaCl + 2H 2 O;

– sự tương tác của natri clorit với clo phân tử (natri hypoclorit, axit hypochlorous). Phản ứng được thực hiện bằng cách đưa khí clo vào dung dịch natri clorit trong điều kiện chân không:

2NaClO 2 + Cl 2 = 2ClO 2 + 2NaCl;

- sự tương tác của natri clorat với axit sulfuric và hydro peroxide:

2NaClO 3 + H 2 SO 4 + 2H 2 O = 2ClO 2 + 2O 2 + Na 2 SO 4

Hoạt động hiệu quả của ClO 2 không chỉ do hàm lượng clo cao được giải phóng trong quá trình phản ứng mà còn do oxy nguyên tử được hình thành.

Hiện nay, có những cơ sở sử dụng tất cả các phương pháp này để sản xuất clo dioxide để sử dụng tiếp trong quá trình khử trùng nước uống. Yếu tố chính ngăn cản việc sử dụng rộng rãi clo dioxide là tính dễ nổ của nó, làm phức tạp việc sản xuất, vận chuyển và lưu trữ. Các công nghệ hiện đại đã loại bỏ nhược điểm này bằng cách sản xuất clo dioxide trực tiếp tại điểm sử dụng dưới dạng dung dịch nước có nồng độ an toàn. Quá trình thu và định lượng clo dioxide vào nước đã xử lý hoàn toàn tự động; không cần có sự hiện diện của nhân viên bảo trì. Về vấn đề này, nó có thể được sử dụng trong việc lắp đặt với năng suất tương đối thấp.

Việc sử dụng clo dioxide để khử trùng nước có một số ưu điểm:

– clo dioxide không tạo thành trihalomethanes khi tương tác với các chất hữu cơ, đồng thời giúp làm giảm nồng độ sắt và mangan trong nước;

– là chất oxy hóa và khử trùng hiệu quả đối với tất cả các loại vi sinh vật, bao gồm cả u nang (Giardia, Cryptosporidium), dạng bào tử của vi khuẩn và vi rút;

– tác dụng khử trùng thực tế không phụ thuộc vào độ pH của nước, trong khi hiệu quả của clo giảm khi giá trị pH lệch khỏi pH=7,4;

– Khử mùi nước, tiêu diệt phenol – nguồn gây mùi, vị khó chịu;

– không tạo thành bromat và các sản phẩm phụ organobromine của quá trình khử trùng khi có mặt bromua.

Nhược điểm chính của việc sử dụng clo dioxide là sự hình thành các sản phẩm phụ - clorat và clorit, hàm lượng của chúng trong nước uống phải được kiểm soát. Theo SanPiN, nồng độ clorit tối đa cho phép là 0,2 mg/dm 3 với chỉ báo giới hạn vệ sinh-độc tính tương ứng với loại nguy hiểm thứ ba. Những tiêu chuẩn này giới hạn liều dioxide tối đa để khử trùng nước.

4.2.3. Sodium hypochlorite

Là một giải pháp thay thế, trong những năm gần đây, xử lý nước bằng dung dịch natri hypoclorit (NaClO) ngày càng được sử dụng nhiều hơn và thuốc thử này được sử dụng cả ở các nhà máy xử lý nước lớn và tại các cơ sở nhỏ, kể cả nhà riêng.

Dung dịch nước natri hypoclorit được điều chế bằng phương pháp hóa học:

Cl 2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H 2 O

hoặc phương pháp điện hóa theo phản ứng:

NaCl + H 2 O = NaClO + H 2.

Chất natri hypoclorit (NaClO) ở dạng hóa học tinh khiết (tức là không có nước) là chất kết tinh không màu, dễ phân hủy thành natri clorua (muối ăn) và oxy:

2NaClO = 2NaCl + O 2 .

Khi hòa tan trong nước, natri hypoclorit phân ly thành các ion:

Ion hypoclorit OCl - bị thủy phân trong nước tạo thành axit hypoclorơ HOCl:

ОCl - + H 2 O = HOCl + OH - .

Chính sự hiện diện của axit hypochlorous trong dung dịch natri hypoclorit đã giải thích đặc tính tẩy trắng và khử trùng mạnh của nó. Khả năng diệt khuẩn cao nhất của hypochlorite được thể hiện trong môi trường trung tính, khi nồng độ HClO và anion hypochlorite ClO xấp xỉ bằng nhau.

Sự phân hủy hypochlorite đi kèm với sự hình thành một số hạt hoạt động, đặc biệt là oxy nguyên tử, có tác dụng diệt khuẩn cao. Các hạt thu được tham gia vào quá trình tiêu diệt vi sinh vật, tương tác với các polyme sinh học có khả năng oxy hóa trong cấu trúc của chúng. Nghiên cứu đã chứng minh rằng quá trình này tương tự như quá trình xảy ra tự nhiên ở tất cả các sinh vật bậc cao. Một số tế bào của con người (bạch cầu trung tính, tế bào gan, v.v.) tổng hợp axit hypochlorous và kèm theo các gốc có hoạt tính cao để chống lại vi sinh vật và các chất lạ.

Khử trùng nước và oxy hóa các tạp chất bằng cách sử dụng natri hypoclorit được sản xuất điện hóa lần đầu tiên được sử dụng ở Hoa Kỳ vào cuối những năm 1930. Thế kỷ XX... Natri hypochlorite có một số đặc tính có giá trị. Dung dịch nước của nó không có huyền phù và do đó không cần lắng, không giống như thuốc tẩy. Việc sử dụng natri hypoclorit để xử lý nước không làm tăng độ cứng của nó vì nó không chứa muối canxi và magie như thuốc tẩy hoặc canxi hypoclorit.

Hiệu quả diệt khuẩn của dung dịch NaClO thu được bằng phương pháp điện phân cao hơn so với các chất khử trùng khác có nguyên lý hoạt động là clo hoạt tính. Ngoài ra, dung dịch này còn có tác dụng oxy hóa mạnh hơn các dung dịch được điều chế bằng phương pháp hóa học vì chứa nhiều axit hypochlorous (HClO).

Nhược điểm của phương pháp này là dung dịch natri hypoclorit không ổn định và bị phân hủy theo thời gian ngay cả ở nhiệt độ phòng.

Ngành công nghiệp nước ta sản xuất natri hypoclorit dưới dạng dung dịch nước có nồng độ khác nhau.

Theo GOST 11086-76, dung dịch natri hypoclorit thu được bằng phương pháp hóa học có ba loại. Dưới đây là các chỉ số cho thành phần của sản phẩm.

Natri hypochlorite ở dạng dung dịch (loại A, B hoặc “Belizna”) là dung dịch hypochlorite (16–19% NaOCl) với hỗn hợp natri clorua và hydroxit (pH 12–14). Cả hai giải pháp đều phân hủy theo thời gian. Tốc độ phân hủy phụ thuộc vào điều kiện bảo quản của chúng.

Thuốc thử dung dịch natri hypoclorit được định lượng dễ dàng, cho phép bạn tự động hóa quá trình khử trùng nước.

4.2.4. Thuốc thử chứa clo

Việc sử dụng thuốc thử có chứa clo (thuốc tẩy, natri và hypochlorite canxi) để khử trùng nước ít nguy hiểm hơn trong việc bảo trì so với việc sử dụng clo và không yêu cầu các giải pháp công nghệ phức tạp. Đúng vậy, các thiết bị thuốc thử được sử dụng trong trường hợp này cồng kềnh hơn, dẫn đến nhu cầu bảo quản một lượng lớn thuốc (gấp 3–5 lần so với khi sử dụng clo). Khối lượng vận chuyển tăng cùng một lượng.

Trong quá trình bảo quản, sự phân hủy một phần thuốc thử xảy ra khi hàm lượng clo giảm. Về vấn đề này, cần trang bị hệ thống thông gió cưỡng bức và tuân thủ các biện pháp an toàn cho nhân viên vận hành. Dung dịch thuốc thử chứa clo có tính ăn mòn và yêu cầu thiết bị và đường ống làm bằng vật liệu không gỉ hoặc có lớp phủ chống ăn mòn, chúng thường không được sử dụng để cấp nước riêng lẻ.

4.2.5. Khử trùng bằng clo để cung cấp nước cá nhân

Việc lắp đặt sản xuất thuốc thử chứa clo hoạt tính bằng phương pháp điện hóa ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là tại các nhà máy xử lý nước nhỏ.

Ở Nga, một số doanh nghiệp cung cấp các hệ thống lắp đặt như “Saner”, “Sanator”, “Chlorel-200” để sản xuất natri hypoclorit bằng cách sử dụng phương pháp điện phân màng muối ăn.

Cách đơn giản và phổ biến nhất để giải quyết vấn đề khử trùng bằng clo trong nước cấp cho từng cá nhân là sử dụng natri hypoclorit; dung dịch “Belizna” có thể được sử dụng làm thuốc thử.

Nhiều người tiêu dùng không thích việc nước từ vòi có thể có mùi clo, nhưng vấn đề này có thể dễ dàng giải quyết bằng cách lắp đặt bộ lọc carbon.

Các phương pháp chuẩn bị nước bằng clo đòi hỏi phải định lượng chính xác thuốc thử vào nước đang được xử lý vì thuốc thử có tính phản ứng hóa học cao. Để giải quyết vấn đề clo hóa, cần sử dụng công nghệ kỹ thuật số hiện đại, đảm bảo liều lượng thuốc thử chính xác tương ứng với tốc độ dòng chảy hoặc thể tích nước được xử lý.

Trên thị trường có rất nhiều loại máy bơm định lượng, có nhiều loại khác nhau về hiệu suất.

4.3. Các halogen khác để khử trùng nước

4.3.1. Iốt hóa

Iốt là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm halogen, “họ hàng” của chúng là flo, clo và brom, được ký hiệu bằng ký hiệu I (từ iode Hy Lạp - màu tím; Lat. Iodum), có số sê-ri là 53, nguyên tử số - 126,90, mật độ chất rắn - 4, 94 g/cm 3, điểm nóng chảy – 113,5 ° C, điểm sôi – 184,35 ° C. Trong tự nhiên, iốt tập trung chủ yếu trong nước biển (trung bình khoảng 0,05 mg/l). Ngoài ra, nó còn được tìm thấy trong trầm tích biển. Điều này cho phép nó đi vào nước ngầm, nơi hàm lượng của nó có thể đạt tới hơn 100 mg/l. Hàm lượng iốt cao như vậy cũng là đặc trưng của các khu vực mỏ dầu. Đồng thời, hàm lượng nó trong nước mặt thấp (nồng độ dao động từ 1 đến 0,01 μg/l).

Nghiên cứu cho thấy phương pháp iốt hóa có hiệu quả chống lại vi khuẩn và vi rút nhưng không đủ hiệu quả đối với độc tố vi sinh vật và các hợp chất phenolic. Một hạn chế khác trong việc phổ biến phương pháp iốt hóa là sự xuất hiện của mùi đặc trưng khi hòa tan iốt trong nước. Do đó, iốt hóa nước nhằm mục đích khử trùng không cạnh tranh với quá trình khử trùng bằng clo truyền thống, mặc dù thực tế là iốt, không giống như clo, có những ưu điểm như tính trơ đối với amoniac và các dẫn xuất của nó, cũng như khả năng chống bức xạ mặt trời. Việc xử lý nước bằng iốt nhằm mục đích khử trùng không được phổ biến rộng rãi, mặc dù những nỗ lực nhằm iốt hóa nước máy đã được thực hiện nhiều lần. Hiện tại, xử lý nước bằng iốt chỉ được sử dụng khi tốc độ dòng chảy thấp hoặc trong trường hợp sử dụng phương án khử trùng nước đặc biệt. Vì vậy, trong một số trường hợp, iốt được dùng để khử trùng nước trong bể bơi.

Iốt là một trong những nguyên tố vi lượng có chức năng trong cơ thể rất đa dạng. Nó tham gia vào quá trình tổng hợp hormone tuyến giáp và ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và tái tạo. Sự hiện diện không đủ của iốt trong cơ thể dẫn đến những hậu quả tiêu cực. Tuy nhiên, không chỉ thiếu iốt gây nguy hiểm cho sức khỏe con người mà còn cả tình trạng dư thừa. Do đó, lượng iốt trong cơ thể tăng lên sẽ dẫn đến những thay đổi về đặc điểm cấu trúc và chức năng của tuyến giáp, gan và thận.

Cách đây không lâu, đồ uống và nước có chứa i-ốt đóng chai đã xuất hiện trên thị trường. Cách tiếp cận này chắc chắn là hợp lý, vì chỉ có người tiêu dùng, được hướng dẫn bởi các chỉ định y tế, mới có thể quyết định xem mình có nên uống nước iốt hay không.

Trong thực tế hiện đại, để khử trùng nước uống bằng iốt, người ta đề xuất sử dụng các chất trao đổi ion đặc biệt bão hòa iốt. Khi nước đi qua chúng, iốt dần dần bị cuốn trôi khỏi bộ trao đổi ion, đi qua nước. Giải pháp này chỉ khả thi đối với việc lắp đặt riêng lẻ quy mô nhỏ trong hệ thống lọc nước gia đình. Trong các hệ thống như vậy, quá trình iốt hóa nước được thực hiện thông qua việc lắp đặt thêm bộ phận lọc đặc biệt ở một trong các giai đoạn lọc. Những nhược điểm đáng kể là sự thay đổi nồng độ iốt trong quá trình vận hành, không thể định lượng chính xác vào nước chảy và thiếu kiểm soát nồng độ của nó.

Các thiết bị và hộp mực Geyser và Clean Water được giới thiệu trên thị trường Nga.

4.3.2. Brom hóa

Các phương pháp khử trùng nước bằng hóa chất cũng bao gồm những phương pháp được sử dụng vào đầu thế kỷ 20. khử trùng bằng hợp chất brom, có đặc tính diệt khuẩn rõ rệt hơn clo, nhưng đòi hỏi công nghệ ứng dụng phức tạp hơn.

Brom là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm halogen, được ký hiệu là Br (từ tiếng Hy Lạp bromos - mùi hôi thối; tên gắn liền với mùi khó chịu của nước brom; lat. Bromum) có số sê-ri là 35, trọng lượng nguyên tử - 79,90 , mật độ chất lỏng - 3,11 g/ cm 3, điểm sôi – 59,2 ° C.

Brom tác dụng lên vi sinh vật, tiêu diệt virus, vi khuẩn, nấm, giúp loại bỏ tạp chất hữu cơ trong nước, có tác dụng diệt tảo hiệu quả. Các hợp chất dựa trên brom có ​​khả năng chống lại bức xạ mặt trời.

Tuy nhiên, bất chấp tất cả những ưu điểm của nó, phương pháp brom hóa nước rất đắt tiền nên nó không được sử dụng rộng rãi trong lọc nước uống và được sử dụng chủ yếu để khử trùng nước ở các hồ bơi nhỏ và spa.

4.4. Ozon hóa

4.4.1. Lịch sử ozon hóa

Năm 1840, nhà khoa học người Đức Sheinbein, khi nghiên cứu quá trình phân hủy nước thành hydro và oxy bằng hồ quang điện, đã thu được một loại khí mới có mùi đặc trưng, ​​​​mà ông gọi là ozone. Sau đó có những nghiên cứu của các nhà khoa học khác nhằm nghiên cứu tính chất và công dụng của ozone. Nhà phát minh N. Tesla được cấp bằng sáng chế cho máy tạo ozone đầu tiên vào năm 1896.

Lần đầu tiên, quy trình ozon hóa để lọc nước được thực hiện ở Pháp, nơi vào năm 1907, nhà máy ozon hóa nước đầu tiên được xây dựng ở Bon Voyage (Pháp) để đáp ứng nhu cầu của thành phố Nice, và vào năm 1916 đã có 26 nhà máy ozon hóa ở hoạt động (tổng số ở Châu Âu – 49).

Vào thời Xô Viết, quá trình ozon hóa được thực hiện tại Nhà máy nước phía Đông ở Moscow; nhà máy được trang bị máy ozon hóa của công ty Treily-gas của Pháp.

4.4.2. Sản xuất ôzôn

Ozone (O 3) là một loại khí màu xanh lam hoặc tím nhạt, tự phân hủy trong không khí và trong dung dịch nước, biến thành oxy thông thường (O 2). Tốc độ phân hủy ozone tăng mạnh trong môi trường kiềm và nhiệt độ ngày càng tăng. Liều lượng ozone phụ thuộc vào mục đích của nước ozone hóa. Nếu chúng ta đang nói về việc khử trùng nước đã được lọc và làm trong trước đó, liều ozone được lấy là 1–3 mg/l, đối với nước ngầm – 0,75–1 mg/l. Khi sử dụng ozone để khử màu và khử trùng nước bị ô nhiễm, lượng cần thiết của nó có thể lên tới 5 g/l. Thời gian tiếp xúc của nước khử trùng với ozone là 8–12 phút.

Ozone được hình thành trong nhiều quá trình kèm theo sự giải phóng oxy nguyên tử, ví dụ, trong quá trình phân hủy peroxit, oxy hóa phốt pho, v.v.

Phương pháp công nghiệp tiết kiệm nhất để sản xuất ozone là cho không khí hoặc oxy tiếp xúc với dòng điện 5000–25.000 V. Máy tạo ozone bao gồm hai điện cực dạng tấm hoặc hình ống (sắp xếp đồng tâm) được lắp đặt cách nhau một khoảng ngắn.

O 3 dễ hóa lỏng hơn O 2 nên dễ dàng tách chúng ra. Ozone dùng cho liệu pháp ozone trong y học chỉ thu được từ oxy nguyên chất. Khi không khí bị chiếu xạ bằng bức xạ cực tím cứng, ôzôn được hình thành. Các quá trình tương tự xảy ra ở các tầng trên của khí quyển, nơi tầng ozone được hình thành và duy trì dưới tác động của bức xạ mặt trời.

Trong phòng thí nghiệm, ozon có thể thu được bằng cách cho axit sunfuric đậm đặc đã nguội phản ứng với bari peroxit:

3H 2 SO 4 + 3BaO 2 = 3BaSO 4 + O 3 + 3H 2 O.

4.4.3. Tác dụng khử trùng của ozone

Khi nguồn nước bị ô nhiễm vi khuẩn gia tăng hoặc khi nó chứa các vi sinh vật gây bệnh, enterovirus và u nang Giardia có khả năng chống lại quá trình khử trùng bằng clo truyền thống, ozone đặc biệt hiệu quả. Cơ chế hoạt động của ozone đối với vi khuẩn vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn, nhưng điều này không ngăn cản việc sử dụng rộng rãi nó.

Ozone là chất oxy hóa mạnh hơn nhiều so với clo (ở liều lượng của cả hai thuốc thử được sử dụng).

Về tốc độ, ozone hiệu quả hơn clo: quá trình khử trùng diễn ra nhanh hơn 15–20 lần. Ozone có tác dụng phá hủy các dạng bào tử của vi khuẩn, mạnh hơn clo từ 300–600 lần. Điều này được khẳng định bằng cách so sánh thế oxy hóa của chúng: đối với clo Cl 2 - 1,35 V, đối với ozon O 3 - 1,95 V.

Việc không có các hóa chất trong nước phản ứng nhanh với ozone cho phép tiêu diệt E. coli hiệu quả ở nồng độ ozone hòa tan là 0,01–0,04 mg/l.

Để tiêu diệt vi khuẩn bại liệt (chủng Le và Mv), cần cho nước tiếp xúc với clo trong thời gian 1,5-3 giờ với liều oxy hóa 0,5-1 mg/l. Đồng thời, ozone tiêu diệt các vi khuẩn này trong 2 phút với nồng độ trong nước 0,05–0,45 mg/l.

Cần lưu ý rằng ozone có một đặc tính quan trọng là tác dụng kháng vi-rút. Enterovirus, đặc biệt là những loại được bài tiết từ cơ thể con người, xâm nhập vào nước thải và do đó thường có thể xâm nhập vào nguồn nước mặt được sử dụng làm nguồn cung cấp nước uống.

Kết quả của nhiều nghiên cứu đã chứng minh: ozone dư với lượng 0,4–1,0 mg/l, duy trì trong 4–6 phút, đảm bảo tiêu diệt vi rút gây bệnh và trong hầu hết các trường hợp, mức phơi nhiễm như vậy là khá đủ để loại bỏ tất cả các chất gây ô nhiễm vi khuẩn.

So với việc sử dụng clo làm tăng độc tính của nước tinh khiết được xác định bởi hydrobiont thì việc sử dụng ozone giúp giảm độc tính.

4.4.4. Thiết kế phần cứng

Vì ozone là một loại khí rất độc hại (nồng độ tối đa cho phép trong không khí của khu vực là 0,0001 g/m 3), nên các kế hoạch cho quá trình ozon hóa nước đảm bảo việc sử dụng và tiêu hủy hoàn toàn nó. Thiết bị ozon hóa thường bao gồm một máy khử khí ozone đặc biệt (máy hủy). Tất cả các thiết bị ozon hóa đều được lắp ráp từ vật liệu chống ăn mòn, được trang bị van ngắt và tín hiệu, được trang bị hệ thống khởi động tự động (bộ hẹn giờ, công tắc áp suất, van điện từ, v.v.) và bảo vệ.

Phương pháp ozon hóa nước rất phức tạp về mặt kỹ thuật và đắt tiền nhất trong số các phương pháp khử trùng nước uống khác. Quy trình công nghệ bao gồm các giai đoạn liên tiếp của quá trình lọc không khí, làm mát và làm khô, tổng hợp ozon, trộn hỗn hợp ozon-không khí với nước đã xử lý, loại bỏ và phá hủy hỗn hợp ozon-không khí còn sót lại và thải nó vào khí quyển. Tất cả điều này hạn chế việc sử dụng phương pháp này trong cuộc sống hàng ngày.

Trên thị trường Nga, máy ozon hóa gia dụng được đại diện bởi các mẫu sau: “AquaMama”, “Ecotronika”, “Ozone Lux” (RUIQI, bao gồm máy ozon hóa và bộ lọc carbon), v.v.

Việc lắp đặt quá trình ozon hóa được thể hiện bằng các thiết bị sau: trạm ozon hóa nước thuộc dòng CD-OWSG, dòng SOV-M, dòng PVO-TOG và PVO-ZF, Ozon-PV, v.v. Việc lắp đặt khác nhau về thiết kế và hiệu suất.

4.4.5. Đặc điểm của ozon hóa

Từ quan điểm vệ sinh, ozon hóa là một trong những cách tốt nhất để khử trùng nước uống. Với mức độ khử trùng cao, nó đảm bảo các đặc tính cảm quan tốt nhất và không có các sản phẩm có độc tính cao và gây ung thư trong nước tinh khiết.

Ozone tiêu diệt các vi sinh vật đã biết nhanh hơn 300–3000 lần so với bất kỳ chất khử trùng nào khác. Quá trình ozon hóa không làm thay đổi độ axit của nước và không loại bỏ các chất cần thiết cho con người khỏi nước. Ozone dư thừa nhanh chóng biến thành oxy (O 2) và làm giàu nước bằng nó.

Trong quá trình ozon hóa, các sản phẩm phụ phản ứng có hại không có thời gian để phát sinh, ít nhất là với số lượng đáng chú ý.

Sơ đồ quy trình ozon hóa nước: 1 – hồ chứa nước nguồn; 2 – máy bơm; 3 – thiết bị truyền khối; 4 – bể chứa nước tinh khiết; 5 – máy tạo ozone; 6 – bộ phận chuẩn bị và làm khô không khí; 7 – máy hủy ozone (máy khử khí).

Có một số nhược điểm của việc sử dụng ozon hóa, áp đặt các hạn chế tương ứng đối với việc sử dụng nó:

1. Phương pháp ozon hóa phức tạp về mặt kỹ thuật, đòi hỏi tiêu thụ năng lượng cao và sử dụng các thiết bị phức tạp, đòi hỏi bảo trì có trình độ cao.

2. Tác dụng kéo dài của ozon ít hơn đáng kể so với clo, do nó bị phá hủy nhanh chóng, do đó khả năng tái nhiễm bẩn nước trong quá trình ozon hóa cao hơn so với quá trình clo hóa.

3. Quá trình ozon hóa có thể gây ra (đặc biệt là ở những vùng nước có độ màu cao và vùng nước có lượng lớn “chất hữu cơ”) hình thành các trầm tích bổ sung, vì vậy sau quá trình ozon hóa cần phải tiến hành lọc nước qua than hoạt tính. Kết quả của quá trình ozon hóa, các sản phẩm phụ được hình thành, bao gồm: aldehyd, xeton, axit hữu cơ, bromat (với sự có mặt của bromua), peroxit và các hợp chất khác.

Khi tiếp xúc với axit humic, nơi có các hợp chất thơm thuộc loại phenolic, phenol có thể xuất hiện.

Ozone chỉ có thể được sản xuất tại điểm tiêu thụ vì không thể lưu trữ và vận chuyển nó. Khí oxy tự do cần thiết để tạo ra ozone.

5. Danh pháp học

Oligodynamy là tác dụng của các ion kim loại quý lên các vật thể vi sinh. Khi nói về chủ nghĩa thiểu năng, theo quy luật, ba kim loại được xem xét - vàng, đồng và bạc. Phương pháp phổ biến nhất cho mục đích thực tế là sử dụng bạc; các dung dịch diệt khuẩn gốc đồng đôi khi được sử dụng. Vàng không có tác dụng thực sự trong thực tế vì kim loại này rất đắt tiền.

5.1. Bạc

Bạc là một nguyên tố hóa học, thuộc nhóm kim loại quý, được ký hiệu bằng ký hiệu Ag (từ tiếng Latin Silver - nhẹ, trắng, Argentum của Anh, Argent của Pháp, Silber của Đức). Nó có số sê-ri 47, trọng lượng nguyên tử – 107,8, hóa trị – I. II, mật độ – 10,5 g/cm 3, điểm nóng chảy – 960,5 ° C, điểm sôi – 2210 ° C.

Mặc dù thực tế là quặng bạc nằm rải rác trên khắp thế giới (Úc, Peru, Nhật Bản, Canada), nhà cung cấp bạc chính là Mexico. Bạc là chất dẫn nhiệt tốt.

5.1.1. Câu chuyện

Bạc đã được nhân loại biết đến từ thời cổ đại; có một thời, nó được khai thác dưới dạng cốm, nghĩa là nó không cần phải nấu chảy từ quặng, và nhiều dân tộc coi nó là kim loại thiêng liêng, chẳng hạn như ở Assyria và Babylon. . Ở châu Âu, sự giàu có của các vị vua được đánh giá bằng số lượng bạc. Vào thời Trung cổ, bạc và các hợp chất của nó rất phổ biến trong giới giả kim. Sau này, bạc được sử dụng để làm bát đĩa, đúc tiền xu, làm đồ trang sức và hiện nay được sử dụng trong sản xuất các điểm tiếp xúc điện, mạch in và nguồn điện.

Tác dụng diệt khuẩn của bạc cũng đã được biết đến từ thời cổ đại. Trong các chuyên luận cổ xưa của đạo Hindu có mô tả về nghi lễ ngâm bạc nóng trong một thùng nước trong thời gian ngắn.

Người sáng lập nghiên cứu khoa học về cơ chế tác động của bạc lên tế bào vi sinh vật là nhà khoa học người Thụy Sĩ Karl Nagel, người ở thập niên 80. thế kỷ 19 phát hiện ra rằng sự tương tác của các ion bạc (chứ không phải bản thân kim loại) với các tế bào vi sinh vật khiến chúng chết. Ông gọi hiện tượng này là động lực học (từ tiếng Hy Lạp “oligos” - nhỏ, dấu vết và “máy phát điện” - hành động, tức là hành động của dấu vết). Nhà khoa học người Đức Vincent, khi so sánh hoạt động của một số kim loại, nhận thấy bạc có tác dụng diệt khuẩn mạnh nhất, đồng và vàng có ít hơn. Như vậy, trực khuẩn bạch hầu chết trên đĩa bạc sau ba ngày, trên đĩa đồng sau sáu ngày, trên đĩa vàng sau tám ngày.

5.1.2. Mô tả phương pháp

Viện sĩ L. A. Kulsky đã có đóng góp to lớn cho việc nghiên cứu đặc tính kháng khuẩn của nước “bạc” và công dụng của nó để khử trùng nước uống và thực phẩm. Các thí nghiệm của ông, và sau này là công trình của các nhà nghiên cứu khác, đã chứng minh rằng chính các ion kim loại và các hợp chất phân ly của chúng (những chất có thể phân hủy thành ion trong nước) là nguyên nhân gây ra cái chết của vi sinh vật. Người ta đã chứng minh rằng nồng độ ion bạc càng cao thì hoạt tính và tác dụng diệt khuẩn của nó càng lớn.

Người ta đã chứng minh một cách khoa học rằng bạc ở dạng ion có tác dụng diệt khuẩn, kháng vi-rút, kháng nấm và sát trùng rõ rệt và đóng vai trò là chất khử trùng hiệu quả cao chống lại các vi sinh vật gây bệnh gây nhiễm trùng cấp tính. Hiệu quả diệt khuẩn của chế phẩm bạc rất tuyệt vời. Nó mạnh hơn 1750 lần so với axit carbolic đậm đặc và mạnh hơn 3,5 lần so với thăng hoa. Theo Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học SSR Ukraine L.A. Kulsky, tác dụng của nước “bạc” (ở cùng nồng độ) lớn hơn tác dụng của clo, thuốc tẩy, natri hypochloride và các chất oxy hóa mạnh khác. Theo dữ liệu khoa học, chỉ có 1 mg/l. bạc trong 30 phút đã làm bất hoạt hoàn toàn virus cúm A, B, Mitre và Sendai. Ở nồng độ 0,1 mg/l, bạc có tác dụng diệt nấm rõ rệt.

Nước “bạc” có đặc tính diệt khuẩn ở nồng độ bạc đủ cao, nhưng ở nồng độ bạc thấp chỉ có tác dụng kìm khuẩn.

Tuy nhiên, khi chọn bạc làm chất khử trùng, bạn phải nhớ rằng bạc là kim loại nặng. Giống như các kim loại nặng khác, bạc có thể tích tụ trong cơ thể và gây ra các bệnh (argyrosis - ngộ độc bạc). Phù hợp với SanPiN 2.1.4.1074-01 “Nước uống. Yêu cầu vệ sinh về chất lượng nước của hệ thống cấp nước uống tập trung. Kiểm định chất lượng" cho phép hàm lượng bạc trong nước không quá 0,05 mg/l và SanPin 2.1.4.1116 - 02" Nước uống. Yêu cầu vệ sinh đối với chất lượng nước đóng gói trong thùng chứa. Kiểm soát chất lượng” – không quá 0,025 mg/l.

Nhiều người tiêu dùng, theo cách cổ điển, ngâm nước trong nhiều ngày trong các máy lọc nước bằng bạc trồng tại nhà, trong các hộp đựng tiền xu, thìa và đồ trang sức, và thực sự nước “bạc” có thể được lưu trữ trong nhiều năm. Nhưng điều gì ẩn sau phương pháp lọc nước khỏi vi sinh vật này?

Nước “bạc” có đặc tính diệt khuẩn ở nồng độ bạc khá cao, khoảng 0,015 mg/l. Ở nồng độ thấp (10 -4 ... 10 -6 mg/l.), bạc chỉ có tác dụng kìm khuẩn, tức là nó ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn chứ không giết chết chúng. Các loại vi sinh vật hình thành bào tử thực tế không nhạy cảm với bạc. Vì vậy, cho nước vào theo cách truyền thống trong các máy lọc nước bằng bạc trồng tại nhà, trong các hộp đựng tiền xu, thìa và đồ trang sức không phải là cách đảm bảo để khử trùng.

Những thực tế nêu trên như vậy phần nào hạn chế việc sử dụng bạc. Nó chỉ có thể thích hợp cho mục đích bảo quản nước tinh khiết ban đầu để lưu trữ lâu dài (ví dụ: trên tàu vũ trụ, khi đi bộ đường dài hoặc khi đóng chai nước uống đóng chai). Lớp mạ bạc của hộp than hoạt tính được sử dụng trong các bộ lọc gia dụng. Điều này được thực hiện để ngăn chặn các bộ lọc bị nhiễm vi sinh vật, vì các chất hữu cơ được lọc là nơi sinh sản tốt cho nhiều vi khuẩn.

5.1.3. Cơ chế hoạt động

Ngày nay, có rất nhiều giả thuyết giải thích cơ chế tác động của bạc lên vi sinh vật. Phổ biến nhất là lý thuyết hấp phụ, theo đó tế bào mất khả năng tồn tại do sự tương tác của lực tĩnh điện phát sinh giữa tế bào vi khuẩn tích điện âm và các ion bạc tích điện dương khi chúng bị tế bào vi khuẩn hấp phụ.

Voraz và Tofern (1957) giải thích tác dụng kháng khuẩn của bạc bằng cách vô hiệu hóa các enzyme chứa nhóm SH - và COOH - và K. Tonley, H. Wilson - do vi phạm cân bằng thẩm thấu.

Theo các lý thuyết khác, sự hình thành phức hợp axit nucleic với kim loại nặng xảy ra, do đó sự ổn định của DNA và theo đó, khả năng tồn tại của vi khuẩn bị phá vỡ.

Có ý kiến ​​trái ngược cho rằng bạc không tác động trực tiếp đến DNA của tế bào mà tác động gián tiếp bằng cách làm tăng lượng gốc tự do nội bào, làm giảm nồng độ các hợp chất oxy phản ứng nội bào. Người ta cũng cho rằng một trong những nguyên nhân dẫn đến tác dụng kháng khuẩn rộng rãi của ion bạc là do ức chế vận chuyển Na + và Ca ++ xuyên màng.

Dựa trên dữ liệu, cơ chế hoạt động của bạc trên tế bào vi sinh vật như sau: các ion bạc được màng tế bào hấp thụ, thực hiện chức năng bảo vệ. Tế bào vẫn tồn tại nhưng một số chức năng của nó bị gián đoạn - ví dụ như sự phân chia (tác dụng kìm khuẩn). Ngay khi bạc được hấp phụ trên bề mặt tế bào vi sinh vật, nó sẽ xâm nhập vào bên trong tế bào, ức chế các enzym của chuỗi hô hấp, đồng thời làm mất tác dụng của các quá trình oxy hóa trong tế bào vi sinh vật, khiến tế bào chết.

Bạc keo là một sản phẩm bao gồm các hạt bạc cực nhỏ lơ lửng trong nước khử khoáng và khử ion. Bạc keo, thu được bằng phương pháp điện phân, là một loại kháng sinh tự nhiên được Ủy ban Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Liên bang cho phép sử dụng ở Hoa Kỳ vào năm 1920. Hiệu quả diệt khuẩn của bạc keo được giải thích bằng khả năng ức chế vi khuẩn của nó. hoạt động của enzyme đảm bảo quá trình trao đổi oxy của các vi sinh vật đơn bào ngoại lai, do đó chúng chết do gián đoạn nguồn cung cấp oxy cần thiết cho sự sống của chúng.

5.1.4. Thiết kế phần cứng

Có thể tự pha nước “bạc” tại nhà nhưng không hiệu quả. Bạn có thể cho nước vào bình bạc, ngâm các đồ vật bằng bạc, đồ trang sức, v.v. vào bình chứa nước... Hiện nay, nước “bạc” được sản xuất trong các thiết bị điện - máy ion hóa. Nguyên lý hoạt động của máy ion hóa bạc dựa trên phương pháp điện phân. Về mặt cấu trúc, thiết bị bao gồm một máy điện phân với các điện cực bạc (bạc CP 99,99) và nguồn điện được kết nối với mạng DC. Khi dòng điện một chiều chạy qua các điện cực bạc (hoặc bạc-đồng) ngâm trong nước, điện cực bạc (cực dương) sẽ hòa tan, làm bão hòa nước bằng các ion bạc. Nồng độ của dung dịch thu được ở một dòng điện nhất định phụ thuộc vào thời gian hoạt động của nguồn dòng điện và thể tích nước được xử lý. Nếu chọn máy ion hóa đúng thì hàm lượng bạc còn lại hòa tan trong nước sẽ không vượt quá liều lượng tối đa 10 -4...10 -5 mg/l (đồng thời, ở lớp tiếp xúc của nước bạc hóa, nồng độ có thể đạt 0,015 mg/l), cho phép xử lý nước diệt khuẩn và kìm khuẩn đồng thời. Trong bảng Bảng 4 cho thấy các điều kiện để thu được nước “bạc” bằng ví dụ về máy ion hóa “LK-41” (nguồn điện của máy ion hóa - nguồn điện xoay chiều 220 V, dòng điện tải, mA 0±20%, khối lượng bạc được máy ion hóa chuyển vào dung dịch nước trong 1 phút, mg 0,4±20%, nhiệt độ nước đã xử lý từ 1 đến 40 °C).

Bảng 4

Dung dịch bạc đã pha chế phải được bảo quản ở nơi tối hoặc trong hộp kín đục, vì dưới ánh sáng các ion bạc bị khử thành kim loại, dung dịch sẫm màu và kết tủa bạc.

Việc bắt đầu sản xuất máy ion hóa ở Nga bắt đầu từ năm 1939, khi việc sản xuất hàng loạt máy ion hóa cố định, dòng LC di động và đường bộ bắt đầu. Sản xuất tiếp tục ngày hôm nay.

Hiện nay trên thị trường Nga có các máy ion hóa của nhiều nhà sản xuất và thiết kế khác nhau, với điều khiển điện tử và loại bỏ túi tự động đơn giản nhất: “Nevoton IS”, “Penguin”, “Silva”, “Dolphin”, “LK”, “Aquatay”, v.v. .

Khi máy ion hóa hoạt động, bạc đen nguyên tử được giải phóng trên các tấm bạc, không ảnh hưởng đến chất lượng của dung dịch đã chuẩn bị. Trong dung dịch bạc, sau khi tắt thiết bị ion hóa, quá trình tiêu diệt vi khuẩn không xảy ra ngay lập tức mà diễn ra trong khoảng thời gian quy định tại cột thời gian lưu giữ.

5.1.5. Việc sử dụng than hoạt tính và chất trao đổi cation bão hòa bạc

Hiện nay, than hoạt tính được sử dụng trong nhiều quy trình lọc nước, công nghiệp thực phẩm, quy trình công nghệ hóa học. Mục đích chính của than là hấp phụ các hợp chất hữu cơ. Chính chất hữu cơ được lọc sẽ cung cấp nơi sinh sản lý tưởng cho vi khuẩn sinh sôi khi chuyển động của nước dừng lại. Ứng dụng bạc vào than hoạt tính sẽ ngăn ngừa sự phát triển của vi khuẩn bên trong màng lọc do đặc tính diệt khuẩn của kim loại này. Công nghệ phủ bạc lên bề mặt than độc đáo ở chỗ bạc không bị rửa trôi khỏi bề mặt than trong quá trình lọc. Tùy thuộc vào nhà sản xuất, loại nguyên liệu thô và loại than, lượng bạc 0,06–0,12% trọng lượng được phủ lên bề mặt.

Than hoạt tính phủ bạc hiện có trên thị trường Nga: C-100 Ag hoặc C-150 Ag của Purolite; AGC được sản xuất trên cơ sở than hoạt tính 207C của Chemviron Carbon; Các nhà sản xuất Nga cung cấp UAI-1, được làm từ than BAU-A; cacbon của nhãn hiệu KAUSORB-213 Ag và KAUSORB-222 Ag được lấy từ than hoạt tính của nhãn hiệu KAUSORB-212 và KAUSORB-221, v.v.

Mặc dù hiệu quả của oligodynamy nói chung khá cao, chúng ta không thể nói về tính phổ biến tuyệt đối của phương pháp này. Thực tế là một số vi sinh vật gây hại nằm ngoài vùng hoạt động của nó - nhiều loại nấm, vi khuẩn (hoại sinh, hình thành bào tử). Tuy nhiên, nước đi qua bộ lọc như vậy thường giữ được đặc tính diệt khuẩn và độ tinh khiết trong một thời gian dài.

5.2. Đồng

Đồng là một nguyên tố hóa học, được ký hiệu là Cu. Tên của nguyên tố này xuất phát từ tên của đảo Síp (lat. Cuprum), nơi khai thác đồng ban đầu. Nó có số sê-ri 29, trọng lượng nguyên tử – 63,546, hóa trị – I, II, mật độ – 8,92 g/cm 3, điểm nóng chảy – 1083,4 ° C, điểm sôi – 2567 ° C.

Đồng là kim loại mềm, dẻo, màu đỏ, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao (có tính dẫn điện đứng thứ hai sau bạc).

Đồng tồn tại trong tự nhiên ở nhiều dạng hợp chất khác nhau và ở dạng tự nhiên. Có nhiều hợp kim đồng khác nhau, trong đó nổi tiếng nhất là đồng thau - hợp kim với kẽm, đồng - hợp kim với thiếc, cupronickel - hợp kim với niken, v.v., vì đồng phụ gia có trong babbitt.

Đồng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện (do điện trở suất thấp) để chế tạo cáp điện, dây điện hoặc các dây dẫn khác, chẳng hạn như dây mạch in. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ trao đổi nhiệt khác nhau, bao gồm bộ tản nhiệt làm mát, điều hòa không khí và sưởi ấm do đặc tính rất quan trọng của đồng - tính dẫn nhiệt cao.

Một số hợp chất đồng có thể gây độc khi vượt quá nồng độ tối đa cho phép trong thực phẩm và nước. Hàm lượng đồng trong nước uống cũng được quy định bởi SanPiN 2.1.4.1074-01 và không được vượt quá 2 mg/l. Dấu hiệu giới hạn về mức độ độc hại của một chất mà tiêu chuẩn đã được thiết lập là vệ sinh-độc tính.

Hàm lượng đồng trong nước uống thường khá thấp, chỉ khoảng vài microgam/lít. Các ion đồng làm cho nước có “vị kim loại” riêng biệt. Ngưỡng độ nhạy để xác định cảm quan của đồng trong nước là khoảng 2–10 mg/l.

5.2.1. Câu chuyện

Đặc tính kháng khuẩn của đồng đã được biết đến từ rất lâu. Ở nước Nga cổ đại, cái gọi là nước “chuông” được sử dụng cho mục đích y tế. Nó thu được trong quá trình đúc chuông, khi vật đúc còn nóng được làm nguội trong các thùng chứa đầy nước. Chuông được đúc từ đồng, một hợp kim của đồng và thiếc, và để cải thiện âm thanh, bạc đã được thêm vào hợp kim này. Trong quá trình làm mát, nước trở nên giàu ion đồng, thiếc và bạc.

Tác dụng kết hợp của các ion đồng và bạc vượt quá sức mạnh của nước “bạc”, ngay cả khi nồng độ các ion bạc trong nước sau cao hơn nhiều lần. Điều quan trọng là phải hiểu rằng ngay cả nước chuông chuông, nếu sử dụng không kiểm soát, có thể gây hại lớn cho cơ thể.

Đồng và hợp kim của nó đôi khi được sử dụng để khử trùng nước cục bộ, thường xuyên hơn để khử trùng trong điều kiện sinh hoạt và cắm trại, làm giàu nước bằng các ion đồng.

Từ thời cổ đại, người ta cũng lưu ý rằng nước được chứa hoặc vận chuyển trong các bình đồng có chất lượng cao hơn và không bị hư hỏng trong thời gian dài, không giống như nước được chứa hoặc vận chuyển trong các bình làm bằng vật liệu khác (sự hình thành chất nhầy có thể nhìn thấy được không xảy ra trong nước như vậy). ).

Có rất nhiều công trình nghiên cứu xác nhận đặc tính diệt khuẩn của đồng.

5.2.2. Cơ chế hoạt động

Nghiên cứu để làm sáng tỏ cơ chế tác dụng kháng khuẩn của đồng đã được thực hiện từ thời cổ đại. Ví dụ, vào năm 1973, các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Columbus Battel đã tiến hành một cuộc tìm kiếm khoa học và bằng sáng chế toàn diện, thu thập toàn bộ lịch sử nghiên cứu về đặc tính kìm khuẩn và khử trùng của bề mặt đồng và hợp kim đồng trong giai đoạn 1892-1973.

Một khám phá đã được thực hiện và sau đó được xác nhận rằng bề mặt của hợp kim đồng có một đặc tính đặc biệt - có thể tiêu diệt nhiều loại vi sinh vật.

Trong 10 năm qua, nghiên cứu chuyên sâu đã được thực hiện về tác dụng của đồng đối với mầm bệnh nhiễm trùng bệnh viện: Escherichia coli, Staphylococcus Aureus kháng methicillin (MRSA), virus cúm A, adenovirus, nấm gây bệnh, v.v. Nghiên cứu được thực hiện ở Mỹ đã chỉ ra rằng bề mặt của hợp kim đồng (tùy thuộc vào nhãn hiệu hợp kim) có khả năng tiêu diệt vi khuẩn E. coli sau 1-4 giờ tiếp xúc, trong khi quần thể vi khuẩn E. coli bị tiêu diệt tới 99,9%, trong khi chẳng hạn như trên bề mặt thép không gỉ, vi khuẩn có thể tồn tại trong một tuần.

Đồng thau thường được sử dụng để làm tay nắm cửa và tấm đẩy cũng có tác dụng diệt khuẩn nhưng cần thời gian tiếp xúc lâu hơn đồng nguyên chất.

Năm 2008, sau khi nghiên cứu sâu rộng, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Liên bang Hoa Kỳ (US EPA) đã chính thức chỉ định đồng và một số hợp kim của nó là vật liệu có bề mặt diệt khuẩn.

5.2.3. Thiết kế phần cứng

Đồng và hợp kim của nó đôi khi được sử dụng để khử trùng nước cục bộ (nếu không có phương pháp và thuốc thử nào khác phù hợp hơn để đảm bảo hiệu quả khử trùng). Thông thường, nó được sử dụng để khử trùng nước trong điều kiện sinh hoạt và cắm trại, làm giàu nước bằng các ion đồng.

Trên thị trường có một số loại máy ion hóa - thiết bị sử dụng nguyên lý cặp điện và điện di. Vàng được sử dụng làm điện cực thứ hai tạo ra hiệu điện thế. Trong trường hợp này, vàng được phủ một lớp mỏng lên một chất nền điện cực đặc biệt; sẽ không có ý nghĩa gì nếu chỉ tạo ra điện cực hoàn toàn từ vàng, vì vậy phần bên trong của điện cực được làm bằng hợp kim của đồng và bạc theo một tỷ lệ nhất định. , thường là hợp kim 17/1. Về mặt cấu trúc, nó có thể là một tấm đơn giản làm bằng hợp kim đồng-bạc (17/1) xen kẽ với vàng hoặc một thiết bị kiểu dòng chảy phức tạp hơn với thiết bị điều khiển vi điều khiển.

6. Khử trùng bằng tia cực tím

6.1. Mô tả phương pháp

Bức xạ điện từ có bước sóng từ 10 đến 400 nm được gọi là tia cực tím.

Để khử trùng nước tự nhiên và nước thải, người ta sử dụng vùng hoạt động sinh học của phổ bức xạ UV có bước sóng từ 205 đến 315nm, được gọi là bức xạ diệt khuẩn. Bức xạ điện từ ở bước sóng 200–315 nm có tác dụng diệt khuẩn lớn nhất (tác dụng diệt virus tối đa) và biểu hiện tối đa ở vùng 260 ± 10 nm. Các thiết bị UV hiện đại sử dụng bức xạ có bước sóng 253,7 nm.

a - đường cong tác dụng diệt khuẩn của tia cực tím; b - đường cong tác dụng diệt khuẩn của tia cực tím và phổ hấp thụ của DNA và protein

Phương pháp khử trùng bằng tia cực tím đã được biết đến từ năm 1910, khi các trạm xử lý nước phun đầu tiên được xây dựng ở Pháp và Đức. Tác dụng diệt khuẩn của tia cực tím được giải thích bằng các phản ứng quang hóa xảy ra dưới ảnh hưởng của chúng trong cấu trúc của các phân tử DNA và RNA, tạo thành cơ sở thông tin phổ quát của cơ chế tái sản xuất của các sinh vật sống.

Kết quả của những phản ứng này là sự tổn hại không thể phục hồi đối với DNA và RNA. Ngoài ra, tác động của tia UV còn gây rối loạn cấu trúc màng và thành tế bào của vi sinh vật. Tất cả điều này cuối cùng dẫn đến cái chết của họ.

Cơ chế khử trùng bằng chiếu tia UV dựa trên sự phá hủy các phân tử DNA và RNA của virus. Hoạt động quang hóa liên quan đến việc phá vỡ hoặc thay đổi liên kết hóa học của một phân tử hữu cơ do hấp thụ năng lượng photon. Ngoài ra còn có các quá trình thứ cấp dựa trên sự hình thành các gốc tự do trong nước dưới tác động của tia UV, giúp tăng cường tác dụng diệt virus.

Mức độ bất hoạt hoặc tỷ lệ vi sinh vật bị tiêu diệt dưới tác động của bức xạ UV tỷ lệ thuận với cường độ bức xạ và thời gian tiếp xúc.

Tích của cường độ bức xạ và thời gian được gọi là liều bức xạ (mJ/cm2) và là thước đo năng lượng diệt virus. Do sức đề kháng của vi sinh vật khác nhau, liều tia cực tím cần thiết để vô hiệu hóa chúng tới 99,9% rất khác nhau, từ liều thấp đối với vi khuẩn đến liều rất cao đối với bào tử và động vật nguyên sinh.

Sơ đồ lắp đặt hệ thống khử trùng nước bằng tia cực tím

6.2. Liều phóng xạ

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng nước tự nhiên và nước thải bằng chiếu xạ tia cực tím là:

– độ nhạy cảm của các loại virus khác nhau với bức xạ UV;

- công suất đèn;

- mức độ hấp thụ bức xạ tia cực tím của môi trường nước;

– mức độ các chất lơ lửng trong nước đã khử trùng.

Các loại vi rút khác nhau trong cùng điều kiện chiếu xạ được phân biệt bằng mức độ nhạy cảm với bức xạ UV. Liều bức xạ cần thiết để vô hiệu hóa từng loại vi rút riêng lẻ tới 99,0–99,9% được nêu trong Bảng. 5.

Bảng 5

(Thông tin được cung cấp theo MUK 43.2030-05 “Kiểm soát vệ sinh và virus học về hiệu quả khử trùng nước uống và nước thải bằng chiếu xạ tia cực tím”).

Khi đi qua nước, bức xạ UV bị suy giảm do hiệu ứng hấp thụ và tán xạ. Mức độ hấp thụ được xác định bởi các tính chất vật lý và hóa học của nước được xử lý, cũng như độ dày của lớp nước. Để tính đến sự suy giảm này, hệ số hấp thụ nước được đưa vào

Nước là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của con người. Tâm trạng của một người vào buổi sáng sau khi rửa mặt phụ thuộc vào màu sắc và mùi của nó, còn tình trạng thể chất và sức khỏe của cơ thể phụ thuộc vào thành phần của nó.

Nước, là nền tảng của sự sống, dễ lây lan các bệnh truyền nhiễm. Để ngăn chặn sự lây truyền mầm bệnh qua nước uống, người ta sử dụng chất khử trùng và khử trùng chất lỏng. Các quá trình này loại bỏ nấm, vi khuẩn, mùi vị và màu sắc xấu, đảm bảo nước uống an toàn.

Việc lọc và khử trùng nước uống để cung cấp cho các tòa nhà dân cư được thực hiện tại các trạm xử lý nước của nguồn cấp nước tập trung. Ngoài ra còn có các phương pháp và cách lắp đặt để sử dụng tại địa phương - dưới dạng hệ thống lọc nước nhỏ từ giếng hoặc các phương pháp cho phép bạn lọc nước thu được trong chai.

Phân loại các phương pháp khử trùng nước

Để chọn phương pháp khử trùng phù hợp, nước bị ô nhiễm sẽ được phân tích. Số lượng và loại vi sinh vật cũng như mức độ ô nhiễm được kiểm tra. Khối lượng nước sẽ được xử lý và yếu tố kinh tế cũng được xác định.

Nước đã trải qua quá trình lọc sẽ trong suốt, không màu, không mùi và không có mùi vị hay dư vị. Để đạt được hiệu quả này, các nhóm phương pháp sau được sử dụng:

• thuộc vật chất;
• hóa chất;
• kết hợp.

Mỗi nhóm có những đặc điểm riêng biệt, nhưng tất cả các phương pháp, bằng cách này hay cách khác, đều cho phép loại bỏ vi sinh vật gây bệnh khỏi nước. Bạn có thể lấy thông tin chi tiết về thiết bị lọc và khử trùng nước từ công ty KANTA+ ở Tyumen.

Phương pháp hóa học đang làm việc với thuốc thử được thêm vào nước. Khử trùng vật lý được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt độ hoặc các bức xạ khác nhau. Phương pháp kết hợp kết hợp công việc của hai nhóm này.

Những cách hiệu quả nhất

An toàn lây nhiễm của nước là một vấn đề quan trọng và cấp bách, đó là lý do tại sao nhiều phương pháp đã được phát minh để loại bỏ vi sinh vật trong nước. Phương pháp khử trùng tiếp tục được cải thiện. Chúng trở nên hiệu quả và dễ tiếp cận hơn. Ngày nay, các phương pháp sau được coi là tốt nhất:

• xử lý nhiệt bằng nhiệt độ cao;
• điều trị siêu âm;
• phương pháp thuốc thử;
• bức xạ cực tím của chất lỏng;
• phóng điện có công suất lớn.

Phương pháp khử trùng nước vật lý

Trước đó, nước phải được lọc để loại bỏ chất lơ lửng và tạp chất. Với mục đích này, đông tụ, hấp phụ, tuyển nổi và lọc được sử dụng.

Loại phương pháp này bao gồm việc sử dụng:

• siêu âm;
• tia cực tím;
• nhiệt độ cao;
• điện.

Khử trùng bằng tia cực tím

Tác dụng khử trùng của tia cực tím đã được biết đến từ rất lâu. Công việc của nó tương tự như ánh sáng mặt trời, tiêu diệt thành công các vi sinh vật chưa thích nghi bên ngoài tầng ozone của Trái đất. Bức xạ tia cực tím ảnh hưởng đến tế bào, tạo ra các liên kết chéo trong DNA, khiến tế bào mất khả năng phân chia và chết (Hình 2).

Việc lắp đặt bao gồm các đèn được đặt trong hộp thạch anh. Đèn tạo ra nghiên cứu tiêu diệt ngay lập tức các vi sinh vật và vỏ bọc không cho phép đèn nguội đi. Chất lượng khử trùng khi sử dụng phương pháp này phụ thuộc vào độ trong của nước: chất lỏng chảy vào càng sạch thì ánh sáng càng lan rộng và đèn càng ít bị bẩn. Để làm được điều này, trước khi khử trùng, nước phải trải qua các giai đoạn lọc khác, bao gồm cả các bộ lọc cơ học. Bể chứa nước chảy qua thường được trang bị máy khuấy. Trộn các lớp chất lỏng cho phép quá trình khử trùng diễn ra đồng đều hơn.

Thiết kế hệ thống khử trùng bằng tia UV

Điều quan trọng cần biết là đèn và vỏ cần được bảo trì thường xuyên: cấu trúc phải được tháo rời và làm sạch ít nhất mỗi quý một lần.

Khi đó hiệu quả của quá trình sẽ không bị suy giảm do sự xuất hiện của cặn và các chất gây ô nhiễm khác. Bản thân đèn phải được thay thế mỗi năm một lần.

Đơn vị khử trùng siêu âm

Hoạt động của các cài đặt như vậy dựa trên cavitation. Do những rung động mạnh mà nước phải chịu do âm thanh tần số cao, nhiều khoảng trống được hình thành trong chất lỏng, như thể nó "sôi". Sự giảm áp suất tức thời dẫn đến vỡ màng tế bào và làm chết vi sinh vật.

Thiết bị xử lý nước siêu âm có hiệu quả nhưng đòi hỏi chi phí cao và vận hành thích hợp. Điều quan trọng là nhân viên phải biết cách xử lý thiết bị - hiệu quả của nó phụ thuộc vào chất lượng cài đặt thiết bị.

Khử trùng bằng nhiệt

Phương pháp này cực kỳ phổ biến trong dân chúng và được sử dụng tích cực trong cuộc sống hàng ngày. Sử dụng nhiệt độ cao, tức là đun sôi, nước được lọc sạch hầu hết các sinh vật gây bệnh có thể có. Ngoài ra, độ cứng của nước giảm và hàm lượng khí hòa tan giảm. Hương vị của nước vẫn giữ nguyên. Tuy nhiên, đun sôi có một nhược điểm: nước được coi là an toàn trong khoảng một ngày, sau đó vi khuẩn và vi rút có thể lắng lại trong đó.

Đun sôi nước là phương pháp khử trùng đơn giản và đáng tin cậy

Khử trùng xung điện

Kỹ thuật này như sau: phóng điện vào nước tạo ra sóng xung kích, vi sinh vật rơi xuống dưới tác động thủy lực và chết. Phương pháp này không yêu cầu tinh chế sơ bộ và có hiệu quả ngay cả khi độ đục tăng lên. Không chỉ vi khuẩn sinh dưỡng mà cả vi khuẩn hình thành bào tử cũng chết. Ưu điểm là duy trì hiệu quả lâu dài (lên đến 4 tháng), nhưng nhược điểm là chi phí đáng kể và tiêu thụ năng lượng cao.

Phương pháp hóa học khử trùng nước

Chúng dựa trên các phản ứng hóa học xảy ra giữa chất gây ô nhiễm hoặc vi sinh vật và thuốc thử được thêm vào chất lỏng.

Trong quá trình khử trùng bằng hóa chất, điều quan trọng là phải kiểm soát liều lượng thuốc thử.

Nó phải chính xác. Thiếu chất sẽ không thể thực hiện được mục đích của nó. Ngoài ra, một lượng nhỏ thuốc thử sẽ làm tăng hoạt động của virus và vi khuẩn.

Để cải thiện hiệu suất của hóa chất, nó được thêm vào quá mức. Trong trường hợp này, các vi sinh vật gây hại sẽ chết và tác dụng kéo dài. Lượng dư thừa được tính riêng: nếu bạn thêm quá nhiều, thuốc thử sẽ đến tay người tiêu dùng và người đó sẽ bị nhiễm độc.

Khử trùng bằng clo

Clo được sử dụng rộng rãi và sử dụng trong xử lý nước ở nhiều nước trên thế giới. Nó đối phó thành công với bất kỳ khối lượng chất gây ô nhiễm vi sinh nào. Khử trùng bằng clo có thể giết chết hầu hết các sinh vật gây bệnh và lại rẻ tiền và dễ tiếp cận. Ngoài ra, việc sử dụng clo và các hợp chất của nó giúp tách kim loại và hydro sunfua ra khỏi nước. Khử trùng bằng clo được sử dụng trong hệ thống nước uống của thành phố. Nó cũng được sử dụng trong các bể bơi nơi tập trung nhiều người.

Tuy nhiên, phương pháp này có một số nhược điểm. Clo cực kỳ nguy hiểm, gây ung thư, đột biến tế bào và độc hại. Nếu lượng clo dư thừa không biến mất trong đường ống mà đi ra ngoài có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng. Mối nguy hiểm đặc biệt lớn trong thời kỳ chuyển tiếp (mùa thu và mùa xuân), khi do ô nhiễm nước mặt gia tăng, liều thuốc thử trong quá trình xử lý nước tăng lên. Việc đun sôi nước như vậy sẽ không tránh khỏi những hậu quả xấu mà ngược lại, clo sẽ biến thành dioxin, một chất cực độc. Để lượng clo dư thừa bay hơi, nước máy được thu vào các thùng chứa lớn và để trong một ngày ở nơi thông thoáng.

Ozon hóa

Ozone có tác dụng oxy hóa mạnh. Nó xâm nhập vào tế bào và phá hủy các bức tường của nó, dẫn đến cái chết của vi khuẩn. Chất này không chỉ có tác dụng sát trùng mạnh mà còn làm mất màu, khử mùi nước và oxy hóa kim loại. Ozone hoạt động nhanh chóng và loại bỏ hầu hết các vi sinh vật trong nước, vượt trội hơn clo ở đặc tính này.

Ozon hóa được coi là phương pháp an toàn và hiệu quả nhất, nhưng nó cũng có một số nhược điểm. Ozone dư thừa dẫn đến ăn mòn các bộ phận kim loại của thiết bị và đường ống, thiết bị bị hao mòn, hỏng hóc nhanh hơn bình thường. Ngoài ra, nghiên cứu mới nhất lưu ý rằng quá trình ozon hóa gây ra sự “đánh thức” các vi sinh vật đang ngủ đông có điều kiện.

Sơ đồ của quá trình ozon hóa

Phương pháp này được đặc trưng bởi chi phí lắp đặt cao và tiêu thụ năng lượng cao. Để làm việc với thiết bị ozon hóa, cần phải có nhân viên có trình độ cao vì khí này độc hại và dễ nổ. Để giải phóng nước cho người dân, cần phải đợi hết thời kỳ tầng ozone bị phân hủy, nếu không người dân có thể phải gánh chịu.

Khử trùng bằng hợp chất polymer

Không gây hại cho sức khỏe, khử mùi, vị và màu sắc, thời gian tác dụng lâu dài - những ưu điểm được liệt kê liên quan đến khử trùng bằng thuốc thử polymer. Loại chất này còn được gọi là chất khử trùng polymer. Chúng không gây ăn mòn hay làm hỏng vải, không gây dị ứng và có hiệu quả.

Oligodynamy

Nó dựa trên khả năng khử trùng nước của các kim loại quý (như vàng, bạc và đồng).

Việc những kim loại này có tác dụng sát trùng đã được biết đến từ lâu. Đồng và hợp kim của nó thường được sử dụng trong điều kiện hiện trường khi cần khử trùng riêng lẻ một lượng nhỏ chất lỏng.

Để có tác dụng rộng rãi hơn của kim loại đối với vi sinh vật, các chất ion hóa được sử dụng. Đây là những thiết bị dòng chảy hoạt động trên cơ sở cặp điện và điện di.

Khử trùng bằng bạc

Kim loại này được coi là một trong những phương pháp khử trùng nước cổ xưa nhất. Vào thời cổ đại, người ta tin rằng bạc có thể chữa được mọi bệnh tật. Hiện nay người ta biết rằng nó có tác động tiêu cực đến nhiều vi sinh vật, nhưng vẫn chưa biết liệu bạc có tiêu diệt được vi khuẩn đơn bào hay không.

Sản phẩm này mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc lọc nước. Tuy nhiên, nó ảnh hưởng tiêu cực đến cơ thể con người khi tích lũy trong đó. Không phải tự nhiên mà bạc có mức độ nguy hiểm cao. Khử trùng nước bằng ion bạc không được coi là phương pháp an toàn và do đó thực tế không được sử dụng trong công nghiệp. Máy ion hóa bạc được sử dụng trong các trường hợp riêng biệt trong cuộc sống hàng ngày để xử lý một lượng nhỏ nước.

Máy ion hóa nước gia dụng nhỏ gọn (bạc)

Iốt và brom hóa

Iốt được biết đến và sử dụng rộng rãi trong y học từ thời cổ đại. Các nhà khoa học đã nhiều lần cố gắng sử dụng tác dụng khử trùng của nó trong xử lý nước, nhưng việc sử dụng nó dẫn đến mùi khó chịu. Brom đối phó tốt với hầu hết các vi sinh vật gây bệnh đã biết. Nhưng nó có một nhược điểm đáng kể - chi phí cao. Do nhược điểm nên hai chất này không được sử dụng để xử lý nước thải và nước uống.

Các phương pháp khử trùng nước kết hợp

Các phương pháp tích hợp dựa trên sự kết hợp giữa các phương pháp vật lý và hóa học để cải thiện hiệu suất. Một ví dụ là sự kết hợp giữa bức xạ cực tím và clo hóa (đôi khi clo hóa được thay thế bằng ozon hóa). Đèn UV tiêu diệt vi sinh vật và clo hoặc ozon ngăn chặn chúng tái xuất hiện. Ngoài ra, quá trình oxy hóa và xử lý kim loại nặng phối hợp tốt với nhau. Thuốc thử oxy hóa khử trùng và kim loại kéo dài tác dụng diệt khuẩn.

Kết hợp khử trùng bằng tia cực tím và hoạt động siêu âm

Cách khử trùng nước tại nhà

Có năm cách để khử trùng nhanh chóng một lượng nước nhỏ:

• sôi;
• bổ sung thuốc tím;
• sử dụng thuốc khử trùng;
• sử dụng các loại thảo mộc và hoa;
• truyền silicon.

Kali permanganat được thêm vào nước với lượng 1-2 g mỗi xô nước, sau đó các chất gây ô nhiễm sẽ kết tủa.

Những viên thuốc đặc biệt để tiêu diệt vi sinh vật được sử dụng để trung hòa nước từ giếng, giếng hoặc suối. Chúng là phương pháp hiện đại nhất, dễ tiếp cận, rẻ tiền và hiệu quả. Nhiều máy tính bảng, chẳng hạn như nhãn hiệu Aquatabs, có thể được sử dụng để lọc một lượng lớn chất lỏng.

Nếu nước cần được khử trùng khi đi bộ đường dài, bạn có thể sử dụng các loại thảo mộc đặc biệt: St. John's wort, lingonberry, hoa cúc hoặc cây hoàng liên.

Bạn cũng có thể sử dụng silicon: nó được cho vào nước và để trong một ngày.

Văn bản quy định trong lĩnh vực an toàn nước uống

Nhà nước kiểm soát chặt chẽ chất lượng nước thông qua các quy định, quy tắc và hạn chế. Cơ sở của các hành vi lập pháp trong lĩnh vực bảo vệ tài nguyên nước và kiểm soát chất lượng nước sử dụng là hai văn bản: Luật Liên bang “Về phúc lợi vệ sinh và dịch tễ học của người dân” và Bộ luật Nước.

Luật đầu tiên đưa ra các yêu cầu về chất lượng nguồn cung cấp nước từ đó nước được cung cấp cho các tòa nhà dân cư và cho nhu cầu nông nghiệp. Tài liệu thứ hai mô tả các tiêu chuẩn sử dụng nguồn nước và hướng dẫn đảm bảo an toàn, đồng thời xác định các hình phạt.

tiêu chuẩn GOST

GOST mô tả các quy tắc theo đó chất lượng nước thải và nước uống phải được giám sát. Chúng chứa các phương pháp tiến hành phân tích tại hiện trường và cũng cho phép bạn chia nước thành các nhóm. Các GOST quan trọng nhất được trình bày trong bảng.

SNiP

Các quy tắc và quy định xây dựng xác định các yêu cầu đối với việc xây dựng các cơ sở xử lý nước và lắp đặt các loại đường ống và hệ thống cấp nước khác nhau. Thông tin được chứa trong SNiP theo các số sau: SNiP 2.04.01-85, SNiP 3.05.01-85, SNiP 3.05.04-85.

SanPiNy

Các quy tắc và quy định vệ sinh và dịch tễ học bao gồm các yêu cầu vệ sinh về chất lượng của các nhóm nước, thành phần, cấu trúc lấy nước và vị trí lấy nước khác nhau: SanPiN 2.1.4.559-96, SanPiN 4630-88, SanPiN 2.1.4.544-96, SanPiN 2.2 .1/2.1 .1.984-00.

Vì vậy, hiệu quả của việc khử trùng nước máy được theo dõi đều đặn và phù hợp với nhiều quy tắc và quy định. Và một số lượng lớn các phương pháp khử trùng nước ngọt khác nhau cho phép bạn chọn phương án tốt nhất cho mọi điều kiện. Điều gì làm cho nước được lọc và xử lý đúng cách trở nên an toàn cho con người.