Знезараження - знищення мікроорганізмів, є останнім завершальним етапом поліпшення властивостей води. Воно може проводитися різними методами: хімічним, фізичним і механічним.
Хімічні методи знезараження засновані на додаванні до води різних хімічних речовин - реагентів, що викликають загибель перебувають у воді мікроорганізмів. В якості реагентів можуть бути застосовані газоподібний хлор, різні сполуки хлору (хлорне вапно, гіпохлорити, хлораміни, двоокис хлору та ін), озон, деякі солі важких металів, перекис водню і т. д.
В санітарній практиці найбільш старим, випробуваним і надійним способом обеззаражування води є хлорування.
Принцип його полягає в тому, що при додаванні хлору до води відбувається гідроліз його, в результаті чого утворюється соляна і хлорнуватиста кислота:
Cl2+H2O = НCl + НОCl,
яка у воді дисоціюють на іони Н та ОCl.
Хлорнуватиста кислота порівняно легко проникає через оболонку бактеріальної клітини і, впливаючи на клітинні ферменти, порушує обмін речовин і здатність до розмноження мікробів.
Новітні дослідження показали, що бактерицидний ефект залежить саме від пригнічення ферментів, які є каталізаторами окислювально-відновних процесів, що забезпечують бактеріальну клітину енергією.
Знезаражуючу дію хлору залежить від багатьох факторів, серед яких найбільше значення мають біологічні особливості мікроорганізмів, стан водного середовища, умови, в яких здійснюється хлорування, і т. д. На великих водопровідних станціях для знезараження води застосовується газоподібний хлор. Він доставляється у рідкому вигляді в балонах або цистернах), а перед застосуванням переводиться в газоподібний стан в спеціальних установках - хлораторах (рис. 9), з допомогою яких забезпечується автоматично безперервна подача і дозування хлору. Процес знезараження води газоподібним хлором може відбуватися або в резервуарах чистої води, або безпосередньо у водопровідній мережі; але в останньому випадку необхідно, щоб довжина труб до місця водорозбору була не менше 1800 м, що дасть можливість дотримуватися контакт води з хлором протягом необхідного терміну - не менше 30 хвилин. Найбільш часто хлорування води проводиться 1 % розчином хлорного вапна. Хлорне вапно являє собою продукт взаємодії хлору і гашеного вапна по реакції:
2Са (ОН), +2 Cl2 = Са(ОCl)2 + СаCl2 + 2Н2О.
Технічна хлорне вапно містить близько 35% активного хлору. При зберіганні її в сирому приміщенні, на світлі і при високій температурі вона розкладається і значно знижує свою активність. Для знезараження води допускається використання хлорного вапна, що містить не менше 25% активного хлору. Тому перш ніж використовувати хлорне вапно для хлорування води, необхідно визначити в ній процентний вміст активного хлору.
Рис. 9. Хлоратор Ремесницкого.
Практично хлорування води проводиться нормальними і підвищеними дозами хлору.
а) Хлорування нормальними дозами. Воно застосовується в звичайних умовах на всіх водопровідних станціях. При цьому велике значення має правильний вибір дози хлору. При додаванні хлору до води відбувається поглинання його органічними та неорганічними сполуками. Це явище називається хлорпоглощаемостью води. Чим більше у воді цих речовин, тим вище хлорпоглощаемость і тим більше хлору потрібно для знезараження. Для досягнення повного бактерицидного ефекту необхідно ввести в воду таку кількість активного хлору, якої вистачило б не тільки на окислення органічних речовин, але і на знищення мікроорганізмів. Крім того, деяка кількість його повинна залишатися у воді, щоб служити показником надійності хлорування; його називають активним залишковим хлором, який нормується у кількості 0,3-0,5 мг на 1 л води.
Необхідною умовою хлорування є хороше перемішування води з хлором, а також контакт між знезаражуємо водою і хлором протягом 30 хвилин у тепле і протягом 60 хвилин у холодну пору року.
На рис. 10 показана схема установки для знезараження води хлорним вапном.
Рис. 10. Схема установки для знезараження води хлорним вапном.
I - бак для розчинення сухого хлорного вапна; II - бак для приготування робочого розчину та його відстоювання; III - бак для відстояного розчину; IV - дозуючий бачок.
На водопровідних станціях іноді застосовують хлорування з преаммонізацією. Для цього в обеззараживаемую воду спочатку вводять аміак або його солі, а потім через 1-2 хвилини хлор. При цьому утворюються хлораміни, що володіють високою бактерицидною дією. Цей метод застосовується в тих випадках, коли обеззараживаемая вода містить фенол або інші речовини, які надають їй
неприємний запах. При звичайному хлоруванні фенол з'єднується з хлором і надає воді неприємні хлорфенольный запах і присмак. При хлоруванні з преаммонізацією утворюються хлораміни, які не з'єднуються з фенолами, а отже не виникає хлорфенольный запах, погіршує органолептичних властивостей води.
Крім знезараження води нормальними дозами хлору, застосовують хлорування підвищеними дозами (гіперхлорування). Найчастіше воно застосовується в польових умовах. Проводиться гіперхлорування дозами хлору, в 5-10 разів перевищують хлорпоглощаемость води, тобто 10-20 мг активного хлору на 1 л води. Час контакту між знезаражуємо водою і хлором може бути скорочено до 15-10 хвилин. Гіперхлорування має ряд переваг, основними з яких є: значне скорочення часу хлорування; спрощення техніки хлорування, так як немає необхідності визначати залишковий хлор і дозу; можна знезаражувати воду без попереднього звільнення від каламуті й освітлення. Недоліком гіперхлоруванні є сильний запах хлору, але його можна усунути додаванням до води гіпосульфіту, активованого вугілля та інших речовин.
До хімічних методів дезінфекції води відноситься озонування, тобто знезараження за допомогою озону.
Озон є нестійким з'єднанням. У воді він розкладається з утворенням молекулярного й атомарного кисню, з чим пов'язана його сильна окислювальна здатність. В процесі його розкладу утворюються вільні радикали ВІН і А2, що володіють високими окисними властивостями. Озон володіє високим окислювально-відновним потенціалом, тому його реакція з органічними речовинами, що перебувають у воді, відбувається більш повно, ніж хлор. Механізм знезаражуючого дії озону аналогічний дії хлору та, діючи як сильний окислювач, він вражає життєво важливі ферменти, і викликає загибель мікроорганізмів. Є припущення, що він діє як протоплазматична отрута.
Перевага озонування перед хлоруванням полягає в тому, що при цьому способі знезараження поліпшується смак і колір води, а тому озон може бути використаний одночасно для поліпшення органолептичних властивостей води. Озонування не робить негативного впливу на мінеральний склад та рН води. Надлишок озону швидко перетворюється в кисень, тому залишковий озон не небезпечний для організму і не впливає на органолептичні властивості води. Контроль за озонуванням менш складний, ніж за хлоруванням, так як на озонування не впливають такі фактори, як температура, рН води і т. д. Для знезараження води необхідна доза озону в середньому дорівнює 0,5-6 мг/л при експозиції 3-5 хвилин. Озонування проводиться за допомогою спеціальних апаратів-озонаторів. Найбільш широко воно використовується для знезараження води у Франції і США. В СРСР є діючі очисні установки з озонаторами в Донбасі та деяких інших містах.
До хімічних способів знезараження води відносяться методи, засновані на використанні олигодинамического дії солей важких металів (особливо срібла, міді, золота).
Олигодинамическим дією важких металів називається їх здатність надавати бактерицидний ефект протягом тривалого терміну при дуже малих концентраціях. Механізм дії полягає в тому, що іони важких металів, що мають позитивний заряд, вступають у воді у взаємодію з мікроорганізмами, негативно зарядженими. Відбувається электроадсорбция, в результаті якої вони проникають в глиб мікробної клітини, утворюючи в ній альбуміни важких металів, сполуки з нуклеїновими кислотами, внаслідок чого мікробна клітина гине. Цей метод не отримав широкого розповсюдження. Він застосовується для знезараження невеликих обсягів води.
Перекис водню давно відома як окислювач. Її бактерицидну дію пов'язано з виділенням кисню при її розкладанні. Практично метод застосування перекису водню для знезараження води в даний час ще повністю не розроблений.
