Елена Хохрякова - Современные методы обеззараживания воды

Кипячение применяли десятки тысяч лет, и даже сейчас этот метод не потерял своей актуальности. Метод используется для обеззараживания малых объемов воды: в быту, полевых условиях, лабораториях, малых водоочистных установках и других подобных случаях. Так, например, если вы находитесь в путешествии или в походе и у вас не оказалось с собой воды, вы можете прокипятить воду из реки. При этом большинство бактерий будут уничтожены.

Кипячением уничтожается большинство бактерий, вирусов, бактериофагов и других биологических объектов, которые часто содержатся в открытых источниках воды, и, как следствие попадают в системы центрального водоснабжения.

Этот метод легко реализуется, не требует сложного и дорогого оборудования. Все, что нужно, – не боящаяся высоких температур посуда и источник тепла – газовая конфорка, электрокипятильник или костер.

Недостатком этого метода является невозможность определения, когда пора заканчивать кипятить воду, т. е. определить время, когда все болезнетворные микроорганизмы погибнут. Большинство бактерий погибает при температуре выше 50 °С. Это происходит потому, что сворачиваются белки, из которых они устроены. С другой стороны, в природе существуют и стойкие к кипячению бактерии.

При кипячении воды в открытом объеме удаляются растворенные в ней газы (кислород, углекислый газ) и уменьшается ее жесткость. Всем известна накипь, которая оседает на стенках чайников после кипячения воды. Эта накипь представляет собой соли жесткости, которые были растворены в воде до того, как ее прокипятили. В результате кипячения вода становится более мягкой. Происходит это потому, что из нее удаляются соли, так называемой, «временной (карбонатной) жесткости». Однако кипячением невозможно удалить соли железа, а также кадмий, ртуть, нитраты.

Таким образом, при кипячении воды разрушаются хлор и хлорсодержащие соединения, выпадают в осадок коллоидные частицы примесей и соли, вода умягчается (соли жесткости выпадают в осадок), уменьшается содержание легколетучих компонентов, уничтожаются болезнетворные микробы, опасные бактерии, вирусы и возбудители различных заболеваний. Вкусовые качества воды при кипячении меняются мало.

Обычно кипячение сводится лишь к доведению воды до кипения. Однако при недлительном кипячении невозможно достичь того результата, который дает кипячение как метод очистки воды. Простого доведения воды до кипения недостаточно для того, чтобы обеззаразить ее. Для этого необходимо кипятить воду не менее 10–15 мин. Только при этом значительная часть микроорганизмов погибнет. Однако следует учесть, что, например, вирус «Гепатита А» (в народе – желтухи) погибнет только тогда, когда воду прокипятят не менее 25–30 мин. При кратковременном кипячении некоторые микроорганизмы, их споры, яйца гельминтов также могут сохранить жизнеспособность (особенно если микроорганизмы адсорбированы на твердых частицах).

Кипячение является исключительно бытовым методом обеззараживания воды, применение кипячения в промышленных масштабах, конечно же, не представляется возможным ввиду высокой стоимости этого метода.

Потребность в изучении ультразвука как одной из областей такой науки, как физика, было связано с потребностями морского флота. Начало изучению ультразвука заложил французский ученый Савар, который при определении предела слышимости человека обнаружил существование звуков, не воспринимаемых человеческим ухом. Более подробные исследования свойств ультразвука были начаты уже в XIX в. Большой скачок в развитии ультразвуковой техники произошел после открытия братьями Кюри в 1880 г. пьезоэлектрического эффекта. После открытия этого явления в 1883 г. был построен первый ультразвуковой генератор, а ультразвук стали использовать в различных областях техники.

По своей физической сути ультразвук представляет собой упругие колебания наподобие обычных звуковых, но с большей – от 20 до 106 кГц – частотой. Частотой колебаний обусловлены уникальные свойства ультразвука при его распространении в воде. Это проявляется в дисперсии (рассеивании) звука, а также в образовании зон разрежений и уплотнений, образующих своеобразную дифракционную картину.

Другая, чрезвычайно важная особенность ультразвука – достижение очень большой колебательной скорости при небольших амплитудах. Передаваемый ультразвуком поток энергии характеризуется высокой плотностью и вызывает кавитацию – цепную реакцию возникновения, роста и распространения каверн – пузырьков газа с высоким внутренним давлением. Микровзрывы кавитационных каверн, происходящие при их попадании в области локального разряжения, сопровождаются возникновением гидравлических ударов и новых газовых пузырьков. Кавитация в воде наступает уже при частоте колебаний 20 кГц и плотности потока энергии 0,3 Вт/см 2.

Обеззараживание воды ультразвуком основано на использовании явления кавитации. Бактерицидное действие ультразвука сильно зависит от интенсивности колебаний. Для полного уничтожения патогенной микрофлоры, включая ряд спор и грибков, необходимы достаточно большие дозы поглощенной энергии, обеспечить которые при широком практическом применении метода затруднительно. Поэтому ультразвуковое воздействие целесообразно применять в комбинации с каким-либо другим видом обработки воды, например УФ-облучением.

В качестве примера реализации данного метода подготовки воды можно упомянуть серию установок «Лазурь-М» производства компании «Сварог», в которой излучение с длиной волны 253,7 и 185 нм воздействует на воду в комбинации с ультразвуковыми волнами.

В технике ультразвук получают с помощью генераторов, которые можно условно разбить на две группы. К первой относятся механические излучатели, обладающие невысоким КПД и широким спектром излучаемых частот, что сильно ограничивает область их использования. Вторую, основную, группу ультразвуковых генераторов составляют преобразователи, которые тем или иным способом преобразуют электрические колебания в механические. Для получения низкочастотных колебаний используются электрические излучатели, работающие на основе эффекта магнитострикции с сердечниками из никеля, ферритов и других сплавов.

Сдерживающим фактором применения обеззараживания ультразвуком является отсутствие нормативно подтвержденных критериев и методов контроля эффективности процесса.