Якість води, яка тече з наших кранів, бажає кращого. Жителі багатоквартирних будинків часто стикаються з такими проблемами, як неприємний запах, жовтуватий відтінок та підвищена жорсткість води. Причин тому безліч: старі водопровідні труби, недостатньо ефективна система міського водоочищення, забруднення природних джерел. Але найбільшу небезпеку становлять не видимі оку забруднювачі — хвороботворні мікроорганізми та віруси, здатні викликати серйозні захворювання.
За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, близько 80% усіх інфекційних захворювань у світі пов'язані із поганою якістю питної води. Щорічно мільйони людей страждають від діареї, холери, тифу та інших хвороб, що передаються через воду. Саме тому знезараження води є критично важливим процесом як централізованих систем водопостачання, так індивідуального використання.
Знезараження - це процес знищення патогенних мікроорганізмів у воді з метою запобігання поширенню інфекційних захворювань. Правильно проведена дезінфекція робить воду безпечною для пиття, приготування їжі та інших побутових потреб. У цій статті ми розглянемо основні методи знезараження води, їх ефективність, переваги та недоліки, а також способи дезінфекції, які можна застосовувати у домашніх умовах.
Основні забруднювачі води
Перш ніж говорити про методи дезінфекції необхідно зрозуміти, з якими ворогами нам доводиться боротися. Забруднювачі води можна розділити на кілька категорій, кожна з яких потребує підходу до очищення.
Біологічні забруднювачі становлять найбільшу небезпеку здоров'ю людини. До них відносяться: Бактерії – одноклітинні мікроорганізми розміром 0,5-5 мкм. У воді можуть бути присутніми патогенні бактерії, що викликають такі захворювання, як черевний тиф, холера, дизентерія. Escherichia coli (кишкова паличка) – найпоширеніший індикатор фекального забруднення води.
Віруси - ще дрібніші патогени розміром 0,02-0,3 мкм. Віруси гепатиту А, ротавіруси, ентеровіруси часто передаються через забруднену воду та викликають серйозні інфекційні захворювання. Найпростіші – одноклітинні організми, такі як лямблії, амеби та криптоспоридії. Вони стійкі до хлорування та можуть викликати тяжкі кишкові інфекції.
Яйця гельмінтів (глистів) - високостійкі до дії хімічних дезінфектантів паразити, здатні викликати хронічні захворювання.
Хімічні забруднювачі представлені широким спектром речовин: Тяжкі метали (свинець, ртуть, кадмій, миш'як) - накопичуються в організмі і викликають хронічні отруєння навіть при низьких концентраціях. Нітрати та нітрити — потрапляють у воду із сільськогосподарських добрив та становлять особливу небезпеку для дітей. Хлорорганічні сполуки утворюються при хлоруванні води і є потенційними канцерогенами.
Фізичні забруднювачі впливають на органолептичні властивості води: Зважені частки і каламутність знижують ефективність дезінфекції, оскільки мікроорганізми можуть "ховатися" всередині цих частинок. Кольоровість часто свідчить про наявність органічних речовин або сполук заліза у воді.
Важливо розуміти, різні методи дезінфекції мають різну ефективність щодо різних типів забруднювачів. Наприклад, хлорування добре справляється з бактеріями, але менш ефективно проти вірусів і практично марно проти цист найпростіших та яєць гельмінтів.
Хімічні методи знезараження
Хімічні методи засновані на використанні різних реагентів, що вступають у хімічні реакції з клітинами мікроорганізмів та руйнують їх. Ці методи широко застосовують як у централізованих системах водопостачання, так і для індивідуального очищення.
Хлорування
Хлорування - найпоширеніший метод знезараження води у світі. Його популярність обумовлена доступністю реагентів, простотою застосування та ефективністю. Суть методу полягає у додаванні у воду хлору або його сполук (хлорного вапна, гіпохлориту натрію, хлораміну). При попаданні у воду хлор утворює хлорновату кислоту (HOCl), яка проникає через клітинні мембрани мікроорганізмів і окислює їх внутрішні компоненти, що призводить до загибелі патогенів. Доза хлору зазвичай становить 0,3-0,5 мг/л для попередньо очищеної води, що забезпечує знищення 99,99% бактерій за 30 хвилин контакту.
Переваги хлорування:
Низька вартість реагентів та обладнання
Тривалий дезінфікуючий ефект (залишковий хлор продовжує захищати воду від повторного зараження)
Простота контролю концентрації хлору у воді
Недоліки хлорування:
Утворення побічних продуктів (тригалометанів, хлороформу), які мають канцерогенні властивості
Неприємний запах та смак хлорованої води
Недостатня ефективність проти деяких вірусів, найпростіших цист і яєць гельмінтів
Потенційне утворення діоксинів при кип'ятінні хлорованої води
Важливо відзначити, що кип'ятіння хлорованої води не тільки не покращує, але може навіть погіршити її якість через утворення токсичніших сполук при високих температурах.
Озонування
Озонування - метод знезараження води з використанням озону (O₃), який є одним із найсильніших окислювачів. Озон генерується безпосередньо на місці застосування за допомогою спеціальних пристроїв – озонаторів, оскільки цей газ нестабільний та швидко розкладається.
Механізм дезінфікуючої дії озону заснований на його здатності руйнувати клітинні стінки мікроорганізмів та окислювати органічні сполуки. Для ефективного знезараження води потрібна концентрація озону 0,5-2,0 мг/л та час контакту 4-6 хвилин.
Переваги озонування:
Висока ефективність проти широкого спектра патогенів, включаючи віруси та найпростіші цисти
Відсутність утворення токсичних побічних продуктів
Поліпшення органолептичних властивостей води (видалення запахів, присмаків)
Додатковий ефект знезалізнення та знебарвлення води
Недоліки озонування:
Висока вартість обладнання та енерговитратність процесу
Відсутність пролонгованої дії (озон швидко розкладається)
Необхідність точного дозування для запобігання утворенню броматів за наявності у воді бромідів
Складність експлуатації та обслуговування обладнання
Незважаючи на відносно високу вартість, озонування вважається одним із найбільш екологічно чистих методів знезараження води.
Дезінфекція перекисом водню
Перекис водню (H₂O₂) - сильний окислювач, здатний ефективно знищувати мікроорганізми. Для знезараження питної води використовують 3% розчин перекису водню в дозі 0,5-1,0 мл на літр води з часом контакту 30-60 хвилин.
Переваги використання перекису водню:
Відсутність токсичних побічних продуктів (розкладається на воду та кисень)
Ефективність проти широкого спектра патогенів
Доступність та простота застосування в домашніх умовах
Недоліки:
Необхідність використання тільки харчового перекису водню
Неефективність проти деяких вірусів та суперечка бактерій
Відсутність тривалого знезаражувального ефекту
Використання іонів срібла та міді
Іони срібла і міді мають виражену бактерицидну дію. Метод заснований на динамічному оліго ефекті - здатності іонів важких металів в малих концентраціях надавати антимікробну дію.
Срібло води може здійснюватися шляхом контакту зі срібними поверхнями, електролітичним розчиненням срібла або додаванням препаратів, що містять іони срібла. Ефективна концентрація іонів срібла для дезінфекції води становить 0,05-0,2 мг/л.
Переваги срібла:
Тривалий знезаражуючий ефект (до 6-12 місяців)
Відсутність зміни органолептичних властивостей води
Додаткове збагачення води мікроелементами
Недоліки:
Висока вартість
Недостатня ефективність проти вірусів
Потенційна небезпека накопичення срібла в організмі при тривалому вживанні такої води
Діоксид хлору
Діоксид хлору (ClO₂) – газ жовто-зеленого кольору, який є ефективним дезінфектантом. Він має сильніший окислювальний потенціал, ніж хлор, і при цьому не утворює тригалометанів.
Для знезараження води діоксид хлору застосовується у концентрації 0,2-0,4 мг/л з часом контакту 15-30 хвилин. Він генерується безпосередньо на місці використання з хлориту натрію та соляної кислоти.
Переваги діоксиду хлору:
Ефективність у широкому діапазоні pH (5-10)
Висока ефективність проти біоплівок та цист найпростіших
Мінімальна освіта побічних продуктів
Тривалий дезінфікуючий ефект
Недоліки:
Складність генерації та зберігання
Утворення хлоритів та хлоратів при неправильному застосуванні
Фізичні методи знезараження води ґрунтуються на впливі фізичних факторів, які знищують або інактивують патогенні мікроорганізми без додавання хімічних реагентів.
Обробка ультрафіолетовим випромінюванням
УФ-знезараження – один із найбільш екологічно чистих методів дезінфекції води. Метод заснований на дії ультрафіолетового випромінювання певної довжини хвилі (240-280 нм), яке ушкоджує ДНК та РНК мікроорганізмів, унеможливлюючи їх розмноження. Для ефективного знезараження води потрібна доза опромінення 16-40 мДж/см² залежно від типу патогенів. Сучасні УФ установки забезпечують дозу до 65 мДж/см², що гарантує знищення 99,99% відомих патогенів.
Переваги УФ-знезараження:
Відсутність змін хімічного складу та органолептичних властивостей води
Ефективність проти широкого спектру мікроорганізмів, включаючи хлорстійкі
Відсутність побічних продуктів дезінфекції
Простота експлуатації та мінімальні витрати на обслуговування
Недоліки УФ-знезараження:
Відсутність пролонгованої дії (вода може повторно заразитись)
Зниження ефективності за високої каламутності води (потрібна попередня фільтрація)
Необхідність регулярної заміни УФ-ламп (кожні 8000-9000 годин роботи)
Залежність від електроенергії
УФ-знезараження особливо рекомендується для фінальної стадії очищення води, після попередньої фільтрації та пом'якшення.
Вплив ультразвуком
Ультразвукове знезараження засноване на явищі кавітації – утворенні та схлопуванні мікробульбашок у воді під впливом ультразвукових хвиль. При цьому виникають локальні області з високим тиском (до 100 МПа) та температурою (до 5000°С), що призводить до механічного руйнування клітинних стінок мікроорганізмів.
Для ефективної дезінфекції використовують ультразвукові хвилі частотою 20-100 кГц з інтенсивністю 0,5-1,0 Вт/см². Час обробки становить від 30 секунд до 5 хвилин, залежно від ступеня забруднення.
Переваги ультразвукового знезараження:
Ефективність проти біоплівок та агрегатів мікроорганізмів
Відсутність змін хімічного складу води
Нечутливість до каламутності та кольоровості води
Можливість застосування у замкнутих системах (басейни, системи охолодження)
Недоліки:
Недостатня ефективність проти вірусів
Висока енергоємність процесу
Обмежена застосовність для великих обсягів води
Необхідність подальшої фільтрації для видалення зруйнованих клітин
Термічна обробка (кип'ятіння)
Кип'ятіння - найбільш доступний метод знезараження води в домашніх умовах. За температури 100°C більшість патогенних мікроорганізмів гине протягом 1-5 хвилин. Для знищення термостійких суперечок деяких бактерій може знадобитися триваліше кип'ятіння (до 10-15 хвилин).
Переваги кип'ятіння:
Доступність та простота методу
Висока ефективність проти більшості патогенів
Відсутність потреби у спеціальному устаткуванні
Недоліки:
Енерговитратність
Неможливість обробки великих обсягів води
Погіршення смакових якостей через видалення розчиненого кисню
Концентрування солей жорсткості та інших нелетких речовин
Потенційне утворення токсичних сполук при кип'ятінні хлорованої води
Мембранні технології фільтрації
Мембранна фільтрація заснована на використанні напівпроникних мембран з певним розміром пір, які фізично затримують частинки та мікроорганізми. Залежно від розміру пір розрізняють кілька типів мембранної фільтрації:
Мікрофільтрація (розмір часу 0,1-10 мкм) – затримує бактерії, водорості, найпростіші, але пропускає віруси та розчинені речовини. Ультрафільтрація (розмір часу 0,01-0,1 мкм) – затримує більшість бактерій, колоїдні частинки та деякі віруси.
Нанофільтрація (розмір часу 0,001-0,01 мкм) – затримує практично всі мікроорганізми, включаючи віруси, а також багато розчинених речовин. Зворотний осмос (розмір часу менше 0,001 мкм) - найбільш ефективний метод, що затримує практично всі домішки, включаючи розчинені солі.
Переваги мембранної фільтрації:
Висока ефективність знезараження без використання хімічних реагентів
Одночасне видалення мікроорганізмів та інших забруднювачів
Збереження корисних мінералів при правильному доборі типу мембрани
Відсутність утворення побічних продуктів
Недоліки:
Необхідність регулярної заміни мембран
Можливість заростання та засмічення мембран
Відносно висока вартість якісних систем
Необхідність попереднього очищення води для продовження терміну служби мембран
Комбіновані методи дезінфекції
На практиці часто використовуються комбінації різних методів знезараження, що дозволяє компенсувати недоліки окремих технологій та досягти синергетичного ефекту.
Найбільш поширені комбінації включають: Попереднє хлорування + УФ-знезараження – хлорування забезпечує первинну дезінфекцію та залишкову знезаражуючу дію, а УФ-обробка знищує хлоростійкі патогени. Така комбінація дозволяє зменшити дозу хлору на 30-50%, зменшуючи утворення побічних продуктів. Озонування + хлорування – озон забезпечує високоефективну первинну дезінфекцію, а подальше хлорування у малих дозах (0,1-0,3 мг/л) забезпечує захист від повторного забруднення у розподільчій мережі.
Фільтрація + УФ-знезараження – фільтрація видаляє зважені частинки та знижує каламутність води, що підвищує ефективність подальшої УФ-обробки. Ця комбінація ідеально підходить для домашнього використання та не вимагає застосування хімічних реагентів. Коагуляція + озонування + фільтрація – коагуляція видаляє колоїдні частинки, озонування забезпечує дезінфекцію, а фільтрація видаляє продукти коагуляції та окислення. Така схема широко застосовується на станціях водопідготовки.
Переваги комбінованих методів:
Підвищена ефективність знезараження
Зниження концентрації хімічних реагентів
Зменшення утворення побічних продуктів
Багатобар'єрний захист від різних типів забруднювачів
Важливо, що вибір оптимальної комбінації методів залежить від якості вихідної води, необхідного ступеня очищення, фінансових можливостей та технічних умов. Для побутового застосування оптимальним рішенням часто є комбінація механічної фільтрації, сорбційної очистки та УФ-знезараження, яку можна реалізувати за допомогою сучасних багатоступінчастих фільтрів.
Фільтрування як спосіб очищення та дезінфекції води
Сучасні системи фільтрації є надійним способом очищення та знезараження води. Вони поєднують у собі механічне очищення від завислих частинок, сорбацію розчинених забруднювачів і, у деяких випадках, знищення патогенних мікроорганізмів. Розглянемо основні типи фільтрів, які можна використовуватиме підвищення якості питної води.
Проточні фільтри
Проточні фільтри встановлюються безпосередньо на кран або підключаються до водопроводу через окремий кран для питної води. Вони є компактними пристроями, що забезпечують багатоступінчасте очищення води.
Більшість сучасних проточних фільтрів мають триступеневу систему очищення:
Перший ступінь - видалення великих домішок (пісок, іржа, осад) за допомогою механічного фільтра з розміром пор 5-20 мкм
Другий ступінь – усунення хлору, органічних забруднень та покращення смаку з використанням активованого вугілля
Третій ступінь – фінальне очищення за допомогою іонообмінних смол або спеціальних сорбентів для пом'якшення води та видалення важких металів
Ресурс проточних фільтрів у середньому становить 300-500 літрів або 2-3 місяці використання. Після цього потрібна заміна картриджів. Деякі моделі оснащуються індикаторами ресурсу, які сигналізують необхідність заміни фільтруючих елементів.
Ефективність проточних фільтрів проти різних забруднювачів:
Механічні домішки (іржа, пісок): 95-99%
Хлор та його сполуки: 90-95%
Тяжкі метали: 70-95%
Бактерії та віруси: 60-80% (залежно від моделі)
Проточні фільтри особливо добре підходять для покращення органолептичних характеристик води – смаку, запаху та кольору. Вони зручні у використанні, компактні та не вимагають електрики. Однак для надійного знезараження води від усіх типів патогенів проточні фільтри можуть бути недостатньо ефективними.
Системи зворотного осмосу
Зворотний осмос – це сучасна технологія глибокої очистки води, заснована на використанні напівпроникної мембрани з розміром пор 0,0001 мкм. Такі системи здатні затримувати до 99,8% всіх розчинених у воді домішок, включаючи солі, важкі метали, пестициди, а також бактерії та віруси.
Стандартна система зворотного осмосу включає кілька щаблів очищення:
Вугільна фільтрація – видалення хлору та органічних забруднень
Мембрана зворотного осмосу – основний елемент системи, який затримує більшість забруднювачів
Постфільтр – фінальне очищення для покращення смаку води
Накопичувальний бак, оскільки процес фільтрації відбувається повільно (7-15 літрів на годину)
Ефективність систем зворотного осмосу проти різних забруднювачів:
Механічні домішки: >99%
Розчинені солі: 95-99%
Тяжкі метали: >98%
Органічні сполуки: >99%
Бактерії та віруси: >99,9%
Термін служби мембрани зворотного осмосу в середньому становить 2-3 роки при регулярній заміні передфільтрів кожні 3-6 місяців. Вартість обслуговування таких систем вища, ніж у проточних фільтрів, а й ефективність очищення значно перевищує інші побутові системи.
Основний недолік зворотного осмосу - видалення з води не тільки шкідливих, а й корисних мінералів, таких як кальцій та магній. Сучасні системи вирішують цю проблему за допомогою мінералізаторів, які збагачують очищену воду необхідними мікроелементами. Продуктивність побутових систем зворотного осмосу становить 50-150 літрів на добу, що цілком достатньо для питних потреб сім'ї із 3-4 осіб.
Магістральні фільтри
Магістральні фільтри встановлюються безпосередньо на вході водопроводу до будинку чи квартири. Вони забезпечують очищення всієї води, що захищає від забруднень не тільки питну воду, а й сантехніку, побутову техніку, труби.
Залежно від якості вихідної води та необхідного ступеня очищення магістральні системи можуть бути:
Одноступеневими – призначені для видалення механічних домішок (пісок, іржа, осад)
Двоступінчастими – додатково забезпечують захист від хлору та органічних забруднень
Триступеневими – комплексні системи, які також пом'якшують воду та видаляють важкі метали
Ресурс картриджів магістральних фільтрів становить від 10 000 до 100 000 літрів залежно від типу фільтруючого елемента та якості вихідної води. Це еквівалентно 3-12 місяців використання для середньої сім'ї.
Магістральні фільтри мають високу пропускну здатність – від 15 до 60 літрів за хвилину, що дозволяє використовувати їх без обмежень для всіх побутових потреб. При цьому їхня ефективність проти бактерій та вірусів відносно невисока, якщо система не оснащена додатковими модулями знезараження, наприклад, ультрафіолетовою лампою.
Ефективність стандартних магістральних фільтрів проти різних забруднювачів:
Механічні домішки: 95-99%
Хлор (за наявності вугільного картриджа): 85-95%
Тяжкі метали (за наявності спеціалізованих картриджів): 60-80%
Бактерії та віруси: 30-50%
Для комплексного захисту магістральні фільтри часто комбінують із системами зворотного осмосу або проточними фільтрами для отримання високоякісної питної води.
Якість води з колодязя впливає на здоров'я всієї родини. Понад 30% приватних будинків в Україні використовують колодязну воду для пиття та приготування їжі
