Вечный бой за безопасность воды

«Инфекционные болезни, вызываемые патогенными бактериями, вирусами и паразитами (например, протозойными и гельминтами) представляют собой наиболее общий и широко распространенный риск для здоровья, связанный с питьевой водой»

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). «Руководство по обеспечению качества питьевой воды»

Вода - это действительно источник жизни для всего живого. Вместе с тем большинство потребителей воспринимает данное утверждение с субъективной точки зрения, не задумываясь о том, что та же вода является прекрасной средой для обитания живых, но не всегда безопасных, микробов. На сегодняшний день существует целый ряд вредоносных (патогенных) микроорганизмов, присутствие которых в воде, согласно ВОЗ, не допускается. Из наиболее известных можно выделить следующие:

• бактерии (холерный вибрион, сальмонелла, синегнойная палочка);
• вирусы (гепатит А, В, Е; аденовирус);
• простейшие (криптоспоридии).

К счастью, современные технологии обеззараживания питьевой воды позволяют надежно защитить потребителя от всей этой «микроартиллерии», главное - знать, как ими правильно пользоваться.

О том, что воду необходимо обеззараживать, наши предки знали еще много веков назад. В древних цивилизациях Египта, Греции, Персии питьевую воду перед употреблением кипятили и хранили в серебряных сосудах. Удивительный факт, ведь микроскопы появились много столетий спустя, а различные виды микроорганизмов и их влияние на здоровье человека были изучены сравнительно недавно. Не менее удивительным и даже необъяснимым фактом остается и то, что массовые эпидемии древности не прекращаются даже в условиях современного научно-технического прогресса. Такие отголоски далекого прошлого как, чума и холера, уже лечатся, но в тоже время население малоразвитых стран продолжает страдать от массовых эпидемий инфекционных заболеваний, вызванных плохим качеством питьевой воды и несоблюдением правил элементарной гигиены.

Проблема безопасности воды в последнее время вызывает немалый ажиотаж и привлекает внимание различных здравоохранительных и природоохранных организаций во всем мире. Многие ученые и целые исследовательские центры сегодня сосредоточены на поиске и разработке альтернативных способов обеззараживания воды, которые в сложившейся ситуации были бы одновременно и доступными, и эффективными.

Вместе с тем, давайте несколько сузим глобальность проблемы и рассмотрим, как обстоят дела с обеззараживанием воды в нашей стране.

На сегодняшний день водоснабжение населения Украины можно представить следующим образом:

• 70 % централизованное водоснабжение (водопровод);
• 30 % локальное водоснабжение (скважины, колодцы).

И если в первом случае очистка воды и контроль ее соответствия действующим нормативам осуществляется посредством государственных органов (водоканалы, СЭС), то во втором вся ответственность ложится на потребителя.

Рассмотрим теперь по порядку, какие методы обеззараживания применяются в том и другом случае.

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ В ЦЕНТРАЛИЗОВАННОМ ВОДОСНАБЖЕНИИ

Пока во всем мире активно внедряют новые технологии и реагенты для обеззараживания воды, украинские водоканалы, как и много лет назад, используют старый «добрый» метод хлорирования с помощью жидкого хлора. Хлор, как известно, ядовитое и пожароопасное вещество, поэтому его транспортирование, хранение и дозирование является большой проблемой для городских водоканалов и представляет серьезную потенциальную опасность для местных жителей. Вместе с тем, столь продолжительная верность данному методу объясняется рядом существенных его преимуществ:

• это самый дешевый метод обеззараживания воды;
• он хорошо изучен и прост в применении;
• хлор активен по отношению к большинству микроорганизмов, включая патогенные, и обеспечивает высокую степень обеззараживания;
• только хлор и хлорсодержащие реагенты обладают эффектом последействия, необходимым для поддержания микробиологической чистоты воды при ее транспортировании по трубопроводам.

Благодаря этому эффекту, хлорирование остается незаменимой стадией процесса обеззараживания воды в централизованном водоснабжении и, что неудивительно, повсеместно применяется во всех развитых странах. Вместе с тем, в отличие от Украины, в США и странах Европы вместо жидкого хлора применяют более безопасные хлорсодержащие реагенты - гипохлорит натрия, хлорамины, диоксид хлора. Но в данной ситуации необходимо понимать, что реальную опасность представляет не сам хлор или хлорсодержащие реагенты, а продукты, которые образуются при их взаимодействии с различными примесями воды, в частности, природными органическими веществами, характерными для поверхностных источников (см. справку редакции №2). Как показали многочисленные исследования, в процессах обеззараживания именно эти примеси являются главными прекурсорами большинства потенциально-опасных для здоровья человека побочных продуктов. Поэтому в развитых странах удалению органических примесей перед стадией хлорирования уделяется максимальное внимания, а содержание побочных продуктов в очищенной воде строго регулируется.

В Украине природные органические примеси являются настоящим бедствием поверхностных источников и одной из наибольших проблем для местных водоканалов. Удаление этих примесей на водоочистных станциях сегодня осуществляется с помощью метода традиционной коагуляции с последующим отстаиванием и фильтрованием воды через механические фильтры с кварцевым песком. Данная технология позволяет снизить содержание органики не более чем на 50-60 %. В результате нормированные значения достигаются, но содержание природных органических веществ остается достаточно высоким, о чем свидетельствует характерный желтоватый цвет водопроводной воды. Высокая стоимость эффективных коагулянтов и флокулянтов последнего поколения, качественного активированного угля, ультрафильтрационных технологий и других современных способов удаления природной органики, широко применяемых за рубежом, делает их недоступными для наших водоканалов (см. справку редакции №3).

Таким образом, с официальной точки зрения микробиологическая чистота водопроводной воды полностью соответствует нормативам и является безопасной. Если же вас не устраивает запах хлора, желтый цвет воды и возможность потребления токсичных продуктов обеззараживания, лучше всего доочищать воду в точке потребления, например, с помощью бытовых фильтров.

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ В УСЛОВИЯХ ЛОКАЛЬНОЙ ВОДОПОДГОТОВКИ

Исходя из вышесказанного, можно выделить две основные задачи локальной водоподготовки:

первая - доочистка водопроводной воды от остаточного хлора и возможных побочных продуктов дезинфекции

вторая - очистка и обеззараживание воды из скважин и других источников децентрализованного водоснабжения.

На сегодняшний день самый эффективный и оптимальный способ решения первой задачи заключается в использовании фильтров, содержащих активированный уголь. Высокая сорбционная способность угля и его большая удельная поверхность позволяют удалять не только хлорсодержащие вещества, но и природные органические соединения. Для доочистки водопроводной воды можно исполь­зовать фильтры-кувшины, проточные фильтры разных модификаций и наиболее эффективный вариант очистки - бытовые системы обратного осмоса. Все указанные решения на той или иной стадии очистки содержат активированный уголь (в случае обратного осмоса уголь используется в качестве предочистки) и полностью справляются с задачей удаления остаточного хлора и побочных продуктов хлорирования, о чем мы не раз писали на страницах ВиВТ.

Решение второй задачи имеет более сложный характер. Так, в большинстве случаев микробиологическое загрязнение воды для скважин не свойственно. Это объясняется тем, что подземные воды залегают на значительной глубине и различные слои грунта (песок, известняк, гравий) служат своеобразным барьером, задерживающим микроорганизмы. Вместе с тем, мелкие бактерии и вирусы со временем все же способны проникать на значительную глубину и заражать подземные водоносные слои. Кроме того, существует возможность заражения воды скважин в ходе установки насосного и водоочистительного оборудования. Но это далеко не самая большая проблема, ведь ее легко решить с помощью дезинфекции скважины раствором гипохлорита натрия или гранулированным гипохлоритом кальция (процедуру рекомендуется проводить не менее двух раз в год). Более серьезные проблемы с микробиологией воды возникают на разных стадиях в процессе ее очистки.

Так, во многих схемах локальной очистки воды из скважины и доочистки водопроводной воды для устранения нежелательного привкуса и запаха воды используется активированный уголь (см. выше). Чаще всего это битуминозный, уголь из скорлупы кокосового ореха или их комбинация, позволяющая весьма эффективно удалять как большие, так и мелкие примеси воды.

Наиболее распространёнными и часто используемыми являются картриджи, содержащие гранулированный, порошковый или прессованный активированный уголь (так называемые, карбон-блоки). Кроме того, производители картриджей добавляют в активированный уголь специальные вещества или делают смеси из нескольких видов загрузок для придания дополнительных свойств адсорбционному мате­риалу. К примеру, серебро, а также другие бактериостатические материалы добавляют в уголь для предупреждения размножения бактерий (см. «Чемпионат кувшинных фильтров», ВиВТ №4, 2012).

Несмотря на важность и необходимость этой стадии, зачастую именно угольные фильтры являются главным источником микробиологического загрязнения уже очищенной воды. В чем же проблема? В процессе фильтрования на угле задерживаются различные органические примеси, а также микроорганизмы, пусть и в незначительном количестве, но всегда присутствующие в очищенной воде. При непрерывной работе системы очистки, постоянный поток воды препятствует прочному закреплению микроорганизмов на поверхности угля, поэтому вначале никаких проблем не возникает. Если же система какое-то время не работает (во время выходных или отпуска), закрепившиеся микроорганизмы приобретают все условия для активной жизнедеятельности. Нормальная комнатная температура, вода и питательный субстрат (сорбированные на угле органические вещества) значительно ускоряют процессы размножения и развития микроорганизмов. На поверхности угля образуется биологическая пленка, которая, после возобновления работы системы, периодически срывается потоком воды и загрязняет ее.

Возможность того, что через некоторое время уголь все-таки «отмоется» от микробиологического загрязнения, есть, но лучше всего при длительном неиспользовании фильтра сразу заменить картридж на новый.

Еще одним источником микробиологического загрязнения воды могут быть накопительные емкости для ее хранения. По сути своей проблема аналогична предыдущей: при длительном хранении воды в емкости, даже при минимальном исходном количестве микроорганизмов, происходит их размножение, развитие, а накопительная емкость становится постоянным источником заражения очищенной воды. В локальной схеме водоочистки это чаще всего баки для накопления воды после установок обратного осмоса. И если обратноосмотическая мембрана действительно является абсолютным барьером для всех примесей воды, включая микроорганизмы, то абсолютной уверенности в стерильности бака нет. Различные микроорганизмы могут присутствовать в баке изначально или попасть в него уже на стадии монтажа. Для предотвращения или решения этой проблемы фирмы-изготовители рекомендуют периодически обрабатывать накопительные баки бактерицидными препаратами, например, раствором гипохлорита натрия. Однако, для полной гарантии собственной безопасности воду после бака также лучше обеззараживать.

Какие же методы и способы обеззараживания воды можно применить в быту? Из самых распространенных выделяют следующие:

• кипячение
• УФ-обеззараживание
• ультрафильтрация
• применение фильтрующих материалов с бактерицидными свойствами.

Кипячение - один из самых простых, доступных и достаточно эффективных способов дезинфекции воды. Данный метод позволяет не только устранить большинство микроорганизмов, в том числе патогенных, но также избавиться от неприятного запаха воды, вызванного, в том числе, остаточным хлором. Вместе с тем, постоянно кипятить питьевую воду неудобно, кроме того у кипячения есть и другие недостатки:

• присутствующий в воде остаточный хлор при нагревании способен образовывать еще более опасные побочные продукты;
• некоторые бактерии достаточно устойчивы к термическому воздействию и погибают через длительное время - до нескольких часов непрерывного кипячения.

​Таким образом, кипячение способно обеспечить высокую степень дезинфекции воды, но для комплексного и более длительного эффекта желательно использовать дополнительные методы обеззараживания.

Одним из таких методов является обеззараживание воды с помощью ультрафиолетового излучения. На сегодняшний день это один из наиболее эффективных и экологичных методов борьбы с различными микроорганизмами, присутствующими в воде, воздухе и на различных поверхностях. Этот физический метод, используемый уже много лет, отличается не только высокой эффективностью, но и отсутствием негативного влияния на химический состав очищенной воды. Еще недавно широкому распространению УФ существенно препятствовала высокая стоимость и энергозатратность метода, сегодня же большой ассортимент ламп разной мощности позволяет применять его в самых разных сферах обеззараживания. Для бытовой водоподготовки УФ-лампы - просто идеальный вариант. Компактные и эргономичные, они легко устанавливаются в составе системы очистки, обеспечивая бесперебойную работу и эффективную дезинфекцию воды.

В системах очистки воды большой производительности УФ-лампы чаще всего устанавливаются после угольного фильтра перед бытовой установкой обратного осмоса и отводом воды для хозяйственно-бытовых нужд (см. рис. 1). Учитывая высокую склонность угольных фильтров к микробиологическому загрязнению, такое размещение лампы УФ позволяет предотвратить следующие возможные проблемы:

• биологическое обрастание нагревательных элементов бытового оборудования (котлы, бойлеры) и снижение эффективности их работы. Очень часто при эксплуатации бойлеров вода со временем приобретает неприятный запах сероводорода, что тоже вызвано размножением в бойлере микроорганизмов;
• биологическое обрастание обратноосмотических мембран, снижение производительности и качества очистки;
• возможность попадания болезнетворных микроорганизмов в организм человека при купании;

Кроме того, для предотвращения возможности загрязнения воды после накопительного бака, УФ-лампу также рекомендуется устанавливать и на линию подачи очищенной питьевой воды.

Еще один физический метод обеззараживания воды, который можно применить в локальной водоподготовке - ультрафильтрация. Суть обеззараживания с помощью ультрафильтрации заключается в том, что при прохождении воды через полупроницаемую мембрану с небольшим размером пор задерживаются различные примеси: коллоиды, органические вещества, водоросли и большинство микроорганизмов (бактерии и вирусы). Что характерно, совсем недавно данный метод главным образом применялся для удаления коллоидных примесей и взвешенных веществ в промышленных масштабах. Сейчас же существенно возрос интерес к его использованию для удаления микроорганизмов, в частности в условиях бытовой водоподготовки.

На сегодняшний день, различными компаниями выпускаются компактные, простые в использовании ультрафильтрационные картриджи, которые по эффективности обеззараживания не уступают УФ-лампам. Картриджи данного типа также рекомендуется применять после накопительного бака для доочистки воды от возможного микробиологического загрязнения.

Что же делать, если вы используете фильтры кувшинного или проточного типа, где применение ультрафиолета и ультрафильтрации невозможно или является нецелесообразным? В первую очередь, воду после фильтров данных типов можно кипятить. Она уже не содержит хлор, частично очищена от природных органических примесей, поэтому кипячение в данном случае весьма эффективно и более безопасно. Вместе с тем, оптимальным и более надежным решением этой проблемы является использование в бытовых фильтрах загрузок с бактерицидными свойствами. Чаще всего с этой целью применяют стандартные загрузки (уголь, ионообменные смолы), содержащие ионы серебра. О бактерицидных свойствах этого благородного металла уже давно известно, но, возможно, не все знают, что серебро обладает также и токсическими свойствами (см. справку редакции №4). Поэтому, основное требование к сорбентам на его основе следующее: ионы металла должны быть надежно зафиксированы на материале, во избежание возможности его попадания в питьевую воду. Так, достаточно долго использовался активированный уголь, содержащий ионы серебра. К сожалению, широкого применения этот сорбент не приобрел, поскольку не только не обеспечивал надлежащую дезинфекцию воды, но и значительно повышал ее микробиологический состав. Эффективный сорбент, лишенный этих недостатков, был разработан научно-производственным объединением «Экософт» и активно применяется сегодня в фильтрах для питьевой воды ТМ «Наша Вода». Сорбент представляет собой высокопористый полимерный материал, содержащий наночастицы серебра. Поскольку частицы пребывают в тщательно зафиксированном состоянии, они не вымываются и не попадают в очищенную воду. Вместе с тем микроорганизмы, присутствующие в воде, контактируют с серебром на поверхности полимерного материала и погибают. Таким образом, данный биоцидный сорбент одновременно обеспечивает и надлежащее обеззараживание воды, и ее соответствие нормативам качества по содержанию серебра.

Помимо всего вышесказанного, одним из наиболее надежных и удобных решений в условия локальной водоподготовки является использование систем комплексной очистки воды. Новейшие представители этого направления - линейка продуктов P’URE производства ООО НПО «Экософт». В зависимости от модификации системы P’URE могут включать до 9 стадий очистки, что позволяет получить ультрачистую, с улучшенными вкусовыми свойствами и, главное, безопасную бактериостабильную воду. Последнее достигается на финальной стадии очистки, где используется ультрафильтрационная мембрана для дезинфекции воды после бака-накопителя.

Микроорганизмы, присутствующие в воде, представляют не меньшую, чем другие примеси, опасность для здоровья человека. Поэтому, эффективное обеззараживание питьевой воды - весьма важная и неотъемлемая стадия ее очистки. На сегодняшний день, именно дезинфекция питьевой воды является основной проблемой для Индии и многих стран Африки, где микробиологическое загрязнение воды - главная причина частых массовых эпидемий инфекционных заболеваний среди населения. Применение известных и эффективных методов обеззараживания, как и комплексной очистки воды, в данной ситуации затруднительно и чаще всего невозможно. Вместе с тем, специально для этих сложных случаев ученые разработали доступный и достаточно эффективный способ обеззараживания воды в обычных ПЭТФ (поли- этилентерефталат) бутылках под действием прямых солнечных лучей. Данная технология получила название SODIS и сегодня интенсивно применяется в более чем 30 странах мира (Индонезия, Боливия, Филиппины, Узбекистан, Вьетнам и др.).

Для развитых стран, вооруженных полным арсеналом эффективных технологий, обеззараживания воды, казалось бы, не носит проблемный характер. Тем не менее, как показали последние исследования, проблема все-таки существует. Так, многие виды микроорганизмов со временем привыкают к обеззараживающим реагентам и даже УФ-излучению. Образуются резистентные (устойчивые) штаммы микробов, для удаления которых необходимо повышать дозирование реагентов (в случае УФ-излучения интенсивность), что является только временным решением.

Кроме того, дезинфекция воды играет важную роль не только в питьевом водоснабжении, но, и в промышленной водоподготовке (ВиВТ №3, 2012). Так как, различные микроорганизмы представляют угрозу не только для здоровья человека, но и для эффективной работы и функционирования различного оборудования и процессов.

Таким образом, сегодня поиск новых альтернативных методов и способов обеззараживания воды носит важный и безотлагательный характер. О новых достижениях и разработках в этом направлении редакция журнала ВиВТ будет вас и далее информировать.