Вічний бій за безпеку води

Марія Сусь

«Інфекційні хвороби, що викликаються патогенними бактеріями, вірусами та паразитами (наприклад, протозойними й гельмінтами) являють собою найбільш загальний і широко поширений ризик для здоров'я, пов'язаний з питною водою»

Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ). «Настанови щодо забезпечення якості питної води»

Вода — це дійсно джерело життя для всього живого. Разом з тим, більшість споживачів сприймає дане твердження з суб'єктивної точки зору, не замислюючись про те, що та ж вода є прекрасним середовищем для проживання живих, але не завжди безпечних, мікробів. На сьогодні існує цілий ряд шкідливих (патогенних) мікроорганізмів, присутність яких у воді, згідно ВООЗ, не допускається. З найбільш відомих можна виділити наступні:

• бактерії (холерний вібріон, сальмонела, синьогнійна паличка);
• віруси (гепатит А, В, Е; аденовірус);
• найпростіші (криптоспоридии).

На щастя, сучасні технології знезараження питної води дозволяють надійно захистити споживача від всієї цієї «мікроартиллерії», головне — знати, як ними правильно користуватися.

Про те, що воду необхідно знезаражувати, наші предки знали ще багато століть тому. У давні цивілізації Єгипту, Греції, Персії, питну воду перед вживанням кип'ятили та зберігали в срібних посудинах. Дивовижний факт, адже мікроскопи з'явилися багато століть по тому, а різні види мікроорганізмів і їх вплив на здоров'я людини були вивчені порівняно недавно. Не менш дивним і навіть незрозумілим фактом залишається і те, що масові епідемії давнину не припиняються навіть в умовах сучасного науково-технічного прогресу. Такі відгомони далекого минулого як, чума і холера, вже лікуються, але водночас населення малорозвинених країн продовжує страждати від масових епідемій інфекційних захворювань, викликаних поганою якістю питної води та недотриманням правил елементарної гігієни.

Проблема безпеки води останнім часом викликає чималий ажіотаж і привертає увагу різних установ і організацій охорони здоров'я і навколишнього серидовища у всьому світі. Багато вчених і цілі дослідницькі центри сьогодні зосереджені на пошуку і розробці альтернативних способів знезараження води, які в ситуації, що склалася, були б одночасно і доступними, і ефективними.​

Разом з тим, давайте дещо звузимо глобальність проблеми та розглянемо, як йдуть справи зі знезараженням води в нашій країні.

Сьогодні водопостачання населення України можна представити таким чином:

• 70% - централізоване водопостачання (водопровід);
• 30 % локальне водопостачання (свердловини, колодязі).

І якщо в першому випадку очищення води та контроль її відповідності чинним нормативам здійснюється за допомогою державних органів (водоканали, СЕС), то в другому вся відповідальність лягає на споживача.

Розглянемо тепер підряд, які методи знезараження застосовуються в тому і в іншому випадку.

ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ СИСТЕМИ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ПОСТАЧАННЯ

Поки у всьому світі активно впроваджують нові технології та реагенти для знезараження води, українські водоканали, як і багато років тому, використовують старий «добрий» метод хлорування за допомогою рідкого хлору. Хлор, як відомо, отруйна і пожежонебезпечна речовина, тому його транспортування, зберігання і дозування є великою проблемою для міських водоканалів і представляє серйозну потенційну небезпеку для місцевих жителів. Разом з тим, настільки тривала вірність даному методу пояснюється рядом істотних його переваг:

• це найдешевший метод знезараження води;
• він добре вивчений і простий в застосуванні;
• хлор активний стосовно більшості мікроорганізмів, включаючи патогенні, і забезпечує високу ступінь знезараження;
• тільки хлор та хлорвмісні реагенти мають ефект післядії, необхідний для підтримання мікробіологічної чистоти води при її транспортуванні по трубопроводах.

Завдяки цьому ефекту, хлорування залишається незамінною стадією процесу знезараження води в централізованому водопостачанні та, що не дивно, повсюдно застосовується у всіх розвинених країнах. Разом з тим, на відміну від України, в США і країнах Європи замість рідкого хлору застосовують більш безпечні хлорвмісні реагенти — гіпохлорит натрію, хлораміни, діоксид хлору. Але в даній ситуації необхідно розуміти, що реальну небезпеку представляє не сам хлор або хлорвмісні реагенти, а продукти, які утворюються при їх взаємодії з різними домішками води, зокрема, природними органічними речовинами, характерними для поверхневих джерел (див. довідку редакції №2). Як показали численні дослідження, в процесах знезараження саме ці домішки є головними прекурсорами більшості потенційно-небезпечних для здоров'я людини побічних продуктів. Тому в розвинених країнах видалення органічних домішок перед стадією хлорування приділяється максимальна уваги, а вміст побічних продуктів в очищеній воді строго регулюється.

В Україні природні органічні домішки є справжнім лихом поверхневих джерел і однією з найбільших проблем для місцевих водоканалів. Видалення цих домішок на водоочисних станціях сьогодні здійснюється за допомогою методу традиційної коагуляції з наступним відстоюванням і фільтруванням води через механічні фільтри з кварцовим піском. Дана технологія дозволяє знизити вміст органіки не більше ніж на 50-60%. В результаті нормовані значення досягаються, але вміст природних органічних речовин залишається досить високим, про що свідчить характерний жовтуватий колір водопровідної води. Висока вартість ефективних коагулянтів і флокулянтів останнього покоління, якісного активованого вугілля, ультрафільтраційних технологій та інших сучасних способів видалення природної органіки, широко застосовуваних за кордоном, робить їх недоступними для наших водоканалів (див. Довідку редакції №3).

Таким чином, з офіційної точки зору, мікробіологічна чистота водопровідної води повністю відповідає нормативам і є безпечною. Якщо ж вас не влаштовує запах хлору, жовтий колір води та можливість споживання токсичних продуктів знезараження, найкраще доочищати воду в точці споживання, наприклад, за допомогою побутових фільтрів.

ЗНЕЗАРАЖЕННЯ ВОДИ В УМОВАХ ЛОКАЛЬНОЇ ВОДОПОДГОТОВКИ

Виходячи з вищесказаного, можна виділити дві основні задачі локальної водопідготовки:

- перша — доочищення водопровідної води від залишкового хлору і можливих побічних продуктів дезінфекції;

- друга — очищення і знезараження води зі свердловин і інших джерел децентралізованого водопостачання.

На сьогодні найефективніший і оптимальний спосіб вирішення першого завдання полягає в використанні фільтрів, що містять активоване вугілля. Висока сорбційна здатність вугілля і його велика питома поверхня дозволяють видаляти не тільки хлорвмісні, але і природні органічні сполуки. Для доочищення водопровідної води можна використовувати фільтри-глечики, проточні фільтри різних модифікацій і найбільш ефективний варіант очищення — побутові системи зворотного осмосу. Всі зазначені рішення на тій чи іншій стадії очищення містять активоване вугілля (в разі зворотного осмосу вугілля використовується на етапі попереднього очищення) і повністю справляється із завданням видалення залишкового хлору і побічних продуктів хлорування.

Вирішення другого завдання має складніший характер. Так, в більшості випадків мікробіологічне забруднення води для свердловин не властиво. Це пояснюється тим, що підземні води залягають на значній глибині та різні шари грунту (пісок, вапняк, гравій) служать своєрідним бар'єром, що затримують мікроорганізми. Разом з тим, дрібні бактерії та віруси з часом все ж здатні проникати на значну глибину і заражати підземні водоносні шари. Крім того, існує можливість зараження води свердловин в ході встановлення насосного і водоочисного обладнання. Але це далеко не найбільша проблема, адже її легко вирішити за допомогою дезінфекції свердловини розчином гіпохлориту натрію або гранульованим гіпохлоритом кальцію (процедуру рекомендується проводити не менше двох разів на рік). Серйозніші проблеми з мікробіологією води виникають на різних стадіях в процесі її очищення.

Так, у багатьох схемах локального очищення води зі свердловини та доочищення водопровідної води для усунення небажаного присмаку і запаху води використовується активоване вугілля (див. вище). Найчастіше це бітумінозне, вугілля зі шкаралупи кокосового горіха або їх комбінація, що дозволяє досить ефективно видаляти як великі, так і дрібні домішки води.

Найбільш поширеними та часто використовуваними є картриджі, що містять гранульоване, порошкове або пресоване активоване вугілля (так звані, карбон-блоки). Крім того, виробники картриджів додають в активоване вугілля спеціальні речовини або роблять суміші з декількох видів фільтрувальних матеріалів для надання додаткових властивостей адсорбційному матеріалу. Наприклад, срібло, а також інші бактеріостатичні матеріали додають в вугілля для запобігання розмноженню бактерій.

Попри важливість і необхідність цієї стадії, часто саме вугільні фільтри є головним джерелом мікробіологічного забруднення вже очищеної води. У чому ж проблема? У процесі фільтрування на вугіллі затримуються різні органічні домішки, а також мікроорганізми, які нехай і в незначній кількості, але завжди присутні в очищеній воді. При безперервній роботі системи очищення, постійний потік води перешкоджає міцному закріпленню мікроорганізмів на поверхні вугілля, тому спочатку ніяких проблем не виникає. Якщо ж система якийсь час не працює (під час вихідних або відпустки), закріплені мікроорганізми отримують всі умови для активної життєдіяльності. Нормальна кімнатна температура, вода і поживний субстрат (сорбовані на вугіллі органічні речовини) значно прискорюють процеси розмноження і розвитку мікроорганізмів. На поверхні вугілля утворюється біологічна плівка, яка, після відновлення роботи системи, періодично зривається потоком води та забруднює її.

Можливість того, що через деякий час вугілля все-таки «відмиється» від мікробіологічних забруднень є, але краще при тривалому простої фільтра відразу замінити картридж на новий.

Ще одним джерелом мікробіологічного забруднення води можуть бути накопичувальні ємності для її зберігання. По суті своїй проблема аналогічна попередній: при тривалому зберіганні води в ємності, навіть при мінімальній вихідній кількості мікроорганізмів, відбувається їх розмноження, розвиток, а накопичувальна ємність стає постійним джерелом зараження очищеної води. В локальній схемі водоочищення це найчастіше баки для накопичення води після установок зворотного осмосу. І якщо зворотноосмотична мембрана дійсно є абсолютним бар'єром для всіх домішок води, включаючи мікроорганізми, то абсолютної впевненості в стерильності бака немає. Різні мікроорганізми можуть бути присутніми в баку спочатку або потрапити в нього вже на стадії монтажу. Для запобігання або розв'язання цієї проблеми фірми-виробники рекомендують періодично обробляти накопичувальні баки бактерицидними препаратами, наприклад, розчином гіпохлориту натрію. Однак, для повної гарантії власної безпеки воду після бака також краще знезаражувати.

Які ж методи та способи знезараження води можна застосувати в побуті? З найпоширеніших виділяють такі:

• кип'ятіння
• УФ-знезараження
• ультрафільтрація
• застосування фільтруючих матеріалів з бактерицидними властивостями.

Кип'ятіння — один з найпростіших, доступних і досить ефективних способів дезінфекції води. Даний метод дозволяє не тільки усунути більшість мікроорганізмів, в тому числі патогенних, але також позбутися неприємного запаху води, викликаного, в тому числі, залишковим хлором. Разом з тим, постійно кип'ятити питну воду незручно, крім того у кип'ятіння є й інші недоліки:

• присутній у воді залишковий хлор при нагріванні здатний утворювати ще більш небезпечні побічні продукти;
• деякі бактерії досить стійкі до термічного впливу і гинуть через тривалий час — до декількох годин безперервного кип'ятіння.

​Таким чином, кип'ятіння здатне забезпечити високий ступінь дезінфекції води, але для комплексного та більш тривалого ефекту бажано використовувати додаткові методи знезараження.

Одним з таких методів є знезараження води за допомогою ультрафіолетового випромінювання. На сьогодні це один з найбільш ефективних і екологічних методів боротьби з різними мікроорганізмами, присутніми у воді, повітрі та на різних поверхнях. Цей фізичний метод, який використовується вже багато років, відрізняється не тільки високою ефективністю, але і відсутністю негативного впливу на хімічний склад очищеної води. Ще недавно широкому поширенню УФ істотно перешкоджала висока вартість і енерговитратність методу, сьогодні ж великий асортимент ламп різної потужності дозволяє застосовувати його в самих різних сферах знезараження. Для побутової водопідготовки УФ-лампи — просто ідеальний варіант. Компактні та ергономічні, вони легко встановлюються в складі системи очищення, забезпечуючи безперебійну роботу  та ефективну дезінфекцію води. 

У системах очищення води великої продуктивності УФ-лампи найчастіше встановлюються після вугільного фільтра перед побутовим встановленням зворотного осмосу і відведенням води для господарсько-побутових потреб (див. Рис. 1). З огляду на високу схильність вугільних фільтрів до мікробіологічного забруднення, таке розміщення УФ-лампи дозволяє запобігти наступним можливим проблемам:

• біологічне обростання нагрівальних елементів побутового обладнання (котли, бойлери) і зниження ефективності їх роботи. Дуже часто при експлуатації бойлерів вода з часом набуває неприємного запаху сірководню, що теж викликано розмноженням в бойлері мікроорганізмів;
• біологічне обростання зворотноосмотичних мембран, зниження продуктивності та якості очищення;
• можливість потрапляння хвороботворних мікроорганізмів в організм людини при купанні.

Крім того, для запобігання можливості забруднення води після накопичувального бака, УФ-лампу також рекомендується встановлювати й на лінію подачі очищеної питної води.

Ще один фізичний метод знезараження води, який можна застосувати в локальній водопідготовці — ультрафільтрація. Суть знезараження за допомогою ультрафільтрації полягає в тому, що при проходженні води через напівпроникну мембрану з невеликим розміром пір затримуються різні домішки: колоїди, органічні речовини, водорості та більшість мікроорганізмів (бактерії та віруси). Що характерно, зовсім недавно цей метод головним чином застосовувався для видалення колоїдних домішок і зважених речовин в промислових масштабах. Зараз же істотно зріс інтерес до його використання для видалення мікроорганізмів, зокрема в умовах побутової водопідготовки.

На сьогодні, різними компаніями випускаються компактні, прості у використанні ультрафільтраційні картриджі, які по ефективності знезараження не поступаються УФ-лампам. Картриджі даного типу також рекомендується застосовувати після накопичувального бака для доочищення води від можливого мікробіологічного забруднення.

Що ж робити, якщо ви використовуєте фільтри-глечики або проточного типу, де застосування ультрафіолету та ультрафільтрації неможливе або є недоцільним? В першу чергу, воду після таких фільтрів можна кип'ятити. Вона вже не містить хлору, частково очищена від природних органічних домішок, тому кип'ятіння в даному випадку вельми ефективне і більш безпечне. Разом з тим, оптимальним і більш надійним розв'язанням цієї проблеми є використання в побутових фільтрах завантажень з бактерицидними властивостями. Найчастіше з цією метою застосовують стандартні завантаження (вугілля, іонообмінні смоли), що містять іони срібла. Про бактерицидні властивості цього благородного металу вже давно відомо, але, можливо, не всі знають, що срібло володіє також і токсичними властивостями (див. Довідку редакції №4). Тому, основна вимога до сорбентів на його основі наступна: іони металу повинні бути надійно зафіксовані на матеріалі, щоб уникнути можливості його потрапляння в питну воду. Так, досить довго використовувалося активоване вугілля, що містить іони срібла. На жаль, широкого застосування цей сорбент не набув, оскільки не тільки не забезпечував належну дезінфекцію води, але і значно пігіршував її мікробіологічний склад. Ефективний сорбент, позбавлений цих недоліків, був розроблений науково-виробничим об'єднанням «Екософт» і активно застосовується сьогодні в фільтрах для питної води ТМ «Ecosoft». Сорбент являє собою високопористий полімерний матеріал, що містить наночастки срібла. Оскільки частки перебувають в ретельно зафіксованому стані, вони не вимиваються і не потрапляють в очищену воду. Разом з тим мікроорганізми, присутні в воді, контактують зі сріблом на поверхні полімерного матеріалу і гинуть. Таким чином, даний біоцидний сорбент одночасно забезпечує і належне знезараження води, та її відповідність нормативам якості за вмістом срібла.

Крім усього вищесказаного, одним з найбільш надійних і зручних рішень в умовах локальної водопідготовки є використання систем комплексного очищення води. Новітні представники цього напрямку — лінійка продуктів P'URE виробництва ТОВ НВО «Екософт». Залежно від модифікації системи P'URE можуть включати до 9 стадій очищення, що дозволяє отримати ультрачисту, з поліпшеними смаковими властивостями та, головне, безпечну бактеріостабільну воду. Останнє досягається на фінальній стадії очищення, де використовується ультрафільтраційна мембрана для дезінфекції води після бака-накопичувача.

Мікроорганізми, присутні у воді, представляють не меншу, ніж інші домішки, небезпеку для здоров'я людини. Тому, ефективне знезараження питної води — дуже важлива і невіддільна стадія її очищення. На сьогодні, саме дезінфекція питної води є основною проблемою для Індії та багатьох країн Африки, де мікробіологічне забруднення води — головна причина частих масових епідемій інфекційних захворювань серед населення. Застосування відомих і ефективних методів знезараження, як і комплексного очищення води, в даній ситуації важко і найчастіше неможливо. Разом з тим, спеціально для цих складних випадків вчені розробили доступний і досить ефективний спосіб знезараження води в звичайних ПЕТФ (поліетілентерефталат) пляшках під дією прямих сонячних променів. Дана технологія отримала назву SODIS і сьогодні інтенсивно застосовується в більш ніж 30 країнах світу (Індонезія, Болівія, Філіппіни, Узбекистан, В'єтнам та ін.).

Для розвинених країн, озброєних повним арсеналом ефективних технологій, знезараження води, здавалося б, не має проблемного характеру. Проте, як показали останні дослідження, проблема все-таки існує. Так, багато видів мікроорганізмів з часом звикають до знезаражувальним реагентів і навіть УФ-випромінювання. Утворюються резистентні (стійкі) штами мікробів, для видалення яких необхідно підвищувати дозування реагентів (в разі УФ-випромінювання інтенсивність), що є лише тимчасовим рішенням.