О способах консервации питьевой воды на автономных объектах
Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский
Источник: А. В. Авчинников, Ю. A. Рахманин, E. Г. Жук, И. Н. Рыжова. О способах консервации питьевой воды на автономных объектах (обзор). Смоленская государственная медицинская академия; НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва. Гигиена и санитария № 2, 2000 г.
Важнейшим критерием успешною функционирования автономных объектов (космические корабли, орбитальные станции, морские суда и др.) является обеспечение доброкачественной питьевой водой. Как правило, на таких объектах создаются определенные запасы питьевой воды.
В автономном режиме находится водоснабжение многих малых населенных пунктов, туристских и сезонных спортивных объектов, экспедиционных баз, вахтовых поселков нефтяников, геологов и других специалистов. В этих условиях группы людей обслуживаются нерегулярно функционирующими системами водоснабжения, а по специфике складывающейся здесь ситуации санитарный надзор не может осуществляться в потном объеме.
Серьезно осложняется обеспечение доброкачественной питьевой водой во время стихийных бедствий, эпидемий, вооруженных конфликтов, крупных аварий, когда источники воды, как правило, загрязнены и определенное время люди снабжаются привозной питьевой водой.
Эпидемическая обстановка на автономных объектах и в экстремальных условиях водоснабжения нередко не благополучна, что заставляет использовать эффективные способы обеззараживания и консервации питьевой воды. При этом прибегают к консервации запасов питьевой воды, предназначенной как для кратковременного (несколько суток), так и длительного (несколько месяцев) хранения.
Цель настоящей работы — анализ данных литературы по применению различных способов консервации воды питьевого качества на автономных объектах.
Применяемые способы консервации должны обеспечивать эпидемическую безопасность воды в течение всего заданного срока хранения, а сами консерванты не должны существенно изменять физико-химические и органолептические показатели качества воды. Кроме того, безвредность консервированной воды определяется отсутствием образования промежуточных продуктов взаимодействия консерванта с компонентами исходной воды, способных давать токсичный и отдаленный эффект, а также отсутствием влияния на различные покрытия емкостей для хранения воды. Экологическая безопасность характеризуется степенью влияния консерванта на окружающую природную среду. Следует учитывать и технико-экономические критерии: эффективность, экономичность, простоту контроля за процессом консервации; наличие готовых технических решений на создание установки (методики) консервации воды; возможность автоматизации; совместимость с другими видами и способами водоподготовки.
Способы консервации питьевой воды принято делить на химические и физические. К химическим способам относится использование окислителей, металлов, органических кислот, к физическим – применение низких температур, автоклавирование с последующей герметизацией, кавитационно-вакуумная и электрогидравлическая обработка.
Недостатки существующих способов заставляют исследователей совершенствовать традиционные и искать новые способы консервации воды питьевого качества. В отдельных публикациях сообщается о применении с целью консервации воды обработки озоном из расчета 1 – 3 мг/л с последующей герметизацией, ежедневного 30-секундного облучения УФ-лучами, ежедневного введения в хранящуюся воду одного или нескольких дезинфектантов. Последнее предложение, по мнению Л.И. Эльпинера, нельзя рассматривать как способ консервации. Более правильно оценивать такой прием как повторное обеззараживание воды. Наряду с этим некоторые авторы считают, что озонирование, УФ-облучение, использование ультразвука не могут применяться для консервации воды, так как не дают эффекта последействия. Под последействием понимается способность консервированной воды подавлять жизнедеятельность микроорганизмов спустя определенное время после воздействия консервирующего фактора. Наличие и выраженность последействия являются одними из определяющих критериев при оценке того или иного консерванта.
Наиболее распространенным их химических способов консервации воды на автономных объектах остается обработка ионами серебра. Серебро может применяться в виде солей, контактных пластинок, в структуре пористых керамических или органических носителей. Однако наибольшее распространение получило электролитическое, или анодорастворимое серебро. Электролитическое серебро – это ионы серебра, поступающие в обрабатываемую воду с анода в процессе электролиза. Такая особенность введения консерванта позволяет автоматизировать процесс обработки воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохлорита и перекисных соединений усиливают бактерицидное действие анодорастворимого серебра.
По данным Л. А. Кульского, наиболее подходящими концентрациями для консервации воды на срок 6 мес. и более являются 0,1 – 0,2 мг/л. Вместе с тем применительно к практике водоснабжения морских судов были выдвинуты дополнительные требования о необходимости применения повышенных концентраций консерванта в пределах 0,2 – 0,4 мг/л, которые способны проявлять бактерицидное действие в отношении вторичного микробного загрязнения.
Работами отечественных и зарубежных авторов был установлен высокий бактерицидный эффект серебра, которое обладает широким спектром антимикробного действия, подавляя жизнедеятельность различных видов бактерий и вирусов. Вода, консервированная серебром, имеет выраженное последействие. Необходимый бактерицидный эффект в отношении вторичного микробного загрязнения при концентрации серебра 0,06 – 0,1 мг/л достигается после экспозиции 2 – 6 ч, а в ряде случаев – через 24 ч. Консервация электролитическим серебром не оказывает отрицательного влияния на органолептические и физико-химические показатели качества воды. К достоинствам способа относится возможность автоматизации процесса и точного дозирования серебра. С целью практического осуществления консервации воды налажен выпуск промышленных и портативных установок, предназначенных для работы на автономных объектах.
Наряду с неоспоримыми преимуществами серебро как консервант имеет несколько существенных недостатков. Серебро является дорогим и весьма дефицитным реагентом. На различных этапах консервации питьевой воды в систему могут попадать устойчивые к серебру штаммы микроорганизмом. Спорообразующее бактерии малочувствительны даже к высоким концентрациям серебра – 0,5 – 5,0 мг/л. На антимикробное воздействие данного консерванта отрицательно влияют повышенное содержание в воде органических примесей, хлоридов, сульфатов, железа, общее солесодержание, высокие значения мутности и цветности. В процессе хранения происходят снижение рабочих концентраций серебра, переход его в неактивную форму. Для консервации используют концентрации 0,1 – 0,4 мг/л и выше, тогда как ПДК серебра в питьевой воде, установленная по токсикологическому признаку вредности, составляет 0,05 мг/л. Последнее обстоятельство заставляет на практике прибегать к различным приемам десеребрения воды перед подачей ее потребителю, что не всегда реализуется из-за отсутствия соответствующих фильтров.
С целью снижения высоких концентраций серебра, интенсификации его консервирующего действия предложено использовать серебро в комбинации с постоянным электрическим полем, некоторыми окислителями, физическими факторами. В работе оцениваются бактерицидные свойства, приобретаемые водой после ее комбинированной обработки ионами серебра в концентрации 0,05 мг/л с наложением постоянного электрического поля напряженностью 30 В/см. Авторы приходят к выводу о наличии более выраженного последействия у предлагаемого способа по сравнению с изолированным действием ионов серебра.
В отдельных публикациях для консервации питьевой воды предлагают использовать ионы меди. Медь, как и серебро, является олигодинамическим металлом, оказывает выраженное бактерицидное действие, но в больших концентрациях, чем серебро. Антимикробные спектры серебра и меди совпадают. Предложен способ консервации питьевой воды ионами меди в концентрации 0,3 мг/л с последующей обработкой в постоянном электрическом поле напряженностью 30 В/см. По данным О. С. Савлук и соавт., наиболее надежный и простой прием введения ионов меди – электролитический. Авторами показано, что с наибольшей эффективностью электролитическая медь может быть использована для обработки воды сульфатного и хлоридного класса, но не рекомендуется для обработки воды карбонатного класса.
Некоторые исследователи расценивают использование хлорсодержащих препаратов не только как способ обеззараживания, но и консервации питьевой воды. Изучая последействие обработанной хлором воды, Л. А. Кульский отмечает, что для газообразного хлора оно составляет 4 – 6 ч, для гипохлоритов – 2 – 3 дня, для хлораминов – 6 – 8 дней. С этой точки зрения хлорирование можно рассматривать как прием, позволяющий сохранять запасы питьевой воды в течение непродолжительною времени (несколько суток).
Вместе с тем хлорирование имеет ряд известных недостатков. Бактерицидные свойства хлорированной воды зависят от ее температуры и реакции, содержания примесей как органического, так и неорганического происхождения. На надежность бактерицидных свойств хлорированной питьевой воды влияет величина заражающей дозы микроорганизмов. В литературе имеются многочисленные сведения о реактивации микроорганизмов в хлорированной питьевой воде, проявлении хлорустойчивых штаммов. Количество свободного (0,3 – 0,5 мг/л) или связанною (0,8 – 1,2 мг/л) остаточного хлора часто не может обеспечить эффект инактивации бактерий, вирусов и споровых форм микроорганизмов, попадающих в хранящуюся воду вследствие ее вторичного загрязнения. В хлорированной воде возможно образование галоформных соединений, многие из которых являются потенциальными канцерогенами и мутагенами.
Комбинация хлорирования с введением некоторых металлов, в частности хлорсеребряный и хлормедный способы, позволяет избежать некоторых сопутствующих хлорированию недостатков и продлить срок хранения воды до 7 мес. Предлагаемый авторами хлорсеребряный способ заключается в одновременной обработке воды хлором в дозе 1,0 мг/л и ионами серебра в концентрации 0,05 – 0,2 мг/л.
Более перспективно использование консерванта в виде аэрозольно-газовой смеси (АГС), состоящей из монохлорамина, аммиака, закиси азота, азота и кислорода. Результаты комплексных гигиенических исследований данного консерванта позволили В. А. Прокопову и соавт. рекомендовать АГС в качестве консерванта для 3-месячного хранения питьевой воды в стальных емкостях (нержавеющая сталь марки 12X18H10T по ГОСТу 5949- 76).
Среди физических способов консервации наиболее эффективным на автономных объектах и в экстремальных условиях зарекомендовало себя использование высоковольтных (20-40 кВ) импульсных электрических разрядов ИЭР. В свою очередь известно, что ИЭР являются комбинированным способом водоподготовки и сопровождаются сложным комплексом физических (высокое давление, ударные волны, кавитация, ультразвуковое и ультрафиолетовое воздействие, импульсное электромагнитное поле) и химических явлений. К последним относят появление в зоне разряда ионов металлов электродов (медь, серебро), озона, перекиси водорода, гидроксильных и гидропероксильных радикалов, которые усиливают действие физических факторов и во многом отвечают за свойство последействия ИЭР.
В работе показано, что ИЭР обладали выраженным последействием, которое начинало проявляться уже после 15-минутной экспозиции и сохранялось не менее 4 мес. Эффективная суммарная плотность энергии, обеспечивающая консервирующие свойства воде, составляла 2,4 – 3,1 Дж/мл. Физико-химические и органолептические показатели обработанной ИЭР воды существенно не изменялись, оставаясь в пределах гигиенических норм, установленных для воды питьевого качества. Увеличение плотности энергии приводило к усилению бактерицидной активности обработанной воды. Полное освобождение консервированной воды от тест-микроорганизмов, несмотря на массивное вторичное загрязнение (коли-индекс 106), наступало после 24-часовой экспозиции. Позднее эти данные получили подтверждение в работах В. Н. Бубенцова, С. Н. Черкинского и соавт.
Консервация питьевой воды ИЭР характеризуется высокой степенью надежности. Несмотря на различный срок хранения консервированной воды и создание благоприятных условий для восстановления репродуктивной способности тест-микроба, помещаемого в консервированную воду (добавление факторов роста, условия тepмостатирования), инактивация микроорганизма носила необратимый характер. Реактивации, а также появления резистентных штаммов Е. Г. Жук не наблюдал. Результаты комплексных гигиенических исследований позволили сделать вывод об отсутствии отрицательного влияния обработанной ИЭР воды на организм лабораторных животных.
В последние годы появился новый класс портативных установок, позволяющих не только обеззараживать, но и консервировать воду на автономных объектах с помощью ИЭР. Ю. С. Веселов и соавт. сообщают об успешном применении электрического разряда малой мощности – до 0,5 кВ, комплекса электрических воздействий. Приводятся описание и принцип работы соответствующих установок. К другим современным способам консервации воды можно отнести использование низковольтных ИЭР. Согласно материалам работ, ИЭР напряжением 2,6 кВ и суммарной плотностью энергии 1,5 – 2,0 Дж/мл позволяли эффективно консервировать воду на срок до 2 мес.
Оценка способов консервации питьевой воды на автономных объектах, проведенная с учетом ряда гигиенических и технологических критериев, не претендует на полноту. Анализ данных литературы показывает, что приоритетной тенденцией развития технологических и гигиенических разработок является комбинация различных химических и физических способов консервации питьевой воды. Дальнейшее развитие этих исследований будет способствовать решению проблемы обеспечения автономных объектов доброкачественной питьевой водой.
