Основные виды микроорганизмов Чтобы знать, как бороться с микробиологическими отложениями в системах водоснабжения, надо представлять себе, что такое микроорганизмы и каковы оптимальные условия их развития. Термин «микроорганизмы», как правило, употребляется в отношении существ, имеющих микроскопические размеры и поэтому невидимых невооруженным глазом. Сюда входят представители как растений, так и животных. Не всегда легко решается вопрос об отнесении микроскопического существа к растительному или животному миру, поэтому многие исследователи предлагают выделять микроорганизмы в особое царство проститов, или Protobionta. Из растений к простистам относятся водоросли, грибы, в том числе дрожжи, бактерии, из животных — простейшие. Первые могут быть названы микрофлорой, вторые — микрофауной. На качество обрабатываемой воды влияют биологические процессы, происходящие как в источнике водоснабжения, так и в самой системе водоснабжения. Организмы, попадающие в водопровод извне и не способные к нормальной жизнедеятельности в водопроводной системе, называются аллохтонными. Автохтонные микроорганизмы также попадают в систему водоснабжения в основном с потоком исходной воды, но в отличие от аллохтонных приживаются в водопроводной системе и способны в ней размножаться. Аллохтонные микроорганизмы создают помехи главным образом в работе фильтров, автохтонные— во всей системе водоснабжения. Аллохтонные микроорганизмы К аллохтонным организмам относятся нитчатые бактерии, грибы, водоросли и различные планктонные животные. Среди нитчатых бактерий особенно часто вызывает помехи Sphaerolitus natans (Sph. natans). Среди грибов наиболее опасен Leptomitus lascteus (L. Lascteus). Гриб L. lascteus живет в водоемах круглый год, но массовое его развитие отмечается только в зимний период. Непременное условие развития гриба L. Lascteus — присутствие в воде органических веществ. Слизистые массы гриба L. Lascteus, иногда со значительной примесью нитчатых бактерий Sph. natans, в течение полутора-двух часов способны полностью забить слизью и вывести из строя сетки, закрывающие вход в водопроводный канал, ведущий к насосам первого подъема. Проблемы в водоснабжении могут возникать и из-за различного типа водорослей. В северных районах это в основном диатомовые водоросли; «цветение» южных водоемов чаще всего вызывают синезеленые и зеленые водоросли. У диатомовых водорослей прочный кремниевый скелет. При фильтрации воды они оседают на поверхности фильтра, образуя плотную пленку, препятствующую прохождению воды, что значительно снижает производительность фильтра. Для диатомовой водоросли Melosira islandica характерны два максимума развития: весной после вскрытия водоемов и осенью. Как правило, весеннее «цветение» интенсивней осеннего и продолжается дольше. Помимо Melosira islandica, опасны для систем водоснабжения и другие диатомеи — Asterionella Formosa, Synedra и т.п. Интенсивность развития диатомовых водорослей в значительной степени связана с содержанием в воде железа, окислительная способность которого повышается при низких значениях рН и низкой температуре воды. Автохтонные микроорганизмы Автохтонные микроорганизмы, как было уже замечено, попадают в систему водоснабжения из водоемов, но в отличие от аллохтонных они способны существовать в водопроводе, размножаться и заселять новые пространства. Многие из них развиваются на трубах и каналах более интенсивно, чем в водоемах, т.к. здесь отсутствуют их естественные враги. Автохтонные микроорганизмы представлены бактериями, грибами, моллюсками, членистоногими, червями, мшанками, губками, простейшими и другими низшими животными.Как правило, водоросли к автохтонным организмам не относят, т.к. отсутствие света препятствует их жизнедеятельности. У автохтонных микроорганизмов есть приспособления, позволяющие им прикрепляться к поверхностям стенок и труб и тем самым противостоять потоку воды. Внутренние обрастания труб очень стойки и часто располагаются в труднодоступных местах. Поэтому бороться с автохтонными микроорганизмами гораздо труднее, чем с аллохтонными, и ущерб, причиняемый ими, очень велик. Пионерами обрастаний всегда выступают бактерии, среди которых преобладают формы с мощной слизистой капсулой, скрепляющей клетки друг с другом. В водах, загрязненных органическими веществами, развиваются Zoogloea ramigera и Sphaerolitus natans. В чистой воде и, в частности, в водопроводных трубах основная роль бактериальных обрастаний принадлежит железобактериям. Нитчатые железобактерии, относящиеся к родам Leptothrix и Crenothrix, представляют собой палочковидные клетки, соединенные в неветвящиеся нити, одетые слизистой капсулой. Отмечались случаи, когда массовое развитие железобактерий в речных водах вызывало полную парализацию систем водообеспечения. Даже при использовании артезианских вод возможно развитие биологических обрастаний в системе водоснабжения. В водопроводах, питаемых из подземных источников, встречается одноклеточная железобактерия галлионелла. Это литотрофный организм, и ее температурный оптимум — примерно 6–7°С, поэтому она чаще развивается в ключевых и артезианских водах. Железобактерии, оседающие на внутренних поверхностях труб, извлекают из воды растворенное закисное железо и окисляют его с образованием малорастворимого гидрата окиси железа. При обильном развитии железобактерий вода приобретает ржаво-красную окраску, металлический привкус и запах. Вид железобактерий, преобладающих в системе водоснабжения, зависит в большей степени от содержания органических веществ (см.табл.1). Грибы в составе обрастаний встречаются в системах технического водоснабжения, питаемого неочищенной водой загрязненных источников. Для их роста необходима достаточно высокая концентрация растворенных органических веществ, поэтому в системах питьевого водоснабжения они развиваются редко. Простейшие редко бывают причиной развития обрастаний, но могут входить в состав наростов, образованных другими формами. Широко распространены в водоводах микроскопические колониальные животные — мшанки. Их колонии состоят из хитиновых трубочек, на концах которых располагаются отдельные особи. Мшанки питаются микроорганизмами путем седиментации. Черви Tubiflex и Nais можно обнаружить в резервуарах водопроводных сооружений и водопроводной воде в случае ее недостаточной очистки. Среди обрастаний нередко встречаются членистоногие: рачки-циклопы и личинки насекомых. Как правило, их появление напрямую связано с качеством предварительной обработки воды. Моллюски, встречающиеся в питьевых водопроводах, представлены большим числом видов, но особенно опасна Dreissena polymortha. Ее массовое развитие приводит к зарастанию подводных поверхностей гидротехнических сооружений, решеток, щитов, затворов и закупорке водоводов. При массовом отмирании Dreissena polymortha ухудшается вкус и запах воды. Автохтонные микроорганизмы поселяются в различных очистных сооружениях. Например, без предварительной обработки хлором в верхних слоях механических фильтров развивается богатый биоценоз из разных бактерий, жгутиковых, инфузорий, моллюсков; в резервуарах обнаруживаются черви, рачки, моллюски. Предварительное хлорирование прекращает развитие животных. Обрастания, развивающиеся на подводных поверхностях, стенках каналов, внутри труб, представляют собой биоценоз с определенными экологическими отношениями, складывающимися между его обитателями. Качественный и количественный состав биоценоза зависит от качества воды, материала поверхности прикрепления, скорости течения воды, ее температуры и других причин. Если при этом режим эксплуатации объекта меняется (например, режим водопотребления или режим обработки воды), это ведет только к смене состава биоценоза, но никак ни к его исчезновению. Формирование биоценоза обрастаний начинается с того, что на гладкой поверхности труб осаждаются иловатые (коллоидные) частицы и бактериальные клетки. В этом процессе наибольшую роль играют явления сорбции, электрические заряды клеток и оседающих частиц. При большой концентрации в исходной воде растворенных органических веществ биомасса биоценоза становится значительной при малом разнообразии видов. В чистой воде, наоборот, наблюдаются разнообразные по составу биоценозы, но с небольшой биомассой. Еще одна особенность биоценоза чистой воды — отсутствие в нем свободноплавающих организмов: вся микрофлора прикрепляется к поверхности. При массовом отмирании биологических обрастаний микроорганизмов (вследствие изменений условий существования или сезонных колебаний) биомасса разлагается с образованием сероводорода. В этом случае вода может приобретать запах сероводорода и содержать окрашенные в черный цвет включения сернистого железа. Другой путь образования сероводорода состоит в том, что в анаэробных условиях, которые создаются в плотных густых обрастаниях, сульфатвосстанавливающие бактерии окисляют органические вещества кислородом до сульфатов. При этом сера восстанавливается до сероводорода. Формирование биопленки в системах водоснабжения Удаление микроорганизмов не всегда является первоочередной задачей систем. Однако все системы очистки воды (особенно мембранные) сталкиваются с последствиями микробиологического роста, в особенности бактерий. Это обусловлено рядом причин: во-первых, присутствие бактерий в воде неизбежно, они живут в любых системах, где есть хоть какое-нибудь количество воды. Во-вторых, рост бактерий неизбежен, если есть питательные вещества (а им для «жизни» не так много надо). В-третьих, микробиологическое загрязнение намного легче предотвратить, нежели избавиться от него. Если рост микробиологических примесей не регулируется, т.е. вода не проходит стадию предварительной микробиологической подготовки, практически на всех поверхностях системы очистки воды начинается процесс формирования биопленок (или бактериальных обрастаний). Большинство типов бактерий, обнаруженных в воде, содержат слизь, имеющую в своем составе полисахарид (glycocalyx), которая увеличивает способность бактерий иммобилизоваться (закрепляться) на поверхности. Рост колоний иммобилизованных микроорганизмов происходит гораздо быстрее, нежели в планктоническом (свободном) передвижении. Иммобилизованные микроорганизмы формируют большую колонию, т.к. слой полисахаридной слизи помогает «прилипанию» как других бактерий, так и питательных веществ, которые «проплывают» мимо них, и также действует как защитный слой, который сопротивляется химическому воздействию. В дальнейшем микробиологическое обрастание будем называть биопленкой. Размер и сложность колонии, ее сопротивление дезинфекционной обработке, растут в пределах биопленки, которая является своеобразным барьером для доступа обычно используемых реагентов. Биопленка также становится источником вторичного загрязнения, когда процесс очистки не удаляет ее полностью. Однократная дезинфекционная обработка обычно затрагивает только верхний слой биопленки, поэтому жизнеспособные бактерии, находящиеся глубоко в ней, повторно загрязнят систему, что вновь приведет к бактериальному росту в течение нескольких дней. Непрерывная или периодическая дезинфекционная обрабока? Существуют два основных подхода к регулированию бактериального роста в системе водоснабжения. Первый должен обеспечить достаточный уровень биоцидного агента в пределах системы водоснабжения (непрерывное дозирование). Этот способ обычно используется, когда в исходную воду вводят большое количество хлора или хлораминов, чтобы обеспечить его остаточное содержание по системе распределения, вплоть до точек потребления. Хлор является самым обычным применяемым биоцидом (минимальное остаточное содержание — 0,3 мг/л). В качестве биоцида в данном случае чаще всего используется гипохлорит натрия (хорошо известный домашним хозяйкам как отбеливатель). В Европе более популярно применениеозонирования в системах очистки воды, хотя в этом случае поддержание остаточного содержания озона в воде затруднено из-за его быстрого разложения. Второй подход заключается в периодической дезинфекционной обработке системы. Варианты использования биоцидами при периодической или непрерывной обработке напрямую будут зависеть от требуемого качества воды. Например, при создании систем получения «ультрачистой воды», где недопустим контакт производимых изделий с какими-либо посторонними примесями, следует использовать периодическую обработку с отмывкой всей сети водоснабжения от биостатического химиката. И все же большинство систем водоснабжения, использующих непрерывное дозирование биоцида, будет также нуждаться в постоянном обслуживании (пусть не так часто), т.е. в очистке трубопроводов, их промывке и корректировке режимов дезинфекции. Даже в случае, когда выполнена постобработка воды ультрафиолетом (УФ) или проведено дополнительное дозирование биоцида в резервуарах хранения и системе распределения воды, вся система в целом будет требовать периодической дезинфекционной обработки. Развитие биопленки на различных стадиях обработки воды 1. Фильтры механической очистки и фильтры обезжелезивания. Одно-, двух- и трехслойные фильтры механической очистки обычно предназначены для удаления механических частиц (размером более 10–20 мкм), а также для удаления коллоидного железа (в окисленной форме). Большие площади фильтрации в таких фильтрах, складывающиеся из поверхности засыпного материала (как правило, смеси из кварцевого песка различной фракции и гидроантрацита) служат благоприятной средой для активного роста микроорганизмов, в особенности, если исходная вода не имеет остаточного содержания биоцида (например, при остаточном содержании активного хлора в пределах 0,5–1 мг/л роста биопленки на механических фильтрах не происходит). В случаях повышенного содержания растворенного железа в исходной воде необходимо добавлять окислитель (в частности, хлор) для окисления железа и его осаждения на фильтре (применение биоцида, обладающего окислительными свойствами, например, хлора или гипохлорита натрия, весьма полезно с точки зрения регулирования роста микробиологии). Если концентрация железа ниже 0,5 мг/л, введение биоцида в исходную воду полезно только с точки зрения контроля роста микробиологических загрязнений в оборудовании предварительной подготовки (даже если эксплуатационные затраты при этом выше). При выборе дозируемого биоцида для фильтров обезжелезивания воды следует обращать внимание на совместимость насыпного слоя (катализатора обезжелезивания) с раствором биоцида. 2. Фильтры умягчения воды. Умягчение воды (процесс Na-катионирования) достаточно часто используется для предотвращения процессов образования накипи, предварительной обработки воды перед установками обратного осмоса и пр. Указанный процесс не может быть «источником роста микробиологии», т.к. при регенерации катионообменной смолы используется насыщенный раствор поваренной соли (хлорида натрия), который является неблагоприятной средой для роста и развития микроорганизмов. 3. Фильтры адсорбционной очистки. Если в исходной воде содержится большое количество органических веществ, используют адсорбцию на активном угле. Здесь следует обратить внимание на тот факт, что органические вещества, содержащиеся в исходной воде, оказывают положительное влияние на общий рост микроорганизмов. Поэтому аспект проблемы, когда исходная вода содержит как органические компоненты, так и растворенное железо, мы оставим для дальнейшего обсуждения. В настоящей статье остановимся только на том, какое общее влияние может оказывать активный уголь при стандартных условиях, т.е. когда перманганатная окисляемость исходной воды менее 5 (мг⋅О2)/л. Активный уголь имеет огромную площадь для роста микробиологических загрязнений. Насыщение массы активного угля происходит послойно, начиная с верхних слоев фильтра, заканчивая более глубокими. Из-за разной избирательности адсорбции органических молекул из водных растворов вначале происходит адсорбция органических соединений, имеющих в своем составе развитые гидрофильные группировки (спиртовые, оксидные, полиэфирные) или ионизированные функциональные группы (анионы сульфогрупп, кислых эфиров серной и фосфорной кислот, карбоксильные и фенольные группы, катионы аминогрупп и азотсодержащих гетероциклов). Это приводит к тому, что при обработке воды биоцидами, в первую очередь на поверхности активного угля, будут сорбироваться продукты окисления органических соединений, образующихся при контакте биоцидов с микроорганизмами и содержащимися в воде органическими веществами. Те органические вещества, которые не вступили в реакцию с биоцидом, будут удаляться активным углем в более глубоких слоях, которые еще не насыщены. Это приводит к тому, что органические вещества, адсорбированные в более глубоких слоях угля, могут использоваться микроорганизмами в качестве питательной среды. Поэтому при использовании фильтров с активным углем на одной из стадий водоподготовки следует увеличивать дозу биоцида, а также время его контакта с водой до того, как вода подается на фильтр. Увеличение времени контакта биоцида с водой в данном случае необходимо из-за различия скоростей реакции окисления биоцидом различных органических соединений и микроорганизмов. Именно поэтому фильтры адсорбционной очистки известны как источники микробиологического загрязнения. Чтобы избежать этого, после таких фильтров устанавливают постоянную петлю рециркуляции. Это позволяет стабилизировать поток воды, проходящей через фильтр, а добавление УФ-облучения в этой петле способно задерживать микробиологический рост.Кроме того, слой активного угля периодически обрабатывают раствором гидроокиси натрия, имеющего в статическом режиме значение pH = = 11–12, т.е. выдерживают активный уголь в растворе в течение 4–24 ч. Такая обработка занимает время, поэтому в критических ситуациях для дезинфекционной обработки часто используется острый пар, если материал корпуса фильтра и все входящие в него компоненты способны выдержать требуемые давление и температуру (обычно 121°C и 0,3 МПа в течение двух часов). Такая обработка приводит к образованию мелких частиц активного угля, которые обычно удаляются путем обратной промывки фильтра с активным углем при его вводе в эксплуатацию. Помимо дезинфекционной обработки активного угля острым паром применяют обработку горячейводой с температурой 85°C в течение двух часов. 4. Патронные фильтры (микрофильтрационная очистка). Патронные фильтры относятся к фильтрам периодического действия, работающим под давлением. Их основа — патронные фильтрующие элементы (картриджи), изготовленные из различных материалов (глубинных, сорбционно-фильтрующих, мембранных, гофрированных, волоконных, намоточных, с перегородкой из нержавеющей сетки, насыпных картриджей и т.д.). Эффективная работа патронных фильтров достигается при соблюдении определенных условий эксплуатации и химической совместимости конструкционных материалов, из которых изготовлен как фильтрующий элемент, так и сам фильтродержатель. По своей конструкции фильтродержатели патронных элементов делятся на однопатронные и мультипатронные. Патронные фильтры с рейтингом фильтрации 25–100 мкм очень часто используются на стадии предварительной очистки (как фильтры-грязевики). Фильтрующие элементы с рейтингом фильтрации 5–10 мкм — либо как фильтры тонкой очистки в системах водоподготовки, либо как фильтры предварительной очистки в установках обратного осмоса. Фильтрующие элементы с меньшей тонкостью фильтрации используют для специальных стадий очистки воды, на которых наличие микробиологических загрязнений считается не столько критичным, сколько аварийным. По принципу действия патронные фильтры относят к тупиковой фильтрации: фильтрат проходит под давлением снаружи через фильтрующую перегородку фильтрующего(-их) элемента(-ов), задерживаемые примеси остаются либо на поверхности фильтрующей перегородки (поверхностная фильтрация), либо в ее глубине (глубинная фильтрация). Механизм фильтрации определяется типом устанавливаемых в фильтродержатель патронных фильтрующих элементов (картриджей). Фильтрация жидкости проводится либо до возникновения определенного перепада давления на фильтрующей перегородке за счет накопления механических примесей, либо до насыщения фильтрующего слоя растворенными примесями за счет адсорбции или ионного обмена (в случае применения сорбционнофильтрующих элементов). Как в случае с активным углем, здесь мы такжеимеем дело с огромной площадью фильтрации, особенно в случае применения фильтрующих элементов глубинного типа. Кроме того, в процессе тупиковой фильтрации на поверхности фильтрующей перегородки начинает образовываться так называемый поляризационный слой из микрочастиц, удерживаемых поверхностью фильтра. При этом рейтинг фильтрации (тонкость фильтрации) постоянно уменьшается за счет увеличения толщины этого поляризационного слоя. В этом слое начинают накапливаться не только микрочастицы, но и микроорганизмы, закрепляющиеся на поверхности удержанных фильтром микрочастиц. Таким образом, на поверхности фильтрующего элемента начинается рост микрофлоры. Для фильтрующих элементов глубинного типа аналогичный процесс наблюдается в глубине фильтрующего слоя. Чтобы избежать этого, после таких фильтров устанавливают постоянную петлю рециркуляции. Это позволяет стабилизировать поток воды, проходящей через фильтр, а добавление УФ-облучения в этой петле способно задерживать микробиологический рост. Кроме того, слой активного угля периодически обрабатывают раствором гидроокиси натрия, имеющего в статическом режиме значение pH = 11–12, т.е. выдерживают активный уголь в растворе в течение 4–24 ч. Такая обработка занимает время, поэтому в критических ситуациях для дезинфекционной обработки часто используется острый пар, если материал корпуса фильтра и все входящие в него компоненты способны выдержать требуемые давление и температуру (обычно 121°C и 0,3 МПа в течение двух часов). Неплохие результаты приносит периодическая обработка патронных фильтров растворами биоцидов. В этом случае, чтобы уничтожить выросшую биопленку, обычно требуется несколько циклов очистки. Первый этап — использование стандартного биоцидного агента. Второй этап — использование раствора с высоким pH, обычно раствора гидроокиси натрия, который помогает удалить высший слой бактерий, убитых биоцидом. Затем повторно вводится свежий раствор биоцида, для того чтобы убить следующий бактериальный слой, потом эта операция снова сопровождается обработкой каустиком. Этот цикл «биоцид — едкий натрий» должен быть повторен несколько раз, пока биопленка не будет полностью удалена. Для удаления обычной биопленки как правило требуется 5–10 циклов. Правда этот путь не может привести к восстановлению полной фильтрующей способности картриджей, особенно если последние относятся к фильтрам глубинного типа. Другая особенность патронных фильтров — наличие застойных зон в самом корпусе фильтра. За счет снижения скорости движения воды в корпусе фильтров на внутренней поверхности колокола (или колбы) могут иммобилизовываться и развиваться колонии микроорганизмов. При этом, если при работе установки очистки воды воздух, накапливающийся внутри колокола, отводится нерегулярно, происходит дополнительная аэрация воды и процесс роста биопленки резко ускоряется. Чтобы избежать этого явления, необходимо устанавливать автоматические устройства отвода воздуха из корпуса фильтра. Для полной очистки внутренней поверхности корпуса патронного фильтра от биопленки используют те же методы, что и для обработки фильтрующих элементов. 5. Установки очистки воды с использованием ультрафильтрационных, нанофильтрационных и обратноосмотических мембран. Конструкция мембранных установок довольно сложна, имеет много развитых поверхностей, щелей и застойных зон в ее трубопроводах и аппаратуре. Входящие в ее состав мембранные элементы имеют огромную площадь поверхности, которая легко доступна для закрепления и развития микроорганизмов. Именно они наиболее склонны к биологическому росту. При проектировании мембранных установок и рас чете эффективности их использования в том или ином производстве следует учитывать те расходы, которые могут понадобиться для поддержания воды безопасной в микробиологическом отношении (особенно в производствах, где бактериальное загрязнение является критичным для конечного продукта). Особенно это касается пищевой, медицинской, фармацевтической и электронной отраслей промышленности. В этих случаях, прежде всего, не следует экономить на трубопроводах и запорной арматуре. Наиболее простой и эффективный способ предотвращения роста биопленки на поверхности мембран — постоянный контроль общего микробного числа. При контроле и регистрации уровня микробиологических загрязнений в процессе эксплуатации мембранных установок полезно проводить анализ тенденций изменений микробиологического качества воды, как в очищенной, так и в исходной воде. В зависимости от источника водоснабжения и времени года в исходной воде могут наблюдаться сезонные колебания уровня ее загрязненности. Поэтому перед проектированием мембранных установок по-возможности следует проверять качество исходной воды в течение года. Бактериальный рост часто зависит от обстоятельств, которые сложно предсказать или предусмотреть, и здесь очень важно определить, существует ли тенденция к увеличению уровня загрязнения или просто произошел их сезонный всплеск. Если наблюдается медленный рост числа микроорганизмов, такой характер изменений не закономерен для процесса образования биопленки, которая отличается более быстрым увеличением. Пиковое увеличение числа микроорганизмов может указать на изменение состава исходной воды, который вызван какимилибо обстоятельствами. Пик роста может наблюдаться после длительного простоя установки без ее предварительной дезинфекционной обработки. Соблюдение регламентированных процедур периодической обработки мембран с использованием растворов химических реагентов (в том числе и растворов биоцидов), проводимых в процессе эксплуатации мембранной установки очистки воды, будет гарантом микробиологического благополучия. Процессы такой обработки мы рассмотрим в отдельной статье на примере обратноосмотических установок. 6. Ультрафиолетовая (УФ) стерилизация воды. Это наиболее перспективный и высокоэффективный метод обеззараживания воды относительно патогенных микроорганизмов, не приводящий к образованию вредных побочных продуктов, в отличие от хлорирования или озонирования. Установлено, что наибольшим бактерицидным воздействием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 200 до 295 мкм. Эта область ультрафиолетового облучения называется бактерицидной. Максимум бактерицидного излучения достижим при длине волны около 254 мкм. Этот вид излучения обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе на живые клетки. Поглощаясь внутри микроорганизмов молекулами ДНК и РНК, оно вызывает фотохимические изменения в их структуре. Известно, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор, поэтому применение ультрафиолета при подготовке питьевой воды позволяет, в частности, во многом решить проблему удаления вирусов гепатита А, которая не всегда решается при традиционной технологии хлорирования. Бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлора. При этом бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные споры бактерий, но и спорообразующие. Основное преимущество метода УФ-обеззараживания — легкость монтажа установок УФ-стерилизации в типовых технологических схемах и их относительная компактность, что не требует проведения значительных строительных работ на существующих водоочистных сооружениях. УФ-стерилизация не образует побочных продуктов при обработке воды, поэтому доза УФ-излучения может быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемиологическую безопасность, как по бактериям, так и по вирусам. Поэтому при УФ-обеззараживании воды не существует проблемы передозировки. Особое внимание при использовании установок УФ-обеззараживания воды следует обратить на предварительную подготовку воды. Для обеззараживания воды чаще всего используются установки с бактериологическими излучателямизакрытого типа, которые обеспечивают более высокую эффективность использования УФ-излучения ламп. При этом конструкция бактериологических излучателей обеспечивает равномерное распределение дозы облучения во всем объеме обеззараживаемой воды. Проникновение УФ-лучей в воду сопровождается их поглощением как самой водой, так и веществами, находящимися в воде в растворенном или взвешенном состоянии. Поглощающая способность воды характеризуется коэффициентом поглощения, цифровое значение которого показывает долю бактерицидного излучения, поглощенного слоем воды толщиной в 1 см. Влияние минерального состава воды на степень бактерицидного излучения проявляется, кроме того, в образовании осадка на поверхности чехлов УФ-ламп. Опыт работы показывает, что для применения УФ-стерилизации исходное качество воды должно соответствовать следующим требованиям: ❏ коли-индекс исходной воды не должен превышать 1000 ед/л; ❏ содержание железа в воде не должно превышать 0,3 мг/л; ❏ мутность воды не должна превышать 2 мг/л. При проектировании установок предварительной подготовки воды надо учитывать тот фактор, что при обработке воды, неблагоприятной в микробиологическом отношении, на фильтрах предварительной очистки может образоваться биопленка, что в свою очередь может вызывать увеличение общего микробного числа и ухудшать качество воды. Поэтому, в этих случаях лучше всего применять комбинированные методы обеззараживания воды. При размещении УФ-установок надо предусматривать возможность вторичного микробиологического загрязнения воды. Это происходит чаще всего из-за того, что водопроводная сеть и связанное с ней оборудование находятся в ненадлежащем санитарно-техническом состоянии. Поэтому УФ-обеззараживание наиболее применимо для локальных установок водоподготовки на завершающей стадии обработки воды для обеспечения требуемого питьевого качества, в непосредственной близости от потребителя воды. В УФ-установках должна предусматриваться периодическая очистка кварцевых чехлов, т.к. в процессе их работы накапливаются отложения органического и минерального происхождения на внутренней поверхности бактерицидной лампы. На практике применяются специальные системы очистки двух типов: механическая и химическая. В первом случае специальная муфта из фторопласта, приводимая в движение специальным механизмом и плотно облегающая кварцевый чехол, периодически скользит по нему. Ее основной недостаток — низкая надежность и недолговечность. Химическая очистка — более простой и эффективный метод. Она осуществляется путем циркуляции через установку воды с добавлением небольших доз пищевых кислот при помощи промывочного насоса. И в первом, и во втором случае УФ-установка отключается на проведение профилактических работ. Операция промывки кварцевых чехлов необходима для гарантии интенсивности УФ-излучения и, как следствие, качества обрабатываемой воды. Помимо очистки кварцевых чехлов от механических примесей периодически следует проводить их дезинфицирующую обработку с использованием стандартных растворов биоцидов. 7. Дозирование химических реагентов. Дозирование химических реагентов становится неотъемлемым процессом для систем очистки воды. Это: ❏ дозирование растворов биоцидов (окислителей) в процессах дезинфекции воды; ❏ дозирование растворов коагулянтов перед осветляющими фильтрами; ❏ дозирование ингибитора в установках обратного осмоса; ❏ корректировка химического состава воды в процессах приготовления различного рода напитков; ❏ корректировка химического состава воды в теплоэнергетических процессах (вода для водогрейных и паровых котлов, вода для оборотных систем водоснабжения, обработка систем парового конденсата и пр.); ❏ дозирование реагентов для дезинфекции воды в плавательных бассейнах и корректировки ее химического состава. Резервуары подачи растворов химических веществ, таких как антискаланты, коагулянты, флокулянты, биоциоды или восстановители, вещества для корректировки химического состава воды, могут сами стать источниками загрязнения. Чтобы предотвратить это явление, необходимо тщательно изучить все рекомендации изготовителя химических реагентов, определить соответствующие условия эксплуатации резервуаров и соблюдения «чистоты» приготовления растворов. Как правило, наиболее удачный подход к решению проблемы предотвращения роста микробиологических загрязнений в системах дозирования реагентов — обычный комплекс организационно-технических мероприятий: использование постоянных поставщиков реагентов, полная замена запасов реагента и полная периодическая очистка резервуаров с применением моющих и дезинфицирующих средств. 8. Защита очищенной воды. После очистки воды могут потребоваться определенные шаги для поддержания ее микробиологического качества. Независимо от всех используемых в дальнейшем методов поддержания микробиологической чистоты воды следует выполнить петлю рециркуляции от резервуаров для хранения очищенной воды до системы ее распределения для того, чтобы поддерживать минимальную скорость потока воды 1,5 м/с. В целом для поддержания микробиологического качества очищенной воды доступны несколько методов. Первый метод: следует нагреть воду до 80°C и поддерживать эту температуру по всей системе хранения и распределения очищенной воды. Второй метод: следует непрерывно дозировать озон (чрезвычайно мощный биоцид) с поддержанием его концентрации в воде на уровне 0,2–0,5 мг/л. Третий метод: следует установить УФ-обработку с длиной волны 254 мкм на петле рециркуляции и в точках отбора очищенной воды, хотя в этом случае УФ-излучение не будет уничтожать биопленку, которая образовалась с системе хранения и распределения воды. Все эти методы эффективны при защите очищенной воды от вторичного микробиологического загрязнения, поэтому при проектировании системы хранения и распределения воды следует учитывать только экономические аспекты. Резюме Микробиологическое загрязнение, и особенно рост биопленки, может серьезно отразиться на качестве очищенной воды и нанести существенный эксплуатационный ущерб установкам очистки воды. Компоненты с большими площадями поверхности, входящие в систему очистки, такие как загрузка фильтров и мембранные элементы, относятся к наиболее опасным с этой точки зрения. Если микроорганизмы не могут быть удалены полностью на стадиях предварительной очистки, необходимо ограничить их рост. Первый шаг в этом направлении— грамотное проектирование как самой системы очистки воды, так и составляющих ее компонентов, с целью устранения застойных зон и площадей, способствующих бактериальному развитию. Второй шаг включает в себя непрерывное или периодическое воздействие биоцидов на поверхности компонентов, входящих в систему очистки. Первое не всегда практично, но уменьшает частоту проведения циклов дезинфекционной обработки. Второе почти неизбежно, т.к. без проведения регулярных циклов дезинфекционной обработки компонентов системы очистки воды, рост микроорганизмов неизбежен. ТАБЛИЦЫ:1~2~;