Дезинфекция воды

По материалам статьи:
Urs von Guten
Ozonation of drinking water: Part II.
Water Research.2003.37. 1469-1487

Недавнее обозрение станций водоподготовки, использующих озон, показало, что в 90% случаев озон используется для целей дезинфекции. Так как мониторинг качества воды по всем возможным микроорганизмам нереален, во многих странах принята концепция ин-дикаторных микроорганизмов. Для этих целей могут быть выбраны колиформные организмы и E.Coli, так как их присутствие в воде показывает, что вода может быть контаминирована отходами жизнедеятельности человека и животных. Используя индикаторные микроорганизмы для оценки качества дезинфекции мы полагаем, что эффективность инактивации других патогенных микроорганизмов по крайней мере не хуже, чем эффективность инактивации индикаторных микроорганизмов. Однако, если инактивация индикаторных микроорганизмов более эффективна, чем инактивация других патогенов, то отсутствие индикаторных микроорганизмов не обязательно означает, что вода пригодна для питья. Для решения этой проблемы предлагается подход, основанный на оценке экспозиции дезинфектанта в реакторе (ct – фактор). Доза вычисляется как интеграл от концентрации дезинфектанта c(t) по времени его воздействия. Было установлено, что логарифм относительного уменьшения числа жизнеспособных микроорганизмов пропорционально cⁿt, согласно уравнению Chick-Watson
log(N/N₀) = -kcⁿt ,
где N₀ – начальное число микроорганизмов, N – число жизнеспособных микроорганизмов через время t, k – константа скорости инактивации конкретного микрооранизма, n – концентрация дезинфектанта, t – время контакта, n – эмпирический коэффициент, показывающий порядок (отличный от единицы) реакции. Во многих случаях и инактивация идет по реакции первого порядка. Следовательно, логарифм относительного уменьшения числа жизнеспособных микроорганизмов определяется константой скорости реакции псевдопервого порядка и величиной экспозиции ct. В большинстве случаев оценка эффекта дезинфекции базируется на литературных данных величины ct, которые были получены для конкретных микроорганизмов при уменьшении их количества на несколько порядков.
Определение интегральной характеристики ct для реального реактора водоподготовки связано с определенными трудностями, поэтому обычно эту величину определяют в рамках некоторых приближений. Концентрацию дезинфектанта измеряют на выходе реактора и умножают на время контакта t₁₀, соответствующее времени, необходимому для прохождения 10% индикаторного вещества через реактор. Однако для озонирования этот подход слишком консервативен и может привести к значительной недооценке величины в реакторе. Это, в свою очередь, может привести к избытку озона и увеличению содержания вторичных продуктов озонирования. Кроме того, переизбыток озона экономически неэффективен и должен быть сведен к минимуму в процессах водоподготовки. Одним из путей решения этой проблемы является динамический подход, в котором гидравлика реактора связывается с кинетикой дезинфекции. При таком подходе можно посчитать реальную дозу озона, что дает возможность более точной оценки эффекта дезинфекции. Так как существует большое количество данных по кинетике реакций озона, то за последние годы получено большое количество данных по кинетике инактивации микроорганизмов. В таблице 1 приведены данные по константам скоростей процессов озоновой дезинфекции.
Для микроорганизмов, которые с трудом подвергаются инактивации (например, B. subtilis, C. Parvum) в процессах дезинфекции наблюдается температурозависимая лаг фаза ct_lag . В этих случаях процесс инактивации моделируется законом Chick–Watson. При этом константа скорости инактивации Giardia lamblia cysts по литературным данным имеет разброс 2 порядка (см. таблица 1). Диапазон разброса должен учитываться при исследовании инактивации микроорганизмов и может быть обусловлен различными протоколами озонирования или различными штаммами.
В таблице 1 представлены также энергии инактивации микроорганизмов. Энергии активации для бактерий имеют то же порядок, что и химические реакции озона (35-50 кДж/моль), в то время как для простейших (G. muris, C. Parvum) они гораздо выше (~80 кДж/моль). Чтобы оценить эффект дезинфекции при изменении температуры, необходимо сравнить соответствующие значения энергии активации с энергиями активации разложения озона. Энергия активации разложения озона в различных водах лежит в диапазоне 65-70 кДж/моль). Это означает, что для одинаковых доз озона при снижении температуры степень дезинфекции бактерий и бактериальных спор увеличивается, а простейших – снижается.

Таблица 1