CC BY
57
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 628.166.085.3
УСИЛЕНИЕ БАКТЕРИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ УФ-ЛУЧЕЙ В УСТАНОВКАХ ПОЛЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
© 2011 г. В.В. Денисов, Л.Н. Фесенко, А.В. Денисова, Н.Н. Паненко
Южно-Российский государственный South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Для контейнерных и мобильных установок полевого водоснабжения войск, часто используемых и подразделениями МЧС РФ для обеспечения питьевой водой пострадавшего населения, предложено обеззараживание воды сочетанным действием УФ-лучей и химических дезинфектантов (ионы меди). В результате заданная глубина обеззараживания достигается при меньших затратах электроэнергии на генерацию ультрафиолета и повышается устойчивость воды к повторному бактериальному загрязнению.
Ключевые слова: водоснабжение; ультрафиолетовое облучение; ионы меди; мобильные установки; обеззараживание.
Water disinfection by combined action of UV-rays and chemical disinfectants (ions of copper) is proposed for container and mobile plants of field water supply of troops which are often used by subdivisions of the RF Ministry of Emergency to provide the suffered population with drinking water. As a result the specified depth of disinfection is achieved with less energy expenditures for UV generation and water resistance to repeated bacterial contamination is enhanced.
Keywords: water supply; ultraviolet radiation; ions of copper; mobile plants; disinfection.
Безреагентные методы обеззараживания питьевых вод привлекают внимание в связи с поиском новых эффективных способов дезинфекции, лишенных недостатков таких бактерицидных препаратов, как озон и особенно хлор.
В ряде контейнерных и мобильных установок полевого водоснабжения войск (серии СКО, ВФС-2,5 и др.), часто используемых и подразделениями МЧС РФ для обеспечения питьевой водой пострадавшего населения, предусмотрено обеззараживание воды УФ-лучами [1].
Наряду со значительными преимуществами этого способа обеззараживания, он имеет и ряд недостатков: повышенный расход электроэнергии и отсутствие бактерицидного последействия. Поэтому после прекращения УФ-облучения вода вновь подвергается внешнему бактериальному загрязнению. Чтобы не допустить этого, в воду, получаемую в вышеуказанных установках полевого водоснабжения, вводят хлорсодержащие дезинфектанты, обладающие пролонгированным бактерицидным действием. В полевых условиях трудно выдерживать требуемую дозу хлор-дезинфектанта (для установок серии ВФС это, как правило, нейтральный гипохлорит кальция), часто имеют место передозировки, из-за чего вода приобретает неприятный привкус. Коме того, указанный хлор-содержащий дезинфектант представляет опасность для человека в случае длительной работы с ним.
Нами, исходя из результатов собственных исследований и анализа литературных источников [2, 3], изучена возможность увеличения бактерицидной активности УФ-облучения воды посредством различно-
го сочетания его с ионами меди (II). Последние получали растворением соответствующей навески CuS04•5Н20 в воде. Известно, что ионы Си2+ обладают самостоятельным бактерицидным действием и, кроме того, являются бактериостатиками [4].
Ниже приведены результаты исследований по увеличению бактерицидной активности УФ-облу-чения воды посредством различного сочетания его с ионами меди.
Для опытов была взята предварительно простери-лизованная кипячением природная вода р. Аксай, в которую в дальнейшем ввели санитарно-показатель-ные микроорганизмы E.coli (кишечную палочку) в количестве 104 кл/л. Действием УФ-облучения (дозой около 20 мДж/см2) вода была доведена до санитарно-безопасного состояния (коли-индекс < 3). Далее вода была перенесена в 2 чашки Петри, одна осталась на контроле, во вторую внесен раствор CuSO4, из расчета 0,5 мг Си2+/л. Испытываемые пробы воды выдерживались при температуре 20 ±1 °С в условиях прямого контакта с атмосферным воздухом. Пробы воды анализировались на содержание микроорганизмов через каждые сутки.
Из полученных данных следует, что вода, в которую непосредственно после обработки УФ-лучами введены ионы меди (концентрация их существенно ниже ПДК - 1 мг/л [5]), успешно сопротивлялась повторному бактериальному загрязнению. Даже после искусственного инфицирования воды бактериями E.сoli (из расчета 102 кл/л) через двое суток вода вновь стала санитарно-безопасной.
Для изучения сочетанного действия УФ-излучения и ионов меди была поставлена отдельная серия опытов. В предварительно стерилизованную водопроводную воду вносили бактерии E.сoli из расчета 104 кл/л, после чего одну пробу инфицированной воды подвергали УФ-облучению при 20 °С, а вторую -воздействию ионов Си2+ из CuSO4 (из расчета 0,5 мг Си2+ / л) с периодическим отбором на бактериологический анализ. Другие пробы инфицированной воды вначале подвергали воздействию УФ-лучей определенной дозой, после чего в облученную воду немедленно вводили раствор CuSO4 в дистиллированной воде. По истечении определенного времени контакта производили анализ по определению выживших микроорганизмов.
Было обнаружено, что последовательное применение УФ-облучения и ионов меди позволяет значительно увеличить глубину обеззараживания, при этом появляется возможность снижать дозу облучения. Так, понижение исходного числа микроорганизмов в 103 раз достигается при индивидуальном воздействии УФ-облучения дозой 16 мДж/см2, аналогичный обеззараживающий эффект наблюдается при существенно меньшей дозе УФ-облучения (7 мДж/см2), если в облученную воду ввести ионы Си2+ с последующей выдержкой 2 ч.
Представляло интерес в теоретическом и практическом отношении изучение одновременного бактерицидного действия УФ-облучения и ионов меди. Учитывая более высокую бактерицидную активность УФ-лучей по сравнению с ионами меди, данную серию опытов проводили в сопоставимом интервале времени, по истечении которого в пробах воды, подвергнутых только УФ-обработке или сочетанному действию, не обнаруживалось живых микроорганизмов. Остальные параметры процесса оставлены без изменения.
Анализ полученных результатов показал, что одновременное воздействие УФ-лучей и ионов меди на микроорганизмы E.сoli позволяет существенно увеличить конечную глубину обеззараживания. При этом данные математической обработки указывают на синергетическое взаимоусиление физического (УФ-облучения) и химического (ионы меди) факторов,
Поступила в редакцию
входящих в состав изученной комбинации и методов обеззараживания воды.
Обнаруженный синергетический эффект, обеспечивающий достаточно длительное бактерицидное последействие (не менее 5 сут.), дает основание рекомендовать обеззараживание питьевой воды сочетан-ным действием УФ-лучей и ионов меди (в концентрации ниже ПДК) в установках полевого водоснабжения (особенно мобильных).
В условиях чрезвычайных ситуаций появляется необходимость создания запасов воды для длительного использования с гарантированной бактериальной безопасностью. Исследования показали, что при соче-танном использовании УФ-лучей, ионов Си2+ (<0,5 ПДК) и гипохлорита натрия (0,5 мг/л) вода остается устойчивой к внешнему бактериальному загрязнению в течение не менее 10 суток.
Важным является то обстоятельство, что сочетан-ное действие УФ-лучей и химических дезинфектан-тов, обладающих бактериостатическими свойствами, позволяет достичь заданной глубины обеззараживания при меньших затратах электроэнергии на генерацию ультрафиолета. Как следствие, возможно увеличение времени автономного функционирования мобильной установки полевого водоснабжения.
Литература
1. Руководство по полевому водоснабжению войск. М., 1984. 104 с.
2. Скурлатов Ю.И., Штамм Б.В. Ультрафиолетовое излучение в процессах водоподготовки и водоочистки // Водоснабжение и сан. техника. 1997. № 9. С. 14 - 18.
3. Васильев С.А., Волков С.В., Костюченко С.В. Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением. Особенности применения // Водоснабжение и сан. техника. 1998. №1. С.28.
4. Гутенев В.В. Бактерицидные технологии повышения экологической безопасности систем питьевого водоснабжения : дис. ... д-ра техн. наук. Н. Новгород, 2005. 447 с.
5. СанПин 2.1.4 1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества / Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России. М., 2002. 103 с.
10 мая 2011 г.
Денисов Владимир Викторович - д-р техн. наук, профессор Филиал академии связи МО РФ. Тел. (8635)27-94-08. Фесенко Лев Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой водного хозяйства предприятий и населенных мест, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)25-53-34.
Денисова Анастасия Владимировна - студентка, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (8635)25-36-16.
Паненко Наталья Николаевна - аспирант, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (904)509-29-36. E-mail: [email protected]
Denisov Vladimir Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, branch of the Russian Federation Ministry of Defense Academy of Communication (Novocherkassk). Ph. (8635)27-94-08.
Fesenko Lev Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department of water economy of organizations and populated areas, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)25-53-34. Denisova Anastasiya Vladimirovna - student, Novocherkassk State Land Reclamation Academy. Ph. (8635)25-36-16. Panenko Nataliya Nikolaevna - post-graduate student, Novocherkassk State Land Reclamation Academy. Ph. (904)509-29-36. E-mail: [email protected]___
