Альтернативные способы обеззараживания воды
Современные методы обеззараживания воды позволяют эффективно контролировать патогенные микроорганизмы. В последние десятилетия, однако, появилась серьезная озабоченность, связанная с образованием при обеззараживании с использованием хлора, хлораминов и озона ППО, многие из которых обладают канцерогенными свойствами. Они образуются во всех случаях, когда для обработки воды применяют химические окислители, а в воде присутствуют прекурсоры - органические вещества, взаимодействие с которыми дезинфектантов ведет к образованию ППО. При этом резистентность некоторых патогенов, таких, например, как Crystosporidium и Giardia, обуславливает повышенный расход дезинфектантов и, соответственно, большее образование ППО.
В самом общем виде можно представить три направления исследований в области обеззараживания воды с учетом данной ситуации:
- снижение содержания прекурсоров ППО в исходной воде;
- поиск дезинфектантов, использованием которых ведет к меньшему образованию ППО;
- разработка принципиально новых способов инактивации микроорганизмов без применения химических окислителей.
Ферратная технология
В последнее десятилетие получены результаты, свидетельствующие об эффективности ферратов (Fe₂O₄) в качестве дезинфектанта [26]. Сообщается об удалении 99,9% общих колиформ и эффективной инактивации колифага MS2 и Escherichiua coli при обработке ферратами [27].
Феррат натрия эффективно удаляет спорообразующие бактерии, обычно резистентные при хлорировании. Показана эффективность ферратов при удалении вирусов [28].
Как известно, бромированные и иодированные ППО, образующиеся при обеззараживании с использованием хлорагентов воды, содержащей бромиды и иодиды, являются более токсичными, нежели их хлорированные аналоги. В этой связи важной особенностью ферратов в качестве дезинфектанта является отсутствие взаимодействия с бромидами и на 3-4 порядка меньшее взаимодействие с иодидами.
Наноматериалы для инактивации бактерий и вирусов
С начала 1990-х гг. начали появляться сообщения о сильных противомикробных свойствах природных и искусственных наноматериалов, использование которых при этом не ведет к образованию ППО, поскольку механизм инактивации связан с повреждением клеточной мембраны микроорганизмов в результате контакта с наночастицами. В качестве такого рода наноматериалов используют пептиды и хитозан, наночастицы серебра, диокида титана и диоксида цинка, фуллерены и углеродные нанотрубки [29, 30, 31, 32, 33].
Главная причина высокой реакционной способности наночастиц заключается в их большой удельной площади поверхности, однако, агрегирование в водной среде существенно снижает значение этого параметра. Это характерно и для диоксида титана, и для фуллеренов. С другой стороны диспергированные наночастицы, вследствие их размеров, трудно выделить из водной среды, что требует дополнительной стадии мембранной фильтрации, обеспечивающей возвращение суспензии наночастиц в технологический процесс и предотвращающей их попадание в питьевую воду. При этом целый ряд исследований свидетельствуют о токсичности некоторых наноматериалов. Иммобилизация наночастиц на поверхности реактора или мембраны устраняет необходимость их сепарации. В этом случае, однако, ограничивается доступная площадь поверхности наночастиц, как для контакта с удаляемым материалом, так и для источника света, что снижает эффективность обеззараживания.
Другой проблемой является отсутствие остаточной концентрации дезинфектанта, приводящее к повторному развитию микроорганизмов в водораспределительных сетях в случае безреагентного обеззараживания. Эта проблема может быть решена параллельным использованием химического дезинфектанта для создания необходимой концентрации в процессе транспортировки воды.
Данная проблематика определяет направление исследований. Работы ведутся в области совершенствования различных покрытий, содержащих наноматериалы, минимизации загрязнения мембран путем иммобилизации функциональных наноматериалов, инкорпорирования наночастиц в фильтрующие среды (активированный уголь, ионообменные смолы). Для решения проблемы сепарации наноматериалов синтезируют наночастицы со структурой ядро-оболочка. При этом ядро обладает магнитными свойствами, что создает условия для проведения магнитной сепарации, а в состав оболочки входят различные функциональные наноматериалы, обеспечивающие фотокатализ, обеззараживание и пр. [29].
В настоящее время сложно говорить о близких перспективах широкого внедрения альтернативных методов обеззараживания воды, поскольку требуется решение слишком большого числа технических проблем. Примечательным является, однако, практически синхронное нарастание двух информационных потоков в зарубежной научно-технической периодике. С одной стороны множатся данные о токсичности ППО. Подробно исследуются не только последствия употребления традиционным образом обеззараженной питьевой воды, но и риски, связанные с посещением плавательных бассейнов и даже влажной уборкой и ручной стиркой в быту с использованием водопроводной воды. С другой стороны все большее число исследовательских работ посвящается альтернативным методам обеззараживания и в их числе в первую очередь методам, в большой мере исключающим химическое взаимодействие с содержащимися в воде органическими веществами [29].
Автор статьи: Кофман Владимир Яковлевич
