Дезинфекция насосного оборудования: методы, реагенты, системы дозирования и контроль качества воды

Дезинфекция — это совокупность мер, направленных на уничтожение возбудителей инфекционных заболеваний в окружающей среде. В промышленных и технологических процессах, где насосное оборудование взаимодействует с жидкостями, подверженными микробиологическому загрязнению, дезинфекция служит важным условием соблюдения санитарно-гигиенических норм. Особенно это актуально в пищевой, фармацевтической, коммунальной и химической отраслях

В зависимости от области применения и степени риска распространения инфекции используются различные методы и средства дезинфекции — от простых растворов на основе хлора до современных высокотехнологичных установок. Эффективная дезинфекция требует не только правильно подобранных средств, но и соблюдения технологических регламентов, что особенно актуально в условиях повышенных эпидемиологических требований

Каждый из этих видов может реализовываться с помощью различных методик, которые подбираются с учётом материала конструкции, типа загрязнений и технологических требований. В числе наиболее распространённых методов:

• механическая очистка (удаление налёта, остатков среды)
• физическое воздействие (горячая вода, пар, УФ-обработка)
• химическая дезинфекция (щелочные, кислотные, дезинфицирующие растворы)
• биологические средства (редко, но применяются в специфических установках)
• комбинированные подходы, сочетающие несколько технологий для повышения эффективности

Регулярная и грамотно организованная дезинфекция насосного оборудования снижает риск микробного заражения, предотвращает порчу продукции и способствует бесперебойной работе всего технологического процесса

Дезинфекционные мероприятия необходимы в различных сферах, где насосы играют важную роль в перекачивании жидкостей. Обработка оборудования обеспечивает санитарную безопасность, предотвращает развитие биоплёнок и способствует поддержанию стабильного качества технологических процессов

Широкая применимость дезинфекции делает её неотъемлемой частью эксплуатации насосного оборудования, особенно в условиях, где чистота и микробиологическая безопасность критически важны

В промышленной дезинфекции, особенно в пищевом производстве, применяются различные химические вещества, отличающиеся механизмом действия, физико-химическими свойствами и областью допустимого применения

Диоксид серы (сернистый ангидрид) — SO₂
Бесцветный удушающий газ или жидкость с высокой плотностью (2,927 г/л). Температура плавления: –75,5°C, кипения: –10,01°C. Эффективен против широкого спектра микроорганизмов

Перекись водорода (пергидроль) — H₂O₂
Бесцветная жидкость с плотностью 1,452 г/см³. Температура плавления: –0,43°C, кипения: 152°C. Обладает мощными окислительными свойствами, разлагается с выделением кислорода и тепла, что усиливает её дезинфицирующий эффект

Перуксусная кислота (надуксусная) — CH₃COOOH
Бесцветная жидкость с резким запахом, плотность 1,226 г/см³. Температура плавления: 0,1°C, кипения: 105°C. Обладает высокой активностью и биоразлагаемостью, но крайне взрывоопасна

Озон — O₃
Мощный окислитель, используемый для дезинфекции всех видов воды и поверхностей. Образуется на месте, требует точных систем дозирования. Не оставляет остаточных продуктов и не требует смывания

Эти вещества используются индивидуально или в сочетании в зависимости от требований безопасности, типа оборудования и технологической среды. Выбор дезинфектанта требует строгого учёта условий эксплуатации, что особенно важно для насосных установок, работающих с химически активными или температурно нестабильными жидкостями

Уравнение разложения перекиси водорода (H₂O₂), которое происходит с выделением кислорода. В процессе разложения перекись водорода распадается на воду и кислород, при этом выделяется энергия:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ + 196,1 кДж

Формула показывает, что две молекулы перекиси водорода (H₂O₂) при разложении дают две молекулы воды (H₂O), одну молекулу кислорода (O₂) и выделяют 196,1 кДж энергии. Это экзотермическая реакция, которая используется в различных процессах, включая дезинфекцию и очистку

Хлорсодержащие дезинфектанты являются одними из самых распространённых средств для уничтожения микроорганизмов, бактерий и вирусов. Благодаря своим мощным окислительным свойствам, хлор и его производные эффективно используются в самых различных отраслях, где требуется санитарная очистка воды и поверхностей. В частности, они находят широкое применение в очистных сооружениях, плавательных бассейнах и пищевой промышленности

В данной категории дезинфектантов выделяются такие химические вещества, как газообразный хлор, диоксид хлора и трихлороизоциануровая кислота. Каждый из этих препаратов имеет свои особенности применения и правила безопасности, которые должны учитываться в процессе эксплуатации

Виды хлорсодержащих дезинфектантов

Эти дезинфектанты играют важную роль в поддержании санитарной безопасности на очистных сооружениях, в плавательных бассейнах и других водных системах, требующих строгой микробиологической очистки

Концентрация — это важнейший параметр, характеризующий состав раствора, отражающий количество растворённого вещества по отношению к объёму или массе всего раствора. Иными словами, концентрация показывает, насколько «насыщен» раствор тем или иным компонентом и позволяет количественно оценить степень присутствия вещества в растворённой форме

Различные способы выражения концентрации используются в зависимости от задач: для технологического контроля, приготовления рабочих растворов, лабораторного анализа или санитарной обработки. В частности, в области дезинфекции точное знание концентрации позволяет добиться стабильного антимикробного эффекта при соблюдении требований безопасности

Процентная концентрация (%) — отношение массы растворённого вещества к массе всего раствора, выраженное в процентах, или количество граммов растворённого вещества в 100 г раствора
P, % (мас.)

В граммах растворённого вещества на 1 л раствора — количество граммов растворённого вещества в 1 литре раствора
C,г/дм₃ или г/л; мг/л или ppm; мкг/лC

Молярная концентрация — количество моль растворённого вещества в 1 литре раствора
M, моль/лM, моль/л

Эквивалентная (нормальная) концентрация — количество эквивалентных масс растворённого вещества в 1 литре раствора
N, г-экв/лN,г-экв/л

Соотношения концентраций различных растворов представляют собой математические выражения, которые позволяют переводить одну единицу измерения концентрации в другую. Это важно в химии и других областях, где требуется точность при приготовлении растворов с заданными характеристиками

Соотношения концентраций растворов определяется по формуле

Р = С/10ρ = М·Мв/10ρ = N·Э/10ρ

• Mмол — молекулярная масса растворённого вещества
• ρρ — плотность раствора
• EE — эквивалентная масса растворённого вещества в г/см³

N г-экв/л [H+]	рН	N г-экв/л [OH-]
1	0	10 *(-14)
0.1	1	10 *(-13)
10 *(-2)	2	10 *(-12)
10 *(-3)	3	10 *(-11)
10 *(-4)	4	10 *(-10)
10 *(-5)	5	10 *(-9)
10 *(-6)	6	10 *(-8)
10 *(-7)	7	10 *(-7)
10 *(-8)	8	10 *(-6)
10 *(-9)	9	10 *(-5)
10 *(-10)	10	10 *(-4)
10 *(-11)	11	10 *(-3)
10 *(-12)	12	10 *(-2)
10 *(-13)	13	0.1
10 *(-14)	14	1

Это растворы, обладающие способностью поддерживать стабильное значение pH при добавлении небольших количеств кислоты или щелочи, а также при незначительных разбавлениях. Такая устойчивость достигается за счёт присутствия в составе буфера сопряжённой кислотно-основной пары, которая реагирует с поступающими ионами водорода (H⁺) или гидроксида (OH⁻), предотвращая резкие изменения кислотности среды

Такие системы широко применяются на водоочистных станциях, в бассейнах и пищевой промышленности для постоянного мониторинга качества воды и соответствия санитарным нормам

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)

Или редокс-потенциал (от англ. RedOx — Reduction/Oxidation) представляет собой величину, отражающую химическую активность элементов и соединений в реакциях, где происходит изменение заряда ионов в растворах

Cl₂ + H₂ = HClO + HCl
HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Виды редокс-сред:

• Окислительная среда — значения E(0)298 (или Eh) превышают +100...150 мВ. Это свидетельствует о наличии свободного кислорода и высоком окислительном потенциале воды
• Переходная зона — Eh в диапазоне от 0 до +100 мВ. Характеризуется нестабильными условиями между восстановлением и окислением
• Восстановительная среда — значения Eh отрицательные (Eh < 0). Типична для подземных вод, где присутствуют ионы металлов в низких степенях окисления (Fe²⁺, Mn²⁺, Mo⁴⁺), а также сероводород

ОВП напрямую зависит от температуры и уровня pH раствора. При обработке воды, особенно в бассейнах, редокс-потенциал используется как один из ключевых показателей контроля качества. Он помогает судить об эффективности обеззараживания

Зависимость ОВП от времени жизни E.coli:

ОВП, мВ	Время жизни E.Coli, мин
450–500	167
500–550	6
550–600	1,7
700–750	0,2
750–800	0,05

Чем выше значение ОВП, тем быстрее погибают патогенные микроорганизмы, что подтверждает его значение в системах дезинфекции

Содержащие хлор соединения отличаются по степени окисления элемента и, соответственно, по химическим и окислительным свойствам. По мере увеличения степени окисления хлора возрастают как кислотные, так и окислительные свойства соединений

• Хлориды
  Представляют собой соли соляной кислоты (HCl)
  Пример: NaCl — хлорид натрия (поваренная соль)
• Хлор
  Элементарный газообразный хлор — Cl₂ — используется в дезинфекции и синтезе хлорсодержащих соединений
• Гипохлориты
  Соли хлорноватистой кислоты (HClO)
  Пример: NaClO — гипохлорит натрия. Применяется в бытовых и промышленно-дезинфицирующих средствах
• Хлориты
  Производные хлористой кислоты (HClO₂)
  Пример: NaClO₂ — хлорит натрия. Является источником диоксида хлора:
  

  5NaClO₂ + 4HCl = 5NaCl + 4ClO₂↑ + 2H₂O

• Хлораты
  Соли хлорноватой кислоты (HClO₃)
  Примеры: NaClO₃, KClO₃ (бертолетова соль). Обладают сильными окислительными свойствами как в растворах, так и в твёрдом виде. В смеси с органическими веществами (углерод, сера и др.) способны детонировать
• Перхлораты
  Соли хлорной кислоты (HClO₄)
  Пример: NaClO₄ — перхлорат натрия. В свободном состоянии перхлораты крайне взрывоопасны

Гипохлорит натрия (NaClO)

Гипохлорит натрия — бесцветное кристаллическое вещество, обладающее выраженной нестабильностью. Содержит до 95,2% активного хлора — это эквивалент количества хлора (Cl₂), которое высвобождается при реакции с соляной кислотой:

NaClO + 2HCl → Cl₂ + NaCl + H₂O

Cl⁻ — le⁻ → Cl⋅

В водном растворе гипохлорит натрия склонен к разложению. При комнатной температуре он может терять до 30% активного хлора за 10 дней. Реакция разложения: 2NaClO → 2NaCl + O₂↑

Факторы, влияющие на стабильность

На стабильность гипохлорита натрия влияет ряд факторов. Распад вещества ускоряется при наличии хлоридов щелочных металлов. В то же время разложение замедляют такие добавки, как сульфат магния (MgSO₄), метасиликат натрия (Na₂SiO₃), борная кислота (H₃BO₃), а также гидроксид натрия (NaOH). Последний особенно эффективен, так как повышение pH среды значительно повышает устойчивость раствора

Активный хлор (суммарный)

Активный хлор — это совокупность всех форм хлорсодержащих веществ в растворе, обладающих окислительной способностью. Он подразделяется на две категории: свободный и связанный активный хлор

Обычно при анализе воды определяют общее содержание активного хлора как сумму Cl₂, HClO и ClO⁻. Концентрации отдельных компонентов можно вычислить, опираясь на показатели pH и значения равновесных констант

Методы определения остаточного активного хлора по ГОСТ 18190-72

Остаточный активный хлор (ОАХ) включает как свободные, так и связанные формы активного хлора. Для их количественного анализа используются различные методики, каждая из которых имеет свою специфику

Метод	Применение
Иодометрический метод	Применяется для одновременного определения общего количества свободного и связанного активного хлора. Анализ проводится при подкислении пробы до pH 4,5. Метод рекомендуется использовать при концентрации активного хлора свыше 0,3 мг/л. Основные реакции: HClO + HCl + 2KI → J₂ + 2KCl + H₂ / NHCl₂ + 3HCl + 4KI → 2J₂ + NH4Cl + 4KC / J₂ + 2Na₂S₂O₃ →2NaJ + NaS₂S4O6
Метод с метиловым оранжевым	Предназначен для определения только свободного остаточного активного хлора. Основан на том, что свободный хлор способен окислять метиловый оранжевый, в то время как хлорамины (связанный хлор) — нет, из-за более слабого окислительного потенциала
Расчёт связанного активного хлора	Количество связанного активного хлора определяют как разность между результатами методов 1 и 2. Также может использоваться методика Пейлина

Эти методы позволяют раздельно контролировать содержание различных форм хлора, что особенно важно при анализе воды в системах дезинфекции и водоподготовки

Образование связанного хлора

Мочевина и её взаимодействие с активным хлором

Мочевина (карбамид) — это диамид угольной кислоты с формулой (NH₂)₂CO. Человеческий организм выделяет от 25 до 30 граммов мочевины в сутки (при объёме мочи около 1–1,5 литра). Объём мочевого пузыря в среднем составляет от 250 до 500 мл. Концентрация мочевины составляет 20–25 г/л.

Фторирование воды

В водоснабжении начали использовать другие формы фтора. Вместо солей фтора начали применять более дешёвые кремнефториды, такие как гексафторкремниевая кислота (H₂SiF₆), отходы производства минеральных удобрений при обработке фосфатов серной кислотой

Вещества, используемые при проведении процесса дезинфекции

Процесс дезинфекции включает в себя использование различных химических веществ, которые обеспечивают эффективное уничтожение микроорганизмов и бактерий в воде и других средах

Эти вещества играют ключевую роль в процессе дезинфекции и водоочистки, обеспечивая контроль кислотности, активность хлора и другие параметры для поддержания санитарных стандартов

Современные средства для обработки воды в бассейнах

Дезинфектант	ОВП Е° В	Органо-лептические свойства	Образование побочных веществ	Технические сложности	Прочее
Озон	2.07	Нет привкуса	Кислород	Высокая стоимость оборуд.	Ядовит
Перекись водорода	1.77	Нет привкуса	Вода или кислород	Высокая стоимость реагента	—
Перманганат калия	1.67	Привкус	MnO₂ ; Mn²+	Высокая стоимость реагента	Осадок MnO₂
Диоксид хлора	1.57	Привкус	Хлориды Cl-, хлорамины и др.	Высокая стоимость реагента	Ядовит
Хлорноватистая кислота	1.49	Привкус	Хлориды Cl-, хлорамины и др.	—	—
Хлор	1.36	Привкус	Хлориды Cl-, хлорамины и др.	Спец. оборудование	Коррозия оборудования. Ядовит
Кислород	1.23	Нет привкуса	Нет	Опасность пожара	—
Бром	1.09	Привкус	Бромиды	Высокая стоимость реагента	—
Йод	0.54	Привкус	Иодаты	Высокая стоимость реагента	—

Классификация электролитов по степени диссоциации

Сила кислот и оснований определяется тем, насколько полно их молекулы распадаются (диссоциируют) на ионы в водном растворе

Растворы сильных кислот и щелочей полностью диссоциируют, образуя высокую концентрацию ионов водорода (H⁺) или гидроксид-ионов (OH⁻). В противоположность им, растворы слабых кислот и оснований содержат значительно меньше ионов, так как диссоциация происходит лишь частично

Сильные	Слабые
Кислоты	Кислоты
HClO₄ — хлорная кислота	H₂SiO₃ — кремниевая кислота
HNO₃ — азотная кислота	H₃BO₃ — борная кислота
HCl — соляная кислота	H₂CO₃ — угольная кислота
H₂SO₄ — серная кислота	Большинство органических кислот (например, уксусная, лимонная и др.)
Щёлочи	Щёлочи
NaOH — гидроксид натрия	NH₄OH — гидроксид аммония
KOH — гидроксид калия	Al(OH)₃ — гидроксид алюминия
Ca(OH)₂ — гидроксид кальция	Fe(OH)₃ — гидроксид железа (III). Все органические основания (например, амины)

Гидролиз — это реакция взаимодействия ионов соли с ионами воды (H⁺ и OH⁻), в результате которой раствор приобретает кислую или щелочную реакцию

Пример гидролиза сульфата алюминия:

1. Al₂(SO₄)₃ + 2OH⁻ → 2(AlOH)SO₄ + H₂SO₄
2. 2(AlOH)SO₄ + 2H₂O → [Al(OH)₂]₂SO₄ + H₂SO₄
3. [Al(OH)₂]₂SO₄ + 2H₂O → 2Al(OH)₃↓ + H₂SO₄

Суть процесса

Гидролиз противоположен нейтрализации. Он зависит от природы кислоты и основания, из которых образована соль:

• Соль сильной кислоты и слабого основания
  При гидролизе в растворе преобладает ион H⁺, так как кислота полностью диссоциирует, а основание — нет. Реакция среды: кислая (pH < 7)
• Соль слабой кислоты и сильного основания
  В растворе преобладает ион OH⁻, поскольку основание диссоциирует полностью, а кислота — частично. Реакция среды: щелочная (pH > 7)

Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Наименование	Примеры
Жидкость	Газ	Ж. аэрозоли	Туман
Твердое тело	Газ	Тв. аэрозоли	Дым, пыль
Газ	Жидкость	Пены	Мыльные пены
Жидкость	Жидкость	Эмульсии	Молоко
Твердое тело	Жидкость	Золи	Жидкая глина, глина
Газ	Твердое тело	Тв. пены	Пенополистирол
Жидкость	Твердое тело	Тв. эмульсии	Опал, жемчуг
Твердое тело	Твердое тело	Тв. суспензии	Окрашенные пластмассы

Коагуляция — это процесс слипания частиц коллоидной системы, возникающий при их столкновениях. Эти столкновения могут происходить в результате теплового (броуновского) движения, механического перемешивания или направленного воздействия внешнего силового поля

Флокуляция — это разновидность коагуляции, при которой мелкие частицы, находящиеся в взвешенном состоянии в жидкости или газе, объединяются в рыхлые агрегаты — флокулы, напоминающие хлопья

Этот процесс происходит благодаря действию флокулянтов, таких как полиэлектролиты, которые связывают коллоидные частицы за счёт электростатических взаимодействий

Этапы флокуляция:

1. Начало адсорбции — полиэлектролит взаимодействует с отдельной частицей
2. Начало флокуляции — полиэлектролит соединяет несколько частиц, образуя рыхлое хлопьевидное скопление

Флокуляция широко применяется в водоочистке, химии и пищевой промышленности для удаления мелкодисперсных загрязнений

Системы дозирования и дезинфекции играют ключевую роль в промышленности, обеспечивая точность и безопасность процессов, связанных с добавлением химических реагентов в жидкие среды. Такие насосы-дозаторы используются в различных отраслях, включая водоснабжение, химическую и пищевую промышленность, а также в коммунальном хозяйстве для очистки и дезинфекции воды

Основная цель этих систем — гарантировать надежное и эффективное внесение определенных химических веществ в нужных количествах, что обеспечивает требуемый уровень качества и безопасности продукции или воды. рассмотрим основные популярные модели от Grundfos

Вывод

Эффективная дезинфекция воды — это комплексный процесс, включающий не только уничтожение патогенных микроорганизмов, но и стабилизацию физико-химических параметров среды. Для достижения санитарных норм применяются различные методы: от химических (гипохлорит, перекись водорода, озон) до физических (ультрафиолет, фторирование). Каждый из них требует точного расчёта концентраций, понимания кислотно-щелочного баланса (pH), а также учёта процессов, таких как гидролиз и буферное действие

Особое внимание уделяется взаимодействию активного хлора с органическими и неорганическими загрязнителями, в том числе мочевиной, что важно при эксплуатации бассейнов. Расчёт остаточного хлора, учёт его свободных и связанных форм, а также определение ОВП (окислительно-восстановительного потенциала) позволяют объективно контролировать степень обеззараживания воды

Дополнительную роль играют процессы коагуляции и флокуляции, направленные на удаление коллоидных и взвешенных частиц. Они обеспечивают не только микробиологическую, но и визуальную чистоту воды, устраняя помутнение и осадок

Таким образом, обеспечение качества воды — это строго выверенное взаимодействие химии, физики и инженерии, в основе которого лежат знания о диссоциации, реакциях нейтрализации, гидролизе, электролитах и агрегатных превращениях частиц