Методы улучшения качества питьевой воды подразделяются на:

1. Основные – осветление и обесцвечивание, обеззараживание

2. Специальные – умягчение, обезжелезивание, опреснение, фторирование, обесфторивание и др.

4.1. Основные методы.

Целью основных методов обработки питьевой воды является улучшение органолептических (осветление и обесцвечивание) и бактериологических (обеззараживание) показателей.

4.1.1. Осветление, обесцвечивание.

Под осветлением воды понимают удаление взвешенных веществ. Обесцвечивание воды – устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Осветление и обесцвечивание воды достигается методами отстаивания, фильтрования через пористые материалы и коагулирования. Очень часто эти методы применятся в комбинации друг с другом, например, отстаивание с фильтрованием или коагулирование с отстаиванием и фильтрованием.

Отстаивание.

С помощью отстаивания можно достичь освобождения воды лишь от крупных взвешенных частиц диаметром не менее 0,1-0,01 мм. Более мелкие частицы практически не оседают. Для их удаления требуется проводить коагулирование. В составе большинства сооружений водопроводных станций имеются специальные бассейны непрерывного действия, называемые отстойниками. Принципом работы отстойника является замедление скорости движения воды при переходе из узкого русла трубы в широкое русло бассейна (с 1 м до нескольких мл в секунду). Движение воды настолько замедляется, что оседание взвеси происходит в условиях, близким тем, какие создаются при ее полной неподвижности. При этом мелкие частицы нередко агломерируют (укрупняются) и также приобретают способность к оседанию. В зависимости от направления движения воды различают горизонтальные и вертикальные отстойники.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, снабженный приспособлениями для сообщения воде ламинарного течения. Дно горизонтального отстойника имеет наклон в сторону входной части, где находится приямок для сбора осадка. Осветляемая вода поступает через водосливной лоток и далее через дырчатую перегородку с одной из торцовых сторон отстойника, а выходит с другой торцовой стороны через дырчатую перегородку и затем через лоток. Обычно отстойник разбивают на ряд параллельно работающих коридоров шириной не более 6 м, расчетная скорость движения воды составляет 2 – 4 мм/с. В отстойнике частица взвеси находится под действием двух взаимно перпендикулярных сил: скорости выпадения по вертикали и скорости движения вод, увлекающей частицу в горизонтальном направлении. В результате действия этих сил частица либо опускается на дно или выносится из отстойника.

Вертикальный отстойник - резервуар конической или пирамидальной формы. В центре резервуара помещается металлическая труба, в верхнюю часть которой поступает осветляемая вода. Пройдя ее сверху вниз, осветляемая вода поступает в зону осаждения, которую проходит по всему ее сечению снизу вверх с небольшой скоростью.

Осветленная вода переливается через борт отстойника в круговой желоб. Осадок, накапливающийся в нижней части отстойника, периодически (1-2 раза в сутки) удаляют. В вертикальных отстойниках скорость воды составляет 0,4 – 0,6 мм/с и время прохождения 4 – 8 часов. Преимуществом вертикальных отстойников является малая площадь.

Недостатком метода отстаивания является: медленность, и увеличение объема отстойников для удлинения времени осаждения, кроме того, наиболее мелкая взвесь не успевает осесть и коллоидные вещества совсем не выделяются.

Рис.1 Вертикальный отстойник

В военно-полевой практике, особенно при длительном пребывании войск на одном месте, метод отстаивания может применяться в виде устройства небольших запруд и искусственных водоемов, имеющих сообщение с рекой.

При длительном отстаивании, которое не редко происходит в естественных природных условиях (пруды, водохранилища), наблюдается не только увеличение прозрачности, но и снижение цветности и количества микроорганизмов (по Хлопину на 75-90%),

Коагулирование.

Сущность процесса коагуляциисостоит в том, что вещества, находящиеся в воде в коллоидном состоянии, свертываются, образуют хлопья и выпадают в осадок. Осветление воды коагулированием применятся, прежде всего, с целью освобождения ее от мутности и цветности, обусловленных коллоидными взвесями. Коагуляция происходит под влиянием химических реагентов – коагулянтов, в качестве которых применяют соль алюминия А1 2 (SО 4) 3 * 18Н 2 О, сернокислое железо FeSO 4 * 7Н 2 О и хлорное железо FеС1 3 * 6Н 2 О.

Вода, обладающая значительной цветностью и мутностью, представляет собой полидисперсную систему, содержащую электролиты, коллоидные частицы (главным образом гуминовые кислоты и их соли) и грубодисперсные примеси. Коагулянты, будучи растворены в воде, подвергаются гидролизу с образованием труднорастворимых гидратов окисей хлопьевидной структуры.

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca(HCO 3) 2 = 2 Al(OH) 3 + 3Ca SO 4 + 6 CO 2

Al 2 (SO 4) 3 + 3Mg(HCO 3) 2 = 2 Al(OH) 3 + 3Mg SO 4 + 6 CO 2

При взаимодействии положительно заряженного коллоида гидрата окиси алюминия с отрицательно заряженными коллоидами воды происходит потеря заряда, приводящая к агломерации коллоидных частиц и выпадению их в осадок.

Рыхлые хлопья самого коагулянта обладают огромной активной поверхностью (десятки квадратных метров на 1г осадка), на которой сорбируются коллоидные частицы и более грубые взвеси (последние в большей мере захватываются механически), и оседают вместе с ними на дно, осветляя воду.

На эффективность коагуляции влияют активная реакция и щелочность воды, интенсивность перемешивания, количество грубой взвеси, температура воды. Для вод различного состава должны подбираться разные дозы коагулянта.

Для ускорения процесса коагуляции применяют флоккулянты – высокомолекулярные синтетические соединения. Применение флокуллянтов позволяет ускорить процесс коагуляции, увеличить скорость восходящего движения воды в осветлителях со слоем взвешенного осадка, уменьшить время пребывания воды в отстойниках за счет увеличения скорости осаждения хлопьев, увеличить скорость фильтрования и продолжительность фильтроцикла.

Фильтрование воды.

Производится с целью освобождения ее от взвешенных частиц, обуславливающих мутность. Наряду с этим на фильтре частично задерживаются микроорганизмы, некоторые ядовитые и радиоактивные вещества, снижаются цветность, окисляемость воды.

Фильтры классифицируют по скорости фильтрования – медленные (0,1-0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч), по направлению фильтрующего потока – одно- и двух поточные, по числу фильтрующих слоев – одно- и двухслойные.

Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя. Фильтрующий слой выполняют из материала, обладающего достаточной прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крошка, керамзит). Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтрующий материал не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия. Он состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм.

Фильтрование воды осуществляется двумя принципи­ально отличающимися друг от друга методами. Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтру­ющей загрузки. Вначале вследствие механического осаж­дения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органиче­ских веществ осадку (биологическая пленка). Образова­нию пленки способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фито­планктона. Пленка достигает толщины 0,5-1 мм и больше.

Биологическая пленка играет решающую роль в работе так называемых медленных фильтров. Помимо задержа­ния мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95-99%), обеспечивает сни­жение окисляемости (на 20-45%) и цветности (на 20%) воды. Медленные фильтры, отличающиеся простотой устройства и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в нача­ле XIX века. В дальнейшем, в связи с ростом водопотребления и мощностей водопроводов, они уступили место скорым фильтрам, преимуществом которых является большая производительность и меньшая площадь, что важно в условиях современного города.

Медленные фильтры сооружают с загрузкой фильтру­ющего слоя из кварцевого песка высотой 800-850 мм и поддерживающего слоя гравия или щебня высотой 400- 450 мм. Скорость фильтрации составляет 0,1-0,3 м/ч. Профильтрованная вода собирается дренажной системой, расположенной на дне фильтра. Очистка фильтра произво­дится через 10-30 суток вручную, путем снятия верхнего слоя песка толщиной 15-20 мм и подсыпки свежего. После очистки фильтра фильтрат в течение нескольких дней, до образования биологической пленки, идет на сброс.

Скорые фильтры устроены несколько сложнее. Они имеют специальную подготовку чистой воды для промывания под напором и латки для сбора и отведения промывной воды. Вода на скорые фильтры должна подаваться как правило после коагуляции. Фильтрующая пленка создается очень быстро, главным образом за счет хлопьев коагулянтов. Скорость фильтрации достигает 5-7 м/ч, то есть в 50-70 раз больше, чем в медленных фильтрах. Это обстоятельство позволяет фильтровать большие количества воды через сравнительно небольшие фильтрующие площади. Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтровании механические примеси воды про­никают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на повер­хности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равно­мернее они распределяются.

Высота слоя воды над поверхностью загрузки долж­на быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании производится промывка фильтра. При увеличении сопротивления больше допустимой величины фильтрующая пленка снимается промыванием чистой водой, пускаемой в фильтр снизу вверх под напором. Такое промывание приходится делать 1-2 раза в сутки в зависимости от степени мутности фильтруемой воды.

Промывку производят обратным током чистой профильтрованой воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7-10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и очищает ее. Продолжительность промывки скорых фильтров 5-7 мин.

В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка диаметром частиц 0,5-1,2 мм 0,4-0,5 м насыпается также слой дробленого антрацита или керамзита размером частиц 0,8-1,8 мм. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный - их остаток, прошедший через верхний слой. Плотность антрацита (керамзита) меньше плот­ности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятель­но. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре 10- 12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором.

Контактный осветлитель , как и скорый фильтр, за­гружен гравием и песком, но совмещает в себе процессы коагу­ляции, осветления и фильтрации воды.

Вода подается снизу через распределительную систему из дырчатых труб вместе с раствором коагулянта, и хлопья образу­ются в толще загрузки (см. рис. 64, в). Такой вид коагуляции получил название контактной в отличие от обычной, протекаю­щей в свободном объеме.

Контактная коагуляция имеет отличия от объемной: образо­вание хлопьев при соприкосновении с зернистой загрузкой про­исходит гораздо быстрее и к тому же при меньших дозах коагу­лянта. Хлопья фиксируются на поверхности зерен и адсорбируют на себе взвесь. В слое гравия задерживается более крупная взвесь, что снижает заиливание песка, толщина слоя песка – 2м - вдвое больше обычных скорых фильтров, что еще более повышает грязеемкость и удлиняет время между промывками. Промывная вода подается, как обычно, снизу вверх и удаляется по желобам. Скорость фильтрации -4-5 м/ч. Взвесь успешно задерживается при первоначальном ее содержании не более 150 мг/л.

Основное преимущество контактных осветлителей состоит в том, что отпадает необходимость в отстойниках и камерах реак­ций.

4.1.2. Обеззараживание.

Под обеззараживанием воды понимается в первую очередь освобождение ее от патогенных микроорганизмов.

Способы обеззараживания питьевой воды условноподразделяют на безреагентные (физические), реагентные (химические), механические и комбинированные.

К физическим способам относится использование ультрафиолетового и ионизирующего излучения, ультразвуковых колебаний, термической обработки.

К химическим способам относится хлорирование, озонирование, использование препаратов серебра, меди, йода и некоторых других реагентов.

К механическим способам относится использование различных фильтров.

Физические методы.

Температура.

Для термического обеззараживания питьевой воды используют открытое пламя (в том числе и высокотемпературную плазму), горячий воздух, перегретый пар. Наиболее часто применяют кипячение воды.

Кипячение в течение нескольких минут освобождает воду от вегетативных форм микроорганизмов, разрушает различные бактериальные эндо – и экзотоксины, инактивирует вирусы. Споры инактивируются за более длительное время: для возбудителя сибирской язвы оно составляет 10 мин., столбняка – около 1 часа, Cl. Botulinum – 1 – 5 ч.

Кипячение воды как метод ее обеззараживания имеет ряд важных преимуществ:

1. простота контроля за эффективностью обработки,

2. доступность, надежность и быстрота обеззараживания,

3. независимость бактерицидного эффекта от физико-химических показателей обеззараживаемой воды,

4. отсутствие заметного влияния на физико-химические и органолептические свойства воды,

5. возможность автоматизации,

Кнедостаткам способаотносятся:

1. дороговизна в силу значительных затрат электроэнергии или топлива

2. малая производительность

3. кипяченая вода имеет высокую температуру и так называемый «вялый» вкус, получающийся вследствие удаления из воды растворенных в ней газов и уменьшения жесткости. Однако едва ли следует считать эти особенности кипяченой воды ее недостатками. В холодное время года, например, высокая температура, наоборот, является положительным свойством, да и в жаркое время многие жители восточных стран предпочитают пить горячий чай. Что касается «вялого» вкуса, то остуженную кипяченую воду трудно отличить по вкусу от не кипяченой.

4. Кипяченая вода легко подвергается вторичному микробному загрязнению, т. к. отсутствует эффект последействия и конкурирующие сапрофиты, а температура воды долго остается благоприятной для роста микроорганизмов.

В силу экономических и технологических трудностей кипячение рассматривают как способ обеззараживания индивидуальных (групповых) запасов питьевой воды в домашних условиях, на автономных объектах и транспорте, при сложной эпидемической обстановке.

Ультрафиолетовое излучение.

Благотворное действие солнечного света на воду было известно еще в глубокой древности. В одной из санскритских книг («Усрута Сангита»), написанной за две тысячи лет до нашей эры, сказано: «Хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнце и фильтровать через древесный уголь». Однако объяснение причин благоприятного действия света на воду стало возможным лишь после открытия микроорганизмов и изучения влияния на них солнечного света. В дальнейшем было установлено, что максимальное бактерицидное действие оказывает ультрафиолетовый участок спектра, в особенности лучи с длиной волны от 250 до 260 нм (область С). Чувствительность микроорганизмов к УФИ в этом диапазоне хорошо изучена и определяется по дозе излучения, которая обычно измеряется в мДж/см 2 или мВт*с/см 2 . Доза, обеспечивающая 90% инактивацию E.coli, составляет 3 мДж/см 2 .

УФИ оказывает бактерицидное, вирулицидное и спороцидное действие. Микроорганизмы по чувствительности к УФИ располагаются в следующем порядке: вегетативные бактерии > вирусы > бактериальные споры > цисты > простейшие. Следовательно, вирусы более устойчивы к УФИ, чем вегетативные формы бактерий, и среди них вирусы, содержащие двухнитевую ДНК, более устойчивы, чем вирусы с однонитевой ДНК. Для эффективного заключительного обеззараживания воды УФ-установки должны обеспечивать дозу облучения не менее 16 мДж/см 2 .

Гибель микроорганизмов под действием УФИ с длиной волны 250-260 нм происходит за счет необратимых повреждений бактериальной ДНК. Основными мишенями при этом являются азотистые основания нуклеотидов – пурины и пиримидины. УФИ в области 280 – 400 нм также способно индуцировать фотодеструктивные реакции в ДНК. В результате обработки УФИ наряду с ДНК повреждаются РНК, мембранные и белковые структуры бактериальной клетки.

В последние годы появились сообщения об образовании в воде под действием УФИ своднорадикальных продуктов, которые усиливают бактерицидное действие этого физического фактора.

Преимущества метода:

6. широкий спектр антибактериального действия;

7. отсутствие опасности передозировки;

8. короткая экспозиция, исчисляемая несколькими секундами;

9. УФИ не денатурирует воду, не изменяет её запах и вкус;

10. способ не требует реакционных емкостей, отличаясь высокой производительностью и простотой эксплуатации;

11. улучшение условий труда обслуживающего персонала, так как исключается из обращения вредные химические вещества (хлор);

12. экономическая рентабельность, способ по стоимости сравним с хлорированием;

13. эффективность обеззараживания не зависит от рН и температуры воды;

14. установки УФ-обеззараживания компактны, работают в проточном режиме, надежны в отношении техники безопасности.

К недостаткам методаследует отнести отсутствие надежного способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания и большое влияние физико-химических свойств воды на эффект обеззараживания.

Цветность, мутность снижает бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, вид микроорганизмов, их количество, доза облучения также влияют на бактерицидный эффект. Кроме того, эффективная доза УФИ зависит от тип установки и, следовательно, необходимо проверять эффективность работы оборудования в каждом конкретном случае.

К числу негативных особенностей способа относится и возможность осаждения содержащихся в воде гуминовых кислот, железа и солей марганца на кварцевом чехле ламп, что уменьшает интенсивность излучения.

Обеззараживание УФИ не имеет эффекта последействия, что делает возможным вторичный рост бактерий в обрабатываемой воде. Реактивация микрофлоры возникает в тех случаях, когда интенсивность УФИ ниже необходимого уровня, обработанная вода подвергается вторичному загрязнению или последующему облучению видимым светом (фотореактивация). Наряду с фотореактивацией возможна и фотозащита – возрастание устойчивочти к действию коротковолнового УФИ у микроорганизмов, предварительно облученных длинноволновым УФ-светом.

Ультразвук.

Особенностью УЗК является большая интенсивность колебаний, что обуславливает его физико-химическое и биологическое действие. Единой теории, объясняющей бактерицидное действие УЗК в воде, до настоящего времени не существует. Одни считают, что биологическое действие УЗК обусловлено механическими колебаниями в результате ультразвуковой кавитации, другие, наряду с механическим воздействием, подчеркивают роль химических реакций, вызванных влиянием данного физического фактора.

УЗК оказывают губительное действие на самые разнообразные микроорганизмы – патогенные и непатогенные, анаэробные и аэробные, вегетативные и споровые, а также разрушают продукты и их жизнедеятельности.

Эффективность бактерицидного действия УЗК зависит от целого ряда обстоятельств: параметров УЗК (интенсивности, частоты колебаний, экспозиции); некоторых физических особенностей озвучиваемой среды (температура, вязкость); морфологических особенностей возбудителя (размеров и формы бактериальной клетки, наличия капсулы, химического состава мембраны, возраста культуры).

Мутность до 50 мг/л и цветность воды, а также содержание в ней различных химических элементов (железо, марганец), обычно снижающих бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, заметного влияния на бактерицидный эффект ультразвуковых колебаний не оказывает.

Преимущества метода:

1. широкий спектр антимикробного действия

2. отсутствие отрицательного влияния на органолептические свойства воды

3. независимость бактерицидного действия от основных физико-химических параметров воды

4. возможность автоматизации процесса

Недостатки метода:

1. отсутствие последействия и метода оперативного контроля за эффективностью обеззараживания

2. процесс обеззараживания в 2-4 раза более дорогой, чем обработка УФИ

3. трудность конструирования установок большой производительности, отличающихся надежностью в эксплуатации и приемлемой себестоимостью.

Теоретические, научные и технологические основы использования УЗК до настоящего времени не разработаны, поэтому возникают трудности при определении оптимальной интенсивности колебаний и их частоты, времени озвучивания и других параметров процесса.

В качестве источника УЗК используют различные пьезоэлектрические и магнитострикционные генераторы.

Ионизирующее излучение.

g- излучение оказывает выраженное бактерицидное действие. Доза g – лучей порядка 25000 – 50000 Р вызывает гибель практически всех видов микроорганизмов, а доза 100000 Р освобождает воду от вирусов. Механизм действия связан с повреждающим действием на бактериальные клетки и вирусы свободнорадикальных продуктов, образующихся в результате радиолиза воды.

Преимущества метода:

1. большая проникающая способность g – лучей

2. независимость бактерицидного действия от химического состава и физических свойств воды

3. отсутствие влияния на органолептические показатели

4. относительная дешевизна.

Недостатки метода:

1. строгие требования к технике безопасности для обслуживающего персонала

2. ограниченное число источников излучения

3. отсутствие последействия и способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания.

В литературе имеются сообщения о возможности использования для обеззараживания воды и некоторых других физических факторов: электромагнитных полей, лазерного излучения, вакуумирования. До настоящего времени изучение этих способов находится на стадии лабораторных исследований.

Химические методы.

Химические методы обеззараживания воды основаны на применении различных соединений, обладающих бактерицидным действием. Эти вещества должны отвечать определенным требованиям, а именно: не делать воду вредным для здоровья; не изменять ее органолептических свойств; оказывать надежное бактерицидное действие (в малых концентрациях и в течение короткого времени контакта); быть удобными в применении и безопасными в обращении, стойкими при длительном хранении; производство их должно быть дешевым и доступным.

Существующая практика обеззараживания питьевой воды показывает негативные стороны данного метода, проявляющиеся в токсическом действии как самих обеззараживающих реагентов, так и побочных продуктов реакции, дающих канцерогенный, мутагенный и ряд других неблагоприятных эффектов.

Следует заметить, что до сих пор веществ, полностью удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, найти не удалось. В большой степени им отвечают хлор и его препараты, чем и можно объяснить их широкое распространение в практике коммунального водоснабжения.

Наряду с хлором и его препаратами применяются или применялись и другие вещества, например, озон, йод, перекись водорода, препараты серебра, органические и неорганические кислоты и т. д.

Хлорирование и озонирование получили широкое распространение на очистных сооружениях водопроводов, в то время как остальные методы нашли применение при обеззараживании небольших объемов воды на автономных объектах, в полевых и экстремальных условиях водоснабжения.

Обеззараживание хлором.

Наиболее часто для хлорирования воды на водопроводах ис­пользуют газообразный хлор, однако применяют и другие хлорсодержащие реагенты. В порядке возрастания окислительно-вос­становительного потенциала они располагаются в следующем по­рядке: хлорамины (RNHC1 2 и RNH 2 C1), гипохлориты кальция и натрия [Са(ОС1) 2 ] и NaOCl хлорная известь (ЗсаОС1 СаО 5Н 2 О), газообразный хлор, двуокись хлора ClO 2 . В последние годы внедряется электрохимический способ обеззараживания природных вод.

Бактерицидный эффект хлорирования объясняется, в основ­ном, воздействием хлора на различные структуры микроорганизма: цитоплазматическую мембрану, белки цитоплазмы, ядерный аппарат клетки. Хлор уничтожает ферменты дыхательной цепи бактерий – дегидрогеназы, блокируя SH – группы.

При диссоциации хлора образуется хлорноватистая кислота, которая и оказывает бактерицидное действие.

С1 2 + Н 2 О – НОС1 + НС1

Бактерицидным свойством обладает также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты:

НОС1->ОС1- + Н +

ОС1 àС1 – + О

Степень диссоциации НОС1 возрастает при повышении активной реакции воды, таким образом, с повышением рН бактерицидный эффект хлорирования снижается. Действующим началом при хлорировании хлорамином и гипохлоритами является гипохлорит-ион, а двуокисью хлора НСЮ 2 – хлористая кислота, которая имеет наиболее высокий окисли­тельно-восстановительный потенциал, в силу чего при исполь­зовании двуокиси хлора достигается наиболее полное и глубо­кое окисление и обеззараживание.

При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество – более 95 % расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся (соли двухвалентного железа и марганца) неорганических веществ, содержащихся в воде, на соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2-3 % общего количества хлора.

Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расхо­дуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорга­нических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 ми­нут, называется хлорпоглощаемостью воды. Хлорпоглощаемость определяется экспериментально, путем проведения пробного хло­рирования.

По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться ос­таточный активный хлор. Его появление, определяемое титрометрически, является свидетельством завершения процесса хло­рирования. Остаточный хлор – это активный, не прореагировавший за установленное время избыточный хлор. Величина остаточного хлора должна составлять 0,3-0,5 мг/л, что является гарантией эффективности обеззараживания.

Кроме того, наличие активного остаточного хлора необхо­димо для предотвращения вторичного загрязнения воды в раз­водящей сети. Таким образом, наличие остаточного хлора явля­ется косвенным показателем безопасности воды в эпидемичес­ком отношении.

Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения наличия необходимого количества (0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора при нор­мальном хлорировании и 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлор­а при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора называется хлорпотребностью .

Хлорирование характеризуется широким спектром антимикробного действия в отношении вегетативных форм микроорганизмов, экономичностью, простотой технологического оформления, наличием способа оперативного контроля за процессом обеззараживания.

Хлорирование имеет и ряд существенных недостатков: хлор и его препараты являются токсичными соединениями, поэтому работа с ними требует строго соблюдения техники безопасности. Хлор воздействует в основном на вегетативные формы микроорганизмов, при этом грамположительные формы бактерий более устойчивы к его действию, чем грамотрицательные. Имеются данные о реактивции микроорганизмов в хлорированной питьевой воде, появлении хлорустойчивых штаммов. Для получения гарантированного бактерицидного эффекта прибегают к хлорированию заведомо избыточными дозами хлора, что ухудшает органолептические показатели и приводит к денатурации воды.

Эффективность обеззараживающего действия хлора и его препаратов зависит от биологической характеристики микроорганизма (вид, штамм, плотность заражения). Спороцидный эффект проявляется при относительно высоких концентрациях активного хлора (200-300 мг/л0 и экспозиции от 1,5 до 24 часов. Вирулицидное действие хлорсодержащих препаратов – гибель вирусовнаблюдается при концентрации активног хлора от 0,5 до 100 мг/л. Высокорезистентными к действию хлора являются также цисты простейших и яйца гельминтов.

Кроме того, эффективность обеззараживания зависит от химического состава воды и экспозиции. Различные химические вещества антропогенного происхождения могут существенно влиять на эффективность процесса обеззараживания. Например, поверхностно-активные вещества препятствуют реализации бактерицидного эффекта хлора и даже проявляют стимулирующее действие, вызывая размножение микрофлоры.

В последние годы в литературе появились сообщения о возможности образования в воде после хлорирования галогенсодержащих соединений (ГСС). Источником наибольшего количества ГСС в воде являются гуминовые кислоты, фульвокислоты, хиноины, производные фенола, анилина, а также продукты метаболизма водорослей. На процесс образования ГСС в водной среде оказывает влияние реакционная способность и концентрация органических соединений, форма и доза хлора. ГСС обладает выраженным общетоксическими свойствами, а также дают отдаленные эффекты – эмбриотоксический, мутагенный, канцерогенный.

Методы хлорирования :

1.Хлорирование нормальными дозами .

Доза хлора устанавливается экспериментально по сумме величин хлорпоглощаемости и нормы остаточного хлора (хлорпотребности воды) путем проведения опытного хлорирования. Хлорирование нормальными дозами является наиболее часто применяемым методом на водопроводных станциях. Минимальное время контакта воды с хлором при хлорировании составляет летом не менее 30 минут, зимой – 1 часа.

Этапы хлорирования:

· определение хлорпотребности воды.

· расчет необходимого количества хлора для обеззараживания воды.

· контроль эффективности хлорирования путем определения количества остаточного хлора в воде.

Преимущества:

· малый расход хлора

· не изменяются органолептические свойства воды.

Недостатки:

· трудно выбрать рабочую дозу хлора.

2.Гиперхлорирование – хлорирование избыточными дозами хлорсодержащими соединениями, заведомо превышающими хлорпотребность воды. Гиперхлорирование применяется в неблагоприятной эпидемиологической обстановке, при отсутствии или неэффективной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, при отсутствии возможности проведения пробного хлорирования для определения хлорпотребности, при невозможности обеспечить достаточное время контакта с хлором.

Преимущества:

· создает возможность надежного обеззараживания мутных, цветных, сильнозагрязненных и зараженных вод

· сокращается время обеззараживания до 10-15 минут

· упрощается техника хлорирования, т.к. нет необходимости проводить опытное хлорирование

Доза хлора определяется ориентировочно в зависимости от вида водоисточника, качества воды (мутности, цветности), степени её загрязнения и опасности в эпидемическом отношении. Дозы хлора при гиперхлорировании для воды хорошо оборудованных колодцев, при хороших органолептических свойствах воды – 10 мг/л, при пониженной прозрачности колодезной воды, воды рек или озер (прозрачной и бесцветной) – 15 мг/л, при сильном загрязнении воды любого водоисточника и при использовании воды из источников непитьевого назначения (вода искусственных прудов и запруд) – 25-20 мг/л. В неблагоприятной эпидемиологической обстановке доза хлора может быть увеличена до 100 мг/л.

По истечении необходимого времени контакта избыточное количество остаточного хлора удаляют путем дехлорирования воды тиосульфатом натрия или фильтрацией через активированный уголь.

Недостатки:

· большой расход препаратов хлора

· необходимость проведения дехлорирования

3.Хлорирование с преаммонизацией

Этот метод применяется в случае обнаружения в воде поверхностных водоисточников фенолов, попадающих туда с промышленными сточными водами. При взаимодействии хлора с фенолом образуются стабильные хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах и привкус, что делает воду непригодной для питья и ограничивает использование других способов хлорирования. При хлорировании с преаммонизацией в воду вначале вносится аммиак, образующий амины, а затем хлор, вступающий в реакцию с аминами с образованием хлорамина, который и оказывает бактерицидное действие. Образующиеся хлорамины не взаимодействуют с фенолами из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала и хлорфенольный запах не возникает. К недостаткам метода можно отнести то, что хлораминный хлор проявляет бактерицидный эффект в 2 раза медленнее, чем свободный хлор, и обладает более низким окислительно-восстановительным потенциалом, поэтому время хлорирования увеличивается и количество остаточного связанного хлора должно составлять 0,8 – 1,2 мг/л.

Данный способ хлорирования может применяться при необходимости транспортировки воды по трубопроводам на большие расстояния. Это обусловлено тем, что остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный.

Наиболее лучшим соотношением аммиака и хлора считается 1:4, при котором образуется монохлорамин, наиболее эффективно предотвращающий появление запаха. Уже образовавшийся запах аммонизация не устраняет.

4.Двойное хлорирование .

Хлор подается в воду первый раз в смеситель перед отстойниками, а второй – после фильтров. Хлор перед отстойниками ослабляет защитные свойства коллоидов, облегчая процесс коагуляции, и позволяет уменьшить дозу коагулянта. Кроме того, он подавляет рост бактерий, засоряющих песок на фильтрах, и делает более успешным повторное заключительное хлорирование. Двойное хлорирование применяют в тех случаях, когда бактериальная загрязненность речной воды высока или подвержена значительным колебаниям. Повторное обеззараживание служит дополнительной гарантией надежности эпидемиологической безопасности воды.

Обеззараживание озоном.

Озон (О 3) является сильным окислителем; его окислительный потенциал (+1,9 В) превышает потенциал хлора (+ 1,359 В). Окислительные свойства озона связаны с атомарным кислородом, который выделяется при его разложении. Атомарный кислород является одним из наиболее сильных окислителей и уничтожает бактерии, споры, вирусы, разрушает растворенные в воде органические вещества. Механизм бактерицидного действия озона до настоящего времени остается предметом дискуссии. Одни авторы считают, что озон инактивирует бактериальные ферменты, приводя к нарушению обменных процессов и гибели микробной клетки. Другие предполагают, что под действием озона происходят значительные изменения структуры и морфологии бактерий, а также необратимые изменения в бактериальной ДНК.

Озон получают из воздуха в специальных приборах – озонаторах – при помощи электрических разрядов высокого напряжения. Озонированный воздух подается в стерилизационные баки, где происходит перемешивания его с водой, подлежащей обеззараживанию. Расход озона колеблется в очень широких пределах – от 2 до 17 мг/л и выше. Количество остаточного озона не должно превышать 0,2-0,5 мг/л. Более высокие концентрации вызывают усиленную коррозию металлических частей (труб) водопроводной системы.

Озонирование нашло применение на кораблях торгового и Военно-Морского Флота и других объектах с автономным водоснабжением.

Озонирование имеет ряд существенных преимуществ перед хлорированием. Основными из них являются:

1) более высокий бактерицидный и спороцидный эффект. Обеззараживающее действие озона в 15-20 раз, а на споровые формы бактерий примерно в 300-600 раз сильнее действия хлора. Озон эффективен при уничтожении простейших.. Высокий вирулицидный эффект озона отмечается при реальных для практики водоснабжения концентрациях 0,5 – 0,8 мг/л и экспозиции 12 минут.

2) избыток озона в отличие от хлора не денатурирует воду;

3) озон можно использовать и для дезодорации питьевой воды, удаления токсических органических веществ;

4) выработка озона на месте из воздуха, в связи с чем отпадает необходимость в сырье, его транспортировке и хранении.;

5) наличие способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания;

6) отработанные технологические схемы получения реагента;

7) минеральный состав, щелочность, рН воды остаются без изменений.

Недостатками метода пока еще остаются относительно высокая стоимость обработки воды (примерно в 2 раза больше по сравнению с хлором) и большая зависимость бактерицидного действия от физико-химических свойств воды (мутности, цветности, наличие органических веществ и других восстановителей) и технологических параметров процесса.. Так, например, для обеззараживания коагулированной и фильтрованной невской воды требуется 2-3 мг/л озона, а для фильтрованной, но не коагулированной – 17-20 мг/л. Кроме того, озон является взрывоопасным и токсичным для человека реагентом, что требует строгого соблюдения техники безопасности и надежного оборудования на станциях водоподготовки. Озон быстро распадается в обработанной воде (20 – 30 минут), что ограничивает его применение в качестве конечного дезинфицирующего средства. После озонирования нередко наблюдают значительный рост микрофлоры, объясняя его как реактивацией бактерий, так и вторичным загрязнением обработанной воды. Имеются данные, что даже высокие концентрации озона (20 мг/л) и длительная экспозиция (1,5 – 2 часа) не обеспечивали полного эффекта обеззараживания в отношении бактериальных спор. При обработке воды озоном могут образовываться побочные токсические продукты. К ним относятся броматы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, другие гидроксилированные и алифатические ароматические соединения. Данные вещества могут вызывать мутагенный и другие неблагоприятные эффекты. Если в схеме обработки воды после озонирования применяется хлорирование, то возможно образование из побочных продуктов озонирования тригалометанов – известных канцерогенов и мутагенов.

Обеззараживание перекисью водорода.

Перекись водорода (Н 2 О2) является сильным окислителем, причем акцептором так же, как и у озона, служит атомарный кислород. Из-за трудности получения в больших количествах и дороговизны перекись водорода широкого применения в практике водоснабжения не приобрела.

Предположительно основным механизмом антибактериального действия перекиси водорода является образование супероксидных и гидроксильных радикалов, которые могут оказывать либо прямое цитотоксическое действие, либо опосредованное, приводящее к повреждению ДНК.

Перекись водорода обеспечивает обеззараживание воды без образования токсичных продуктов, загрязняющих внешнюю среду. Реагент не изменяет органолептических свойств воды и значительно снижает ее цветность (до 50%), что весьма ценно для обеззараживания окрашенных вод. К числу недостатков метода относятся: необходимость введения катализаторов для ускорения высвобождения атомарного кислорода и жидкая форма препарата.

Обеззараживание ионами серебра.

По современным представлениям, ионы серебра сорбируются клеточной оболочкой и после достижения избыточной концентрации проникают в микробную клетку. Ионы серебра блокируют функциональные группы основных ферментных систем клетки, расположенных в цитоплазматической мембране или в периплазматическом пространстве.

Практически метод обеззараживания серебром может быть применен для обеззараживания и консервации небольших объемов воды на объектах с автономными системами водоснабжения.небольших индивидуально-групповых запасов воды.

Наибольшее применение получило использование электролитического или анодорастворимого серебра. Метод основан на растворении серебряного электрода (анода) при пропускании постоянного тока через обеззараживаемую воду. Электролитическое введение реагента позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохлорита и перекисных соединений усиливают бактерицидное действие анодорастворимого серебра.

Положительными сторонами обеззараживания воды серебром являются неизменяемость ее органолептических свойств. Серебро оказывает выраженное последействие, что позволяет консервировать воду на срок до 6 месяцев и более, что особенно важно в тех случаях, когда возникает необходимость в длительном хранение воды (оборонительные сооружения, корабли ВМФ). К достоинствам способа относится автоматизация процесса и точного дозирования реагента.

К недостаткам метода следует отнести трудность дозировки, медленное и ненадежное бактерицидное действие, а также сильное влияние на бактерицидный эффект физико-химических свойств воды, особенно содержания в ней хлоридов. Серебро является дорогим и весьма дефицитным реагентом. Серебро не оказывает спороцидного действия, но прорастание спор в присутствие ионов серебра задерживается. Вирулицидное действие ионов серебра проявляется только при высоких концентрациях – 0,5 – 10 мг/л. Необходимый бактерицидный эффект при концентрации серебра 0,06 – 0,1 мг/л достигается после экспозиции 2-6 ч, а в ряде случаев – через 24 часа. Возможно развитие устойчивости к серебру у патогенных микроорганизмов. Эффективными рабочими концентрациями серебра являются 0,2 – 0,4 мг/л. Вместе с тем ПДК в воде этого металла, установленная по токсикологическому признаку вредности, составляет 0,05 мг/л. Хотя некоторые исследователи сообщают об отсутствии отрицательного влияния серебра в концентрации 0,2 – 2,0 мг/л на организм лабораторных животных и культуру тканей, в «Руководстве по контролю качества питьевой воды» ВОЗ подчеркивается, что такое содержание серебра является небезразличным для здоровья человека.

Обеззараживание ионами меди.

Медь, как и серебро, являясь олигодинамическим металлом, оказывает инактивирующее действие на бактерии и вирусы, но в больших концентрациях, чем серебро.

По мнению некоторых авторов, ионы меди нарушают барьерные функции бактериальных мемебран, что ведет к изменению их проницаемости. Другие считают, что токсическое действие ионов меди связано со взаимодействием с SH-группами бактериальных белков и ферментов, приводящим к образованию дисульфидных связей. Возможен и обратный процесс – восстановление SH-группы веществами, генерируемыми клеткой в процессе ее жизнедеятельности. В этом случае действие ионов меди можно определить как бактериостатическое. Инактивация микроорганизмов медью протекает медленнее. Чем свободным хлором или хлорамином. На эффективность обеззараживания воды медьюв лияют физико-химические показатели качества воды.

Обеззараживание препаратами йода

Механические методы.

В процессе фильтрации за счет абсорбционных и адгезионных механизмов, явлений сорбционного взаимодействия микроорганизмов с различными материалами происходит очистка воды от бактериальных и вирусных агентов. Ультрафильтрация, сорбционная и мембранная технологии находят в последние годы все большее применение в практике водоподготовки, так как данные методы высокоэффективны при освобождении воды от патогенных микроорганизмов, вирусов, простейших.

Достоинства метода:

1. метод не ухудшает физико-химические показатели обрабатываемой воды;

2. простой, экономичный и доступный в эксплуатации;

Существует мнение, что фильтрационные и сорбционные способы сами по себе не обеспечивают необходимого уровня очистки воды от микроорганизмов. Поэтому только сочетание этих способов с химическими обеззараживающими реагентами позволяет достигнуть нужных результатов. Хотя имеются данные о росте бактерий на фильтрах, а импрегнация в используемые фильтры серебра дает ограниченный эффект. По этой причине «Руководство по контролю качества питьевой воды» ВОЗ (1994) настоятельно рекомендует использовать фильтры только для питьевой воды, безопасной в микробиологическом отношении.

Комбинированные методы.

Недостатки традиционных способов обеззараживания питьевой воды заставляют исследователей искать новые, основанные, как правило, на комбинированном действии двух или нескольких факторов. В комбинации могут присутствовать только химические агенты или физические факторы, предлагаются также физико-химические способы.

В качестве комбинированных химических способов рассматриваются использование хлора и озона, препаратов хлора с перекисью водорода, ионами серебра и меди, перекиси водорода с озоном, ионами серебра и меди и т. д. Данные технологии предполагают снижение концентрации применяемых реагентов, уменьшение времени обработки воды при неизменном, а в ряде случаев и более выраженном антимикробном эффекте.

Для обеззараживания питьевой воды предлагаются комбинированные физические способы, в частности сочетание УФИ и УЗК, термическая обработка с УЗК или g – излучением, комплекс электрических воздействий. Характерными недостатками комбинированных физических способов являются отсутствие последействия и способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания воды.

В последнее время большое внимание уделяется физико-химическим способам обеззараживания питьевой воды. Особенный интерес вызывает сочетание УФИ с химическими дезинфектантами. Предлагается совместное использование УФИ с ионами серебра и меди, возможно использование УФИ с хлором и перекисью водорода, УЗК с хлором. Помимо получения более высокого антимикробного эффекта, таким образом можно устранить один из недостатков УФИ – отсутствие последействия.

Установлено, что в результате предварительного введения в воду окислителей (озона, перекиси водорода) и последующей ее обработки УФИ образуются свободные радикалы, которые в свою очередь являются более мощными окислителями. При совместном действии УФИ и окислителей отмечено значительное усиление скорости и степени инактивации бактерий по сравнению с действием каждого агента в отдельности.

Среди других перспективных физико-химических способов обеззараживания, находящихся на стадии лабораторных исследований, можно отметить: воздействие постоянного электрического поля с ионами серебра и меди, УЗК с перекисью водорода или хлором, лазерное излучение с ионами меди.

4.2. Специальные методы.

Обезжелезивание.

Повышенное количество железа встречается, как правило, в глубоких подземных водах и реже в поверхностных и грунтовых водах.

Повышенное содержание железа в воде не угрожает вредными последствиями для здо­ровья, но железо придает воде специфический (чернильный, металлический) привкус, делает ее мутной и цветной, оставляет ржавые пятна на белье. Кроме того, выпадение железа в осадок уменьшает, а размножение железобактерий может и полностью закрыть просвет в трубах небольшого диаметра.

Обезжелезивание подземных вод проводится безреагентными аэрационными методами. В основе методов лежит предварительная аэрация воды с целью удаления свободной углекислоты и сероводорода, повышения рН, обогащения кислородом воздуха, последующего образования гидроксида железа и удаления из воды осаждением или фильтрованием.

В подземной воде железо большей частью содержится в виде двууглекислых солей Fe(НСОз) 2 . Это - нестойкое соединение, легко гидролизуется:

Fe(HCO 3) 2 +2Н 2 О→Fe(OH) 2 +2Н 2 СО,
Н 2 СО 3 → Н 2 О + СО 2 .

Гидрат закиси железа Fe(OH) 2 остается в растворе, а при соприкосновении на поверхности с воздухом обогащается кисло­родом, окисляется и переходит в нерастворимый гидрат окиси - Fe(ОН) 3 , выпадающий в осадок:

4 Fe(OH) 2 + 2 Н 2 О + О 2 → 4 Fe(OH) 3

Искусственная аэрация усиливает этот процесс, и реакция идет тем успешнее, чем выше рН воды. Аэрация производится в брызгальном бассейне на градирне или компрессором; после образования хлопьев гидрата окиси железа воду освобождают от них в отстойниках и на скорых фильтрах. Обезжелезивание поверхностных вод проводится реагентными методами. В качестве реагентов выступают сульфат алюминия, известь и хлор.

Умячение.

Умягчение – снижение природной жесткости воды.

Проводится разными способами, но принципиальная сторона умягчения воды одна: удаление катионов кальция (Са 2+) и магния (Mg 2+).

Методы умягчения делятся на: а) реагентные, б) ионного обмена или катионитовые, в) нагревания.

а) из реагентных методов наиболее распространен известково-содовый.

Известь, внесенная в воду в большем количестве, чем нужно для связывания углекислоты, вступает в реакцию с бикарбонатными солями кальция и переводит их в карбонатные соли, выпа­дающие в осадок:

Са(НСО 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 + 2Н 2 О.

Остается сульфатная жесткость, для устранения которой вво­дится раствор соды.

CaSO 4 + Na s CO 3 = Na 2 SO 4 + CaCO 3 .

Переход в нерастворимое состояние солей магния происходит при взаимодействии с известью и при высокой щелочности - рН 10,2-10,3.

Надо иметь в виду, что такое реагентное умягчение связано с образованием обильного осадка, который нельзя сбрасывать в водоем. С этим приходится считаться при умягчении техниче­ской воды.

б) катионитное умягчение основано на свойстве некоторых нерастворимых веществ обменивать ионы натрия, водорода и дру­гие на ионы кальция, магния, извлекая их из воды и тем самым, умягчая ее. Процесс этот происходит при фильтрации воды через катиониты на так называемых ионообменных фильтрах.

В качестве катионов используются ионообменные смолы. Их преимущество: стойкость, высокие пористость и площадь соприкосновения с во­дой и ионообменная способность. Для обработки используют катионнообменные смолы – эспатит-4, СБС и анионообменные - ЭДЭ-1О.

в) умягчение путем нагревания (кипячения) основано на переходе двууглекислых растворимых солей кальция в нераство­римые углекислые и солей магния - в гидрат окиси магния:

Са(НСО 3) 2 = СаСО 3 + CO 2 + Н 2 О

Mg(НСО 3) 2 = MgСО 3 + CO 2 + Н 2 О

MgСО 3 + Н 2 О = Mg (ОН) 2 + CO 2

Этим путем можно избавиться только от устранимой (бикарбонатной) жесткости.

Опреснение, обессоливание.

Под опреснением понимается снижение содержания солей в воде до степени, отвечающей ка­чествупитьевой воды, т. е. 1000 мг/л. Обессоливание - полноеилипочти полное удаление из воды растворенных в ней солей.

Наиболее распространенными способами опреснения являются дистилляция, ионный обмен, электродиализ и гиперфильтрация.

Метод дистилляции основан на выпаривании воды с последующей конденсацией. Недостатками метода являются плохие органолептические свойства воды вследствие поступления в нее продуктов термического разложения органических веществ и низкая минерализация.

Ионообменный метод – воду пропускают через катионитовые и анионитовые фильтры, в результате происходит обмен ионов и удаляются растворенные соли.

Метод электродиализа основан на том, что при пропускании постоянного тока через слой воды анионы растворенные в воде солей движутся к аноду, а катионы - к катоду. Вода помещается в трехкамерный сосуд или резервуар, средняя камера отделена от соседних пористыми перегородками (диафрагмы), а в крайние камеры опущены электроды. При пропуске тока ионы соли (например, NaCl) из средней камеры, где нахо­дится обессоливаемая вода, переходят в крайние (анионы С1 - в камеру с анодом, а катионы Na + в камеру с катодом).

Метод позволяет управлять процессом и остановить его при достижении заданного результата.

Гиперфильтрацией называют процесс фильтрования воды через полупроницаемые мембраны, задерживающие гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений.

Обесфторивание и фторирование .

На практике с богатой фто­ром водой приходится встречаться только при водоснабжении из подземных источников. Для дефторирования используют реагентные (методы осаждения) и фильтрационные. Реагентные методы основаны на сорбции фтора свежеосажденными гидроокисями алюминия и или магния. Этот метод рекомендуется при обработке поверхностных вод, когда, кроме дефторирования, требуется еще осветление и обесцвечивание. Более практично и достаточно эффективно фильтрование через активированную окись алюминия (AI 2 O 3), обладающую по отношению к фтору сорбционной спо­собностью. Высота фильтра, загруженного сорбентом, 2 м, скорость фильтрации - 5 м/ч.

Фторирование воды является эффективным средством снижения заболеваемости кариесом зубов. Для фторирования воды применя­ют фторид натрия, кремнефтористую кислоту и ее натриевую соль, фторид-бифторид аммония, добавляемые к воде дозирующими устройства­ми. К реагентам предъявляются следующие требования: высокое противокариозное действие при меньшей потенциальной токсичности, отсутствие ядовитых примесей (мышьяк, соли тяжелых металлов), хорошая растворимость в воде, безопасность для персонала (малое пыление), возможно низкая коррозионная активность. Фторирование лучше проводить после фильтров, перед резервуарами чистой воды. Необходим тщательный лабораторный контроль, чтобы не завысить содержание фтора выше нормы СаНПиН для данного кли­матического района. Контроль за содержанием фтор-иона должен быть автоматизирован.

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГИГИЕНЫ

ВЛАДИКАВКАЗ 2011

Составители:

Ø ассистент Ф.К. Худалова,

Ø ассистент А.Р. Наниева.

Рецензенты:

Утверждено ЦКУМС ГБОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития РФ

«____» _________________2011г., протокол №

Цель занятия: изучить методы очистки и обеззараживания воды, научиться проводить пробную коагуляцию и пробное хлорирование воды.

Студент должен знать:

Методы улучшения качества воды (проведения пробного хлорирования, обеззараживания воды с применением различных способов хлорирования);

Студент должен уметь:

Оценить целесообразность и эффективность методов по улучшению качества воды;

Использовать основные нормативные документы и информационные источники справочного характера для разработки гигиенических рекомендаций по применению схемы очистки воды, предназначенной для хозяйственно-питьевого пользования, и необходимых методов обработки воды с учетом качества воды источника, его санитарного состояния и территории вокруг него.

Основная литература:

Ø Румянцев Г.И. Гигиена XXI век, М., 2008.

Ø Пивоваров Ю.П., Королик В.В., Зиневич Л.С. гигиена и основы экологии человека. М., 2004.

Ø Лакшин А.М., Катаева В.А. Общая гигиена с основами экологии человека: Учебник. – М.: Медицина, 2004 (Учеб.лит. для студентов мед.вузов).

Ø Авчинников А.В. Гигиеническая оценка современных способов обеззараживания питьевой воды// Гигиена и санитария. - 2001.-.С. 11-20.

Ø Красовский Г.Н., Егорова Н.А. Хлорирование воды как фактор повышенной опасности для здоровья населения// гигиена и санитария – 2003. - №1.

Дополнительная литература:

Ø Пивоваров Ю.П. Руководство к лабораторным занятиям и основами экологии человека, 2004 г.

Ø Катаева В.А., Лакшин А.М. Руководство к практическим и самостоятельным занятиям по общей гигиене и основам экологии человека. М.: Медицина, 2005

Ø СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»

Качество питьевой воды служит основой эпидемиологической безопасности и здоровья населения. Доброкачественная по химическим, микробиологическим, органолептическим и эстетическим свойствам вода является показателем высокого санитарного благополучия и жизненного уровня населения. Учитывая огромное значение качества и количества подаваемой питьевой воды для здоровья населения и условий его проживания, обеспечения нормального функционирования детских, лечебно-профилактических, культурных, спортивных и других учреждений, коммунального хозяйства, промышленных предприятий и других объектов представляется важным внедрение прогрессивных мероприятий в сфере питьевого водоснабжения.

Основная цель методов улучшения качества питьевой воды - защита потребителя от патогенных организмов и примесей, которые могут быть опасны для здоровья человека или иметь неприятные свойства (цвет, запах, вкус и т. д.). Методы очистки следует выбирать с учетом качества и характера источника водоснабжения.

Основные способы улучшения качества воды

Основными способами улучшения качества воды поверхностных водоисточников являются осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Осветление воды - это удаление из нее взвешенных веществ.

Обесцвечивание - устранение окрашенных коллоидов.

Обеззараживание - обезвреживание содержащихся в воде источника патогенных бактерий и вирусов.

Для осветления и обесцвечивания применяют следующие способы:

Ø естественное отстаивание и фильтрация на медленных фильтрах;

Ø коагуляция, отстаивание и фильтрация на быстрых фильтрах;

Ø коагуляция и фильтрация в контактных осветлителях.

Методы очистки воды

Основная задача очистки воды - полностью освободить ее от взвеси (мутности), сделать прозрачной (осветлить) и снизить цветность до незаметного уровня.В современных условиях большое значение имеет предварительное удаление из воды зоопланктона (мельчайших животных организмов) и фитопланктона (мельчайших растительных организмов). Для этого используют микрофильтры и барабанные сетки, через которые производится процеживание воды.

Для осветления и обесцвечивания в комплекс сооружений по очистке воды входят: отстойники, смесители, камеры реакции, фильтры и т.д.

Отстойники (горизонтальные, вертикальные) - сооружения, предназначенные для осаждения под силой тяжести в основном крупных по размеру и массе частиц, находящихся в воде во взвешенном состоянии.

Схема горизонтального отстойника

Недостатком естественного осаждения взвеси в отстойниках является длительность этого процесса, при котором не обеспечивается осаждение основной части мелкой взвеси и всех коллоидных частиц. С целью ускорения и повышения эффективности выпадения взвешенных веществ и удаления коллоидных веществ в отстойниках перед отстаиванием производится коагуляция воды.

Схема вертикального отстойника:

1 - подача воды;

2 - отвод воды;

3 - сброс осадка;

4 - камера хлопьеобразования;

5 - кольцевой сборный лоток;

6 - отражательный конус.

Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонко диспергированных примесей воды, происходящий вследствие взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Процесс коагуляции завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов - хлопьев.

Коагуляция происходит под влиянием химических реагентов - коагулянтов, к которым относятся соли алюминия (алюминия сульфат A1 2 (SO 4) 3 ,) и железа (железа сульфат, железа хлорид). Для ускорения процесса коагуляции применяют вещества флоккулянты.

Фильтрация - это следующий после коагуляции и отстаивания процесс для освобождения воды от взвешенных веществ, оставшихся после первых этапов очистки. Сущность фильтрации заключается в пропуске воды через мелкопористый материал, на поверхности, в верхнем слое или в толще которого задерживаются взвешенные частицы.

Фильтр представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом обычно в два слоя. В качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, антрацитовую крошку, керамзит (дробленый и недробленый), некоторые вулканические шлаки, пенополистирол и другие.

Существует два метода фильтрации воды.

1. Пленочная фильтрация предполагает образование биологической пленки из ранее задержанных примесей в верхнем слое фильтрующей загрузки. В начале, вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности загрузочного материала (например песка), уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и другие живые организмы, дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органических веществ осадку (биологическая пленка). Пленка достигает толщины 0,5-1 мм и более. Она играет решающую роль в работе медленных фильтров, задерживает мельчайшие взвеси, 95-99 % бактерий, обеспечивает снижение на 20-45 % окисляемости и на 20 % цветности.

2. Объемная фильтрация осуществляется на скорых фильтрах и представляет собой физико-химический процесс, при котором механические примеси воды проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются на поверхности ее частиц и хлопьев коагулянта. В результате уменьшения размеров пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании и потеря напора. В процессе объемной фильтрации задерживается около 95 % бактерий. Скорые фильтры, пропуская большее количество воды, быстро засоряются и чаще требуют очистки.

Двухслойный фильтр

Для очистки вод с незначительной мутностью и высоким содержанием органических соединений, которые плохо поддаются обработке в отстойниках и осветлителях, эффективным методом очистки является флотация.

Флотация - это процесс, сущность которого заключается в том, что коллоидные и дисперсные примеси соединяются с пузырьками воздуха, тонко диспергированного в воде. Комплексы, которые образуются при этом, всплывают и образуют пену на поверхности флотационного устройства. Снижение поверхностного натяжения на границе вода-воздух приводит к повышению эффективности очистки воды методом флотации. Для этого в воду добавляют поверхностно-активные вещества (флотореагенты).

В случае организации централизованной подачи питьевой воды в небольшие объекты (поселки, пансионаты, дома отдыха и т.д.) при использовании в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов для очистки воды могут применяться компактные сооружения небольшой производительности. В их состав входят: трубчатый отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, оборудование для приготовления и дозирования реагентов и бак для промывной воды.

На современных станциях очистки воды в случае использования реагентных технологических схем ввод химических реагентов в обрабатываемую воду осуществляется системами автоматического дозирования. Они включают емкости реагентов, дозирующие насосы с микропроцессорными регуляторами и впрыскивающие клапаны.

Дозирующий насос химических реагентов с микропроцессорным регулятором и впрыскивающим клапаном

Методы обеззараживание воды

Обеззараживание (дезинфекция) питьевой воды осуществляется с целью обеспечения эпидемической безопасности питьевой и предотвращения передачи через воду возбудителей инфекционных заболеваний. Обеззараживание направлено на уничтожение патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. В целях обеззараживания применяют реагентные (химические) и безреагентные (физические) методы.

Реагентные методы основаны на использовании сильных окислителей (хлора, хлорсодержащих веществ, озона), ионов серебра и других веществ.

К безреагентным методам относятся: ультрафиолетовое облучение, воздействие ультразвука, вакуума, радиоактивное излучение то есть физические методы, а также термическая обработка. На водопроводах обычно обеззараживание воды осуществляется на последнем этапе ее очистки перед поступлением в резервуары чистой воды и разводящую водопроводную сеть. Выбор конкретного метода обеззараживания зависит от качества и количества исходной воды, методов ее предварительной очистки, условий поставки реагентов и других факторов.

Хлорирование - обработка питьевой воды водным раствором хлора с целью ее обеззараживания. Этот метод стал наиболее широко распространен среди всех методов обеззараживания воды. Это связано с относительной дешевизной хлора, несложностью используемого оборудования и надежностью обеззараживающего действия.

При обычных температуре и давлении хлор - газ желто-зеленого цвета с резким специфическим запахом. Раздражает слизистые оболочки, глаза, относится к сильнодействующим ядовитым веществам (СДЯВ) и при выбросе в воздух способен вызвать отравления людей.

Хлор можно использовать для обеззараживания воды на различных сооружениях - от шахтного колодца до крупного водопровода. В целях обеззараживания воды могут применяться газообразный хлор (доставляется в баллонах в жидком состоянии), хлорная известь, гипохлорит кальция, хлорамины, двуокись хлора и другие хлорсодержащие вещества.

Основными условиями действия хлора являются: тщательное освобождение воды от взвешенных веществ, достаточная доза хлора, полное и быстрое перемешивание хлора со всем объемом обеззараживаемой воды и контакт хлора с водой не менее 30-60 мин времени, необходимого для проявления бактерицидного действия. Для обеспечения надежного обеззараживания необходимо ввести его такое количество, чтобы покрыть всю хлорпоглощаемость воды и получить некоторый избыток свободного активного хлора. Об успешности хлорирования воды судят по остаточному активному хлору. Установлено, что дозы хлора в воде 1-3 мг/л обычно обеспечивают достаточный бактерицидный эффект. При этом содержание остаточного свободного хлора в воде после резервуаров чистой воды должно быть в пределах 0,3-0,5 мг/л. Такое хлорирование называется обычным, или хлорированием с учетом хлорпотребности.

Хлорпоглощаемость воды - количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 минут.

Хлорпотребностъ воды - общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения наличия необходимого количества остаточного хлора.

Виды хлорирования

Разновидностью хлорирования на водопроводах являются двойное хлорирование и суперхлорирование (перехлорирование).

При двойном хлорировании хлор вводится в воду дважды: первый раз в смеситель перед отстойниками и второй - после фильтров, применяется, например, в случае использования для питьевого водоснабжения речной воды с высокой бактериальной загрязненностью.

Суперхлорирование - хлорирование воды избыточными дозами хлора (5-20 мг/л) при остаточном содержании активно: до 1-5 мг/л. Применяется временно при резких колебаниях бактериальной загрязненности воды, в случае особой эпидемической обстановки и при невозможности обеспечить достаточный контакт воды с хлором.

При наличии высокого содержания остаточного хлора вода считается непригодной непосредственно для употребления и требует последующего дехлорирования ее химическим веществами (гипосульфит или сернистый газ) или сорбционным методом (активированный уголь).

Одним из способов обеззараживания воды является аммонизация (хлорирование с преаммонизацией), при которой в воду последовательно вводят сначала аммиак, а затем хлор. Хлорирование с преаммонизациеи используют с целью предотвращения появления специфических запахов в случае хлорирования воды, содержащей фенол или бензол, а также для пресечения образования канцерогенных веществ (хлороформ и др.) во время хлорирования воды при наличии в ней гуминовых и других веществ.

Несмотря на положительные стороны применения хлора для обеззараживания питьевой воды, в последние годы выявлены и отрицательные последствия хлорирования воды для здоровья населения.

В результате реакции хлора с находящимися в воде гуминовыми соединениями, продуктами жизнедеятельности некоторых организмов и веществами техногенного происхождения в воде могут образовываться высокотоксичные, канцерогенные и мутагенные вещества. К ним относятся: тригалометаны (ТГМ), в том числе хлороформ, бромоформ, дибромхлорметан и другие.

Необходимо учитывать, что некоторые из образующихся в воде вредных веществ поступают в организм не только в процессе употребления воды и пищевых продуктов (энтерально), но и через неповрежденную кожу во время принятия душа, ванны, плавания в бассейне. Поэтому важным направлением в решении назревшей проблемы является применение других, альтернативных хлорированию, способов обеззараживания питьевой воды.

Озонирование - обработка воды озоном для уничтожения микроорганизмов и устранения неприятных запахов.

Озон (O 3) - газ голубоватого цвета со специфическим запахом, очень хорошо растворим в воде. Обладает высокой окислительной способностью, которая обуславливает его бактерицидность. Действует на протоплазму микроорганизмов, уничтожает вирусы (в частности, полиомиелита).

Озонатор – аппарат (генератор) для получения озона, используемого с целью обеззараживания воды

Озонирование по сравнению с хлорированием имеет следующие основные преимущества:

Ø надежное обеззараживание достигается в течение нескольких минут, при этом озон эффективнее хлора обеззараживает воду от споровых форм бактерий и возбудителей вирусных инфекций;

Ø озон, а также продукты его соединения с веществами, находящимися в воде, не имеют вкуса и запаха;

Ø происходит обесцвечивание воды и устранение ранее имевшихся запахов различного происхождения;

Ø избыточный озон через несколько минут превращается в кислород, выделяющийся в атмосферный воздух, и поэтому не оказывает влияния на организм человека;

Ø при этом значительно меньше, чем при хлорировании образуется новых токсических веществ;

Ø процесс озонирования в меньшей степени, чем хлорирование зависит от рН, мутности, температуры и других свойств воды;

Ø производство озона на месте избавляет от необходимости доставки и хранения реагентов.

Недостатки озонирования. Озон является взрывоопасным и токсичным реагентом, это более дорогой способ по сравнению с хлорированием. Быстрое разложение в отработанной воде (за 20-30 минут) ограничивает его применение, после озонирования нередко наблюдается значительный рост микрофлоры вследствие реактивации бактерий и вторичного загрязнения. Даже высокие дозы озона (20 мг/л) и длительная экспозиция (1,5-2 часа) не обеспечивают полностью эффективное обеззараживание в отношении бактериальных спор. При обработке воды озоном могут образовываться побочные токсичные продукты: броматы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и др. соединения. Эти продукты могут вызывать мутагенный и другие неблагоприятные эффекты.

Обеззараживание воды ионами серебра основано на олигодинамическом действии этого металла. Серебро обладает свойством консервировать воду на длительное время. Согласно опубликованным данным, вода, обработанная серебром в концентрации 0,1 мг/л, сохраняет высокие санитарно-гигиенические показатели в течение года и более.

Обеззараживание серебром осуществляется непосредственно путем обеспечения контакта воды с поверхностью металла или в результате растворения солей серебра в воде электролитическим способом. Во втором случае используются ионаторы, обеспечивающие растворение серебра под действием постоянного электрического тока.

Ионаторы используют для обеззараживания воды на крупных судах. Высокую оценку воде, обработанной серебром, дали космонавты. Практика показала, что обработка бортовых запасов питьевой воды серебром обеспечивает сохранность ее органолептических и гигиенических свойств в условиях космических полетов различной продолжительности. Серебро оказалось также прекрасным консервантом минеральной воды. Поэтому на престижных предприятиях по производству безалкогольных напитков минеральную воду обеззараживают серебром.

Однако несмотря на богатую информацию об антимикробных свойствах серебра, широкое его внедрение в практику водоснабжения сдерживалось по различным причинам, в том числе недостаточными сведениями о его токсичности.

Ультрафиолетовое облучение. Бактерицидное действие ультрафиолетовых (УФ) лучей, широко известно и неоднократно доказано в экспериментах. УФ лучи проникают через 25 см слой прозрачной и бесцветной воды. Под воздействием УФ излучения в клетках находящихся в воде микроорганизмов происходят необратимые процессы, вызывающие нарушение молекулярных и межмолекулярных связей. Это приводит к денатурации (разрушению) белков клеток протоплазмы, в частности, к повреждению ДНК, РНК, клеточных мембран, и как следствие, к гибели микроорганизмов. Образующиеся под воздействием УФ излучения короткоживущие молекулы озона, атомарный кислород, свободные радикалы и гидроксильные группы дополнительно воздействуют на находящиеся в воде микроорганизмы.

Метод УФ обеззараживания не изменяет химического состава и органолептических качеств воды. Достоинством метода является также быстрота обеззараживания (несколько секунд) и отсутствие запаха и привкуса при использовании ультрафиолетовых лучей. Лучи пагубно воздействуют не только на вегетативные формы патогенных бактерий, которые погибают после облучения в течение 1-2 мин, но также на устойчивые к хлору споры, вирусы и яйца гельминтов. Многочисленные исследования показали отсутствие вредных эффектов даже при дозах УФ облучения, намного и превышающих практически необходимые. Следовательно, в отличие от технологии хлорирования и озонирования, принципиально отсутствует опасность передозировки УФ облучения. В то же время имеются сведения о том, что если доза УФ излучения выбрана правильно, активация микроорганизмов не наблюдается, что позволяет применять УФ обеззараживание без последующего ввода консервирующих доз хлора.

Технология обеззараживания воды УФ облучением является наиболее простой в реализации и обслуживании. Для обеззараживания воды УФ облучением характерны незначительные затраты электроэнергии (в 3-5 ниже, чем при озонировании) и отсутствие потребности в дорогостоящих реактивах.

Для обеззараживания воды применяют установки с ртутно-кварцевыми лампами высокого давления и аргоно-ртутные лампы низкого давления. Лампы помещаются над потоком облучаемой воды или в самой воде. В первом случае они снабжены отражателем для направленного облучения, во втором лучи распространяются по окружности во все стороны.

Установка УФ обеззараживания питьевой воды

Несмотря на многие положительные стороны использования ультрафиолетового облучения для обеззараживания питьевой воды, необходимо учитывать, что повышенные мутность, цветность и соли железа уменьшают проницаемость воды для бактерицидных УФ лучей. Поэтому для обеззараживания УФ облучением в большей степени пригодны воды из подземных источников с содержанием железа не более 0,3 мг/л, невысокими мутностью и цветностью. При необходимости УФ обеззараживания воды из поверхностных и некоторых подземных источников требуется ее предварительная очистка (осветление, обесцвечивание, обезжелезивание и др.).

Обеззараживание воды ультразвуком. Бактерицидное действие ультразвука объясняется, в основном, механическим разрушением клеточной оболочки бактерий в ультразвуковом поле. При этом бактерицидный эффект связан с интенсивностью ультразвуковых колебаний и не зависит от мутности (до 50 мг/л) и цветности. Эффект обеззараживания распространяется не только на вегетативные, но и на споровые формы микроорганизмов.

Для получения необходимых для обеззараживания воды ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрические и магнитнострикционные устройства. Продолжительность обеззараживающего действия ультразвука длится секунды.

Обеззараживание воды вакуумом предусматривает обеззараживание бактерий и вирусов пониженным давлением. При этом полный бактерицидный эффект может быть достигнут за 15-20 мин.

Радиационное обеззараживание воды. Ионизирующим (проникающим) излучением называется коротковолновое рентгеновское и γ-излучение, поток высокоэнергетических заряженных частиц (электроны, протоны, дейтроны, α-частицы и ядра отдачи), а также быстрых нейтронов (частицы, не имеющие зарядов). Взаимодействуя с электронными оболочками атомов и молекул среды, они передают им часть своей энергии, производя ионизацию молекул. Освободившиеся при этом электроны, как правило, обладают значительной энергией, которая расходуется на ионизацию еще нескольких молекул воды.

Ионизирующее излучение является мощным безреагентным фактором, действие которого приводит к гибели имеющихся в облучаемой воде болезнетворных микроорганизмов и ее обеззараживание. Первичные продукты радиолиза воды нарушают обмен веществ в бактериальной клетке.

Радиационная очистка и обеззараживание воды имеют следующие преимущества по сравнению с традиционными методами обработки:

ü универсальность, то есть возможность обезвреживать многие органические и любые микробные загрязнители;

ü высокую степень обеззараживания и очистки;

ü высокую скорость обработки и возможность полной автоматизации.

Однако учитывая загрязнение водных объектов специфическими техногенными веществами и по другим причинам, практическое распространение получают комбинированные методы, когда радиационная обработка воды используется совместно с традиционными методами обеззараживания (хлорированием или озонированием).

Термическое обеззараживание воды применяется в основном для обеззараживания небольшого количества воды в детских учреждениях (школах, дошкольных учреждениях, пионерских и летних лагерях), санаториях, больницах, на судах, а также в домашних условиях.

Установлено, что полное обеззараживание моды (уничтожение всех видов и форм болезнетворных микроорганизмов) достигается только в результате кипячения воды в течение 5-10 минут. Однако нужно учитывать, что кипяченая вода лишена не только болезнетворных, но и сапрофитных, безвредных или даже полезных для человека микроорганизмов. В такой воде легко размножаются попавшие в нее уже после кипячения и охлаждения микроорганизмы, что приводит к быстрому ухудшению ее качества. Поэтому кипяченую воду следует сохранять в плотно закрытых емкостях в прохладном месте не более 24 часов.

Фильтрующий кувшин

Плюсы: фильтр-кувшин очень прост в использовании, не требует подключения к водопроводу, процесс очистки не нужно контролировать.

Минусы: небольшой объем очищенной воды (от 1 до 2 л), низкая скорость очистки.

Отличный абсорбент - уголь - поглощает хлор, хлорорганические и органические загрязнения, а дополнительная обработка его серебром предотвращает размножение бактерий.

И фильтр, и чайник

Вполне естественным решением было объединить в одном сосуде, чайник и фильтр для наполняющей его воды. Электрочайник соединяет в себе функции фильтрации и смягчения воды, с фильтрами очистки воды, позволяющими максимально быстро и качественно очистить водопроводную воду от хлора и других примесей, препятствуя образованию накипи.

Насадка на кран

Принцип действия: водоочиститель надевается непосредственно на кран, вода подается в него под давлением.

Плюсы: невысокая цена, удобен для использования.

Минусы: низкая производительность (0,3-0,5 л/мин), необходимо использовать емкость для хранения очищенной воды. Если фильтр не снабжен переключателем, придется включать и выключать его каждый раз вручную.

Практическая работа №1

Контрольно-обучающие тесты

1. Наиболее распространенный способ обеззараживания питьевой воды на водопроводной станции:

а) хлорирование;

б) УФ-облучение;

в) озонирование.

2. При обеззараживании питьевой воды хлорсодержащими препаратами органолептические свойства воды могут:

а) улучшаться;

б) ухудшаться;

в) не изменяться.

3. К физическим методам обеззараживания относятся:

а) использование перекиси водорода;

в) кипячение;

д) олигодинамическое действие серебра.

4. Специальные методы улучшения качества питьевой воды:

а) дезактивация;

б) осветление;

в) дезодорация;

г) дегазация;

д) очистка.

5. Ориентировочные значения дозы хлора при хлорировании нормальными дозами:

а) 1-5 мг/л;

б) 10-15 мг/л;

в) 20-30 мг/л.

6. Методы обеззараживания питьевой воды:

а) коагулирование;

б) хлорирование;

в) фторирование;

г) озонирование;

д) обработка ультрафиолетовыми лучами.

7. Показаниями к применению способа хлорирования с преаммонизацией являются:

а) высокое микробное загрязнение;

б) предупреждение провоцирования запахов;

в) неблагоприятная эпидобстановка по кишечным инфекциям;

г) протяженная водопроводная сеть;

д) невозможность обеспечения достаточного времени контакта воды с хлором.

8. Преимущества озона перед хлором при обеззараживании питьевой воды:

а) улучшает органолептические свойства воды;

б) улучшает органолептические свойства воды и требует меньшего времени контакта;

в) улучшает органолептические свойства воды, требует меньшего времени контакта, более эффективен по отношению к патогенным простейшим.

9. При обеззараживании питьевой воды УФ-излучением органолептические свойства воды могут:

а) улучшаться;

б) ухудшаться;

в) не изменяться.

10. При обеззараживании воды хлорсодержащими препаратами ее органолептические свойства:

а) ухудшаются;

б) не изменяются;

в) улучшаются.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются методы повышения качества питьевой воды?

2. Как производится коагуляция воды? Какие вы знаете коагулянты?

3. Как производится отстаивание воды?

4. Какие вы знаете фильтры, чем они отличаются друг от друга?

5. Охарактеризуйте реагентные способы обеззараживания питьевой воды.

6. Перечислите методы хлорирования. Каковы преимущества и недостатки каждого из них?

7. Что такое хлорпоглощаемость и хлорпотребность воды?

8. В чем заключается гигиеническое значение содержания в питьевой воде остаточного хлора?

9. Как производится определение содержания активного хлора в хлорной извести?

10. Как производится определение дозы хлорной извести по остаточному хлору?

11. Охарактеризуйте физические методы улучшения качества питьевой воды.

12. Какие вы знаете дополнительные методы повышения качества питьевой воды?

13. Проведите сравнительную оценку физических и химических методов улучшения качества питьевой воды.

14. Какие вам известны комбинированные методы повышения качества питьевой воды?

Министерства здравоохранения и социального развития РФ»

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГИГИЕНЫ

МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

ВЛАДИКАВКАЗ 2011

Составители:

Ø д.м.н., профессор А.Р. Кусова,

Ø ассистент Ф.К. Худалова,

Ø ассистент А.Р. Наниева.

Рецензенты:

Ø Ф.В. Каллагова - профессор, д.м.н., зав. кафедрой общей и биоорганической химии;

Ø Туаева И.Ш. - к.м.н., доцент кафедры гигиены медико-профилактического факультета с эпидемиологией и курсом ФПДО

Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение качества воды источников водоснабжения до требований СанПиН 2.1.4.2496 - 09 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения», зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные. Основными способами являются:

Осветление

Обесцвечивание

Обеззараживание

Под осветлением и обесцвечиванием понимается устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном, гумусовых веществ). Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты – бактерии, вирусы и др.

В тех случаях, когда применение только основных способов недостаточно, используют специальные методы очистки (обезжелезивание, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ – фторирование, минерализация обессоленных и маломинерализованных вод.

В отношении удаления химических веществ наиболее эффективным является метод сорбционной очистки на активных углях, сорбционная очистка также значительно улучшает органолептические свойства воды.

Методы обеззараживания воды подразделяются на:

1. Химические (реагентные), к которым относятся:

Хлорирование

Озонирование

Использование олигодинамического действия серебра

2. Физические (безреагентные):

Кипячение

Ультрафиолетовое облучение

Облучение гамма-лучами и др.

Основным методом для обеззараживания воды на водопроводных станциях в силу технико-экономических причин является хлорирование. Однако всё большее внедрение получает метод озонирования, и его применение, в том числе, в комбинации с хлорированием имеет преимущества для улучшения качества получаемой воды.

При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество – более 95 % расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся неорганических веществ, содержащихся в воде, на соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2 – 3 % общего количества хлора. Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 минут, называется хлорпоглощаемостью воды . По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор, что является свидетельством завершения процесса хлорирования. Присутствие в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3 - 0,5 мг/л является гарантией эффективности обеззараживания воды, необходимо для предотвращения вторичного загрязнения в разводящей сети и является косвенным показателем безопасности воды в эпидемическом отношении.

Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения наличия необходимого количества (0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора называется xлopпoтребностью воды .

В практике водоподготовки используется несколько способов хлорирования воды:

1. Хлорирование нормальными дозами (по хлорпотребности)

2. Хлорирование с преаммонизацией и др.

3. Гиперхлорирование (доза хлора заведомо превышает хлорпотребность)

Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорирование – до и после осветления и обесцвечивания. Для снижения дозы хлора при заключительном хлорировании, весьма перспективным является комбинирование хлорирования с озонированием.

Хлорирование с преаммонизацией . При этом способе в воду помимо хлора вводится также аммиак, в результате чего происходит образование хлораминов. Этот метод употребляется для улучшения процесса хлорирования:

При необходимости транспортировки воды по трубопроводам на большие расстояния, т.к. остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный;

При содержании в исходной воде фенолов, которые при взаимодействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах. Хлорирование с преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают. Однако в силу более слабого действия хлораминного хлора остаточное количество eго в воде должно быть выше, чем свободного и составлять не менее 0,8-1,2 мг/л.

С декабря 2007 года в г. Санкт-Петербург реализована комплексная технология обеззараживания питьевой воды с использованием ультрафиолетового излучения, сочетающая высокий эффект обеззараживания и безопасность для здоровья населения. Подсчитанный Институтом медико-биологических проблем и оценки риска здоровью экономический эффект и предотвращенный ущерб здоровью населения в результате этого составил 742 млн. руб.

В связи с тем, что только 1 – 2 % (до 5литров в сутки) человек расходует на питьевые нужды, в последний период времени предполагается разработка и внедрение двух гигиенических нормативов водопроводной и питьевой воды – «Вода безопасна для населения» и «Вода повышенного качества - полезна для взрослого человека, физиологически полноценная».

Первый норматив обеспечит гарантированную безопасность воды в централизованных системах водоснабжения.

Второй норматив установит конкретные требования к «абсолютно здоровой воде» во всем её многообразии полезного воздействия на организм человека. Существует ряд вариантов обеспечения потребителей водой повышенного качества:

· производство бутилированной воды

· устройство локальных автономных систем доочистки и коррекции качества воды.

По результатам домашней проверки, качество Вашей водопроводной воды можно улучшить.

Питьевая вода, подающаяся в городскую квартиру, уже прошла стадию очистки и обеззараживания на станции водоподготовки.

В водопроводной воде могут присутствовать примеси и загрязнения, которые либо не удаляются на водопроводных очистных сооружениях полностью, либо появляются в воде уже на пути к потребителю.

Многие вещества, загрязняющие воду, способствуют образованию мутных взвесей, вызывают неприятный запах, характерный привкус, а также могут окрашивать воду в тот или иной цвет.

Однако, наличие некоторых примесей может никак не отразиться на внешнем виде водопроводной воды.

Простые способы, которые помогут сделать водопроводную воду чище и безопаснее .

• Прежде чем использовать водопроводную воду, слейте ее в течение нескольких минут, т. к. в трубах она быстро застаивается.
• Дайте воде отстояться в открытом сосуде, чтобы улетучился остаточный хлор.
• Затем профильтруйте воду через любой фильтр. Даже простейшие накопительного типа, лучше, чем ничего. Фильтрование позволит удалить из воды взвесь и часть микроорганизмов.

Вы обнаружили в воде мутность.

Мутная вода - это результат присутствия в воде взвешенных и коллоидных примесей, либо повышенное содержание воздуха в воде.

Взвешенные и коллоидные частицы - это очень мелкие частицы: соединения алюминия и железа, кремния, продукты жизнедеятельности и распада растений и животных.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать комбинацию механических фильтров (с инертной загрузкой) и угольных фильтров с загрузкой из активированного угля.

Вы обнаружили в воде цвет.

Цветность может быть обусловлена растворёнными и взвешенными частицами минерального и органического происхождения.

Желтый оттенок воды – присутствие гумусовых веществ (гуминовых и фульвокислот), или повышенное содержание железа.

Серый оттенок воды - повышенное содержание марганца, железа

Красновато-бурый осадок - присутствие в воде окисленного железа.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать предварительную очистку на механическом фильтре и далее - фильтр с угольной загрузкой или систему на основе обратного осмоса.

Вы обнаружили в воде запах .

Запах рыбный или затхлый - присутствие в воде хлорорганических соединений.

Запах сероводорода (запах тухлых яиц) - попадание сточных вод в систему водоснабжения или жизнедеятельность бактерий, образующих сероводород из сульфатов.

Хлорный запах - повышенное содержание в воде остаточного хлора.

Запах нефтепродуктов - попадание нефтепродуктов в систему водоснабжения.

Химический запах, запах фенола - загрязнение воды промышленными стоками, в частности, стоками предприятий органической химии.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать фильтр с угольной загрузкой или систему на основе обратного осмоса.

Вы обнаружили в воде привкус .

Привкус солоноватый - высокое содержание солей натрия и магния

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать систему на основе обратного осмоса.

Привкус металлический - повышенное содержание железа.

Привкус, обусловленный органическими загрязнениями.

Щелочной привкус – высокая щелочность воды, повышенная жесткость, высокое содержание растворённых веществ.

Вы обнаружили накипь в чайнике.

Накипь свидетельствует о наличии в воде излишков солей кальция и магния.

Нитраты в воде

Источник нитратов в воде – удобрения и сточные воды, попадающие в поверхностные и подземные водоёмы. Высокое содержание нитратов в воде опасно для человека и, особенно, для детей. Известно, что в организме часть нитратов превращается в более токсичное вещество – нитриты.

Следует отметить, что универсального фильтра, который чистит от всего: от хлора, от железа, от органики, от металлов, от бактерий и …не существует.

Для каждого вида загрязнений используется определенный тип фильтра. Поэтому, оптимальная очистная установка должна состоять из правильно подобранного набора узлов, каждый из которых удаляет определённый вид загрязнений.

В любом случае, системы очистных установок, состоящие из нескольких последовательно работающих фильтров с различной загрузкой, обеспечивают более качественную очистку воды, чем фильтр с однотипной загрузкой.

Для очистки питьевой воды, как правило, используется набор фильтров с различными загрузками либо мембранами, соответствующими типу загрязнений, которые необходимо удалить из воды. Часто система очистки включает в себя обеззараживание воды.

Ниже приведены основные компоненты установок для очистки питьевой воды, чтобы помочь Вам выбрать подходящую конструкцию.

Механические фильтры удаляют из воды взвешенные вещества.

В качестве загрузки используются пористые материалы (чаще всего керамические).

Угольные фильтры изготавливают на основе активированного угля, который является хорошим адсорбентом.

Угольный фильтр очищает воду от остаточного хлора, растворенных газов, органических соединений, включая токсины, запаха и улучшает вкусовые качества воды.

Фильтры для обезжелезивания удаляют железо и марганец. Для их изготовления используют специальные полимеры, ускоряющие окисления металла. Полученный, в результате реакции, осадок задерживается фильтрующей системой.

Фильтры с ионообменной загрузкой. В зависимости от типа ионообменной загрузки, эти фильтры удаляют различные ионы из воды, в том числе, эффективны для снижения жёсткости и удаления нитратов из воды.

Установки для очистки воды на основе обратного осмоса

Система обратного осмоса включает специальную мембрану, через которую пропускается питьевая вода. Мембраны задерживают 95 - 99,5% всех примесей.

Необходимо помнить, что из воды удаляется и большинство полезных веществ, необходимых для жизнедеятельности организма. Такая вода нарушает работу организма. Прежде всего, это относится к крепости костей, которая зависит от количества кальция в крови.

Недостаток в воде микроэлементов, отражается на работе печени, почек, нервной и иммунной систем. Поэтому, в очищенную обратным осмосом воду, следует добавлять необходимые организму соли и микроэлементы.

Установки для обеззараживания воды на основе ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолетовое излучение инактивирует болезнетворные микроорганизмы. Эти установки обязательны в загородных домах и в сельской местности. В городских квартирах такие системы используют, в случае неэффективного обеззараживания водопроводной воды на центральных очистных сооружения.

Технические требования и правила эксплуатации установки для очистки питьевой воды .

• система должна обеспечивать эффективную очистку воды.
• для изготовления компонентов установки (корпус, трубы, загрузка…) должны использоваться нетоксичные материалы.
• извлеченные из воды, в процессе очистки, примеси не должны повторно загрязнять очищенную воду.
• обязательна своевременная промывка и замена фильтрующих элементов и бактерицидных ламп.

Обратите внимание, что оптимальный выбор системы очистки (тип фильтров, загрузки, способ обеззараживания и прочее) может быть произведен только на основе результатов лабораторного химического анализа Вашей питьевой воды.

Какие показатели желательно проверить в вашей воде :

Водородный показатель (pH), общая минерализация, органические вещества (окисляемость перманганатная, либо общий органический углерод), нефтепродукты, нитраты, нитриты, цианиды, фториды, жёсткость, тяжёлые металлы, общие колиформные бактерии, цисты лямблий, пестициды, галогенорганические соединения.

Кроме того, после выбора и установки системы очистки, отдайте пробы очищенной воды в лабораторию на химический анализ, чтобы убедиться в эффективности очистки.

Если эта статья на нашем сайте , была для вас полезна, то предлагаем вам книгу с Рецептами живого, оздоравливающего питания. Веганские и сыроедческие рецепты . А так же предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП лучших статей об здоровом образе жизнии здоровом питании вы можете найти там, где вам максимально удобно

Методов улучшения качества воды много, и они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешенных частиц, гуминовых соединений, от избытка солей, токсических и радиоактивных веществ и дурнопахнущих газов.

Основная цель очистки воды - защита потребителя от патогенных организмов и примесей, которые могут быть опасны для здоровья человека или иметь неприятные свойства (цвет, запах, вкус и т.д.). Методы очистки следует выбирать с учетом качества и характера источника водоснабжения.

Использование подземных межпластовых водоисточников для централизованного водоснабжения имеет целый ряд преимуществ перед использованием поверхностных источников. К важнейшим из них относятся: защищенность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и дебита воды. Дебит - это объем воды, поступающий из источника в единицу времени (л/час, м/сутки и т.д.).

Обычно подземные воды не нуждаются в осветлении, обесцвечивании и обеззараживании, Схема водопровода на подземных водах представлена на рисунке.

К числу недостатков использования подземных водоисточников для централизованного водоснабжения относится небольшой дебит воды, а значит применять их можно в местностях со сравнительно небольшой численностью населения (малые и средние города, поселки городского типа и сельские населенные пункты). Более 50 тыс. сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение, однако благоустройство сел затруднено в силу рассредоточенности сельских поселений и малой их численности (до 200 человек). Чаще всего здесь используются различные виды колодцев (шахтные, трубчатые).

Место для колодцев выбирают на возвышенности, не менее 20-30 м от возможного источника загрязнения (уборные, выгребные ямы и др.). При рытье колодца желательно дойти до второго водоносного горизонта.

Дно шахты колодца оставляют открытым, а основные стенки укрепляют материалами, обеспечивающими водонепроницаемость, т.е. бетонными кольцами или деревянным срубом без щелей. Стенки колодца должны возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м. Для устройства глиняного замка, препятствующего попаданию поверхностных вод в колодец, вокруг колодца выкапывают яму глубиной 2 м и шириной 0,7-1 м и наполняют ее хорошо утрамбованной жирной глиной. Поверх глиняного замка делают подсыпку песком, мостят кирпичом или бетоном с уклоном в сторону от колодца для стока поверхностных вод и пролива при ее заборе. Колодец необходимо оборудовать крышкой и пользоваться только общественным ведром. Лучший способ подъема воды - насосы. Кроме шахтных колодцев, для добывания подземных вод применяют разные типы трубчатых колодцев.

: 1 - трубчатый колодец; 2 - насосная станция первого подъема; 3 - резервуар; 4 - насосная станция второго подъема; 5 - водонапорная башня; 6 - водонапорная сеть

.

Преимущество таких колодцев в том, что они могут быть любой глубины, стенки их изготовляются из водонепроницаемых металлических труб, по которым насосом поднимается вода. При расположении меж пластовой воды на глубине больше 6-8 м ее добывают посредством устройства скважин, оборудованных металлическими трубами и насосами, производительность которых достигает 100 мУч и более.

: а - насос; б - слой гравия на дне колодца

Вода открытых водоемов подвержена загрязнениям, поэтому, с эпидемиологической точки зрения, все открытые водоисточники в большей или меньшей степени потенциально опасны. Кроме того, эта вода часто содержит гуминовые соединения, взвешенные вещества из различных химических соединений, поэтому она нуждается в более тщательной очистке и обеззараживании

Схема водопровода на поверхностном водоисточнике приведена на рисунке 1.

Головными сооружениями водопровода, питающегося водой из открытого водоема, являются: сооружения для забора и улучшения качества воды, резервуар для чистой воды, насосное хозяйство и водонапорная башня. От нее отходит водовод и разводящая сеть трубопроводов, изготовленных из стали или имеющих антикоррозийные покрытия.

Итак, первый этап очистки воды открытого водоисточника - это осветление и обесцвечивание. В природе это достигается путем длительного отстаивания. Но естественный отстой протекает медленно и эффективность обесцвечивания при этом невелика. Поэтому на водопроводных станциях часто применяют химическую обработку коагулянтами, ускоряющую осаждение взвешенных частиц. Процесс осветления и обесцвечивания, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала (например, песок или измельченный антрацит). Применяют два вида фильтрования - медленное и скорое.

Медленное фильтрование воды проводят через специальные фильтры, представляющие собой кирпичный или бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная воды отводится из фильтра. Поверх дренажа загружают поддерживающий слой щебня, гальки и гравия по крупности, постепенно уменьшающейся кверху, что не дает возможности мелким частицам просыпаться в отверстия дренажа. Толщина поддерживающего слоя - 0,7 м. На поддерживающий слой загружают фильтрующий слой (1 м) с диаметром зерен 0,25-0,5 мм. Медленный фильтр хорошо очищает воду только после созревания, которое состоит в следующем: в верхнем слое песка происходят биологические процессы - размножение микроорганизмов, гидробионтов, жгутиковых, затем их гибель, минерализация органических веществ и образование биологической пленки с очень мелкими порами, способными задерживать даже самые мелкие частицы, яйца гельминтов и до 99% бактерий. Скорость фильтрации составляет 0,1-0,3 м/ч.

Рис. 1.

: 1 - водоем; 2 - заборные трубы и береговой колодец; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - очистные сооружения; 5 - резервуары чистой воды; 6 - насосная станция второго подъема; 7 - трубопровод; 8 - водонапорная башня; 9 - разводящая сеть; 10 - места потребления воды.

Медленнодействующие фильтры применяют на малых водопроводах для водоснабжения сел и поселков городского типа. Раз в 30-60 дней поверхностный слой загрязненного песка снимают вместе с биологической пленкой.

Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, устранить цветность воды и ускорить процесс фильтрования привело к проведению предварительного коагулирования воды. Для этого к воде добавляют коагулянты, т.е. вещества, образующие гидроокиси с быстро оседающими хлопьями. В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий - Al2(SO4)3; хлорное железо - FeSl3, сернокислое железо - FeSO4 и др. Хлопья коагулянта обладают огромной активной поверхностью и положительным электрическим зарядом, что позволяет им адсорбировать даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микроорганизмов и коллоидных гуминовых веществ, которые увлекаются на дно отстойника оседающими хлопьями. Условия эффективности коагуляции - наличие бикарбонатов. На 1 г коагулянта добавляют 0,35 г Са(ОН)2. Размеры отстойников (горизонтальных или вертикальных) рассчитаны на 2-3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры с толщиной фильтрующего слоя песка 0,8 м и диаметром песчинок 0,5-1 мм. Скорость фильтрации воды составляет 5-12 м/час. Эффективность очистки воды: от микроорганизмов - на 70-98% и от яиц гельминтов - на 100%. Вода становится прозрачной и бесцветной.

Очистку фильтра проводят путем подачи воды в обратном направлении со скоростью, в 5-6 раз превышающей скорость фильтрования в течение 10-15 мин.

С целью интенсификации работы описанных сооружений используют процесс коагуляции в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция). Такие сооружения называют контактными осветелителями. Их применение не требует строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз. Контактный фильтр имеет трехслойную загрузку. Верхний слой - керамзит, полимерная крошка и др. (размер частиц -- 2,3-3,3 мм).

Средний слой - антрацит, керамзит (размер частиц - 1,25-2,3 мм).

Нижний слой - кварцевый песок (размер частиц - 0,8-1,2 мм). Над поверхностью загрузки укрепляют систему перфорированных труб для введения раствора коагулянта. Скорость фильтрации до 20 м/час.

При любой схеме заключительным этапом обработки воды на водопроводе из поверхностного источника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отвечают компактные установки заводского изготовления "Струя" производительностью от 25 до 800 м/сутки.

В установке используют трубчатый отстойник и фильтр с зернистой загрузкой. Напорная конструкция всех элементов установки обеспечивает подачу исходной воды насосами первого подъема через отстойник и фильтр непосредственно в водонапорную башню, а затем потребителю. Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песчаный фильтр обеспечивает окончательное извлечение из воды взвешенных и коллоидных примесей.

Хлор для обеззараживания может вводиться либо перед отстойником, либо сразу в фильтрованную воду. Промывку установки проводят 1-2 раза в сутки в течение 5-10 мин обратным потоком воды. Продолжительность обработки воды не превышает 40-60 мин, тогда как на водопроводной станции этот процесс составляет от 3 до 6 ч.

Эффективность очистки и обеззараживания воды на установке "Струя" достигает 99,9%.

Обеззараживание воды может быть проведено химическими и физическими (безреагентными) методами.

К химическим методам обеззараживания воды относят хлорирование и озонирование. Задача обеззараживания - уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемической безопасности воды.

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах. Произошло это в 1910 г. Однако на первом этапе хлорирование воды проводили только при вспышках водных эпидемий.

В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Этому способствует доступность метода, его дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т.е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце (при его загрязнении и ненадежности), на полевом стане, в бочке, ведре и во фляге.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окислительным и бактерицидным действием.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз:

Т.е. образуются соляная и хлорноватистая кислота. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. Небольшие размеры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты (БН-группы;), важные для обмена веществ и процессов размножения клетки. Это подтверждено при электронной микроскопии: выявлено повреждение оболочки клетки, нарушение ее проницаемости и уменьшение объема клетки.

На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности.

Имеет важное значение выбор дозы, обеспечивающий надежное обеззараживание. При обеззараживании воды хлор не только способствует гибели микроорганизмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями. Все эти формы связывания хлора объединяются в понятие "хлорпоглощаемость воды".

В соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода..." доза хлора должна быть такой, чтобы после обеззараживания в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л свободного остаточного хлора. Этот метод, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания.

Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностью.

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффективного обеззараживания является хорошее перемешивание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 минут, зимой не менее 1 часа.

Модификации хлорирования: двойное хлорирование, хлорирование с аммонизацией, перехлорирование и др.

Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: первый раз перед отстойниками, а второй - как обычно, после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обеззараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5-2 минуты - хлора. При этом в воде образуются хлорамины - монохлорамины (NH2Cl) и дихлорамины (NHCl2), которые также обладают бактерицидным действием. Этот метод применяется для обеззараживания воды, содержащей фенолы, с целью предупреждения образования хлорфенолов. Даже в ничтожных концентрациях хлорфенолы придают воде аптечный запах и привкус. Хлорамины же, обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фенолами хлорфенолов. Скорость обеззараживания воды хлораминами меньше, чем при использовании хлора, поэтому продолжительность дезинфекций воды должна быть не меньше 2 ч, а остаточный хлор равен 0,8-1,2 мг/л.

Перехлорирование предусматривает добавление к воде заведомо больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий Бернета, цист, дизентерийной амебы, туберкулеза и даже спор сибирской язвы. По завершении процесса обеззараживания в воде остается большой избыток хлора и возникает необходимость дехлорирования. С этой целью в воду добавляют гипосульфит натрия или фильтруют воду через слой активированного угля.

Перехлорирование применяется преимущественно в экспедициях и военных условиях.

К недостаткам метода хлорирования следует отнести:

А) сложность транспортировки и хранения жидкого хлора и его токсичность;

Б) продолжительное время контакта воды с хлором и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами;

В) образование в воде хлорорганических соединений и диоксинов, небезразличных для организма;

Г) изменение органолептических свойств воды.

И, тем не менее, высокая эффективность делает метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания воды.

В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяющих химического состава воды, обратили внимание на озон. Впервые эксперименты с определением бактерицидных свойств озона были проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге.

В настоящее время метод озонирования воды является одним из самых перспективных и уже находит применение во многих странах мира - Франции, США т.д. У нас озонируют воду в Москве, Ярославле, Челябинске, на Украине (Киев, Днепропетровск, Запорожье и др.).

Озон (О3) - газ бледно-фиолетового цвета с характерным запахом. Молекула озона легко отщепляет атом кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются короткоживущие свободные радикалы НО2 и ОН. Атомарный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окислителями, обусловливают бактерицидные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов.

Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Установка для озонирования воды объединяет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным простейшим - дизентерийной амебе, лямблиям и др.

Широкое внедрение озонирования в практику обеззараживания воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса получения озона и несовершенством аппаратуры.

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривалось как средство для обеззараживания преимущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает выраженным бактериостатическим действием. Даже при введении в воду незначительного количества ионов микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Концентрации серебра, способные вызвать гибель большинства микроорганизмов, при длительном употреблении воды токсичны для человека. Поэтому серебро в основном применяется для консервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т.д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содержащие хлор.

Аквасепт - таблетки, содержащие 4 мг активного хлора мононатриевой соли дихлори-зоциануровой кислоты. Растворяется в воде в течение 2-3 мин, подкисляет воду и тем самым улучшает процесс обеззараживания.

Пантоцид - препарат из группы органических хлораминов, растворимость - 15-30 мин., выделяет 3 мг активного хлора.

К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами и др.

Преимущество физических методов обеззараживания перед химическими состоит в том, что они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводных конструкциях применяется только ультрафиолетовое облучение, а при местном водоснабжении - кипячение.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Это было установлено еще в конце прошлого века А.Н. Маклановым. Максимально эффективен участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 275 нм. Максимум бактерицидного действия приходится на лучи с длиной волны 260 нм. Механизм бактерицидного действия УФ-облучения в настоящее время объясняют разрывом связей в энзимных системах бактериальной клетки, вызывающим нарушение микроструктуры и метаболизма клетки, приводящим к ее гибели. Динамика отмирания микрофлоры зависит от дозы и исходного содержания микроорганизмов. На эффективность обеззараживания оказывают влияние степень мутности, цветности воды и ее солевой состав. Необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды УФ-лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание.

Преимущества ультрафиолетового облучения в том, что УФ-лучи не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия: уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов.

Ультразвук применяют для обеззараживания бытовых сточных вод, т.к. он эффективен в отношении всех видов микроорганизмов, в том числе и спор бацилл. Его эффективность не зависит от мутности и его применение не приводит к пенообразованию, которое часто имеет место при обеззараживании бытовых стоков.

Гамма-излучение очень эффективный метод. Эффект мгновенный. Уничтожение всех видов микроорганизмов, однако в практике водопроводов пока не находит применения.

Кипячение является простым и надежным методом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 80°С уже через 20-40 с, поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5-минутном кипячении есть полная гарантия безопасности, даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл.

Тару, в которой хранится кипяченая вода, необходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное размножение микроорганизмов.