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.

Чтобы довести качество воды источников водоснабжения до требований СанПиН – 01 существуют методы обработки воды, которые проводят на водопроводных станциях.

Существуют основные и специальные методы улучшения качества воды.

I . К основным методам относятся осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Под осветлением понимают устранение из воды взвешенных частиц. Под обесцвечиванием понимают устранение из воды окрашенных веществ.

Осветление и обесцвечивание достигается 1) отстаиванием, 2) коагуляцией и 3) фильтрацией. После прохождения воды из реки через водозаборные решетки, в которых остаются крупные загрязнители, вода поступает в большие емкости – отстойники, при медленном протекании через которые за 4-8 час.на дно выпадают крупные частицы. Для осаждения мелких взвешенных веществ вода поступает в емкости, где коагулируется – добавляется в нее полиакриламид или сульфат алюминия, который под влиянием воды становится, подобно снежинкам, хлопьями, к которым прилипают мелкие частицы и адсорбируются красящие вещества, после чего они оседает на дно резервуара. Далее вода идет на конечную стадию очистки – фильтрацию: медленно пропускается через слой песка и фильтрующую ткань – тут задерживаются оставшиеся взвешенные вещества, яйца гельминтов и 99% микрофлоры.

Методы обеззараживания

1.Химические: 2.Физические:

-хлорирование

- использование гипохлорида натрия-кипячение

-озонирование -У\Ф облучение

-использование серебра -ультразвуковая

обработка

- использование фильтров

Химические методы.

1.Наиболее широкое распространение получил метод хлорирования . Для этого используется хлорирование воды газом (на крупных станциях) или хлорной известью (на мелких). При добавлении хлора к воде он гидролизуется, образуя хлористоводородную и хлорноватистую кислоты, которые, легко проникая через оболочку микробов, убивают их.

А) Хлорирование малыми дозами.

Сущность этого метода заключается в выборе рабочей дозы по хлорпотребности или величине остаточного хлора в воде. Для этого проводится пробное хлорирование – подбор рабочей дозы для небольшого количества воды. Заведомо берутся 3 рабочие дозы. Эти дозы добавляют в 3 колбы по 1 литру воды. Вода хлорируется летом 30 минут, зимой 2 часа, после чего определяется остаточный хлор. Его должно быть 0,3-0,5 мг/л. Это количество остаточного хлора, с одной стороны, свидетельствует о надёжности обеззараживания, а с другой – не ухудшает органолептические свойства воды и не является вредным для здоровья. После этого рассчитывают дозу хлора, необходимого для обеззараживания всей воды.

Б) Гиперхлорирование.

Гиперхлорирование – остаточный хлор - 1-1,5 мг/л, применяемое в период эпидемической опасности. Очень быстрый, надёжный и эффективный метод. Проводится большими дозами хлора до 100 мг/л с обязательным последующим дехлорированием. Дехлорирование проводят, пропуская воду через активированный уголь. Этот метод применяют в военно-полевых условиях.В походных условиях пресную воду обрабатывают таблетками с хлором: пантоцидом, содержащим хлорамин (1 табл. – 3 мг активного хлора), или аквацидом (1 табл. – 4 мг); а также с йодом - йод-таблетки (3 мг активного йода). Необходимое к применению число таблеток рассчитывается в зависимости от объема воды.

В)Обеззараживание воды нетоксичным и неопасным гипохлоридом натрия применяется вместо хлора, являющимся опасным в использовании и ядовитым. В Петербурге до 30% питьевой воды обеззараживается этим методом, а в Москве с 2006 г. начался перевод на него всех водопроводных станций.

2.Озонирование.

Применяется на небольших водопроводах с очень чистой водой. Озон получают в специальных аппаратах – озонаторах, а затем пропускают его через воду. Озон более сильный окислитель, чем хлор. Он не только обеззараживает воду, но и улучшает её органолептические свойства: обесцвечивает воду, устраняет неприятные запахи и привкусы. Озонирование считается лучшим методом обеззараживания, но этот метод очень дорогой, поэтому чаще используют хлорирование. Озонаторная установка требует сложного оборудования.

3.Использование серебра. «Серебрение» воды с помощью специальных приборов путем электролитической обработки воды. Ионы серебра эффективно уничтожают всю микрофлору; консервируют воду и позволяют ее долго хранить, что используется в длительных экспедициях на водном транспорте, у подводников для сохранения питьевой воды в течение продолжительного времени. Лучшие бытовые фильтры используют серебрение в качестве дополнительного метода обеззараживания и консервации воды

Физические методы.

1.Кипячение. Очень простой и надёжный метод обеззараживания. Недостаток этого метода заключается в невозможности использовать этот метод для обработки больших количеств воды. Поэтому кипячение широко применяют в быту;

2.Использование бытовых приборов - фильтров, обеспечивающих несколько степеней очистки; адсорбирующих микроорганизмы и взвешенные вещества; нейтрализующих ряд химических примесей, в т.ч. жесткость; обеспечивающих поглощение хлора и хлорорганических веществ. Такая вода обладает благоприятными органолептическими, химическими и бактериальными свойствами;

3. Облучение У\Ф лучами. Является наиболее эффективным и широко распространенным способом физического обеззараживания воды. Достоинства этого метода заключаются в быстроте действия, эффективности уничтожения вегетативных и споровых форм бактерий, яиц гельминтов и вирусов. Бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 200-295 нм. Для обеззараживания дистиллированной воды в больницах и аптеках используются аргонно-ртутные лампы. На больших водопроводах применяются мощные ртутно-кварцевые лампы. На малых водопроводах используются непогружные установки, а на больших – погружные, мощностью до 3000 м 3 /час. УФ-облучение очень зависит от взвешенных веществ. Для надежной работы УФ-установок необходима высокая прозрачность и бесцветность воды и действуют лучи только через тонкий слой воды, что ограничивает применение этого метода. УФ-облучение чаще применяется для дезинфекции питьевой воды на артскважинах, а также рециркулируемой воды на плавательных бассейнах.

II. Специальные методы улучшения качества воды.

-опреснение,

-умягчение,

-фторирование - При недостатке фтора проводится фторирование воды до 0,5 мг/л, путем добавления в воду фтористого натрия или других реагентов. В РФ в настоящее время имеются лишь единичные системы фторирования питьевой воды, тогда как в США 74% населения получают фторсодержащую водопроводную воду,

-обезфторивание - При избытке фтора воду подвергают дефрорированию методами осаждения фтора, разбавлением или ионной сорбцией,

дезодорация (устранение неприятных запахов),

-дегазация,

-дезактивация (освобождение от радиоактивных веществ),

-обезжелезивание - Для снижения жесткости воды артезианских скважин применяют кипячение, реагентные методы и метод ионного обмена.

На артскважинах удаление соединений железа (обезжелезивание ) и сероводорода (дегазация ) осуществляется аэрацией с последующей сорбцией на специальном грунте.

К маломинерализованной воде добавляются минеральные вещества. Этот метод применяется при изготовлении бутилированной минеральной воды, реализуемую через торговую сеть. Кстати, потребление питьевой воды, приобретаемой в торговой сети, возрастает во всем мире, что особенно актуально для туристов, а также для жителей неблагополучных местностей.

Для снижения общей минерализации подземных вод применяют дистилляцию, ионную сорбцию, электролиз, вымораживание.

Следует отметить, что указанные специальные методы обработки (кондиционирования) воды высокотехнологичны и дороги и применяются лишь в случаях, когда нет возможности использовать для водоснабжения приемлемого источника.

Практическое занятие

Сырье для производства безалкогольных напитков

Широкий ассортимент безалкогольных напитков определяется большим количеством различных видов сырья, которое входит в состав купажа напитков.

Сырье, используемое для производства БА напитков, должно отвечать требованиям действующей нормативно-технической документации.

Вода

В пивоваренном производстве, при приготовлении безалкогольных и слабоалкогольных напитков вода является технологическим сырьем. В напитках ее содержится 90 – 95%. Общий расход воды на 1 м 3 конечного продукта составляет 20 – 25 м 3 в производстве пива, около 15 м 3 в производстве напитков. Поэтому к качеству воды предъявляются повышенные требования.

Вода – должна отвечать требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества”.

Вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и обладать качествами питьевой воды, быть прозрачной, бесцветной, без запаха и привкуса.

В чистой природной воде всегда содержатся растворимые соли, которые оказывают влияние на вкус напитков, а также на ферментативные процессы. Для производства пива очень важен солевой состав, и от него в значительной мере зависит вкус пива. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO 3 , NH 2 , СО 2 , НNО 3 . Для питьевой воды существуют ограничения по микробиологическим, токсикологическим показателям и по компонентам, ухудшающим ее органолептические свойства.

К вредным химическим веществам, содержащимся в природной питьевой воде относятся (мг/дм 3): алюминий 0,5; барий 0,1; бериллий 0,0002; бор 0,5; кадмий 0,001; мышьяк 0,05; медь 1; молибден 0,25; никель 0,1; ртуть 0,0005; свинец 0,03; селен 0,01; стронций 7,0; хром 0,05; цианиды 0,035. По содержанию этих веществ введены ограничения.

В процессе обработки воды в системе водоснабжения поступают следующие вредные вещества (мг/дм 3): хлороформ (при хлорировании) – 0,2; формальдегид (при озонировании) – 0,05; полиакриламид – 2; активированная кремнекислота – 10. Содержание этих веществ в воде после обработки контролируется и не должно превышать предельных концентраций.

К компонентам, ухудшающим органолептические показатели воды, относятся, мг/дм 3: железо 0,3; марганец 0,1; медь 1; сульфаты 500; хлориды 350; цинк 5; нитраты 45; полифосфаты 3,5; озон 0,3; хлор остаточного свободного 0,3 – 0,5, связанного 0,8 – 1,2.

Общее микробное число, то есть число микроорганизмов в 1 см 3 , не должно превышать 50, бактерии группы кишечных палочек в 100 см 3 должны отсутствовать.

Существует несколько важных показателей качества пресной природной воды: кислотность рН (или водородный показатель), жесткость и органолептика.

рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора – pH-метра и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах среды (в данном случае – воды): рН < 7 – кислая среда; рН = 7 – нейтральная среда; рН > 7 – щелочная среда.

Жесткостью называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Са 2+ и магния Мg 2+ . Жесткость определяют по специальной методике, описанной в ГОСТах на питьевую воду, а единицы ее измерения – моль на кубический метр (моль/м 3) или миллимоль на литр (ммоль/дм 3).

По жесткости (в ммолъ/дм 3) воду классифицируют следующим образом: до 0,75 – очень мягкая; 0,75 – 1,5 – мягкая; 1,5 – 2,25 – средней жесткости; 2,25 – 3 – довольно жесткая; 3 – 5 – жесткая; свыше 5 – очень жесткая.

Различают жесткость временную, постоянную и общую.

1 Временная (карбонатная, устранимая) жесткость обусловлена присутствием растворимых в воде гидрокарбонатов [Са(НСО 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 ], которые при кипячении переходят в нерастворимые в воде карбонаты СаСО 3 и МgСО 3:

Карбонаты выпадают в осадок, диоксид углерода улетучивается и вода умягчается.

2 Постоянная жесткость (некарбонатная) характеризуется содержанием сульфатов кальция и магния, хлоридов, нитратов и других, кроме гидрокарбонатов, солей. При кипячении эти соли остаются в растворе.

3 Общая жесткость слагается из временной и постоянной. По требованиям санитарных норм общая жесткость питьевой воды должна быть не более 7 ммоль/дм 3 . Требования технологии более строгие: жесткость воды, используемой для приготовления пива и безалкогольных напитков не выше 3 ммоль/дм 3 . Воду, предназначенную для приготовления безалкогольных и слабоалкогольных напитков, следует умягчать до жесткости 0,35 ммоль/дм 3 .

Органические соединения, содержащиеся в воде, определяются количеством кислорода, требуемого для их окисления. Этот показатель характеризует окисляемость перманганатная, которая должна быть не более

4 Общая минерализация (сухой остаток) – не выше 1000 мг/дм 3 .

Карбонаты и особенно гидрокарбонаты – Na 2 СО 3 , NaНСO 3 , СаСO 3 , Са(НСO 3) 2 , MgСО 3 , Мg(НСО 3) 2 , К 2 СО 3 , КНСО 3 , обладая щелочными свойствами, понижают кислотность пивного затора, что отрицательно сказывается на последующих стадиях приготовления пива. В производстве БА напитков повышенное содержание этих солей приводит к перерасходу лимонной кислоты и др. видов кислот, добавляемых по рецептуре.

Способы улучшения состава воды

· термический;

· ионообменный;

· обратноосмотический;

· электродиализный;

Также вода, предназначенная для производства пива, должна подготавливаться:

· декарбонизацией известью;

· нейтрализацией карбонатов;

А для производства БА напитков:

· отстаиванием и коагуляцией;

· фильтрованием;

· известково-содовым способом.

Похожая информация.

ТЕМА 11. ФИЗИОЛОГИЯ ФИЗИЧЕСКОГО И УМСТВЕННОГО ТРУДА. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЯЖЕСТИ И НАПРЯЖЕННОСТИ ТРУДОВОГО ПРОЦЕССА

ТЕМА 12. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ, ПРИНЦИПЫ ИХ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ. ПРОФИЛАКТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ФАКТОРАМИ ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

ТЕМА 13. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ, ПРИНЦИПЫ ИХ ГИГИЕНИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ. ПРОФИЛАКТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ФАКТОРАМИ ХИМИЧЕСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ

ТЕМА 14. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАСТРОЙКИ, ПЛАНИРОВКИ И РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ АПТЕЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ (АПТЕК)

ТЕМА 15. ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УСЛОВИЯМ ТРУДА АПТЕЧНЫХ РАБОТНИКОВ

ТЕМА 16. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАСТРОЙКИ, ПЛАНИРОВКИ И РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ОПТОВЫХ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ОРГАНИЗАЦИЙ (АПТЕЧНЫХ СКЛАДОВ) И КОНТРОЛЬНО- АНАЛИТИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЙ

ТЕМА 6. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

ТЕМА 6. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

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

При подготовке к занятию студенты должны проработать следующие вопросы теории.

1. Способы очистки воды: а) физические (отстаивание, фильтрация); устройство горизонтального и вертикального отстойников; б) химические (коагуляция); схемы сооружений по очистке воды в городской и сельской местности.

2. Способы обеззараживания воды: а) физические (безреагентные); б) химические (реагентные). Их гигиеническая оценка.

3. Хлорирование воды. Понятие о хлорпотребности, хлорпоглощаемости и остаточном хлоре.

4. Способы хлорирования воды: а) хлорирование нормальными дозами хлора; б) хлорирование допереломными и послепереломными дозами хлора; в) хлорирование с преаммонизацией; г) перехлорирование.

5. Специальные методы улучшение качества питьевой воды.

После освоения темы студент должен знать:

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

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.

Учебный материал для выполнения задания

Использование природных вод открытых водоемов для хозяйственно-питьевого водоснабжения требует предварительного улучшения свойств воды и ее обеззараживания. Средства по улучшению качества питьевой воды включают в себя методы очистки воды, улучшающие органолептические свойства воды, и методы ее обеззараживания, целью которых является уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемиологической безопасности воды.

На водопроводных очистных сооружениях применяются физические (отстаивание и фильтрация) и химические (коагуляция) методы очистки воды. Они позволяют освободить воду от взвешенных частиц, гуминовых соединений, яиц гельминтов, частично от микроорганизмов, от избытка солей, химических и радиоактивных веществ и дурно пахнущих газов. Для ускорения процесса осветления и обесцвечивания на водопроводных станциях часто используется предварительная химическая обработка воды коагулянтами (сернокислым алюминием - Al2(SO4)3, хлорным железом - FeCl3, сернокислым железом - FeSO4) и флокулянтами, образующими при реакции с бикарбонатом воды коллоидный раствор гидрата окиси алюминия, который в дальнейшем коагулирует с образованием хлопьев:

A1 2 (SO 4) 3 + Ca(HCO 3) 2 → 2A1(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2 .

Процесс оседания сопровождается адсорбцией органических примесей, микроорганизмов, яиц гельминтов и пр. В качестве флокулянтов применяют водорастворимые высокомолекулярные соединения, например полиакриламид. Эффект коагуляции зависит от бикарбонатной жесткости воды и от дозы коагулянта. При недостаточном количестве коагулянта не достигается полное осветление воды, а при избытке - вода приобретает кислый вкус и возможно вторичное образование хлопьев. Процесс коагуляции проходит успешно при температуре воды не выше 5 ?С и бикарбонатной жесткости не менее 4-7?. Фильтрация - процесс более полного освобождения воды от взвешенных частиц при пропускании ее через фильтрующий мелкопористый материал (песок).

Обеззараживание воды

Для обеззараживания воды на водопроводах используются различные физические и химические методы. К химическим (реагент- ным) методам относятся хлорирование, озонирование и обработка воды ионами серебра. Наиболее распространенным методом до настоящего времени является обработка воды соединениями хлора: газообразным хлором Сl2, двуокисью хлора СlO2, хлорной известью Са(ОС1)2 . СаО . Н2О, гипохлоритом кальция Са(ОС1)2, хлораминами. Во всех случаях при контакте этих хлорсодержащих соединений с водой выделяется хлорноватистая кислота НОС1, которая частично диссоциирует в воде с выделением гипохлоритиона ОС1 - и хлориона C1 - :

C1 2 + H 2 O → HOC1 + HC1;

HOC1 → OC1 - + H + ; OCl - →Cl- + O.

Обеззараживающее действие оказывают гипохлорит-ион ОС1- и недиссоциированная хлорноватистая кислота и рассматриваются как «активный хлор». Бактерицидный эффект активного хлора свя- зывают с его окислительным действием на клеточные ферменты, входящие в состав бактериальной клетки, и прежде всего на SH-группы клеточной оболочки бактерий, регулирующие процессы дыхания и размножения. При обеззараживании воды хлором могут применяться разные способы хлорирования воды: нормальное хлорирование (хлорирование по хлорпотребности), хлорирование с преаммонизацией, хлорирование с учетом точки перелома, перехлорирование. На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Как правило, используется метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности. Важное значение имеет выбор дозы, обеспечивающей надежное 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, и 2-3% от общего количества хлора - на бактерицидное действие. Количество активного хлора в миллиграммах, которое при хлорировании воды взаимодействует с органическими веществами и некоторыми солями, а также идет на окисление и обеззараживание микроорганизмов в 1 л воды в течение 30 мин, называ-

ется хлорпоглощаемостью. Хлорпоглощаемость воды определяется экспериментально путем проведения пробного хлорирования, так как ее количество зависит от степени загрязнения воды. Появление в воде остаточного активного хлора свидетельствует о завершении процесса хлорирования воды и служит косвенным показателем ее безопасности в эпидемиологическом отношении. Присутствие остаточного активного хлора в концентрациях 0,3-0,5 мг/л является гарантией эффективного обеззараживания. Кроме того, наличие остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в водопроводной сети. Хлорпотребность воды - это общее количество активного хлора в миллиграммах, обеспечивающее достаточный эффект обеззараживания воды и определяемое хлорпоглощаемостью воды и наличием остаточного количества активного хлора (0,3-0,5 мг/л) в воде. Хлорирование воды по методу нормального хлорирования наиболее приемлемо при централизованном водоснабжении, так как небольшие количества остаточного хлора не изменяют органолептических свойств воды (вкус и запах) и не требуют последующего дехлорирования.

Хлорирование с преаммонизацией применяется для обеззараживания воды, загрязненной промышленными сточными водами с присутствием фенола и других фенолсодержащих органических соединений, которые при реакции со свободным хлором образуют хлорфенолы, даже в ничтожных количествах придающие воде сильный аптечный запах. При этом способе вода вначале обрабатывается раствором аммиака, а через 0,5-2 мин хлорируется, в результате чего происходит образование хлораминов, не обладающих неприятными запахами. Остаточное количество активного хлора в воде после обеззараживания ее хлораминами в силу более слабого действия хлораминного хлора должно быть выше, чем свободного, и составлять не менее 0,8-1,2 мг/л.

При невозможности экспериментального определения хлорпоглощаемости воды используется метод перехлорирования. Перехлорирование проводится избыточными дозами хлорирующего препарата на основе оценки типа и состояния источника водоснабжения, качества очистки воды и эпидемической ситуации в зоне ограничений вокруг источника водоснабжения. Обеззараживание воды повышенными дозами хлора применяется обычно в полевых условиях, особенно при неудовлетворительных органолептических свойствах воды или неблагоприятном санитарно-топографическом

состоянии территории вокруг водоисточника, а также при наличии случаев инфекционных заболеваний в районе. Доза активного хлора для перехлорирования выбирается так, чтобы заведомо превысить хлорпоглощаемость воды и обеспечить избыточное количество остаточного хлора. Это позволяет сократить время контакта хлора с водой до 10-15 мин летом и до 30 мин зимой. Для обеззараживания воды повышенными дозами сравнительно чистой воды доза активного хлора обычно выбирается около 5-10 мг/л, для более загрязнен- ных вод с высокой цветностью и низкой прозрачностью используется доза в 10-20 мг/л, при сильном загрязнении воды и неудовлетворительной санитарно-эпидемической обстановке используются дозы 20-30 мг/л и выше.

Перехлорирование применяется для дезинфекции шахтных колодцев при вспышке кишечных инфекций в населенном месте, попадании в воду колодцев сточных вод, фекалий, трупов животных и др. или с профилактической целью по окончании строительства колодца, после его чистки или ремонта. Для этого используется обычно 100-150 мг активного хлора на 1 л воды с последующим пере- мешиванием и отстаиванием в течение 1,5-2-6 ч и откачкой воды до исчезновения резкого запаха хлора. При обеззараживании воды методом перехлорирования обычно применяется хлорная известь, необходимое количество которой вычисляется исходя из намеченной дозы активного хлора и процентного содержания активного хлора в хлорной извести. Поскольку содержание остаточного хлора при перехлорировании может намного превышать допустимые дозы и вода приобретает неприятный вкус и запах, необходимо произвести удаление избытка хлора, т.е. дехлорировать воду. Для этого обычно применяется 0,01 н. раствор гипосульфита натрия или фильтрация воды через активированный уголь.

Недостатками метода хлорирования является ухудшение органолептических свойств воды, образование в воде токсичных веществ (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов), продол- жительное время реакции воды с хлором и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами. Кроме того, бактерицидное действие химических реагентов распространяется не на все формы микроорганизмов. Однако высокая эффективность и технологическая надежность делают метод хлорирования самым распространен- ным в практике обеззараживания питьевой воды как в нашей стране, так и за рубежом.

Ионы серебра обладают выраженным бактериостатическим действием. Введение даже незначительного количества ионов серебра приводит к инактивации ферментов протоплазмы бактериальных клеток (олигодинамический эффект), потере способности к размножению и постепенной гибели. Серебрение воды может осуществляться разными способами: фильтрацией воды через песок, обработанный солями серебра; электролизом воды с серебряным анодом в течение 2 ч, что ведет к переходу катионов серебра в воду. Преимуществом метода является долгое хранение посеребренной воды. Из-за высокой стоимости серебро применяется для обеззараживания и консервации небольших объемов питьевой воды в системах автономного жизнеобеспечения. Метод не используется для воды с большим содержанием взвешенных органических веществ и ионов хлора. Озонирование основано на окислении органических веществ и других загрязнений воды озоном О 3 , являющимся сильным окислителем. Бактерицидные свойства озона обусловлены присутствием в воде атомарного кислорода и свободных короткоживущих радикалов и OH, которые образуются при разложении озона в воде. Показателем эффективности озонирования является остаточный озон в воде (0,1-0,3 мг/л). Преимущества метода состоят в том, что озон улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает надежное обеззараживание воды при малом времени контакта - до 10 мин. Однако высокая энергоемкость процесса получения озона затрудняет широкое внедрение этого метода.

Физические (нереагентные) методы обеззараживания воды: кипячение, обработка ультрафиолетовым (УФ) облучением, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами - применяются в зависимости от конкретных целей и условий обработки воды. Нереагентные методы обеззараживания имеют преимущества перед реагентными: они не изменяют химического состава воды и не приводят к образованию токсичных веществ, не ухудшают органолептических свойств, имеют широкий диапазон бактерицидного действия, так как действуют непосредственно на структуру микроорганизмов.

Наибольшее применение на водопроводных станциях имеет метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200-275 нм; максимум бактерицидного действия УФ-лучей находится в диапазоне волн 260 нм. УФ-облучение воды вызывает быструю гибель вегетативных форм, вирусов, спор микроорганизмов, в том числе устойчивых к хлору.

При местном водоснабжении наиболее надежным методом обеззараживания воды является кипячение. В результате кипячения в течение 3-5 мин погибают все имеющиеся в воде микроорганизмы, а после 30 мин вода становится полностью стерильной (погибают споры бацилл).

Специальные методы улучшения качества воды, как правило, подземных источников ввиду ее высокой минерализации применяются с целью удаления из нее некоторых химических веществ и частичного улучшения органолептических свойств. К специальным методам обработки питьевой воды относятся: дезодорация, умягчение, опреснение, обезжелезивание, деконтаминация и ряд других. Дезодорация (устранение неприятных запахов) достигается за счет обработки воды окислителями (озонирование, большие дозы хлора, марганцовокислый калий) или фильтрованием через активированный уголь. Умягчение жесткой воды (более 20? жесткости) достигается фильтрацией через ионообменные смолы, загруженные катионитами (катионитный фильтр) для обмена катионов, или анионитами (анионитный фильтр) для обмена анионов. В результате этого происходит обмен ионов кальция Ca 2 + и магния Mg 2 + на ионы водорода H+ или натрия Na+. Опреснение воды, содержащей избыток минеральных солей (например, морской воды или воды в регионах с высокой засоленностью почв), осуществляется за счет ее фильтрации сначала через катионит, а затем через анионит, что позволяет освободить воду от всех растворенных в ней солей. Кроме этого, применяется дистилляция с последующим добавлением известковых солей до нормальной концентрации, характерной для питьевой воды, выпаривание с последующей конденсацией, вымораживание, электродиализ. Обезжелезивание воды, содержащей ионы железа в концентрации, превышающей ПДК (0,3 мг/л), проводится за счет ее аэрации путем разбрызгивания воды в специальных устройствах - градирнях. Метод основан на окислении растворимых солей двухвалентного железа и образовании нерастворимого в воде гидрата окиси железа Fe(OH) 3 , который затем осаждается в отстойнике и задерживается на фильтре. Снижение содержания радиоактивных веществ в воде (деконтаминация) осуществляется при применении основных методов ее очистки, при более высокой степени загрязнения радионуклидами воду фильтруют через ионообменные смолы.

Лабораторная работа «Определение дозы коагулянта в пробе воды, проведение пробного хлорирования воды для определения хлорпотребности, хлорпоглощаемости и количества остаточного хлора»

Задания студенту

1. Определить бикарбонатную жесткость пробы воды и в случае необходимости добавить в воду раствор соды.

2. Определить дозу коагулянта, требуемую для осветления данной пробы воды; рассчитать дозу коагулянта на 1 л воды.

3. Определить содержание активного хлора в сухой хлорной извести.

4. Определить «нормальную» дозу хлора для обеззараживания исследуемой пробы воды; рассчитать хлорпоглощаемость и хлорпотребность воды.

5. Решить ситуационную задачу по выбору дозы активного хлора и расчету количества хлорной извести для обеззараживания воды источника методом перехлорирования.

Методика работы

Определение дозы коагулянта

Доза коагулянта (сернокислого алюминия), необходимая для эффективной очистки воды, зависит от бикарбонатной жесткости воды, то есть содержания бикарбонатов кальция Ca(HCO 3) 2 и магния Mg(HCO 3) 2 , поскольку сернокислый алюминий частично расходуется на реакцию с этими соединениями. Поэтому необходимым условием выбора эффективной дозы коагулянта является предварительное определение жесткости воды по бикарбонату. 1-й этап: определение бикарбонатной жесткости воды Определение бикарбонатной жесткости воды основано на взаимодействии соляной кислоты с бикарбонатами кальция и магния по реакции:

HC1 + Ca(HCO 3) 2 → CaC1 2 + H 2 O + CO 2

В колбу налить 100 мл исследуемой воды, 3 капли 0,15% раствора метилоранжа и титровать 0,1 н. раствором НС1 до появления слаборозового окрашивания. Количество миллилитров НС1, пошедшее на титрование, нужно умножить на 2,8, чтобы получить величину

бикарбонатной жесткости в градусах. Если жесткость воды выше 4?, можно приступать к выбору необходимой дозы коагулянта. При бикарбонатной жесткости воды менее 4? перед пробной коагуляцией в воду необходимо добавить 1% раствор соды в количестве, составляющем половину дозы коагулянта (1,0; 1,5; и 2,0 мл).

2-й этап: выбор необходимой дозы коагулянта

В 3 стакана налить по 200 мл мутной воды. В первый стакан внести 2 мл, во второй - 3 мл, в третий - 4 мл 1% раствора глинозема - Аl2(SО4)3. Содержимое стаканов перемешать стеклянной палочкой и наблюдать за характером хлопьеобразования в течение 10 мин. Выбирается стакан с наименьшей дозой коагулянта, вызывающей быстрое образование и осаждение хлопьев в течение 10 мин. Если процесс происходит слишком быстро во всех стаканах (менее 5 мин) и крупные хлопья не успевают образоваться, следует провести пов- торное исследование с меньшим количеством глинозема. При отсутствии заметной коагуляции во всех стаканах опыт следует повторить с большими дозами коагулянта.

Пример расчета дозы коагулянта: если коагуляция лучше всего прошла во втором стакане, куда на 200 мл воды было внесено 3 мл 1% раствора глинозема, то коагуляция 1 л воды потребует 3 мл. 5 = 15 мл 1% раствора. Поскольку 1 мл 1% раствора содержит 0,01 г вещества, то это соответствует 0,15 г глинозема на 1 л воды (0,01 г. 15 мл = 0,15 г).

Обеззараживание воды хлорированием

1-й этап: определение активного хлора в хлорной извести Данное соединение выпускается с содержанием 32-35% активного хлора. При хранении под воздействием влаги, солнечного света и высокой температуры содержание активного хлора в хлорной извести понижается. Для обеззараживания воды допускается использовать хлорную известь с содержанием не менее 25% активного хлора, поэ- тому необходимо перед применением определить содержание в ней активного хлора. Принцип определения активного хлора основан на способности хлора вытеснять йод из растворов йодистого калия.

Са (ОС1) 2 + 4KI + 4НС1 → СаС1 2 + 4КС1 + 2Н 2 О + 2I 2 .

Выделение йода в раствор в достаточных количествах окрашивает его в коричневый цвет, в небольших количествах, что имеет место при

незначительной концентрации активного хлора в хлорной извести, - в слабо-желтый цвет. Добавление крахмала к раствору, содержащему свободный йод, окрашивает его в синий цвет, что может служить качественным признаком наличия активного хлора в хлорной извести. Выделившийся йод титруется гипосульфитом натрия Na2S2O3 в присутствии крахмала до исчезновения окраски раствора. Реакция протекает по уравнению:

I 2 + 2Na2S 2 О 3 → Na2S 4 О 6 + 2NaI.

Сначала нужно приготовить 1% раствор хлорной извести. Для этого в ступке 1 г хлорной извести растворить после тщательного размельчения в небольшом количестве дистиллированной воды, затем перелить в мерную колбу и довести до объема 100 мл. Раствор тщательно перемешать и оставить на 10 мин для осветления. В колбу налить 50 мл дистиллированной воды, 5 мл приготовленного 1% осветленного раствора хлорной извести, 5 мл 5% раствора йодида калия и 1 мл хлористоводородной кислоты в разведении 1:3. Раствор снова перемешать. В результате реакции между хлором, хлорной известью и йодидом калия выделяется определенное количество йода, эквивалентное содержанию хлора. Йод титровать 0,01 н. раствором гипосульфита натрия до слабожелтого окрашивания, после чего ввести 1 мл 1% раствора крахмала и титровать до исчезновения синего окрашивания. Отметить общее количества миллилитров гипосульфита, пошедшее на титрование.

Вычисление процента активного хлора проводится с учетом того, что 1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита соответствует 0,355 мг активного хлора.

Пример расчета процента активного хлора в хлорной извести. На титрование 5 мл 1% раствора хлорной извести пошло 34,2 мл 0,01 н. раствора гипосульфита натрия. В 5 мл 1% раствора хлорной извести содержится:

34,2 0,355 = 12,4 мг активного хлора,

а в 1 мл - 12,4:5 = 2,428 мг, или 0,0024 г активного хлора.

Поскольку в 1 мл 1% хлорной извести содержится 0,01 г сухого вещества, то процент активного хлора в сухой хлорной извести рас- считывается из пропорции:

0,01 г сухой извести - 0,0024 г активного хлора;

100 г сухой извести - Х г активного хлора,

следовательно: Х = 100 0,0024 / 0,01 = 24%.

2-й этап: определение дозы хлора для нормального хлорирования воды (хлорирования по хлорпотребности)

При обеззараживании воды нормальными дозами хлора большое значение имеет правильный выбор этой дозы. Для этого необходимо взять такое количество хлорсодержащего соединения (например, хлорной извести), которое способно обеспечить хороший бактерицидный эффект и наличие в воде 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора после 30-минутного контакта воды с хлором летом и 1-2-часового зимой.

Необходимая для обеззараживания 1 л воды доза соединения, содержащего активный хлор (в данном опыте хлорной извести), устанавливается путем опытного хлорирования воды и последующего контрольного определения в ней остаточного хлора. В основе экспериментального определения хлорпоглощаемости воды лежат те же химические реакции, что и при определении концентрации активного хлора в хлорной извести. Оценку эффективности хлорирования проводят по остаточному содержанию активного хлора, который обязательно должен присутствовать в воде после 30-минутного контакта ее с хлором. Это количество определяют опытным путем. В 3 стакана налить по 200 мл воды. В каждый стакан осторожно тарированной пипеткой, 1 мл которой содержит 20 капель раствора, внести 1% раствор хлорной извести с определенным процентом активного хлора: в первый стакан - 2, во второй - 4 и в третий - 6 капель. Затем тщательно перемешать и оставить на 30 мин. За это время органические вещества и микробные тела подвергаются окислению. Через 30 мин приступить к определению остаточного хлора. В каждый из трех стаканов внести по 5 мл 5% раствора йодистого калия KI, 1 мл водного раствора соляной кислоты НС1 (1:3) и 1 мл 1% раствора крахмала. Содержимое стаканов перемешать и отметить появление синей окраски, которая свидетельствует о наличии остаточного хлора в воде. По количеству хлорной извести, внесенной в стакан, где появилось наименее интенсивное окрашивание, приблизительно рассчитать требующуюся для нормального хлорирования дозу 1% раствора хлорной извести в миллилитрах или в граммах сухого вещества. Отсутствие синего окрашивания является свидетельством отсутствия остаточного хлора, что указывает на недостаточное количество хлора для данной пробы воды, которое полностью израсходовано на обеззараживание.

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