3 курс / Гигиена / Вода 2

держки находящихся в воде взвешенных примесей в верхнем слое песка размер пор настолько уменьшается, что здесь начинают задерживаться даже самые мелкие частицы, личинки и яйца гельминтов и до 99% бактерий.

Одновременно в «созревшем» верхнем слое песка, называемом биологи-

ческой пленкой, происходят ряд биологических процессов: минерализация ор-

ганических веществ и гибель задержанных бактерий. Раз в 30-60 дней поверх-

ностный слой загрязненного песка снимают.

Медленно действующие фильтры применяют на малых водопроводах,

например для водоснабжения сел, совхозов, где надежность действия при срав-

нительно простой эксплуатации имеет решающее значение.

Коагулирование, отстаивание и скорое фильтрование воды.

Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, устранить цвет-

ность воды и ускорить процесс фильтрования привело к использованию в прак-

тике очистки воды коагулирования. Для этого к воде добавляют вещества,

называемые коагулянтами: Al2(SO4)3, FeCl3, FeSO4 и др. Реагируя с растворен-

ными в воде электролитами, коагулянты образуют гидроокиси, выпадающие с образованием быстро оседающих хлопьев. Обладая огромной активной поверх-

ностью и положительным электрическим зарядом, гидроокиси абсорбируют даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микробов и коллоидные гуминовые вещества, которые увлекаются на дно отстойника оседающими хлопьями. После осаждения хлопьев в отстойнике и прохождения воды через

фильтр, где задерживается их остаток, получается прозрачный и бесцветный фильтрат. Применение коагулирования позволяет обесцветить воду, сократить срок отстаивания воды до 2-3 ч и применить быстро действующие фильтры.

В качестве коагулянта чаще всего применяют сернокислый алюминий. В

воде он вступает в реакцию с двууглекислыми солями кальция, образуя гидро-

окись алюминия плохо растворимую в воде и выпадающую в виде хлопьев. Ко-

агулянт применяют в дозах от 30 до 200 мг на 1л воды. Доза коагулянта, необ-

11

ходимая для обработки, зависит от цветности, мутности, рН воды и многих других условий, отчего ее подбирают опытным путем. В последние годы при-

меняют высокомолекулярные вещества – флоккулянты, в ничтожных дозах об-

легчающие и ускоряющие коагуляцию. Например, полиакриламид (ПАА) в до-

зе 0,5-2 мг на 1 л воды значительно ускоряет коагуляцию и экономит коагулянт.

В качестве флоккулянта применяют также активированную кремнекислоту.

Технология коагулирования и дальнейшей обработки воды состоит в сле-

дующем. 5% раствор коагулянта посредством специального дозирующего устройства в необходимом количестве подается в смеситель, где происходит быстрое перемешивание его с водой. Отсюда вода поступает в камеру реакции,

где в течение 10-20 мин. завершается процесс хлопьеобразования, и далее в ре-

зервуар-отстойник, где оседают хлопья. Размеры отстойника рассчитаны на 2- 3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры (ри-

сунок 7), в которых фильтрующий слой песка с величиной зерен от 0,5 до 1 мм составляет 0,8 м. Скорость фильтрации воды 5-8 м/ч; она автоматически регу-

лируется.

Рисунок 7. Схема обработки воды на скоростных фильтрах:

1 – смеситель воды с раствором коагулянта; 2 – камера реакции; 3 – горизонтальный отстойник; 4 – скорый песочный фильтр

Вскоре после начала работы в верхнем слое песка образуется фильтрую-

щая пленка, состоящая из не успевших осесть в отстойнике хлопьев коагулянта и

12

приставших к ним частиц. Это улучшает процесс задержки взвешенных приме-

сей и микробов. Спустя 8-12 ч работы пленка уплотняется, скорость фильтрации падает, работу фильтра приостанавливают и для удаления пленки промывают его в течение 10-15 мин. током чистой воды, направляемой снизу вверх.

После коагуляции, отстаивания и фильтрования вода становится прозрач-

ной, обесцвечивается, освобождается от яиц гельминтов и от 70-98% содержа-

щихся в ней микробов.

В последние годы в практику водоснабжения внедряются различные мо-

дификации скорых фильтров (например, двухслойные), а также контактные осветлители. Контактные осветлители выполняют функцию смесителя, камеры реакции и фильтра, делая излишним отстойник. Они эффективны при очистке воды с мутностью, не превышающей 150 мг/л.

Гигиеническая оценка химических и физических методов обеззараживания воды

Обеззараживание принадлежит к числу наиболее широко применяемых методов улучшения качества воды. Оно применяется довольно часто при ис-

пользовании подземных, главным образом грунтовых, вод и во всех случаях использования поверхностных вод. Обеззараживание является обычно заклю-

чительным и наиболее важным процессом улучшения качества воды на водо-

проводе.

Обеззараживание воды может осуществляться химическими и физиче-

скими безреагентными методами. При химических методах в воду вносятся обладающие бактерицидным действием реагенты: газообразный хлор, различ-

ные соединения, содержащие так называемый активный хлор, озон, соли сереб-

ра и др. К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиоле-

товыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой часто-

ты, быстрыми электронами или гамма-лучами и др. В настоящее время

наибольшее распространение имеют: на водопроводах – хлорирование, озони-

13

рование, облучение ультрафиолетовыми лучами, а в условиях местного водо-

снабжения – кипячение.

Химические методы

Хлорирование воды

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах (1910). Однако оно применялось лишь при вспышках водных эпидемий. В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий,

сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий.

Столь широкое применение хлорирования объясняется надежностью обеззараживания, доступностью осуществления и экономическими преимуще-

ствами.

Существуют многочисленные способы хлорирования, например хлориро-

вание обычными и «послепереломными» дозами хлора, хлорирование с аммо-

низацией, суперхлорирование, хлорирование хлораминовыми таблетками и т. д.

Это позволяет применять хлорирование в разных условиях – на крупном водо-

проводе и для обеззараживания воды в бочке на полевом стане, на небольшом колхозном водопроводе и во фляге с водой.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химиче-

скими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окис-

лительным и бактерицидным действием. Химизм происходящих процессов объясняют следующим образом. При добавлении хлора к воде происходит его гидролиз, т.е. образуются соляная и хлорноватистая кислоты. Во всех гипоте-

зах, пытающихся объяснить механизм бактерицидного действия хлора, хлорно-

ватистой кислоте отводится центральное место.

Хлор, присутствующий в воде в виде хлорноватистой кислоты и гипохло-

рит-иона, рассматривают как свободный активный хлор, так как исследования-

ми показано, что при хлорировании воды бактерицидное действие определяется

14

в основном концентрацией хлорноватистой кислоты и несколько менее гипо-

хлорит-ионом.

Небольшие размеры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты, существенно важные для обмена ве-

ществ и процессов размножения клетки. Предполагается, что реакция идет с

SH-группами ферментов, которые окисляются хлорноватистой кислотой и ги-

похлорит-ионом. При электронной микроскопии кишечной палочки, подверг-

шейся воздействию хлора, выявлено повреждение клеточной оболочки, нару-

шение ее проницаемости, уменьшение объема клетки.

Надежный обеззараживающий эффект при хлорировании достигается в том случае, если после 30-60 мин. обеззараживания в воде остается 0,3-0,5 мг/л

свободного хлора или 0,8-1,2 мг/л связанного хлора, свидетельствующее о до-

статочном количестве введенного в воду дезинфицирующего агента. При сани-

тарном контроле воды на водопроводах содержание остаточного хлора в ней определяют каждый час. Не реже одного раза в сутки отбирают пробу воды для бактериологического исследования.

На крупных водопроводах для хлорирования воды применяют газообразный хлор. Хлор поступает в стальных баллонах или цистернах в жидком виде. На во-

допроводных станциях к баллону присоединяют специальные аппараты – хлора-

торы, дозирующие поступление хлора в обеззараживаемую воду (рисунок 8).

На небольших водопроводах, а также в случае необходимости обеззара-

зить небольшие объемы воды в бочках или других резервуарах вместо хлора пользуются хлорной известью. Бактерицидное действие хлорной извести обя-

зано группе (ОСl), которая в водной среде образует хлорноватистую кислоту.

Хлорная известь содержит до 36% активного хлора. При хранении она разлага-

ется. Свет, влажность и высокая температура ускоряют потерю активного хло-

ра. Поэтому хлорную известь хранят в бочках в темном, прохладном, сухом,

15

хорошо проветриваемом помещении, а перед использованием проверяют ее ак-

тивность в санитарной лаборатории.

Рисунок 8. Хлоратор, используемый для непрерывного дозирования газообразного хлора в обеззараживаемую воду

Кроме хлора и хлорной извести, для обеззараживания воды можно при-

менять двутретьосновную соль гипохлорита кальция (ДТСГК), двуокись хлора

(СlO2), гипохлорит кальция Са(ОС1)2 и различные хлорамины. Органическими хлораминами называют производные NН3, у которых один атом водорода за-

мещен на органический радикал, а один или оба других замещены на хлор. К

неорганическим хлораминам относятся соединения, получающиеся в результа-

те взаимодействия хлора с аммиаком или солями аммония. Хлорамины обла-

дают окислительными и бактерицидными свойствами, но более слабыми, чем хлор, хлорная известь или ДТСГК.

Обычное хлорирование (по хлорпотребности).

При этом методе хлорирования большое значение имеет правильный выбор дозы активного хлора, необходимой для надежного обеззараживания воды.

При обеззараживании воды лишь 1-2% активного хлора затрачивается на непосредственное бактерицидное действие. Остальной хлор вступает во взаи-

модействие с легко окисляющимися минеральными и органическими соедине-

16

ниями, находящимися в воде, и поглощается взвешенными веществами. Все эти формы связывания хлора объединяются в понятие хлорпоглощаемость воды.

Поскольку природные воды имеют различный состав, то и хлорпоглоща-

емость у них различна. Если ввести в воду хлор в количестве большем, чем хлорпоглощаемость, на 0,5 мг/л, он делает воду непригодной для питья, прида-

вая ей хлорный привкус и запах. Поэтому при обеззараживании добавляют в воду такое количество хлорсодержащего препарата, чтобы после обработки во-

да содержала 0,3-0,5 мг/л так называемого остаточного свободного или 0,6-1

мг остаточного хлораминного хлора, который, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания,

поскольку имеется некоторый избыток хлора. Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпо-

требностью.

Хлорпотребность воды определяют путем опытного хлорирования опре-

деленных объемов подлежащей обеззараживанию воды разными дозами хлора или хлорной извести. При подборе дозы хлора в полевых условиях ориентиро-

вочно можно пользоваться таблицей 1.

Таблица 1.

Ориентировочная хлорпотребность воды различного происхождения (из Инструкции по обеззараживанию хозяйственно-питьевой воды хло-

ром при централизованном и местном водоснабжении)

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффек-

тивного обеззараживания является хорошее смешение и достаточный контакт хлора с водой. Контакт воды с хлором должен быть летом не менее 30 минут, а

зимой не менее 1 часа.

Наличие в воде взвешенных частиц, гуминовых и других органических со-

единений снижает действие хлора. Поэтому для надежного обеззараживания мут-

ные и цветные воды рекомендуется предварительно осветлять и обесцвечивать.

В тех случаях, когда требуется хлорировать воду, находящуюся в бочке или другом резервуаре, определяют объем последнего и рассчитывают количе-

ство хлорной извести, необходимое для обеззараживания. Отвесив нужное ко-

личество, его вносят в бутыль или какую-либо другую посуду, добавляют такое количество воды, чтобы получился приблизительно 1-2°/о раствор, тщательно перемешивают хлорную известь с водой, дают ей отстояться и осветленный раствор добавляют к дезинфицируемой воде. Воду с раствором хлоркой извести тщательно перемешивают и оставляют на 30-60 минут. После этого, определив наличие остаточного хлора и органолептические качества воды, разрешают пользование ею.

При описанном методе хлорирования по хлорпотребности вода надежно обеззараживается от патогенных бактерий, образующих лишь вегетативные формы (например, возбудители острых кишечных инфекций, туляремии, лепто-

спироза) и вирусов. Вода, содержащая цисты дизентерийной амебы, споровые формы сибирской язвы, яйца гельминтов, не обеззараживается этим методом.

Кроме обычного хлорирования по хлорпотребности применяют и другие моди-

фикации хлорирования: двоиное хлорирование, хлорирование с аммонизацией,

перехлорирование и др.

Двойное хлорирование.

На многих речных водопроводах хлор подается в воду первый раз перед отстойниками, а второй – как обычно, после фильтров. Введение хлора перед от-

18

стойниками улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост мик-

рофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания,

однако возрастает возможность образования хлорорганических соединений.

Хлорирование с преаммонизацией.

При этом способе хлорирования в обеззараживаемую воду вводят раствор аммиака, а через 0,5-2 мин. – хлор. При этом в воде образуются обладающие бактерицидным действием хлорамины. Эффективность хлорирования с аммо-

низацией зависит от соотношения NH3 : Cl, причем применяют дозировки этих реагентов в соотношениях 1:3, 1:4, 1:6, 1:8. Для воды каждого источника при-

ходится подбирать наиболее эффективное соотношение.

Метод преаммонизации применяется с целью предупреждения неприят-

ных запахов, возникающих иногда при хлорировании воды, содержащей фено-

лы или фенолоподобные вещества. Образующиеся хлорфенолы даже в ничтож-

ных концентрациях придают воде аптечный привкус и запах. Хлорамины же,

обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фенолами хлорфенолов.

Скорость обеззараживания воды хлораминами меньше скорости обезза-

раживания хлором, поэтому продолжительность дезинфекции воды при хлори-

ровании с преаммонизацией должна быть не менее 2 ч.

Перехлорирование.

При этом методе к воде добавляют большие дозы хлора, например, 10-20

мг/л, вследствие чего надежный бактерицидный эффект достигается уже при

15-минутной экспозиции. При перехлорировании в течение 30-60 минут доста-

точно надежно обеззараживаются даже мутные воды. От воздействия больших доз хлора погибают столь стойкие к хлору возбудители, как риккетсии Бернета,

цисты дизентерийной амебы, туберкулезные бактерии и вирусы. Однако и при этих дозах хлора не может быть достигнуто надежное обеззараживание воды от спор сибирской язвы и яиц гельминтов. После обеззараживания перехлориро-

19

ванием в воде остается большой избыток хлора. Процесс освобождения воды от него носит название дехлорирования. Воду дехлорируют фильтрованием через слой активированного угля или путем добавления к ней гипосульфита натрия в количестве 3,5 мг на 1 мг остаточного хлора. Перехлорирование воды применя-

ется преимущественно в экспедициях и военных условиях.

Озонирование воды.

Озон в воде разлагается с образованием атомарного кислорода. Механизм распада озона в воде сложный с протеканием ряда промежуточных реакций с образованием свободных радикалов, также обладающих окислительными свой-

ствами. Более сильное окислительное и бактерицидное действие озона, чем хлора, объясняют тем, что его окислительный потенциал больше окислительно-

го потенциала хлора. Озонирование с гигиенической точки зрения является од-

ним из лучших методов обеззараживания воды. При озонировании вода обезза-

раживается надежно, разрушаются органические примеси, а органолептические свойства ее не только не ухудшаются, как при хлорировании и кипячении, а

даже улучшаются: уменьшается цветность воды, устраняются посторонние привкусы и запахи. Вода приобретает приятный голубоватый оттенок, и насе-

ление приравнивает ее к ключевой. Избыток озона быстро распадается с обра-

зованием кислорода.

Доза озона, необходимая для обеззараживания, для большинства вод от

0,5 до 6 мг/л; для обесцвечивания и улучшения органолептических свойств во-

ды могут требоваться и большие дозы. Продолжительность обеззараживания воды с помощью озона – 3-5 минут.

Остаточного озона (после камеры смешения) должно быть 0,1-0,3 мг/л.

20