Тема 2.2. Методы очистки, обеззараживания и улучшения качества питьевой воды

Цель: Изучение методов очистки, обеззараживания и улучшения качества питьевой воды.

План занятия

1.Классификация и характеристика методов очистки воды, обеззараживания воды и специальных методов улучшения качества воды.

2. Лабораторная работа "Определение дозы коагулянта для очистки воды и пробное хлорирование воды", решение ситуационных задач на дефторирование и фторирование питьевой воды.

Классификация и характеристика методов очистки воды

Методы очистки воды классифицируются на физические (отстаивание и фильтрация) и химические (коагуляция).

Отстаивание и фильтрация позволяет удалить грубую муть (песок, яйца гельминтов, частично микроорганизмы и органические остатки).

Коагуляция с последующей фильтрацией позволяет удалить коллоидную взвесь и за счет этого осветлить воду, снизить цветность, жесткость и концентрацию фторидов в воде. Для коагуляции используют собственно коагулянты, вызывающие слипание частиц, их агрегацию и оседание агрегатов в виде хлопьев и комочков, что сопровождается адсорбцией органических примесей, микроорганизмов, яиц гельминтов и пр. В качестве коагулянтов применяют соли поливалентных металлов (железа и алюминия) – сернокислый алюминий, глинозем (глину, содержащую диоксид алюминия), которые при взаимодействии с водой образуют амфотерные гидроксиды в виде студенистых хлопьев. Остаточные количества сернокислого алюминия гигиенически нормируются, поскольку растворимые соединения алюминия при избыточном поступлении в организм с водой неблагоприятно влияют на центральную нервную систему, красную и белую кровь и кислотно-щелочное равновесие (ПДК = 0,5 мг/л). В качестве флоккулянтов, облегчающих и ускоряющих процесс коагуляции, применяют водорастворимые высокомолекулярные соединения, например, полиакриламид (остаточная ПДК = 2 мг/л).

Методы обеззараживания воды

Методы обеззараживания воды классифицируются на физические (нереагентные) и химические (реагентные).

Нереагентные методы обеззараживания воды: кипячение, обработка ультрафиолетовым (УФ) излучением, гамма-лучами, ультразвуком, электрическим током высокой частоты и пр. Нереагентные методы имеют преимущества, поскольку не приводят к образованию в воде остаточных вредных веществ.

Кипячение в течение 30 мин. применяется при местном водоснабжении и вызывает на только гибель вегетативных форм, которая наступает уже при 80⁰С в течение 30 сек., но и спор микроорганизмов.

Обеззараживание воды коротковолновым УФ-излучением (=250-260 нм) за счет фотохимического расщепления белковых компонентов мембран бактериальных клеток, вибрионов и яиц гельминтов вызывает быструю гибель вегетативных форм и спор микроорганизмов, вирусов и яиц гельминтов, устойчивых к хлору. Ограничение - метод не используется для воды с высокой мутностью, цветностью и содержащей соли железа.

Реагентные методы обеззараживания воды: обработка ионами серебра, озонирование, хлорирование.

Обработка ионами серебра приводит к инактивации ферментов протоплазмы бактериальных клеток, потери 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-х часов, что ведет к переходу катионов серебра в воду. Преимуществом метода является долгое хранение посеребренной воды. Ограничение - 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 О₃ - аллотропной модификацией кислорода, обладающим более высоким окислительным потенциалом и в 15 раз большей растворимостью. Озон в большей степени расходуется на окисление органических и легко окисляющихся неорганических веществ, чем обеззараживание. Время, необходимое для обеззараживания озоном, составляет 1-2 мин. Применяемая доза озона составляет 0,5-0,6 мг/л. Обязательным условием озонирования является создание остаточного количества озона в воде (0,1-0,3 мг/л) для предотвращения роста и размножения патогенных микроорганизмов. Преимуществом метода является отсутствие остаточных веществ, дезодорирование воды, удаление цветности, короткое время реакции и уничтожение вирусов. Однако метод требует дешевых источников электроэнергии, поскольку озоновоздушную смесь получают при помощи энергоёмкого процесса - "тихого" электрического разряда на озонаторе.

Хлорирование – наиболее доступный и дешевый способ обеззараживания. Хлорирующие агенты делят на 2 класса: 1) анион Cl^- (газообразный Cl₂, хлорамин, хлорамины Б и Т, дихлорамины Б или Т); 2) т.н. "активный хлор" - гипохлорит-ион = анион ClO^- [гипохлорит кальция Ca(OCl)₂, гипохлорит натрия NaOCl, хлорная известь – смесь гипохлорита кальция, хлорида кальция, гидроокиси кальция и воды]. Бактерицидный эффект объясняется действием хлорноватистой кислоты, образующейся по реакции Cl₂ + H₂O  HOCl + HCl; активного хлора: HOCl  OCl^- + H⁺ и хлористой кислоты НСlO₂. Механизм обеззараживания связан с взаимодействием активных веществ с SH-белками клеточной оболочки бактерий. Недостатки метода: при хлорировании споры сибирской язвы, возбудители туберкулеза, яйца и личинки гельминтов, цисты амебы и риккетсии Бернета остаются жизнеспособными.

Обеззараживание воды хлорированием требует предварительного экспериментального определения концентрации активного хлора в хлорирующем препарате (в норме 25-35%) и хлорпоглощаемости воды, которая зависит от степени загрязнения воды органическими веществами и микроорганизмами, на окисление и обеззараживание которых расходуется хлор.

Условиями эффективного хлорирования являются соблюдение продолжительности контакта хлор-агента с водой и ее компонентами (30 мин. в теплый и жаркий период года, 60 мин. – в холодный); создание остаточного хлора 0,3-0,5 мг/л. Хлорпоглощаемость воды и концентрация остаточного хлора в сумме представляют собой хлорпотребность воды.

Ограничение применения обеззараживания воды препаратами, содержащими «активный хлор», касается воды, загрязненной промышленными сточными водами с содержанием фенола и других ароматических соединений, что требует «постпереломного» хлорирования, ведущего к образованию хлордиоксинов - веществ, обладающих высокой токсичностью и кумулятивностью в организме человека. Признаком их образования является сильный «аптечный» запах воды. Для предотвращения образования хлордиоксидов при хлорировании загрязненной промышленными стоками воды применяют газообразный хлор с преаммонизацией (предварительной обработкой воды аммиаком).

При невозможности экспериментального определения хлорпоглощаемости воды используют метод перехлорирования. Перехлорирование проводят избыточными дозами хлорирующего препарата (обычно в непроточной воде ограниченного объема). При выборе дозы активного хлора учитывают тип и степень загрязненности воды в источнике водоснабжения и эпидемическую ситуацию на территории сбора воды в используемый источник (обычно доза колеблется в пределах 10-20 мг активного хлора на 1 литр воды).

Для получения воды питьевого качества применяются методы очистки (осветления), обеззараживания и специальной обработки с применением реагентов. Остаточные количества реагентов и образующихся в процессе обработки воды веществ гигиенически нормированы (табл.33).

Таблица 33. ПДК остаточных количеств реагентов в воде

Показатели	Единицы измерения	Нормативы (ПДК)	Показатель вредности	Класс опасности
Хлор1):
Остаточный свободный	мг/л	От 0,3 до 0,5	Органолепт.	3
Остаточный связанный	-"-	От 0,8 до 1,2	-"-	3
Хлороформ (при хлорировании воды)	-"-	0,22)	Сан-токс.	2
Озон остаточный3)	-"-	0,3	Органолепт.	-
Формальдегид (при озонировании воды)	-"-	0,05	Сан-токс.	2
Полиакриламид	-"-	2,0	-"-	2
Активированная кремнекислота (по Si)	-"-	10	-"-	2
Полифосфаты (по PO3-4)	-"-	3,5	Органолепт.	3
Алюминийсодержащие коагулянты	-"-	0,5	Сан-токс.	2
Железосодержащие коагулянты	-"-	0,1	Органолепт.	3