Гигиена воздуха. гигиена водух. Гигиенический контроль за состоянием воздушной и водной среды
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
Методы хлорирования Хлорирование нормальными дозами Доза хлора устанавливается экспериментально по сумме величин хлорпоглощаемости и нормы остаточного хлора (хлор- потребности воды) путем проведения опытного хлорирования. Хлорирование нормальными дозами является наиболее часто применяемым методом на водопроводных станциях. Минималь- ное время контакта воды с хлором при хлорировании составляет летом не менее 30 минут, зимой – 1 часа. 116 117 Этапы хлорирования: • определение хлорпотребности воды; • расчет необходимого количества хлора для обеззаражива- ния воды; • контроль эффективности хлорирования путем определения количества остаточного хлора в воде. Преимущества: • малый расход хлора; • не изменяются органолептические свойства воды. Недостатки: • трудно выбрать рабочую дозу хлора. Гиперхлорирование – хлорирование избыточными дозами хлорсодержащими соединениями, заведомо превышающими хлорпотребность воды. Гиперхлорирование применяется в не- благоприятной эпидемиологической обстановке, при отсутствии или неэффективной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, при отсутствии возможности проведения пробного хлорирования для определения хлорпотребности, при невозмож- ности обеспечить достаточное время контакта с хлором. Преимущества: • создает возможность надежного обеззараживания мутных, цветных, сильнозагрязненных и зараженных вод; • сокращается время обеззараживания до 10–15 минут; • упрощается техника хлорирования, т. к. нет необходимости проводить опытное хлорирование. Доза хлора определяется ориентировочно в зависимости от вида водоисточника, качества воды (мутности, цветности), степе- ни её загрязнения и опасности в эпидемическом отношении. При гиперхлорировании воды хорошо оборудованных колодцев, при хороших органолептических свойствах воды – 10 мг/л, при пони- женной прозрачности колодезной воды, воды рек или озер (про- зрачной и бесцветной) – 15 мг/л, при сильном загрязнении воды любого водоисточника и при использовании воды из источников непитьевого назначения (вода искусственных прудов и запруд) – 25–20 мг/л. В неблагоприятной эпидемиологической обстановке доза хлора может быть увеличена до 100 мг/л. По истечении необходимого времени контакта избыточное количество остаточного хлора удаляют путем дехлорирования воды тиосульфатом натрия или фильтрацией через активирован- ный уголь. Недостатки: • большой расход препаратов хлора; • необходимость проведения дехлорирования. Хлорирование с преаммонизацией Этот метод применяется в случае обнаружения в воде по- верхностных водоисточников фенолов, попадающих туда с про- мышленными сточными водами. При взаимодействии хлора с фенолом образуются стабильные хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах и привкус, что делает воду непригодной для питья и ограничивает использование дру- гих способов хлорирования. При хлорировании с преаммони- зацией в воду вначале вносится аммиак, образующий амины, а затем хлор, вступающий в реакцию с аминами с образовани- ем хлорамина, который и оказывает бактерицидное действие. Образующиеся хлорамины не взаимодействуют с фенолами из- за более низкого окислительно-восстановительного потенциала и хлорфенольный запах не возникает. К недостаткам метода мож- но отнести то, что хлораминный хлор проявляет бактерицидный эффект в 2 раза медленнее, чем свободный хлор, и обладает более низким окислительно-восстановительным потенциалом, поэто- му время хлорирования увеличивается и количество остаточного связанного хлора должно составлять 0,8–1,2 мг/л. Данный способ хлорирования может применяться при не- обходимости транспортировки воды по трубопроводам на боль- шие расстояния. Это обусловлено тем, что остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактери- цидный эффект, чем свободный. Лучшим соотношением аммиака и хлора считается 1:4, при котором образуется монохлорамин, наиболее эффективно предо- твращающий появление запаха. Уже образовавшийся запах аммо- низация не устраняет. 118 119 Двойное хлорирование Хлор подается в воду первый раз в смеситель перед отстой- никами, а второй – после фильтров. Хлор перед отстойниками ослабляет защитные свойства коллоидов, облегчая процесс ко- агуляции, и позволяет уменьшить дозу коагулянта. Кроме того, он подавляет рост бактерий, засоряющих песок на фильтрах, и делает более успешным повторное заключительное хлорирова- ние. Двойное хлорирование применяют в тех случаях, когда бак- териальная загрязненность речной воды высока или подвержена значительным колебаниям. Повторное обеззараживание служит дополнительной гарантией надежности эпидемиологической без- опасности воды. Обеззараживание воды озоном Озон (О 3 ) является сильным окислителем; его окислитель- ный потенциал (+1,9 В) превышает потенциал хлора (+1,359 В). Окислительные свойства озона связаны с атомарным кислородом, который выделяется при его разложении. Атомарный кислород является одним из наиболее сильных окислителей и уничтожает бактерии, споры, вирусы, разрушает растворенные в воде орга- нические вещества. Механизм бактерицидного действия озона до настоящего времени остается предметом дискуссии. Одни ав- торы считают, что озон инактивирует бактериальные ферменты, приводя к нарушению обменных процессов и гибели микробной клетки. Другие предполагают, что под действием озона происхо- дят значительные изменения структуры и морфологии бактерий, а также необратимые изменения в бактериальной ДНК. Озон получают из воздуха в специальных приборах – озона- торах – при помощи электрических разрядов высокого напряже- ния. Озонированный воздух подается в стерилизационные баки, где происходит перемешивание его с водой, подлежащей обезза- раживанию. Расход озона колеблется в очень широких пределах – от 2 до 17 мг/л и выше. Количество остаточного озона не должно превышать 0,2–0,5 мг/л. Более высокие концентрации вызывают усиленную коррозию водопроводной системы, ее металлических частей (труб). Озонирование нашло применение на кораблях торгового и Военно-Морского флота и других объектах с автономным водо- снабжением. Озонирование имеет ряд существенных преимуществ перед хлорированием. Основными из них являются: 1. Более высокий бактерицидный и спороцидный эффект. Обеззараживающее действие озона в 15–20 раз, а на споровые формы бактерий примерно в 300–600 раз сильнее действия хлора. Озон эффективен при уничтожении простейших. Высокий виру- лицидный эффект озона отмечается в концентрациях 0,5–0,8 мг/л и экспозиции 12 минут при реальных дозах для практики водо- снабжения. 2. Избыток озона в отличие от хлора не денатурирует воду. 3. Озон можно использовать и для дезодорации питьевой воды, удаления токсических органических веществ. 4. Выработка озона на месте из воздуха, в связи с чем отпада- ет необходимость в сырье, его транспортировке и хранении. 5. Наличие оперативного контроля за эффективностью обез- зараживания. 6. Отработанные технологические схемы получения реагента. 7. Минеральный состав, щелочность, рН воды остаются без изменений. Недостатками этого метода остаются относительно высокая стоимость обработки воды (примерно в 2 раза больше по сравне- нию с хлором) и большая зависимость бактерицидного действия от физико-химических свойств воды (мутности, цветности, нали- чия органических веществ и других восстановителей) и техноло- гических параметров процесса. Так, например, для обеззаражи- вания коагулированной и фильтрованной невской воды требуется 2–3 мг/л озона, а для фильтрованной, но не коагулированной – 17–20 мг/л. Кроме того, озон является взрывоопасным и токсич- ным для человека реагентом, что требует строгого соблюдения техники безопасности и надежного оборудования на станциях во- доподготовки. Озон быстро распадается в обработанной воде (20– 30 минут), что ограничивает его применение в качестве конечно- го дезинфицирующего средства. После озонирования нередко на- 120 121 блюдают значительный рост микрофлоры, объясняя его как реак- тивацией бактерий, так и вторичным загрязнением обработанной воды. Имеются данные, что даже высокие концентрации озона (20 мг/л) и длительная экспозиция (1,5–2 часа) не обеспечивали полного эффекта обеззараживания в отношении бактериальных спор. При обработке воды озоном могут образовываться побоч- ные токсические продукты. К ним относятся броматы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, другие гидроксилированные и али- фатические ароматические соединения. Данные вещества могут вызывать мутагенный и другие неблагоприятные эффекты. Если в схеме обработки воды после озонирования применяется хлори- рование, то возможно образование из побочных продуктов озони- рования тригалометанов – известных канцерогенов и мутагенов. Перекись водорода (Н 2 О 2 ) является сильным окислителем, причем акцептором так же, как и у озона, служит атомарный кислород. Из-за трудности получения О 3 в больших количествах и дороговизны перекись водорода широкого применения в пра- ктике водоснабжения не приобрела. Обеззараживание воды перекисью водорода Предположительно основным механизмом антибактериаль- ного действия перекиси водорода является образование суперок- сидных и гидроксильных радикалов, которые могут оказывать либо прямое цитотоксическое действие, либо опосредованное, приводящее к повреждению ДНК микроорганизмов. Перекись водорода обеспечивает обеззараживание воды без образования токсичных продуктов, загрязняющих внешнюю сре- ду. Реагент не изменяет органолептических свойств воды и зна- чительно снижает ее цветность (до 50 %), что весьма ценно для обеззараживания окрашенных вод. К числу недостатков метода относятся: необходимость введения катализаторов для ускорения высвобождения атомарного кислорода и жидкая форма препарата. Обеззараживание воды ионами серебра По современным представлениям, ионы серебра сорбиру- ются клеточной оболочкой и после достижения избыточной кон- центрации проникают в микробную клетку. Ионы серебра бло- кируют функциональные группы основных ферментных систем клетки, расположенных в цитоплазматической мембране или в периплазматическом пространстве. Практически метод обеззараживания серебром может быть применен для обеззараживания и консервации небольших объе- мов воды на объектах с автономными системами водоснабжения. небольших индивидуально-групповых запасов воды. Наибольшее применение получило использование электро- литического или анодорастворимого серебра. Метод основан на растворении серебряного электрода (анода) при пропускании постоянного тока через обеззараживаемую воду. Электролити- ческое введение реагента позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохлорита и перекисных соединений усиливают бактерицид- ное действие анодорастворимого серебра. Положительными сторонами обеззараживания воды сере- бром являются неизменяемость ее органолептических свойств. Серебро оказывает выраженное последействие, что позволяет консервировать воду на срок до 6 месяцев и более, что особен- но важно в тех случаях, когда возникает необходимость в дли- тельном хранении воды (оборонительные сооружения, корабли ВМФ). К достоинствам способа относится автоматизация про- цесса и точное дозирование реагента. К недостаткам метода следует отнести трудность дозиров- ки, медленное и ненадежное бактерицидное действие, а также сильное влияние на бактерицидный эффект физико-химических свойств воды, особенно содержания в ней хлоридов. Серебро яв- ляется дорогим и весьма дефицитным реагентом. Серебро не ока- зывает спороцидного действия, но прорастание спор в присутст- вие ионов серебра задерживается. Вирулицидное действие ионов серебра проявляется только при высоких концентрациях – 0,5– 10 мг/л. Необходимый бактерицидный эффект при концентра- ции серебра 0,06–0,1 мг/л достигается после экспозиции 2–6 ч, а в ряде случаев – через 24 часа. Возможно развитие устойчи- вости к серебру у патогенных микроорганизмов. Эффективными рабочими концентрациями серебра являются 0,2–0,4 мг/л. Вме- 122 123 сте с тем, ПДК в воде этого металла, установленная по токсиколо- гическому признаку вредности, составляет 0,05 мг/л. Некоторые исследователи сообщают об отсутствии отрицательного влияния серебра в концентрации 0,2–2,0 мг/л на организм лабораторных животных и культуру тканей. В «Руководстве по контролю каче- ства питьевой воды» ВОЗ подчеркивается, что такое содержание серебра небезопасно для здоровья человека. Обеззараживание воды ионами меди Медь, как и серебро, являясь олигодинамическим металлом, оказывает инактивирующее действие на бактерии и вирусы, но в больших концентрациях, чем серебро. Инактивация микроорганизмов медью протекает медлен- нее. Чем свободным хлором или хлорамином. На эффективность обеззараживания воды медью влияют физико-химические пока- затели качества воды. Обеззараживание воды йодом Способ, когда в воду, непригодную для питья, добавляются различные растения или вещества природного происхождения, и при этом вода впоследствии не кипятится, можно назвать есте- ственным способом обеззараживания воды. Такое обеззаражива- ние воды не так эффективно, как обеззараживание воды йодом, однако может применяться тогда, когда ничего иного нет под ру- кой. Из растений обычно применяются те, которые, по сути, явля- ются природными антисептиками. Препараты йода в отличие от препаратов хлора действуют быстрее, не ухудшают органолептические свойства воды. Бакте- рицидный эффект обеспечивается при концентрации 0,3–1,0 мг/л и экспозиции 20–30 минут. Вирулицидное действие йода зависит от температуры воды, рН, экспозиции и отмечается в диапазоне концентраций 0,5– 2,0 мг/л. Есть данные о паразитоцидном действии йода. В связи с высокими бактерицидными свойствами, наличием вирулицид- ного и паразитоцидного действия препараты йода рассматрива- ются как одно из перспективных средств обеззараживания пить- евой воды. В процессе фильтрации за счет абсорбционных и адгези- онных механизмов, явлений сорбционного взаимодействия ми- кроорганизмов с различными материалами, происходит очистка воды от бактериальных и вирусных агентов. Ультрафильтрация, сорбционная и мембранная технологии находят в последние годы все большее применение в практике водоподготовки, так как данные методы высокоэффективны при освобождении воды от патогенных микроорганизмов, вирусов, простейших. Достоинства метода: • метод не ухудшает физико-химические показатели обраба- тываемой воды; • простой, экономичный и доступный в эксплуатации. Физические методы обеззараживания воды Ультрафиолетовое облучение Благотворное действие солнечного света на воду было из- вестно еще в глубокой древности. В одной из санскритских книг («Усрута Сангита»), написанной за две тысячи лет до нашей эры, сказано: «Хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнце и фильтровать через древесный уголь». Однако объясне- ние причин благоприятного действия света на воду стало возмож- ным лишь после открытия микроорганизмов и изучения влияния на них солнечного света. В дальнейшем было установлено, что максимальное бактерицидное действие оказывает ультрафиолето- вый участок спектра, в особенности лучи с длиной волны от 250 до 260 нм (область С). Чувствительность микроорганизмов к УФИ в этом диапазоне хорошо изучена и определяется по дозе излуче- ния, которая обычно измеряется в мДж/см 2 или мВт*с/см 2 . Доза, обеспечивающая 90 % инактивацию E. coli, составляет 3 мДж/см 2 УФИ оказывает бактерицидное, вирулицидное и спороцидное действие. Микроорганизмы по чувствительности к УФИ распола- гаются в следующем порядке: вегетативные бактерии > вирусы > бактериальные споры > цисты > простейшие. Следовательно, вирусы более устойчивы к УФИ, чем вегетативные формы бакте- 124 125 рий, и среди них вирусы, содержащие двухнитевую ДНК, более устойчивы, чем вирусы с однонитевой ДНК. Для эффективного заключительного обеззараживания воды УФ-установки должны обеспечивать дозу облучения не менее 16 мДж/см 2 Гибель микроорганизмов под действием УФИ с длиной вол- ны 250–260 нм происходит за счет необратимых повреждений бактериальной ДНК. Основными мишенями при этом являются азотистые основания нуклеотидов – пурины и пиримидины. УФИ в области 280 – 400 нм также способно индуцировать фотодес- труктивные реакции в ДНК. В результате обработки УФИ наряду с ДНК повреждаются РНК, мембранные и белковые структуры бактериальной клетки. В последние годы появились сообщения об образовании в воде под действием УФИ свободнорадикальных продуктов, которые усиливают бактерицидное действие этого физического фактора. Преимущества метода: • широкий спектр антибактериального действия; • отсутствие опасности передозировки; • короткая экспозиция, исчисляемая несколькими секундами; • УФИ не денатурирует воду, не изменяет её запаха и вкуса; • способ не требует реакционных емкостей, отличаясь высо- кой производительностью и простотой эксплуатации; • обеспечивает улучшение условий труда обслуживающего персонала, так как исключаются из обращения вредные хи- мические вещества (хлор); • определяет экономическую рентабельность, способ по сто- имости сравним с хлорированием; • эффективность обеззараживания не зависит от рН и темпе- ратуры воды; • установки УФ-обеззараживания компактны, работают в проточном режиме, надежны в отношении техники без- опасности. К недостаткам метода следует отнести отсутствие обеззара- живания при аварийном отключении энергии, отсутствии надеж- ного способа оперативного контроля за эффективностью обезза- раживания и большое влияние физико-химических свойств воды на эффект обеззараживания. Повышенная цветность, мутность воды снижает бактери- цидное действие ультрафиолетовых лучей, вид микроорганизмов, их количество, доза облучения также влияют на бактерицидный эффект. Кроме того, эффективная доза УФИ зависит от типа уста- новки и, следовательно, необходимо проверять эффективность работы оборудования в каждом конкретном случае. К числу негативных особенностей способа относится и воз- можность осаждения содержащихся в воде гуминовых кислот, железа и солей марганца на кварцевом чехле ламп, что уменьша- ет интенсивность излучения. Обеззараживание УФИ не имеет эффекта последействия, что делает возможным вторичный рост бактерий в обрабатываемой воде. Реактивация микрофлоры возникает в тех случаях, когда ин- тенсивность УФИ ниже необходимого уровня, обработанная вода подвергается вторичному загрязнению или последующему облу- чению видимым светом (фотореактивация). Наряду с фотореак- тивацией возможна и фотозащита – возрастание устойчивости к действию коротковолнового УФИ у микроорганизмов, предва- рительно облученных длинноволновым УФ-светом. |