гигиена питьевой воды. Гоу впо читинская государственная медицинская академия
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
Нитраты, нитриты. Аммиак является начальным продуктом разложения органических азотосодержащих веществ. Поэтому наличие аммиака в воде может расцениваться как показатель опасного в эпидемическом отношении свежего загрязнения воды органическими веществами животного происхождения. В некоторых случаях наличие аммиака не указывает на недоброкачественность воды. Например: в глубоких подземных водах аммиак образуется за счет восстановления нитратов при отсутствии кислорода или повышенное содержание аммиака в болотистых и торфяных водах (аммиак растительного происхождения). Соли азотистой кислоты (нитриты) представляют собой продукты неполного окисления аммиака под влиянием микроорганизмов в процессе нитрификации. Наличие нитритов свидетельствует о возможном загрязнении воды органическими веществами, однако нитриты указывают на известную давность загрязнения. Соли азотной кислоты (нитраты) – конечные продукты минерализации органических веществ бактериями, присутствующими в почве и в воде с достаточным содержанием кислорода. Присутствие в воде нитратов без аммиака и нитритов указывает на завершение процесса минерализации. Одновременное содержание в воде аммиака, нитритов и нитратов свидетельствует о незавершенности этого процесса и продолжающемся, опасном в эпидемическом отношении загрязнении воды. Однако повышенное содержание нитратов может иметь минеральное происхождение. Нитраты используют в качестве удобрений (селитра), во взрывчатых веществах, в химическом производстве и в качестве консервантов пищевых продуктов. Некоторые нитраты являются результатом фиксации в почве атмосферного азота (бактериальный синтез). Нитриты используют в качестве консервантов пищевых продуктов. Некоторые нитраты и нитриты образуются при вымывании дождем окислов азота, которые являются результатом разряда молнии или поступают из антропогенных источников. Нитраты и нитриты широко распространены в окружающей среде, они обнаруживаются в большинстве пищевых продуктов, в атмосфере и во многих водных источниках. Поступлению этих ионов в воду способствует использование удобрений, гниение растительного и животного материала, бытовые стоки, удаление в почву осадка сточных вод, промышленные сбросы, выымывание из мест захоронения отходов и вымывание из атмосферы. В природных чистых водах нитратов, как правило, немного. Однако в грунтовых водах в пределах населенных пунктов, животноводческих ферм и в других местах, где почва длительно и массивно загрязняется, содержание нитратов может быть высоким. Поскольку ни один из обычно используемых методов очистки и обеззараживания воды не изменяет значительно уровня содержания нитратов, и поскольку концентрация нитратов заметно не изменяется в системе распределения воды, уровни содержания в водопроводной воде часто полностью аналогичны таковым для водных источников. Содержание нитритов в водопроводной воде ниже, чем в водных источниках, что вызвано их окислением в процессе очистки воды, особенно при хлорировании. Метаболизм. Нитраты и нитриты легко поглощаются организмом. Нитраты поглощаются в верхних отделах тонкого кишечника, концентрируются преимущественно в слюне через посредство слюнных желез, выводятся через почки. Нитрат может легко превращаться в нитрит в результате бактериального восстановления. Восстановление нитратов в нитриты происходит во всем организме, включая желудок. Это превращение зависит от значения рН. У грудных детей, у которых кислотность в желудке в норме очень низкая, образуется большое количество нитрита. У взрослых кислотность в желудке характеризуется значением рН 1-5 и в меньшей степени происходит превращение нитрата в нитриты. Нитрит может окислять гемоглобин в метгемоглобин. При определенных условия нитриты могут реагировать в организме человека с вторичными и третичными аминами и амидами (пища) с образованием нитрозаминов, некоторые из которых считаются канцерогенами. Значение нитратов, нитритов: вызывают развитие «водно-нитратной метгемоглобинемии» за счет окисления нитритами гемоглобина в метгемоглобин. В основном данное заболевание возникает у детей. Чувствительность грудных детей к действию нитратов относили за счет их высокого поступления в организм относительно массы тела, присутствием нитрат редуцирующих бактерий в верхних отделах ЖКТ и более легким окислением эмбрионального гемоглобина. Кроме того, повышенная чувствительность наблюдается у грудных детей, страдающих нарушениями функции ЖКТ, при которых увеличивается количество бактерий, способных превращать нитраты в нитриты. Использование искусственных смесей для вскармливания детей тоже рассматривается как причина увеличения заболеваемости, так как вода, используемая для приготовления смеси может содержать повышенное количество нитратов. У грудных детей в желудке значение рН, близкое к нейтральному, способствует бактериальному росту в желудке и в верхних отделах кишечника. У детей отмечается недостаточность по двум специфическим ферментам, которые осуществляют обратное превращение метгемоглобина в гемоглобин. Длительное кипячение может усугублять проблему вследствие увеличения количества нитратов при испарении воды. Чаще причиной заболевания являлось использование в качестве источника воды частных колодцев с микробиологическим загрязнением (в них отсутствуют водоросли, активно потребляющие нитраты). Заболевание характеризуется развитием одышки, цианоза, тахикардии, судорог. У детей старше 1 года и взрослых заболевание в форме острого токсического цианоза не наблюдается, но возрастает содержание метгемоглобина в крови, что ухудшает транспорт кислорода к тканям – это проявляется слабостью, бледностью кожных покровов, повышенной утомляемостью. вызывают образование нитрозаминов, некоторые из них могут быть канцерогенами. Образование этих веществ происходит во рту или где-либо ещё в организме, где кислотность относительно низкая. являются показателем загрязнения воды органическими веществами. Значение рН (активная реакция). Кислыми являются болотистые воды, содержащие гуминовые вещества, щелочными – подземные воды, богатые бикарбонатами. Значение: определяет природные свойства воды; является показателем загрязнения открытых водоемов при спуске в них кислых или щелочных производственных сточных вод; значение рН тесно связано с другими показателями качества питьевой воды. Рост железобактерий в большой степени зависит от рН. Они образуют в качестве конечного продукта метаболизма гидрат окиси железа, который придает красный цвет воде. При высоких значениях рН вода приобретает горький вкус. эффективность процессов коагуляции и обеззараживания зависит от рН. Обеззараживающее действие хлора в воде ниже при высоких значениях рН; это связано со снижением концентрации хлорноватистой кислоты. Микроэлементы. В природных водах встречаются различные микроэлементы: бром, бор, медь, цинк, марганец, кобальт, молибден, свинец, мышьяк, бериллий, фтор, йод и др. Фтор. Основным источником поступления фтора в организм человека является питьевая вода. Источником фтора в воде являются почва и подстилающие её породы, где находятся растворимые фторсодержащие минеральные соединения. Вода открытых водоемов может загрязняться фторсодержащими соединениями при выпуске в них промышленных сточных вод. В воде открытых водоемов содержится пониженное количество фтора. Высокие концентрации фтора чаще встречаются в водах артезианских скважин. Фтор, потребляемый с водой, почти полностью всасывается, удерживается в скелете и в небольшом количестве в зубных тканях. При концентрации фтора выше 1,5 мг/л у людей, пьющих такую воду, развивается флюороз зубов, свыше 5 мг/л возможен флюороз скелета. Флюороз зубов характеризуется появлением на эмали зубов фарфороподобных или пигментированных в желтый или коричневый цвет пятен или эрозий, а также повышенной стираемостью зубов. При снижении концентрации фтора ниже 1 мг/л у населения возрастает заболеваемость кариесом, так как он снижает растворимость эмали при условиях повышенной кислотности среды. В высоких дозах фтор остро токсичен для человека: развивается геморрагический гастроэнтерит, острый токсический нефрит и поражение печени и сердечной мышцы. Железо. В поверхностных водах железо присутствует в трехвалентном состоянии, хотя в восстановительных условиях в подземных водах может содержаться и двухвалентное железо. Присутствие железа в природных водах связано с растворением горных пород и минералов, дренажом кислых шахтных вод, фильтрацией со свалок, сбросом сточных вод и стоками предприятий металлургической промышленности. Значение железа: соли двухвалентного железа нестабильны и выпадают в осадок в виде нерастворимого гидроксида железа, который оседает в виде налёта ржавого цвета. Железо придает воде мутность, желто-бурую окраску. Такая вода неприятна на вкус (имеет горьковатый металлический вкус), окрашивает бельё и водопроводимую арматуру. осадок железа снижает ток воды и ускоряет рост железобактерий. Они получают энергию при окислении двухвалентного железа в трехвалентное, и в ходе этого процесса откладывается ил, покрывающий трубопроводы. Медь. Медь часто обнаруживается в поверхностных водах, она придает воде неприятный вяжущий привкус и окраску. Присутствие меди в воде не представляет опасности для здоровья, хотя может препятствовать использованию воды в бытовых целях. Медь увеличивает коррозию алюминиевой и цинковой посуды и арматуры. Марганец. Марганец, присутствующий в поверхностных водах, встречается в растворимой и во взвешенной формой. Более высокие концентрации марганца обычно связаны с промышленным загрязнением. Интоксикация марганцем, поступающим с питьевой водой, не описана. Марганец придает нежелательный привкус напиткам и окрашивает арматуру и белье при стирке. Если соединения марганца в растворе подвергаются окислению, марганец выпадает в осадок, вызывая проблемы накипеобразования. Цинк. Карбонаты, оксиды и сульфиды цинка плохо растворимы в воде, хотя высокорастворимые хлоридные и сульфатные соли склонны к гидролизу с образованием гидроксида и карбоната цинка. В результате этого концентрация цинка в природных водах обычно низкая. Концентрация цинка в водопроводной воде выше вследствие вымывания его из оцинкованных труб, латуни и цинксодержащей арматуры. Вследствие низкой токсичности цинка и эффективных гомеостатических механизмов регуляции опасность для человека хронической токсичности цинка, поступающего с питьевой водой и рационом, маловероятна. Цинк придает воде нежелательный вяжущий привкус, кроме того, может появляться опалесценция и образовываться маслянистая пленка при кипячении. Алюминий. Алюминий поступает в воду в результате сброса промышленных сточных вод, эрозии, вымывании вещества из минералов и почвы, загрязнения атмосферной пылью и выпадения осадков. Соли алюминия широко используются при очистке воды для устранения её цветности и мутности. Соли алюминия, поступившие вовнутрь, не вызывают у человека никаких вредных эффектов. В норме они не всасываются из пищи и воды, а образуют комплексы с фосфатами и выводятся с фекалиями. Алюминий может ухудшать органолептические свойства воды - появляется неприятный, вяжущий вкус. Хром. Питьевая вода обычно содержит хром в очень низких концентрациях. Загрязнение воды происходит в результате применения хрома в хозяйственной деятельности человека и в результате сброса стоков, содержащих соединения хрома. Неблагоприятные для человека эффекты присутствующего в воде хрома связаны с шестивалентным хромом. Хром в пределах 10 мг/кг массы тела вызывает у человека некроз печени, нефрит и смерть; более низкие дозы приводят к раздражению слизистой оболочки ЖКТ. Имеются данные о том, что хром может вызывать развитие злокачественных новообразований. Свинец. Наличие свинца в поверхностных водах обусловлено сбросом промышленных стоков. В питьевой воде содержание свинца относительно низкое, но при использовании свинцовых труб его концентрация может существенно увеличиваться. В литературе имеется информация о кишечном всасывании свинца из водных растворов, содержащих растворенный свинец. Свинец в высоких дозах является кумулятивным метаболическим ядом общего действия. Ртуть. Ртуть может присутствовать в окружающей среде в виде металла, в виде солей и в виде ртутьорганических соединений, наиболее важным является метилртуть. Метилртуть может получаться из неорганической ртути под действием микроорганизмов, обнаруживаемых в донных отложениях и в осадке сточных вод. Наличие повышенных концентраций ртути указывает на загрязнение воды. Рыбы и млекопитающие поглощают и удерживают ртуть и в районах, где вода загрязнена ртутью и где рыба составляет значительную часть рациона, поступление элемента в организм может быть значительным. Ртуть не выполняет никакой физиологической функции в организме. Метилртуть полностью всасывается в ЖКТ. Отравление ртутью проявляется неврологическими и почечными нарушениями, гонадотоксическим и мутагенным эффектами. Никель. Многие соли никеля растворимы в воде, что может приводить к загрязнению воды, также может быть промышленный сброс в реки стоков, содержащих соединения никеля. Некоторое количество никеля удаляется при традиционных методах очистки воды, поэтому содержание никеля в очищенной воде ниже, чем в неочищенной. Никель является эссенциальным элементом, поглощение из ЖКТ низкое. Никель относительно нетоксичен. Считается, что те уровни никеля, которые обнаруживаются в пище и воде, не представляют серьезной опасности для здоровья. 3.3 Бактериологические показатели. Водные патогенные бактерии. Фекальное загрязнение питьевой воды может обусловить поступление в воду различных кишечных патогенных организмов (бактериальных, вирусных и др.), причем их присутствие связано с микробными болезнями и носителями, имеющимися в данный момент среди населения изучаемого района. Кишечные патогенные бактерии широко распространены во всем мире. Среди известных, встречающихся в загрязненной воде, штаммы Salmonella, Shigella, Escherichia coli, Vibrio cholerae, Yersinia enterocolitica , Camhylobacter fetus. Эти организмы могут вызывать заболевания, варирующие по степени тяжести от легкой формы гастроэнтеритов до тяжелых, а иногда летальных форм дизентерии, холеры и брюшного тифа. Другие организмы, естественно присутствующие в окружающей среде и не считающиеся патогенными агентами, могут вызывать иногда оппортунистические заболевания (т. е. инфекции условно патогенными организмами). Такие микроорганизмы при их присутствии в питьевой воде могут служить причиной инфекционных болезней, главным образом у лиц с нарушением местных или общих естественных иммунозащитных механизмов, что наиболее вероятно в случае очень пожилых людей, детей и больных госпитализированных, например по поводу ожогов или при необходимости в иммуносупрессивной терапии. Питьевая вода, используемая такими больными для питья и умывания, если она содержит избыточное количества микроорганизмов таких как Pseudomonas, Flavobacterium, Acinetobacter, Klebsiella, Serratia может обусловить возникновение самых различных инфекций, в том числе инфекционных поражений кожи и слизистых оболочек глаза, уха и носоглотки Значимость водного пути распространения кишечных бактериальных инфекций значительно варъируется в зависимости от заболевания и местных условий. Обоснование использования индикаторных микроорганизмов. Несмотря на то, что в настоящее время можно установить факт присутствия в воде многих патогенных агентов, методы их выделения и количественного определения нередко довольно сложны и длительны. Поэтому с практической точки зрения нецелесообразно проводить мониторинг каждого возможного патогенного микроба, являющегося следствием загрязнения. Более логичным подходом является выявление микроорганизмов, обычно присутствующих в фекалиях человека и других теплокровных животных, в качестве индикаторов фекального загрязнения, а также показателей эффективности процессов очистки и обеззараживания воды. Выявление таких микроорганизмов указывает на присутствие фекалий, а, следовательно, на возможное присутствие кишечных патогенных агентов. Таким образом, поиск таких микроорганизмов- индикаторов фекального загрязнения- позволяет получить средства контроля качества воды. Микроорганизмы – индикаторы фекального загрязнения. Использование типичных кишечных микроорганизмов в качестве индикаторов фекального загрязнения является общепризнанным. В идеале обнаружение таких индикаторных бактерий должно означать присутствие всех сопутствующих такому загрязнению патогенных агентов. Индикаторные микроорганизмы всегда присутствуют в экскрементах, но отсутствуют в других источниках. Они легко выделяются, идентифицируются и количественно определяются и не размножаются в воде. Они дольше выживают в водной среде, чем патогенные и более устойчивы к действию обеззараживающих агентов. Практически какой-либо один микроорганизм не может отвечать всем этим критериям. Микроорганизмы, используемые в качестве бактериальных индикаторов фекального загрязнения, включает группу колиформных организмов в целом, E. Coli и колиформные организмы, которые были описаны как «фекальные колиформы», фекальные стрептококки и сульфитредуцирующие клостридии. А) Общие колиформные микроорганизмы. Колиформные организмы давно уже считаются удобными индикаторами качества питьевой воды, главным образом потому, что, эти микроорганизмы легко поддаются обнаружению и количественному определению в водной среде. Они характеризуются способностью ферментировать лактозу при культивировании при 35 или 37 С и включают виды E. Coli, Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella . Они не должны присутствовать в подаваемой потребителю воде, а их присутствие свидетельствует о недостаточной очистке или вторичном загрязнении после очистки. В этом случаи тест на общие колиформы является показателем эффективности очистки воды. Б) Фекальные (термотолерантные) колиформы Они представляют собой колиформные организмы, способные ферментировать лактозу при 44.00 или 44.50С и включают род Eschеrichia и в меньшей степени отдельные штаммы Enterobacter, Klebsiella. Из этих микроорганизмов только E. Coli специфично фекального происхождения, причем она всегда присутствует в больших количествах в экскрементах человека, животных и птиц и редко обнаруживается в воде и почве не подвергшихся фекальному загрязнению. В) Другие индикаторы фекального загрязнения . Для подтверждения фекального загрязнения при отсутствии фекальных колиформ и E. coli в воде могут быть использованы другие индикаторные организмы. Эти вторичные индикаторные организмы включают фекальные стрептококки и сульфитредуцирующие клостридии, особенно C. Perfringens. Г) Фекальные стрептококки Присутствие фекальных стрептококков в воде обычно указывает на фекальное загрязнение. Это относится к тем стрептококкам, которые обычно присутствуют в экскрементах человека и животных, в том числе S. Faecalis, S. Fatcium, S. Durans, S. Avium , а также штаммы с промежуточными свойствами. Эти микроорганизмы редко размножаются в загрязненной воде, и они могут быть несколько болеее устойчивыми обеззараживанию, чем колиформные органищмы. Д) Сульфитредуцирующие клостридии. Это анаэробы спорообразующие организмы, наиболее характерным из которых является C. Perfringes (C. Welcyii), обычно присутствуют в фекалиях, хотя в значительно меньших количествах, чем E. Coli. Споры сульфитредуцирующих выживают в водной среде дольше, чем организмы колиформной группы, они устойчивы к обеззараживанию. Е) Простейшие. Из всех кишечных простейших, патогенных для человека, три. Эти простейшие могут быть переданы через воду: Entamoeba Hyistolytica, Giardia spp. и Balantidium coli. Эти организмы являются этиологическими агентами соответственно амебиаза( амебная дизентерия), лямблиоза и балантидиаза и все они связаны с вспышками заболеваний, связанных с питьевой водой. Различные, обычно свободноживущие, амебы могут играть роль водных агентов, нередко вызывающих заболевания со смертельным исходом. Однако, инфекции водного происхождения, вызваные этими организмами, почти всегда больше связаны с рекреационным контактом с водой, чем с передачей через питьевую воду. E . histolytica широко распространена во всем мире и существует в стадии трофозоидов и цист. Инфекция возникает при заглатывании цист. Человек выступает в роли резервуара инфекции. Больные дизентерией выделяют только трофозоиды, которые чувствительны к подсушиванию, колебаниям температуры и соленности и они погибают под действием желудочного сока. Поэтому более важным источником инфекции являются хронические больные и носители инфекции, которые выделяют цисты. Giardia spp. так же широко распространена в мире и находится в стадии трофозоидов и цист. Найдена у многих видов млекопитающих и птиц. Инфекция возникает при заглатывании цист и чаще возникает у детей. Balantidium coli представляют широко распространенные микроорганизмы. Могут быть опасны для человека. Несмотря на то, что большинство инфекций E. Histolytica протекают бес симптомно или вызывают лишь незначительные симптомы, смертельные исходы не исключены. Клинические проявления это гастроэнтериты с симптомами легкой диареи до скоротечной дизентерии. Балантидиаз может проявляться в виде острой дизентерии с кровавым поносом, либо протекае бессимптомно в виде носительства. 4. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ. Методы улучшения качества питьевой воды подразделяются на: Основные – осветление и обесцвечивание, обеззараживание Специальные - умягчение, обезжелезивание, опреснение, фторирование, обесфторивание и др. 4.1. Основные методы. Целью основных методов обработки питьевой воды является улучшение органолептических (осветление и обесцвечивание) и бактериологических (обеззараживание) показателей. 4.1.1. Осветление, обесцвечивание. Под осветлением воды понимают удаление взвешенных веществ. Обесцвечивание воды – устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Осветление и обесцвечивание воды достигается методами отстаивания, фильтрования через пористые материалы и коагулирования. Очень часто эти методы применятся в комбинации друг с другом, например, отстаивание с фильтрованием или коагулирование с отстаиванием и фильтрованием. Отстаивание. С помощью отстаивания можно достичь освобождения воды лишь от крупных взвешенных частиц диаметром не менее 0,1-0,01 мм. Более мелкие частицы практически не оседают. Для их удаления требуется проводить коагулирование. В составе большинства сооружений водопроводных станций имеются специальные бассейны непрерывного действия, называемые отстойниками. Принципом работы отстойника является замедление скорости движения воды при переходе из узкого русла трубы в широкое русло бассейна (с 1 м до нескольких мл в секунду). Движение воды настолько замедляется, что оседание взвеси происходит в условиях, близким тем, какие создаются при ее полной неподвижности. При этом мелкие частицы нередко агломерируют (укрупняются) и также приобретают способность к оседанию. В зависимости от направления движения воды различают горизонтальные и вертикальные отстойники. Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, снабженный приспособлениями для сообщения воде ламинарного течения. Дно горизонтального отстойника имеет наклон в сторону входной части, где находится приямок для сбора осадка. Осветляемая водапоступаетчерез водосливной лоток и далее через дырчатую перегородку с одной из торцовых сторон отстойника, а выходит с другой торцовой стороны через дырчатую перегородку и затем через лоток. Обычно отстойник разбивают на ряд параллельно работающих коридоров шириной не более 6 м, расчетная скорость движения воды составляет 2 - 4 мм/с. В отстойнике частица взвеси находится под действием двух взаимно перпендикулярных сил: скорости выпадения по вертикали и скорости движения вод, увлекающей частицу в горизонтальном направлении. В результате действия этих сил частица либо опускается на дно или выносится из отстойника. Вертикальный отстойник — резервуар конической или пирамидальной формы. В центре резервуара помещается металлическая труба, в верхнюю часть которой поступает осветляемая вода. Пройдя ее сверху вниз, осветляемая вода поступает в зону осаждения, которую проходит по всему ее сечению снизу вверх с небольшой скоростью. Осветленная вода переливается через борт отстойника в круговой желоб. Осадок, накапливающийся в нижней части отстойника, периодически (1—2 раза в сутки) удаляют. В вертикальных отстойниках скорость воды составляет 0,4 - 0,6 мм/с и время прохождения 4 - 8 часов. Преимуществом вертикальных отстойников является малая площадь. Недостатком метода отстаивания является: медленность, и увеличение объема отстойников для удлинения времени осаждения, кроме того, наиболее мелкая взвесь не успевает осесть и коллоидные вещества совсем не выделяются.  рис.1 Вертикальный отстойникВ военно-полевой практике, особенно при длительном пребывании войск на одном месте, метод отстаивания может применяться в виде устройства небольших запруд и искусственных водоемов, имеющих сообщение с рекой. При длительном отстаивании, которое не редко происходит в естественных природных условиях (пруды, водохранилища), наблюдается не только увеличение прозрачности, но и снижение цветности и количества микроорганизмов (по Хлопину на 75-90%), Коагулирование. Сущность процесса коагуляции состоит в том, что вещества, находящиеся в воде в коллоидном состоянии, свертываются, образуют хлопья и выпадают в осадок. Осветление воды коагулированием применятся, прежде всего, с целью освобождения ее от мутности и цветности, обусловленных коллоидными взвесями. Коагуляция происходит под влиянием химических реагентов – коагулянтов, в качестве которых применяют соль алюминия А12(SО4)3 * 18Н2О, сернокислое железо FeSO4 * 7Н2О и хлорное железо FеС13 * 6Н2О. Вода, обладающая значительной цветностью и мутностью, представляет собой полидисперсную систему, содержащую электролиты, коллоидные частицы (главным образом гуминовые кислоты и их соли) и грубодисперсные примеси. Коагулянты, будучи растворены в воде, подвергаются гидролизу с образованием труднорастворимых гидратов окисей хлопьевидной структуры. Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2 Al(OH)3 + 3Ca SO4 + 6 CO2 Al2(SO4)3 + 3Mg(HCO3)2 = 2 Al(OH)3 + 3Mg SO4 + 6 CO2 При взаимодействии положительно заряженного коллоида гидрата окиси алюминия с отрицательно заряженными коллоидами воды происходит потеря заряда, приводящая к агломерации коллоидных частиц и выпадению их в осадок. Рыхлые хлопья самого коагулянта обладают огромной активной поверхностью (десятки квадратных метров на 1г осадка), на которой сорбируются коллоидные частицы и более грубые взвеси (последние в большей мере захватываются механически), и оседают вместе с ними на дно, осветляя воду. На эффективность коагуляции влияют активная реакция и щелочность воды, интенсивность перемешивания, количество грубой взвеси, температура воды. Для вод различного состава должны подбираться разные дозы коагулянта. Для ускорения процесса коагуляции применяют флоккулянты – высокомолекулярные синтетические соединения. Применение флокуллянтов позволяет ускорить процесс коагуляции, увеличить скорость восходящего движения воды в осветлителях со слоем взвешенного осадка, уменьшить время пребывания воды в отстойниках за счет увеличения скорости осаждения хлопьев, увеличить скорость фильтрования и продолжительность фильтроцикла. Фильтрование воды. Производится с целью освобождения ее от взвешенных частиц, обуславливающих мутность. Наряду с этим на фильтре частично задерживаются микроорганизмы, некоторые ядовитые и радиоактивные вещества, снижаются цветность, окисляемость воды. Фильтры классифицируют по скорости фильтрования – медленные (0,1-0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч), по направлению фильтрующего потока – одно- и двух поточные, по числу фильтрующих слоев – одно- и двухслойные. Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя. Фильтрующий слой выполняют из материала, обладающего достаточной прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крошка, керамзит). Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтрующий материал не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия. Он состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм. Фильтрование воды осуществляется двумя принципиально отличающимися друг от друга методами. Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки. Вначале вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органических веществ осадку (биологическая пленка). Образованию пленки способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Пленка достигает толщины 0,5—1 мм и больше. Биологическая пленка играет решающую роль в работе так называемых медленных фильтров. Помимо задержания мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95—99%), обеспечивает снижение окисляемости (на 20—45%) и цветности (на 20%) воды. Медленные фильтры, отличающиеся простотой устройства и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в начале XIX века. В дальнейшем, в связи с ростом водопотребления и мощностей водопроводов, они уступили место скорым фильтрам, преимуществом которых является большая производительность и меньшая площадь, что важно в условиях современного города. Медленные фильтры сооружают с загрузкой фильтрующего слоя из кварцевого песка высотой 800—850 мм и поддерживающего слоя гравия или щебня высотой 400— 450 мм. Скорость фильтрации составляет 0,1—0,3 м/ч. Профильтрованная вода собирается дренажной системой, расположенной на дне фильтра. Очистка фильтра производится через 10—30 суток вручную, путем снятия верхнего слоя песка толщиной 15—20 мм и подсыпки свежего. После очистки фильтра фильтрат в течение нескольких дней, до образования биологической пленки, идет на сброс. Скорые фильтры устроены несколько сложнее. Они имеют специальную подготовку чистой воды для промывания под напором и латки для сбора и отведения промывной воды. Вода на скорые фильтры должна подаваться как правило после коагуляции. Фильтрующая пленка создается очень быстро, главным образом за счет хлопьев коагулянтов. Скорость фильтрации достигает 5-7 м/ч, то есть в 50-70 раз больше, чем в медленных фильтрах. Это обстоятельство позволяет фильтровать большие количества воды через сравнительно небольшие фильтрующие площади. Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтровании механические примеси воды проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании производится промывка фильтра. При увеличении сопротивления больше допустимой величины фильтрующая пленка снимается промыванием чистой водой, пускаемой в фильтр снизу вверх под напором. Такое промывание приходится делать 1-2 раза в сутки в зависимости от степени мутности фильтруемой воды. Промывку производят обратным током чистой профильтрованой воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7—10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и очищает ее. Продолжительность промывки скорых фильтров 5—7 мин. В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка диаметром частиц 0,5-1,2 мм 0,4—0,5 м насыпается также слой дробленого антрацита или керамзита размером частиц 0,8-1,8 мм. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный — их остаток, прошедший через верхний слой. Плотность антрацита (керамзита) меньше плотности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятельно. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре 10— 12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором. Контактный осветлитель, как и скорый фильтр, загружен гравием и песком, но совмещает в себе процессы коагуляции, осветления и фильтрации воды. Вода подается снизу через распределительную систему из дырчатых труб вместе с раствором коагулянта, и хлопья образуются в толще загрузки (см. рис. 64, в). Такой вид коагуляции получил название контактной в отличие от обычной, протекающей в свободном объеме. Контактная коагуляция имеет отличия от объемной: образование хлопьев при соприкосновении с зернистой загрузкой происходит гораздо быстрее и к тому же при меньших дозах коагулянта. Хлопья фиксируются на поверхности зерен и адсорбируют на себе взвесь. В слое гравия задерживается более крупная взвесь, что снижает заиливание песка, толщина слоя песка - 2м — вдвое больше обычных скорых фильтров, что еще более повышает грязеемкость и удлиняет время между промывками. Промывная вода подается, как обычно, снизу вверх и удаляется по желобам. Скорость фильтрации —4—5 м/ч. Взвесь успешно задерживается при первоначальном ее содержании не более 150 мг/л. Основное преимущество контактных осветлителей состоит в том, что отпадает необходимость в отстойниках и камерах реакций. 4.1.2. Обеззараживание. Под обеззараживанием воды понимается в первую очередь освобождение ее от патогенных микроорганизмов. Способы обеззараживания питьевой воды условно подразделяют на безреагентные (физические), реагентные (химические), механические и комбинированные. К физическим способам относится использование ультрафиолетового и ионизирующего излучения, ультразвуковых колебаний, термической обработки. К химическим способам относится хлорирование, озонирование, использование препаратов серебра, меди, йода и некоторых других реагентов. К механическим способам относится использование различных фильтров. Физические методы. Температура. Для термического обеззараживания питьевой воды используют открытое пламя (в том числе и высокотемпературную плазму), горячий воздух, перегретый пар. Наиболее часто применяют кипячение воды. Кипячение в течение нескольких минут освобождает воду от вегетативных форм микроорганизмов, разрушает различные бактериальные эндо - и экзотоксины, инактивирует вирусы. Споры инактивируются за более длительное время: для возбудителя сибирской язвы оно составляет 10 мин., столбняка – около 1 часа, Cl. Botulinum – 1 – 5 ч. Кипячение воды как метод ее обеззараживания имеет ряд важных преимуществ: простота контроля за эффективностью обработки, доступность, надежность и быстрота обеззараживания, независимость бактерицидного эффекта от физико-химических показателей обеззараживаемой воды, отсутствие заметного влияния на физико-химические и органолептические свойства воды, возможность автоматизации, К недостаткам способа относятся: дороговизна в силу значительных затрат электроэнергии или топлива малая производительность кипяченая вода имеет высокую температуру и так называемый «вялый» вкус, получающийся вследствие удаления из воды растворенных в ней газов и уменьшения жесткости. Однако едва ли следует считать эти особенности кипяченой воды ее недостатками. В холодное время года, например, высокая температура, наоборот, является положительным свойством, да и в жаркое время многие жители восточных стран предпочитают пить горячий чай. Что касается «вялого» вкуса, то остуженную кипяченую воду трудно отличить по вкусу от не кипяченой. Кипяченая вода легко подвергается вторичному микробному загрязнению, т. к. отсутствует эффект последействия и конкурирующие сапрофиты, а температура воды долго остается благоприятной для роста микроорганизмов. В силу экономических и технологических трудностей кипячение рассматривают как способ обеззараживания индивидуальных (групповых) запасов питьевой воды в домашних условиях, на автономных объектах и транспорте, при сложной эпидемической обстановке. Ультрафиолетовое излучение. Благотворное действие солнечного света на воду было известно еще в глубокой древности. В одной из санскритских книг («Усрута Сангита»), написанной за две тысячи лет до нашей эры, сказано: «Хорошо держать воду в медных сосудах, выставлять ее на солнце и фильтровать через древесный уголь». Однако объяснение причин благоприятного действия света на воду стало возможным лишь после открытия микроорганизмов и изучения влияния на них солнечного света. В дальнейшем было установлено, что максимальное бактерицидное действие оказывает ультрафиолетовый участок спектра, в особенности лучи с длиной волны от 250 до 260 нм (область С). Чувствительность микроорганизмов к УФИ в этом диапазоне хорошо изучена и определяется по дозе излучения, которая обычно измеряется в мДж/см2 или мВт*с/см2. Доза, обеспечивающая 90% инактивацию E.coli, составляет 3 мДж/см2. УФИ оказывает бактерицидное, вирулицидное и спороцидное действие. Микроорганизмы по чувствительности к УФИ располагаются в следующем порядке: вегетативные бактерии вирусы бактериальные споры цисты простейшие. Следовательно, вирусы более устойчивы к УФИ, чем вегетативные формы бактерий, и среди них вирусы, содержащие двухнитевую ДНК, более устойчивы, чем вирусы с однонитевой ДНК. Для эффективного заключительного обеззараживания воды УФ-установки должны обеспечивать дозу облучения не менее 16 мДж/см2. Гибель микроорганизмов под действием УФИ с длиной волны 250-260 нм происходит за счет необратимых повреждений бактериальной ДНК. Основными мишенями при этом являются азотистые основания нуклеотидов – пурины и пиримидины. УФИ в области 280 – 400 нм также способно индуцировать фотодеструктивные реакции в ДНК. В результате обработки УФИ наряду с ДНК повреждаются РНК, мембранные и белковые структуры бактериальной клетки. В последние годы появились сообщения об образовании в воде под действием УФИ своднорадикальных продуктов, которые усиливают бактерицидное действие этого физического фактора. Преимущества метода: широкий спектр антибактериального действия; отсутствие опасности передозировки; короткая экспозиция, исчисляемая несколькими секундами; УФИ не денатурирует воду, не изменяет её запах и вкус; способ не требует реакционных емкостей, отличаясь высокой производительностью и простотой эксплуатации; улучшение условий труда обслуживающего персонала, так как исключается из обращения вредные химические вещества (хлор); экономическая рентабельность, способ по стоимости сравним с хлорированием; эффективность обеззараживания не зависит от рН и температуры воды; установки УФ-обеззараживания компактны, работают в проточном режиме, надежны в отношении техники безопасности. К недостаткам метода следует отнести отсутствие надежного способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания и большое влияние физико-химических свойств воды на эффект обеззараживания. Цветность, мутность снижает бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, вид микроорганизмов, их количество, доза облучения также влияют на бактерицидный эффект. Кроме того, эффективная доза УФИ зависит от тип установки и, следовательно, необходимо проверять эффективность работы оборудования в каждом конкретном случае. К числу негативных особенностей способа относится и возможность осаждения содержащихся в воде гуминовых кислот, железа и солей марганца на кварцевом чехле ламп, что уменьшает интенсивность излучения. Обеззараживание УФИ не имеет эффекта последействия, что делает возможным вторичный рост бактерий в обрабатываемой воде. Реактивация микрофлоры возникает в тех случаях, когда интенсивность УФИ ниже необходимого уровня, обработанная вода подвергается вторичному загрязнению или последующему облучению видимым светом (фотореактивация). Наряду с фотореактивацией возможна и фотозащита – возрастание устойчивочти к действию коротковолнового УФИ у микроорганизмов, предварительно облученных длинноволновым УФ-светом. Ультразвук. Особенностью УЗК является большая интенсивность колебаний, что обуславливает его физико-химическое и биологическое действие. Единой теории, объясняющей бактерицидное действие УЗК в воде, до настоящего времени не существует. Одни считают, что биологическое действие УЗК обусловлено механическими колебаниями в результате ультразвуковой кавитации, другие, наряду с механическим воздействием, подчеркивают роль химических реакций, вызванных влиянием данного физического фактора. УЗК оказывают губительное действие на самые разнообразные микроорганизмы – патогенные и непатогенные, анаэробные и аэробные, вегетативные и споровые, а также разрушают продукты и их жизнедеятельности. Эффективность бактерицидного действия УЗК зависит от целого ряда обстоятельств: параметров УЗК (интенсивности, частоты колебаний, экспозиции); некоторых физических особенностей озвучиваемой среды (температура, вязкость); морфологических особенностей возбудителя (размеров и формы бактериальной клетки, наличия капсулы, химического состава мембраны, возраста культуры). Мутность до 50 мг/л и цветность воды, а также содержание в ней различных химических элементов (железо, марганец), обычно снижающих бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, заметного влияния на бактерицидный эффект ультразвуковых колебаний не оказывает. Преимущества метода: широкий спектр антимикробного действия отсутствие отрицательного влияния на органолептические свойства воды независимость бактерицидного действия от основных физико-химических параметров воды возможность автоматизации процесса Недостатки метода: отсутствие последействия и метода оперативного контроля за эффективностью обеззараживания процесс обеззараживания в 2-4 раза более дорогой, чем обработка УФИ трудность конструирования установок большой производительности, отличающихся надежностью в эксплуатации и приемлемой себестоимостью. Теоретические, научные и технологические основы использования УЗК до настоящего времени не разработаны, поэтому возникают трудности при определении оптимальной интенсивности колебаний и их частоты, времени озвучивания и других параметров процесса. В качестве источника УЗК используют различные пьезоэлектрические и магнитострикционные генераторы. Ионизирующее излучение. - излучение оказывает выраженное бактерицидное действие. Доза - лучей порядка 25000 – 50000 Р вызывает гибель практически всех видов микроорганизмов, а доза 100000 Р освобождает воду от вирусов. Механизм действия связан с повреждающим действием на бактериальные клетки и вирусы свободнорадикальных продуктов, образующихся в результате радиолиза воды. Преимущества метода: большая проникающая способность - лучей независимость бактерицидного действия от химического состава и физических свойств воды отсутствие влияния на органолептические показатели относительная дешевизна. Недостатки метода: строгие требования к технике безопасности для обслуживающего персонала ограниченное число источников излучения отсутствие последействия и способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания. В литературе имеются сообщения о возможности использования для обеззараживания воды и некоторых других физических факторов: электромагнитных полей, лазерного излучения, вакуумирования. До настоящего времени изучение этих способов находится на стадии лабораторных исследований. |