гигиена. Кыргызскороссийский славянский университетмедицинский факультеткафедра гигиеныр. О. Касымова, К. Т. Омуралиев
 Скачать 2.07 Mb.
|
|
Коагулирование воды 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 А1 2 (SО 4 )3 * 18Н 2 О, сернокислое железо FeSO 4 * 7Н 2 О и хлорное железо FеС1 3 * 6Н 2 О. 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. Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) 2 = 2 Al(OH) 3 + 3Ca SO 4 + 6 CO 2 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Mg(HCO 3 ) 2 = 2 Al(OH) 3 + 3Mg SO 4 + 6 CO 2 Коагуляция 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. 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 адсорбируются коллоидные частицы и более 60 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 её перемешивания, количество грубой взвеси, температура. 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 Фильтры классифицируют по скорости фильтрования на 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 методами принципиально отличающимися друг от друга/ Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки. Вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен вначале загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и прочие процессы, дающие начало илистому, осадку состоящему из минеральных и органических веществ (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 идет на сброс воды и фильтрата в течение нескольких дней, до образования биологической пленки. 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 быстрее, чем в медленных фильтрах. Это обстоятельство позволяет фильтровать большее количество воды через сравнительно 61 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 фильтрации 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 фильтров производят обратным током чистой профильтрованой воды, путем ее подачи под необходимым напором в распределительную сеть, со смывом промывной воды в канализационную 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 с 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 быстрее, 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. 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. Под обеззараживанием воды понимается в первую очередь освобождение ее от патогенных микроорганизмов. Умягчение воды Умягчение – это снижение природной жесткости воды.путем удаления катионов кальция (Са 2 +) и магния (Mg 2 +). Методы умягчения воды делятся на: а) реагентный метод (наиболее распространен известково-содовый). Известь, внесенная в воду в большем количестве, чем нужно для связывания углекислоты, вступает в реакцию с бикарбонатными солями кальция и переводит их в карбонатные соли, выпадающие в осадок: Са(НСО 3 ) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 + 2Н 2 О. Остается сульфатная жесткость, для устранения которой вводится раствор соды. 62 CaSO 4 + NaSCO 3 = Na 2 SO 4 + CaCO 3 б) Катионитное умягчение основано на свойстве некоторых нерастворимых веществ обменивать ионы натрия, водорода и другие на ионы кальция, магния, извлекая их из воды и тем самым, умягчая ее. Процесс этот происходит при фильтрации воды через катиониты на так называемых ионообменных фильтрах. В качестве катионов используются ионообменные смолы. Их преимущество: стойкость, высокие пористость и площадь соприкосновения с водой и ионообменная способность. Для обработки используют катионнообменные смолы - эспатит-4, СБС и анионообменные — ЭДЭ-1О. в) Умягчение путем кипячения основано на переходе двууглекислых растворимых солей кальция в нерастворимые углекислые и солей магния — в гидрат окиси магния: Са(НСО 3 ) 2 = СаСО 3 + CO 2 + Н 2 О Mg(НСО 3 ) 2 = MgСО 3 + CO 2 + Н 2 О MgСО 3 + Н 2 О = Mg (ОН) 2 + CO 2 Этим путем под опреснением понимается снижение содержания солей в воде до степени, отвечающей качеству питьевой воды, т. е. 1000 мг/л. Обессоливание — полноеили почти полное удаление из воды растворенных в ней солей. Наиболее распространенными способами опреснения являются дистилляция, ионный обмен, электродиализ и гиперфильтрация. Метод дистилляции основан на выпаривании воды с последующей конденсацией. Недостатками метода являются плохие органолептические свойства воды вследствие поступления в нее продуктов термического разложения органических веществ и низкая минерализация. Ионообменный метод – воду пропускают через катионитовые и анионитовые фильтры, в результате происходит обмен ионов и удаляются растворенные соли. Метод электродиализа основан на том, что при пропускании постоянного тока через слой воды анионы солей, растворенные в воде движутся к аноду, а катионы — к катоду. Вода помещается в трехкамерный сосуд или резервуар, средняя камера отделена от соседних пористыми перегородками (диафрагмы), а в крайние камеры опущены электроды. При пропуске электротока ионы соли (например, NaCl) из средней камеры, где находится обессоливаемая вода, переходят в крайние (анионы С1- в камеру с анодом, а катионы Na+ в камеру с катодом). Метод позволяет управлять процессом и остановить его при достижении заданного результата. Гиперфильтрацией называют процесс фильтрования воды через полупроницаемые мембраны, задерживающие гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений. Можно избавиться только от устранимой (бикарбонатной) жесткости. Обезжелезивание воды Повышенное содержание железа в воде не угрожает вредными последствиями для здо- ровья, но железо придает воде специфический (чернильный, металлический) привкус, делает ее мутной и цветной, оставляет ржавые пятна на белье. Кроме того, выпадение железа в осадок уменьшает, а размножение железобактерий может и полностью закрыть просвет в трубах небольшого диаметра. Обезжелезивание подземных вод проводится безреагентными аэрационными методами. В основе методов лежит предварительная аэрация воды с целью удаления свободной углекислоты и сероводорода, повышения рН, обогащения кислородом воздуха, последующего образования гидроксида железа и удаления из воды осаждением или фильтрованием. В подземной воде железо большей частью содержится в виде двууглекислых солей Fe(НСО 3 ) 2 . Это — нестойкое соединение, легко гидролизуется: Fe(HCO 3 ) 2 +2Н 2 О→Fe(OH) 2 +2Н 2 СО, Н 2 СО 3 → Н 2 О + СО 2 63 Гидрат закиси железа Fe(OH) 2 остается в растворе, а при соприкосновении с воздухом на поверхности обогащается кислородом, окисляется и переходит в нерастворимый гидрат окиси — Fe(ОН) 3 , выпадающий в осадок: 4 Fe(OH) 2 + 2 Н 2 О + О 2 →4 Fe(OH) 3 Искусственная аэрация усиливает этот процесс, и реакция идет тем успешнее, чем выше рН воды. Аэрация производится в брызгальном бассейне на градирне или компрессором; после образования хлопьев гидрата окиси железа воду освобождают от них в отстойниках и на скорых фильтрах. Обезжелезивание поверхностных вод проводится реагентными методами. В качестве реагентов выступают сульфат алюминия, известь и хлор. Обесфторивание и фторирование воды Содержание фтора в подземных водах, не должно превышать 1,5 мг/л. Чтобы убрать излишки фтора производится обесфторивание воды. На практике с водой богатой фтором приходится встречаться только при водоснабжении из подземных источников. Для дефторирования используют реагентные (методы осаждения) и фильтрационные. Реагентные методы основаны на сорбции фтора свежеосажденными гидроокисями алюминия и или магния. Более практично и достаточно эффективно фильтрование через активированную окись алюминия (AI 2 O 3 ), обладающую по отношению к фтору сорбционной способностью. Высота фильтра, загруженного сорбентом, 2 м, скорость фильтрации — 5 м/ч. Фторирование воды является эффективным средством снижения заболеваемости кариесом зубов. Для фторирования воды применяют фторид натрия, кремнефтористую кислоту и ее натриевую соль, добавляемые к воде дозирующими устройствами. К реагентам предъявляются следующие требования: высокое противокариозное действие при меньшей потенциальной токсичности, отсутствие ядовитых примесей (мышьяк, соли тяжелых металлов), хорошая растворимость в воде, безопасность для персонала. Фторирование лучше проводить после фильтров, перед резервуарами чистой воды. Необходим тщательный лабораторный контроль, чтобы не завысить содержание фтора выше нормы СаНПиН для данного климатического района. Контроль за содержанием фтор-иона должен быть автоматизирован. Способы обеззараживания 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 механическим способам относится использование различных фильтров. 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, 64 К недостаткам способа относятся: - дороговизна в силу значительных затрат электроэнергии или топлива на кипячение больших объемов воды - 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. К химическим способам обеззараживания относится хлорирование, озонирование, использование препаратов серебра, меди, йода и некоторых других реагентов Химические методы обеззараживания воды основаны на применении различных соединений, обладающих бактерицидным действием. Эти вещества должны отвечать определенным требованиям, а именно: не делать воду вредной для здоровья; не изменять ее органолептических свойств; оказывать надежное бактерицидное действие (в малых концентрациях и в течение короткого времени контакта); быть удобными в применении и безопасными в обращении, стойкими при длительном хранении реагентов. Существующая практика обеззараживания питьевой воды показывает негативные стороны данного метода, проявляющиеся в токсическом действии как самих обеззараживающих реагентов, так и побочных продуктов реакции, дающих канцерогенный, мутагенный и ряд других неблагоприятных эффектов. Хлорирование и озонирование воды получило широкое распространение на очистных сооружениях водопроводов, в то время как остальные методы нашли применение при обеззараживании небольших объемов воды на автономных объектах, в полевых и экстремальных условиях водоснабжения. Для хлорирования воды на водопроводах наиболее часто используют газообразный хлор, однако применяют и другие хлорсодержащие реагенты. В порядке возрастания окислительно-восстановительного потенциала они располагаются в следующем порядке: хлорамины (RNHC1 2 и RNH 2 C1), гипохлориты кальция и натрия [Са(ОС1) 2 ] и NaOCl хлорная известь (ЗсаОС1 • СаО • 5Н 2 О), газообразный хлор, двуокись хлора ClO 2 . В последние годы внедряется электрохимический способ обеззараживания природных вод. Бактерицидный эффект хлорирования объясняется, в основном, воздействием хлора на различные структуры микроорганизма: цитоплазматическую мембрану, белки цитоплазмы, ядерный аппарат клетки. Хлор уничтожает ферменты дыхательной цепи бактерий – дегидрогеназы, блокируя SH – группы. При диссоциации хлора образуется хлорноватистая кислота, которая и оказывает бактерицидное действие. С1 2 + Н 2 О - НОС1 + НС1 Бактерицидным свойством обладает также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты: НОС1->ОС1- + Н +ОС1 НС1 - + О Степень диссоциации НОС1 возрастает при повышении активной реакции воды, таким образом, с повышением рН бактерицидный эффект хлорирования воды снижается. Действующим началом при хлорировании хлорамином и гипохлоритами является 65 гипохлорит-ион, а двуокисью хлора НСlO 2 – хлористая кислота, которая имеет наиболее высокий окислительно-восстановительный потенциал, в силу чего при использовании двуокиси хлора достигается наиболее полное и глубокое окисление и обеззараживание. При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество – более 95 % расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся неорганических веществ (соли двухвалентного железа и марганца), содержащихся в воде, на соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2-3 % общего количества хлора. Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 минут, называется хлорпоглощаемостьюводы. Хлорпоглощаемость воды определяется экспериментально, путем проведения пробного хлорирования. По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор. Его появление, определяемое титрометрически, является свидетельством завершения процесса хло- рирования. Остаточный хлор –это активный, избыточный хлор, не прореагировавший за установленное время. Величина остаточного хлора должна составлять 0,3-0,5 мг/л, что является гарантией эффективности обеззараживания. Кроме того, наличие активного остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в разводящей сети. Таким образом, наличие остаточного хлора является косвенным показателем безопасности воды в эпидемическом отношении. Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения наличия необходимого количества (0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора называется хлорпотребностью, при нормальном хлорировании и 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора. Хлорирование характеризуется широким спектром антимикробного действия в отношении вегетативных форм микроорганизмов, экономичностью, простотой технологического оформления, наличием способа оперативного контроля за процессом обеззараживания. Хлорирование имеет и ряд существенных недостатков: хлор и его препараты являются токсичными соединениями, поэтому работа с ними требует строго соблюдения техники безопасности. Хлор воздействует в основном на вегетативные формы микроорганизмов, при этом грамположительные формы бактерий более устойчивы к его действию, чем грамотрицательные. Имеются данные о реактивции микроорганизмов в хлорированной питьевой воде, появлении хлорустойчивых штаммов. Для получения гарантированного бактерицидного эффекта прибегают к хлорированию заведомо избыточными дозами хлора, что ухудшает органолептические показатели и приводит к денатурации воды. Эффективность обеззараживающего действия хлора и его препаратов зависит от биологической характеристики микроорганизма (вид, штамм, плотность заражения). Спороцидный эффект возникает при относительно высоких концентрациях активного хлора в питьевой воде (200-300 мг/л и экспозиции от 1,5 до 24 часов). Вирулицидное действие хлорсодержащих препаратов – гибель вирусов наблюдается при концентрации активного хлора от 0,5 до 100 мг/л. Высокорезистентными к действию хлора являются также цисты простейших и яйца гельминтов. Кроме того, эффективность обеззараживания зависит от химического состава воды и экспозиции. Различные химические вещества антропогенного происхождения могут существенно влиять на эффективность процесса обеззараживания. Например, поверхностно- активные вещества препятствуют реализации бактерицидного эффекта хлора и даже проявляют стимулирующее действие, вызывая размножение микрофлоры. В последние годы в литературе появились сообщения о возможности образования в воде галогенсодержащих соединений (ГСС) после хлорирования. Источником наибольшего количества ГСС в воде являются гуминовые кислоты, фульвокислоты, хиноины, производные фенола, анилина, а также продукты метаболизма водорослей. На процесс 66 образования ГСС в водной среде оказывает влияние реакционная способность и концентрация органических соединений, форма и доза хлора. ГСС обладает выраженным общетоксическими свойствами, а также дают отдаленные эффекты – эмбриотоксический, мутагенный, канцерогенный. Методы хлорирования: Хлорирование нормальными дозами. Доза хлора устанавливается экспериментально по сумме величин хлорпоглощаемости и нормы остаточного хлора (хлорпотребности воды) путем проведения опытного хлорирования. Хлорирование нормальными дозами является наиболее часто применяемым методом на водопроводных станциях. Минимальное время контакта воды с хлором при хлорировании составляет летом не менее 30 минут, зимой – 1 часа. Этапы хлорирования: · определение хлорпотребности воды; · расчет необходимого количества хлора для обеззараживания 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 неблагоприятной эпидемиологической обстановке, при отсутствии или неэффективной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, при отсутствии возможности проведения пробного хлорирования для определения хлорпотребности, при невозможности 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), степени её загрязнения и опасности в эпидемическом отношении. При гиперхлорировании для воды хорошо оборудованных колодцев, при хороших органолептических свойствах воды – 10 мг/л, при пониженной прозрачности колодезной воды, воды рек или озер (прозрачной 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 активированный уголь. Недостатки: · большой расход препаратов хлора; · необходимость проведения дехлорирования. Хлорирование с преаммонизацией Этот метод применяется в случае обнаружения в воде поверхностных водоисточников фенолов, попадающих туда с промышленными сточными водами. При взаимодействии хлора с фенолом образуются стабильные хлорфенольные соединения, придающие воде резкий 67 аптечный запах и привкус, что делает воду непригодной для питья и ограничивает использование других способов хлорирования. При хлорировании с преаммонизацией в воду вначале вносится аммиак, образующий амины, а затем хлор, вступающий в реакцию с аминами с образованием 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 можно отнести то, что хлораминный хлор проявляет бактерицидный эффект в 2 раза медленнее, чем свободный хлор, и обладает более низким окислительно- восстановительным потенциалом, поэтому время хлорирования увеличивается и количество остаточного связанного хлора должно составлять 0,8 – 1,2 мг/л. Данный способ хлорирования может применяться при необходимости транспортировки воды по трубопроводам на большие расстояния. Это обусловлено тем, что остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный. Наиболее лучшим соотношением аммиака и хлора считается 1:4, при котором образуется монохлорамин, наиболее эффективно предотвращающий появление запаха. Уже образовавшийся запах аммонизация не устраняет. Двойное хлорирование. Хлор подается в воду первый раз в смеситель перед отстойниками, а второй – после фильтров. Хлор перед отстойниками ослабляет защитные свойства коллоидов, облегчая процесс коагуляции, и позволяет уменьшить дозу коагулянта. Кроме того, он подавляет рост бактерий, засоряющих песок на фильтрах, и делает более успешным повторное заключительное хлорирование. Двойное хлорирование применяют в тех случаях, когда бактериальная загрязненность речной воды высока или подвержена значительным колебаниям. Повторное обеззараживание служит дополнительной гарантией надежности эпидемиологической безопасности воды. Обеззараживание воды озоном Озон (О 3 ) является сильным окислителем; его окислительный 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 органические вещества. Механизм бактерицидного действия озона до настоящего времени остается предметом дискуссии. Одни авторы считают, что озон инактивирует бактериальные ферменты, приводя к нарушению обменных процессов и гибели микробной клетки. Другие предполагают, что под действием озона происходят значительные изменения структуры и морфологии бактерий, а также необратимые изменения в бактериальной ДНК. Озон получают из воздуха в специальных приборах – озонаторах – при помощи электрических разрядов высокого напряжения. Озонированный воздух подается в стерилизационные баки, где происходит перемешивания его с водой, подлежащей обеззараживанию. 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 водоснабжением. 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 вирулицидный эффект 68 озона отмечается в концентрациях 0,5 – 0,8 мг/л и экспозиции 12 минут при реальных дозах для практики водоснабжения; 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 отпадает необходимость в сырье, его транспортировке и хранении.; 5) Наличие оперативного контроля за эффективностью обеззараживания; 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 сравнению с хлором) и большая зависимость бактерицидного действия от физико-химических свойств воды (мутности, цветности, наличие органических веществ и других восстановителей) и технологических параметров процесса.. Так, например, для обеззараживания 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 токсичным для человека реагентом, что требует строгого соблюдения техники безопасности и надежного оборудования на станциях водоподготовки. Озон быстро распадается в обработанной воде (20 – 30 минут), что ограничивает его применение в качестве конечного дезинфицирующего средства. После озонирования нередко наблюдают значительный рост микрофлоры, объясняя его как реактивацией 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 побочные токсические продукты. К ним относятся броматы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, другие гидроксилированные и алифатические ароматические соединения. Данные вещества могут вызывать мутагенный и другие неблагоприятные эффекты. Если в схеме обработки воды после озонирования применяется хлорирование, то возможно образование из побочных продуктов озонирования 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 практике водоснабжения не приобрела. Обеззараживание воды перекисью водорода Предположительно основным механизмом антибактериального действия перекиси водорода является образование супероксидных 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 среду. Реагент не изменяет органолептических свойств воды и значительно 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 сорбируются клеточной оболочкой и после достижения избыточной концентрации проникают в микробную клетку. Ионы серебра блокируют функциональные группы основных ферментных систем клетки, расположенных в цитоплазматической мембране или в периплазматическом пространстве. 69 Практически метод обеззараживания серебром может быть применен для обеззараживания и консервации небольших объемов воды на объектах с автономными системами водоснабжения. небольших индивидуально-групповых запасов воды. Наибольшее применение получило использование электролитического или анодорастворимого серебра. Метод основан на растворении серебряного электрода (анода) при пропускании постоянного тока через обеззараживаемую воду. Электролитическое введение реагента позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохлорита и перекисных соединений усиливают бактерицидное действие анодорастворимого серебра. Положительными сторонами обеззараживания воды серебром являются неизменяемость ее органолептических свойств. Серебро оказывает выраженное последействие, что позволяет консервировать воду на срок до 6 месяцев и более, что особенно важно в тех случаях, когда возникает необходимость в длительном хранение воды (оборонительные сооружения, корабли ВМФ). К достоинствам способа относится автоматизация процесса и точного дозирования реагента. К недостаткам метода следует отнести трудность дозировки, медленное и ненадежное бактерицидное действие, а также сильное влияние на бактерицидный эффект физико- химических свойств воды, особенно содержания в ней хлоридов. Серебро является дорогим и весьма дефицитным реагентом. Серебро не оказывает спороцидного действия, но прорастание спор в присутствие ионов серебра задерживается. Вирулицидное действие ионов серебра проявляется только при высоких концентрациях – 0,5 – 10 мг/л. Необходимый бактерицидный эффект при концентрации серебра 0,06 – 0,1 мг/л достигается после экспозиции 2-6 ч, а в ряде случаев – через 24 часа. Возможно развитие устойчивости к серебру у патогенных микроорганизмов. Эффективными рабочими концентрациями серебра являются - 0,2 – 0,4 мг/л. Вместе с тем, ПДК в воде этого металла, установленная по токсикологическому признаку вредности и 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 качества 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 медленнее. Чем свободным хлором или хлорамином. На эффективность обеззараживания воды медью влияют физико- химические показатели 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 естественным способом обеззараживания воды. Такое обеззараживание воды не так эффективно, как обеззараживание воды йодом, однако может применяться тогда, когда ничего иного нет под рукой. Из растений обычно применяются те, которые по сути являются природными антисептиками. Препараты йода в отличие от препаратов хлора действуют быстрее, не ухудшают органолептические свойства воды. Бактерицидный 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 вирулицидного и 70 паразитоцидного действия препараты йода рассматриваются как одно из перспективных средств обеззараживания питьевой воды. В процессе фильтрации за счет абсорбционных и адгезионных механизмов, явлений сорбционного взаимодействия микроорганизмов 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 обрабатываемой воды; - простой, экономичный и доступный в эксплуатации; Физические методы обеззараживание воды Ультрафиолетовое облучение 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/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 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/см 2 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 запаха и вкуса; - способ не требует реакционных емкостей, отличаясь высокой производительностью и простотой эксплуатации; - обеспечивает улучшение условий труда обслуживающего персонала, так как исключается из обращения вредные химические вещества (хлор); - определяет экономическую рентабельность, способ по стоимости сравним с хлорированием; 71 - 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 обеззараживания при аварийном отключении энергии, отсутствие надежного способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания и большое влияние физико-химических свойств воды на эффект обеззараживания. Повышенная цветность, мутность воды снижает бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей, вид микроорганизмов, их количество, доза облучения также влияют на бактерицидный эффект. Кроме того, эффективная доза УФИ зависит от типа 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. Ультразвуковое облучение Особенностью ультразвукового облучения 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 воды до 50 мг/л и ее цветность, 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 показатели воды; - независимость бактерицидного действия от основных физико-химических параметров воды; - возможность автоматизации процесса. Недостатки метода: - отсутствие последействия и метода оперативного контроля за эффективностью обеззараживания; 72 - 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 Гамма - излучение оказывает выраженное бактерицидное действие. Доза g - лучей порядка 25000 – 50000 R 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 свободно радикальных продуктов, образующихся в результате радиолиза воды. Преимущества метода: - большая проникающая способность g – лучей; - независимость бактерицидного действия от химического состава и физических свойств воды; - отсутствие влияния на органолептические показатели воды; - относительная дешевизна. Недостатки метода: - строгие требования к технике безопасности для обслуживающего персонала; - ограниченное число источников излучения; - отсутствие последействий 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. Комбинированные методы обеззараживания воды Для обеззараживания питьевой воды предлагаются комбинированные физические способы, в частности сочетание УФИ и УЗК, термическая обработка с УЗК или g - излучением, комплекс электрических воздействий. Характерными недостатками комбинированных физических способов являются отсутствие последействия и способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания воды. В последнее время большое внимание уделяется физико-химическим способам обеззараживания питьевой воды. Особенный интерес вызывает сочетание УФИ с химическими дезинфектантами. Предлагается совместное использование УФИ с ионами серебра и меди, возможно использование УФИ с хлором и перекисью водорода, УЗК с хлором. Кроме получения более высокого антимикробного эффекта, таким образом можно устранить один из недостатков УФИ – отсутствие последействия. Установлено, что в результате предварительного введения в воду окислителей (озона, перекиси водорода) и последующей ее обработки УФИ образуются свободные радикалы, которые в свою очередь являются более мощными окислителями. При совместном действии УФИ и окислителей отмечено значительное усиление скорости и степени инактивации бактерий по сравнению с действием каждого агента в отдельности. 73 Литература Основная литература 1. В.И.Архангельский, П.И. Мельниченко Гигиена. Compendium: учебное пособие /. – М.:ГЭОТАР – Медиа, 2012. – С. 38-63 2. А.М. Большаков, В.Г. Маймулов и др. Общая Гигиена: учебное пособие/. – 2 изд. доп. перераб. – М.:ГЭОТАР – Медиа, 2009. - С. 133-235 3. Д.И. Кича, Дрожинина, Н.А. Фомина. Общая гигиена. Руководство к лабораторным занятиям: учебное пособие. М.:ГЭОТАР – Медиа, 2010. – С. 6-31; 59-78. Дополнительная литература 1. Сборник нормативно-методических документов по гигиене. Бишкек, 2004.- С.211-367. 2. Беляев Е.Н., Домнин С.Г., Митин А.В. Питьевая вода и здоровье населения: Вып. 1: Влияние химического состава воды на здоровье населения. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002.-63 с. 3. Бивалькевич А.И., Трофимович Е.М., Багаев Ю.Г. Проектирование зон санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. — № 3. — С. 16-19 4. Егорова Н.А. Региональные показатели гигиенического мониторинга качества питьевой воды // Материалы 9 Всероссийского съезда гигиенистов и санитарных врачей. -М., 2001. Т. 1. - С. 417-420: 74 Содержание Введение……………………………………………………………………….…………………..3 Раздел I. Гигиенический контроль за естественным и искусственным освещением и состоянием, загрязнением воздушной среды 1.1. Гигиеническое значение и методы оценки естественной и искусственной освещенности………………………………………………………………………………….…. 4 1.2. Ультрафиолетовая радиация, ее виды и влияние на здоровье человека…………….…4. 1.3. Видимые электромагнитные излучения………………………………………………....5 1.4. Инфракрасное тепловое излучение…………………………………………………….....5 2.1. Методы оценки естественной и искусственной освещенности………………………...6 2.2. Искусственное освещение…………………………………………....................................9 3. Гигиеническая оценка температуры, влажности и скорости движения воздуха в помещении………………………………………………………..…………………12 3.1. Характеристика метеорологических факторов……………………..................................12 4. Методы определения температуры…………………………………….....................................15 4.1. Влажность воздуха………………………………………………………………………...17 4.2. Определение скорости движения (подвижности воздушных потоков)………………..20 4.3. Атмосферное давление…………………………………………………………………....22 5. Гигиеническая оценка загрязнения атмосферы и воздуха помещений…………………….25 5.1. Гигиеническая характеристика воздуха жилых и общественных зданий…………….25 5.2. Гигиеническое значение пыли и механических примесей в воздухе………………….25 5.3. Оценка химической загрязненности воздуха…………………………...........................27 5.4. Гигиеническая оценка микробной обсемененности воздушной среды помещения……………………………………………………………………………………28 5.5. Системы вентиляции и их гигиеническая характеристика………………………….....32 Раздел II. Гигиенические требования к качеству питьевой воды и методам ее очистки и обеззараживания 1. Гигиенические требования к источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения…………………………………………………………………...………………..35 1.1. Поверхностные водоисточники………………………………………………………...38 1.2. Подземные водоисточники……………………………………………………………....39 2. Гигиенические требования к системам водоснабжения……………………………………...40 3. Гигиенические требования к зонам санитарной охраны водозаборов водоисточников…………………………………………………………………………………....42 4. Гигиенические показатели качества питьевой воды …………………………………………44 4.2. Физико-химические показатели качества питьевой воды……………………………...46 4.3. Микробиологические показатели качества питьевой воды…………………………….56 5. Методы улучшения качества питьевой воды…………………………………………………58 75 Литература ………………………………………………………………………...........................73 Содержание………………………………………………………………………………………..74 76 |