гигиена 7 тема. Тема Очистка и обеззараживание воды
 Скачать 230.33 Kb.
|
|
49 Тема 7. Очистка и обеззараживание воды Цель занятия: 1. Ознакомление с методами очистки и обеззараживания воды. 2. Проведение очистки и обеззараживания конкретной воды. 3. Оформление гигиенических заключений по оценке результатов проведенных очистки и обеззараживания методами коагуляции, фильтрации и нормального хлорирования. Место проведения занятия: учебно-профильная лаборатория гигиены воды. Для улучшения качества воды применяются следующие методы: очистка, обеззараживание и специальные методы обработки. Очистка предполагает улучшение органолептических и физико-химических показателей воды. Обеззараживание является конечной ступенью защиты и предохраняет питьевую воду от внешнего загрязнения и вторичного роста микроорганизмов при распределении. Гигиеническая оценка современных способов очистки воды Основными способами очистки воды являются отстаивание, коагуляция, фильтрация и аэрация. Коагуляция связана с добавлением химических реактивов (сульфат алюминия, сульфат двух- или трехвалентного железа и хлорид трехвалентного железа) для нейтрализации зарядов на частицах и облегчения их агломерации при медленном перемешивании. Образующиеся при этом хлопья подвергаются осаждению, поглощая и захватывая природные окрашенные вещества и минеральные частицы и вызывая значительное сни- жение цветности, мутности и содержания простейших бактерий и вирусов. При использовании в качестве коагулянта сернокислого алюминия образование хлопьев протекает по следующей реакции: Al 2 (SO 4 ) 3 + Ca(HCO 3 ) 2 = 2Al(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2 Хлопья не образуются, если щелочность воды ниже 1,4 мг-экв/л. В этом случае требуется предварительное ее подщелачивание. Затруднен процесс хлопьеобразования и в холодной воде. При низкой температуре воды целесообразно использовать вместо сернокислого алюминия более тяжелые коагулянты: сернокислое железо и хлорное железо. Эффективность коагуляции зависит также от цветности, мутности воды и других факторов. Учитывая вышеизложенное, не представляется возможным точно рассчитать оптимальную дозу коагулянта. Она подбирается опытным путем, когда из трех взятых в опыте доз выбирается та, которая обеспечивает хорошее осветление воды. Удалить образовавшиеся в результате коагуляции хлопья можно отстаиванием или фильтрацией. Отстаивание – осаждение хлопьев на дно под действием силы тяжести. Этот способ практически не применяется. Способ фильтрации предполагает пропускание воды через фильтры, которые делятся 50 на быстрые и медленные. Они отличаются друг от друга не только скоростью, но и качеством фильтрации. В медленном фильтре основным действующим материалом служит речной песок, на поверхности которого образуется пленка, состоящая из бактерий, свободно живущих простейших, ракообразных и личинок беспозвоночных, осуществляющих окисление органических веществ в воде и превращение азота аммиака в нитраты. Патогенные бактерии, вирусы и паразиты (гельминты и простейшие) удаляются главным образом за счет адсорбции и последующего уничтожения хищными микроорганизмами. Бак- терии удаляются на 98–99,5%, содержание кишечной палочки снижается в 1000 раз, а удаление вирусов еще больше. Аэрация (разбрызгивание) – удаление из воды газообразных вредных веществ. С целью интенсификации очистки воды разработаны современные реагентные материалы, позволяющие оптимизировать процессы хлопьеобразования при коагуляции воды, повысить скорость седиментации образовавшихся хлопьев и тем самым увеличить эффективность работы фильтров. Созданы коагулянты оксихлоридного ряда (КОР), состоящие из гидроокиси алюминия и аниона хлора. При растворении в воде коагулянт образует коллоидный раствор, который обладает свойствами электролита. Применяются и другие современные методы очистки: ультрафильтрация, обратный осмос и ионообмен. Это сочетание обеспечивает удаление мелких примесей, коллоидов, микробов, органических молекул, деионизацию воды. Для удаления крупных примесей используют волоконные фильтры. Освобождение от мелких примесей и микробов происходит на мембранных фильтрах, имеющих субмикронный размер пор. Очистка воды обратным осмосом основана на фильтрации через полупроницаемую мембрану под действием внешнего давления. Большинство примесей не проходит через такую мембрану. Они собираются на поверхности мембраны, а затем смываются. Полная безопасность воды в эпидемическом отношении достигается проведением обеззараживания. Традиционная система отечественной очистки воды включает последовательное использование хлорирования, отстаивания и фильтрации. Вода, поступившая на водозабор, подвергается хлорированию. Затем крупные взвешенные органические частицы в течение нескольких часов оседают в отстойнике. Затем – фильтрация через песчано-гравийный и (или) сорбционно-угольный фильтры. Поскольку качество воды в городе Воронеже отличается повышенным содержанием железа и марганца, запахом (до 3 б.) и повышенной цветностью (до 40 o ), помимо обеззараживания методом хлорирования и очистки фильтрованием, проводится безреагентное обезжелезивание. Гигиеническая оценка современных способов обеззараживания воды Все методы обеззараживания делятся на два группы: безреагентные и реагентные. К безреагентным методам относят кипячение, воздействие ультразвуком (УЗ), токами высокой частоты, γ-лучами, ультрафиолетовыми лучами (УФ) и др. К реагентным методам обеззараживания относят хлорирование, перехлорирование, двойное хлорирование, хлорирование с 51 предварительной аммонизацией; озонирование; использование ионов серебра и других химических соединений (перманганат калия, перекись водорода), в основе которых лежит окисление органических, неорганических веществ и бактерий. Известно, что самым сильным окислителем является озон. Использование традиционного метода обеззараживания воды – хлорирования – сейчас расценивают как фактор повышенной опасности для здоровья населения. В сведениях ВОЗ указаны 19 соединений, которые образуются в результате хлорирования: хлорфенолы, кетоны, фураноны, галогенированные альдегиды и т.д. Во всех случаях присутствия галогенсодержащих соединений (ГСС) в воде максимум концентраций приходится на хлороформ, именно это вещество принято как ведущее приоритетное ГСС (с канцерогенным действием). Многие ГСС обладают полиморфизмом токсического действия, оказывают гепато-, рено- и нейротоксический эффекты, нарушают функции сердечно-сосудистой и репродуктивной систем. Опасность ГСС связана и с их выраженными кумулятивными свойствами. Некоторые из ГСС обладают канцерогенным действием. Избежать образования ГСС при хлорировании невозможно. Радикальный выход – переход на другие способы обеззараживания воды. Приемлемым является озонирование. Количество побочных продуктов при озонировании значительно меньше и они менее токсичны. Лишь для одного из продуктов озонолиза – бромата характерно канцерогенное действие. Лучшим в арсенале обеззараживающих средств продолжает оставаться УФ. Вместе с тем хлорирование пока остается наиболее доступным и простым способом обеззараживания воды. Поэтому надо реализовать приемы защиты от воздействия ГСС питьевой воды – применение активированного угля; снижение цветности и окисляемости воды; охрана водоисточников от загрязнения промышленными сточными водами; использование вместо газообразного хлора хлораминов или, лучше, двуокиси хлора. Однако только полный запрет хлорирования воды позволит кардинально решить проблему ГСС и предупредить неблагоприятное влияние ГСС на здоровье нации. Недостатки традиционных способов обеззараживания питьевой воды заставляют искать новые, основанные, как правило, на комбинированном действии двух или нескольких факторов: хлор+озон; хлор+УФ; перекись водорода+озон; УФ+УЗ; комплекс электрических воздействий. Для хлорирования используют газообразный хлор, хлорную известь, гипохлориды, хлорамины. Хлорную известь получают при взаимодействии хлора с гашеной известью: 2Cl + 2CA(OH) 2 = Ca(OCl) 2 + CaCl 2 + 2 H 2 O. Действующей частью хлорной извести является гипохлорит кальция – Ca(OCl) 2 . OCl- является сильным окислителем. Свежие препараты хлорной извести содержат до 30–35% активного хлора. Уменьшение количества активного хлора ниже 15% делает хлорную известь непригодной для обеззараживания воды. 52 При обеззараживании воды нормальными дозами хлора последний вносится из того расчета, чтобы после его расходования на окисление органических, неорганических веществ и бактерий в воде оставался небольшой избыток хлора. Та часть хлора, которая идет на окисление всех указанных выше компонентов воды, характеризует хлорпоглощаемость, а другая часть, остающаяся в свободном состоянии, носит название остаточного хлора. Хлор- потребность воды складывается из двух величин: хлорпоглощаемости и остаточного хлора. Содержание остаточного хлора после его 30-минутного контакта с водой должно составлять 0,3–0,5 мг/л, ибо при меньшем количестве хлора обеззараживание недостаточно эффективно, а при большем его количестве отмечается ухудшение органолептических свойств воды. При хлорировании воды нормальными дозами хлора точно рассчитать ее хлорпотребность не представляется возможным, так как величина хлорпоглощаемости воды из разных источников водоснабжения неодинакова. Хлорпотребность воды определяется опытным путем с помощью трехстаканной пробы. При этом выбирают стакан, в котором содержание остаточного хлора после 30-минутного контакта с водой оказывается равным нормативу (0,3– 0,5 мг/л), и для хлорирования всего объема воды берут дозу хлора соответственно выбранному стакану. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ I. Коагуляция воды. 1.Определение щелочности воды. К 100 мл воды добавляют 2 капли метилоранжа и титруют 0,1 н раствором соляной кислоты до слаборозового окрашивания. Количество мл соляной кислоты, пошедшее на титрование, укажет щелочность в мг-экв/л. 2.Проведение пробной коагуляции. Для определения опытным путем дозы коагулянта в три цилиндра наливают по 200 мл воды, которая подлежит очистке, и вносят в 1-й цилиндр 1 мл, во 2-й – 2 мл, в 3-й – 3 мл 5% раствора сернокислого алюминия. Если щелочность воды меньше 1,4 мг-экв/л, то ее повышают добавлением 5% раствора соды в половинном количестве от внесенного коагулянта. Воду в цилиндрах перемешивают в течение 1–2-х минут, после чего наблюдают в течение 10 минут за ходом коагуляции. Выбирают ту наименьшую дозу коагулянта, которая обеспечит быстрое образование и осаждение хлопьев на дно. При отсутствии коагуляции во всех цилиндрах ее повторяют, внося удвоенное количество сернокислого алюминия. Если же коагуляция протекает чрезмерно интенсивно во всех цилиндрах и хорошо получается даже в 1-м цилиндре, то пробную коагуляцию проводят еще раз с меньшим количеством коагулянта. Коагуляция всего объема воды. Определяют количество мл 5% раствора сернокислого алюминия и, в случае низкой щелочности воды, 5% раствора соды на весь объем воды, затем делают перерасчет на сухие препараты. При коагуляции всего объема воды коагулянт, а при необходимости и соду, подают в резервуар в растворенном или мелко раздробленном состоянии. После коагуляции проводят фильтрацию воды. 53 II. Хлорирование воды нормальными дозами хлора. 1.Определение активного хлора в хлорной извести. Готовят 1% раствор хлорной извести: в фарфоровой чашке растирают 1 г хлорной извести с небольшим количеством дистиллированной воды. Полученную кашицу смывают во флакон и доливают дистиллированной водой до 100 мл, дают отстояться. Для определения процентного содержания хлора в хлорной извести в стакан наливают 100 мл дистиллированной воды и вносят 10 капель приготовленного 1% раствора хлорной извести. Туда же добавляют 1 мл раствора серной кислоты (1:5), 20–30 кристалликов (1 лопаточка) иодистого калия, 1 мл раствора крахмала и перемешивают 20 сек. Реактивы добавляют пипеткой, считая, что 1 мл равен 25 каплям. Появление синего окрашивания указывает на присутствие хлора. Затем титруют по каплям 0,7% раствором гипосульфита натрия до обесцвечивания, имея в виду, что количество капель этого раствора сразу укажет на процент содержания хлора в хлорной извести. Cl 2 + 2KI = I 2 + 2KCl; I 2 + 2Na 2 S 2 O 3 = 2NaI + Na 2 S 4 O 6. 2. Проведение пробного хлорирования. Для определения опытным путем дозы хлора в три стакана наливают по 200 мл той воды, которая подлежит обеззараживанию. В 1-й стакан вносят 1 каплю, во 2-й – 2 капли, в 3-й – 3 капли 1% раствора хлорной извести. Растворы перемешивают и оставляют стоять 30 минут. После 30-минутного стояния определяют остаточный хлор. Для этого в каждый стакан добавляют 1 мл серной кислоты (1:5), 10 кристалликов иодистого калия и 1 мл раствора крахмала, перемешивают. При наличии остаточного хлора в стаканах появляется синее окрашивание, интенсивность которого зависит от содержания хлора. Каждый раствор титруют по каплям 0,7% раствором гипосульфита, 1 капля которого связывает 0,04 мг остаточного хлора, соответствуя его содержанию 0,2 мг/л: 0,04 мг остат.хлора – 200 мл воды, Х мг остат.хлора – 1000 мл воды, Х = 0,04 × 5 = 0,2 мг. Рассчитывают содержание остаточного хлора во всех стаканах, умножая 0,2 мг/л на число капель, пошедшее на титрование. Хлорирование считается эффективным лишь в том стакане, где содержание остаточного хлора составляет 0,3–0,5 мг/л. Далее стоит задача вычислить хлорпотребность воды. Она представляет собой содержание активного хлора во внесенных каплях 1% раствора хлорной извести. Пример. Допустим, что хлорная известь содержит 30% активного хлора, следовательно, в 100 г хлорной извести – 30 г хлора, в 1 г хлорной извести – 0,3 г (300 мг) хлора. Такое же количество хлора (300 мг) содержится в 100 мл 1% раствора хлорной извести: в 100 мл 1% р-ра хлор.изв. – 300 мг хлора, 54 в 1 мл (25 капель) – 3 мг хлора, в 1 капле – 0,12 мг хлора. Следовательно, в 1-й стакан на 200 мл воды внесено 0,12 мг хлора или 0,6 мг/л: 0,12 мг хлора – 200 мл воды, Х мг хлора – 1000 мл воды, Х = 0,12 × 5 = 0,6 мг. Если при пробном хлорировании ни в одном из стаканов не будет обнаружено необходимое количество остаточного хлора, т.е. его содержание окажется менее 0,3 мг/л, что наблюдается при хлорировании воды с высокой хлорпоглощаемостью, то определение хлорпотребности проводят вторично, внося в три стакана удвоенное количество капель 1% раствора хлорной извести. Для всех стаканов рассчитывают хлорпоглощаемость воды, вычитая из внесенного количества хлора содержание остаточного хлора. 3.Хлорирование всего объема воды. Рассчитывают количество капель 1% раствора хлорной извести, требуемое для хлорирования всего объема воды, проводят перерасчет на мл того же раствора и г сухого препарата хлорной извести. Сводные данные проведенных исследований Таблица 26 Коагуляция воды Порядок записи по ходу работы №№ цилиндров 1 2 3 Пробная коагуляция Внесенное количество мл 5% раствора коагулянта на 200 мл воды Внесенное количество мл 5% раствора соды на 200 мл воды (если она применялась) Время наступления коагуляции, минуты Доза коагулянта, мг/л Расчетные данные для коагуляции всего объема воды (заполнить колонку, соответствующую выбранной дозе коагулянта) Объем очищаемой воды, л (это и последующие значения вносятся в графу того цилиндра, по которому выбиралась доза коагулянта) Количество 5% раствора сернокислого алюминия, необходимое для очистки всего объема воды, мл То же для 5% раствора соды Количество сухого коагулянта, необходимое для очистки всего объема воды, мг То же для соды 55 Гигиеническое заключение. Дается оценка проведенной очистки воды. Указываются примененные способы очистки воды, доза коагулянта (в мг/л) и количество коагулянта, необходимое для очистки конкретного объема воды. Отмечаются результаты очистки воды (по органолептическим показателям). Таблица 27 Обеззараживание воды нормальными дозами хлора Порядок записи по ходу работы №№ стаканов 1 2 3 Пробное хлорирование Внесенное число капель 1% раствора хлорной извести на 200 мл воды Число капель 0,7% раствора гипосульфита натрия, пошедшее на титрование Содержание остаточного хлора, мг/л Вычисленное количество хлора во внесенных каплях 1% раствора хлорной извести, мг/л Хлорпотребность воды, мг/л Хлорпоглощаемость воды, мг/л Расчетные данные для хлорирования всего объема воды (заполнить колонку, соответствующую выбранной дозе хлорной извести) Объем обеззараживаемой воды, л Количество капель 1% раствора хлорной извести, необходимое для хлорирования всего объема воды Количество мл 1% раствора хлорной извести, необходимое для хлорирования всего объема воды Количество сухого препарата хлорной извести, необходимое для хлорирования всего объема воды, мг Гигиеническое заключение. Оценивается эффективность проведенного обеззараживания воды нормальными дозами хлора. Указываются стакан, по которому рассчитывалась доза хлора для всего объема воды, содержание остаточного хлора в нем и количество хлорной извести, необходимое для обеззараживания данного объема воды. 56 Контрольные вопросы. 1. Понятие об очистке и обеззараживании воды. 2. Гигиеническая оценка основных способов очистки воды. 3. Физико-химические процессы, лежащие в основе коагуляции. 4. Коагулянты, используемые в практике водоснабжения. 5. Влияние физико-химических свойств воды на эффективность коагуляции. 6. Определение дозы коагулянта. 7. Виды фильтров, используемые в практике водоснабжения. 8. Гигиеническая оценка основных способов обеззараживания воды. 9. Недостатки метода обеззараживания с использованием препаратов хлора. 10. Комбинированные методы обеззараживания воды. 11. Гигиеническая характеристика различных методов хлорирования воды. 12. Понятие о хлорпотребности, хлорпоглощаемости и остаточном хлоре. Нормативы остаточного хлора. Механизм действия хлора. 13. Определение величины хлорпотребности. |