Проверка исходного уровня знаний
ü Природные водоисточники: подземные и открытые водоемы. Их сравнительная гигиеническая характеристика.
ü Загрязнение водоисточников. Процессы самоочищения водоемов. Санитарная охрана водоемов.
ü Выбор источников для централизованного водоснабжения. «Гигиенические требования к качеству водоисточников при централизованном водоснабжении» ГОСТ 2761 – 84.
ü Основные методы улучшения качества воды:
а) очистка – удаление взвешенных частиц (путем отстаивания, коагаляции, фильтрации);
б) обеззараживание – уничтожение инфекционных агентов (физическим, химическим способами).
ü Хлорирование воды, принцип действия и способы (нормальными дозами, гиперхлорирование, с преаммонизацией и др.).
ü Специальные методы улучшения качества воды.
ü Гигиеническая характеристика систем водоснабжения. Требования к устройству и содержанию.
1. Гигиена (ред. Г.И.Румянцева, 2000), стр.127 – 144, 150-162.
2. Лекция.
3. Учебно-методическое пособие кафедры.
Ознакомление с основными понятиями и положениями темы
3. Практическая работа «Методы улучшения качества питьевой воды»
Задание студентам:
1. Ознакомиться с нормативными законодательными документами по теме занятия.
2. Ознакомиться с демонстрационным показом методики проведения хлорирования.
3. Решить ситуационные задачи по оценке и выбору источников водоснабжения, методам улучшения качества воды.
Подведение итогов занятия
Задание на следующее занятие
Основные понятия и положения темы
Выбор источника водоснабжения является основополагающим моментом в обеспечении надлежащего качества питьевой воды при организации систем питьевого водоснабжения населенных мест. Выбор источников централизованного водоснабжения должен осуществляться в соответствии с ГОСТом 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические и технические требования и правила выбора». В качестве основного критерия при выборе источников водоснабжения ГОСТ 2761-84 указывает их санитарную надежность, под которым понимается защищенность от загрязнений. В соответствии с этим критерием в первую очередь должны использоваться: а) межпластовые напорные (артезианские) воды, как наиболее надежно защищенные с поверхности, только в случае их отсутствия или недостаточности запасов рекомендуется переходить к другим источникам в порядке снижения их санитарной надежности;б) межпластовым безнапорным водам; в) грунтовым водам, в том числе, искусственно наполняемым и подрусловым; г) поверхностным водоемам (реки, водохранилища, озера, каналы).
Грунтовыми водами называются подземные воды, скапливающиеся на первом от поверхности водоупорном слое. Они не защищены с поверхности, вследствие чего легко могут подвергаться разного рода загрязнениям, и отличаются разнообразием и непостоянством состава. В зависимости от наличия или отсутствия источников загрязнения санитарное состояние грунтовых вод может быть различным. Если грунтовые воды не загрязнены и степень их минерализации не превышает допустимых уровней, то они вполне пригодны для питьевого водоснабжения. При наличии же массивного загрязнения почвы населенного места и близком залегании грунтовых вод к поверхности велика опасность их массивного загрязнения и заражения.
Межпластовые воды залегают между двумя водоупорными пластами, изолированы от атмосферных осадков и поверхностных грунтовых вод водонепроницаемой кровлей, в силу чего обладают наибольшей санитарной надежностью. Они, как правило, имеют низкое бактериальное загрязнение и относительно постоянный химический состав. Недостатком их часто является высокое солесодержание и, в ряде случаев, повышенное содержание аммиака, сероводорода и ряда минеральных веществ - фтора, бора, брома, стронция и др. В зависимости от условий залегания межпластовые воды могут быть напорными и безнапорными.
Напорные межпластовые воды называются артезианскими. Они отличаются наибольшей глубиной залегания и наивысшей санитарной надежностью. Вследствие защищенности от загрязнения и постоянства состава при выборе водоисточника межпластовые подземные воды должны выбираться в первую очередь. В большом числе случаев межпластовые воды соответствуют нормативам на качество питьевой воды и могут использоваться для питьевых целей без предварительной обработки. Добыча межпластовых вод осуществляется через буровые скважины.
Таблица 24
Сравнительная санитарная характеристика источников
хозяйственно-питьевого водоснабжения (по С.Н.Черкинскому)
| Характерные особенности источников водоснабжения | Поверхностные источники | Подземные источники | |
| грунтовые | межпластовые | ||
| Доступность, географическое распространение | Большое | Большое | Ограниченное |
| Обильность (полезный дебит) | Обычно весьма значительное | Ограниченная | Различная часто ограниченная |
| Влияние социально-бытовых факторов | Весьма большое | Большое | Весьма ограниченное |
| Влияние природных факторов (климатических, сезонных) | Весьма большое | Большое | Ограниченное |
| Ухудшение органолептических свойств воды | Частое | Частое | Ограниченное |
| Загрязнение химическими веществами | Нередкое | Редкое | Весьма редкое |
| Микробное загрязнение (в том числе и патогенное) | Весьма частое | Редкое | Весьма редкое |
| Постоянство качества воды | Отсутствует | Слабо выраженное | Сильно выраженное |
Однако из-за недостаточности запасов подземных вод в практике водоснабжения весьма часто используют поверхностные водоисточники (реки, водохранилища, озера, каналы), которые подвергаются загрязнению за счет спуска хозяйственных, фекальных и промышленных сточных вод, судоходства, лесосплава, массового купания и т.д. Отличиями качества поверхностных водоисточников является более низкий, по сравнению с подземными, уровень минерализации, большее количество взвешенных веществ, высокая цветность и высокий уровень микробного загрязнения. Вода этих источников не отвечает тем высоким требованиям, которые предъявляются к питьевой воде, и поэтому перед подачей в водопроводную сеть её необходимо подвергать очистке и обеззараживанию.
При выборе источника водоснабжения важное значение имеет выяснение степени его загрязнения. Так, содержание органических веществ определяется по показателям окисляемости, биологической потребности воды в кислороде (БПК), показателям нитрификации, качества источников централизованного водоснабжения (извлечение из ГОСТа 2761 - 84) (табл.25).
Таблица 25
Показатели степени загрязненности воды
| Наименование показателя | Показатели качества воды источника по классам | ||
| 1 класс | 2 класс | 3 класс | |
| Подземные воды | |||
| Мутность, мг/л, не более | 1,5 | 1,5 | 10,0 |
| Цветность, градусы, не более | |||
| Водородный показатель (рН) | 6-9 | 6-9 | 6-9 |
| Железо (Fе), мг/л, не более | 0,3 | ||
| Марганец (Мn) мг/л, не более | 0,1 | ||
| Сероводород (НS) мг/л, не более | Отсутствие | ||
| Фтор (F) мг/л, не более | 1,5-0,7* | 1,5-0,7* | |
| Окисляемость перманганатная мг/л, не более | |||
| Число бактерий группы кишечных палочек (БГКП) в 1 л., не более | |||
| Поверхностные воды | |||
| Мутность мг/л, не более | 10 000 | ||
| Цветность, градусы, не более | |||
| Запах при 20 и 600 С, баллы не более | |||
| Водородный показатель (рН) | 6,5 – 8,5 | 6,5 – 8,5 | 6,5 – 8,5 |
| Железо (Fе), мг/л, не более | |||
| Марганец (Мn) мг/л, не более | 0,1 | 1,0 | 2,0 |
| Фитопланктон, мг/л, не более | |||
| Клостридии в 1см3 не более | |||
| Окисляемость перманганатная мг/л, не более | |||
| БПК мг/л, не более | |||
| Число лактозоположительных кишечных палочек в 1л. Воды (ЛКП), не более |
В источнике водоснабжения нормируется также предельное бактериологическое загрязнение, поскольку хорошие бактериологические показатели в обработанной воде при обычных способах водоподготовки могут быть получены, только когда бактериальное загрязнение воды до очистки и обеззараживания не превышает определенных пределов.
Концентрация химических веществ, которые могут попадать в воду в результате промышленного, сельскохозяйственного, бытового или иного загрязнения, не должны превышать установленных на них ПДК, некоторые из них представлены в табл.26 и содержаться в «Санитарных правилах и нормах» СанПиН 2.1.4.1074 - 01 «Питьевая вода».
Таблица 26
Санитарные нормы предельно-допустимого содержания вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
| Вещество | Лимитирующий показатель вредности | ПДК мг/л | Класс опасности |
| Алюминий | сан.токс. | 0,2 (0,5)* | |
| Аммиак (по азоту) | сан.токс. | ||
| Барий | сан.токс. | 0,1 | |
| Бензин | орг. (запах) | 0,1 | |
| Бензол | сан.токс. | 0,5 | |
| Бор | сан.токс. | 0,5 | |
| Бром | сан.токс. | 0,2 | |
| Гексахлоран | орг. (запах) | 0,02 | |
| ДДТ (сумма изомеров) | сан.токс. | 0,002 *** | |
| Кадмий | сан.токс. | 0,001 | |
| Капролактан | общ. | 1,0 | |
| Метафос | орг. (запах) | 0,02 | |
| Молибден | сан.токс. | 0,25 | |
| Мышьяк | сан.токс. | 0,05 | |
| Нефть многосернистая | орг. (пленка) | 0,1 | |
| Никель | сан.токс. | 0,1 | |
| Нитраты | сан.токс. | ||
| Нитриты | сан.токс. | 3,3 | |
| Ртуть | сан.токс. | 0,005 | |
| Свинец | сан.токс. | 0,03 | |
| Селен | сан.токс. | 0,01 | |
| Сульфаты | орг. (вкус) | 500*** | |
| Сульфонол | орг. (пена) | 0,05 | |
| Стронций | сан.токс. | 7,0*** | |
| Тетраэтилсвинец | сан.токс. | отсутствие | |
| Тиофос | орг. (запах) | 0,003 | |
| Толуол | орг. (запах) | 0,5 | |
| Трихлорбензол | орг. (запах) | 0,03 | |
| Фенол | орг. (запах) | 0,001** | |
| Хлорбензол | сан.токс. | 0,02 | |
| Хлорфенол | орг. (запах) | 0,001 | |
| Хлориды | орг.(вкус) | 350*** | |
| Хром | сан.токс. | 0,05*** | |
| Циклогексан | сан.токс. | 0,1 | |
| Цианиды | сан.токс. | 0,1 | |
| Цинеб | орг.(мутность) | 0,3 | |
| Цинк | орг. | 5,0 | |
| – ГХЦГ (линдан) | сан-токс. | 0,002*** |
*При обработке воды реагентами, содержащими алюминий.
** При хлорировании питьевой воды на водопроводных сооружениях.
В иных случаях допускается концентрация 0,1 мг/л.
***Введены в СанПиН 2.1.4.544-96.
При обнаружении в воде источников водоснабжения химически веществ, относящихся к 1 и 2 классам опасности с одинаковым лимитирующим показателем вредности сумма отношений концентраций каждого из веществ в воде к ПДК не должна быть более 1.
Расчет ведется по формуле:
С1 + С2 + С3 _ + С4 … 1
ПДК1 ПДК2 ПДК3 ПДК4
где С1 , С2 ,С3 ,С4 - обнаруженные концентрации, мг/л.
Помимо этого, вода водоисточников должна также соответствовать нормам радиационной безопасности.
По результатам всех выполненных анализов определяется пригодность выбранного водного объекта для использования в качестве источника питьевого водоснабжения и определяется его класс.
В зависимости от качества воды водные объекты, пригодные в качестве источников питьевого водоснабжения (поверхностные и подземные) делятся на 3 класса (табл.27). Для каждого класса источников ГОСТом 2167-84 определены методы обработки, которые необходимо применять для доведения их воды до питьевого качества (соответствии требованиям СанПиН 21.4.1074 - 01 («Питьевая вода»).
Таблица 27
Классы и методы обработки воды.
| Вид источника | Класс источника | Характеристика качества воды | Методы обработки |
| Подземные | Вода удовлетворяет требованиям ГОСТа 2874-82, СанПиН 2.1.4.559 -96 | Обработка не требуется | |
| Имеются отклонения по отдельным показателям | Аэрирование, фильтрация, обеззараживание | ||
| Имеются существенные отклонения | Аэрирование, отстаивание, фильт-рация, использование реагентов и др. | ||
| Поверхностные | Слабое микробное и органическое загрязнение | Фильтрование с коагуляцией или без нее, обеззараживание | |
| Среднее загрязнение | Коагулирование, отстаивание, фильтро-вание,обеззараживание | ||
| Сильное загрязнение, требующее дополнительных методов обработки | Как и для 2-го класса с применением дополни-тельной ступени осветления, сорбцион-ных методов, более эффективных методов обеззараживания |
Помимо оценки качества воды источников водоснабжения учитываются следующие данные:
§ характеристика санитарного состояния места размещения водозаборных сооружений и прилегающей территории (для подземных источников водоснабжения);
§ характеристика санитарного состояния места водозабора и самого источника выше и ниже водозабора (для поверхностных источников водоснабжения;
§ определение степени природной и санитарной надежности и прогноза санитарного состояния.
Пригодность источника для хозяйственно-питьевого водоснабжения и места водозабора устанавливают органы государственной санитарно-эпидемиологической службы министерства здравоохранения.
Методы улучшения качества воды. Использование природных вод открытых водоемов, а иногда и подземных вод в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения практически невозможно без предварительного улучшения свойств воды и ее обеззараживания. Чтобы качество воды соответствовало гигиеническим требованиям, применяют предварительную обработку, в результате которой вода освобождается от взвешенных частиц, запаха, привкуса, микроорганизмов и различных примесей. Такое улучшение свойств воды достигается на водопроводных станциях.
Для улучшения качества воды применяются следующие методы:
1) очистка - удаление взвешенных частиц; 2) обеззараживание - уничтожение микроорганизмов; 3) специальные методы улучшения органолептических свойств воды, умягчение, удаление некоторых химических веществ, фторирование и др.
Очистка воды. Очистка является важным этапом в общем комплексе методов улучшения качества воды, так как улучшает ее физические и органолептические свойства. При этом в процессе удаления из воды взвешенных частиц удаляется и значительная часть микроорганизмов, в результате чего полная очистка воды позволяет легче и экономичнее осуществлять обеззараживание. Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.
Остаивание при котором происходит осветление и частичное обесцвечивание воды, осуществляется в специальных сооружениях - отстойниках. Используются две конструкции отстойников: горизонтальные и вертикальные. Принцип их действия состоит в том, что благодаря поступлению через узкое отверстие и замедленному протеканию воды в отстойнике основная масса взвешенных частиц оседает на дно. Процесс отстаивания в отстойниках различной конструкции продолжается в течение 2 - 8 ч. Однако мельчайшие частицы, в том числе значительная часть микроорганизмов, не успевают осесть. Поэтому отстаивание нельзя рассматривать как основной метод очистки воды.
Фильтрация - процесс более полного освобождения воды от взвешенных частиц, заключающийся в том, что воду пропускают через фильтрующий мелкопористый материал, чаще всего через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода оставляет на поверхности и в глубине фильтрующего материала взвешенные частицы. На водопроводных станциях фильтрация применяется после коагуляции. В санитарной практике используются медленные и быстрые фильтры, фильтр АКХ (Академии коммунального хозяйства).
В настоящее время начали применяться кварцево-антрацитовьие фильтры, значительно увеличивающие скорость фильтрации.
Для предварительной фильтрации воды используются микрофильтры для улавливания зоопланктона - мельчайших водных животных, и фитопланктона - мельчайших водных растений. Эти фильтры устанавливают перед местом водозабора или перед очистными сооружениями.
Коагуляция представляет собой химический метод очистки воды. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет освободить воду от загрязнений, находящихся в виде взвешенных частиц, не поддающихся удалению с помощью отстаивания и фильтрации. Сущность коагуляции заключается в добавлении к воде химического вещества - коагулянта, способного реагировать с находящимися в ней бикарбонатами. В результате этой реакции образуются крупные, довольно тяжелые хлопья, несущие положительный заряд. Оседая вследствие собственной тяжести, они увлекают за собой находящиеся в воде во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно, и тем самым способствуют довольно быстрой очистке воды. За счет этого процесса вода становится прозрачной, улучшается показатель цветности.
В качестве коагулянта в настоящее время наиболее широко применяется сульфат алюминия, образующий с бикарбонатами воды крупные хлопья гидроксида алюминия. Для улучшения процесса коагуляции используются высокомолекулярные флоккулянты: щелочной крахмал, флоккулянты ионного типа, активизированная кремниевая кислота и другие синтетические препараты, производные акриловой кислоты, в частности полиакриламид.
В настоящее время в водопроводной системе применяется установка, заменяющая весь комплекс очистных сооружений обычного типа и работающая по схеме: коагуляция - отстаивание - фильтрация. Она называется контактным осветлителем и представляет собой бетонный резервуар, заполненный гравием и песком на высоту 2,3 - 2,6 м. Вода подается через систему труб в нижнюю часть осветлителя, а коагулянт вводится непосредственно в трубопровод перед поступлением воды в осветлитель. Коагуляция происходит в нижних крупнозернистых частях осветлителя, а в верхних задерживаются хлопья коагулянта и другие взвешенные вещества.
Обеззараживание. Уничтожение микроорганизмов является последним завершающим этапом обработки воды, обеспечивающим ее эпидемиологическую безопасность. Для обеззараживания воды применяются химические (реагентные) и физические (безреагентные) методы. В лабораторных условиях для небольших объемов воды может быть использован механический метод.
Химические (реагентные) методы обеззараживания основаны на добавлении к воде различных химических веществ, вызывающих гибель находящихся в воде микроорганизмов. Эти методы достаточно эффективны. В качестве реагентов могут быть использованы различные сильные окислители: хлор и его соединения, озон, йод, перманганат калия, некоторые соли тяжелых металлов, серебро.
В санитарной практике наиболее надежным и испытанным способом обеззараживания воды является хлорирование. На водопроводных станциях оно производится при помощи газообразного хлора и растворов хлорной извести. Кроме этого, могут использоваться такие соединения хлора, как гипохлорат натрия, гипохлорит кальция, двуокись хлора.
Механизм действия хлора заключается в том, что при добавлении его к воде он гидролизуется, в результате чего происходит образование хлористоводородной и хлорноватистой кислот:
Сl2 + Н2О = НСl + НОСl
Хлорноватистая кислота в воде диссоциирует на ионы водорода (Н) и гипохлоритные ионы (ОСl), которые наряду с диссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты обладают бактерицидным свойством. Комплекс (НОСl + ОСl) называется свободным активным хлором.
Бактерицидное действие хлора осуществляется главным образом за счет хлорноватистой кислоты, молекулы которой малы, имеют нейтральный заряд и поэтому легко проходят через оболочку бактериальной клетки. Хлорноватистая кислота воздействует на клеточные ферменты, в частности на SН-группы, нарушает обмен веществ микробных клеток и способность микроорганизмов к размножению. В последние годы установлено, что бактерицидный эффект хлора основан на угнетении ферментов - катализаторов окислительно-восстановительных процессов, обеспечивающих энергетический обмен бактериальной клетки.
Обеззараживающее действие хлора зависит от многих факторов, среди которых доминирующими являются биологические особенности микроорганизмов, активность действующих препаратов хлора, состояние водной среды и условия, в которых производится хлорирование.
Процесс хлорирования зависит от стойкости микроорганизмов. Наиболее устойчивыми являются спорообразующие. Среди неспоровых отношение к хлору различное, например брюшнотифозная палочка менее устойчива, чем палочка паратифа, и т. д. Важным является массивность микробного обсеменения: чем она выше, тем больше хлора нужно для обеззараживания воды. Эффективность обеззараживания зависит от активности используемых хлорсодержащих препаратов. Так, газообразный хлор более эффективен, чем хлор.известь.
Большое влияние на процесс хлорирования оказывает состав воды; процесс замедляется при наличии большого количества органических веществ, так как большее количество хлора уходит на их окисление, и при низкой температуре воды. Существенным условием хлорирования является правильный выбор дозы. Чем выше доза хлора и чем продолжительнее его контакт с водой, тем более высоким будет обеззараживающий эффект.
Хлорирование производится после очистки воды и является заключительным этапом ее обработки на водопроводной станции. Иногда для усиления обеззараживающего эффекта и для улучшения коагуляции часть хлора вводят вместе с коагулянтом, а другую часть, как обычно, после фильтрации. Такой метод называется двойным хлорированием.
Различают обычное хлорирование, т.е. хлорирование нормальными дозами хлора, которые устанавливаются каждый раз опытным путем, суперхлорирование, т. е. хлорирование повышенными дозами.
Хлорирование нормальными дозами применяется в обычных условиях на всех водопроводных станциях. При этом большое значение имеет правильный выбор дозы хлора, что обусловливается степенью хлорпоглощаемости воды в каждом конкретном случае.
Для достижения полного бактерицидного эффекта определяется оптимальная доза хлора, которая складывается из количества активного хлора, которое необходимо для: а) уничтожения микроорганизмов; б) окисления органических веществ и количества хлора, которое должно остаться в воде после ее хлорирования для того, чтобы служить показателем надежности хлорирования. Это количество называется свободным остаточным хлором. Его норма 0,3-0,5 мг/л, при остаточном связанном хлоре 0,8-1,2 мг/л. Необходимость нормирования этих количеств связана с тем, что при наличии свободного остаточного хлора менее 0,3 мг/л его может быть недостаточно для обеззараживания воды, а при дозах выше 0,5 мг/л вода приобретает неприятный специфический запах хлора.
Главными условиями эффективного хлорирования воды являются перемешивание ее с хлором, контакт между обеззараживаемой водой и хлором в течение 30 мин в теплое время года и 60 мин в холодное время
На крупных водопроводных станциях для обеззараживания воды применяется газообразный хлор. Для этого жидкий хлор, доставляемый на водопроводную станцию в цистернах или баллонах, перед применением переводится в газообразное состояние в специальных установках - хлораторах, с помощью которых обеспечиваются автоматическая подача и дозирование хлора. Наиболее часто хлорирование воды производится 1 % раствором хлорной извести. Хлорная известь представляет собой продукт взаимодействия хлора и гидроксида кальция в результате реакции: 2Са(ОН)2 + 2С12 = Са(ОС1)2 + СаС12 + 2Н2О
Техническая хлорная известь содержит обычно около 35 % активного хлора. При хранении ее в сыром помещении, на свету и при высокой температуре она разлагается и значительно снижает свою активность. Для обеззараживания воды допускается использование хлорной извести, содержащей не менее 25 % активного хлора. Поэтому, прежде чем использовать хлорную известь для хлорирования воды, необходимо определить в ней процентное содержание активного хлора.
Хлорирование нормальными дозами. Как выше указывалось, для определения необходимой дозы хлора при хлорировании нормальными дозами проводится пробное хлорирование воды. Упрощенно пробное хлорирование проводят в трех стаканах, в каждый из которых наливают по 200 мл исследуемой воды, вкладывают стеклянные палочки и с помощью выверенной пипетки (25 капель равны 1 мл) добавляют 1 % раствор хлорной извести: в первый - 1 каплю, во второй - 2 капли, в третий - 3 капли. Воду в стаканах хорошо перемешивают и через 30 минут определяют наличие в ней остаточного хлора. Для этого в каждый стакан прибавляют 2 мл 5 % раствора йодида калия, 2 мл хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 1 % раствора крахмала и тщательно перемешивают. При наличии остаточного хлора вода окрашивается в синий цвет, тем более интенсивный, чем больше в ней содержится остаточного хлора. Воду в стаканах, где появилось синее окрашивание, титруют по каплям 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания, перемешивая её после добавления каждой капли. Для расчета дозы выбирают тот стакан, где произошло обесцвечивание от 2 капель тиосульфата натрия, так как содержание остаточного хлора в этом стакане составляет 0,4 мг/л (1 капля 0,7 % раствора тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что соответствует при пересчете на 1 л 0,045 = 0,2 мг/л). Если обесцвечивание произошло от 1 капли, содержание остаточного хлора недостаточно - 0,2 мг/л; при обесцвечивании от 3 капель содержание остаточного хлора избыточно - 0,6 мг/л.
В зависимости от результатов пробного хлорирования рассчитывают количество хлорной извести, необходимое для хлорирования 1 л воды.
Пример: для расчета дозы выбран 2-й стакан, где при определении остаточного хлора на титрование пошло 2 капли 0,7 % раствора тиосульфата натрия. В этот стакан на 200 мл воды было прибавлено 2 капли 1 % раствора хлорной извести; следовательно, на 1л воды потребуется 25 - 10 капель, или 0,4 мл 1 % раствора хлорной извести, так как в 1мл содержится 25 капель.
Количество сухой хлорной извести, содержащейся в 0,4 мл 1 % раствора, в 100 раз меньше (так как раствор однопроцентный) и составляет 0,4: 100 - 0,004 или 4 мг сухой хлорной извести, т.е. доза хлора равна 4 мг/л хлорной извести.
Определение остаточного хлора в водопроводной воде. В коническую колбу ёмкостью 500 мл наливают 250 мл водопроводной воды (до отбора пробы воду из крана необходимо спустить), 10 мл буферного раствора с рН 4,6* и 5 мл 10 % раствора йодида калия. Затем титруют выделившийся йод 0,005 н. раствором тиосульфата натрия до бледно-желтой окраски, приливают 1 мл 1 % раствора крахмала и титруют раствор до исчезновения синей окраски.
* для приготовления буферного раствора с рН 4,6 смешивают 102 мл 1 М раствора уксусной кислоты (60г 100% кислоты в 1 л воды) и 98 мл 1 М раствора ацетата натрия (136,1г кристаллической соли в 1 л воды) в доводят объём до 1 л прокипяченной дистиллированной водой.
Содержание остаточного хлора в воде (х) вычисляют по формуле:
х = n К 0,177 1000 мг/л
V
где n - количество 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, мл; К - поправочный коэффициент раствора тиосульфата; 0,177 - количество активного хлора, соответствующее 1 мл 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, мг; V- объём воды, взятой для анализа, мл.
Суперхлорирование (гиперхлорирование) воды проводится по эпидемиологическим показаниям или в условиях, когда невозможно обеспечить необходимый контакт воды с хлором (в течение 30 мин). Обычно оно применяется в военно-полевых условиях, экспедициях и других случаях и производится дозами, в 5-10 раз превышающими хлорпоглощаемость воды, т. е. 10-20 мг/л свободного хлора. Время контакта между водой и хлором при этом сокращается до 15-10 мин. Суперхлорирование имеет ряд преимуществ. Основными из них являются значительное сокращение времени хлорирования, упрощение его техники, так как нет необходимости определять остаточный хлор и дозу, и возможность обеззараживания воды без предварительного освобождения ее от мути и осветления. Недостатком гиперхлорирования является сильный запах хлора, но его можно устранить добавлением к воде тиосульфата натрия, актввированного угля, сернистого ангидрида и других веществ (дехлорирование).
На водопроводных станциях иногда проводят хлорирование с преаммонизацией. Этот метод применяется в тех случаях, когда обеззараживаемая вода содержит фенол иди другие вещества, которые придают ей неприятный запах. Для этого в обеззараживаемую воду вначале вводят аммиак или его соли, а затем, через 1-2 мин, - хлор. При этом образуются хлорамины, обладающие сильным бактерицидным свойством.
К химическим методам обеззараживания воды относится озонирование. Озон является нестойким соединением. В воде он разлагается с образованием молекулярного и атомарного кислорода, с чем связана сильная окислительная способность озона. В процессе его разложения образуются свободные радикалы ОН и НО2, обладающие выраженными окислительными свойствами. Озон имеет высокий окислительно-восстановительньй потенциал, поэтому его реакция с органическими веществами, находящимися в воде, происходит более полно, чем у хлора. Механизм обеззараживающего действия озона аналогичен действию хлора: являясь сильным окислителем, озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов и вызывает их гибель. Имеются предположения, что он действует как протоплазматический яд.
Преимущество озонирования перед хлорированием заключается в том, что при этом способе обеззараживания улучшаются вкус и цвет воды, поэтому озон может быть использован одновременно для улучшения ее органолептических свойств. Озонирование не оказывает отрицательного влияния на минеральный состав и рН воды. Избыток озона превращается в кислород, поэтому остаточный озон не опасен для организма и не влияет на органолептические свойства воды. Контроль за озонированием менее сложен, чем за хлорированием, так как озонирование не зависит от таких факторов, как температура, рН воды и т.д. Для обеззараживания воды необходимая доза озона в среднем равна 0,5 – 6 мг/л при экспозиции 3-5 мин. Озонирование производится при помощи аппаратов - озонаторов.
При химических способах обеззараживания воды используют также олигодинамические действия солей тяжелых металлов (серебра, меди, золота). Олигодинамическим действием тяжелых металлов называется их способность оказывать бактерицидный эффект в течение длительного срока при крайне малых концентрациях. Механизм действия заключается в том, что положительно заряженные ионы тяжелых металлов вступают в воде во взаимодействие с микроорганизмами, имеющими отрицательный заряд. Происходит электроадсорбция, в результате которой они проникают в глубь микробной клетки, образуя в ней альбуминаты тяжелых металлов (соединения с нуклеиновыми кислотами), в результате чего микробная клетка погибает. Данный метод обычно применяется для обеззараживания небольших количеств воды.
Перекись водорода давно известна как окислитель. Ее бактерицидное действие связано с выделением кислорода при разложении. Метод применения перекиси водорода для обеззараживания воды в настоящее время еще полностью не разработан.
Химические, или реагентные, способы обеззараживания воды, основанные на добавлении к ней того или иного химического вещества в определенной дозе, имеют ряд недостатков, которые заключаются главным образом в том, что большинство этих веществ отрицательно влияет на органолептические свойства воды. Кроме того, бактерицидное действие этих веществ проявляется после определенного периода контакта и не всегда распространяется на все формы микроорганизмов. Все это явилось причиной разработки физических методов обеззараживания воды, имеющих ряд преимуществ по сравнению с химическими. Безреагентные методы не оказывают влияния на состав и свойства обеззараживаемой воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Они действуют непосредственно на структуру микроорганизмов, вследствие чего обладают более широким диапазоном бактерицидного действия. Для обеззараживания необходим небольшой период времени.
Наиболее разработанным и изученным в техническом отношении методом является облучение воды бактерицидными (ультрафиолетовыми) лампами. Наибольшим бактерицидным свойством обладают УФ-лучи с длиной волны 200-280 нм; максимум бактерицидного действия приходится на длину волны 254-260 нм. Источником излучения служат аргонно-ртутные лампы низкого давления (БУВ) и ртутно-кварцевые лампы (ПРК и РКС).
Для обеззараживания воды применяются специальные установки (напорные и безнапорные). Для обеззараживания большого объема воды используется установка ОВ-АКХ-1 большой производительности с применением бактерицидных ламп ПРК.
На небольших водопроводах используются аргонно-ртутные лампы низкого давления (БУВ-15, БУВ-30, БУВ-30П). Обеззараживание воды наступает быстро, в течение 1- 2 мин. При обеззараживании воды УФ-лучами погибают не только вегетативные формы микробов, но и споровые, а также вирусы, яйца гельминтов, устойчивые к воздействию хлора. Применение бактерицидных ламп не всегда возможно, так как на эффект обеззараживания воды УФ-лучами влияют мутность, цветность воды, содержание в ней солей железа. Поэтому, прежде чем обеззараживать воду таким способом, ее необходимо тщательно очистить.
Из всех имеющихся физических методов обеззараживания воды наиболее надежным является кипячение. В результате кипячения в течение 3-5 мин погибают все имеющиеся в ней микроорганизмы, а после 30 мин вода становится полностью стерильной. Несмотря на высокий бактерицидный эффект, этот метод не находит широкого применения для обеззараживания больших объемов воды. Его можно использовать в быту, детских учреждениях. Недостатком кипячения является ухудшение вкуса воды, наступающего в результате улетучивания газов, и возможность более быстрого развития микроорганизмов в кипяченой воде.
К физическим методам обеззараживания воды относится использование импульсного электрического разряда, ультразвука и ионизирующего излучения. В настоящее время эти методы широкого практического применения не находят.
Специальные способы улучшения качества воды. Помимо основных методов очистки и обеззараживания воды, в некоторых случаях возникает необходимость производить специальную ее обработку. В основном эта обработка направлена на улучшение минерального состава воды и ее органолептических свойств.
Дезодорация - удаление посторонних запахов и привкусов. Необходимость проведения такой обработки обусловливается наличием в воде запахов, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, грибов, водорослей, продуктов распада и разложения органических веществ. С этой целью применяются такие методы, как озонирование, углевание, хлорирование, обработка воды перманганатом калия, перекисью водорода, фторирование через сорбционные фильтры, аэрация.
Дегазация воды - удаление из нее растворенных дурнопахнущих газов. Для этого применяется аэрация, т. е. разбрызгивание воды на мелкие капли в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, в результате чего происходит выделение газов.
Умягчение воды - полное или частичное удаление из нее катионов кальция и магния. Умягчение проводится специальными реагентами или при помощи ионообменного и термического методов.
Опреснение (обессоливание) воды чаще производится при подготовке ее к промышленному использованию. Частичное опреснение воды осуществляется для снижения содержания в ней солей до тех величин, при которых воду можно использовать для питья (ниже 1000 мг/л). Опреснение достигается дистилляцией воды, которая производится в различных опреснителях (вакуумные, многоступенчатые, гелиотермические), ионитовых установках, а также электрохимическим способом и методом вымораживания.
Обезжелезивание - удаление из воды железа производится аэрацией с последующим отстаиванием, коагулированием, известкованием, катионированием. В настоящее время разработан метод фильтрования воды через песчаные фильтры.
Обесфторивание - освобождение природных вод от избыточного количества фтора. С этой целью применяют метод осаждения, основанный на сорбции фтора осадком гидроокиси алюминия и других адсорбентов.При недостатке в воде фтора ее фторируют. В случае загрязнения воды радиоактивными веществами ее подвергают дезактивации, т.е. удалению радиоактивных веществ.
Ситуационные задачи
1.Решите (по предложенным вариантам задач) вопрос о возможности использования воды как источника водоснабжения. Исследование проб воды дало следующие результаты:
| Показатели | Источники водоснабжения | ||||||||
| р.Исеть | р.Урай | р.Тверь | р.Болот | ||||||
| 3 | |||||||||
| запах | 3 балла | 3 балла | 3 балла | 3 балла | |||||
| вкус | 3 балла | 2 балла | 3 балла | ||||||
| цветность | 120 град | 160 град | |||||||
| жесткость | не более 7 | 7 мг экв/л | 14 мг экв/л | 7 мг экв/л | |||||
| сухой остаток | 1000 мг/л | 1000 мг/л | 1500 мг/л | 1000 мг/л | |||||
| железо | 3 мг/л | 2,8 мг/л | 3,5 мг/л | 4 мг/л | |||||
| марганец | 1,8 мг/л | 1,5 мг/л | |||||||
| хлориды | 350 мг/л | 350 мг/л | 350 мг/л | 500 мг/л | |||||
| сульфаты | 500 мг/л | 500 мг/л | 600 мг/л | 450 мг/л | |||||
| окисляемость | 15 мг/л | 17 мг/л | 25 мг/л | 25 мг/л | |||||
| ЛКП | 9000 в 1л | 17000 в 1л | 25000 в 1 л | 60000 в 1 л | |||||
| аммиак (N) | 1,9 мг/л | 1,8 мг/л | 2,0 мг/л | 3,0 мг/л | |||||
| нитраты | 40 мг/л | 25 мг/л | 60 мг/л | 60 мг/л | |||||
| нитриты | 3,0 мг/л | 2,8 мг/л | 3 мг/л | 3,5 мг/л | |||||
| мутность | 7000 мг/л | 8000 мг/л | |||||||
| нефтепродукты | 0,08 мг/л | ||||||||
| БПК | 6 мг/л | 7 мг/л | 8 мг/л | ||||||
| Показатели | Вода отобрана для анализа из артезианской скважины глубиной 90 м, вокруг скважины организована зона строго режима шириной 20м. Вода из скважины не очищается, не обеззараживается. Пробы опечатаны. | Вода из артезианской скважины глубиной 80 м. Вокруг скважины отсутствует зона строго режима. Вода не очищается и не обеззараживается. Пробы воды доставлены в опечатанном виде 25 июня. | |||||||
| мутность | 1,5 мг/л | 1,5 мг/л | 1,5 мг/л | 8 мг/л | 0,5 мг/л | 9,5 мг/л | |||
| цветность | 15 град | 10 град | 25 град | 35 град | 10 град | 45 град | |||
| запах | 3 балла | 3балла | 2 балла | 3 балла | нет | 3 балла | |||
| привкус | нет | нет | 1 балл | нет | нет | нет | |||
| температура | 11 | 11 | 12 | 14 | 11 | 12 | |||
| осадок | - | - | - | - | - | отмеч. | |||
| сухой остаток | 800мг/л | 900 мг/л | 1000 мг/л | 750 мг/л | 1100 мг/л | 880 мг/л | |||
| рН | - | 7,5 | - | 7,5 | |||||
| общ. жесткость | 6 мг экв/л | 3,5 мг экв/л | 6 мг экв/л | 5,5 мг экв/л | 8 мг экв/л | 6 мг экв/л | |||
| железо | 8 мг/л | 0,3 мг/л | 8 мг/л | 18 мг/л | 0,3 мг/л | 10 мг/л | |||
| сульфаты | 350мг/л | 70мг/л | 250мг/л | 350мг/л | 70мг/л | 150мг/л | |||
| фтор | 1,1 мг/л | 1,4 мг/л | 1,2 мг/л | 1,2 мг/л | 1,6 мг/л | 1,2 мг/л | |||
| хлориды | 120 мг/л | 80 мг/л | 250 мг/л | 350 мг/л | 80 мг/л | 360 мг/л | |||
| азот аммонийный | 1,5 мг/л | 0,9 мг/л | 1,8 мг/л | 1,8 мг/л | 0,1 мг/л | 2,0 мг/л | |||
| нитриты | - | 0,05 мг/л | 3,0 мг/л | 3,0 мг/л | 0,5 мг/л | 3,0 мг/л | |||
| нитраты | 40 мг/л | 3,0 мг/л | 25 мг/л | 45 мг/л | 12 мг/л | 40 мг/л | |||
| окисляемость | 4,5 мг/л | 1,2 мг/л | 4,5 мг/л | 15 мг/л | 1,2 мг/л | 14 мг/л | |||
| БГПК | 95 в 1л | 2 в 1л | 80 в 1л | 7000 в 1л | 2 в 1л | 900 в 1л | |||
Указать возможность использования источника для питьевого водоснабжения и, если необходимо, наметить мероприятия по улучшению качества воды.
Тестовый контроль по теме: «Выбор источников водоснабжения.
Методы улучшения качества питьевой воды»
1. Природные источники воды, используемые для хозяйственно-питьевых водопроводов:
А) атмосферные воды
Б) открытые водоемы
В) межпластовые воды
Г) грунтовые воды
Д) верны А, Б,В ответы
Е) верны Б, В ответы
Ж) верны Б,Г ответы
З) все ответы верные
2. Какой источник следует использовать в первую очередь для хозяйственно-питьевого водоснабжения?
А) реки Б) грунтовые воды В) артезианские воды Г) озера Д) водохранилища
3. Чем характеризуются грунтовые воды?
А) более высокой прозрачностью и низкой цветностью по сравнению с открытыми водоемами
Б) низким дебитом
В) постоянством химического состава
Г) надежной защитой от поверхностных загрязнений
Д) легкостью загрязнения при загрязнении почвы
Е) верны А, Б,В ответы
Ж) верны Б и Д ответы
З) верны Б и Г ответы
И) все ответы верные
4.Чем характеризуются межпластовые воды?
А)высокой минерализацией
Б)высокой окисляемостью и цветностью
В) постоянством химического состава
Г) надежной защитой от поверхностных загрязнений
Д) легкостью заражения при загрязнении почвы
Е) верны А, В, Г ответы
Ж) верны А,Б, В ответы
З) верны А, Б, Д ответы
И) все ответы верные
5.Чем характеризуются воды открытых водоемов?
А)высокой минерализацией
Б) высокой цветностью и окисляемостью
В)постоянством химического состава
Г) эпидемиологической надежностью
Д)легкостью загрязнения за счет стока и спуска сточных вод
Е) верны А, Б, В ответы
Ж) верны А и В ответы
З) верны Б и Д ответы
И) все ответы верные