Защиты прав потребителей и обеспечения благополучия человека

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

УУПРАВЛЕНИЕ ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ ПО НАДЗОРУ В СФЕРЕ

ЗАЩИТЫ ПРАВ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЛАГОПОЛУЧИЯ ЧЕЛОВЕКА

ПО САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

 

ПЕРВЫЙ ПРОЕКТ

 

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

с тест-контролем и ситуационными задачами

 

Тема: «ГИГИЕНА ВОДЫ И ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ. ОЦЕНКА МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ВОДЫ И ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ»

 

Для студентов медико-профилактического факультета и санитарных врачей

 

 

Д.м.н. Цунина Н.М.

 

 

САМАРА, 2010

 

 

Тема занятия: «Гигиена воды и питьевого водоснабжения. Оценка питьевой воды и источников водоснабжения»

Актуальность темы.

Физиологическая роль воды.

Вода (оксид водорода) – простейшее из природных соединений, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Возможно 42 сочетания этих атомов, 9 из которых – устойчивы. Поэтому можно сказать, что природная вода состоит из смеси молекул нескольких видов с разными свойствами. Кислород молекулы воды имеет две пары электронов, не участвующих в образовании ковалентных связей и способен образовывать так называемые водородные связи с соседними молекулами.

Вода - слабый электролит, диссоциирующий на ионы H+ и ОН-, которым присущи свойства катализаторов, ускоряющих течение разнообразных реакций в организме. Практически во всех процессах, протекающих в организме – физиологических, химических, физических и коллоидных (ассимиляция, диссимиляция, осмос, диффузия, резорбция), вода принимает непосредственное или опосредованное участие, она является универсальным растворителем.

Вода служит основной составной частью крови, секретов и экскретов организма. Одновременно вода участвует в выведении шлаков, токсичных веществ с потом, мочой, слюной.Выделяясь через почки, легкие, кишечник, кожу, вода отдает тепло тела в окурающую среду – т.е. выполняет терморегуляционную функцию.

Тело взрослого человека на 65% состоит из воды. Организм даже в условиях голодания, неутоляемой жаж­ды и при отсутствии физической нагрузки теряет некото­рое количество воды, которая образуется в результате непрерывно протекающих окислительных процессов.

При потере 10% воды отмечается резкое беспокойство, слабость, тремор конечностей. В эксперименте не животных установлено, что потеря 20-25% воды приводит к гибели организма. Все это объясняется тем, что процессы пищеварения, синтез живого вещества в организме и все обменные реакции происходят только в водной среде.

Без пищи человек может прожить 50 и более дней, без воды – всего лишь несколько дней. При обезвоживании организма усиливается процесс распада тканевого белка, изменяются физико-химические константы крови и водно-солевой обмен, в ЦНС развиваются процессы торможения, нарушается деятельность эндокринной и сердечно-сосудистой систем, ухудшается самочувствие, снижается работоспособность и др.

Возникновение жажды связано с водно-электролитным балансом в организме и обусловлено нарушением осмотического давления.

ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЛЮДЕЙ

КИШЕЧНЫЕ ИНФЕКЦИИ – холера, брюшной тиф, паратифы А и Б, дизентерия, энтериты и энтероколиты.	ЭНДЕМИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ:
ВИРУСНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ – инфекционный гепатит А - болезнь Боткина (hepatitis A), инфекционный (эпидемический) гепатит В, энтеровирусные болезни (enteroviruses), аденовирусные болезни (adenoviruses)	- природно обусловленные болезни - зоб (недостаток йода), флюороз (избыток фтора), кариес зубов – (дефицит фтора), эндемический молибденоз – (избыток молибдена), гиперселеноз (избыток селена), гемосидероз (избыток железа), метгемоглибинемия (избыток нитратов), болезнь Кашина-Бека (уровская болезнь) – (избыток стронция на фоне недостатка кальция, возможна роль афлатоксинов), болезнь Прасада (гипоцинкоз) – (дефицит цинка), болезнь Кишана (дефицит селена);
ЗООНОЗНЫЕ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФЕКЦИИ – бруцеллез, сибирская язва, туберкулез	- антропогенные болезни - болезнь Минамата (поражения, связанные с попаданием в организм метилртути), техногенные остеопатии, в т.ч. флюороз (избыток техногенного фтора), молибденовая подагра (избыток в окружающей среде техногенного молибдена), свинцовая энцефалопатия и нефропатия (избыток техногенного свинца), болезнь Итай-Итай (попадание в организм кадмия), кобальтовая миокардиопатия (избыток техногенного кобальта), Болезнь Юшо (попадание в организм полихлорбифенилов и диоксинов)
ПРОТОЗОЙНЫЕ ИНФЕКЦИИ – амебиаз (Entamoeba histolytica), балантидиаз (Balantidium coli), лямблиоз (Lamblia intestinalis)
ГЛИСТНЫЕ ИНВАЗИИ:
- геогельминтозы – аскаридоз, анкилостомидоз, стронгилоидоз;
- биогельминтозы – тениаринхоз (бычий цепень), тениоз (свиной цепень), описторхоз, трематодоз, шистостомоз, дракункулез (ришта);
-трансмиссивные геогельминтозы - филяриотоз
ЛЕПТОСПИРОЗЫ – болезнь Вейля-Васильева (гектеро-геморрагический лептоспироз), водная лихорадка (безжелтушный лептоспироз)
ДРУГИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ – трахома, чесотка, грибковые и др. заболевания

Употреблением воды

Обладая свойствами универсаль­ного растворителя, вода постоянно несет большое количе­ство различных элементов и соединений, состав и соотно­шение которых определяются условиями формирования воды, составом водоносных пород. Большое влияние на состав природных вод, как поверхностных, так и подзем­ных, оказывает в наше время техногенное их загрязнение. Когда мы говорим о воде как причине заболеваний неинфекционной природы, мы имеем в виду влияние на здоровье человека химических примесей, наличие и коли­чество которых обусловлено природными особенностями формирования источника водоснабжения либо техноген­ными и антропогенными факторами.

Издавна с химическим (минеральным) составом воды связывалась возможность развития среди населения мас­совых заболеваний. Во многих районах мира нехватка пресной воды в настоящее время является чрезвычайно острой проблемой.

Воды с большим содержанием солей имеют солоноватый или горьковатый привкус. Основную часть сухого остатка пресных вод составляют хлориды и сульфаты. Как известно, эти соли обладают выраженным соленым или горьким вкусом, что является основанием для ограничения их содержания в воде на уровне порога ощущения: 350 мг/л для хлоридов и 500 мг/л для сульфа­тов. Экспериментальные исследования на лабораторных животных и добровольцах показали, что вода с повышен­ной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результа­те чего наступает рассогласование многих метаболических и биохимических процессов в организме. У добровольцев потребление воды для удовлетворения экспериментально вызванной дозированной жажды зависело от степени минерализации воды.

Установлено, что систематическое потребление дистиллированной и маломинерализованной воды вызывает нарушение водно-солевого равновесия. Происходит перераспределение воды между внеклеточной и внутрик­леточной жидкостями.

Жесткость воды, обусловленная суммарным содержанием кальция и магния, обычно рассматривалась в хозяйственно-бытовом аспекте (образование накипи, повышенный расход моющих средств, плохое разваривание мяса и овощей и т. д.).

Известный русский ученый В.И.Вернадский и его ученик А.П.Виноградов разработали учение о биогеохимических провинциях – т.е. районах, характеризующихся избытком или недостатком отдельных микроэлементов в почве, воде, растениях, что позволило объяснить причины возникновения так называемых эндемических заболеваний человека и животных.

Употребление воды с несоответствующим нормативам солевым составом может быть причиной развития флюороза, водно-нитратной метгемоглобинемии, нарушений водно-солевого обмена, диспепсических расстройств и т.д.

Флюороз. Наиболее изучено влияние на организм фтора. Человек может получить с водой от 10 до 85 % необходимого количества фтора. В начале XX века была доказана роль фтора в развитии заболевания, внешним признаком кото-рого является пятнистость эмали зубов. Широкое распространение его среди людей, проживающих в геохимических провинциях, где вода содержала высокие концентрации фтора (2—8 мг/л), послужило основанием к тому, что это заболевание было названо эндемическим флюорозом (крапчатая или пятнистая эмаль).

Допустимое содержание фтора в воде нормируют по четырем климатическим поясам – от 1,5 мг/л на севере до 0,7 мг/л на юге, при этом учитывают количество потребления воды и выделения. Природное содержание фтора в воде открытиых источников, как правило, не превышает 0,2 – 0,5 мг/л, в подземных водах фтор нередко встречается в больших концентрациях – до 3-5 мг/л, а иногда и выше в результате соприкосновения с содержащими фтор породами, преимущественно фосфоритами. Глубокие напорные подземные воды чаще содержат повышенное количество фтора, чем грунтовые.

При концентрации фтора в воде более 2 мг/л, отмечаются коричневатые пятна на зубах, если этот уровень превосходит 2,5 мг/л, эмаль теряет свою гладкость и темные пятна поражают несколько зубов. При длительном, в течение 10—20 лет, потреблении воды с концентрацией фтора 10 мг/л и выше могут наблюдаться боли и ограничение подвижности в суставах, прогрессирующая форма деформации скелета, приводя­щая к инвалидизации. Патогенез эндемического флюороза изучен недостаточно, но твердо установлено, что основ­ным механизмом является нарушение выпадения в осадок кальция в период кальцификации тканей зубов и костей. Недостаток фтора в рационе способствует развитию кариеса зубов, при котором нарушается связь между органическими (белковыми) и неорганическими (известко­выми) элементами эмали и дентина зубов. Кариес зубов — заболевание полиэтиологическое, однако, при недостатке фтора более активно проявляются другие причины вслед­ствие тесной связи между обменом фтора и кальция в организме.

 

 

 

Рис. 1. Эндемический флюороз зубов.

I степень; II степень; IV степень (сверху вниз).

 

 

Стадия развития флюороза тесно связана с его концентрацией в воде.

 

 

Очень низкая концентрация фтора — до 0,3 мг/л. Пораженность населения кариесом зубов в 3—4 раза больше, у детей наблю­даются задержка -окостенения и дефекты минерализации костей.

Низкая концентрация фтора — 0,3—0,7 мг/л. Пораженность населения кариесом зубов в 2—3 раза больше, чем у населения, употребляющего воду с оптимальной концен­трацией фтора. Пятнистая эмаль I степени у 3— 5% населения.

Оптимальная концентрация фтора — 0,7—1,1 мг/л. Пораженность населения кариесом зубов близка к минималь­ной.

Высокая концентрация фтора — 2—6 мг/л. Поражен­ность населения кариесом зубов больше минимальной; 30—100% населения поражены флюорозом, у многих наблюдается тяжелая форма — пятна и эрозии эмали коричневого цвета, повышенная стираемость и хрупкость зубов. Среди детей учащаются случаи отставания в развитии, окостенении и минерализации костей.

Очень высокая концентрация фтора — 6—15 мг/л. По­раженность населения кариесом зубов значительно боль­ше минимальной. До 80—100% населения поражено флю­орозом с превалированием тяжелых форм; значительно увеличены стираемость и ломкость зубов. У детей часто наблюдаются нарушения в развитии и минерализации костей, у взрослых — изменение костей типа остеосклеро­за.

Заслуживает большого внимания тот факт, что фтор обладает очень узким диапазоном физиологических доз: легкие формы флюороза могут наблюдаться в 20% случа­ев при употреблении воды с содержанием 1,5 мг/л фтора. Повышается заболеваемость кариесом зубов у населения, пользующегося водой с содержанием фтора 0,7 мг/л и ниже. Указанное обстоятельство делает проблему гиги­енического нормирования фтора в воде очень острой.

Избыток стронция.. В биогеохимических провинциях с повышенным содер­жанием стронция в водах глубоких подземных горизонтов, используемых для питьевых целей, при обследовании у детей выявлено нарушение развития костной ткани, прояв­лявшееся в задержке развития зубов, удлинении сроков заращения родничка, а также снижении процента гармо­ничного морфофункционального развития среди детей младшего школьного возраста. Отмеченная патология является отражением известного из биохимии факта кон­курентных отношений стронция и кальция при распределе­нии в организме, в частности в костной системе, и по своему патогенезу сходна с эндемической «уровской бо­лезнью или болезнью Кашина-Бека (эндемический деформирующий остеоартрит) », встречающейся в Забайкалье и других районах Юго-Восточной Азии.

Эндемическая зобная болезнь – разрастание щитовидной железы (struma) на фоне общей йодной недостаточности (нарушение синтеза гормона тироксина). Суточная потребность в йоде 120-200 мкг (за счет воды – 15-20%). Очаги заболевания – гористые местности США, Швейцарии и прилегающие районы Австрии, Италии и Франции, западные области Китая, Центральная Азия, север Индии; в России - в горных районах Урала, Средней Азии, Кавказа (Сванетия), Карпат, Алтая. Нередки очаги так называемого равнинного зоба – в Полтавской, Костромской, Московской и др. областях. Самарская область.

С составом питьевой воды часто связывают эндемии зобной болезни. Эндемический зоб—широко известное заболевание, внешне проявляющееся в увеличении разме­ров щитовидной железы. Патогенез эндемического зоба, в основе которого лежат различные, в зависимости от формы и стадии болезни, расстройства функции щитовид-

Баланс йода по А. П. Виноградову складывает-70 мкг йода растительной пищи, 40 мкг — мясной, йода воздуха и 5 мкг йода воды. Таким образом, логически необходимое количество йода человек не с питьевой водой. Ведущая роль йода - в пищевом рационе, что подтверждается следующими наблюдениями. В Марийской республике эндемический зоб распространен в сельских районах, где население питается почти (исключительно пищевыми продуктам» местного происхождения. В Чуйской долине Киргизии, где наблюдается большое количество случаев эндемического зоба, поцент заболеваемости был наиболее высок среди населения предгорной зоны, а также в ряде других населенных пунктов долины с более однообразным питанием.: жителей городов, поселков и ряда районных кварталов, рацион которых более разнообразен, частота заболевания эндемическим зобом была ниже в 2—3 раза. Известно, что водопроводная вода, используемая насе­лением крупнейших городов нашей страны (Москва, СПб), содержит в среднем 1,6 мкг/л йода, что обеспечивает всего 1/30—1/40 суточной потребности. Однако в городах не наблюдается эндемии зоба, так как в эоне населения большую долю составляют привозные продукты, обеспечивающие нормальный йодный баланс. Таким образом, низкое содержание йода в питьевой не служит непосредственной причиной заболевания населения эндемическим зобом, в связи с чем отсутствует необходимость нормирования его содержания в питьевой воде. Однако количество йода в местных пищевых продук­тах коррелирует с содержанием его в воде местных поверхностных и грунтовых источников водоснабжения. Следовательно, показатель концентрации йода в воде приобретает «сигнальное» значение. Что касается возмож­ности возникновения зобной эндемии, то она определяется абсолютным уровнем недостаточности йода во всех эле­ментах внешней среды эндемичной провинции. Имеют значение и общие социальные условия жизни населения, особенно характер питания. Дефицит в организме челове­ка других необходимых микроэлементов, встречающихся в природной воде, также восполняется за счет продуктов питания.

Метгемоглобинемия. Наличие, концентрация и соотношение нитритов и нитратов в воде источников хозяйственно-питьевого водо­снабжения до недавнего времени расценивались лишь как показатели санитарного состояния водоема, свидетель­ствующие о степени и давности его загрязнения органиче­скими веществами.

Возникновение водно-нитратных метгемоглобинемий из-за высокого содрежания нитратов наиболее яасто возникает при употреблении воды колодцев, что связано с присутствием в них водорослей, в результате чего не происходит активного потребления ими нитратов, как в поверхностных водоемах.

В настоящее время описаны случаи токсического цианоза (водно-нитратной метгемоглобинемии). Установлено, что тяжелая форма заболе­вания (токсический цианоз) возникает почти исключитель­но у грудных детей, находящихся на искусственном вскармливании сухими питательными смесями, когда сухие смеси разводятся водой, содержащей нитраты.

В последние годы внимание гигиенистов привлекают нитрозамины — вещества, образующиеся при взаимодействии нитратов с алифатическими и ароматическими соединениями. Эти соединения широко используются в промышленности; показана возможность их синтеза в природных материалах, а также в организме человека. Нитрозамины являются весьма активными канцерогенами. Пути поступления нитрозаминов в воду источников хозяйственно-питьевого водоснабжения многообразны, они имеют хорошую растворимость.

Легкие же формы метгемоглобинемии, связанные с потреблением воды с повышенным содержанием нитратов, встречаются у детей всех возрастов и даже у взрослых. Легкие формы токсической метгемоглобинемии проявляются такими симптомами, как слабость, бледность, повышенная утомляемость и при недостаточной осведом­ленности могут быть отнесены за счет других причин.

Хронические отравле­ния мышьяком. В середине XIX века среди населения одного из городов Силезии появились массовые заболевания, полу­чившие название «копытной болезни» из-за характерных наростов — мозолей на коже стоп. Впоследствии эти забо­левания были диагностированы как хронические отравле­ния мышьяком. Описаны случаи интоксикации мышьяком в результате потребления для питьевых целей воды из законсервированной шахты по добыче мышьяковой руды. Содержание мышьяка в воде в этом случае достигало 3—6 мг/л.

Сатурнизм – хроническое отравление свинцом. Известны случаи отравления свинцом при употребле­нии водопроводной воды. Большое число пострадавших в столицах Западной Европы во второй половине XIX века послужило основанием для названия этих вспышек «свинцовыми эпидемиями». Высокие концентрации свинца в 5 (1 — 20 мг/л) были обусловлены применением свинца при оборудовании труб и резервуаров в системах водопровода. Природные воды в районах залежей полиметаллических руд также могут содержать свинец в опасных концентрациях. Хроническое отравление свинцом называется «сатурнизм». Характерные признаки этого заболевания – появление свинцовой каймы на деснах, кишечные колики, появление альфа-аминолевулиновой кислоты в крови, оттенок кожных покровов – сероватый и др.

Нормы водопотребления

 

В «норму водопотребления» на 1 человека входит расход воды: в жилых зданиях, на предприятиях культурно- бытового обслуживания, на предприятиях общественного питания. «Норма водопотребления» на 1 жителя в основном зависит от степени благоустройства жилого фонда и от климатического района проживания. В условиях умеренного климата при работе средней тяжести организм взрослого расходует 2,5 – 3 л воды в сутки. При тяжелой работе, в горячих цехах, в условиях жаркого климата потребность в воде может возрасти до 10 и даже до 15 л/сутки.

Количество воды, необходимое для одного жителя в сутки, зависит от климата местности, культурного уровня населения, степени благоустройства города и жилого фонда. Последний фактор является определяющим. На основании степени благоустройства населенного пункта разработаны «Нормы водопотребления». Они введены в Строительные нормы и правила (табл. 1). В

На основании степени благоустройства населенного пункта разработаны нормы водопотребления.

 

Таблица

Степень благоустройства районов жилой застройки	Среднесуточное за год водопотребление на 1 жителя, л/сутки
Для сельскохозяйственных районов: хозяйственно-питьевых нужд (без учета расхода воды на поливку) с водопользованием из водоразборных колонок	30-50
Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией без ванн	125-160
То же с ванными и местными нагревателями	160-230
То же с централизованным горячим водоснабжением	250-350

В указанные нормы входит расход воды в квартирах, пред­приятиями культурно-бытового, коммунального обслужи­вания и общественного питания. В некоторых городах развитие водопровода позволяет обеспечить более высо­кие нормы водопотребления (Москва — 500 л/сут, Санкт-Петербург — 400 л/сут). Считается, что норма водопотребления 500 л/сут является максимальной и ее превышение нецеле­сообразно даже в отдаленной перспективе.

При расчетах водопотребления необходимо учитывать неравномерность расхода воды как в отдельные часы суток, так и по сезонам года. Для этого средние нормы водопотребления принимаются с так называемыми коэф­фициентами неравномерности: часовым — отношение мак­симального часового расхода к среднечасовому и суточ­ным — отношение максимального суточного расхода к среднесуточному. Учет коэффициентов неравномерности при проектировании водопровода позволяет обеспечить бесперебойную подачу воды в час пик и в жаркие сезоны года, когда увеличивается расход воды.

Вода, идущая на поливку зеленых насаждений и мойку улиц, учитывается отдельно. Установлено, что при расче­те на одного жителя для этих целей достаточно 80— 90 л/сут. Если известны площади зеленых насаждений, улиц и городских площадей, расчет количества воды на поливку и мойку производится следующим образом (табл. 2).

Отдельно учитывается расход воды на хозяйственно-питьевые нужды на промышленных предприятиях — 45 л в смену на одного работающего в горячих цехах с тепловы­делениями более 83,68 кДж (20 ккал) на 1 м³ воздуха в 1 ч

и 25 л в смену — в остальных.

Суммарная мощность городского водопотребления должна обеспечить непосредственные нужды населения, расход воды в общественных зданиях (детские учреждения, предприятия общественного питания и т. п.), зеленых насаждений и хозяйственно-питьевые затратыпромышленных предприятий.

 

Таблица 2 Нормы расхода воды на мойку в поливку в населенных

Назначение воды	Измеритель	Расход воды на
Механизированная мойка усовершенствованных покрытий проездов и площадей	1 мойка	1,2—1,5
Механизированная поливка усовершенствованных покрытий проездов и площадей	1 поливка	0,3—0,4
Поливка вручную (из шлангов) усовершенство­ванных покрытий тротуаров и проездов	1»	0,4—0,5
Поливка городских зеленых насаждений	1»	3—4
Поливка газонов и цветников	1»	4—6
Поливка посадок в грунтовых зимних теплицах	1 сутки
Поливка посадок в стеллажных зимних и грунто­вых весенних теплицах, парниках всех типов, утепленного грунта	1»

Технологические потребности местной промышленности и неучтенные расходы составляют дополнительно 5—10% от суммарного хозяйственно-питьевого водопотребления жилой зоны, при централизованной системе горячего водоснабжения 40% воды от ее общего расхода подается потребителям сети теплоснабжения. В практике нередки случаи, когда промышленные предприятия расходуют от 25 до 67% питьевой воды, а в среднем по стране—до 40% воды городских водопроводов. Снижение расхода питьевой воды промышленностью — один из крупных резервов улучшения водоснабжения населения. Другим резервом является сокращение утечек воды в водоразборных устройствах.

Отличительный признак хозяйственно-питьевого водоснабжения – соответствие качества и количества воды гигиеническим нормативам.

 

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ

Подготовка воды, методы улучшения качества воды

Методы осветления воды

Методы осветления воды: 1) коагуляция – сульфатом алюминия, железным купоросом, оксихлоридом алюминия, хлоридом железа; 2) флоккуляция – полиакриламидом, активированной кремниевой кислотой, ВА-2, К-4.

II этап осветления воды

II этап осветления воды – фильтрование через фильтры с зернистой нагрузкой. Фильтры классифицируют по скорости фильтрования – медленные ().1 – 0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч), по направлению фильтрующего потока – одно- и двухпоточные, по числу фильтрующих слоев – одно- и двухслойные.

Схема устройства скорого фильтра показана на рис.. Коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар филь­тра. 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 фильтроцикла производится промывка фильтра.

Промывку производят обратным током чистой про­фильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7—10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Зерна расширив­шейся загрузки хаотично двигаются, ударяются друг о друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями перели­вается через кромки сборных желобов, расположенных над поверхностью фильтрующей загрузки, и отводится по ним в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров 5—7 мин. Количество промывной воды зависит от типа загрузки и колеблется от 12 до 18 л/(с-м²).

 

 

 

Рис.. Скорые фильтры.

а —двухслойный фильтр; б— двухпоточный фильтр АКХ; в —контактный осветли­тель.

 

 

Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя. Фильтрующий слой выполняют из отсортированного материала, обладающего достаточной механической прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крошка, керамзит, шунгизит, дробленый мрамор). Новые фильтрующие материалы проходят санитарную экспертизу, в ходе которой устанавливается их состав, а также скорость и степень вымываемости отдельных элементов, особенно тяжелых металлов, водой.

Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтрующий материал не уносился вместе с фильтруемой водой через отверстия распределительной системы. Он состоит из слоев гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз от 2 до 40 мм. Распределительная система фильтра состоит из труб с отверстиями разной формы и размера. Ее назначение - сбор и отвод профильтрованной воды без выноса зерен фильтрующего материала, а также равномерное распределение воды по площади фильтра при его промывке.

Два метода фильтрования. Пленочное фильтрование - образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки. Вначале вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органических веществ осадку (биологическая пленка). Образованию осадка способствуют малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Пленка достигает толщины 0,5-1 мм и больше.

Биологическая пленка в работе сооружений по очистке воды играет роль медленного фильтра. Помимо задержания мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии (уменьшая их количество на 95-99%), обеспечивает снижение окисляемости (на 20-45%) и цветности (на 20%) воды. Пленочный метод в сравнении с объемным методом фильтрования очищает воду медленно, но качественно. Постепенное утолщение пленки вызывает сопротивление фильтрованию – так называемую потерю напора, что приводит к необходимости периодической чистки медленного фильтра (снятие с его поверхности верхнего слоя песка и пленки). Медленные фильтры, отличающиеся простотой устройства и эксплуатации, были первыми очистными сооружениями городских водопроводов в начале XIX века. Это простые и надежные сооружения, их роль для подготовки питьевой воды возрастает и в настоящее время в связи с развитием централизованного водоснабжения в сельской местности.

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 сут вручную, путем снятия верхнего слоя песка толщиной 15-20 мм и подсыпки свежего. После очистки фильтра фильтрат в течение нескольких дней, до образования биологической пленки, идет на сброс. 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.

В результате уменьшения размера пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании, происходит потеря напора. Время от начала работы фильтра до достижения предельной потери напора, при которой фильтр должен быть выключен на промывку, называется временем фильтроцикла, или фильтроциклом. Время, в течение которого фильтр выдает воду надлежащего качества, называется временем защитного действия загрузки. Темп потери напора и качество фильтрата (рис.) непропорциональны. Для санитарной надежности фильтра необходимо так подбирать режим его работы и параметры загрузки, чтобы время фильтроцикла было меньше времени защитного действия загрузки. В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения их соотношение должно быть примерно 1:0,8.

Для нормальной работы фильтра важно, чтобы скорость фильтрования была постоянной в течение всего фильтроцикла, т.е. уменьшалась по мере загрязнения фильтра. Этой целью на трубопроводе, отводящем фильтрованную воду, устанавливают автоматически работающие регуляторы скорости фильтрации, благодаря которым через фильтр проходит все время постоянное количество воды.

В скором фильтре (рис.) коагулированная и прошедшая отстойник или осветлитель вода поступает через боковой карман в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2м. В процессе работы фильтра вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои и через распределительную систему направляется в резервуар чистой воды. По окончании фильтроцикла производится промывка фильтра.

Промывку производят обратным током чистой профильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7-10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее, Зерна расширившейся загрузки хаотично двигаются, ударяются друг о друга, сорбированные на них загрязнения попадают в промывную воду, которая вместе с загрязнениями переливается через кромки сборных желобов, расположенных над поверхностью фильтрующей загрузки и отводится по ним в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров 5-7 мин. Количество промывной воды зависит от типа загрузки.

С целью интенсификации процесса фильтрации при конструировании новых фильтров повышают их грязеемкость, под которой понимают массу загрязнений в килограммах, задержанных 1 м² фильтрующей загрузки фильтра в течение фильтроцикла. К числу фильтров с повышенной грязеемкостью относятся фильтры с двухслойной загрузкой, двухпоточные фильтры системы АКХ и двухпоточные фильтры ДДФ.

В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка 0,4-0,5 м насыпается также слой дробленого антрацита или керамзита. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный – их остаток, прошедший через верхний слой. Общая грязеемкость двухслойного фильтра в 2-2 ½ раза больше грязеемкости обычного скорого фильтра. Плотность антрацита (керамзита) меньше плотности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятельно. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре 10-12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором.

Сущность работы двухпоточных фильтров АКХ заключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%), как и в обычных фильтрах, сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней, наиболее крупнозернистой, части фильтра, имеющей большую грязеемкость. Толщина фильтрующего слоя в фильтре АКХ 1,45 – 1.65 м. На глубине 0,5 – 0,6 м от поверхности фильтрующей загрузки устанавливается трубчатый дренаж, через который отводится профильтрованная вода.

При промывке фильтра АКХ сначала в течение 1 мин подают промывную воду в дренажное устройство верхнего слоя песка, затем в течение 5 и более минут через распределительную систему, расположенную на дне фильтра, вода, как и в обычных, собирается в желобе и отводится в водосток, фильтры ДДФ конструктивно отличаются от фильтров наличием двухслойной загрузки (антрацит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах АКХ и ДДФ задерживающая способность фильтрующей загрузки используется по всей ее высоте, что позволяет повысить скорость фильтрации до 12-15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м² поверхности в 2 раза. В технике очистки воды с целью интенсификации работы очистных сооружений используется процесс коагуляции в зернистой загрузке скорых фильтров. Этот процесс принципиально отличается от коагулирования в свободном объеме. При коагулировании в зернистом слое (контактная коагуляция) коллоидные и суспендированные частицы, проникающие в толщу слоя с потоком фильтрующей жидкости, сближаются с поверхностью зерен загрузки и прилипают к ним, образуя вокруг каждого зерна скопления геля с характерной сетчатой структурой. Таким образом, механизм контактной коагуляции состоит в определении твердой фазы обрабатываемой воды от жидкой под действием сил молекулярного притяжения между мельчайшими частицами взвеси и зернами фильтрующего материала. Однако, если воду просто фильтровать через слой зернистого материала, то контактная коагуляция будет протекать крайне медленно. Значительно ускоряется она при добавлении электролита. Таким электролитом является коагулянт.