Специальные методы обработки воды

В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения прибегают к специальным методам обработки воды с целью коррекции ее солевого состава. Наиболее распространены обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды. В широкую практику входят различные методы опреснения воды. Как правило, указанные методы применяют при использовании подземных источников водоснабжения. Однако обезжелезивание бывает необходимым и для воды поверхностных источников при питании их из болот, а установки для опреснения позволяют использовать морскую воду.

Обезжелезивание. Железо часто содержится в природных водах. В подземных водах оно находится в виде растворов закиси, сульфидов, карбонатов и бикарбонатов, реже – комплексных железоорганических соединений. Для поверхностных вод характерны коллоидные или тонкодисперсные взвеси гидроокиси, гидрозакиси, сульфаты железа, комплексы сложного состава с гуминовыми соединениями.

Выбор метода, технологической схемы и сооружений для обезжелезивания зависит от вида соединений железа в обрабатываемой воде, других ее свойств (активная реакция, щелочность и т.п.), производительности установки и представляет собой сложную технологическую задачу, для решения которой часто приходится прибегать к эксперименту в естественных условиях с водой конкретного водоисточника.

Обезжелезивание подземных вод наиболее часто производят безреагентными, аэрационными методами. В основе безреагентных методов лежат предварительная аэрация воды с целью удаления свободной углекислоты и сероводорода, повышения рН, обогащения кислородом воздуха до следующего образования гидрооксида железа и удаления его из воды осаждением и фильтрованием.

Состав установки по обезжелезиванию: аэрационное устройство (градирня, вакуумно-эжекционный аппарат, брызгальный бассейн), контактный резервуар – отстойник или контактный фильтр и осветительный фильтр. При введении в схему водопровода такого комплекса сооружений нарушается принцип герметичности в подаче воды из глубокого, защищенного источника водопотребителю, поэтому заключительным этапом обработки воды обязательно должно быть ее обеззараживание, как правило, препаратами хлора.

Обезжелезивание поверхностных вод осуществляется реагентными методами В качестве реагентов используют сульфат алюминия, известь и хлор. Выбор реагента производится на основе данных технологического анализа воды. Схема сооружений для реагентного обезжелезивания в принципе не отличается от схемы осветления с использованием коагуляции.

Фторирование. Фторирование воды было предложено как эффективное средство снижения заболеваемости кариесом зубов. Норматив фтора в питьевой воде обеспечивает поступление в организм дозы, обеспечивающей максимальное противокариозное действие и поражение флюорозом зубов 1 степени 10% населения. Универсальный характер противокариозного действия фтора был подтвержден многочисленными исследованиями как в нашей стране, так и за рубежом.

Противопоказаниями к фторированию питьевой воды являются содержание фтора в воде источника свыше 0,5 мг/л; содержание фтора в суточном рационе населения свыше 2,0 мг/л; высокая пораженность детского населения пятнистостью эмали зубов; содержание фтора в атмосферном воздухе выше ПДК.

К реагентам для фторирования воды предъявляются следующие требования: высокое противокариозное действие при меньшей потенциальной токсичности, отсутствие ядовитых примесей (мышьяк, соли тяжелых металлов), хорошая растворимость в воде, безопасность для персонала (малое опыление), возможно низкая коррозионная активность.

Ввиду того, что фтор образует с алюминием коагулянта комплексные соединения, не обладающие противокариозной активностью, введение фторреагентов целесообразно осуществлять после фильтров, перед резервуарами чистой воды. При осуществлении текущего санитарного надзора следует обращать внимание на токсичность дозировки. Допустимые колебания в концентрации фтор-иона при подаче воды в сеть не должны превышать 10%. Желательно, чтобы контроль за содержанием фтор-иона в воде не был автоматизирован. Операции со фторсодержащими реагентами в целях охраны здоровья персонала должны быть максимально герметизированы и механизированы.

Для оценки противокариозной активности фторированной воды следует осуществлять динамическое изучение пораженности населения кариесом в течение 10 лет после введения фторирования. Для этого выделяют 2-3 школы, в которых ежегодно, в одно и то же время года, проводят обследование детей на пораженность кариесом. Если эффективность фторирования невелика, а флюороз не обнаруживается, можно несколько увеличить концентрацию фтора в воде. Если отмечается снижение пораженности кариесом, но в то же время флюороз I степени наблюдается чаще, чем в 10% случаев, или имеются случаи флюороза II степени, концентрацию фтора следует несколько снизить.

Для дефторирования питьевой воды предложено много методов, которые можно разделить на реагентные (методы осаждения) и фильтрационные. Реагентные методы основаны на сорбции фтора свежеосажденными гидроокисями алюминия или магния. Этот метод рекомендуется при обработке поверхностных вод, когда, кроме дефторирования, требуется еще осветление и обесцвечивание. Технологическая схема состоит из вертикального смесителя, осветлителя со слоем взвешенного осадки и скорого фильтра.

Наиболее эффективна фильтрация воды через слой активированной окиси алюминия, играющей роль анионита. Регенерация фильтра производится 1- 1,5% раствором сульфата алюминия. Этим методом удается снизить концентрацию фтора менее 1мг/л.

При наличии наряду с водоносными горизонтами с высокой концентрацией фтора пластов, содержащих воду с низкой его концентрацией, рационально использование обоих источников путем смешения воды в пропорциях, обеспечивающих требования ГОСТа к содержанию фтора.

Опреснение. В связи с необходимостью хозяйственного освоения территорий, не имеющих источников пресной воды, опреснение становится все более актуальной санитарно-технической проблемой. Широкому применению опреснения препятствовали его высокая энергоемкость и дороговизна. Наиболее распространенными методами опреснения воды на коммунальных водопроводах являются дистилляция, ионный обмен, электродиализ, гиперфильтрация.

и вирусов Метод дистилляции основан на выпаривании воды с последующей конденсацией. Дистилляция экономически целесообразна при содержании солей в исходной воде выше 8 мг/л. Дистилляционные опреснительные установки могут работать за счет бросового тепла атомной электростанции. Недостатки метода дистилляции: плохие органолептические свойства воды вследствие поступления в нее продуктов термического разложения органических веществ и низкая минерализация.

Устранение привкусов и запахов производится путем фильтрования дистиллята через активированный березовый уголь. Для оптимизации минерального состава добавляют к дистилляту определенное количество необработанной воды либо пропускают дистиллят, предварительно насыщенный углекислотой, через мраморную крошку или доломит; при этом вода насыщается солями кальция.

При опреснении воды ионообменным методом ее последовательно пропускают через H-катионитовые и OH –анионитовые фильтры. Ионообменный метод рентабелен для солоноватых вод (до 3г/л) и на установках невысокой производительности. Ионообменные смолы должны быть изучены в токсиколого-гигиеническом плане и официально разрешены для применения в хозяйственно-питьевом водоснабжении.

Метод электролиза основан на том, что при пропускании постоянного тока через воду положительно заряженные катионы растворенных в ней солей двигаются к погруженному в опресняемую воду катоду, а отрицательно заряженные – к аноду. Если емкость, через которую пропускают ток, разделить селективно проницаемыми для катионов и анионов мембранами на три части: анодную, катодную и среднюю (рабочую), то постепенно большая часть катионов будет перенесена электрическим током в катодное, анионов – в анодное пространство, а вода в рабочем пространстве опреснится.

Гиперфильтрацией называют процесс фильтрования воды через полупроницаемые мембраны, задерживающие гидратированные ионы солей и молекулы органических соединений. Гиперфильтрационная мембрана должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать значительную нагрузку при прохождении через нее воды. По форме мембраны изготовляют листовые и трубчатые. Гиперфильтрационный аппарат представляет собой устройство, состоящее из набора мембранных элементов и приспособлений, обеспечивающих их работу. Блочная конструкция аппарата позволяет быстро производить монтаж и замену вышедших из строя элементов.

Очистные сооружения водопровода, основной функцией которых является осветление и обесцвечивание воды, способны, кроме того, задерживать до 90% находящихся в воде бактерий и вирусов.

Кондиционирование воды – при использовании в централизованных системах питьевого водоснабжения источников с солоноватой или соленой водой после ее глубокого обессоливания. Возможно кондиционирование и при подготовке бутилированной воды.

Обеззараживание - обезвреживание содержащихся в воде водоисточника патогенных бактерий. Способы обеззараживания, предупреждающие образование запахов в питьевой воде или обеспечивающие их устранение: озонирование, УФ-облучение, хлорирование с переаммонизацией.

Осуществляется сорбция бактерий и вирусов на поверхности взвешенных частиц и хлопьев, совместное осаждение в отстойнике или в порах фильтрующей загрузки, что во многом зависит от характера взвеси, параметры которой весьма непостоянны. Часть бактерий и вирусов, оставаясь в воде свободными, проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надежного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций применяется ее обеззараживание. В практике коммунального водоснабжения используются реагентные (хлорирование, озонирование) и безреагентные (Ультрафиолетовое облучение, воздействие γ - лучами и др.) методы. Хлорирование воды в настоящее время получило наиболее широкое распространение благодаря многим техническим, гигиеническим и экономическим преимуществам перед другими методами обеззараживания. При обеззараживании питьевой воды хлорсодержащими препаратами органолептические свойства воды улучшаются.

Расход хлора на взаимодействие с веществами и бактериями, находящимися в воде с образованием неактивных комплексов, называется хлорпотребностью (хлорпоглощаемостью).

Доза хлора, обеспечивающая хлорпоглощаемость воды и наличие остаточного активного хлора в пределах гигиенических требований, называется оптимальной.

Устойчивость к действию хлора падает в ряду: энтеровирусы, кишечная палочка, патогенные энтеробактерии, холерный вибрион.

Для хлорирования воды используются различные соединения хлора и разные способы их взаимодействия с водой. Наибольшее распространение получил жидкий хлор, который поступает на водопроводные станции в цистернах или баллонах под высоким давлением. Он представляет собой маслянистую темно-зеленую жидкость плотностью 1,4 при 15º. При снижении давления жидкий хлор переходит в газообразный, хорошо растворяющийся в воде при следующей реакции:

H₂ O ₊ Cl_{2 =} НCl ₊ HOCl

Степень диссоциации хлорноватистой кислоты зависит от активной реакции воды (рис.). Обеззараживающее действие оказывают гипохлоритный ион OCl~ и недиссоциированная хлорноватистая кислота. Процесс обеззараживания воды проходит две стадии: сначала обеззараживающий агент диффундирует внутрь бактериальной клетки, а затем вступает в реакцию с энзимами клетки, в первую очередь с дегидрогеназами. В экспериментах показана прямая корреляция степени подавления активности дегидрогеназ с бактерицидным эффектом.

Существуют следующие формы хлора:а) свободный, это ОCI¯, НОCI;

б)связанный, это NHCI_2, NH₂CI.

Обеззараживающий эффект свободного хлора по сравнению со связанным характеризуется действием быстрым и непродолжительным.

Скорость процесса обеззараживания воды определяется кинетикой диффузии обеззараживающего агента внутрь клетки и кинетикой отмирания клеток в результате нарушения их метаболизма. Поэтому скорость обеззараживания возрастает с увеличением концентрации обеззараживающего вещества в воде, повышением ее температуры и переходом обеззараживающего агента в недиссоциированную форму, поскольку диффузия молекул через мембрану клетки происходит быстрее, чем гидратированных ионов, образующихся при диссоциации.

Эффективность обеззараживания снижается при наличии в воде способных к окислению органических веществ и других восстановителей, а также коллоидных и взвешенных веществ, обволакивающих бактерии и мешающих контакту с ними обеззараживающего агента. Интегральным показателем свойств воды, мешающих обеззараживанию, является хлорпоглощаемость, измеряемая количеством хлора, необходимым для окисления имеющихся в воде восстановителей. Хлорпоглощаемость прямо пропорциональны также дозе хлора и перемене контакта.

Кроме жидкого хлора, в практике обеззараживания воды используется ряд его соединений. Гипохлориты представляют соли хлорноватистой кислоты. Действующим началом гипохлоритов является гипохлоритный ион. Хлорная известь – комплексное соединение, в котором ион кальция связан одновременно анионами хлорноватистой и хлористоводородной кислот. Свежий технический продукт содержит не более 35% активного хлора. При хранении хлорной извести, особенно в сырости и на свету, она теряет активность. Двуокись хлора

ClО₂ – газ желто-зеленого цвета, легко растворимый в воде без гидролиза. На больших водопроводных станциях, использующих за год более 250 т двуокиси хлора, могут быть установки для ее получения на месте.

В последние годы в практику обеззараживания питьевой воды внедрен метод, при котором получение гипохлоритов осуществляется на месте потребления электролитическим путем. В качестве электролитов используются или специально приготовленные растворы хлорида натрия или природные электролиты – подземные минерализованные и морские воды. Получение гипохлоритов непосредственно на водопроводной станции имеет значительные экономические преимущества и позволяет избежать транспортировки и хранения жидкого хлора, являющегося опасным и токсичным продуктом.

На эффективность хлорирования оказывает влияние ряд факторов, связанных с биологическими особенностями микроорганизмов, бактерицидными свойствами препаратов хлора, состоянием водной среды, условиями, в которых производится обеззараживание. Эффективность хлорирования в большей мере зависит от первоначального количества микробов в исходной воде. Установлено, что возбудители кишечных инфекций являются менее резистентными по отношению к хлору, чем кишечная палочка. Это обстоятельство позволяет использовать кишечную палочку как санитарно-показательный микроорганизм, по степени которого в воде можно косвенно судить об ее эпидемической безопасности. Экспериментально подтверждено, что при наличии в обработанной воде не более 3 кишечных палочек (коли-индекс 3) она не содержит возбудителей кишечных инфекций.

Различная бактерицидность хлорсодержащих препаратов связана с интенсивностью их окислительных свойств. Современное представление о сущности окислительно-восстановительных потенциалов хлорсодержащих препаратов, как и степень их бактерицидной активности возрастают в ряду хлорамин – хлорная известь – хлор – двуокись хлора.

Эффективность хлорирования зависит от состава водной среды, в которой появляется бактерицидное действие этих препаратов. С повышением рH воды бактерицидный эффект препаратов хлора понижается. Это связано с тем, что с повышением рH возрастает степень диссоциации хлорноватистой кислоты (наиболее активно действующего начала), а также со снижением окислительно-восстановительного потенциала.

Эффект хлорирования зависит и от количества и размеров частиц взвешенных веществ в воде, которые препятствуют механически достижению хлором бактериальной клетки. Что касается различных растворенных органических веществ, то присутствие их в воде в разной степени может влиять на бактерицидный эффект хлора, что объясняется способностью их к взаимодействию. Так, азотистые вещества животного происхождения (мочевина, аминокислоты, амины) активно связывают хлор, безазотистые соединения (жиры, углеводы), слабо реагируют с хлором.

Влияние температуры среды, в которой производится хлорирование, зависит от величины инициального заражения воды, дозы хлора, времени контакта. В практической работе водопроводных станций, при соответствии бактериального загрязнения воды источника снижение температуры существенного влияния на эффективность обеззараживания не оказывает.

Из факторов, связанных с условиями обеззараживания, наибольшее значение имеют доза хлора и время контакта, причем отмечается сложная взаимозависимость их как между собой, так и с другими факторами, влияющими на эффективность хлорирования. …рН…

Множество факторов, определяющих бактерицидный эффект хлора, а также сложные взаимосвязи между ними затрудняют управление процессом обеззараживания питьевой воды. В условиях эксплуатации водопровода есть возможность влияния на дозу обеззараживающего агента. Подбор оптимальной дозы активного хлора, под которой понимают его количество, обеспечивающее достаточный гигиенический эффект обеззараживания при заданном времени контакта, производится опытным путем, в лабораторном эксперименте. С изменением качества исходной воды, технологической схемы ее обработки, времени года оптимальную дозу хлора подбирают вновь. Оптимальная доза активного хлора составляется из количества его, необходимого для удовлетворения хлорпоглощаемости воды, оказания бактерицидного действия и некоторого количества так называемого остаточного хлора, присутствующего в обеззараженной воде и свидетельствующего о завершении процесса обеззараживания. Остаточный хлор наряду с коли-индексом воды служит косвенным показателем безопасности ее в эпидемическом отношении.

Концентрация остаточного хлора нормируется на разном уровне в зависимости от его состояния: для связанного (хлораминного) хлора - 0,8-1,2 мг/л, для свободного (хлорноватистая или хлорная кислота, гипохлоритный ион) – 0,3-0,5 мг/л. В указанных диапазонах концентраций остаточный хлор не изменяет органолептических свойств воды и в то же время может быть точно определен аналитическими методами. Содержание остаточного хлора нормируется в воде на выходе с водопроводной станции, после резервуаров чистой воды. Наличие остаточного хлора вторичному бактериальному загрязнению в распределительной сети не препятствует.

Необходимо отметить, что остаточный хлор является сигналом достаточности обеззараживания только при соблюдении всех правил технологии обработки воды (время отстаивания, скорость фильтрования и т.д.), а также достаточным временем контакта (30 мин при обеззараживании свободным хлором и 60 мин – связанным). Нельзя рассчитывать и на то, что остаточный хлор может предупредить неблагоприятные последствия вторичного загрязнения воды в процессе ее транспортировки по водопроводной сети. Низкие концентрации остаточного хлора явно недостаточны для окисления сильно загрязненных почвенных вод города, которые могут поступить в водопроводные трубы при дефектах сети и авариях.

Взаимодействие хлора с компонентами обрабатываемой воды является сложным и многостадийным процессом (рис.). Малые дозы хлора полностью связываются органическим веществом воды. При увеличении дозы в воде накапливается остаточный (связанный с аминами) хлор. При дальнейшем увеличении дозы количество остаточного связанного хлора падает до определенной точки, называемой точкой перелома на кривой остаточного хлора. Это падение объясняется потреблением хлораминов и других хлорорганических соединений органическим веществом воды и образованием комплексных соединений, в которых хлор не проявляет активность. При увеличении дозы хлора после точки перелома вновь начинается рост остаточного хлора, однако этот хлор не связан с хлораминами и носит название свободного остаточного хлора. Существует несколько способов хлорирования с учетом характера остаточного хлора, выбор которых определяется особенностями обрабатываемой воды. Так, в воде поверхностных источников часто присутствуют фенолы, попадающие туда с промышленными сточными водами. При взаимодействии хлора с фенолом образуются весьма стабильные хлорфенольные соединения, порог ощущения запаха которых на несколько порядков ниже порога ощущения запаха составляющих веществ, что ограничивает потребление воды для питьевых целей. Для предупреждения провоцирования запаха воды используется способ хлорирования с преаммонизацией, при котором в обрабатываемую воду вводится аммиак, образующий амины, а затем хлор, вступающий в реакцию с аминами уже в 1 стадии процесса. Образующиеся хлорамины (связанный активный хлор) не взаимодействуют с фенолами и хлорфенольного запаха в воде не образуется. Однако необходимо учитывать, что связанный (хлораминный) хлор проявляет бактерицидный эффект примерно в 2 раза медленнее, чем свободный (гипохлоритный) хлор, и обладает более низким, примерно в 1 ½ раза, окислительно-восстановительным потенциалом. Вследствие этого обстоятельства возникает необходимость увеличения времени контакта и величины остаточного хлора.

Суперхлорирование, т.е. хлорирование избыточными дозами хлора, является способом, временно используемым при особой эпидемической обстановке и при невозможности обеспечить достаточное время контакта воды с хлором.

При этом способе также не провоцируются запахи в воде, поскольку образовавшиеся на раннем этапе взаимодествия хлора с водой хлорорганические соединения в дальнейшем разрушаются избытком хлора. Однако возникает необходимость удаления избыточного остаточного хлора перед подачей воды потребителю, что достигается добавлением к воде гипосульфита, сорбцией хлора на активированном угле или аэрацией.

Показаниями к проведению двойного хлорирования являются высокое исходное микробное загрязнение воды, высокая цветность воды.

Бактерицидная активность препаратов хлора по мере ее возрастания представлена следующим рядом: хлорамин, хлорная известь, газообразный хлор, двуокись хлора.

При обеззараживании воды послепереломными дозами (хлорирование с остаточным свободным хлором) дозу хлора подбирают в диапазоне IV (рис.). Этот способ отличается от суперхлорирования более тщательным подбором дозы и поэтому не требует дополнительного процесса дехлорирования. Он дает высокий и стойкий бактерицидный эффект, предупреждает появление запахов в воде и требует меньшего времени контакта по сравнению со способом хлорирования с преаммонизацией.

Показаниями к применению способа хлорирования воды с преаммонизацией являются: предупреждение провоцирования запахов, протяженная водопроводная сеть города.

При хлорировании двуокисью хлора отмечается более высокий бактерицидный эффект при той же дозе активного хлора, не образуется новых запахов и даже исчезают запахи (бензина, меркаптана и пр.), имевшиеся в исходной воде. Это объясняется тем, что действующим началом при введении двуокиси хлора является не хлорноватистая, а хлористая кислота (НClО₂), являющаяся более сильным окислителем.

Технологический процесс хлорирования воды состоит из следующих этапов: приготовление водного раствора активного хлора (хлорная вода), дозирование хлорной воды по установленному режиму, согласно определенной экспериментально дозе активного хлора, перемешивание хлорной воды с массой хлорируемой воды и обеспечение достаточного времени контакта ее с хлором.

Процесс приготовления хлорной воды из газообразных веществ совмещается с процессом дозирования в аппаратах, получивших название хлораторов. В отечественной практике широкое распространение получили хлораторы Кульского ЛК-10 и ЛК-11 (производительностью 0,04-25,4 кг хлора в час и 4,5 – 120 кг/ч), ЛОНИИ – 100 (0,08-82 кг/ч) и Вечерского ХВ-11 (3,5-25 кг/ч). Все указанные хлораторы вакуумного типа, что исключает поступление хлора в помещение хлораторной.

Получают хлорную воду из хлорной извести и гипохлоритов в системе бачков, в которой осуществляется приготовление маточного раствора с концентрацией активного хлора 1-2%. Дозирование хлорной воды в этом случае производится с помощью устройств, обеспечивающих, в зависимости от схемы водопровода, равномерное или пропорциональное расходу обрабатываемой воды количество хлорного раствора.

Смешение хлорной воды с обрабатываемой осуществляется в смесителях разных конструкций, устроенных по принципу повышения турбулентности потока. Контакт хлора с водой обеспечивается в резервуарах чистой воды, в которых должна быть предусмотрена система перегородок для исключения возможности образования транзитных потоков, сокращающих расчетное время хлорирования.

Хлорированию как методу обеззараживания воды присущи некоторые недостатки. К ним относятся сложность транспортировки и хранения жидкого хлора – высокотоксичного вещества, необходимость соблюдения многочисленных требований по технике безопасности, продолжительное время контакта для достижения обеззараживающего эффекта и образование в воде хлорорганических соединений, небезразличных для организма. Тем не менее высокая эффективность и надежность делают метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания питьевой воды.

Одним из перспективных методов обеззараживания воды является обработка ее озоном. Впервые эксперименты с использованием бактерицидных свойств озона были проведены в 1886 г. во Франции. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге.

Озон (О₃) – газ бледно-фиолетового цвета, обладающий характерным запахом. Молекула озона легко разлагается на атом и молекулу кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются короткоживущие свободные радикалы, которые вместе с молекулярным кислородом (сильные окислители) обусловливают бактерицидные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов. Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого (коронного) электрического разряда в воздухе. Разряд образуется в узком газовом пространстве между двумя электродами, к которым подведен ток высокого напряжения (5000-25000 В). Установка для озонирования воды объединяет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой (рис.). Косвенным показателем эффективности озонирования при контроле работы водопровода служит наличие остаточных количеств озона на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоят в том, что озон не образует в воде соединений, подобных хлорорганическим, улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект (более эффективен по отношению к патогенным простейшим) при меньшем времени контакта (до 10 мин). Озон более эффективен по отношению к патогенным простейшим, присутствующим в воде (лямблии, дизентерийные амебы). Широкое внедрение озонирования в практику обработки воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса получения озона.

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми (бактерицидными) лучами относится к физическим, или безреагентным, методам.

Эффективность обеззараживания питьевой воды УФ-облучением зависит от дозы излучения, от исходного количества содержания бактерий в воде, от мутности воды, от цветности воды, от концентрации железа в воде.

При обеззараживании питьевой воды УФ-излучением органолептические свойства воды не изменяются. Бактерицидное действие оказывает участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 275 до 200 нм. Максимум бактерицидного действия приходится на лучи с длиной волны 260 нм.

Механизм бактерицидного действия УФ-облучения в настоящее время объясняют разрывом химических связей в энзимных системах бактериальной клетки под влиянием поглощенной энергии и как следствие нарушением микроструктуры и метаболизма клетки, приводящим к ее гибели. Имеют место и вторичные процессы, в основе которых лежит действие биологически активных веществ, образующихся в клетке в результате облучения. Динамика отмирания микрофлоры при УФ-облучении подчиняется экспоненциальному закону, как и при хлорировании, и зависит от дозы облучения и исходного содержания бактерий.

В качестве источников бактерицидного излучения используются ртутно-кварцевые лампы высокого давления мощностью до 2500 Вт или ртутно-аргонные лампы. Источники УФ-излучения размещаются в специальных установках, конструкция которых направлена на максимальное использование потока бактериального излучения и равномерное облучение всей массы обрабатываемой воды (рис.).

На эффективность обеззараживания УФ-облучением большое внимание оказывает коэффициент поглощения лучей исходной водой, который в свою очередь зависит степени мутности, цветности воды, ее солевого состава и должен учитываться при расчете установок. При эксплуатации установки большое значение имеет регулярная чистка кварцевых чехлов ламп от осадка, контроль за сроком службы ламп. Расчетный срок использования ртутно-кварцевых ламп до 5000 ч нормальной работы, ламп БУВ – 3000 ч.

Другие безреагентные методы обеззараживания воды – обработка ультразвуком, γ-излучением, давшие хороший бактерицидный эффект в экспериментальных условиях, в водопроводной практике применения не нашли по технико-экономическим причинам.

Одним из наиболее уязвимых элементов хозяйственно-питьевого водоснабжения является распределительная сеть, включающая систему труб разного диаметра, регулирующие емкости (водонапорные башни, резервуары), насосные станции подкачки в высотных зданиях и устройства для разбора воды (уличные колонки, гидранты, домовые водозаборы). Распределительная сеть должна обеспечить бесперебойную подачу воды ко всем точкам водопотребления и при этом предотвратить загрязнение или ухудшение ее свойств на всем пути следования от головных сооружений водопровода до потребителя.

При конфигурации водопроводная сеть может быть кольцевой или разветвленной, тупиковой. Гигиенические преимущества – на стороне кольцевой сети, которая обеспечивает большую надежность и бесперебойность снабжения водой всех объектов. Кольцевая сеть лучше противостоит действию гидравлических ударов, постоянно промывается непрерывным потоком воды, поэтому менее загрязняется, чем разветвленная. В тупиковых концах разветвленной системы вода может застаиваться, что влечет за собой образование осадка, являющегося благоприятной средой для размножения микрофлоры; взмучиваясь, он ухудшает органолептические свойства воды. Новые водопроводы, как правило, проектируются с кольцевой сетью; при реконструкции старых водопроводов следует стремиться к их постепенному закольцовыванию. Трубы, применяемые для устройства распределительной сети, должны обладать высокой прочностью, полной водонепроницаемостью, гладкой внутренней поверхностью, высокими антикоррозионными свойствами.

В качестве материала для водопроводных труб наиболее часто используют чугун, сталь, асбоцемент и железобетон. В последнее врем на практике все чаще применяются пластмассовые трубы из полиэтилена высокого и низкого давления, стабилизированного полипропилена, полиметилметакрилата. Каждый новый вид пластмасс перед его использованием в водопроводном деле должен пройти гигиеническую оценку, так как любые изменения состава материала могут влиять на его свойства и отражаться на качестве транспортируемой по трубам воды. При этом предполагается изучение влияния полимерных материалов на органолептические свойства, химический состав воды, а также на ее микрофлору.

Глубина заложения труб от поверхности земли определяется возможной степенью промерзания грунта. В зависимости от климатического района она колеблется от 3,5 до 1,5 м. Грунт, по которому проходит трасса водопровода, должен быть свободен от загрязнения. При параллельной прокладке водопроводных и канализационных линий расстояние между ними по горизонтали в зависимости от их сечения должно быть не менее 1,5-3 м. Канализационные трубы, как правило, укладывают глубже водопроводных.

После укладки и гидравлического испытания трубопровода его тщательно промывают и дезинфицируют хлорсодержащими препаратами. Жта работа производится под обязательным контролем санитарно-эпидемиологической службы. Дезинфекция заканчивается, когда в воде отсутствует бактериальное загрязнение.

Важным элементом водопроводной сети являются регулирующие емкости – водонапорные башни и запасные резервуары, в значительной степени устраняющие неравномерность водопотребления в течение суток. Основное гигиеническое требование к этим сооружениям - герметичность стенок. Люки для осмотра и ремонта сооружений должны быть оборудованы герметичными крышками и закрываться на замок. Для сообщения с атмосферным воздухом емкости должны иметь вентиляционную трубу, наружный конец которой оснащен сеткой для защиты насекомых, птиц и животных. Для чистки емкости оборудуется грязевая труба, выходящая из приямка (наиболее низкая часть дна емкости). Вокруг регулирующих резервуаров организовывается 1-й пояс ЗСО радиусом не менее 30 м.

Наибольшую опасность для вторичного загрязнения сети представляют водоразборные колонки. Для бесперебойной работы (предупреждение замерзания зимой) колонка должна иметь устройство, обеспечивающее освобождение от воды верхней части трубы, подающей воду к водоразборному крану после каждого использования. Любые варианта подобных устройств ослабляют герметичность нижней части колонки, находящейся в смотровом колодце. В то же время в смотровых колодцах часто накапливается вода либо в результате просачивания грунтовых вод через стенки колодца, либо за счет поверхностного стока при нерационально устроенной крышке. Малейшее нарушение герметичности колонки ведет к подсасыванию загрязненной воды в сеть. Для предупреждения этого необходимо поддерживать колодец в сухом состоянии.

Особенности централизованного водоснабжения на селе.

Общие подходы к нормам водопотребления и качеству водопроводной воды в городе и на селе в настоящее время едины. В то же время особенность расселения сельского населения, выражающаяся в большом количестве сельских населенных пунктов с ограниченным числом жителей и специфика сельскохозяйственного производства диктуют определенное своеобразие путей решения проблемы.

Учитывая небольшую мощность сельских водопроводов, а также трудности организации квалифицированной эксплуатации очистных сооружений, в качестве источников централизованного водоснабжения на селе, как правило, следует использовать подземные воды. Целесообразна организация одного водопровода для поселка и животноводческих предприятий, которым требуется вода питьевого качества. Следует ограничивать или исключать полностью использование артезианской воды для ирригационных нужд при наличии ресурсов поверхностных вод.