≡× МЕНЮ

• Ландшафтный дизайн
• Дом
• Поделки
• Розы
• Цветник

Методы улучшения качества питьевой воды. Обеззараживание питьевой воды при централизованном водоснабжении и в полевых условиях

Вода, поступающая из водоемов в систему центрального водоснабжения, предварительно подвергается обработке на водопроводных станциях, в результате которой ее качество приводится в соответствие с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода».

Основными методами улучшения качества питьевой воды являются ее осветление и обесцвечивание (устранение мутности и цветности), а также обеззараживание (освобождение от патогенных микроорганизмов). При необходимости вода подвергается специальным методам обработки: обезжелезиванию, умягчению, дезодорации, обесфториванию или фторированию.

Осветление и обесцвечивание являются первым этапом обработки воды в очистных сооружениях водопроводной станции. Осуществляются они путем отстаивания воды в резервуарах с последующей фильтрацией через песчано-угольные фильтры. Для ускорения осаждения взвешенных частиц к воде добавляют коагулянты - серно-кислый алюминий или хлорное железо. Для ускорения процессов коагуляции применяют синтетический препарат полиакриламид (ПАА), усиливающий слипание взвешенных частиц. После коагуляции, отстаивания и фильтрации вода становится прозрачной и, как правило, бесцветной, а также освобождается от яиц геогельминтов и на 70-90 % от микроорганизмов. Затем вода поступает в резервуар чистой воды для обеззараживания.

Обеззараживание является основным процессом улучшения качества воды. Оно применяется во всех случаях при использовании поверхностных вод и в некоторых случаях при использовании подземных вод. Обеззараживание проводят химическими и физическими методами.

К химическим методам обеззараживания относятся хлорирование и озонирование.

Хлорирование - обработка воды хлором или его соединениями - является наиболее распространенным методом обеззараживания. Гигиеническая ценность метода заключается в эффективности его бактерицидного действия, экономичности, доступности осуществления для различных объемов воды.

Доза хлора, взятая для хлорирования, считается оптимальной, если количество остаточного хлора, определяемое в воде после 30-минутного контакта ее с хлором, равно 0,3-0,5 мг/л или после часового контакта - 0,8-1,2 мг/л. Для обеззараживания воды используют также гипохлориды (натриевые и кальциевые соли хлорноватистой кислоты) и хлорную известь. Для обеззараживания воды указанными соединениями активным началом также являются НОС1 и ОС1-.

Недостатком хлорирования является содержание в обеззараженной воде остатков реагента, который ухудшает запах и вкус воды.

Озонирование как метод обеззараживания воды, с гигиенической точки зрения, имеет существенные преимущества перед другими методами благодаря высокой окислительной способности и выраженному бактерицидному действию реагента. Озон улучшает органолептические свойства воды; устраняет цветность и посторонние запахи, которые при хлорировании не удаляются, в частности, запахи нефти и нефтепродуктов; инактивирует некоторые пестициды и канцерогенные углеводороды. Избыточный озон не накапливается в воде, т.к. быстро распадается с образованием молекулярного кислорода. Доза озона, необходимая для обеззараживания воды, равна 0,8-4 мг/л в зависимости от качества воды, ее температуры, степени минерализации, содержания гуминовых веществ. Продолжительность контакта с водой от 3 до 10 мин.

Для обеззараживания воды могут применятся другие физические методы - ультрафиолетовое облучение и ультразвук.

Еще по теме Основные методы улучшения качества воды:

1. Методы улучшения качества питьевой воды. Обеззараживание питьевой воды при централизованном водоснабжении и в полевых условиях

ЛЕКЦИЯ № 3. 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.

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.

Отстаивание, 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, то 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 успевает 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 настоящее время начали применяться кварцево-антрацитовые 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 гидрата окиси алюминия. Для улучшения процесса коагуляции используются высо­комолекулярные флокулянты: щелочной крахмал, флокулянты ионного типа, активизированная кремневая кислота и другие синтетические препараты, производные акриловой кислоты, в частности полиакриламид (ПАА).

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:

С1 2 +Н 2 О=НС1+НОС1.

Хлорноватистая кислота в воде диссоциирует на ионы водорода (Н) и гипохлоритные ионы (ОС1), которые наряду с диссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты обладают бактерицидным свойством. Комплекс (НОС1 + ОС1) 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 SH-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 хлорная 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 степень 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, а также количества хлора, которое должно остать­ся в воде после ее хлорирования для того, чтобы служить показателем надежности хлорирования. Это количество называется активным остаточным хлором. Его норма 0,3-0,5 мг/л, при свободном хлоре 0,8-1,2 мг/л. Необходи­мость нормирования этих количеств связана с тем, что при наличии 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 обез­зараживанием 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 гидрата окиси кальция в результате реакции:

2Са(ОН) 2 + 2С1 2 = Са(ОС1) 2 + СаС1 2 + 2НА

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 активного 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, активированного 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 или 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 НО 2 , обладающие выраженными окислительными свойствами. Озон обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, 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 специальных аппара­тов - озонаторов.

При химических способах обеззарараживания 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 со­став и органолептичеекие 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 и ртутно-кварцевые лампы. 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. 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 дурно пахнущих 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. При этом закисное железо задерживается на поверхности зерен песка.

Обесфторивание - освобождение природных вод от избыточного количества фтора. С этой целью применяют метод осаждения, основанный на сорбции фтора осадком гидроокиси алюминия.

При недостатке в воде фтора ее фторируют. В случае загрязнения воды радиоактивными веществами ее подвергают дезактивации, т. е. удалению радиоактивных веществ.

Основными способами улучшения качества воды являются осветление, обесцвечивание, дезодорация и обеззараживание.

Под осветлением воды понимают удаление из нее взвешен­ных частиц. Обесцвечивание - удаление окрашенных коллои­дов или растворенных веществ.

Целью обеззараживания (или дезинфекции) воды является обезвреживание содержащихся в воде патогенных бактерий и вирусов.

Иногда приходится прибегать к специальным методам обра­ботки, направленным на удаление из воды каких-либо конк­ретных химических соединений или, наоборот, введение в воду необходимых для организма человека элементов.

Очистка воды (осветление, дезодорация и обесцвечивание). Очистка воды осуществляется путем механического отстаива­ния и последующей фильтрации воды через специальные ус­тройства, задерживающие взвешенные частицы размером бо­лее 1 мкм.

Для повышения эффекта отстаивания в отстойниках прово­дят предварительную химическую обработку - коагуляцию с помощью реагентов - сернокислого алюминия или хлорного железа, образующих с солями устранимой жесткости воды хло­пья, которые сорбируют взвешенные частицы, слипаются и выпадают в осадок. В результате коагуляции и осаждения во-

да освобождается от взвесей, повышается ее прозрачность, сни­жаются цветность, запах, уменьшается и количество микробов. Процесс коагуляции может быть ускорен с помощью флоккулянта (полиакриламида).

В последние годы появились сообщения о создании нового перспективного коагулянта на основе соединений титана, кото­рый обладает весьма существенными преимуществами перед применяемым коагулянтом:

Способностью работать в широком диапазоне pH и при низких температурах, при гидролизе переходя в практичес­ки нерастворимые гидроксиды титана, которые обладают хорошими сорбционными свойствами по отношению к тяжелым металлам, радионуклидам и гуминовым ве­ществам;

Малой токсичностью (4-й класс);

Некумулятивностью.

После отстаивания и коагуляции воду пропускают через фильтры разного устройства. Они представляют собой большие резервуары, заполненные слоями фильтрующих материалов (щебнем, гравием, кварцевым песком). Наиболее распростране­ны медленные, скорые фильтры, а также контактные осветли­тели, совмещающие в одном сооружении отстаивание и филь­трацию (рис. 2.9).

Медленные фильтры пропускают в 1 ч слой воды высотой 10 см. По мере фильтрации на поверхности песка образуется биологическая пленка из задержанной взвеси, планктона, а так­же бактерий. Эта пленка в медленном фильтре играет сущест­венную роль: сама являясь фильтром, она задерживает более мел­кую взвесь и бактерии, которые прошли бы через поры песка. Эти фильтры довольно быстро загрязняются и требуют очистки. Очистка медленных фильтров производится вручную путем удаления 2-3 см верхнего слоя песка один раз в 1,5-2 мес и занимает 2-3 дня, в течение которых фильтр сначала вклю­чается, а затем работает на сброс до образования биологичес­кой пленки. В течение этого времени работает другой фильтр.

Рис. 2.9. Принципиальная схема устройства фильтра.

1 - подача необработанной воды; 2 - песок; 3 - поддерживающий слой; 4 - дренаж; 5 - выпуск про­фильтрованной воды.

К достоинствам медленных фильтров относится фильтрация, близкая к естественной через песчаные породы, отсутствие ко­агуляции, высокая эффективность работы (задержка бактерий составляет до 99 %), простота устройства и эксплуатации. Не­достатками являются малая производительность, большой объ­ем сооружений, ручной труд, и поэтому они уступили место скорым фильтрам.

Скорые фильтры пропускают в 1 ч столб воды высотой 5-6 м, т.е. они производительнее медленных в 50-60 раз. К тому же уменьшаются площадь, объем и стоимость сооружений. Ско­рые фильтры, пропуская большие количества воды, очень быс­тро засоряются и требуют очистки 1-2 раза в сутки. Процесс очистки скорых фильтров механизирован и производится про­мывкой фильтра обратным током воды. Во время очистки ско­рого фильтра работает другой фильтр.

Вместо биологической пленки здесь после промывки в тече­ние нескольких минут образуется пленка из мелких хлопьев ко­агулянта, не осевших в отстойнике. Эффективность скорого фильтра в освобождении воды от бактерий составляет 95 %.

Контактный осветлитель, как и скорый фильтр, загружен гравием и песком, но совмещает в себе процессы коагуляции, светления и фильтрации. Вода подается снизу через распреде­лительную систему из дырчатых труб вместе с раствором коа­гулянта, и хлопья образуются в толще материалов загрузки фильтра. Такой вид коагуляции получил название контактного. Скорость фильтрации составляет 4-5 м/ч. Основное преиму­щество контактных осветлителей состоит в том, что отпадает необходимость в отстойниках и камерах реакции.

Медленные фильтры находят применение на малых водо­проводных станциях, а скорые фильтры и контактные освет­лители - на крупных.

Обеззараживание воды. Очистка воды освобождает ее от бак­терий и вирусов только на 70-90 % за счет сорбции их поверх­ностями взвешенных частиц, хлопьев коагулянта и последую­щего осаждения. Часть же бактерий и вирусов, оставаясь в воде свободными, проникают через очистные сооружения и содер­жатся в профильтрованной воде. Для их уничтожения и приме­няется обеззараживание воды, под которым понимают осво­бождение воды от патогенной флоры.

На практике используют реагентные (хлорирование и озони­рование), безреагентные (облучение ультрафиолетом, гамма-лучами) и другие методы.

Хлорирование воды - наиболее распространенный в насто­ящее время метод обеззараживания благодаря его высокой эф­фективности, простоте применения и надежности контроля. Однако ему присущи и существенные недостатки: вода приоб­ретает запах хлора, время контакта воды с хлором длительное, в воде образуются вредные хлорорганические соединения.

В настоящее время на водопроводных станциях используют метод хлорирования в различных модификациях: двойное хло­рирование, хлорирование с аммонизацией и др.

Основные способы хлорирования воды:

Хлорирование нормальными дозами хлора (при этом спо­собе остаточный хлор находится в пределах 0,3-0,5 мг/л);

Хлорирование повышенными дозами хлора, или перехлорирование (в этом случае остаточного хлора бывает боль­ше 0,5 мг/л).

На водопроводных станциях используют газообразный хлор, который находится в жидком виде под давлением в стальных баллонах. Баллоны присоединяются к аппаратам-хлораторам, обеспечивающим дозировку и непрерывную подачу реагента. Газообразный хлор, вступая в химическую реакцию с водой, замещает в ней водород и образует хлорноватистую кислоту, которая быстро разлагается на свободный хлор и кислород. Кислород в момент своего выделения действует как сильный окислитель и вместе с хлором обеспечивает бактерицидный эффект.

На станциях производительностью до 3000 м3/сут можно применять хлорную известь - комплексное соединение, в ко­тором ион кальция связан одновременно с анионами хлорно­ватистой и хлористоводородной кислот, а также гипохлориты кальция и натрия (соли хлорноватистой кислоты). В этих све­жеприготовленных препаратах содержание активного хлора со­ставляет 25-30 %, при хранении оно снижается. Для хлориро­вания воды разрешается использовать препараты, в которых содержание активного хлора не ниже 15 %.

Бактерицидное действие хлора зависит от его начальной дозы и времени контакта с водой.

Доза хлора, или хлорпотребность воды, - это количество ак­тивного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззаражи­вания 1 л воды обычно в течение 30 мин или I ч.

Доза хлора равна хлорпоглощаемости воды плюс остаточный активный хлор, обеспечивающий за определенное время бак­терицидный эффект.

Под хлорпоглощаемостъю воды понимают количество хлора, необходимое для окисления находящихся в воде органических веществ, поэтому количество хлора, необходимое для обеззара­живания воды, зависит от качества воды и главным образом от степени загрязнения ее органическими веществами. На про­цесс хлорирования воды сильно влияют также температура во­ды и содержание в ней взвешенных частиц. Следовательно, необходимая доза хлора для данной воды устанавливается опытным путем на основании определения ее хлорпоглощае­мости и наличия остаточного хлора через 30 мин контакта ле­том и 1-2 ч - зимой.

Озонирование воды. Процесс озонирования, как и хлориро­вания, осуществляется путем контакта воды с газом. Озон как сильный окислитель разрушает бактерии и вирусы, не образуя углеводородов и даже разрушая присутствующие. Наряду с бак­терицидным действием озон обесцвечивает воду, устраняет привкусы и запахи, улучшая ее органолептические свойства, обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (10 мин, при хлорировании - от 30 мин до 1-2 ч). Озон более эффективен при уничтожении патогенных простей­ших (лямблий, дизентерийных амеб).

Недостатки метода озонирования заключаются в его вы­сокой энергоемкости; озон способствует размножению одно­клеточных зеленых водорослей, для устранения которых при­ходится прибегать к хлорированию; возможно образование формальдегида.

Одним из лучших способов обеззараживания воды считается облучение ультрафиолетовыми лучами с помощью бактерицид­ных ртутно-кварцевых ламп ПРК-7 или аргоно-кварцевых БУВ. Этот метод обеспечивает быструю гибель бактерий, виру­сов, яиц гельминтов, не изменяя природных свойств воды. Не­достатки метода - необходимы очень высокая прозрачность воды, постоянное высокое напряжение.

По последним данным отечественных ученых [Новиков Ю.В., Цыплакова Ґ.В. и др., 2000], образующиеся при воздействии хлора и озона (сильных окислителей) продукты трансформа­ции в ряде случаев оказываются опаснее исходных веществ по отрицательному воздействию на органолептические свойства воды. Так, имеет место усиление интенсивности запаха и цветности воды при хлорировании и озонировании воды, в которой присутствуют нефтепродукты, ФОС, ПАВ и нитрозосоединения.

Особого внимания заслуживают продукты трансформации, обладающие отдаленным эффектом действия: например, гало­генсодержащие соединения (ГСС), образующиеся в результате хлорирования, обладают высокой биологической активностью, проявляющейся в их влиянии на возникновение опухолей и ге­нетических болезней.

Общепризнанным стало положение о том, что длительное действие даже следовых количеств канцерогенов в питьевой воде способно усилить все возможные негативные эффекты ГСС.

Установлено, что при хлорировании воды двуокисью хлора вместо свободного хлора образуется меньше тригалометанов, но появляются хлориты и хлораты, обладающие не только острой токсичностью (особенно хлориты), но и способностью вызывать субклиническую компенсированную анемию у под­опытных крыс и обезьян.

Обеззараживание воды молекулярным хлором может стать причиной образования в воде диоксинов, особенно в присут­ствии природных и техногенных фенолов. Диоксины же - это высокотоксичные и высококумулятивные соединения, вызыва­ющие подавление иммунной защиты организма.

Озон используется на стадии очистки воды с целью сниже­ния ее цветности, обусловленной присутствием гуминовых веществ. Под действием озона гуминовые соединения транс­формируются в соединения, обладающие определенной биоло­гической активностью в виде изменения у экспериментальных животных активности ряда ферментов крови и морфофункци­ональных изменений внутренних органов.

Кроме этого, продукты трансформации гуминовых веществ являются благоприятной средой для роста и развития микро­организмов (клебсиелл и псевдомонад).

Установлено также, что озонирование способствует образо­ванию в воде таких нежелательных веществ, как формальдегид и броматы. Поступление формальдегида с водой у лаборатор­ных животных вызывает раздражение стенок желудка, а затем образование папиллом. Броматы у экспериментальных живот­ных индуцируют образование опухолей почек.

Обработка воды УФ-лучами не приводит к гигиенически зна­чимым неблагоприятным изменениям свойств воды и образо­ванию побочных продуктов, кроме формальдегида, но в очень незначительных количествах, не превышающих 3 % от его ПДК в питьевой воде (при высоких дозах облучения неочищенной воды из поверхностного водоисточника).

Среди инфекционных заболеваний, передающихся водным путем, одними из основных являются кишечные вирусные ин­фекции, вызываемые главным образом вирусами гепатита А, рота- и энтеровирусами.

Ротавирусы являются наиболее частой причиной острых ки­шечных инфекций неустановленной этиологии и представляют собой глобальную медицинскую проблему. На 5 обитаемых континентах ежегодно регистрируется до 17 млн больных с этой инфекцией [Васильев Б. Я. и др., 2000].

Вирусы способны сохраняться несколько месяцев и даже лет в водах различного качества, особенно при низких темпе­ратурах. Известно, что кишечные вирусы по сравнению с ки­шечными бактериями обладают более высокой устойчивостью к обеззараживающим агентам, наиболее часто используемым в практике водоснабжения: хлору, его препаратам.

В последение годы было изучено в эксперименте обеззара­живающее действие новых отечественных дезинфектантов - анавидина и флогуцида [Заруднев Е. А., 2003] и выявлено их бактерицидное действие по отношению к патогенным бактери­ям и вирусам, причем более выраженное у флогуцида. Совре­менные дезинфектанты делят на:

· четвертичные аммониевые соединения;

· бигуаниды;

· альдегиды;

· спирты;

· комбинированные препараты, содержащие ПАВ (поверх­ностно-активные вещества).

Наиболее перспективными из них являются производные гуанидинов, например хлоргексидин биглюконат и лактации (полисепт), тоже содержащие хлор. Их особенность - широкий спектр бактериального действия и длительный эффект.

Анавидин - это производное биологически активного соеди­нения - гуанидина; являясь полимером, он представляет собой фосфорнокислую соль полигексаметиленгуанидина.

Обладая низкой токсичностью (III класс опасности - перо­рально, IV - через кожу), он легко разлагается под действием разных природных факторов (кислород воздуха, влага, солнеч­ный свет) с образованием мочевины, фосфата аммония и угле­кислого газа - безвредных и малотоксичных соединений. Ис­пользуется водный раствор анавидина.

Флогуцид - тот же анавидин, но с меньшей молекулярной массой.

Анавидин и флугоцид оказывают негативное действие на воз­будителей вирусного гепатита А и ротавирусной инфекции в концентрации 0,5 и 1,0 мг/л при температуре 10 °С и времени контакта от 1 до 24 ч (время поступления к потребителю). Более высокие концентрации не рекомендуются вследствие усиления пенообразования воды, что ухудшает ее органолептику.

Специальные методы обработки воды используют с целью коррекции солевого состава воды. Наиболее часто применя­ют методы фторирования, дефторирования, обезжелезивания питьевой и опреснения морской воды с последующим обога­щением ее солями до установленных гигиенических норма­тивов.

Для врачей стоматологического профиля важно более под­робно ознакомиться с двумя первыми методами, так как недо­статочное или избыточное поступление в организм солей фтора может привести к возникновению таких заболеваний, как ка­риес зубов и флюороз.

Фторирование питьевой воды. Одним из наиболее распростра­ненных стоматологических заболеваний, особенно в экономи­чески развитых странах, является кариес зубов, представляющий собой локальный патологический процесс, проявляющийся пос­ле прорезывания зубов, при котором происходят деминерали

зация, размягчение твердых тканей зубов и последующее обра­зование кариозной полости.

Кариес приводит не только к потере зубов и нарушению нор­мальной деятельности ЖКТ вследствие плохого пережевывания пищи и снижения ее усвоения. Он играет определенную роль в возникновении других заболеваний полости рта, а также со­матических заболеваний, обусловленных последствиями одон­тогенной инфекции (ангина, ревматизм, сердечно-сосудистые, почечные и другие заболевания).

Все это дало основание ВОЗ включить кариес зубов в число болезней, борьба с которыми имеет первостепенное значение, и считать наиболее правильным и экономичным путем борьбы с ним общественную профилактику.

Давно было обращено внимание на связь данного заболева­ния с низким содержанием фтора (менее 0,5 мг/л) в питьевой воде, чаще всего наблюдающимся в водопроводной воде из по­верхностных источников водоснабжения (реки, озера, водохра­нилища и др.). Это послужило поводом к изучению антикариозного механизма действия фтора.

По современным представлениям этот механизм является многосторонним. Так, установлено, что фториды взаимодейст­вуют с гидроксиапатитом, являющимся одним из основных минеральных компонентов твердых тканей зуба, образуя гидрооксифторапатит - соединение, устойчивое к воздействию кислот. В результате его образования эмаль становится менее проницаемой, а зуб более резистентным к кариесу. С другой стороны, известно угнетающее влияние фторидов на микрофлору полости рта, принимающую участие в кариесогенном процессе. Оказалось, что фториды в незначительных количествах способны ингибировать фермент углеводного обмена - фосфоэнолпируваткиназу, вследствие чего расщепление углеводов и продукция органических кислот в полости рта резко снижаются, а рост и обменные процессы микроорганизмов угнетаются.

Наконец, выявлена способность фторидов влиять на обмен­ные процессы как в минеральной, так и в белковой фазах, по­давляя или же стимулируя включение фтора в твердые ткани зу­бов и костей в зависимости от его концентрации. Этот процесс, несомненно, оказывает влияние на формирование зубов и их устойчивость к кариесу.

Безусловно, деминерализация костных тканей может зави­сеть и от других причин, в частности от неправильного харак­тера питания человека (избыток рафинированных углеводов в рационе), поэтому дефицит фтора нельзя считать причиной кариозной болезни, но он рассматривается как фактор, спо­собствующий ее развитию, что является достаточным основа­нием для использования фтора с профилактической целью.

М.Г. Лукомский рекомендовал использовать для непосредст­венной обработки зубов 75 % пасту фторида натрия, рассчитывая на поглощение фтора тканями зуба в результате химической ре­акции с кальцием. Однако исследования показали: происходит лишь адсорбция фтора на поверхности дентинных канальцев и в межпризменных пространствах эмали (А.Н. Шадрина, А.А, Минх). Поэтому применение данной пасты оправдало себя как лечебное средство для обезболивания обнаженного дентина.

Затем последовали предложения вводить фтор в организм с фторированной питьевой водой, поваренной солью, моло­ком, а также применять специальные фторсодоржащие таблет­ки и пасты для чистки зубов, полоскания, лаки, аппликации.

В настоящее время фторирование воды (и пищевых продук­тов) рассматривают как наиболее удобный, экономичный и эф­фективный метод профилактики кариеса зубов.

Добавление определенных количеств фтора в питьевую воду может осуществляться как централизованно, так и децентрали­зованно. Многолетние клинические наблюдения во всех стра­нах мира, где проводится фторирование воды, показали, что оно обеспечивает антикариозный эффект без какого-либо от­рицательного влияния на организм в целом, и убедительных до­казательств обратного нет.

Фторирование питьевой воды было начато в США и Канаде (1945) и постепенно стало распространяться в других странах, включая Россию. Оказалось, что профилактический эффект фторирования наиболее высок тогда, когда человек использует фторированную воду с рождения, начало же использования ее с 4-6 лет снижает эффективность метода в 1,5-2 раза. Уста­новлено также, что применение фторированной питьевой воды в течение 10 лет снижает потребность населения в стоматоло­гической помощи по поводу кариеса зубов на 50-60 %.

При организации фторирования питьевой воды следует при­нимать во внимание климато-географические условия, влияю­щие на количество потребляемой воды, ассортимент пищевых продуктов с тем или иным содержанием фтора, а также общий химический состав рационов.

Фторпрофилактика кариеса зубов должна быть комплексной и включать также рациональное питание, уход за полостью рта и ультрафиолетовое облучение.

До организации процесса фторирования водопроводной воды следует выяснить возможность снабжения населения питьевой водой с оптимальным содержанием фтора за счет смешивания воды из источников с высокой и низкой концентрацией фтора.

Для фторирования питьевой воды применяют фторид натрия - NaF, кремнефтористый натрий - Na2SiF6, кремнефтористый аммоний - (NH4)2SiF6, обладающие высоким антикариозным действием, не содержащие вредных примесей, легко раство­ряющиеся в воде, не оказывающие отрицательного влияния на процессы очистки и дезинфекции воды и не опасные для об­служивающего персонала.

С помощью фтораторных установок эти реагенты добавляют в воду в виде сухого порошка или, чаще, в виде раствора в кон­центрациях, которые оптимальны для различных климатичес­ких районов:

I и II (холодный и умеренный) - не более 1,5 мг/л;

III (теплый) - не более 1,2 мг/л.

За фторированием воды необходим постоянный санитарный контроль, обеспечивающий безопасность и эффективность ме­роприятия.

Проблема фтора в стоматологии и в гигиене разрабатывалась в трудах Р.Д. Габовича, Г.Д. Овруцкого, А.А. Ахмедова, Б.Н. Книжникова, А.А. Минха и др.

Дефторирование питьевой воды. Повышенное содержание фтора в воде встречается в местностях, где почва естественно богата фтором, или в искусственных биогеохимических про­винциях по фтору, например вокруг предприятий по произ­водству алюминия. Эндемичные очаги с высоким содержанием фтора в почве обнаружены на Украине, в Молдавии, Азербай­джане, Казахстане, России (Урал, Забайкалье, Якутия и др.).

В результате постоянного потребления воды, содержащей много фтора (более 1,5 мг/л), развивается заболевание, полу­чившее название "флюороз" (рис. 2.10), наиболее ранним при­знаком которого является поражение зубов, имеющее следу­ющие стадии:

· симметричные меловидные пятна на эмали зубов;

· пятнистость эмали (пигментация);

· поперечная исчерченность эмали зубов (тигроидные резцы);

Рис. 2.10. Пораженность зубов флюорозом III (а) и IV (б) степени.

· безболезненное разрушение зубов;

· системный флюороз зубов и скелета (уродства развития скелета у детей, кретинизм).

По современным представлениям, избыточный фтор, посту­пая с водой и пищей в желудочно-кишечный тракт, гематоген­ным путем действует на амелобласты, нарушая процесс обра­зования и минерализации эмали. В связи с этим интенсивные профилактические мероприятия флюороза у детей следует на­чинать в период закладки зубов и их минерализации.

Заболевания флюорозом связаны преимущественно с мест­ным водоснабжением из подземных водоисточников (колодцы, ключи, родники).

Самый простой способ уменьшения содержания фтора в пи­тьевой воде - это смешивание воды из разных водоисточников: с высокой и низкой концентрациями фтора.

Радикальным способом является дефторирование воды - удаление избыточных количеств фтора. Это достигается коагу­ляцией воды с помощью глинозема до полного осаждения хло­пьев гидроокиси алюминия в течение 4-6 ч.

На специальных установках дефторирование осуществляют осаждением избытка фтора или фильтрацией воды через актив­ную окись алюминия либо ионообменные смолы, извлекающие КЗ воды фтор.

Замораживание воды также снижает концентрацию фтора.

Санитарно-гигиеническая оценка современных водоочисти­тельных устройств бытового назначения. В последние десятиле­тия во многих городах и населенных пунктах страны ухудши­лось качество водоснабжения населения питьевой водой. На это указывают данные о том, что каждая 9-я проба воды не отвечает гигиеническим требованиям по бактериологичес­ким показателям и каждая 5-я - по химическим. Более тою, по данным Госкомстата, каждый второй житель России вынуж­ден пить воду, не соответствующую ГОСТу. В связи с этим не случайно возник повышенный интерес населения к быто­вым фильтрам для очистки воды.

Как в России, так и за рубежом в бытовых фильтрах наибо­лее часто используется сорбционная технология очистки воды с помощью активированного угля, ионообменных смол и не­которых других реагентов (сорбентов). Однако эта технология надежна лишь в условиях стабильного режима ионообмена и строгого бактериологического контроля, а в случае перио­дической работы фильтра с неизвестной степенью загрязнения водой это практически невозможно. Известно, что загрязне­ние фильтра существенно меняется как в течение суток, так и в начале и конце работы картриджа, но в большинстве филь­тров сорбционного типа индикация замены фильтров отсутс­твует, что делает их наименее надежными.

Рис. 2.11. Фильтр "Нерокс”. а - устройство; б - фильтр в работе.

Водоочистителями второго поколения явились многоступен­чатые фильтры, комбинирующие очистку воды с обеззаражива­нием ("Барьер", "Гейзер" и др.). Однако после обеззараживания необходимо освобождение воды от самих дезинфектантов, что является существенным недостатком фильтров этого типа.

МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГЛАВНОЕ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ВОЕННО-МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

(ВМедА)

Экз.№

№ госрегистрац.

Инв. № ________

УТВЕРЖДАЮ Начальник академии Заслуженный деятель науки РФ, доктор медицинских наук, профессор генерал-майор медицинской службы Б. Гайдар

ВрИД начальника НИЦ ВМедА доктор медицинских наук профессор полковник медицинской службы		С. Пелешок
ВрИД начальника НИО питания и водоснабжения НИЦ ВМедА кандидат медицинских наук полковник медицинской службы		В. Майдан
Научный руководитель ВрИД заместителя начальника НИО питания и водоснабжения НИЦ ВМедА кандидат медицинских наук майор медицинской службы
Ответственный исполнитель старший научный сотрудник НИО питания и водоснабжения НИЦ ВМедА кандидат биологических наук		Е. Сорокалетова

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2002

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

Научный руководитель работы|: ВрИД заместителя начальника НИО питания и водоснабжения кандидат медицинских наук майор медицинской службы
Ответственный исполнитель: старший научный сотрудник НИО питания и водоснабжения кандидат биологических наук		Е. Сорокалетова (реферат, введение, 18.03.2002г. разделы 1, 2, 3, заключение)
		Е. Гвардина
Младший научный сотрудник НИО питания и водоснабжения		Е. Кравченко (раздел 1)
Младший научный сотрудник НИО питания и водоснабжения		И. Коновалова
Доцент кафедры ОВГ кандидат медицинских наук		В. Нарыков 18.03.2002г. (раздел 1, реферат, введение, заключение)
Начальник научно-исследовательского отдела доктор медицинских наук профессор полковник медицинской службы		С. Матвеев

РЕФЕРАТ

Отчет - 77 стр., 1 кн., 20 табл., 146 ист.

КАЧЕСТВО ВОДЫ, ОЧИСТКА ВОДЫ, ПРИРОДНЫЕ

МИНЕРАЛЬНЫЕ СОРБЕНТЫ

Объектом исследования являлись природные минеральные сорбен­ты (ПМС), перспективные для применения в процессах очистки и кон­диционирования воды: шунгит, кремень, глауконитовый известняк.

Цель работы

При проведении НИР современными биологическими и физико-хи­мическими методами показано, что ПМС эффективно очищают воду от загрязнений. Для очистки воды от ионов тяжелых металлов наиболее перспективными ПМС оказались кремень и глауконитовый известняк. Их эффективность превосходит активированный уголь (АУ) и шунгит.

Все изученные ПМС удаляют фенол из воды в концентрации до 50 ПДК. При более высоких концентрациях фенола эффективность шунгита выше, чем кремня и глауконитового известняка при всех пара­метрах модельной воды.

ПМС очищают воду от избыточного содержания ионов железа, причем шунгит по эффективности превосходит АУ, кремень и глауконитовый известняк в 2 раза.

ПМС имеют выраженные сорбционные свойства в отношении бакте­рий Е. соli штамм К12, спор В. subtilis и С. реrfringes, снижая со­держание микробных агентов не менее, чем в тысячу раз.

Шунгит проявляет специфическую активность в устранении из воды частиц радикальной и ион-радикальной природы, значительно превосходя в этом отношении как кремень и глауконитовый извест­няк, так и АУ (в 56, 36 и 31 раз соответственно).

Вода, обработанная ПМС, улучшает свое качество за счет глубо­кой очистки от химических загрязнений, снижения токсичности, а также повышает биологическую активность за счет обогащения эссенциальными макро - и микроэлементами.

Технологии и очистные устройства, использующие ПМС не уступая, а в ряде случаев превосходя по эффективности АУ, на порядок дешевле по себестоимости. Россия располагает мощной сырьевой базой ПМС, что делает их использование перспективным в водоочистке.

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ,

СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ

	активированный уголь
	всемирная организация здравоохранения
	индекс загрязненности воды
	поверхностно-активные вещества
	предельно-допустимая концентрация
	природные минеральные сорбенты
	хлорорганические пестициды

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................
1. КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ (Выбор направления исследований) .......................................
1.1. Качество воды водоисточников............................................
1.2. Существующие и перспективные способы улучшения качества воды...............................................................................
1.3. Природные минеральные сорбенты - перспективные материалы в процессах улучшения качества воды......................................
1.3.1. Углеродсодержащие породы - шунгиты.................
1.3.2. Кремнеземные и кремнистые породы....................
1.3.1. Карбонатные породы........................................
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................
3. ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ СОРБЕНТОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ.........................................................
3.1. Влияние природных минеральных сорбентов на органолептические свойства воды.............................................
3.2. Влияние природных минеральных сорбентов на химический состав воды.....................................................................
3.2.1. Неорганические токсиканты.......................................
3.2.2. Органические токсиканты.........................................
3.3. Влияние природных минеральных сорбентов на микробиологичекие показатели воды....................................
3.4. Токсико-гигиеническая оценка воды, прошедшей фильтрацию через фильтры, содержащие природные минеральные сорбенты.........................................................................
3.5. Биологическое действие воды, активированной кремнем..............
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность настоящего исследования связана с усилением антропогенного и техногенного влияния на биосферу в Российской Федерации /1-7/.

Наибольший пресс экотоксичности испытывает водная среда, яв­ляясь конечным резервуаром большинства загрязняющих веществ. За последние 30 лет изменилась структура использования воды, что вы­разилось в резком увеличении социальной составляющей водопользо­вания. Доля хозяйственно-питьевого водоснабжения выросла с 9% в 1970 г. до 21% в 1999 г. /8/. В связи с этим реально существует проблема качества питьевой воды, определяемая загрязнением при­родной воды, неудовлетворительной очисткой ее на водопроводных станциях, вторичным загрязнением в разводящих сетях. В сложившей­ся на сегодняшний день ситуации наиболее перспективным подходом к обеспечению населения РФ и личного состава ВС качественной пить­евой водой является применение средств и методов дополнительной очистки и подготовки воды в месте использования, в том числе, в местах дислокации сил армии и флота /9/.

В настоящее время водоочистка становится одним из самых распространенных технологических процессов. Этим определяется особенная актуальность вопроса удешевления очистки питьевой, тех­нической и сточных вод. В этой связи весьма перспективным предс­тавляется применение природных сорбентов, месторождения которых имеются на территории РФ. В литературе появляется все больше со­общений об эффективности применения природных сорбентов для уда­ления из воды дисперсных примесей, нефти и нефтепродуктов, по­верхностно-активных веществ, красителей, радиоактивных загрязне­ний и др. /10÷16/.

Сегодня при использовании природных сорбентов для удаления из воды указанных веществ, как правило, господствует эмпирический подход, что затрудняет проведение технологических процессов в оп­тимальных условиях.

В этой связи необходима разработка научных основ использова­ния природных сорбентов в водоподготовке, для чего следует сумми­ровать имеющиеся сведения об их применении, а также наметить ра­циональные пути их использования в конкретных технологических процессах водоочистки.

Цель работы заключалась в экспериментальной оценке эффектив­ности использования природных минеральных сорбентов для очистки и кондиционирования воды.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Оценить эффективность природных минеральных сорбентов в процессах очистки питьевой воды от химических и микробиологичес­ких загрязнений.

2. Изучить токсико-гигиенические показатели воды, прошедшей очистку на природных минеральных сорбентах (ПМС).

3. Изучить биологическое действие воды, прошедшей очистку на ПМС.

4. Оценить возможность применения ПМС для индивидуальной и коллективной доочистки питьевой воды.

Настоящая работа выполнена в НИЛ перспективных технологий очистки воды НИО питания и водоснабжения НИЦ Военно-медицинской академии с января 2000 по март 2002 года в соответствии с Дирек­тивой ГВМУ МО РФ № 000/7/4/3979 от 05.08.99 г.

В НИР нашли свое развитие исследования, проводившиеся в Во­енно-медицинской академии в 1993 ÷ 2001 годах и получившие отраже­ние в ряде отчетов, статей и монографии /17÷24/.

1. КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И СПОСОБЫ ЕГО ЛУЧШЕНИЯ (Выбор направления исследований)

1.1. Качество воды водоисточников

По данным Государственного водного кадастра наиболее расп­ространенными загрязняющими веществами поверхностных вод суши яв­ляются нефтепродукты, фенолы, хлорорганические пестициды (ХОП), легкоокисляемые органические вещества, соединения меди и цинка. В некоторых районах обнаруживаются комплексы никеля, аммонийный и нитритный азот , а также специфические поллютанты, характерные для отдельных производств - лигнин, лигносульфонаты, ксантогенаты, метилмеркаптан, анилин /25/.

В последние годы на фоне некоторого снижения валового объема водоотведения прослеживается тенденция к увеличению удельного ве­са сбрасываемых в водные объекты неочищенных сточных вод /8/. По данным Минприроды общий объем загрязненных сточных вод, сбрасыва­емых в водоемы составляет 28 км3/год, из них нормативно очищенных только 10% (2,8 км3). В коммунальном хозяйстве очищается только 13% стоков. В водоемы страны ежегодно сбрасывается 1000 т цинка, 700 т никеля, 150 т меди и хрома и 120 т кадмия. Данного коли­чества токсикантов достаточно для загрязнения более 500 км3 воды, что сопоставимо с годовым стоком рек России /26÷28 /.

В ряде мест среднегодовая концентрация загрязняющих веществ превышает 5 ПДК по трем и более показателям (в р. Неве - д. Новосаратовка, р. Нарве - г. Иван-город, р. Онеге - с. Порог, р. Сев. Двине - с. Усть-Пинега) /25/.

В водохранилище Пролетарское - Ростовская обл ., р. Пелымма, р. Обь и др. среднегодовая концентрация нефтепродуктов, фенолов, соединений меди составила не менее 30 ПДК /25/.

Случаи экстремально высокого уровня загрязненности воды наб­людались в р. Пуртсе (фенолы 213÷240 ПДК), р. Косьве (соединения железа - 157 ПДК, соединения меди - 160 ПДК), р. Чусовой (соедине­ния хрома - 720 ПДК), Братском вдхр. (метилмеркаптан - 300-500 ПДК), р. Клязьме (нефтепродукты - 176 ПДК), р. Охинке (нефтепродукты - 120 ПДК) /25/.

Особую опасность представляют аварийные ситуации на произ­водствах, когда в воду попадают вредные вещества в концентрациях до 1000 ПДК /29, 30/.

Сельскохозяйственное производство также вносит свой вклад в загрязнение водоисточников.

Из общего количества применяемых в сельском хозяйстве ХОП 1÷5% поступают в поверхностные воды, около 5% мигрируют в нижние горизонты почвы и подземные воды. Наиболее высокий уровень загрязнения воды ХОП отмечен в бассейнах Волги, Оби, Амура, Урала, Днепра, Терека, Пясины. Высокие концентрации ХОП отмечены в водных объектах не только зон интенсивного земле­делия и производства ХОП, но и в районах, где их применение от­сутствовало или было минимальным, что свидетельствует о глобаль­ном распространении ХОП /31/.

Большинство водных объектов РФ служат источниками питьевого водоснабжения, поэтому рост загрязненности природных вод все бо­лее обостряет проблему обеспечения населения доброкачественной питьевой водой /7/.

Обследование водозаборов городов показало, что для некоторых из них характерно загрязнение воды, классифицируемое как "высо­кое" и "чрезвычайно высокое". Особая опасность возникает там, где загрязнение обусловлено наличием высокотоксичных соединений (Томский, Тюменский, Курганский водозаборы) /29/.

Проблемы с обеспечением питьевой водой существуют и в Севе­ро-Западном регионе РФ. Источником водоснабжения населения Санкт-Петербурга и части Ленинградской области служит Ладожское озеро. В то же время в Ладожское озеро поступают сточные воды от предприятий промышленности и агропромышленного комплекс а огромных территорий (Ленинградской, Псковской, Новгородской, Тверской, Ар­хангельской и Витебской областей , республики Карелии и части Фин­ляндии). Общий объем загрязненных сточных вод, поступающих в озеро, составляет 400 млн. м3 в год. Стоки содержат более 600, из ко­торых 300 - токсичны. В результате состояние озерной экосистемы приблизилось к критическому /32/.

Под влиянием хозяйственной деятельности, ведущейся на бере­гах Ладожского озера и его водосборе, водоем к середине 80-ых годов XX века перешел из олиготрофного в мезатрофное состояние. При сохранении антропогенной нагрузки на современном уровне озеро может в ближайшие десятилетия превратиться в эвтрофный водоем, что будет иметь катастрофические последствия для водоснабжения Санкт-Петербурга. Уже сейчас река Нева, являясь практически единственным источником питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга, загрязнена на всем протяжении. Даже у истока в результате эвтрофирования Ладожского озера наблюдается повышенное содержание токсикантов. Превышение ПДК установлено по нефтепродуктам, свинцу, кадмию, кобальту, никелю, хрому, цинку, мышьяку, бериллию, тита­ну, ртути /33 ÷ 35/.

Кроме того, Нева является важной транспортной артерией и ни­чем не защищена от техногенных аварий. Так, в результате аварии с нефтеналивным танкером в устье Невы осенью 1999 г. мазутом была загрязнена вся акватория реки, а на дне создалось депо токсичных веществ /24/.

Стремительное ухудшение качества воды Ладожского озера, про­должающееся поступление загрязненных сточных вод, определяют ка­чество поступающей в Санкт-Петербург невской воды. Класс качества воды в фоновом створе в 2 км выше города снизился и они характе­ризуются как IV класс ("загрязненные"). Увеличение индекса заг­рязненности воды (ИЗВ) произошло в основном за счет возростания среднегодовых концентраций летучих фенолов. Так, концентрация фе­нолов в фоновом створе составила 7 ПДК, а в целом по р. Неве - 10 ПДК. Наибольшая загрязненность вод фенолами наблюдалась в устье Невы: в пробах, отобранных в феврале, июне и августе. Их концент­рации составили 40÷50 ПДК /ЗЗ/. Максимальная концентрация фенолов (70 ПДК) была зафиксирована в водах Невы в створе, расположенном ниже впадения р. Ижоры.

Воды Невы загрязнены медью и марганцем почти во всех ство­рах. Так, среднегодовые концентрации составляют: меди - 4,7÷6,45 ПДК, марганца - 1,1÷3,3 ПДК. Максимальная концентрация меди (19 ПДК) зафиксирована в одном из самых грязных створов, расположен­ном ниже впадения р. Охты, марганца (9,5 ПДК) - в устье Невы /36/.

Хроническое действие токсических веществ на водные системы в регионе проявляется повсеместно. Идет интенсивное накопление токсикантов в гидробионтах и их передача по пищевым цепям. По данным ГосНИОРХ в Волховской губе Ладожского озера у 70÷80% особей сига, судака, леща, плотвы и ерша наблюдаются токсикозы, достигающие по степени выраженности 2÷4 баллов. В этом же районе ткани 20÷60% исследованных рыб имеют запах нефтепродуктов. В Свирской губе от­равления отмечались у 50÷60% рыб. Хронические интоксикации заре­гистрированы у 30÷60% рыб из устьевого участка р. Видлица. У рыб наблюдаются выраженные необратимые патологические изменения в жизненно важных органах: кардиомиопатия, гиперемия мозга, зернис­тая дистрофия печени, новообразования в различных органах. Отмеча­ется высокая гибель и нарушения в развитии молоди /36/.

Вследствие вышеизложенного, более надежным источником водос­набжения являются подземные воды /37÷39/. Качество подземных вод определяется двумя группами факторов: геологическими и антропогенными. Первая группа факторов обусловливает качество подземных вод, связанное с составом водовмещающих пород, физико-химически­ми условиями их формирования и циркуляции, степенью защищенности водоносных горизонтов перекрывающими глинистыми экранами от по­верхностного загрязнения. Вторая группа факторов связана со сте­пенью техногенной нагрузки, условиями хозяйствования и наличием очагов загрязнения /40/. В настоящее время загрязнение гидросферы коснулось не только поверхностных водоисточников, но и подземных вод. В результате попадания в них различных коммунальных отходов, веществ с крупных свалок химических отходов и т. д. (особенно в районах концентрации предприятий газо-нефтедобывающей промыш­ленности) /41÷44/.

Использование подземных вод в Северо-Западном регионе отста­ет от среднеевропейских показателей, хотя регион располагает не­обходимыми для этого водными ресурсами. Естественное качество подземных вод в регионе чрезвычайно разнообразно - от ультрапрес­ных вод с недостаточным содержанием ряда компонентов до слабоми­нерализованных вод, находящихся на грани возможного использования для питьевых целей /43, 44/.

Подземные воды обладают цельм рядом специфических особенностей. С одной стороны они способны самоочищаться, с другой - аккумулируют и распространяют загрязняющие элементы на значительные расстояния. Водоносные горизонты Северо-Западного региона в раз­ной степени защищены от поверхностного загрязнения. Наряду с ра­йонами, где они перекрыты водоупорными отложениями, и, тем самым, защищены от загрязнений (Карельский перешеек, девонское поле Ле­нинградской области и т. д.), выделяются районы с практически незащищенными водными ресурсами (Карелия, Ижорское плато). Особенно значительно подземные воды загрязнены на территории Гатчинского, Волосовского, Ломоносовского, Сланцевского, Кингисепского райо­нов, где широкое развитие получили трещинно-карстовые подземные воды, обладающие слабой степенью защищенности от агентов загряз­нения с поверхности /43, 44/.

Для улучшения водоснабжения городов и других населенных пунктов предлагаются следующие долгосрочные мероприятия /14/:

Улучшение состояния и обеспечение соблюдения режимов зон санитарной охраны и водоохранных зон источников питьевого водос­набжения;

Усиления контроля качества воды в источнике водоснабжения, создание системы автоматического и оперативного контроля, разра­ботка методик и средств определения более широкого спектра и комплексных показателей загрязненности воды в источнике;

Разработка и внедрение адресной программы по ликвидации основных источников загрязнения водного источника;

Создание системы автоматического контроля за сбросом заг­рязнений;

Разработка мероприятий по снижению влияния поверхностного стока на водоисточник;

Разработка математической модели водного источника с уче­том гидрохимических данных и биохимических процессов самоочище­ния, с целью прогнозирования качества воды при изменении входных параметров, увеличении или снижении сбросов загрязнений, авариях и в других ситуациях;

Определение приоритетных водоохранных мероприятий с их технико-экономической оценкой на основе математического моделиро­вания различных ситуаций;

Выбор вариантов альтернативных водозаборов, увеличение числа водозаборных сооружений;

Использование дополнительных источников для водоснабжения города, в частности, подземных вод.

Все эти мероприятия требуют для своего осуществления значи­тельных материальных ресурсов достаточного временного интервала.

1.2. Существующие и перспективные способы улучшения качества воды

Централизованное водоснабжение большинства населенных пунктов России преимущественно ведется из поверхностных водоисточни­ков, характеризующихся высоким уровнем загрязнения /45/.

Существующие сооружения водоподготовки и применяемые технологические процессы часто уже не в состоянии обеспечить требуемое качество питьевой воды, поскольку рассчитаны на уровни загрязнения поверхностных вод, существовавшие 40÷50 лет назад и, в основном, направлены на улучшение прежде всего органолептических и микроби­ологических показателей качества воды.

В отечественном хозяйственно-питьевом водоснабжении используются типовые технологические схемы очистки: в зависимости от степени загрязненности исходной воды - двухступенчатая (отстойни­ки или осветлители со слоем взвешенного осадка - на первой ступе­ни и скорые фильтры - на второй ступени) или одноступенчатая (контактные осветлители или прямоточные фильтры) /45, 46/. Рассматривая эти схемы с современных позиций, можно отметить их не­достаточную надежность и эффективность. В первую очередь это обусловлено тем, что в их применяются устаревшие сооружения и реагентные методы очистки. Применяемые технологии очищают воду, в основном, от дисперсных частиц. Молекулярно растворенные вещества и ионы остаются в воде. Таким образом, многие токсичные вещества не улавливаются на водоочистных сооружениях и попадают в водопро­водную сеть /47/.

Необходимо отметить, что существующие технологические схемы способны оказывать негативное воздействие. Так, применяемые в хо­де водоподготовки для обеззараживания воды процедуры хлорирования и озонирования, в случае наличия в воде органических соединений, приводят к появлению высокотоксичных веществ.

В результате хлорирования воды, содержащей гуминовые вещест­ва фенольной природы, образуются хлорфенолы, хлороформ и даже диоксины /48, 49/. Появление в питьевой воде токсичных продуктов озонирования - формальдегида, бензальдегида, ацетальдегида, также может быть обусловлено физико-химическими характеристиками природных вод. Озонирование воды, в которой присутствуют пестици­ды, может привести к появлению более токсичных и стабильных недоокисленных эпоксидов с ненасыщенными двойными связями. Например, элдрин окисляется до диэлдрина, гептахлор до гептахлорэпоксида /50/.

Исследование содержания хлорорганических соединений в водо­заборе г. Питкяранта и г. Приозерск (Ладожское озеро) и в водопро­водной воде показало, что в процессе водоподготовки (хлорирова­ния) в 39 раз возросла концентрация хлороформа, в 5 раз - четы­реххлористого углерода, в 4,5 раза - 1,2-дихлорэтана, в 4,4 раза - тетрахлорэтана, в 8,3 раза - хлорбензола, появились трихлорэтан и трихлорфенол (табл.1.) /48/.

Таблица 1.

Вещество	Водозабор, мкг/л	Питьевая вода, мкг/л	ПДК, мкг/л
Хлороформ
Четыреххлорис­тый углерод
1,2-дихлорэтан
Трихлорэтан
Тетрахлорэтан
Бромдихлорэтан
Трихлорфенол
Хлорбензол

Примечание: ВОЗ - всемирная организация здравоохранения

Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение качества воды источников водоснабжения до требований СанПиН 2.1.4.2496-09 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения», зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные. Основными способами являются:

Осветление

Обесцвечивание

Обеззараживание

Под осветлением и обесцвечиванием понимается устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном, гумусовых веществ). Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты – бактерии, вирусы и др.

В тех случаях, когда применение только основных способов недостаточно, используют специальные методы очистки (обезжелезивание, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ – фторирование, минерализация обессоленных и маломинерализованных вод.

В отношении удаления химических веществ наиболее эффективным является метод сорбционной очистки на активных углях, сорбционная очистка также значительно улучшает органолептические свойства воды.

Методы обеззараживания воды подразделяются на:

1. Химические (реагентные), к которым относятся:

Хлорирование

Озонирование

Использование олигодинамического действия серебра

2. Физические (безреагентные):

Кипячение

Ультрафиолетовое облучение

Облучение гамма-лучами и др.

Основным методом для обеззараживания воды на водопроводных станциях в силу технико-экономических причин является хлорирование. Однако всё большее внедрение получает метод озонирования, и его применение, в том числе, в комбинации с хлорированием имеет преимущества для улучшения качества получаемой воды.

При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество – более 95% расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся неорганических веществ, содержащихся в воде, на соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2-3% общего количества хлора. Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 минут, называется хлорпоглощаемостью воды . По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор, что является свидетельством завершения процесса хлорирования. Присутствие в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3-0,5 мг/л является гарантией эффективности обеззараживания воды, необходимо для предотвращения вторичного загрязнения в разводящей сети и является косвенным показателем безопасности воды в эпидемическом отношении.

Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения наличия необходимого количества (0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора называется xлopпoтребностью воды .

В практике водоподготовки используется несколько способов хлорирования воды:

1. Хлорирование нормальными дозами (по хлорпотребности)

2. Хлорирование с преаммонизацией и др.

3. Гиперхлорирование (доза хлора заведомо превышает хлорпотребность).

Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорирование – до и после осветления и обесцвечивания. Для снижения дозы хлора при заключительном хлорировании, весьма перспективным является комбинирование хлорирования с озонированием.

Хлорирование с преаммонизацией . При этом способе в воду помимо хлора вводится также аммиак, в результате чего происходит образование хлораминов. Этот метод употребляется для улучшения процесса хлорирования:

При необходимости транспортировки воды по трубопроводам на большие расстояния, т.к. остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный;

При содержании в исходной воде фенолов, которые при взаимодействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах. Хлорирование с преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают. Однако в силу более слабого действия хлораминного хлора остаточное количество eго в воде должно быть выше, чем свободного и составлять не менее 0,8-1,2 мг/л.

Озонирование является эффективным реагентным способом обеззараживания воды. Являясь сильным окислителем, озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов и вызывает их гибель. Преимущество озонирования заключается в том, что при этом способе улучшаются вкус и цветность воды. Озонирование не оказывает отрицательного влияния на минеральный состав и рН воды. Избыток озона превращается в кислород, поэтому остаточный озон не опасен для организма человека. Озонирование производится при помощи специальных аппаратов – озонаторов, контроль за процессом озонирования менее сложен, так как эффект не зависит от температуры и рН воды.

С декабря 2007 года в г. Санкт-Петербург реализована комплексная технология обеззараживания питьевой воды с использованием ультрафиолетового излучения, сочетающая высокий эффект обеззараживания и безопасность для здоровья населения. Подсчитанный Институтом медико-биологических проблем и оценки риска здоровью экономический эффект и предотвращенный ущерб здоровью населения в результате этого составил 742 млн.. руб.

В связи с тем, что только 1-2% (до 5литров в сутки) человек расходует на питьевые нужды, в последний период времени предполагается разработка и внедрение двух гигиенических нормативов водопроводной и питьевой воды – «Вода безопасна для населения» и «Вода повышенного качества – полезна для взрослого человека, физиологически полноценная».

Первый норматив обеспечит гарантированную безопасность воды в централизованных системах водоснабжения.

Второй норматив установит конкретные требования к «абсолютно здоровой воде» во всем её многообразии полезного воздействия на организм человека. Существует ряд вариантов обеспечения потребителей водой повышенного качества:

· производство расфасованной воды

· устройство локальных автономных систем доочистки и коррекции качества воды.