Требования к качеству воды нецентрализованных источников водоснабжения

Как было указано в начале данного раздела, одной из мер профилактики заболеваний среди населения, обусловленных водным фактором, является улучшение ее качества различными методами, поскольку природные воды открытых водоемов, а также подземные воды, используемые с целью хозяйственно-питьевого водоснабжения, часто не соответствуют по многим параметрам гигиеническим нормативам.

Несколько десятилетий назад реки благодаря самоочищающей функции справлялись с очищением вод. Теперь же в результате строительства новых городов и промышленных предприятий створы водопользования расположены столь плотно, что нередко места сброса сточных вод и водозаборы находятся практически рядом, Поэтому разработке и внедрению эффективных методов очистки и доочистки сточных вод, очистки и обезвреживания водопроводной воды уделяется все больше внимания.

Наиболее совершенные современные очистные сооружения обеспечивают освобождение сточных вод от органических загрязнений только на 85-90%, и лишь в отдельных случаях - на 95%. Поэтому и после очистки необходимо 6 - 12-кратное, а часто и большее разбавление их чистой водой для сохранения нормальной жизнедеятельности водных экосистем.

Последовательная очистка сточных вод на современных предприятиях предполагает проведение первичной, механической очистки (удаляются легко осаждающиеся и всплывающие вещества) и вторичной, биологической (удаляются биологически разрушающиеся органические вещества).

В последнее время разрабатываются и внедряются все более эффективные методы очистки и доочистки сточных вод после их биологической очистки с применением таких новейших способов обработки стоков как радиационный, электрохимический, сорбционный, магнитный и др. Совершенствование технологии очистки сточных вод, дальнейшее повышение степени очистки - важнейшие задачи в области охраны вод от загрязнения.

В крупном мегаполисе Казахстана – г. Алматы потребление воды составляет более 290 млн. кубометров в год, соответственно, возрастает и объем сбросов. Существующая система очистки воды в городе не отвечает потребностям. В этой связи принят проект по строительству в г. Алматы современного водоочистного сооружения (с системой мембранной очистки стоков).

О том, насколько важен вопрос очистки воды водоемов от антропогенного загрязнения, свидетельствует чрезвычайное происшествие в Хабаровском крае России. Вследствие аварии на химическом предприятии г. Цзилинь (КНР) 13.11.2005 г. произошло загрязнение реки Сунгари бензолом и нитробензолом. Протяженность зоны загрязнения составила около 110 километров. По данным Дальневосточного регионального центра МЧС России в течение суток зона загрязнения продвигалась со скоростью 1-1,5 километра в час и прошла около 30 километров и уже 16 декабря из реки Сунгари вышла в реку Амур. Учитывая эту тенденцию и особенности русла реки Амур ниже впадения реки Сунгари, протяженность зоны загрязнения при подходе к Хабаровску могла составить около 200 километров, а время прохождения этой зоны у Хабаровска – 4-5 суток. В этой связи были приняты срочные меры: осуществлен монтаж установок фильтрации воды активированным углем на головных очистных сооружениях водопровода г. Хабаровска и других городов края.

Для того, чтобы качество воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения соответствовало выше рассмотренным гигиеническим требованиям, используют предварительную обработку воды, в результате которой она освобождается от взвешенных веществ, запаха, привкуса, микроорганизмов и различных примесей. Такое улучшение свойств воды достигается на водопроводных станциях. Схема этапов улучшения качества воды и основные методы ее обработки представлена на рисунке 4.10.

Как видно, вода водоисточников поэтапно подвергается следующей обработке: очистке (осветлению и обесцвечиванию), обеззараживанию, которые относятся к основным методам, и при необходимости применяются дополнительные (специальные) методы для улучшения органолептических свойств воды, для умягчения, удаления некоторых химических веществ и т.д.

Очистка является важным этапом в общем комплексе методов обработки воды, так как она улучшает ее физические показатели. При этом в процессе удаления из нее взвешенных частиц удаляется и значительная часть

микроорганизмов. Таким образом, полная очистка воды позволяет легче и экономичнее осуществить ее обеззараживание.

Очистка с целью осветления и обесцвечивания осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция, флокуляция) методами.

Отстаивание воды проводится в специальных сооружениях (отстойниках). Благодаря замедленному току воды в отстойнике (в течение 2 – 8 часов) основная масса взвешенных частиц оседает на его дно.

Для ускорения процесса отстаивания используют коагуляцию. Коагуляция представляет собой химический метод очистки воды, позволяющий освободить воду даже от взвешенных частиц, которые не удаляются ни отстаиванием, ни фильтрацией. Сущность коагуляции заключается в том, что к воде добавляется

I III

Рисунок 4.10. Этапы и методы обработки воды

химическое вещество (коагулянт), способное реагировать с бикарбонатами, находящимися в воде. В качестве коагулянта в настоящее время наиболее широко применяется сернокислый алюминий (сульфат алюминия или сернокислый глинозем), образующий с бикарбонатами воды крупные хлопья гидрата окиси алюминия, кроме того, используются высокомолекулярные флокулянты: щелочной крахмал, активированная кремневая кислота и другие препараты.

В результате этой реакции образуются крупные, довольно тяжелые хлопья гидроокиси, несущие положительный заряд. Эти хлопья, оседая в силу тяжести, увлекают за собой находящиеся в воде во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно, и тем самым способствуют довольно быстрой очистке воды.

В результате отстаивания с коагуляцией достигается осветление и частичное обесцвечивание воды, однако в ней еще содержаться более мелкие взвешенные вещества, микроорганизмы, поэтому проводится ее дальнейшая обработка.

С целью более полного освобождения воды от взвешенных частиц используют фильтрацию. Для фильтрации воды используют так называемые медленные или быстрые (скорые) фильтры.

Медленный фильтр в силу небольшой производительности используется на малых водопроводах, в сельских населенных пунктах. Он представляет собой бетонный или кирпичный резервуар, загруженный послойно щебнем, галькой, гравием, песком (слоем 0,8 – 1,0 м) с постепенно уменьшающимся вверх размером частиц. В дне фильтра устраивается дренажная система из железобетонных плит или трубок с отверстиями. Вода пропускается через фильтр медленно со скоростью 0,1 – 0,3 м/час. Очистка воды на медленном фильтре происходит под влиянием комплекса факторов: механической задержки взвешенных веществ, адсорбции, окисления (химическое действие кислорода, растворенного в воде).

Кроме того, очистка воды достигается благодаря ферментативной деятельности микроорганизмов, биологических процессов, связанных с жизнедеятельностью простейших, живущих в фильтре. В процессе фильтрования воды на поверхности и в верхних слоях фильтра появляется так называемая биологическая пленка, образующаяся путем задержки из воды различных органических, минеральных веществ, коллоидных частиц и большого числа микроорганизмов. Такой фильтр называют «созревшим», так как он лучше способствует минерализации органических веществ и уничтожению микрофлоры.

На крупных водопроводных станциях используются скорые фильтры. Скорость фильтрации на них в 50 раз выше, чем на медленных, однако в результате большой нагрузки этот фильтр довольно быстро загрязняется, что требует периодического его промывания обратным током воды снизу вверх.

В санитарной практике в настоящее время для очистки воды применяют кварцево-антрацитовые фильтры, скорость фильтрации на которых составляет 10-12 м/сек.

В результате фильтрации достигается почти полное осветление воды и значительное освобождение ее от микроорганизмов (примерно на 99%).

В водопроводной практике применяется также так называемый «контактный осветлитель». Это установка, заменяющая собой весь комплекс очистных сооружений обычного типа и работающая по схеме: коагуляция, отстаивание, фильтрация, представляет собой бетонный резервуар, заполненный гравием и песком на высоту 2,3 - 2,6 м. Вода подается через систему труб в нижнюю часть осветлителя, а коагулянт вводится непосредственно в трубопровод перед поступлением воды в осветлитель. Коагуляция происходит в нижних крупнозернистых частях осветлителя, в верхних задерживаются хлопья коагулянта и других взвешенных частиц. Недостатком контактного осветлителя является его небольшая производительность и быстрое загрязнение, что требует его частой очистки.

Для очистки воды от растворенных органических веществ используют метод адсорбции, а для снижения содержания растворенных веществ органического и минерального происхождения – электролиз.

Следующий этап улучшения свойств воды – это ее обеззараживание, то есть – уничтожение микроорганизмов. Оно может проводиться различными методами: химическим, физическим и механическим.

Химические методы обеззараживания основаны на добавлении к воде различных химических веществ – реагентов, вызывающих гибель находящихся в воде микроорганизмов. В качестве реагентов могут быть применены газообразный хлор, различные соединения хлора (хлорная известь, гипохлориты, хлорамины и др.), озон, перекись водорода и т. д.

В санитарной практике наиболее испытанным и надежным способом обеззараживания воды является ее хлорирование.

Принцип хлорирования заключается в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз, в результате чего образуется соляная и хлорноватистая кислоты:

Сl + Н₂О = НСl + НОС1,

Сущность бактерицидного эффекта при хлорировании воды заключается в том, что хлорноватистая кислота в воде диссоциирует на ионы Н⁺ и ОС1^-, которые, как и сама кислота, сравнительно легко проникая через оболочку бактериальной клетки, губительно действуют на микробы.

На крупных водопроводных станциях для обеззараживания воды применяют газообразный хлор, часто хлорирование воды производится 1% раствором хлорной извести, в которой содержание активного хлора должно быть не менее 25%.

При обеззараживании воды методом хлорирования происходит поглощение хлора органическими и неорганическими соединениями. Это явление называется хлорпоглощаемостью воды. Чем больше в воде этих веществ, тем выше хлорпоглощаемость и тем больше активного хлора потребуется для обеззараживания.

Для достижения полного бактерицидного эффекта необходимо ввести в воду такое количество активного хлора, которого хватило бы не только на окисление органических веществ, но и на уничтожение микроорганизмов. Кроме того, некоторое количество его должно оставаться в воде, чтобы служить показателем эффективности хлорирования; его называют остаточным свободным хлором, который нормируется в количестве 0,3 – 0,5 мг на 1 л воды.

К химическим методам обеззараживания воды также относится озонирование, т.е. обеззараживание с помощью озона.

Озон обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Обеззараживающая способность озона обусловливается, тем, что в воде при его разложении, помимо молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, являющийся сильнейшим окислителем. Также в воде образуются при этом свободные радикалы ОН и НО₂, обладающие высокими окислительными свойствами. Реакция с озоном органических веществ, находящихся в воде, происходит более полно, чем с хлором, но механизм обеззараживающего действия озона аналогичен действию хлора и, действуя как сильный окислитель, он поражает жизненно важные ферменты, и вызывает гибель микроорганизмов. Имеются предположения, что он действует как протоплазматический яд.

Озонирование воды имеет ряд преимуществ перед хлорированием:

- улучшаются органолептические свойства воды (вкус, цвет);

- озон не оказывает отрицательного влияния на минеральный состав и рН воды;

- избыток озона быстро превращается в кислород, поэтому остаточный озон (допускается не более 0,3 мг/л) не опасен для организма и не влияет на органолептические свойства воды;

- контроль за озонированием менее сложен, чем за хлорированием, так как на озонирование не влияют такие факторы, 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 минут. Озонирование производится при помощи специальных аппаратов – озонаторов.

К химическим способам обеззараживания воды относятся методы, основанные на использовании олигодинамического действия солей тяжелых металлов (серебра, меди, золота), то есть их способности оказывать бактерицидный эффект в течение длительного срока при крайне малых концентрациях.

Механизм действия заключается в том, что ионы тяжелых металлов, имеющие положительный заряд, вступают в воде во взаимодействие с микроорганизмами, заряженными отрицательно. Происходит электроадсорбция, в результате которой они проникают в глубь микробной клетки, образуя в ней альбумины тяжелых металлов, соединения с нуклеиновыми кислотами, в результате чего микробная клетка погибает. Этот метод не получил широкого распространения. Он применяется для обеззараживания небольших объемов воды.

В целом все химические способы обеззараживания воды, основанные на добавлении к воде того или иного химического вещества, имеют ряд недостатков, заключающихся, во-первых, в неблагоприятном влиянии на состав и органолептические свойства воды. Кроме того, бактерицидный эффект их распространяется не на все на микроорганизмы, в значительной мере он зависит от правильного выбора дозы вещества, времени контакта его с бактериями, в связи с чем возникает необходимость постоянного и тщательного контроля за факторами, влияющими на процесс обеззараживания. Некоторые из реагентов (особенно хлор) являются токсичными и требуют мер предосторожности при работе с ними.

Все это явилось причиной разработки физических методов, имеющих ряд преимуществ по сравнению с химическими.

Физические методы обеззараживания воды. Наиболее изученным и разработанным в техническом отношении является использование ультрафиолетовых лучей. При обеззараживании воды ультрафиолетовыми лучами погибают не только вегетативные формы микробов, но и споровые, а также вирусы, яйца гельминтов, устойчивые к воздействию хлора. На эффект обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами влияют мутность, цветность воды, содержание в ней солей железа, так как они поглощают ультрафиолетовые лучи. Поэтому прежде чем обеззараживать воду ультрафиолетовыми лучами, ее необходимо тщательно очищать.

К физическим, безреагентным методам обеззараживания воды также относятся использование ультразвука, ионизирующего излучения. Они не оказывают влияния на состав и свойства обеззараживаемой воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Они действуют непосредственно на структуру микроорганизмов, в силу чего обладают более широким диапазоном бактерицидного действия. Для обеззараживания затрачивается небольшой период времени. Однако в настоящее время не имеется достаточно эффективных установок для практического использования этих методов.

Одним из простейших физических методов обеззараживания воды является кипячение. Известно, что при кипячении воды в течение 3 - 5 минут погибают все имеющиеся в ней микроорганизмы, а после 30 минут кипячения вода становится полностью стерильной.

Однако, несмотря на высокий бактерицидный эффект, этот метод не возможно использовать для обеззараживания больших объемов воды, в основном он применяется в бытовых условиях. Кроме этого данный метод имеет ряд недостатков: при кипячении ухудшаются вкусовые качества воды, вследствие улетучивания газов, а также повышается возможность более быстрого размножения микроорганизмов в воде.

К дополнительным методам улучшения качества воды относятся. Все они направлены на улучшение минерального состава воды и улучшение ее органолептических свойств.

К специальным методам относятся:

- дегазация воды – удаление из нее растворенных газов; метод применяется для удаления из воды сероводорода и других дурнопахнущих газов;

- умягчение воды – полное или частичное удаление из воды катионов кальция и магния; может быть осуществлено реагентным, ионообменным или термическим методом;

- обессоливание воды – полное опреснение, которое производится чаще при подготовке воды к промышленному использованию; частичное обессоливание или опреснение воды производится для снижения содержания солей до тех величин, при которых ее можно использовать для питья (ниже 1000 мг/л); достигается дистилляцией воды, которая производится в различных опреснителях (атомных, вакуумные, многоступенчатые, гелиотермические), ионитовых установках, а также электрохимическим методом и методом вымораживания;

- обезжелезивание воды – удаление железа осуществляется аэрацией, известкованием, коагуляцией, катионированием.

- дезодорация воды – удаление привкусов и запахов достигается теми же методами, что и дегазация; для удаления запахов, вызванных наличием микроорганизмов, продуктов распада бактерий, грибков, водорослей и различных органических веществ, применяются такие методы, как озонирование, обработка воды перманганатом калия, перекисью водорода, фильтрование через сорбционные фильтры;

- дезактивации – удаление радиоактивных веществ;

- фторирование – добавление фтора при его недостатке в воде;

- дефторирование – удаление фтора при его избыточном содержании в воде.

Особую актуальность для сельских мест, где чаще используется нецентрализованная система водоснабжения, представляют методы обеззараживания воды местных источников.

Согласно санитарно-гигиеническим требованиям дезинфекция колодцев осуществляется:

· с профилактической целью (по окончании строительства новых или после очистки и ремонта существующих колодцев);

· по эпидемиологическим показаниям (при вспышке кишечных инфекций в населенном месте или при попадании в воду колодцев сточных вод, фекалий, трупов животных и др.).

С профилактической целью не реже одного раза в год должна проводиться чистка колодца (каптажа) от заиливания и наносов породы, текущий ремонт крепления, оборудования. После каждой чистки и ремонта должна проводиться дезинфекция колодца (каптажа).

Дезинфекция колодцев по эпидемиологическим показаниям включает:

· предварительную дезинфекцию колодца;

· очистку колодца;

· повторную дезинфекцию колодца.

Обеззараживание воды в колодце проводится после дезинфекции самого колодца с помощью различных приемов и методов, но чаще всего с помощью дозирующего патрона, заполненного, как правило, хлорсодержащими препаратами. Для дезинфекции колодцев должны использоваться средства, разрешенные к применению в Республике Казахстан (например, «Акватабс» и др.). Разработан специальный режим обеззараживания воды при нецентрализованном водоснабжении, который учитывает необходимое количество активного хлора, свободного остаточного хлора и время обеззараживания.

В процессе обеззараживания воды в колодце хлорсодержащими препаратами величина остаточного (активного) хлора должна быть на уровне 0,5 мг/л. Достижение этого уровня зависит от ряда факторов, главным из которых является количество дезинфицирующего препарата, необходимого для заполнения дозирующего патрона, с помощью которого и проводится обеззараживание воды. Хлорпоглощаемость колодезной воды вычисляют в лаборатории путем определения разницы между количеством внесенного активного хлора в сосуд с 1 литром исследуемой воды и количеством его в воде после 30-минутного контакта.

Если не удается выявить и (или) ликвидировать причину ухудшения качества воды по микробиологическим показателям вода в колодце (каптаже) должна постоянно обеззараживаться. При стойком химическом загрязнении воды санитарно-эпидемиологической службой принимается решение о ликвидации колодца.