Обеззараживание питьевой воды при централизованном водоснабжении и в полевых условиях.

Методов улучшения качества воды много, и они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешен­ных частиц, гуминовых соединений, от избытка солей, токсических и радиоак­тивных веществ и дурнопахнущих газов.

Основная цель очистки воды — защи­та потребителя от патогенных организмов и примесей, которые могут быть опасны для здоровья человека или иметь непри­ятные свойства (цвет, запах, вкус и т.д.). Методы очистки следует выбирать с уче­том качества и характера источника водо­снабжения.

Использование подземных межплас­товых водоисточников для централизо­ванного водоснабжения имеет целый ряд преимуществ перед использовани­ем поверхностных источников. К важ­нейшим из них относятся: защищен­ность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и де­бита воды. Дебит_^^^о_о'бъем_аодь1, посту пающий-из-ие-точника-в-вдияи.цу вр^ме^^д/яаСу.м^/сутки-и-т-.д.).

Обычно подземные воды не нуждают­ся в осветлении,обесцвечивании и обез­зараживании. Схема водопровода на под­земных водах представлена на рисунке.

К числу недостатков использования подземных водоисточников для центра­лизованного водоснабжения относится-небольшой дебит воды, а значит приме­нять их можно в местностях со сравнительно неболь­шой численностью населения (малые и средние горо­да, поселки городского типа и сельские населенные пункты). Более 50 тыс. сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение, однако благоустройство сел затруднено в силу рассредото­ченное™ сельских поселений и малой их численнос­ти (до 200 человек). Чаще всего здесь используются различные виды колодцев (шахтные, трубчатые).

Примерная схема головных сооружений водопрово­да из подземных источников: 1 — трубчатый колодец;

2 — насосная станция первого подъема; 3 — резерву­ар; 4 — насосная станция второго подъема; 5 — водо­напорная башня; 6 — водонапорная сеть.

Место для колодцев выбирают на возвышеннос­ти, не менее 20-30 м от возможного источника загряз­нения (уборные, выгребные ямы и др.). При рытье колодца желательно дойти до второго водоносного горизонта.

Дно шахты колодца оставляют открытым, а основ­ные стенки укрепляют материалами, обеспечивающи­ми водонепроницаемость, т.е. бетонными кольцами или деревянным срубом без щелей. Стенки колодца должны возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м. Для устройства глиняного замка, препятствующего попаданию поверхностных вод в колодец, вокруг колодца выкапывают яму глубиной 2 м и шириной 0,7-1 м и наполняют ее хорошо утрам­бованной жирной глиной. Поверх глиняного замка делают подсыпку песком, мостят кирпичом или бето­ном с у клоном в сторону от колодца для стока поверх­ностных вод и пролива при ее заборе. Колодец необ­ходимо оборудовать крышкой и пользоваться толь­ко общественным ведром.

Лучший способ подъема воды — насосы.

Кроме шахтных колодцев, для добывания подзем­ных вод применяют разные типы трубчатых колодцев.

Преимущество таких колодцев в том, что они мо­гут быть любой глубины, стенки их изготовляются из водонепроницаемых металлических труб, по которым насосом поднимается вода. При расположении межпластовой воды на глубине больше 6-8 м ее добывают по­средством устройства скважин, оборудованных металли­ческими трубами и насосами, производительность кото­рых достигает 100 мУч и более.

Вода открытых водоемов подвержена загрязнениям, поэтому, с эпидемиологической точки зрения, все откры­тые водоисточники в большей или меньшей степени по­тенциально опасны. Кроме того, эта вода часто содержит гуминовые соединения, взвешенные вещества из различ­ных химических соединений, поэтому она нуждается в более тщательной очистке и обеззараживании.

Схема водопровода на поверхностном водоисточни­ке приведена на рисунке 1.

Головными сооружениями водопровода, питающего­ся водой из открытого водоема, являются: сооружения для забора и улучшения качества воды, резервуар для чис­той воды, насосное хозяйство и водонапорная башня. От нее отходит водовод и разводящая сеть трубопроводов, изготовленных из стали или имеющих антикоррозийные покрытия.

Итак, первый этап очистки воды открытого водоисточ­ника — это осветде1ние_и_обе.сцвечидаыйе. В природе это достигается путем длительного отстаивания. Но естествен­ный отстой протекает медленно и эффективность обесцве­чивания при этом невелика. Поэтому на водопроводных станциях часто применяют химическую обработку коагу­лянтами, ycкopяющyJQJэcaждeниeJззвeщeнa^ Про­цесс осветления и обесцвечивания, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала (на­пример, песок или измельченный антрацит). Применяют два вида фильтрования — медленное и скорое.

Медленное фильтрование воды проводят через спе­циальные фильтры, представляющие собой кирпичный или бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная воды отводится из фильтра. Поверх дренажа загружают под­держивающий слой щебня, гальки и гравия по крупности, постепенно уменьшающейся кверху, что не дает возмож­ности мелким частицам просыпаться в отверстия дрена­жа. Толщина поддерживающего слоя — 0,7 м. На под­держивающий слой загружают фильтрующий слой (1 м) с диаметром зерен 0,25-0,5 мм. Медленный фильтр хоро­шо очищает воду только после созревания, которое со­стоит в следующем: в верхнем слое песка происходят био­логические процессы — размножение микроорганизмов, гидробионтов, жгутиковых, затем их гибель, минерали­зация органических веществ и образование биологической пленки с очень мелкими порами, способными за­держивать даже самые мелкие частицы, яйца гельмин­тов и до 99% бактерий. Скорость фильтрации состав­ляет 0,1-0,3 м/ч._

Медленнодействующие фильтры применяют на малых водопроводах для водоснабжения сел и посел­ков городского типа. Раз в 30-60 дней поверхностный слой загрязненного песка снимают вместе с биологи­ческой пленкой.

Стремление ускорить осаждение взвешенных час­тиц, устранить цветность воды и ускорить процесс фильтрования привело к проведению предваритель­ного коагулирования воды. Для этого к воде добав­ляют коагулянты, т.е. вещества, образующие гидро­окиси с быстро оседающими хлопьями. В качестве ко­агулянтов применяют сернокислый алюминий — AIJSO^L; хлорное.желе.зо — FeCly сернокислое железо — FeSO^ и др. Хлопья коагулянта обладают огромной активной поверхностью и положительным электрическим зарядом, что позволяет им адсорби­ровать даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микроорганизмов и коллоидных гуминовых ве­ществ, которые увлекаются на дно отстойника осе­дающими хлопьями. Условия эффективности коагу­ляции — наличие бикарбонатов. На 1 г коагулянта добавляют 0,35 г Са(ОН)^. Размеры отстойников (го­ризонтальных или вертикальных) рассчитаны на 2-3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры с толщиной фильтрующего слоя пес­ка 0,8 м и диаметром песчинок 0,5-1 мм. Скорость фильтрации воды составляет 5-12 м/час. Эффектив­ность очистки воды: от микроорганизмов — на 70-98% и от яиц гельминтов — на 100%. Вода становит­ся прозрачной и бесцветной.

Очистку фильтра проводят путем подачи воды в об­ратном направлении со скоростью, в 5-6 раз превыша­ющей скорость фильтрования в течение 10-15 мин.

С целью интенсификации работы описанных со­оружений используют процесс коагуляции в зерни­стой загрузке скорых фильтров (контактная коагуля­ция). Такие сооружения называют контактными освет­лителями. Их применение не требует строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позво­ляет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз. Контакт­ный фильтр имеет трехслойную загрузку. Верхний слой — керамзит, полимерная крошка и др. (размер частиц — 2,3-3,3 мм).

Средний слой — антрацит, керамзит (размер час­тиц — 1,25-2,3 мм).

Нижний слой — кварцевый песок (размер частиц — 0,8-1,2 мм). Над поверхностью загрузки укрепля­ют систему перфорированных труб для введения рас­твора коагулянта. Скорость фильтрации до 20 м/час.

При любой схеме заключительным этапом обра­ботки воды на водопроводе из поверхностного источ­ника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйствен­но-питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансио­наты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов необходимы сооружения небольшой про­изводительности. Этим требованиям отвечают ком­пактные установки заводского изготовления "Струя" производительностью от 25 до 800 мУсутки.

В установке используют трубчатый отстойник и фильтр с зернистой загрузкой. Напорная конструкция всех элементов установки обеспечивает подачу исходной воды насосами первого подъема через от­стойник и фильтр непосредственно в водонапорную башню, а затем потребителю. Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песча­ный фильтр обеспечивает окончательное извлечение из воды взвешенных и коллоидных примесей.

Хлор для обеззараживания может вводиться либо перед отстойником, либо сразу в фильтрованную во­ду. Промывку установки проводят 1-2 раза в сутки в течение 5-10 мин обратным потоком воды. Продол­жительность обработки воды не превышает 40-60 мин, тогда как на водопроводной станции этот процесс составляет от 3 до 6 ч.

Эффективность очистки и обеззараживания воды на установке "Струя" достигает 99,9%.

Обеззараживание воды может быть проведено хи­мическими и физическими (безреагентными) методами.

К химическим методам обеззараживания воды относят хлорирование и озонирование. Задача обез­зараживания — уничтожение патогенных микроорга­низмов, т.е. обеспечение эпидемической безопаснос­ти воды.

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопро­водах. Произошло это в 1910г. Однако на первом эта­пе хлорирование воды проводили только при вспыш­ках водных эпидемий.

В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных про­филактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Этому спо­собствует доступность метода, его дешевизна и на­дежность обеззараживания, а также многовариант­ность, т.е. возможность обеззараживать воду на во­допроводных станциях, передвижных установках, в колодце/(при его загрязнении и ненадежности), на полевом стане, в бочке, ведре и во фляге.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содер­жащими хлор в активной форме, обладающей окис­лительным и бактерицидным действием.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гид­ролиз: ^ ^ H,0<t=>HOCI + НС1,

т.е. образуются соляная и хлорноватистая кисло­та. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бакте­рицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. Небольшие размеры мо­лекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболоч­ку бактериальной клетки и воздействовать на клеточ­ные ферменты (SH-группы), важные для обмена ве­ществ и процессов размножения клетки. Это под­тверждено при электронной микроскопии: выявлено повреждение оболочки клетки, нарушение ее прони­цаемости и уменьшение объема клетки.

На крупных водопроводах для хлорирования при­меняют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Исполь­зуют, как правило, метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности.

Имеет важное значение выбор дозы, обеспечиваю­щий надежное обеззараживание. При обеззаражива­нии воды хлор не только способствует гибели микро­организмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями. Все эти фор­мы связывания хлора объединяются в понятие "хлор-поглощаемость воды".

В соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода..." доза хлора должна быть такой, чтобыдосле обеаз.араживания в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л свободного^остАгоч.нрго хлора. Этот метод, нё"ухуд-шая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания.

Количество активного хлора в миллиграммах, не­обходимое дляобеззараживания 1 доводы, называют хлорп отр е бностыо.

Кроме правильного выбора дозы хлора, необхо­димым условием эффективного обеззараживания является хо{эс1шее-перемешивани&-воды, и достаточ­ное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 минут,"зймой не менее 1 часа.

Модификации хлорирования: двойное хлорирова­ние, хлорирование с аммонизацией, перехлорирова­ние и др.

Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: первый раз перед отстойниками, а второй — как обычно, после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечива­ние воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззаражи­вания.

Хлорирование с аммонизацией предусматрива­ет введение в обеззараживаемую воду раствора ам­миака, а через 0,5-2 минуты — хлора. При этом в воде образуются хлорамины — монохлорамины (NH^CI) и дихлорамины (NHCI^), которые также обладают бак­терицидным действием. Этот метод применяется для обеззараживания воды, содержащей фенолы, с це­лью предупреждения образования хлорфенолов. Даже в ничтожных концентрациях хлорфенолы при­дают воде аптечный запах и привкус. Хлорамины же, обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фонолами хлорфенолов. Скорость обеззараживания воды хлораминами меньше, чем при использовании хлора, поэтому продолжительность дезинфекции воды должна быть не меньше 2 ч, а ос­таточный хлор равен 0,8-1,2 мг/л.

Перехлорирование предусматривает добавле­ние к воде заведомо больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов:

бактерий, вирусов, риккетсий Бернета, цист, дизен­терийной амебы, туберкулеза и даже спор сибирской язвы. По завершении процесса обеззараживания в воде остается большой избыток хлора и возникает не­обходимость дехлорирования. С этой целью в воду добавляют гипосульфит натрия или фильтруют воду через слой активированного угля.

Перехлорирование применяется преимуществен­но в экспедициях и военных условиях.

К недостаткам метода хлорирования следует от­нести:

а) сложность транспортировки и хранения жид­кого хлора и его токсичность;

б) продолжительное время контакта воды с хло­ром и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами;

в) образование в воде хлорорганических соеди­нений и диоксинов, небезразличных для организма;

г) изменение органолептических свойств воды.

И тем не менее высокая эффективность делают метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания воды.

В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяющих химического состава воды, обратили внимание наозон. Впервые эксперименты с определе­нием бактерицидных свойств озона были проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Пе­тербурге.

В настоящее время метод озонирования воды яв­ляется одним из самых перспективных и уже находит применение во многих странах мира — Франции, США т.д. У нас озонируют воду в Москве, Ярославле, Челябинске, на Украине (Киев, Днепропетровск, За­порожье и др.).

Озон (О.) — газ бледно-фиолетового цвета с ха­рактерным запахом. Молекула озона легко отщепля­ет атом кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются ко-роткоживущие свободные радикалы НО^ и ОН. Ато­марный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окислителями, обусловливают бактерицид­ные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в про­цессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов.

Озон получают непосредственно на водопровод­ных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Установка для озонирования воды объеди­няет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой. Косвенным показателем эффективности озонирова­ния является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззара­живании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединении, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контак­та (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным простейшим — дизентерийной амебе, лямблиям и др.

Широкое внедрение озонирования в практику обеззараживания воды сдерживается высокой энер­гоемкостью процесса получения озона и несовершен­ством аппаратуры.

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривалось как средство для обеззараживания преимущественно индивиду­альных запасов воды. Серебро обладает выражен­ным бактериостатическим действием. Даже при введении в воду незначительного количества ионов микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Концентрации серебра, способные вы­звать гибель большинства микроорганизмов, при дли­тельном употреблении воды токсичны для человека. Поэтому серебро в основном применяется для кон­сервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т.д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содер­жащие хлор.Аквасепт — таблетки, содержащие 4 мг активного хлора мононатриевой соли дихлори-зоциануровой кислоты. Растворяется в в оде в тече­ние 2-3 мин, подкисляет воду и тем самым улучшает процесс обеззараживания.

Пантоцид — препарат из группы органических хлораминов, растворимость — 15-30 мин, выделяет 3 мг активного хлора.

К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами и др.

Преимущество физических методов обеззаражи­вания перед химическими состоит в том, что они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой сто­имости и необходимости тщательной предваритель­ной подготовки воды в водопроводных конструкциях применяется только ультрафиолетовое облучение, а при местном водоснабжении — кипячение.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицид­ным действием. Это было установлено еще в конце про­шлого векаА.Н. Маклановым. Максимально эффекти­вен участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 275 нм. Максимум бактерицидного дей­ствия приходится на лучи с длиной волны 260 нм. Ме­ханизм бактерицидного действия УФ-облучения в на­стоящее время объясняют разрывом связей в энзим-ных системах бактериальной клетки, вызывающим на­рушение микроструктуры и метаболизма клетки, при­водящим к ее гибели. Динамика отмирания микрофло­ры зависит от дозы и исходного содержания микро­организмов. На эффективность обеззараживания ока­зывают влияние степень мутности, цветности воды и ее солевой состав. Необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды УФ-лучами являет­ся ее предварительное осветление и обесцвечивание.

Преимущества ультрафиолетового облучения в том, что УФ-лучи не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия: уничтожают вирусы, спо­ры бацилл и яйца гельминтов.

Ультразвук применяют для обеззараживания быто­вых сточных вод, т.к. он эффективен в отношении всех видов микроорганизмов, в том числе и спор бацилл. Его эффективность не зависит от мутности и его примене­ние не приводит к пенообразованию, которое часто имеет место при обеззараживании бытовых стоков.

Гамма-излучение очень эффективный метод. Эффект мгновенный. Уничтожение всех видов микро­организмов, однако в практике водопроводов пока не находит применения.

Кипячение является простым и надежным мето­дом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 80° С уже через 20-40 с, поэтому в мо­мент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5-минутном кипячении есть полная гарантия безопасности, даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл.

Тару, в которой хранится кипяченая вода, необ­ходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное раз­множение микроорганизмов.