Методические рекомендации

К проведению практического занятия по теме: «Методы улучшения качества воды»

1. Конечная цель занятия: Уметь давать санитарно-гигиеническую оценку качества воды источников водоснабжения и разрабатывать мероприятия для ее улучшения; уметь давать оценку эффективности проведенных мероприятий по улучшению качества воды.

2. Этапы достижения цели:

1. Гигиеническая оценка методов кондиционирования воды

2. Гигиеническая оценка качества воды источников (поверхностных и подземных) при централизованном водоснабжении

3. Контроль эффективности мероприятий по улучшению качества воды

III. График проведения занятия:

1. Организация занятия 3 мин

2. Контроль исходного уровня знаний 7 мин

3. Коррекция исходного уровня знаний, разбор трудноусвояемых вопросов 8 мин

4. Первый этап достижения цели 22 мин

5. Второй этап достижения цели 20 мин

6. Третий этап достижения цели 20 мин

7. Контроль достижения цели 10 мин

IV. Материальное обеспечение занятия:

1. Набор тестов

2. Учебные таблицы:

а. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»

б. СанПиН 2.1.4.1175-02 «Требования к качеству воды при децентрализованном водоснабжении. Санитарная охрана водоисточников»

в. ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»

г. Методы улучшения качества воды

д. Фильтрация и отстаивание воды

е. Хлорирование воды

3. Электрифицированный стенд «Схема водопровода из поверхностного водоисточника»

1. Во вступительном слове преподаватель обращает внимание студентов на то, что в последние годы возникают серьезные проблемы в организации водоснабжения в связи с дефицитом доброкачественной питьевой воды. В условиях ограничения источников водоснабжения, с 1986 года в нашей стране введен в действие ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения», согласно которому по показателям качества воды подземные и поверхностные источники разделяют на 3 класса. В Соответствии с классом качества воды для каждого конкретного водоисточника устанавливаются схемы очистки воды и требуемые для этого реагенты. При наличии нескольких источников с учетом их санитарной надежности водоисточники выбирают в следующем порядке:

1. межпластовые напорные воды

2. межпластовые безнапорные воды

3. грунтовые воды

4. поверхностные воды (реки, озера, водохранилища).

Из имеющихся источников водоснабжения выбирают лишь те, для которых возможна организация зоны санитарной охраны (ЗСО) и соблюдение соответствующего режима в пределах ее поясов.

Таким образом, в настоящее время различают три типа требований к качеству воды:

I тип - к качеству водопроводной питьевой воды при централизованном водоснабжении (СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая»)

II тип - к качеству питьевой воды местных источников водоснабжения (СанПиН 2.1.4.1175-02)

III тип - к качеству воды водоисточников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. (ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»).

2. Контроль исходного уровня знаний студентов.

Проводится с помощью 15 вариантов тестов, каждый из которых содержит 15 существенных операций.

3. Коррекция исходного уровня знаний.

С целью коррекции исходного уровня знаний преподаватель в зависимости от результатов контроля проводит разбор вопросов, оказавшихся трудными для усвоения студентами. Фронтально повторяются вопросы о ЗСО, ее назначении, поясах охраны и размерах.

4. Первый лап достижения цели

Первый этап достижения цели реализуется путем проведения лабораторной работы с предварительным обсуждением следующих вопросов:

1. Гигиеническая характеристика методов улучшения качества воды.

Методы:

1. Основные

а. осветление и обесцвечивание

б. обеззараживание 2. специальные

2. Схемы осветления и обесцвечивания воды

1. Схема:

а. Отстаивание

б. Медленная фильтрация

Для отстаивания вода пребывает в отстойнике 4-8 часов, за это время осаждаются преимущественно грубодисперсные взвеси, а затем вода подается на медленные фильтры. Все фильтры представляют собой железобетонные резервуары с двойным дном: нижним сплошным и верхним дырчатым. На верхнее дно укладывают слой щебня и гравия, затем собственно фильтрующий слой песка. Через медленный фильтр пропускают воду со скоростью 0,1-0,3 м/час. Медленные фильтры хорошо очищают воду только после «созревания». На поверхности песка образуется так называемая биологическая пленка из задержанной взвеси, водяного планктона, личинок, яиц гельминтов, бактерий. Очистка медленных фильтров производится путем удаления в ручную 2-3 см верхнего наиболее загрязненного слоя песка.

Достоинства медленных фильтров:

1. Плавная фильтрация, близкая к естественной

2. отсутствие коагуляции

3. Высокий процент (99,9%) задержки бактерий

4. простота устройства и эксплуатации Недостатки:

1. Большой объем сооружений

2. Малая производительность (за 1 час пропускают слой воды 10 см)

2. Схема:

1. Коагуляция

2. Отстаивание

3. Быстрая фильтрация

Сущность процесса коагуляции состоит в том, что вещества, находящиеся вводе в коллоидном состоянии (гидрозоли), свертываются, образуют хлопья и выпадают в осадок (гидрогели) при соединении с коагулянтом. Коагулянт - химический реагент, который: 1) имеет заряд, противоположный заряду коллоидных частиц, находящихся в воде; 2) сам образует коллоидный раствор, быстро коагулирующий с образованием хлопьев, выпадающих в осадок.

Благодаря действию коагулянта нейтрализуется заряд коллоидных частиц воды, они перестают взаимно отталкиваться, кинетическое равновесие коллоидного раствора нарушается, частицы теряют способность к диффузии, агломерируются (объединяются) и выпадают в осадок. Хлопья же самого коагулянта адсорбируют коллоидные и мелковзвешенные частицы и, кроме того, опускаясь на дно, механически увлекают за собой более крупную взвесь.

В качестве коагулянта наиболее широко на водопроводах применяют сульфат алюминия (сернокислый глинозем) - A1₂(S0₄)3* 18Н₂0. Процесс коагуляции в этом случае состоит в том, что раствор глинозема при прибавлении к воде вступает в реакцию с двууглекислыми солями кальция и магния (бикарбонатами) и образует с ними гидрат окиси алюминия в виде студенистых, хлопьевидных сгустков. Которые оседают на дно и увлекают за собой муть и частично бактерии.

Реакция протекает по уравнению:

A1₂(S0₄)₃ + ЗСа(НС0₃)₂ = 2А1(ОН)₃ + 3CaS0₄ + 6С0₂

Для качественной коагуляции воды необходимо выбрать дозу коагулянта, так как при недостаточном его количестве образуется мало хлопьев и не получится хорошего осветления воды; при избытке же его, последний остается неразложенным и вода приобретает кислый вкус.

Потребная доза коагулянта зависит главным образом от степени бикарбонатной (устранимой) жесткости воды: чем больше в воде бикарбонатов кальция и магния, тем больше требуется сернокислого -алюминия.

Кроме сульфата алюминия на водопроводах получили распространение сернокислое железо и хлорное железо. Эти реагенты особенно пригодны для удаления мути и окраски растительного происхождения, а также для коагуляции воды при низкой температуре (зимнее время).

Сернокислое железо (железный купорос) FeS0₄*7H₂0 вводят вводу вместе с хлорной известью. Содержащийся в извести активный хлор как окислитель переводит находящееся в железном купоросе закисное двухвалентное железо в окисное трехвалентное, могущее образовать хлопья гидрата окиси железа:

6FeS0₄ + ЗСl₂ = 2Fe₂(S0₄)₃ + 2FeCl₃

Fe₂(S0₄)₃ + 3Ca(HC0₃)₂ = 2Fe(OH)₃ + 3CaS0₄ + 6С0₂

2FeCl₃ + 3Ca(HC0₃)₂ - 2Fe(OH)₃ + 3CaCl₂ + 6C0₂

Для полного перевода закисного железа в окисное необходимо вводить хлора в 8 раз меньше, чем железного купороса. Применение хлора при этом методе коагуляции позволяет одновременно провести и обеззараживание воды. Для этой цели хлор вносят не только для реакции с сернокислым железом, но и добавочно для обеззараживания (количество зависит от способа хлорирования).

После коагулирования и отстаивания вода подается на быстрые фильтры. На быстрых фильтрах очищенную воду напускают снизу и отчасти сверху. Вместо биологической пленки медленных фильтров здесь после промывки в несколько минут образуется пленка из мелких хлопьев коагулянта, не осевших в отстойнике.

Достоинства быстрых фильтров:

1. Производительность в 50 раз больше, чем медленных (за час пропускают столб воды 5-6м)

1. Уменьшается площадь, объем и стоимость сооружений.

2. Механическая очистка фильтров.

Недостатки:

1. Быстро засоряются и требуют очистки 1 -2 раза в сутки

2. Эффективность фильтров по задержанию бактерий лишь 95%

3. Требуют предварительной коагуляции воды

Методы обеззараживания воды

1. Физические

а. Кипячение

б. Ультрафиолетовое облучение воды

в. Использование ультразвука и волн ультравысокой частоты (УВЧ)

г. у-излучение

2. Механические

а. Фильтрование

3. Химические

а. Хлорирование и гиперхлорирование

б. Озонирование

в. Олигодинамическое действие серебра и других тяжелых металлов

г. В ряде случаев для обеззараживания небольших количеств воды могут быть использованы йод, перекись водорода, перманганат калия.

Подробно необходимо остановиться на вопросе хлорирования воды. Хлорирование воды

Основными способами хлорирования воды являются:

а. Хлорирование нормальными дозами

б. Хлорирование повышенными дозами (гиперхлорирование)

в. Хлорирование с добавлением различных веществ. Для хлорирования воды применяют хлорную известь, которая представляет смесь гашеной извести, хлористого кальция и хлорноватистого кальция - гипохлорита кальция. Гипохлорит кальция является активной частью хлорной извести. При контакте с водой из него выделяется хлорноватистая кислота, от которой зависят окисляющие свойства хлорной извести.

Са(ОН)₂ + 2Н₂О <=> Са(ОН)₂ + НОСl +НС1

НОС1 <=> Н⁺ + (ОС1)^-

В настоящее время предполагают, что бактерицидный эффект осуществляется за счет как гипохлоритного иона (ОН)^-, так и за счет молекулярного хлора хлорноватистой кислоты. Обеззараживающий эффект хлора основан на его способности окислять бактерии, органические и минеральные вещества.

а. Хлорирование нормальными дозами.

Сущность метода заключается в выборе такой рабочей дозы активного хлора, которая после 30 минутного контакта с водой обеспечивала бы наличие 0,3 -0,5 мг/л активного остаточного хлора в воде. Преимуществами метода является малый расход хлора или хлорсодержащих препаратов (экономическая рентабельность) и относительно небольшое влияние их на органолептические свойства воды, вследствие чего вода может употребляться без последующей обработки (дехлорирования).

Недостатками метода является сложность выбора рабочей дозы хлора и возможность появления в хлорированной воде хлорфенольного запаха.

Хлорирование воды нормальными дозами проводится перед фильтрацией (и коагуляцией) воды и после фильтрации. На городских водопроводах чаще применяют хлорирование после фильтрации. Но иногда вносят некоторые количества хлора до обработки, а затем еще и после с таким расчетом, чтобы вода, пройдя насосы второго подъема, содержала не менее 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора.

б. Хлорирование воды большими дозами (гиперхлорирование). Применяется главным образом в военно-полевой практике, когда ограничен выбор водоисточников и иногда приходится использовать воду низкого качества. Сущность метода заключается в том, что в воду вносится повышенное количество активного хлора в расчете на последующее дехлорирование. Доза активного хлора выбирается в зависимости от физических свойств воды (мутность, цветность), характера и степени благоустройства водоисточника и от эпидемиологической обстановки. В большинстве случаев она равняется 10-30 мг/л.

Преимущества метода гиперхлорирования:

1. надежный эффект обеззараживания даже мутных и окрашенных вод, а также вод, содержащих аммиак

2. сокращение времени обеззараживания воды до 10-15 минут

3. упрощение техники хлорирования (не нужно определять хлорпотребность воды)

4. устранение посторонних привкусов и запахов, особенно, обусловленных присутствием сероводорода, а также разлагающихся веществ растительного и животного происхождения

5. отсутствие в воде хлорфенольного запаха, при наличии фенолов, так как при этом образуются не моно-, а полихлорфенолы

6. разрушение некоторых отравляющих веществ и токсинов

7. уничтожение споровых форм патогенных микроорганизмов при длительном контакте (до 2 часов) и при дозе 100-150 мг/л и выше активного хлора;

8. значительное улучшение условий течения коагуляции

К недостаткам метода следует отнести необходимость дополнительной обработки воды - дехлорирования и повышенный расход хлора или его препаратов, что, однако, имеет значение лишь при обработке больших масс воды на крупных водопроводных станциях. Кроме того необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с концентрированными растворами хлорной извести.

Лабораторный контроль за обеззараживанием воды хлорированием При санитарном надзоре за хлорированием воды необходимо контролировать:

1. Содержание активного хлора в хлорной извести или других хлорсодержащих препаратах

2. Правильность дозировки хлора при обеззараживании воды (хлорпотребность)

3. Эффективность хлорирования, о чем судят по наличию остаточного хлора в воде и результатам бактериологического анализа ее.

4. Определение процентного содержания активного хлора.

1 г хлорной извести растирают в ступке с небольшим количеством дистиллированной воды и выливают в мерную колбу вместимостью 100 мл. Ступку и пестик омывают несколько раз дистиллированной водой, которую сливают в ту же колбу, и доводят объем до 100 мл, затем отстаивают.

В чистую колбу вливают 5 мл приготовленного осветленного раствора хлорной извести, добавляют 5 мл разбавленной соляной кислоты (1:3), 5 мл 5% раствора КЛ и титруют 0,01 Н раствором тиосульфата натрия до появления светло-желтого окрашивания. Затем добавляют 1мл 1% раствора крахмала и титруют до исчезновения синей окраски.

Расчет производят из положения, что 1 мл 0,01 Н раствора гипосульфита натрия эквивалентен (соответствует) - 0,355 мг хлора. Пример: на титрование 5 мл 1% раствора хлорной извести пошло 34,2 мл

Na₂S₂0₃

Решение: 0,355*34,2=12,14 мг С1 содержится в 5 мл 1% раствора хлорной

извести, а в 1 мл 1% раствора хлорной извести содержится 2, 428 мг С1

Так как исходный раствор хлорной извести имеет концентрацию 1%, то в

1 мл 1% раствора хлорной извести содержится 10 мг сухой хлорной

извести, следовательно в

10 мг сухой хлорной извести - 2,428 мг С1

100 мг сухой хлорной извести - X мг С1

Х=( 100*2,428)10-24,28 мг

Активность хлора в хлорной извести, взятой для обработки воды

составляет 24,28%. Преподаватель должен обратить внимание студентов,

что активность хлора в хлорной извести, используемой для обработки

воды, проведения дезинфекционных мероприятий должна быть не менее 25%.

6. Выбор потребной дозы хлорной извести

Хлорпотребность воды - количество мг активного хлора, необходимое для обеззараживания 1 л воды.

Хлор идет на окисление бактерий, органических и минеральных веществ, часть его поглощается взвешенными веществами. Все эти формы связывания называются хлорпоглощаемостью воды.

При этом при обеззараживании воды к ней добавляют такое количество хлора, чтобы после его связывания вода содержала 0,3-0,5 мг/л свободного хлора. Эта величина называется остаточным хлором и является показателем надежности проведенного хлорирования. 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора не ухудшают вкуса воды и не вредят здоровью, однако, свидетельствуют о полноте дезинфекции воды. При добавлении к воде количества хлора, превышающего хлорпоглощаемость более, чем на 0,5 мг/л, вода становится непригодной для питья, приобретает специфический вкус и запах.

Следовательно, хлорпотребность равняется сумме величин хлорпоглощаемости и остаточного хлора.

Хлорпотребность воды определяется путем опытного хлорирования ее.

В 3 стакана наливают по 200 мл исследуемой воды и добавляют пипеткой 1% раствор хлорной извести: 1 стакан - 1 капля, 2 стакан - 2 капли, 3 стакан - 3 капли.

Оставляют на 30 минут и добавляют в каждый стакан 1 мл НС1, 1 мл 5% йодида калия и 1 мл 1% раствора крахмала. Берем тот стакан, где вода приобрела наиболее быструю и интенсивную синюю окраску.

Пример: наиболее быстро и интенсивно окрасилась вода во 2 стакане.

Так как в него было внесено 2 капли 1% раствора хлорной извести, что соответствует 0,1 мл, следовательно, на 1 л воды пойдет 0,5 мл 1% раствора хлорной извести, что соответствует 1,214 мг активного хлора или 5 мг сухой хлорной извести.

7. Специальные методы обработки воды Дезодорация

Дегазация (обезвреживание)

Опреснение

Фторирование и обесфторивание

Обезжелезивание

Умягчение

Дезактивация