Гончарук Е.И. Коммунальная гигиена 2006

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ние года. Вводить серебро можно непосредственно, путем обеспечения конта­ кта воды с поверхностью самого металла, а также растворяя соли серебра в во­ де электролитическим способом. Л.А. Кульский разработал ионаторы ЛК-27, ЛК-28, в которых предусматривается анодное растворение серебра электриче­ ским постоянным током.

Механизм действия химических дезинфектантов на микроорганизмы.

Начальной стадией действия любого дезинфектанта на бактериальную клетку является его сорбция на клеточной поверхности (О.С. Савлук, 1998). После диффузии дезинфектантов сквозь клеточную стенку мишенями их действия становятся цитоплазматическая мембрана, нуклеоид, цитоплазма, рибосомы, мезосомы. Следующий этап — деградация макромолекулярных, в том числе белковых, структур бактериальной клетки в результате инактивации высокореактивноспособных функциональных групп (сульфгидрильных, аминных, фенольных, индольных, тиоэтиловых, фосфатных, кетогрупп, эндоциклических атомов азота и пр.). Наиболее чувствительными являются ферменты, содержа­ щие SH-группы, т. е. тиоловые ферменты. Среди них наиболее сильно угнета­ ются дегидрогеназы, которые обеспечивают дыхание бактерий и локализова­ ны преимущественно в мезосомах.

Среди органелл бактериальной клетки одной из наиболее повреждаемых химическими дезинфектантами является цитоплазматическая мембрана. Это обусловлено ее легкой доступностью для окислителя (сравнительно с другими органеллами) и наличием большого количества активных групп (в том числе сульфгидрильных), которые легко инактивируются. Поэтому для повреждения цитоплазматической мембраны необходимы сравнительно незначительные ко­ личества дезинфектантов. Ввиду важности функций цитоплазматической мемб­ раны для жизнедеятельности бактериальной клетки, ее повреждение является чрезвычайно опасным.

Нуклеоид, основную часть которого представляет молекула ДНК, несмотря на наличие реактивноспособных групп, которые потенциально способны взаи­ модействовать с дезинфектантами, малодоступен для их молекул и ионов. Это вызвано, во-первых, трудностями транспорта дезинфектанта из водного раст­ вора в нуклеоид через внешнюю и цитоплазматическую мембраны бактериа­ льной клетки, а отсюда —- с непродуктивными потерями обеззараживающих агентов. Во-вторых, наличие первичной гидратной оболочки на поверхности ДНК становится препятствием для некоторых дезинфектантов. В частности, эта гидратная оболочка непроницаема для катионов.

Значительное количество дезинфектанта необходимо для инактивации ри­ босом и полисом, которые содержат рРНК, что обусловлено их высокой кон­ центрацией в бактериальной клетке (по сравнению с ДНК).

Химические дезинфектанты должны иметь максимально широкий спектр бактерицидного действия и минимальную токсичность для организма. С уче­ том механизма взаимодействия с бактериальными клетками химические дезин­ фектанты разделены на две группы:

1. Вещества, которые поражают клеточные структуры за счет хими­ ко-физического воздействия, т. е. вещества полярной структуры, которые со-

181

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

держат липофильные и гидрофильные группы (спирты, фенолы, крезолы, де­ тергенты, полипептидные антибиотики). Растворяют фрагменты клеточных структур — мембран, нарушая их целость и соответственно функции. Обладая широким спектром бактерицидного действия благодаря сходству строения клеточных мембран у разнообразных прокариотов, этот класс дезинфектантов эффективен лишь в высоких концентрациях — от 1 до 10 М.

2. Вещества, поражающие клеточные структуры за счет химического взаимодействия. Их можно разделить на 2 подкласса: 1 ) вещества, которые только тормозят рост бактерий; 2) вещества, вызывающие их гибель. Грань ме­ жду ними достаточно условна и в большой степени определяется концентра­ цией. К дезинфектантам, которые вызывают гибель клеток, принадлежат поч­ ти все тяжелые металлы, образующие с сульфгидрильными группами тяжело диссоциируемые комплексы, а также циан-анионы, которые образуют тяжело диссоциируемые комплексы с железом, чем блокируют функцию терминально­ го дыхательного фермента цитохромоксидазы. Дезинфектанты, которые тормо­ зят рост бактерий, при взаимодействии с функциональными группами клеточ­ ных соединений или приводят к их превращению (обратимому в определенных условиях) в другие группы, или ингибируют их вследствие структурного подо­ бия дезинфектантов с нормальными клеточными метаболитами.

Эффективность действия химических дезинфектантов зависит и от возмож­ ностей их транспорта через клеточные структуры к мишени в клетке. У грациликутных (грамотрицательных) и фирмакутных (грамположительных) бакте­ рий оболочки имеют разное строение, причем основное отличие состоит в том, что грациликутные бактерии имеют дополнительную внешнюю прослойку, состоящую из фосфолипидов, липопротеинов и белков. И двух-, и трехслойная структуры оболочки обеспечивают высокую селективность проникновения из­ вне в клетку чужеродных веществ.

Кроме транспортных ограничений, на эффективность химических дезин­ фектантов может влиять электролитный состав обеззараживаемой воды. На­ пример, при использовании для дезинфекции катионов тяжелых металлов на­ личие некоторых анионов (С1~, Вг", I", SO^~, PO J" и пр.) и щелочная среда, мо­ жет привести к образованию тяжелорастворимых плохо диссоциируемых со­ единений.

Взаимодействие дезинфектантов с метаболитами клетки и химическими соединениями, которые содержатся в ней, также может привести к измене­ нию физико-химических свойств дезинфектанта. Так, по данным Л.А. Кульского (1988), внутриклеточная жидкость содержит почти 3 мг-экв/л анионов, до 100 мг-экв/л HPOj" и почти 20 мг-экв/л SOj", чего вполне достаточно для превращения многих дезинфектантов, например катионов тяжелых металлов, в малодиссоциированные соединения.

Механизм бактерицидного действия позволяет объяснить синергические эффекты, которые наблюдаются экспериментально при обеззараживании воды комбинациями химических дезинфектантов или путем физического влияния и действия химического дезинфектанта. С позиции рассмотренного механиз­ ма, действием одного из комбинации дезинфектантов нейтрализуется система

182

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

"жертвенной защиты" бактериальной клетки, после чего другой дезинфектант получает практически беспрепятственный доступ к основным мишеням и, взаи­ модействуя с ними, инактивирует клетку. Так, оптимальными бактерицидны­ ми свойствами должны обладать комбинации химических дезинфектантов, в которых один способен необратимо связывать сульфгидрильные группы бел­ ков оболочки, а другой, имеющий высокоселективные транспортные свойства, быстро диффундирует в цитоплазму клетки и, взаимодействуя с ДНК и РНК, инактивирует бактериальную клетку.Такими высокоэффективными комбина­ циями дезинфектантов являются системы С12 : Н2 02 , С12 : 03 , С12 : Ag+, I2 : Ag+ и т. п. При сочетании физического влияния и действия химического дезинфектанта в результате физического воздействия на оболочку бактериальной клетки происходит дезорганизация или частичное разрушение ее структуры. Это способствует более легкой транспортировке химического дезинфектанта к мишеням клетки и ее дальнейшей инактивации. Применение комбинаций дезинфектантов очень эффективно в отношении инактивации бактериальных клеток-мутантов, которые находятся в клеточных популяциях в количестве

ю-4—ю-".

Рассмотренный механизм бактерицидного действия химических дезинфе­ ктантов позволяет объяснить закономерности инактивации вирусов и бактери­ офагов. В частности, повышенная резистентность к химическим дезинфектантам бактериофагов по сравнению с бактериальными клетками объясняется их пребыванием в цитоплазме бактерии и таким образом низкой доступностью для большинства химических дезинфектантов. Инактивация химическими дезинфектантами вирусов и бактериофагов вне бактериальной клетки, возмож­ но, осуществляется благодаря денатурации белковых оболочек вируса и взаи­ модействия с его ферментными системами, расположенными под белковыми оболочками.

Обеззараживание воды ультрафиолетовым (УФ) облучением. Обезза­ раживание воды УФ-лучами относится к физическим (безреагентным) методам. Безреагентные методы имеют ряд преимуществ, при их применении не изме­ няется состав и свойства воды, не появляются неприятные привкусы и запахи, отпадает необходимость в транспортировке и хранении реагентов.

Бактерицидное действие оказывают участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 295 нм. Максимум бактерицидного действия при­ ходится на 260 нм. Такие лучи проникают через 25-сантиметровый слой про­ зрачной и бесцветной воды. Обеззараживается вода УФ-лучами достаточно быстро. После 1—2 мин облучения гибнут вегетативные формы патогенных микроорганизмов. Мутность и особенно цветность, окраска и соли железа, сни­ жая проницаемость воды для бактерицидных УФ-лучей, замедляют этот про­ цесс. То есть предпосылкой надежного обеззараживания воды УФ-лучами яв­ ляется предварительное ее осветление и обесцвечивание.

Обеззараживают УФ-облучением с помощью бактерицидных ламп преи­ мущественно воды подземных водоисточников, коли-индекс которых не бо­ лее 1000 КОЕ/л, содержание железа — не более 0,3 мг/л. Бактерицидные уста­ новки оборудуют на всасывающих и напорных линиях насосов II подъема в

183

Рис. 26. Установка для обеззараживания воды УФ-лучами (OB AKX-1):

а — разрез; б — схема движения воды по камере; 1 — смотровое окно; 2 — корпус; 3 — перегородки; 4 — подача воды; 5 — ртутно-кварцевая лампа ПРК-7; 6 — кварцевый чехол

отдельных зданиях или помещениях. Если продуктивность водопроводной станции до 30 м3/ч, применяют установки с непогружным источником облуче­ ния в виде аргонно-ртутных ламп низкого давления. Если продуктивность ста­ нции составляет 30—150 м3/ч, то применяют установки с погружными ртут- но-кварцевыми лампами высокого давления (рис. 26).

При использовании аргонно-ртутных ламп низкого давления в воде не об­ разуются токсические побочные продукты, тогда как под действием ртутнокварцевых ламп высокого давления химический состав воды может изменять­ ся за счет фотохимических превращений растворенных в воде веществ.

Обеззараживающий эффект бактерицидных УФ-лучей обусловлен преиму­ щественно фотохимическими реакциями, вследствие чего возникают необра­ тимые повреждения ДНК бактериальной клетки. Кроме ДНК, УФ-лучи повреж­ дают и другие структурные части клетки, в частности рРНК, клеточные мемб­ раны. Выход бактерицидной энергии составляет 11% при оптимальной длине большей части излучаемых волн.

Таким образом, бактерицидные лучи не денатурируют воду и не изменяют ее органолептических свойств, а также имеют более широкий спектр абиоти­ ческого действия — они губительно влияют на споры, вирусы и яйца гельмин­ тов, устойчивые к хлору. В то же время использование этого метода обеззара­ живания воды усложняет оперативный контроль эффективности, так как резу­ льтаты определения микробного числа и коли-индекса воды можно получить

184

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

только через 24 ч инкубации посевов, а экспрессного метода, который подобен определению остаточного свободного или связанного хлора или остаточного озона, в данном случае не существует.

Обеззараживание воды ультразвуком. Бактерицидное действие ультра­ звука объясняется главным образом механическим разрушением бактерий в ультразвуковом поле. Данные электронной микроскопии свидетельствуют о разрушении клеточной оболочки бактерий. Бактерицидный эффект ультразву­ ка не зависит от мутности (в пределах до 50 мг/л) и цветности воды. Он расп­ ространяется как на вегетативные, так и на споровые формы микроорганизмов и зависит лишь от интенсивности колебаний.

Ультразвуковые колебания, которые могут быть использованы для обезза­ раживания воды, получают пьезоэлектрическим или магнитострикционным путем. Чтобы получить воду, отвечающую требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством", интенсивность ультразвука должна составлять около 2 Вт/см2, частота колебаний — 48 кГц в 1 с. Ультразвук частотой 20—30 кГц уничтожает бактерии за 2—5 с.

Термическое обеззараживание воды. Метод используют для обеззара­ живания небольшого количества воды в санаториях, больницах, на пароходах, поездах и пр. Полное обеззараживание воды и гибель патогенных бактерий до­ стигается через 5—10 мин кипячения воды. Для этого типа обеззараживания используют специальные типы кипятильников.

Обеззараживание рентгеновским излучением. Метод предусматривает облучение воды коротковолновым рентгеновским излучением длиной волны 60—100 нм. Коротковолновое излучение глубоко проникает в бактериальные клетки, обусловливает их значительные изменения и ионизацию. Метод изу­ чен недостаточно.

Обеззараживание вакуумированием. Метод предусматривает инактива­ цию бактерий и вирусов при пониженном давлении. Полный бактерицидный эффект достигается в течение 15—20 мин. Оптимальный режим обработки — при температуре 20—60 °С и давлении 2,2—13,3 кПа.

Другие физические методы обеззараживания, такие как обработка у-облу- чением, высоковольтными разрядами, электрическими разрядами малой мощ­ ности, переменным электрическим током, используют ограничено вследствие их высокой энергоемкости, сложности аппаратуры, а также из-за их недоста­ точной изученности и отсутствия информации о возможности образования вредных побочных соединений. Большинство из них сегодня находятся на ста­ дии научных разработок.

Обеззараживание воды в полевых условиях. Система водоснабжения в полевых условиях должна гарантировать получение качественной питьевой воды, не содержащей возбудителей инфекционных болезней. Из технических средств, пригодных для улучшения качества воды в полевых условиях, особого внимания заслуживают тканево-угольные фильтры (ТУФ): портативные, транс­ портабельные, простые и высокопродуктивные.

ТУФ конструкции М.Н. Клюканова предназначены для временного ис­ пользования (водоснабжения в полевых условиях, сельской местности, на

185

хлорита кальция) в дозах 150 и 50 мг/л соответственно. В этом случае на коагу­ ляцию не влияет щелочность воды:

а) с хлорной известью —

A12(S04)3 + 6СаОС12 + 6Н2 0 ->

-> 2А1(ОН)3 + 3CaS04 + ЗСаС12 + 6HOCI; б) с ДТСГК —

A12(S04)3 + ЗСа(ОС1)2 • 2Са(ОН)2 + 2Н2 0 -> ->2А1(ОН)3 + 3CaS04 + 2Са(ОС1)2 + 2НОС1.

Обычно коагуляция происходит по реакции алюминия сульфата с гидро­ карбонатами воды, которых должно быть не менее 2 мг-экв/л. В других слу­ чаях воду необходимо подщелачивать.

Через 15 мин после обработки приведенными выше реактивами отстоян­ ную воду фильтруют через ТУФ. В очищенной воде определяют остаточный хлор и органолептические свойства.

Водопроводная сеть и сооружения на ней. Водопроводная сеть (рас­ пределительная система водопровода) представляет собой подземную систему труб, по которым вода под давлением (не менее 2,5—4 атм при пятиэтажной застройке), создаваемым насосной станцией II подъема, подается в населен­ ный пункт и разводится на его территории. Она состоит из основных водово­ дов, по которым вода с водопроводной станции поступает в населенный пункт, и разветвленной сети труб, по которым вода подводится к водонапорным резервуарам, внешним водозаборным сооружениям (уличным колонкам, по­ жарным гидрантам), жилым и общественным зданиям. При этом основной во­ довод разветвляется на несколько магистральных, которые в свою очередь раз­ ветвляются на уличные, дворовые и домовые. Последние соединяются с систе­ мой труб внутреннего водопровода жилых и общественных зданий.

186

Рис. 28. Схема водопроводной сети:

А — тупиковая схема; Б — кольцевая схема; а — насосная станция; б — водопровод; в — водона­ порная башня; г — заселенные кварталы; д — разводящая сеть

По конфигурации водопроводная сеть может быть: 1) кольцевой; 2) тупи­ ковой; 3) смешанной (рис. 28). Тупиковая сеть состоит из отдельных глухих линий, в которые вода поступает с одной стороны. При повреждении такой се­ ти на каком-либо участке прекращается подача воды всем потребителям, кото­ рые подключены к линии, расположенной за точкой повреждения в направле­ нии движения воды. В тупиковых концах распределительной сети вода может застаиваться, может появляться осадок, который служит благоприятной сре­ дой для размножения микроорганизмов. Тупиковую водопроводную сеть как исключение оборудуют на небольших поселковых и сельских водопроводах.

Наилучшей с гигиенической точки зрения является замкнутая водопро­ водная сеть, которая состоит из системы смежных замкнутых контуров, или колец. Повреждение на каком-либо участке не приводит к прекращению пода­ чи воды, так как она может поступать по другим линиям.

Распределительная система водопровода должна обеспечить бесперебой­ ную подачу воды во все точки ее потребления и предотвратить загрязнение во­ ды на всем пути ее поступления от главных водопроводных сооружений до по­ требителей. Для этого водопроводная сеть должна быть водонепроницаемой. Загрязнение воды в водопроводной сети при централизованном водоснабже­ нии вызывают: нарушение герметичности водопроводных труб, значительное снижение давления в водопроводной сети, что приводит к подсасыванию за­ грязнения в негерметичных участках, и наличие источника загрязнения вбли­ зи участка нарушения герметичности водопроводных труб. Объединять сети хозяйственно-питьевого водопровода с сетями, подающими непитьевую во­ ду (технический водопровод), недопустимо.

187

Водопроводные трубы изготавливают из чугуна, стали, железобетона, пластмасс и т. п. Трубы из полимерных материалов, а также внутренние анти­ коррозийные покрытия используют только после их гигиенической оценки и получения разрешения Министерства здравоохранения. Стальные трубы при­ меняют на участках с внутренним давлением свыше 1,5 МПа, при пересечении

сжелезнодорожными путями, автомобильными дорогами, поверхностными водоемами (реки), в местах пересечения хозяйственно-питьевого водопровода

сканализацией. Они нуждаются в защите наружной и внутренней поверхнос­ тей от коррозии. Диаметр труб хозяйственно-питьевого водопровода в город­ ских населенных пунктах должен быть не менее 100 мм, в сельских — более 75 мм. Герметичного соединения отдельных отрезков труб длиной 5—10 м до­ стигают с помощью фланцев, раструбов или муфт (рис. 29). Фланцевые соеди­ нения применяют лишь при открытом (на поверхности земли) прокладывании труб, где они доступны для внешнего осмотра и проверки герметичности.

Прокладыванию водопроводных линий хозяйственно-питьевого водоснаб­ жения должна предшествовать санитарная оценка территории не менее чем на 40 м в обе стороны при расположении водопровода на незастроенной терри­ тории и на 10—15 м — на застроенной. Почва, по которой будет проложена трасса водопровода, должна быть незагрязненной. Трассу не следует прокла­ дывать по болотам, свалкам, кладбищам, скотомогильникам, то есть там, где почва загрязнена. Вдоль водопроводов необходимо организовать санитарно-за- щитную полосу (см. с. 129, 130).

Водопроводные трубы должны быть проложены на 0,5 м ниже уровня рас­ пространения в почве нулевой температуры (уровня замерзания почвы). При этом в зависимости от климатического района глубина заложения труб колеб­ лется от 3,5 до 1,5 м. В южных регионах для предотвращения перегревания во­ ды в летнее время глубина прокладывания водопроводных труб должна быть такой, чтобы слой почвы над трубой был толщиной не менее 0,5 м.

Водопроводные линии нужно прокладывать на 0,5 м выше канализацион­ ных. Если водопроводные трубы прокладываются на одном уровне с парал-

188

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

лельно проложенными канализационными линиями, расстояние между ни­ ми должно составлять не менее 1,5 м при диаметре водопроводных труб до 200 мм и не менее 3 м — при диаметре свыше 200 мм. При этом необходи­ мо использовать металлические трубы. Металлические водопроводные трубы применяют также в местах их пересечения с канализационными линиями. При этом водопроводные трубы следует прокладывать на 0,5 м выше канализа­ ционных. Как исключение в местах пересечения водопроводные трубы можно располагать ниже канализационных. При этом разрешают использовать толь­ ко стальные водопроводные трубы, дополнительно защитив их специальным металлическим кожухом длиной не менее 5 м в обе стороны от пересечения в глинистых грунтах и не менее 10 м — в грунтах с высокой фильтрационной способностью (например, песчаных). Канализационные трубы на указанном участке должны быть чугунными.

На водоводах и линиях водопроводной сети устанавливают: поворотные затворы (засовы) для выделения ремонтных участков; вантузы — для выпус­ ка воздуха во время работы трубопроводов; клапаны — для выпуска и впуска воздуха при освобождении трубопроводов от воды на время ремонта и после­ дующего заполнения; выпуски — для сбрасывания воды при опорожнении трубопроводов; регуляторы давления, клапаны для защиты от гидравлических ударов, если неожиданно потребуется отключить или включить насосы и т. п. Длина ремонтных участков при прокладывании водопроводов в одну линию не должна превышать 3 км, в две линии и более — 5 км.

Запорную, регулировочную и охранную арматуру устанавливают в смот­ ровых водопроводных колодцах. Смотровые колодцы также оборудуют во всех местах стыков основных, магистральных и уличных водопроводов. Колодцы — это размещенные под землей водонепроницаемые железобетонные шахты. Для спуска в смотровой колодец предусмотрен люк с герметично закрытой крыш­ кой, которую утепляют в холодный период года; в стену вмонтированы чугун­ ные или стальные скобы. Опасность загрязнения воды в водопроводной сети через смотровые колодцы возникает при заполнении шахты водой. Это может произойти в результате поступления воды через негерметичные стенки и дно, ливневых вод через негерметично закрытую крышку или воды из водопровод­ ной сети через негерметичные стыки труб и арматуры. Во время снижения дав­ ления в сети вода, которая собралась в смотровом колодце, может подсасывать­ ся в трубы.

Водонапорные (запасные) резервуары предназначены для создания запа­ са воды, который компенсирует возможное несоответствие между подачей во­ ды и ее потреблением в отдельные часы суток. Наполняют резервуары преиму­ щественно ночью, а днем в часы интенсивного водопользования вода из них поступает в сеть, нормализуя давление.

Устанавливают водонапорные резервуары в наиболее высокой точке релье­ фа на башнях, возвышающихся над наиболее высокими зданиями населен­ ного пункта (рис. 30). Территорию вокруг водонапорных башен ограждают. Резервуары должны быть водонепроницаемы, из железа или железобетона. Для очистки, ремонта и обеззараживания внутренней поверхности резервуара

189

Рис. 30. Водонапорная башня:

а — внешний вид; б — разрез: I — подающе-разводящая труба; 2 — переливная труба

предусмотрены люки с плотно закрытыми и запломбированными крышками. Для воздухообмена резервуаров оборудуют вентиляционные отверстия, за­ крытые сетками и защищенные от атмосферных осадков. На трубах, подаю­ щих и отводящих воду, устанавливают краны для отбора проб воды с целью контроля ее качества до и после резервуара. Водонапорные резервуары нужда­ ются в периодической (1—2 раза в год) дезинфекции.

На больших водопроводах запасные резервуары — резервуары чистой во­ ды — оборудуют под землей. Из них воду подают в водопроводную сеть насо­ сными станциями III подъема.

Водоразборные колонки. Население берет воду из водораспределитель­ ной системы или через домовые вводы и краны внутридомовой водопровод­ ной сети, или через наружные водоразборные сооружения — колонки.

Уличные водоразборные колонки являются наиболее уязвимыми элемен­ тами водопровода. Известно немало случаев эпидемических вспышек инфек­ ционных болезней, которые получили название эпидемии "одной колонки"

190