11.Обеззараживание методом двойного хлорирования, гигиеническая характеристика метода, механизм бактерицидного действия. Критерии оценки эффективности по СанПин.
Благодаря высокой эффективности, экономичности технологического процесса, а также эффекту «последействия» хлорирование является наиболее распространенным методом обеззараживания питьевой воды.
В настоящее время на водопроводных станциях используют метод хлорирования в различных модификациях: двойное хлорирование, хлорирование с аммонизацией и т.д.
Двойное хлорирование.
Для обеззараживания воды из поверхностных источников с очень высоким бактериальным загрязнением используют двойное хлорирование. Основную дозу хлора вводят в воду перед очисткой, после нее выполняют заключительное хлорирование. На многих речных водопроводах хлор подается в воду первый раз перед отстойниками, а второй – как обычно, после фильтров. Введение хлора перед отстойниками улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания, однако возрастает возможность образования хлорорганических соединений. Такой способ в значительной мере снижает обрастание водопроводных сооружений и коммуникаций водорослями. Однако высокая концентрация образующихся при этом хлорорганических соединений не позволяет считать метод безупречным. Также в практике обеззараживания отдельно могут встречаться прехлорирование и постхлорирование.
Механизм бактерицидного действия хлора (по идее одинаковый с двойным хлорированием).
Процесс взаимодействия хлора с бактериальной клеткой в воде проходит в две стадии: сначала обеззараживающий агент диффундирует внутрь бактериальной клетки, а затем вступает в реакцию с белками цитоплазмы, ядерным аппаратом клетки, а также с клеточными ферментами.
Препараты хлора воздействуют в основном на вегетативные формы бактерий. Спороцидный эффект проявляется в эксперименте при высоких концентрациях хлора и при длительном контакте, нереальных для технологии водоподготовки. Высокорезистентны к действию хлора вирусы, а также цисты простейших и яйца гельминтов.
Наибольшее распространение среди хлорсодержащих реагентов получил жидкий хлор. Он поступает на водопроводные станции в цистернах или баллонах под высоким давлением. При снижении давления жидкий хлор переходит в газообразный, хорошо растворяется в воде. Взаимодействие растворенного хлора с водой происходит следующим образом:
Сl2 + Н2О = НСl + НОСl НОСl = Н+ + OСlˉ.
Обеззараживающее действие оказывают гипохлоритный ион ОСl и недиссоциированная хлорноватистая кислота.
Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления органических соединений. В воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить их. Кроме того, эти соединения обладают высокой стойкостью и, пройдя через систему водоснабжения и канализации, вызывают загрязнение рек вниз по течению. Присутствие в воде побочных соединений — один из недостатков использования в качестве дезинфектанта газообразного и жидкого хлора
Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз: образуется хлорноватистая кислота. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. 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. Этот метод, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания. Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностью. Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффективного обеззараживания является хорошее перемешивание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 минут, зимой не менее 1 часа. Модификации
По мнению ряда крупных гигиенистов, хлорирование воды явилось наиболее эффективным прорывом в медицине XX века, позволившим остановить распространение большинства передаваемых водным путем эпидемий, в том числе обусловленных заболеваемостью брюшным тифом, холерой и дизентерией. Однако нормируемые величины ПДК хлора перед подачей в распределительную сеть (остаточного свободного в пределах 0,3–0,5 мг/л; остаточного связанного в пределах 0,8–1,2 мг/л) являются малоэффективными по отношению к энтеровирусам и простейшим.
По данным НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина, для обеззараживания воды от энтеровирусов необходима продолжительность контакта от 30 мин до 4 часов и концентрация остаточного хлора должна быть не менее чем 1,0–2,07 мг/л. Для обеззараживания воды от цист лямблей при продолжительности контакта 30–60 мин необходима концентрация остаточного свободного хлора 2–5 мг/л, или 1–3 часа при остаточном связанном хлоре 5–20 мг/л. В свою очередь, вирус гепатита А (ВГА) обладает высокой устойчивостью и при режиме хлорирования со связанным остаточном хлором 0,8–1,2 мг/л, который используется на станциях водоподготовки, практически не инактивируется и т. д.
Вышесказанное свидетельствует о том, что хлорирование хотя и приводит к сокращению инфекций, передающихся с питьевой водой, но полностью решить данную проблему не способно.
Хлорированию, как методу обеззараживания, свойственны следующие недостатки:
-сложность транспортировки и хранения жидкого хлора —взрывоопасного и токсичного вещества,
-необходимость соблюдения многочисленных требований по технике безопасности,
-продолжительное время контакта для достижения обеззараживающего эффекта,
-хлорорганические соединения в низких дозах не только оказывают общетоксическое действие, но и способны вызывать эмбриотоксический, мутагенный и канцерогенный эффект.
12.Обеззараживание методом хлорирования с преаммонизацией,
гигиеническая характеристика метода, механизм бактерицидного
действия. Критерии оценки эффективности по СанПин.
Хлорирование с преаммонизацией, т.е. введение в воду аммиака или его солей непосредственно перед введением хлора (обычно при соотношениях доз аммиака и хлора 1:4, 1:10). При этом обеззараживание обеспечивается за счет связанного хлора (хлораминов). Этот метод используется для предупреждения специфических запахов, возникающих после обработки воды хлором. При
преаммонизации |
контакт воды с |
хлором |
должен |
быть не менее 1 часа. |
||
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 окислительновосстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают.
13. Обеззараживание методом озонирования, преимущества метода, гигиеническая характеристика, механизм бактерицидного действия. Критерии оценки эффективности по СанПин.
Озонирование является одним из лучших методов обеззараживания воды. В одних случаях озонирование используется как самостоятельный метод обеззараживания, в других как самостоятельное средство при применении хлорирования.
Озонгаз голубоватого цвета с характерным запахом, хорошо растворим в воде. Сырьем для производства озона является атмосферный воздух или чистый кислород при действии на него электрического разряда высокого напряжения.
Озон обладает значительным бактерицидным действием, как и хлор, но в отношении спор озон более активен. Время, необходимое озону для получения 99% обеззараживания в отношении кишечной палочки в 7 раз меньше чем при хлорировании, а скорость уничтожении спору у озона в 30 раз больше. Кроме того, озон действует на организм резистентного к хлору, что доказано в отношении вирусов полиомиэлита и дизентерийной амебы.
Метод озонирования воды технически сложен и наиболее дорогостоящ среди других методов обеззараживания питьевой воды.. Технологический процесс включает последовательные стадии очистки воздуха, его охлаждения и осушки, синтеза озона,
смешения озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси, вывода ее в атмосферу.
Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет 1–6 мг/л при контакте в 8–15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3–0,5 мг/л, т. к. более высокая доза придает воде специфический запах и вызывает коррозию водопроводных труб.
С гигиенической точки зрения озонирование воды – один из лучших способов обеззараживания питьевой воды.
Механизм бактерицидного действия озона заключается в инактивации бактериальных ферментов, необратимом нарушении структуры ДНК клетки атомарным кислородом, образующимся при распаде озона. Озон самопроизвольно разлагается по схеме О2→О2+О. Однако процесс разложения более сложен и сопровождается образованием свободных радикалов НО2+ОН. Озон и свободные радикалы имеют исключительно высокий окислительно-восстановительный потенциал и поэтому быстро вступает в реакцию с содержащимися в воде органическими веществами, и эта реакция протекает быстрее и интенсивнее, чем у хлора.
Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоят в том, что озон не образует вводе токсических соединений (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические свойства воды (уменьшается цветность устраняются посторонние запахи и привкусы) и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным микроорганизмам: кроме уникальной способности уничтожения бактерий, озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов.
Для оценки эффективности очистки исходной природной воды и других мероприятий, направленных на улучшение качества питьевой воды, могут использоваться показатели оценки качества питьевой воды до и после проведения мероприятий.
Расчет эффективности определяется соотношением разницы концентраций веществ до и после технологического этапа водоподготовки к исходной концентрации в природной воде согласно формуле (1).
где:
Эф - определенная эффективность очистки (%),
C1 - концентрация вещества в исходной воде до обработки воды (мг/л),
C2 - концентрация вещества после обработки воды (мг/л).
14. Обеззараживание методом серебрения, преимущества метода, гигиеническая характеристика, механизм бактерицидного действия. Критерии оценки эффективности по СанПин.
эффективен метод обеззараживания воды ионами серебра при необходимости ее длительного хранения, так как бактерицидное действие даже небольших доз серебра сохраняется на протяжении многих месяцев. Установлено [139], что питьевая вода, обработанная электролитическими растворами серебра и содержащая 0,2—0,5 мг/л А -ионов, остается пригодной для питья по бактериологическим и физико-химическим показателям в течение пяти-шести месяцев и более при хранении в емкостях из соответствующих материалов.
Олигодинамия – это воздействие ионов благородных металлов на микробиологические объекты.
Научно доказано, что серебро в ионном виде обладает бактерицидным, противовирусным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов, вызывающих острые инфекции. Эффект уничтожения бактерий препаратами серебра очень велик.
Однако, выбирая серебро в качестве обеззараживающего вещества, обязательно нужно помнить, что серебро – тяжелый металл. Как и другие тяжелые металлы, серебро способно накапливаться в организме. В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» допускается содержание в воде серебра не более 0,05 мг/л и СанПин 2.1.4.1116 – 02 «Питьевая вода.
«Серебряная» вода обладает бактерицидными свойствами, при достаточно высоких концентрациях серебра, около 0,015 мг/л. При низких концентрациях (10-4… 10-6 мг/л.), серебро оказывает только бактериостатическое действия, т. е. останавливает рост бактерий, но не убивает их. Спорообразующие разновидности микроорганизмов к серебру практически нечувствительны.
Серебрение картриджей на основе активированного угля используют в бытовых фильтрах. Это делается с целью предотвращения обрастания фильтров микроорганизмами, так как отфильтрованные органические вещества являются хорошей питательной средой для многих бактерий.
Основная цель очистки воды серебром заключается в подготовке жидкости для длительного хранения (космонавтика, стратегические запасы для других нужд) либо для ее использования в бассейнах, SPA-салонах, избегая непосредственного бесконтрольного использования в качестве питьевой воды.
Нанесение серебра на активированный уголь препятствует росту бактерий внутри фильтра
благодаря бактерицидным свойствам этого металла. Технология нанесения серебра на поверхность угля уникальна тем, что серебро не смывается с поверхности угля в процессе фильтрования.
Дело в том, что целый ряд вредных микроорганизмов оказывается вне зоны его действия – многие грибы, бактерии (сапрофитные, спорообразующие).
Тем не менее пропущенная через такой фильтр, вода обычно долго сохраняет свои бактерицидные свойства и чистоту. действие «серебряной» воды (при одинаковых концентрациях) значительнее действия хлора, хлорной извести, гипохлорида натрия и других сильных окислителей Метод может быть уместнен только в целях сохранения исходно чистой воды для длительного хранения (например, на космических кораблях, в походах или при розливе бутилированной питьевой воды). Серебрение картриджей на основе активированного угля используют в бытовых фильтрах. Это делается с целью предотвращения обрастания фильтров микроорганизмами, так как отфильтрованные органические вещества являются хорошей питательной средой для многих бактерий
15. Специальные способы улучшения качества воды. Гигиеническая характеристика, биохимический механизм улучшения качества воды (реактивы, установки). Критерии оценки эффективности по СанПин.
К специальным методам улучшения качества питьевой воды относятся кондиционирование минерального состава, удаление привкусов, запахов, дезактивация и т. д. Все виды кондиционирования минерального состава воды могут быть разделены на 2 группы: 1) удаление из воды излишка солей или газов (умягчение, опреснение, обезжелезивание, дезодорация, дезактивация, дефторивание и пр.); 2) добавление к воде тех или иных солей с целью улучшения ее органолептических свойства или повышения содержания микроэлементов, которых недостаточно в воде и пищевых продуктах (фторирование). После спецобработки на водопроводе вода подлежит обязательному обеззараживанию.
Дезодорация — устранение привкусов и запахов воды. Достигается аэрированием воды, обработкой окислителями (озонированием, хлора диоксидом, высокими дозами хлора, калия перманганатом), фильтрованием через слой активированного угля. Выбор метода дезодорации зависит от происхождения привкусов и запахов.
Обезжелезивание производится путем разбрызгивания воды с целью аэрации в специальных устройствах — градирнях. При этом двухвалентное железо окисляется в железа (III) гидроксид (см. с. 121), осаждающийся в отстойнике или задерживаемый на фильтре. Если концентрация солей железа превышает 5 мг/л, необходимо предварительное осаждение его солей.
Умягчение — снижение природной жесткости воды. К методам умягчения воды относятся:1) реагентные;2) ионного обмена; 3) термический. Более современным методом является фильтрация воды через фильтры, заполненные ионитами, — катионитовое смягчение. Опреснение воды — это удаление растворенных в ней минеральных солей до величин, рекомендованных госстандартом, при которых вода становится пригодной для питья или технических нужд. Наиболее распространенными методами опреснения воды на водопроводах являются дистилляция, химические (ионный обмен, реагентные), с применением селективных мембран (электродиализ, гиперфильтрация) и др. Электродиализный метод опреснения воды основан на принципе разделения солей в электрическом поле через селективные полупроницаемые ионито-вые мембраны: катионы солей, двигаясь под воздействием электрического тока к катоду, свободно проходят через катионитовые мембраны и задерживаются анионитовыми, анионы солей — наоборот. Попеременное размещение мембран в электродиализном аппарате обусловливает образование камер опресненной воды, чередующихся с камерами концентрата.
Метод обратного осмоса (гиперфильтрация) основан на опреснении воды путем фильтрации ее под высоким давлением (50—100 атм) через полупроницаемые мембраны, которые пропускают молекулы воды, но задерживают более крупные гидратированные ионы растворенных в воде солей. Сегодня широкое применение получили мембраны из ацетатов целлюлозы, полиамидных соединений, полиакриловой кислоты, нейлона. Дезактивация. Коагуляция, отстаивание и фильтрация воды на водопроводах снижает содержание радиоактивных веществ в ней на 70—80%. С целью более глубокой дезактивации воду фильтруют через катионо- и анионообменные смолы.
Очищение воды от излишка фтора можно проводить при помощи ее фильтрования через анионообменные смолы