книги из ГПНТБ / Микробиология и гидробиология природных и сточных вод учеб. пособие

ниц процентов мг-эквивалептов катионов опускают перпендикуляры на

70

Г л а в а I . Гибель микробов.

При колоссальном размножении микробы и гибнут в ог­ ромных количествах. В водоемах микробы являются пищей для большинства гндробнонтов, составляющих'биоценозы во­ доемов, т. е- составляющих сообщества живых существ, свя­ занных в водоеме обоюдными выгодными для них условиями существования. Микробы являются пищей для большинст­ ва простейших животных (protozoa), моллюсков, ими питают­ ся инфузории, амебы, коловратки; ветвистоусые и веслоногие рачки, гидры и др.

Колониальная инфузория кархезнум, например, за 1 час пропускает через свое тело до 30 тысмикробов. Водоросли губят микробов в больших количествах, отчасти используя их

.в пищу, отчасти умерщвляя их своими фитонцидами. Так, стительными токсинами, растительными антибиотиками. Так, некоторые виды зеленой водоросли спирогиры своими фитон­ цидами уничтожают вблизи своего местопребывания многих микробов-

Вещества, убивающие микробов, называются бактерицид­ ными.-Вещества, которые подавляют жизнедеятельность .мик­ робов, но не убивающие их, называются бактерностатическими. Во всех водоемах ,где имеются патогенные микробы, обя­ зательно существуют также и их пожиратели — бактериофа­ ги, которые также уничтожают огромное количество микро­ бов.

Однако основным губительным для микробов фактором являются ультрафиолетовые лучи солнца, как прямые, так и рассеянные, особенно с длиной волн в пределах 200 — 300 ммк. Микробы в естественных условиях гибнут также

71'

вследствие антагонизма среди них. Очень многие из них вы­ деляют ядовитые, убийственные для живых организмов и че­ ловека, а также и для других микробов вещества — токсины я антибиотики.

Наиболее устойчивыми в естественных условиях являют­ ся споры спороносных микробов, а также вирусы и бактери­ офаги.

ные сооружения для очистки воды или сточных жидкостей не сооружались, все они имеют одно основное назначение—изба­ вить питьевую воду или сточные жидкости, спускаемые в во­ доемы или в море, от заразных патогенных микробов и виру­ совЭтому основному требованию подчинена и вся техноло­

привкусов, посторонних запахов и была бесцветна, т. е. была бы органолептическн приятна для потребителя. В настоящее время для очистки питьевых вод,'особенно вод из открытых водоисточников, строятся целые комплексы очистных соору­ жений с применением помогающих очистке различных хими­ ческих веществМедленно действующие, биологические фильт­ ры, требующие больших фильтрующих площадей песка, созре­ вающие продолжительно, в настоящее время не строятся. Строятся быстродействующие отстойники и фильтры.

Воды открытых водоисточников при очистке на скорых фильтрах проходят обычно следующий основной комплекс очистных сооружений: 1) прибрежные ковши — отстойники, 2) приемные колодцы с решетами и сетками, 3) отстойники для отстоя воды с коагуляцией воды, 4) фильтры песчаные,

5)резервуары для хлорирования профильтрованной воды.

Вприбрежных ковшах, а также в заборных сооружениях будущая питьевая вода освобождается в основном только от грубых, крупнодисперсных взвесей. Такое освобождение про­

исходит вследствие замедленного движения воды в ковше или при прохождении ее через решета и сетки. Микробы ни в ков­ ше, ни на металлических сетках не осаждаются. Оснозная масса их остается в, воде и идет вместе с водой в отстойники.

О т с т о й н и к и , к о а г у л я ц и я и м и к р о б ы . Основ­ ным методом обработки сырой воды, достигающим наиболь-

72

шего освобождения воды от патогенных микробов' и вирусов, является отстаивание воды с коагуляцией ее в отстойникеКоагуляция же освобождает воду, хотя и неполностью, от при­ вкусов, запахов и цветности.

В отстойнике микробы воды могут попасть под воздейст­ вие только коагулянта или, что теперь чаще практикуется, под воздействие предварительного хлорирования (прехлорированпя) и коагулянта. Какой бы конструкции отстойники ни были, их задача одна —освободить воду возможно в больших количествах от мути, всяких вообще микробов и от патогенных микробов и вирусов в особенности.

Такую очистку воды отстойники делают, во-первых, за­ держкой у себя подаваемой из открытого источника водоснаб­ жения воды о'бычно на 4—б час. Во-вторых, при помощи коагу­ лянтов, чаще всего при помощи сернокислого алюминия.

Сернокислый алюминий, или глинозем [А12 (504 )з• 14li2 0j поступив в камеру реакции отстойника (в камеру хлопьеобразованпя) чаще в 5%-ном растворе ( а иногда в порошке), вступает в обменную реакцию с бикарбонатами кальция и маг­ ния. В результате этой обменной реакции образуется серно­ кислый кальций (или магний):

[Ai2 ( SOJ,^3Ca(HC0 3 j 2 = 2AnOH)8 +3CaS 0 4 + 6 С О , ] .

Алюминий, вытесненный из его сернокислого соединения, образует гидрат окиси алюминия — А1(ОН) 3 сначала в виде дымчатой мути, состоящей из мельчайших хлопьев гидрата окиси алюминия. Постепенно эти мельчайшие хлопья адсорби­ руют друг друга и постепенно укрупняются. Образование хлопьев гидрата окиси алюминия обычно именуется флоккуляцней, а укрупнение их — агломерацией. Укрупненные хлопья коагулянта под влиянием собственной тяжести постепенно оседают, седиментируют на дно отстойникаПо пути оседания они захватывают, адсорбируют мелкую взвесь (муть) воды, микробов, вирусов и увлекают их с собой на дно отстойника. Никакой дезинфекции гидрат окиси алюминия не производит. Микробы остаются живыми, скованными в пределах хлопьев. Неподвижные микробы и муть, вирусы легко попадают под действие адсорбции хлопьевПодвижные же микробы и такие микроорганизмы как инфузории, коловратки, жгутиковые во­ доросли, подвижные промежуточные половые формы зеленых или диатомовых.водорослей (зооспоры-, гаметы), а тем более ракообразные чаще избегают захвата их хлопьями коагулян-

73

та п не седиментируют, а остаются в толще воды. Они задер­ живаются уже потом, на фильтрах, нередко излишне и преж­ девременно забивая поры их песка и сокращая этим межпромывиые сроки работы фильтров.

•Эффект осаждения микробов, в том числе патогенных н вирусов, в отстойнике всецело зависит от величины, тяжести, количества, густоты и быстроты седиментации'хлопьев коагу­ лянта. Чем крупнее и тяжелее хлопья коагулянта, чем их больше и чем быстрее они оседают на дно отстойника, тем ус­ пешнее будет достигнута основная и важнейшая задача очи­ стки воды — освобождение ее от массы микробов и вирусов.

Чтобы получить эффективные хлопья в отстойнике, уадо смешение коагулянта с водой производить быстро и равномер­ но, что обычно достигается приспособлениями, дающими бы­ строе турбулентное перемешивание воды с коагулянтом пли с его раствором в течение одной, максимум двух—трех минут (ввод глинозема перед насосом или при излиянии воды из трубы в камеру реакции, или перемешивание воды с коагулян­ том специальными приспособлениями). Дальнейшее продвиже­ ние воды с коагулянтом по отстойнику должно быть спокой­ ным, замедленным для того, чтобы образовавшиеся мельчай­ шие частицы скоагулпрованного гидрата окиси алюминия име­ ли бы возможность адсорбировать друг друга, 'флоккулиро­ вать, агломерировать и начать осаждение (седиментацию). Это требует скоростей движения воды по отстойнику не более 0,3—0,4 м в секунду. В дальнейшем продвижение воды п коа­ гулянта по отстойнику должно еще более замедляться до ско­ рости не более 25 кубометров в час. Увеличение скорости скоагулнрованной воды может не только помешать флоккуляции, агломерации и седиментации, но даже разбить уже обра­ зовавшиеся укрупненные хлопья йа мелкие, не оседающие па дио. Такие хлопья останутся во взвешенном состоянии в во­ де, попадут из отстойника на фильтр, где преждевременно за­ купорят поры песка, что потребует преждевременной промыв­ ки фильтра-

Органические коллоиды воды, такие, как гуминовые ве­ щества, значительно мешают образованию хороших, больших и густых хлопьев, а еще больше мешают седиментации их. Эти коллоиды имеют положительный заряд. При коагуляции они удерживают в своих хлопьях воду, вследствие чего и не выпа­ дают в осадок, а остаются во взвешенном состоянии. Они ме­ шают другимскоагулированным, гидрофобным коллоидам, в

74

частности хлопьям гидрата окиси алюминия, выпадать в оса­ док, оседать на дно, за что их называют защитными. Поэтому одно из первых необходимых условий образования хороших эффективных хлопьев коагулянта это уничтожение органиче­ ских гидрофильных защитных коллоидов- С этой целью при­ меняют прехлорпрование, т. е. предварительное хлорирование.

емую воду перед камерой реакции (хлопьеобразования) ак­ тивный хлор в дозе от 2/3 количества хлоропоглощаемости очи­

FeO). Тот хлор, который тратится на такое уничтожение жи­ вых организмов и на окисление органических и недоокислен­ ных веществ воды, называется активным хлором. Введенный в воду активный хлор с ж и г а е т (окисляет) органические гидрофильные защитные коллоиды, и они уже не будут пре­ пятствовать седиментацФШ хлопьев гидрата окиси алюминияПрехлорпрование, облегчая флоккуляцию, агломерацию, и се­ диментацию, явно спобобствует экономии коагулянта. Это же прехлорпрование убивает все водоросли и простейших жи­

Чарльз Р. Кокс считает, что надежного уничтожения ви­ русов можно добиться путем предварительного хлорирования воды, создавая концентрацию 0,3—0,4 мг остаточного свобод­ ного хлора на литр водыконтактного коагулирования в от­ стойниках, фильтрования и затем последующего хлорирования (Чарльз Р- Кокс 1965 г.).

Прехлорпрование или предварительное хлорирование иначе называется двойным хлорированием, так как при нем требуется вторичное (последующее, завершающее) хлориро­ вание после фильтрации воды для обеспечения обязательного у нас в распределительной сети остаточного хлора в питье­

75

иметь ОД—0,2 мг остаточного, свободного хлора на литр воды. Предварительное хлорирование в США применяется на всех водопроводах. Оно рекомендовано Всемирной организа­ цией здравоохранения- «Преимущества предварительного хло­ рирования, даже с учетом расходов на повышенную дозу хлора, способствуют все большему распространению этого ме­

даже большую, чем требует хлоропоглощаемость воды, в рас­ чете на остаточный хлор в воде, направляемой из отстойника на фильтры. «Продолжительный период задержки воды в от­ стойнике позволяет поддерживать высокую концентрацию ос­ таточного свободного хлора часами, чтобы обеспечить весьма эффективное обеззараживание, необходимое для обработки сильно загрязненной воды. Потребные для этой цели дозы хлора могут превышать 5 мг/л< чтобы удовлетворить потреб­

нию Ч. Р. Кокса, является надежным способом уничтожения вирусов в воде-

Эффективное хлопьеобразоваиие зависит не только от до­ зы коагуляции, по также и от рН воды, которое должно быть в пределах не ниже 5,5 и не выше 8,0. Регулирование рН во­ ды производят при помощи обычной порошковой жженой из­ вести.

А к т и в а ц и я х л о п ь е о б р а з о в а н и я . Низкая тем­ пература воды дает мелкие хлопья коагулянта, слабо агломе­ рирующие и плохо оседающиеПри таких условиях для улуч­ шения хлопьеобразования.стали применять силикат натрия (кремнезема). Впрочем, лучшую славу активатора коагуля­ ции в последнее время-заслужил полиакриламид (ПАА). Полиакриламнд — это эффективный флоккулянтОн способст­

76

стро. ини получаются более прочными и устойчивыми, не рас-

•падаются на мелкие частицы. При мутности воды от 100 до 500 мг/л полиакрплампда добавляют от 0,5 до 2,0 мгЫ водыЭти дозы полиакрплампда безопасны для здоровья.

Эффективные хлопья коагулянта обеспечиваются обычно дозами в 40—60 яг сернокислого алюминия, применяемого для осветления речной воды невысокой мутности. Более м'ут-

*иые воды требуют больших доз коагулянта. При прозрачно­ сти воды в 25-^30 см требуется уже 80 мг/л коагулянта, при прозрачности в 15—20 см — 100 мг, при прозрачности 10— 15 см — 120 мг, при прозрачности ниже 10 см —'150 мг коа­ гулянта на литр воды. Образование эффективных хлопьев ко­ агулянта и его необходимых для этого доз определяется пред­ варительно и обязательно лабораторным путем.

Оптимальной дозой коагулянта называется та доза, кото­ рая образует крупные хлопья,.быстро оседающие на дно, и не

ведет к вредному насыщению воды квасцами. Это насыщение обнаруживается в виде опалесценции профильтрованной во­ ды и в виде отлежки в графинах воды, дошедшей до потре­ бителя, т. е. в виде белесоватого осадка на дне графина. Фи­ зиологически эти излишки квасцов, производят некоторое стя­ гивание, дубление слизистой оболочки желудка, и, следова­ тельно, затрудняют выделение желудочных ферментов. Во из­ бежание этого отрицательного явления рекомендуется всегда при расчетах коагулянта иметь в воде избыток бикарбонатов

Определение эффективности работы отстойников с коа­ гуляцией воды производится микробным числом воды до от­ стоя (100%) и после отстоя-.

Большинство наших водопроводов, пропустив воду через отстойник с коагуляцией, очищает ее приблизительно на 60%.

NМеждународная организация здравоохранения считает иде-. адьными отстойниками те, которые дают до 63% очистки,

77

Мутность хорошо отстоянной воды не должна быть ,выше 10 мг/л (около 90 см прозрачности «по кресту»), предпочти­ тельно же — в пределах 5 мг/л (около 180 см прозрачностщ «по кресту»).

С к о р ы е ф и л ь т р ы . После выхода из отстойника вода с остатками мелких, не успевших осесть хлопьев коагулянта,

ку коагулянта. Эта пленка пропускает воду, но задерживает микробов. Еще успешнее задерживает она более крупных про­ стейших животных — инфузорий, коловраток, ракообразных, а также различные водоросли и мелкую муть, не осевшую в отстойнике.

Совокупность задержанных в порах песка хлопьев ко­ агулянта, живых организмов if мути составляет фильтрую­ щую пленку фильтра, самую существенную часть фильтра,-за­ держивающую и патогенных и других микробов, прошедших отстойник. Эта пленка не. видима, как сплошное образование, но она существует в порах пескаДля ее накопления, образо­ вания или, как говорят, для ее созревания необходимо некото­ рое время. Этот период созревания фильтров должен быть изучен лабораторией с применением микробного числа по каждому фильтру, зафиксирован протокольно и передан для руководства технологу очистной станции.- Время от времени данные созревания фильтров должны проверяться, например-

из хлопьев гидрата окиси алюминия, поэтому и название но­ сит химической пленки в отличие от биологической ранее строившихся медленных фильтров. По мере'Накопления филь­ трующей пленки, она все больше будет задерживать микро­ бовСозревшая пленка обычно должна задерживать до 37— 38% микробов, пришедших на фильтры из отстойника. В об­ щей сложности отстойники вместе- с фильтрами при помощи коагуляции воды должны задерживать 97—98% микробов и мути по микробному числу.

Накопляющаяся в порах фильтрационного песка пленка все медленнее пропускает воду. Образуется разница между давлением воды над пленкой фильтра и в дренажном прост­ ранстве. Эта разница давлений называется потерей напора.

78

этот прорыв хлынет вода не только с микробами,-но и с водо­

При их неудовлетворительной работе решают, что лучше чаще

Выше было сказано, что Ч. Кокс (Всемирная организация здравоохранения) рекомендует при двойном хлорировании обеспечить первую дозу хлора в отстойнике такого размера, чтобы вода из отстойника на фильтры шла бы с остаточным хлором в размере 0,5—0,3 мг/л. Этот остаточный хлор, кроме ьс'его прочего, обеспечит хорошее санитарно-бактериологи- ческое состояние фильтрующего песка и не будет давать воз­ можности размножаться в теле фильтра излишним микробам

иводорослям.

Де з и н ф е к ц и я в о д ы . Уже при микробном числе ис­ ходной, «сырой» воды свыше 5 тысяч микробов из-под фильт­ ра даже при хорошей коагуляцнонной фильтрующей пленке будет поступать вода, не соответствующая нашему стандар-

79