Материал: Гончарук учебник

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ответственно осуществляется концентрированными в достаточной мере раст­ ворами кислот и оснований.

Опресненные воды обычно не совсем пригодны для питья, что обуслов­ ливает потребность в соответственном их кондиционировании: улучшении органолептических свойств, доочистке, коррекции макро- и микроэлементного состава, обеззараживании. Санитарно-технические требования к качеству на­ чальных и опресненных вод, а также к применению различных методов опрес­ нения высокоминерализованных вод для питьевых целей отражены в документе ВОЗ "Гигиенические аспекты опреснения воды", 1980 г. ("Guideliness on Health Aspects of Water Desalination", Sidorenko G.I., Rachmanin Y.A. WHO, Geneva, ETS/80.4. — 60 p.).

Дезактивация. Коагуляция, отстаивание и фильтрация воды на водопро­ водах снижает содержание радиоактивных веществ в ней на 70—80%. С целью более глубокой дезактивации воду фильтруют через катионо- и анионообменные смолы.

Дефторирование воды. Показания к использованию этого метода — по­ вышенное (свыше 1,5 мг/л) содержание фтора в воде и большое количество среди населения больных флюорозом зубов II и выше степеней. Дефторирова­ ние воды показано лишь тогда, когда для оздоровления эндемического очага флюороза невозможно изменить источник водоснабжения или разбавлять его воду водой с низкой концентрацией фтора.

При дефторировании концентрацию фтора в воде доводят до оптимальной для определенной местности. Для удаления из воды избытка фтора предложено множество методов, которые можно разделить на реагентные (методы осажде­ ния) и фильтрационные. Реагентные методы основываются на сорбции фтора свежеосажденными алюминия или магния гидроксидами. Этот метод рекоме­ ндуется для обработки поверхностных вод, так как, кроме фторирования, до­ стигается еще и осветление, и обесцвечивание.

Очищение воды от излишка фтора можно проводить при помощи ее фильт­ рования через анионообменные смолы:

Вкачестве ионообменного материала часто используют активированный

игранулированный алюминия оксид. Иногда уменьшить содержание фтора в воде можно за счет разведения ее водой из источника с минимальным количест­ вом фтора.

Фторирование воды. Выбор дозы фтора должен обеспечить противокариозный эффект. Однако, если содержание фтор-иона в воде превышает 1,5—2,0 мг/л, это приведет к поражению населения флюорозом. Вот почему во время фторирования воды содержание в ней фтор-иона должно быть в преде­ лах 70—80% от максимальных уровней в соответствии с разными климатичес­ кими районами — в пределах 0,7—1,5 мг/л.

Для фторирования питьевой воды можно использовать фторсодержащие соединения, в частности кремниефтористый натрий (Na2SiF6), кремниефто-

161

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

ристую кислоту H2SiF6, натрия фторид (NaF), кремниефтористый аммоний (NH4)2SiF6, кальция фторид (CaF2), фтористоводородную кислоту (HF) и т. п.1 Есть два способа фторирования воды: на протяжении года одной дозой и посезонно зимней и летней дозами. В первом случае на протяжении года доба­ вляют одинаковую дозу фтора, которая отвечает климатическим условиям на­ селенного пункта. Если доза изменяется в зависимости от сезона года, то в хо­ лодный период, когда среднемесячная температура воздуха (в 13.00) не превы­ шает 17—18 °С, воду можно фторировать на уровне 1 мг/л, а в теплый период (например, в июне — августе) — на более низком уровне. Это зависит от сред­ ней максимальной температуры (в 13.00) в эти месяцы. Например, при тем­ пературе 22—26 °С используют дозу 0,8 мг/л фтор-иона, при 26—30 °С и вы­

ше — 0,7 мг/л.

Обеззараживание питьевой воды

Обеззараживание питьевой воды служит для создания надежного барьера на пути передачи водным путем возбудителей инфекционных болезней. Мето­ ды обеззараживания воды направлены на уничтожение патогенных и услов­ но-патогенных микроорганизмов, чем обеспечивается эпидемическая безопас­ ность воды.

Воду обеззараживают на конечном этапе очистки после осветления и обе­ сцвечивания перед поступлением в резервуары чистой воды, которые одновре­ менно выполняют функции контактных камер. Для обеззараживания воды применяют реагентные (химические) и безреагентные (физические) методы. Реагентные методы основаны на введении в воду сильных окислителей (хло­ рирование, озонирование, манганирование, обработка воды йодом), ионов тя­ желых металлов и ионов серебра. К безреагентным относятся термическая об­ работка, ультрафиолетовое облучение, обработка ультразвуком, у-облучение, обработка током сверхвысокой частоты. Метод выбирают в зависимости от количества и качества исходной воды, методов ее предварительной очистки, требований к надежности обеззараживания, с учетом технико-экономических показателей, условий поставки реагентов, наличия транспорта, возможности автоматизации процесса.

Обеззараживание воды хлором и его соединениями. На сегодняшний день наиболее распространенным методом обеззараживания воды на водопро­ водных станциях остается хлорирование. Среди хлорсодержащих соединений, учитывая определенные гигиенические и технические преимущества, чаще все­ го используют жидкий хлор. Возможно также применение хлорной извести, кальция и натрия гипохлорита, хлора диоксида, хлораминов и др.

Для использования в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения допускаются лишь фторсодержащие соединения, прошедшие гигиеническую апробацию и включенные в "Перечень материалов и реагентов, разрешенных Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения СССР для применения в практике хозяйственно-питьевого во­ доснабжения (№ 3235-85)".

162

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Впервые в практике водоподготовки хлор был применен задолго до открытия Л. Пастером микробов, доказательства Р. Кохом этиологического значения па­ тогенных микроорганизмов в развитии инфекционных болезней, окончательного осознания Т. Эшерихом микробиологической сущности водных эпидемий и бакте­ рицидных свойств хлора. Применяли его с целью дезодорации воды, которая имела неприятный "септический"запах. Хлор оказался очень эффективным дезодоран­ том и, кроме того, после обработки воды хлором у людей значительно реже диаг­ ностировали кишечные инфекции. С началом хлорирования воды во многих стра­ нах Европы прекратились эпидемии брюшного тифа и холеры. Было высказано предположение, что причиной болезней были плохой запах и вкус воды, которые эффективно устранял хлор. Лишь со временем доказали микробную этиологию водных эпидемий кишечных инфекций и признали роль хлора в качестве обеззара­ живающего агента.

Для хлорирования воды применяют жидкий хлор, который хранится под давлением в специальной таре (баллонах), или вещества, содержащие актив­ ный хлор.

Хлорирование воды жидким хлором. Хлор (С12) при нормальном атмо­ сферном давлении является газом зеленовато-желтого цвета, который в 1,5— 2,5 раза тяжелее воздуха, с резким и неприятным запахом, хорошо раство­ ряется в воде, при повышении давле­ ния легко сжижается. Атомный вес хло­ ра — 35,453, молекулярная масса — 70,906 г/моль. Хлор может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Хлор на водопроводные станции для обеззараживания воды доставля­ ют жидким в баллонах под давлением. Хлорирование осуществляют при по­ мощи хлораторов. В них готовят раст­ вор хлора, который вводят непосред­ ственно в трубопровод, по которому вода поступает в РЧВ. Используют хло­ раторы Л.А. Кульского (рис. 20), ва­ куумные хлораторы ЛОНИИ-100, Ж-10, ЛК-12, ХВ-11. Принципиальная схема хлоратора ЛОНИИ-100 изображена на рис. 21.

При подключении баллона к хло­ ратору жидкий хлор испаряется. Газо­ образный хлор очищается в баллоне и на фильтре, и после снижения его дав­ ления с помощью редуктора до 0,001— 0,02 МПа его смешивают в смесителе с водой. Из смесителя концентрирован-

163

Рис. 21. Технологическая схема типичной хлораторной на 3 кг/ч:

1 — весы платформные; 2 — стояки с баллонами; 3 — улавливатель загрязнений; 4 — хлораторы ЛОНИИ-100; 5 — эжекторы

ный раствор всасывается эжектором и подается в трубопровод. Хлораторы ти­ па ЛК, конструкция которых проще, а точность ниже используют для станций больших мощностей. Эти хлораторы не требуют предварительной очистки хлора, не так точны в дозировании, но могут подавать хлорную воду на высоту 20— 30 м. После же эжектора от ЛОНИИ-100 напор составляет лишь 1—2 м.

Во время растворения хлора в воде происходит его гидролиз с образова­ нием хлоридной (соляной) и гипохлоритной (или хлорноватистой) кислот:

С12+ Н2 0 ^ HCl + НС10.

Хлорноватистая кислота НС10 является слабой одноосновной нестойкой кислотой, которая легко диссоциирует, образуя гипохлорит-ион (СЮ~):

НСЮ ^ Н+ + СЮ".

Степень диссоциации хлорноватистой кислоты зависит от pH воды. При pH < 5 (по Л. Кульскому) почти весь свободный хлор остается в виде неионизированной хлорноватистой кислоты (НСЮ). При повышении pH возрастает степень диссоциации хлорноватистой кислоты. При pH свыше 9,2 (по Л. Куль­ скому) почти весь свободный хлор находится в виде иона гипохлорита (СЮ-). Окислительное действие (окислительный потенциал) имеет как гипохлоритная кислота, так и гипохлорит-ион. Именно поэтому обе эти формы способны ока­ зывать бактерицидное влияние. Их называют свободным активным хлором. Окислителем является и молекулярный хлор (С12), который также рассматри­ вается как одна из форм свободного активного хлора1.

Кроме того, хлорноватистая кислота распадается с образованием атомар­ ного кислорода, который также является сильным окислителем:

НСЮ It HCl + О".

Активным хлором называется такой, который способен при pH 4 выделять эквивалент­ ное количество йода из водных растворов калия йодида. Различают свободный (молекулярный хлор, хлорноватистая кислота, гипохлорит-ион) и связанный (хлор, входящий в состав органи­ ческих и неорганических моно- и дихлораминов) активный хлор.

164

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Раньше считали, что именно этот атомарный кислород оказывает бактери­ цидное действие. Сегодня доказано, что обеззараживающий эффект жидкого хлора, а также хлорной извести, кальция и натрия гипохлоритов, двухтретиосновной соли кальция гипохлорита обусловлен окислителями, которые образу­ ются в воде при растворении хлорсодержащих соединений, причем прежде всего — действием гипохлоритной кислоты, а затем — гипохлоритного анио­ на и наконец атомарного кислорода.

Хлорирование воды гипохлоритами (солями хлорноватистой кислоты) проводят на водопроводных станциях низкой мощности. Гипохлориты также используют для длительного обеззараживания воды в шахтных колодцах при помощи керамических патронов, для обеззараживания воды в полевых усло­ виях, в том числе с использованием тканево-угольных фильтров и др.

Для дезинфекции питьевой воды используют кальция гипохлорит Са(ОС1)2. В процессе его растворения в воде происходит гидролиз с образованием хлор­ новатистой кислоты и дальнейшей ее диссоциацией:

Са(ОС1)2 + 2Н2 0 = Са(ОН)2 + 2НСЮ,

нею -£. н+ + cicr.

В зависимости от способа производства кальция гипохлорит может содер­ жать от 57—60% до 75—85% активного хлора. Вместе с чистым гипохлоритом для обеззараживания воды используют смесь кальция гипохлорита с другими солями (NaCl, СаС12). Такие смеси содержат до 60—75% чистого гипохлорита.

На станциях с расходом активного хлора до 50 кг/сут можно использовать для обеззараживания воды натрия гипохлорит (NaCIO • 5Н20). Этот крис­ таллогидрат получают из раствора натрия хлорида (NaCl) электролитическим способом.

Натрия хлорид в воде диссоциирует с образованием катиона натрия и ани­ она хлора:

NaCl ^ Na+ + СГ

Во время электролиза на аноде происходит разряжение ионов хлора и обра­ зуется молекулярный хлор:

2СГ -» С12 + 2е. Образовавшийся хлор растворяется в электролите:

С12 +Н2 О^НС1 + НСЮ,

С 1 2 + О Н - ^ С І + Н С Ю . На катоде происходит разряд молекул воды:

Н2 0 + е -> ОН- + Н+.

Атомы водорода после рекомбинации в молекулярный водород выделяю­ тся из раствора в виде газа. Гидроксильные анионы ОН", оставшиеся в воде, реагируют с катионами натрия Na+, вследствие чего образуется NaOH. Натрия гидроксид взаимодействует с хлорноватистой кислотой с образованием натрия гипохлорита:

NaOH + НС10 -> NaOCI + Н2 0.

165