Материал: Гончарук учебник

накапливается остаточный свя­ занный с аминами хлор. При увеличении дозы хлора обра­ зуется больше хлораминов и концентрация остаточного свя­ занного хлора повышается до максимума (точка А).

При дальнейшем увеличе­ нии дозы хлора молярное со­ отношение введенного хлора и иона NH *, содержащего в во­ де, становится больше едини­ цы. При этом моно-, ди- и, осо­ бенно, трихлорамины окис­ ляются избыточным хлором в соответствии с приведенными реакциями:

NHC12 + NH2C1 + НСЮ -> N2 0 + 4НС1;

NHC12 + Н2 0 -> NH(OH)Cl + HCl; NH(OH)Cl + 2HC10 -> HN03 + ЗНС1; NHC12 + HCIO -> NC13 + H2 0;

4NH2C1 + 3C12 + H2 0 = N2 + N2 0 + 10HC1;

IONCI3 + CI2 + 16H20= N2 + 8N02 + 32HCI.

При молярном соотношения Cl2 : NH \ до 2 ( 10 мг Cl2 на 1 мг N2 в виде NH \ ) вследствие окисления хлораминов избыточным хлором количество остаточно­ го связанного хлора в воде резко снижается (отрезок III) до минимальной точ­ ки (точки В), которая называется точкой перелома. Графически она имеет вид глубокого провала на кривой остаточного хлора (см. рис. 23).

При дальнейшем увеличении дозы хлора после точки перелома концент­ рация остаточного хлора в воде вновь начинает постепенно возрастать (отре­ зок IV на кривой). Этот хлор не связан с хлораминами, носит название свобод­ ного остаточного (активного) хлора и имеет наивысшую бактерицидную ак­ тивность. Действует на бактерии и вирусы подобно активному хлору при отсутствии в воде аммиака и аммонийных соединений.

Как свидетельствуют данные исследований, воду можно обеззараживать двумя дозами хлора: до- и послепереломной. Однако при хлорировании допереломной дозой вода обеззараживается за счет действия хлораминов, а при хло­ рировании послепереломной — свободного хлора.

Во время обеззараживания воды добавляемый хлор расходуется как на взаимодействие с микробными клетками и вирусами, так и на окисление орга­ нических и минеральных соединений (мочевины, мочевой кислоты, креатинина, аммиака, гуминовых веществ, солей двухвалентного железа, аммонийных солей, карбаматов и др.), которые содержатся в воде во взвешенном и раство-

171

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

ренном состоянии. Количество хлора, поглощенное примесями воды (органи­ ческими веществами, неорганическими восстановителями, взвешенными час­ тицами, гуминовыми веществами и микроорганизмами), называется хлорпоглощаемостью воды (отрезок I на кривой). Поскольку природные воды имеют различный состав, то и величина хлорпоглощаемости у них неодинакова. Та­ ким образом, хлорпоглощаемость — это количество активного хлора, которое поглощается взвешенными частицами и расходуется на окисление бактерий, органических и неорганических соединений, содержащихся в 1 л воды.

Рассчитывать на успешное обеззараживание воды можно лишь при нали­ чии некоторого избытка хлора по отношению к количеству, которое поглоща­ ется бактериями и различными соединениями, содержащимися в воде. Эффек­ тивной является доза активного хлора, равная суммарному количеству погло­ щенного и остаточного хлора. С присутствием в воде остаточного хлора (или, как его еще называют, избыточного) связано представление об эффективности обеззараживания воды.

При хлорировании воды жидким хлором, кальция и натрия гипохлоритами, хлорной известью 30-минутный контакт обеспечивает надежный обеззара­ живающий эффект при концентрации остаточного хлора не меньше 0,3 мг/л. Но при хлорировании с преаммонизацией контакт должен быть на протяжении 1—2 ч, а эффективность обеззараживания будет гарантированной при наличии остаточного связанного хлора в концентрации не менее 0,8 мг/л.

Хлор и хлорсодержащие соединения в значительной мере влияют на органолептические свойства питьевой воды (запах, привкус), а в определенных кон­ центрациях раздражают слизистые оболочки ротовой полости и желудка. Пре­ дельная концентрация остаточного хлора, при которой питьевая вода не при­ обретает хлорного запаха и привкуса, установлена для свободного хлора на уровне 0,5 мг/л, а для связанного — 1,2 мг/л. По токсикологическим призна­ кам предельной концентрацией активного хлора в питьевой воде является 2,5 мг/л'.

Следовательно, для обеззараживания воды необходимо добавить такое ко­ личество хлорсодержащего препарата, чтобы после обработки вода содержала 0,3—0,5 мг/л остаточного свободного или 0,8—1,2 мг/л остаточного связанно­ го хлора. Такой избыток активного хлора не ухудшает вкуса воды, не вредит здоровью, но гарантирует ее надежное обеззараживание.

Таким образом, для эффективного обеззараживания к воде добавляют до­ зу активного хлора, равную сумме хлорпоглощаемости и остаточного активно­ го хлора. Эта доза называется хлорпотребностью воды.

Хлорпотребностъ воды — это количество активного хлора (в миллиграм­ мах), необходимое для эффективного обеззараживания 1 л воды и обеспечива­ ющее содержание остаточного свободного хлора в пределах 0,3—0,5 мг/л после 30-минутного контакта с водой, или количество остаточного связанного хлора в пределах 0,8—1,2 мг после 60-минутного контакта. Содержание остаточного

Предельная концентрация хлора диоксида в питьевой воде — не выше 0,5 мг/л, лимити­ рующий показатель водного действия — органолептический.

172

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

активного хлора контролируют после резервуаров чистой воды перед подачей в водопроводную сеть. Поскольку хлорпоглощаемость воды зависит от ее со­ става и является неодинаковой для воды из разных источников, то в каждом случае хлорпотребность определяют экспериментально путем пробного хло­ рирования. Ориентировочно хлорпотребность осветленной и обесцвеченной коагуляцией, отстаиванием и фильтрацией речной воды колеблется в пределах 2—3 мг/л (иногда — до 5 мг/л), воды подземных межпластовых вод — в преде­ лах 0,7—1 мг/л.

Факторы, влияющие на процесс хлорирования воды, связаны с: 1) био­ логическими особенностями микроорганизмов; 2) бактерицидными свойства­ ми хлорсодержащих препаратов; 3) состоянием водной среды; 4) с условиями, в которых осуществляется обеззараживание.

Известно, что споровые культуры во много раз более устойчивы, чем веге­ тативные формы к действию дезинфицирующих средств. Энтеровирусы более стойкие, чем кишечные бактерии. Сапрофитные микроорганизмы более резис­ тентны, чем патогенные. При этом среди патогенных микроорганизмов наибо­ лее чувствительными к хлору являются возбудители брюшного тифа, дизенте­ рии, холеры. Возбудитель паратифа В более стойкий к действию хлора. Кроме того, чем выше инициальная контаминация воды микроорганизмами, тем ни­ же при одинаковых условиях эффективность обеззараживания.

Бактерицидная активность хлора и его соединений связана с величиной его окислительно-восстановительного потенциала. Окислительно-восстанови­ тельный потенциал возрастает при одинаковых концентрациях в ряду: хлор­ амин —> хлорная известь -> хлор —» хлора диоксид.

Эффективность хлорирования зависит от свойств и состава водной среды, а именно: от содержания взвешенных веществ и коллоидных соединений, кон­ центрации растворенных органических соединений и неорганических восста­ новителей, pH воды, ее температуры.

Взвешенные вещества и коллоиды препятствуют воздействию дезинфици­ рующего агента на микроорганизмы, находящиеся в толще частицы, поглоща­ ют активный хлор вследствие адсорбции и химического связывания. Влияние на эффективность хлорирования органических соединений, растворенных в воде, зависит как от их состава, так и от свойств хлорсодержащих препаратов. Так, азотсодержащие соединения животного происхождения (белки, аминоки­ слоты, амины, мочевина) активно связывают хлор. Соединения, не содержа­ щие азота (жиры, углеводы), слабее реагируют с хлором. Поскольку наличие в воде взвешенных веществ, гуминовых и других органических соединений сни­ жает эффект хлорирования, для надежного обеззараживания мутные и повы­ шенной цветности воды предварительно осветляют и обесцвечивают.

При снижении температуры воды до 0—4 °С уменьшается бактерицидный эффект хлора. Эта зависимость особенно заметна в опытах с высокой иници­ альной контаминацией воды и в случае хлорирования ее невысокоми дозами хлора. В практике работы водопроводных станций, если загрязнение воды ис­ точника отвечает требованиям Госстандарта 2761-84 "Источники централизо­ ванного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические

173

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

требования и контроль за качеством", снижение температуры заметно не влия­ ет на эффективность обеззараживания.

Механизм влияния pH воды на ее обеззараживание хлором связан с осо­ бенностями диссоциации хлорноватистой кислоты: в кислой среде равновесие смещается в сторону молекулярной формы, в щелочной — ионной. Хлорно­ ватистая кислота в недиссоциированной молекулярной форме лучше прони­ кает через оболочки в середину бактериальной клетки, чем гидратированные ионы гипохлорита. Поэтому в кислой среде процесс обеззараживания воды ускоряется.

На бактерицидный эффект хлорирования значительно воздействуют доза реагента и продолжительность контакта: бактерицидный эффект возрастает при повышении дозы и увеличении продолжительности действия активного хлора.

Способы хлорирования воды. Существует несколько способов хлориро-

. вания воды с учетом характера остаточного хлора, выбор которых определяет­ ся особенностями состава обрабатываемой воды. Среди них: 1) хлорирование послепереломными дозами; 2) обычное хлорирование или хлорирование по хлорпотребности; 3) суперхлорирование; 4) хлорирование с преаммонизацией. • В первых трех вариантах воду обеззараживают свободным активным хлором. При хлорировании с преаммонизацией бактерицидный эффект обусловлен действием хлораминов, т. е. связанного активного хлора. Кроме того, приме­ няются комбинированные способы хлорирования.

Хлорирование послепереломными дозами предусматривает, что после 30 мин контакта в воде будет присутствовать свободный активный хлор. Дозу хлора подбирают таким образом, чтобы она была несколько выше той дозы, при которой образуется перелом на кривой остаточного хлора, т. е. в диапазо­ не IV (см. рис. 23). Подобранная таким способом доза обусловливает появле­ ние в воде остаточного свободного хлора в наименьшем количестве. Этот ме­ тод отличается тщательным подбором дозы. Он дает стойкий и надежный бак­ терицидный эффект, препятствует появлению запахов в воде.

Обычное хлорирование (хлорирование по хлорпотребности) является наиболее распространенным способом обеззараживания питьевой воды при централизованном хозяйственно-питьевом водоснабжении. Хлорирование по хлорпотребности проводится такой послепереломной дозой, которая через 30 мин контакта обеспечивает присутствие в воде остаточного свободного хлора в пределах 0,3—0,5 мг/л.

Поскольку природные воды существенно отличаются по составу и поэто­ му имеют различную хлорпоглощаемость, хлорпотребность определяют экс­ периментально путем опытного хлорирования воды, подлежащей обеззаражи­ ванию. Помимо правильного выбора дозы хлора, обязательным условием эф­ фективного обеззараживания воды является тщательное смешивание и время экспозиции, т. е. время контакта хлора с водой (не менее 30 мин).

Как правило, на водопроводных станциях хлорирование по хлорпотребно­ сти проводят после осветления и обесцвечивания воды. Хлорпотребность та­ кой воды колеблется в пределах 1—5 мг/л. Оптимальную дозу хлора вводят в

воду сразу после фильтрации перед РЧВ.

174

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Исходя из хлорпотребности, можно проводить и двойное хлорирование, при котором первый раз хлор подают в смеситель перед камерой реакции, а второй — после фильтров. При этом экспериментально определенную оптима­ льную дозу хлора не изменяют. Хлор при введении в смеситель перед камерой реакции улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, чем дает возможность снизить дозу коагулянта. Кроме того, он угнетает рост микрофлоры, которая загрязняет песок на фильтрах. Общие расходы хлора при двойном хлорирова­ нии практически не увеличиваются и остаются почти такими же, как и при од­ норазовом.

Двойное хлорирование заслуживает широкого применения. К нему следу­ ет обращаться в тех случаях, когда загрязнение речной воды сравнительно вы­ сокое или подвержено частым колебаниям. Двойное хлорирование повышает санитарную надежность обеззараживания воды.

Суперхлорирование (перехлорирование) является способом обеззаражи­ вания воды, при котором используются повышенные дозы активного хлора (5—20 мг/л). Эти дозы фактически являются послепереломными. К тому же они значительно превышают хлорпотребность природной воды и обусловли­ вают наличие в ней высоких (свыше 0,5 мг/л) концентраций остаточного сво­ бодного хлора. Поэтому метод суперхлорирования не требует предваритель­ ного определения хлорпотребности воды и тщательного подбора дозы актив­ ного хлора, однако после обеззараживания необходимо удалить избыточный свободный хлор.

Суперхлорирование используют при особой эпидемиологической обста­ новке, при невозможности определить хлорпотребность воды и обеспечить до­ статочное время контакта хлора с водой, а также с целью предупреждения поя­ вления запахов воды и борьбы с ними. Этот метод удобен в военно-полевых условиях, при чрезвычайных ситуациях.

Суперхлорирование эффективно обеспечивает надежное обеззараживание даже мутной воды. От высоких доз активного хлора гибнут устойчивые к дейст­ вию дезинфектантов возбудители, такие, как риккетсии Бернетта, цисты дизен­ терийной амебы, микобактерии туберкулеза и вирусы. Но даже такие дозы хлора не могут надежно обеззаразить воду от спор сибирской язвы и яиц гельминтов.

При суперхлорировании остаточный свободный хлор в обеззараженной воде значительно превышает 0,5 мг/л, что делает воду непригодной для упот­ ребления вследствие ухудшения ее органолептических свойств (резкий запах хлора). Поэтому возникает необходимость в освобождении ее от избытка хлора. Такой процесс называется дехлорированием. Если избыток остаточного хлора невелик, его можно удалить путем аэрации. В остальных случаях воду очища­ ют, фильтруя через слой активированного угля или с помощью химических методов, таких, как обработка натрия гипосульфитом (тиосульфатом), нат­ рия бисульфитом, сернистым ангидридом (серы диоксидом), железа суль­ фатом. На практике применяют преимущественно натрия гипосульфит (тио­ сульфат) — Na2 S2 03 • 5Н2 0. Количество его рассчитывают в зависимости от количества избыточного хлора, исходя из следующей реакции:

Na2 S2 03 + С12+ Н2 0 = Na2 S04 + 2HCI + si.

175