Материал: Гончарук учебник

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Согласно приведенной реакции связывания между активным хлором и на­ трия гипосульфитом при мольном соотношении 1:1, на 0,001 г хлора исполь­ зуется 0,0035 г кристаллогидрата натрия гипосульфита, или на 1 мг хлора — 3,5MrNa2 S2 03 -5H2 0.

Хлорирование с преаммонизацией. Метод хлорирования в преаммонизацией используется: 1) с целью предотвращения появления неприятных специ­ фических запахов, которые возникают после хлорирования воды, содержащей фенол, бензол и этилбензол; 2) для предотвращения образования канцероген­ ных веществ (хлороформ и др.) при хлорировании питьевой воды, содержащей гуминовые кислоты, углеводороды метанового ряда; 3) для снижения интенси­ вности запаха и привкуса хлора, особенно ощутимого в летнее время; 4) для экономии хлора при высокой хлорпоглощаемости воды и отсутствии запахов, привкусов и высокого бактериального загрязнения. Если природная вода со­ держит фенолы (например, вследствие загрязнения водоемов сточными вода­ ми промышленных предприятий) даже в незначительных количествах1, то при обеззараживании хлорсодержащими соединениями, которые гидролизуются с образованием хлорноватистой кислоты, свободный активный хлор сразу же взаимодействует с фенолом, образуя хлорфенолы, которые даже в небольших концентрациях придают воде аптечный привкус и запах. В то же время связан­ ный активный хлор — хлораминный, имея более низкий окислительно-восстано­ вительный потенциал, не взаимодействует с фенолом с образованием хлорфенолов, и поэтому во время обеззараживания не ухудшаются органолептические свойства воды. Аналогично свободный активный хлор способен взаимодейство­ вать с углеводородами метанового ряда с образованием тригалометанов (хло­ роформа, дибромхлорметана, дихлорбромметана), являющихся канцерогенами. Предотвратить их образование можно, обеззараживая воду связанным актив­ ным хлором.

При хлорировании с преаммонизацией в воду, которую обеззараживают, сначала добавляют раствор аммиака2 или его солей, а через 1—2 мин вводят хлор. Вследствие этого в воде образуются хлорамины (монохлорамины NH2C1 и дихлорамины NHC12), которые обладают бактерицидным действием. Хими­ ческие реакции образования хлораминов приведены на с. 170.

Соотношение образующихся веществ зависит от pH, температуры и коли­ чества реагирующих соединений. Эффективность хлорирования с преаммони­ зацией зависит от соотношения NH3 и С12, причем используют дозы этих реа­ гентов в пропорциях 1:2, 1:4, 1:6, 1:8. Для воды каждого источника водоснаб­ жения необходимо подбирать наиболее эффективное соотношения. Скорость обеззараживания воды хлораминами ниже, чем скорость дезинфекции свобод­ ным хлором, поэтому продолжительность дезинфекции воды в случае хлори­ рования с преаммонизацией должна быть не меньше 2 ч. Особенности бак­ терицидного действия хлораминов, а также их способность не образовывать хлорпроизводных, имеющих специфические запахи, объясняется их значитель-

ПДК фенола в воде 0,001 мг/л, лимитирующий показатель — органолептический (запах), 4-й класс опасности.

Для введения аммиака в воду удобнее всего использовать вакуумные хлораторы.

176

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

но меньшей окислительной активностью, поскольку окислительно-восстанови­ тельный потенциал хлораминов значительно ниже, чем у хлора.

Кроме преаммонизации (введение аммиака за 1—2 мин до введения хло­ ра), иногда применяют постаммонизацию, когда аммиак вводят после хлора непосредственно в резервуары с чистой водой. Благодаря этому хлор фиксиру­ ется дольше, чем достигается увеличение продолжительности его действия.

Комбинированные способы хлорирования воды. Кроме рассмотренных методов хлорирования воды, предложен ряд комбинированных, когда вместе с хлорсодержащими соединениями используют еще один химический или фи­ зический дезинфицирующий агент, что повышает эффект обеззараживания. Хлорирование можно комбинировать с обработкой воды солями серебра (хлорсеребряный метод), калия перманганатом (хлорирование с манганированием), озоном или ультрафиолетом, ультразвуком и т. п.

Хлорирование с манганированием (с добавлением раствора КМп04 ) ис­ пользуют при необходимости усиления окислительного и бактерицидного дей­ ствия хлора, так как калия перманганат более сильный окислитель. Способ сле­ дует применять при наличии в воде запахов и привкусов, которые обусловле­ ны органическими веществами, водорослями. При этом калия перманганат вво­ дят до хлорирования. Добавлять КМп04 следует перед отстойниками в дозах 1—5 мг/л или перед фильтрами в дозе 0,08 мг/л. Восстанавливаясь до нераство­ римого в воде Мп02, он полностью задерживается в отстойниках и на фильтрах.

Хлорсеребряный метод используют на судах речного флота (на установ­ ках КВУ-2 и УКВ-0,5). Он обеспечивает усиленное обеззараживание воды и ее консервацию на длительный срок (до 6 мес) при добавлении ионов серебра в количестве 0,05—0,1 мг/л.

Кроме того, хлорсеребряный метод используют для обеззараживания во­ ды в плавательных бассейнах, где необходимо по мере возможности снизить дозу хлора. Это возможно потому, что бактерицидное действие обеспечивает­ ся в пределах суммарного эффекта доз хлора и серебра.

Бактерицидное, вирулицидное и окислительное действие хлора может быть усилено за счет одновременного воздействия ультразвуком, ультрафио­ летовым излучением, постоянным электрическим током.

Критерии обеззараживания воды хлором. Контроль за эффективностью хлорирования воды проводят на водопроводных станциях по косвенным пока­ зателям, которые свидетельствуют об эпидемической безопасности воды. Ги­ гиенические требования к качеству питьевой воды после обеззараживания по микробиологическим и паразитологическим показателям приведены в табл. 4 (см. с. 100).

Пробы воды отбирают после резервуаров чистой воды перед подачей в во­ допроводную сеть. Контроль эффективности хлорирования по остаточному активному хлору осуществляют ежечасно, то есть 24 раза в сутки. Хлорирова­ ние считается эффективным, если содержание остаточного свободного хлора находится в пределах 0,3—0,5 мг/л через 30 мин контакта, или содержание оста­ точного связанного хлора составляет 0,8—1,2 мг/л через 60 мин контакта.

По микробиологическим показателям эпидемической безопасности воду после РЧВ исследуют дважды в сутки, то есть 1 раз в 12 ч. В воде после обезза-

177

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

раживания определяют общее микробное число и индекс БГКП (коли-индекс). Обеззараживание воды считается эффективным, если коли-индекс не превы­ шает 3, а общее микробное число — не более 100.

Отрицательные последствия хлорирования воды для здоровья насе­ ления. В результате реакции хлора с гуминовыми соединениями, продуктами жизнедеятельности гидробионтов и некоторыми веществами промышленного происхождения образуются десятки новых чрезвычайно опасных галоформных соединений, в том числе канцерогены, мутагены и высокотоксичные ве­ щества с ПДК на уровне сотых и тысячных миллиграмма на 1 л. В табл. 3 и 5 (см. с. 66, 67, 101) приведены некоторые галогенсодержащие соединения, осо­ бенности их действия на организм человека, гигиенические нормативы в питье­ вой воде. Индикаторами этой группы являются тригалометаны: хлоро- и бромоформ, дибромхлорметан, бромдихлорметан. В обеззараженной питьевой воде и воде горячего водоснабжения чаще всего и в более высоких концентрациях выявляют хлороформ — канцероген группы 2Б, по классификации МАИР.

Галоформные соединения поступают в организм с водой не только энтерально. Некоторые вещества проникают через неповрежденную кожу во время контакта с водой, в частности при плавании в бассейне. Во время приема ван­ ны или душа галоформные соединения попадают в воздух. Аналогичный про­ цесс происходит в процессе кипячения воды, белья, приготовления пищи.

С учетом чрезвычайной опасности для здоровья человека галоформных со­ единений разработан комплекс мероприятий по снижению их уровней в воде. Он предусматривает:

•охрану источника водоснабжения от загрязнения сточными водами, ко­ торые содержат предшественники галоформных соединений;

•снижение эвтрификации поверхностных водоемов;

•отказ от перехлорирования (первичного хлорирования) или его замену ультрафиолетовым облучением или добавление меди сульфата;

•оптимизацию коагуляции для снижения цветности воды, то есть удале­ ние гуминовых веществ (предшественников галоформных соединений);

•использование дезинфектантов, имеющих меньшую способность к об­ разованию галоформных соединений, в частности хлора диоксида, хлораминов;

•использование хлорирования с преаммонизацией;

•аэрацию воды или использование гранулированного активированного угля в качестве наиболее эффективного способа удаления галоформных соеди­ нений из воды.

Кардинальным решением проблемы является замена хлорирования озони­ рованием и обеззараживанием воды УФ-лучами.

Озонирование воды и его преимущества перед хлорированием. Озони­ рование является одним из перспективных методов обработки воды с целью ее обеззараживания и улучшения органолептических свойств. Сегодня почти 1000 водопроводных станций в Европе, преимущественно во Франции, Герма­ нии и Швейцарии, используют озонирование в технологической схеме обрабо­ тки воды. В последнее время озонирование начали широко внедрять в США и Японии. В Украине озонирование используют на Днепровской водопроводной

178

Рис. 25. Технологическая схема озонаторной установки:

1 — воздухоприемник; 2 — воздушный фильтр; 3 — предупредительный клапан; 4 — пять приточных вентиляторов; 5 — воздушный вантуз; 6 — два охлаждаемых сушителя; 7 — четыре адсорбционные суш­ ки; 8 — активированный глинозем; 9 — охлаждение нагревателей вентилятора; 10 — пятьдесят генера­ торов озона (изображено 2); 11 — сухой воздух; 12 — впуск охлаждающей воды; 13 — выпуск охлажда­ ющей воды; 14 — озонированный воздух; 15 — три резервуара для диффузии озона; 16 — уровень воды

станции Киева, в странах СНГ — на водопроводных станциях Москвы (Рос­ сийская Федерация) и Минска (Беларусь).

Озон (Os) — газ бледно-фиолетового цвета, обладающий специфическим запахом, сильный окислитель. Молекула его весьма неустойчива, легко распа­ дается (диссоциирует) на атом и молекулу кислорода. В промышленных усло­ виях озоно-воздушную смесь получают в озонаторе с помощью "медленного" электрического разряда при напряжении 8000—10 000 В.

Принципиальная схема озонаторной установки приведена на рис. 25. Ком­ прессор забирает воздух, очищает от пыли, охлаждает, сушит на адсорберах

ссиликагелем или активным алюминия оксидом (которые регенерируют про­ дуванием горячим воздухом). Далее воздух проходит через озонатор, где обра­ зуется озон, который через распределительную систему подается в воду кон­ тактного резервуара. Доза озона, необходимая для обеззараживания, для боль­ шинства типов воды составляет 0,5—6,0 мг/л. Чаще всего для подземных водоисточников дозу озона принимают в пределах 0,75—1,0 мг/л, для поверх­ ностных вод — 1—3 мг/л. Иногда для обесцвечивания и улучшения органолептических свойств воды необходимы высокие дозы. Продолжительность кон­ такта озона с водой должна быть не менее 4 мин1. Косвенным показателем

Всоответствии с ГОСТом 2874-82 продолжительность обеззараживания воды с помощью озона составляла не менее 12 мин. Такая же продолжительность регламентируется и утвержден­ ным МЗ России СанПиНом 2.1.4.559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества". В соответствии

сСанПиН "Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованного хо­

зяйственно-питьевого водоснабжения", утвержденным МЗ Украины, продолжительность обра­ ботки озоном должна быть не менее 4 мин.

179

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

эффективности озонирования является наличие остаточных количеств озона на уровне 0,1—0,3 мг/л после камеры смешения.

Озон в воде распадается, образуя атомарный кислород: 03 —> 02 + О". До­ казано, что механизм распада озона в воде сложен. При этом происходит ряд промежуточных реакций с образованием свободных радикалов (например, НО*), которые также являются окислителями. Более сильное окислительное и бактерицидное действие озона по сравнению с хлором объясняется тем, что его окислительный потенциал больше, чем у хлора.

С гигиенической точки зрения, озонирование является одним из наилуч­ ших методов обеззараживания воды. Вследствие озонирования достигается надежный обеззараживающий эффект, разрушаются органические примеси, а органолептические свойства воды не только не ухудшаются, как при хлори­ ровании или кипячении, но и улучшаются: уменьшается цветность, исчезают лишние привкус и запах, вода приобретает голубой оттенок. Избыток озона быстро разлагается, образуя кислород.

Озонирование воды имеет следующие определенные преимущества пе­ ред хлорированием:

1) озон является одним из самых сильных окислителей, его окислительновосстановительный потенциал выше, чем у хлора и даже хлора диоксида;

2)при озонировании в воду не вносится ничего постороннего и не проис­ ходит сколько-нибудь заметных изменений минерального состава воды и pH;

3)избыток озона через несколько минут превращается в кислород, и по­ этому не влияет на организм и не ухудшает органолептические свойства воды;

4)озон, вступая во взаимодействие с соединениями, содержащимися в во­ де, не вызывает появления неприятных привкусов и запахов;

5)озон обесцвечивает и дезодорирует воду, содержащую органические ве­ щества природного и промышленного происхождения, придающие ей запах, привкус и окраску;

6)по сравнению с хлором озон эффективнее обеззараживает воду от спо­ ровых форм и вирусов;

7)процесс озонирования в меньшей степени подвержен влиянию перемен­ ных факторов (pH, температуры и т. п.), что облегчает технологическую эксп­ луатацию водоочистных сооружений, а контроль за эффективностью не слож­ ней, чем при хлорировании воды;

8)озонирование воды обеспечивает бесперебойность процесса обработки воды, отпадает необходимость перевозки и хранения небезопасного хлора;

9)при озонировании образуется значительно меньше новых токсических веществ, чем при хлорировании. Преимущественно это альдегиды (например, формальдегид) и кетоны, которые образуются в сравнительно небольших ко­ личествах;

10)озонирование воды дает возможность комплексной обработки воды, при которой может одновременно достигаться обеззараживание и улучшение органолептических свойств (цветность, запах и привкус).

Обеззараживание воды ионами серебра. Вода, обработанная серебром в дозе 0,1 мг/л, сохраняет высокие санитарно-гигиенические показатели в тече-

180