Современные методы обеззараживания питьевой воды

План

Введение.

1. Гигиенические задачи обеззараживания  питьевой воды.

2. Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды.

2.1 Хлорирование.

2.1.1 Хлор.

2.1.2 Диоксид хлора.

2.1.3 Гипохлорит натрия.

2.1.4 Хлорсодержащие препараты.

2.2 Озонирование.

2.3 Другие реагентные способы дезинфекции воды.

3. Физические методы обеззараживания  питьевой воды.

3.1 Кипячение.

3.2 Ультрафиолетовое облучение.

3.3 Электроимпульсный способ.

3.4 Обеззараживание ультразвуком.

3.5 Радиационное обеззараживание.

3.6 Другие физические методы.

4. Комплексное обеззараживание.

Заключение.

Список литературы.

 

Введение

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населенных мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почетное место. Ведь вода – это непременная часть всех живых организмов, жизнедеятельность которых без воды невозможна. Для нормального течения физиологических процессов в организме человека и для создания благоприятных условий жизни людей очень важно гигиеническое значение воды. В настоящее время обеспечение населения водой высокого качества стало настоящей проблемой.

Проблема питьевого водоснабжения затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. На питьевые и бытовые потребности населения, коммунальных объектов, лечебно-профилактических учреждений, а также на технологические нужды предприятий пищевой промышленности расходуется около 5-6% общего водопотребления. Технически обеспечить подачу такого количества воды нетрудно, но потребности должны удовлетворяться водой определённого качества, так называемой питьевой водой.

Питьевая вода – это вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека. Основные требования к качеству питьевой воды: быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, быть безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами. Для удовлетворения этих требований в настоящее время используется целый комплекс мер по подготовке питьевой воды.

Конечно, в реках и других водоёмах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает очень медленно. Реки уже давно не справляются со сбросами сточных вод и другими источниками загрязнения. А ведь уровень бактерицидного воздействия в сточных водах часто превышает норму в тысячи и миллионы раз. Стоки попадают в реки и озёра, а большинство городских водоканалов берут воду именно из них. Таким образом, обязательными процессами в подготовке питьевой воды являются качественная очистка и обеззараживание сточных вод.

Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. В процессе первичной очистки вод задерживаются до 98% бактерий. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды – её обеззараживание.

При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, а при использовании подземных вод – только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Но на практике использование для питья и подземных, и поверхностных вод практически всегда без обеззараживания невозможно.

 

Вода природных источников питьевого водоснабжения, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям к питьевой воде и требует перед подачей населению подготовки — очистки и обеззараживания.

Очистка воды, включающая её осветление и обесцвечивание , является первым этапом в подготовке питьевой воды. В результате её из воды удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов. Но часть патогенных бактерий и вирусов проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надёжного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций и других не менее опасных болезней применяется её обеззараживание, т.е. уничтожение живых и вирулентных патогенных микроорганизмов – бактерий и вирусов. Ведь именно микробиологические загрязнения воды занимают первое место в оценке степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам, является обязательным условием получения воды питьевого качества.

В практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра), безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) и комбинированные методы обеззараживания воды. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений. Безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями. А в комбинированных методах используются одновременно химическое и физическое воздействия.

При выборе метода обеззараживания следует учитывать опасность для здоровья человека остаточных количеств биологически активных веществ, применяемых для обеззараживания или образующихся в процессе обеззараживания, возможность изменения физико-химических свойств воды (например, образование свободных радикалов). Важными характеристиками метода обеззараживания являются также его эффективность в отношении различных видов микронаселения воды, зависимость эффекта от условий среды.

При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после обеззараживания.

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта.

Существуют и другие ограничения в использовании того или иного метода обеззараживания воды. На этих ограничениях, а также на достоинствах и недостатках методов обеззараживания мы подробно остановимся ниже.

 

2.1 Хлорирование

Самый распространенный и проверенный способ дезинфекции воды – первичное хлорирование. В настоящее время этим методом обеззараживается 98,6 % воды. Причина этого заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование позволяет не только очистить воду от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли железа и марганца. Другое важнейшее преимущество этого способа – его способность обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Существенный недостаток хлорирования – присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические свойства и являющееся причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Бόльшую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ) – хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Этот процесс растянут по времени до нескольких десятков часов, а количество образующихся ТГМ при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения примесей требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья.

Для хлорирования воды используются такие вещества как собственно хлор (жидкий или газообразный), диоксид хлора и другие хлорсодержащие вещества.

2.1.1 Хлор

Хлор является наиболее распространённым из всех веществ, используемых для обеззараживания питьевой воды. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента – жидкого или газообразного хлора – и относительной простотой обслуживания.

Очень важным и ценным качеством использования хлора является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3–0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

Однако, хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления органических соединений, при которых в воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить эти соединения. Кроме того, что эти хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, они, 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, а равно и жидкого хлора (Cl2 ).

2.1.2 Диоксид хлора

В настоящее время для обеззараживания питьевой воды также предлагается применение диоксида хлора (ClO2), который обладает рядом преимуществ, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог и должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

Действие на болезнетворную флору ClО2 обусловлено не только высоким содержанием при реакции высвобождающегося хлора, но и образующимся атомарным кислородом. Именно это сочетание делает диоксид хлора более сильным обеззараживающим агентом. Кроме того, он не ухудшает вкус и запах воды. Сдерживающим фактором в использовании данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, осложнявшая его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения.

2.1.3 Гипохлорит натрия

Технология применения гипохлорита натрия (NaClO) основана на его способности распадаться в воде с образованием диоксида хлора. Применение концентрированного гипохлорита натрия на треть снижает вторичное загрязнение, в сравнении с использованием газообразного хлора. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно просты и не требуют повышенных мер безопасности. Также получение гипохлорита натрия возможно и непосредственно на месте, путем электролиза. Электролитический метод характеризуют малые затраты и безопасность; реагент легко дозируется, что позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды.

2.1.4 Хлорсодержащие препараты

Применение для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в обслуживании и не требует сложных технологических решений. Правда, используемое при этом реагентное хозяйство более громоздко, что связано с необходимостью хранения больших количеств препаратов (в 3–5 раз больше, чем при использовании хлора). Во столько же раз увеличивается объем перевозок. При хранении происходит частичное разложение реагентов с уменьшением содержания хлора. Остается необходимость устройства системы притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдения мер безопасности для обслуживающего персонала. Растворы хлорсодержаших реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием.

Все большее распространение, особенно на небольших станциях водоподготовки, приобретают установки по производству активных хлорсодержаших реагентов электрохимическими методами. В России несколько предприятий предлагают установки типа «Санер», «Санатор», «Хлорэл-200» для производства гипохлорита натрия методом диафрагменного электролиза поваренной соли.

питьевой водоснабжение обеззараживание

2.2 Озонирование

Преимущество озона (О3) перед другими дезинфектантами заключается в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, которые придают воде неприятный запах (например, гуминовые основания). Кроме уникальной способности уничтожения бактерий, озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов. Исторически применение озона началось еще в 1898 г. во Франции, где впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды.

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.