ВУЗ: Белорусский государственный медицинский университет
Категория: Ответы на вопросы
Дисциплина: Медицина
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 10337
Скачиваний: 20
Уровень воды
Желоба для сброса промывной воды
Рис. 5. Скорые фильтры
а - двухслойный фильтр, б - двухпоточный фильтр, в - контактный осветлитель
С целью ускорения фильтрации при конструировании новых фильтров повышают их грязеемкость, под которой понимают массу загрязнений в килограммах, задержанных 1 м1 фильтрующей загрузки фильтра в течение фильтроцикла. К числу фильтров с повышенной грязеемкостью относятся фильтры с двухслойной загрузкой, двухпоточные фильтры системы АКХ и двухпоточные фильтры ДДФ.
В фильтрах с двухслойной загрузкой (см рис 5, а) над слоем песка 0,4—0,5 м насыпают слой дробленого антрацита или керамзита В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный - их остаток, прошедший через верхний слой Общая грязеемкость двухслойного фильтра в 2-2,5 раза больше грязеемкости обычного скорого фильтра. Плотность антрацита (керамзита) меньше плотности песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загрузки восстанавливается самостоятельно. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре 10-12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в скором.
Принцип работы двухпоточных фильтров АКХ (см рис 5, б) заключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%), как и в обычных фильтрах, - сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней наиболее крупнозернистой части фильтра, имеющей большую грязеемкость. Толщина фильтрующего слоя в фильтре АКХ 1,45— 1,65 м. На глубине 0,5—0,6 м от поверхности фильтрующей загрузки устанавливается трубчатый дренаж, через который отводится профильтрованная вода.
При промывке фильтра АКХ сначала в течение 1 мин подают промывную воду в дренажное устройство для взрыхления верхнего слоя песка, затем в течение 5-6 мин — через распределительную систему, расположенную на дне фильтра. Грязная вода, как и в обычных фильтрах, собирается в желобе и отводится в водосток. Фильгры ДДФ конструктивно отличаются от фильтров АКХ двухслойной загрузкой (антрацит и песок, керамзит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах АКХ и ДДФ задерживающая способность фильтрующей загрузки используется по всей ее высоте, что позволяет повысить скорость фильтрации до 12—15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м2 поверхности в 2 раза. В практике водоподготовки с целью интенсификации работы очистных сооружений используется коагуляция в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция),описанная выше. Контактная коагуляция особенно эффективна при смешивании коагулянта с обрабатываемой водой непосредственно перед ее введением в зернистую загрузку. При этом расход коагулянта снижается на 20%. Температура воды не влияет на контактную коагуляцию, хотя имеет большое значение при коагуляции в свободном объеме. Применение контактной коагуляции целесообразно при низких концентрациях взвеси в воде и отсутствии щелочного резерва. Сооружения, в которых используется метод контактной коагуляции, называются контактными осветлителями (см. рис. 5, в).
Для контактных осветлителей не нужно строить камеры хлопьеобразования и отстойники, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз и сократить капитальные затраты. Раствор коагулянта вводят в воду перед ее подачей на фильтрацию.
Вода фильтруется в направлении убывающей крупности зерен, снизу вверх, благодаря чему основная часть загрязнений задерживается в нижних крупнозернистых слоях. Большая высота загрузки увеличивает продолжительность фильтроцикла до 8 ч. Расчетная скорость фильтрования 5—6 м/ч. Скорость фильтрации на контактном осветлителе КФ-5 составляет 20 м/ч. Контактные осветлители удовлетворительно работают при осветлении воды, содержащей не более 150 мг/л взвешенных веществ (включая образующиеся вследствие коагулирования) и при цветности до 150 градусов.
В контактных осветлителях, в отличие от фильтров, осветленная вода находится над фильтрующей загрузкой, поэтому зеркало воды должно быть изолировано от помещения управления осветлителями. Этой цели служит остекленная перегородка на всю высоту помещения.
Очистные сооружения водопровода для осветления и обесцвечивания воды способны, кроме того, задержать до 90% находящихся в воде бактерий и вирусов. После осветления и обесцвечивания с помощью физических и физико-химических методов вода по органолептическим свойствам и химическому составу должна соответствовать нормативам питьевой воды, но для достижения эпидемической безопасности необходимо обеззараживание.
14.Коагуляция воды, ее виды, условия проведения и гигиеническое значение.
Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонкодисперсных примесей воды вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.
Коагуляция примесей воды позволяет ускорить осветление и обесцвечивание. Коагуляция происходит под влиянием химических реагентов - коагулянтов, которые либо нарушают агрегативную устойчивость примесей воды, либо образуют коллоиды, сорбирующие примеси воды. В качестве коагулянтов чаще всего используют соли алюминия или железа.
В практике водоподготовки известны два вида коагуляции — коагуляция в толще зернистой загрузки фильтра (контактная коагуляция) и коагуляция, происходящая в камерах хлопьеобразования (коагуляция в свободном объеме).
Механизм контактной коагуляции — нарушение агрегативной устойчивости коллоидных примесей воды в результате устранения или снижения до очень малых значений заряда мицеллы. При добавлении к обрабатываемой воде коагулянта, например сульфата алюминия, происходит его гидролиз с образованием трехвалентного иона алюминия:
A12(S04)3 + 6Н20 = 2AF + 3S042 + 6Н+ + 60Нˉ.
Ионы алюминия нейтрализуют заряд коллоидных частиц примесей воды и тем самым нарушают их агрегативную устойчивость. Лишенные устойчивости коллоидные частицы, проходя с потоком воды через фильтр (контактный осветлитель), адсорбируются на поверхности частиц зернистой загрузки фильтра под влиянием сил межмолекулярного взаимодействия. Это приводит к осветлению и обесцвечиванию воды.
Механизм коагуляции в свободном объеме имеет иной характер. Так же как и при контактной коагуляции, введение в обрабатываемую воду сульфата алюминия обусловливает нейтрализацию заряда природных коллоидов воды и снижение их агрегативной устойчивости. Этот процесс протекает очень быстро и заканчивается при установлении равновесия между катионами коагулянта и мицеллами природных коллоидов. После этого начинается образование гидроксида алюминия как в результате гидролиза:
А1 2(S04)3+ 6Н20 = 2А1(ОН)з + 3H2S04,
так и путем взаимодействия коагулянта с присутствующими в воде карбонатами и бикарбонатами (резервная щелочность воды):
A12(S04)j +ЗСа(НС03)2 = 2А1(ОН)з + 3CaS04+ 6С02.
Гидроксид алюминия имеет коллоидную структуру (золь), вследствие чего обладает развитой поверхностью, сорбирующей примеси воды, в том числе природные коллоиды, потерявшие агрегативную устойчивость.
Гидролиз коагулянта является обратимой реакцией, и на его полноту влияет активная реакция воды. Понижение pH подавляет гидролиз солей слабых оснований, каким является сульфат алюминия. При повышении pH образуется отрицательно заряженный алюминат- ион [А 102] , не приводящий к коагуляции. Приемлемое для гидролиза значение pH 4,3-7,6, оптимальное - 5,5-6,5.
На эффективность коагуляции влияют также количество грубой взвеси, частицы которой служат своеобразными «ядрами коагуляции», интенсивность перемешивания, температура воды.
Очевидно, что для вод различного состава нужны разные дозы коагулянта. Предварительный расчет оптимальной дозы производят с учетом щелочности и цветности обрабатываемой воды. Однако сложность физико-химических процессов, приводящих к коагуляции, заставляет уточнять предварительно рассчитанную дозу опытным путем.
Для ускорения коагуляции и интенсификации работы очистных сооружений применяют так называемые флоккулянты — высокомолекулярные синтетические соединения. Различают флоккулянты анионного (полиакриламид, К-4, К-6, активированная кремниевая кислота) и катионного (например, ВА-2) типа. Применение флоккулянтов анионного типа требует предварительной обработки воды коагулянтом, использование катионных флоккулянтов — предварительного введения коагулянта не предполагает. Флоккулянты позволяют ускорить коагуляцию, увеличить скорость движения воды в отстойниках, уменьшить время отстаивания путем увеличения скорости осаждения хлопьев, повысить скорость фильтрования и продолжительность фильтроцикла.
Ассортимент веществ с флоккулирующими свойствами постоянно расширяется. Для применения в централизованном питьевом водоснабжении допускаются лишь флоккулянты, прошедшие гигиеническую апробацию и имеющие нормированные ПДК.
В составе сооружений для коагуляции в свободном объеме должны быть дозатор, смеситель и камера хлопьеобразования. Назначение сооружений ясно из их названия. Существует множество конструкций, различающихся материалоемкостью, сложностью монтажа и эксплуатации, эффективностью работы и производительностью.
Коагуляция только подготавливает воду для дальнейшей обработки — осветления и обесцвечивания и в этом смысле не является самостоятельным процессом. В ряде случаев в схеме подготовки питьевой воды коагуляцию не обозначают.
15.Гигиеническое значение обеззараживания питьевой воды: методы и их характеристика.
Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды
Часть патогенных бактерий и вирусов проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Эффективность освобождения воды от микробного загрязнения на этапах очистки во многом зависит от характера взвеси, параметры которой весьма непостоянны. Для создания надежного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций применяется ее обеззараживание, т.е. уничтожение живых и вирулентных патогенных микроорганизмов — бактерий и вирусов.
В практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра, меди, йода) и безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) методы обеззараживания воды. 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 (pH, температура воды).
Химические (реагентные ) методы
Хлорирование воды в настоящее время получило наиболее широкое распространение благодаря многим техническим, гигиеническим и экономическим преимуществам перед другими методами обеззараживания.
Для хлорирования воды используют различные соединения хлора и разные способы их взаимодействия с водой. Наибольшее распространение получил жидкий хлор, который поступает на водопроводные станции в цистернах или баллонах под высоким давлением. Он представляет собой маслянистую темно-зеленую жидкость плотностью 1,4 при 15 °С. При снижении давления жидкий хлор переходит в газообразный, хорошо растворяющийся в воде. Взаимодействие растворенного хлора с водой протекает по следующим реакциям:
СL2 + Н 20 = НСL + НОСL,
НОСL = Н+ + ОСL?.
Степень диссоциации хлорноватистой кислоты зависит от активной реакции воды. Обеззараживающее действие оказывают гипохлоритный ион ОСL и недиссоциированная хлорноватистая кислота.
Кроме жидкого хлора, в практике обеззараживания воды используют ряд его соединений, из которых практическое значение для централизованных систем питьевого водоснабжения имеет диоксид хлора (С102). Диоксид хлора - газ желто-зеленого цвета, хорошо растворимый в воде. При 4 °С в воде может раствориться до 20 объемов диоксида хлора. Диоксид хлора в воде практически не гидролизуется, действующим началом является молекула вещества.
Неорганические хлорамины (монохлорамин NH2С1 и дихлорамин NHCl2) широко используют при обеззараживании воды на водопроводах.
Гипохлориты кальция и натрия представляют собой соли хлорноватистой кислоты. Действующим началом гипохлоритов является гипохлоритный ион (ОС1). Хлорная известь— комплексное соединение, в котором ион кальция связан одновременно с анионами хлорноватистой и хлористоводородной кислот. Свежий технический продукт содержит не более 35% активного хлора. При хранении, особенно в сырости и на свету, хлорная известь теряет активность. Действующим началом гипохлоритов является гипохлоритный ион.
Различная бактерицидность хлорсодержащих препаратов связана с выраженностью их окислительных свойств. Современное представление о сущности окислительно-восстановительных реакций связывается с переносом электронов в ряду взаимодействующих веществ. Окислительно-восстановительный потенциал хлорсодержащих препаратов, как и их бактерицидная активность, возрастают в ряду хлорамин>хлорная известь>хлоргаз>диоксид хлора.
Процесс взаимодействия хлора с бактериальной клеткой в воде проходит две стадии: сначала обеззараживающий агент диффундирует внутрь бактериальной клетки, а затем вступает в реакцию с белками цитоплазмы, ядерным аппаратом клетки, а также с энзимами клетки, в первую очередь с дегидрогеназами, блокируя SH-группы. В экспериментах показана прямая корреляция подавления активности дегидрогеназ с бактерицидным эффектом. Препараты хлора воздействуют в основном на вегетативные формы бактерий. Спороцидный эффект проявляется в эксперименте при высоких концентрациях хлора и длительном контакте, нереальных для технологии водоподготовки. Высокорезистентны к действию хлора вирусы, а также цисты простейших и яйца гельминтов.
На эффективность хлорирования влияет ряд факторов, связанных с биологическими особенностями микроорганизмов, бактерицидными свойствами препаратов хлора, состоянием водной среды, условиями, в которых производится обеззараживание.
Скорость процесса обеззараживания воды определяется диффузией обеззараживающего агента внутрь клетки и отмиранием клеток в результате нарушения их метаболизма. Скорость обеззараживания возрастает с увеличением концентрации обеззараживающего вещества в воде, повышением ее температуры и переходом обеззараживающего агента в недиссоциированную форму, поскольку диффузия молекул через мембрану клетки происходит быстрее, чем гидратированных ионов, образующихся при диссоциации.
Эффективность хлорирования в большой мере зависит и от первоначального количества микробов в исходной воде:
N=No10-kt,
где N0—начальное число бактерий; N —число бактерий после t минут контакта с хлором; к — константа скорости отмирания бактерий.