ВУЗ: Белорусский государственный медицинский университет
Категория: Ответы на вопросы
Дисциплина: Медицина
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 10336
Скачиваний: 20
Константа скорости отмирания кишечной палочки под воздействием препаратов хлора колеблется от 0,506 до 0,026 в зависимости от исследуемого штамма. Эмпирически доказано и экспериментально подтверждено, что при наличии в обработанной воде не более 1 — 3 кишечных палочек на 1 л она не содержит возбудителей кишечных инфекций.
Эффективность хлорирования зависит от состава водной среды, в которой проявляется бактерицидное действие этих препаратов. С повышением pH воды бактерицидный эффект уменьшается. Это связано с тем, что с повышением pH возрастает диссоциация хлорноватистой кислоты (наиболее активного действующего начала), а также со снижением окислительно-восстановительного потенциала Эффективность обеззараживания снижается в присутствии способных к окислению органических веществ и других восстановителей, а также коллоидных и взвешенных веществ, обволакивающих бактерии и мешающих контакту с ними обеззараживающего агента. Органические вещества, растворенные в воде, в разной степени могут влиять на бактерицидный эффект хлора, что объясняется их способностью к взаимодействию. Азотистые вещества животного происхождения (мочевина, аминокислоты, амины) активно связывают хлор, безазотистые (жиры, углеводы) слабо реагируют с хлором. Интегральным показателем свойств воды, мешающих обеззараживанию, является хлорпоглощаемость, измеряемая количеством хлора, необходимого для окисления имеющихся в воде восстановителей. Из этого следует большая зависимость эффекта хлорирования от качества очистки воды — предыдущей стадии водоподготовки. Хлорпоглощаемость прямо пропорциональна также дозе хлора и времени контакта.
Доза и время контакта хлора имеют наибольшее значение среди факторов, связанных с условиями обеззараживания, причем отмечается их сложная зависимость как между собой, так и с другими факторами, влияющими на эффективность хлорирования. Температура среды, в которой производится хлорирование на эффективность обеззараживания существенно не влияет.
Множество факторов, определяющих бактерицидный эффект хлора, а также сложные взаимосвязи между ними затрудняют управление процессом обеззараживания питьевой воды. В условиях эксплуатации водопровода можно влиять на дозу обеззараживающего агента. Подбор оптимальной дозы активного хлора, под которой понимают его количество, обеспечивающее достаточный эффект обеззараживания при заданном времени контакта, производится опытным путем в лабораторном эксперименте. С изменением качества исходной воды, технологической схемы ее обработки, времени года оптимальную дозу хлора подбирают вновь.
Оптимальная доза активного хлора состоит из количества хлора, необходимого для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и бактерицидного действия, и некоторого количества так называемого остаточного хлора, присутствующего в обеззараженной воде и свидетельствующего о завершении процесса обеззараживания.
Остаточный хлор наряду с количеством кишечных палочек в воде служит косвенным показателем ее безопасности в эпидемиологическом отношении.
Концентрация остаточного хлора нормируется СанПиН «Питьевая вода» на разном уровне в зависимости от его состояния: для связанного (хлораминного) хлора 0,8—1,2 мг/л, для свободного (хлорноватистая или хлорная кислота, гипохлоритный ион) 0,3-0,5 мг/л. В указанных диапазонах концентраций остаточный хлор не изменяет органолептические свойства воды и в то же время точно определяется аналитическими методами. Содержание остаточного хлора нормируется в воде на выходе с водопроводной станции, после резервуаров чистой воды.
Необходимо отметить, что остаточный хлор является сигналом достаточности обеззараживания только при соблюдении всех правил технологии обработки воды (время отстаивания, скорость фильтрования и т. д.), а также при достаточном времени контакта (30 мин при обеззараживании свободным хлором и 60 мин — связанным). Нельзя рассчитывать и на то, что остаточный хлор может предотвратить неблагоприятные последствия вторичного загрязнения воды в процессе ее транспортировки по распределительной сети. Низкие концентрации остаточного хлора явно недостаточны для окисления сильно загрязненных грунтовых вод города, которые могут поступить в водопроводные трубы при дефектах сети и авариях. Основой охраны качества питьевой воды в распределительной сети являются техническая исправность сети и соблюдение правил эксплуатации (регулярная промывка, дезинфекция после ремонтных работ, содержание смотровых колодцев и пр.).
Взаимодействие хлора с компонентами обрабатываемой воды является сложным и многостадийным процессом (рис. 1).
Малые дозы хлора полностью связываются органическим веществом воды, в первую очередь аминами, которые в настоящее время постоянно присутствуют в воде поверхностных источников водоснабжения. С увеличением дозы в воде накапливается остаточный, связанный с аминами хлор. При дальнейшем увеличении дозы количество остаточного связанного хлора падает до определенной точки, называемой точкой перелома на кривой остаточного хлора. Это падение объясняется потреблением хлораминов и других хлорорганических соединений органическим веществом воды с образованием комплексных соединений, в которых хлор не проявляет активность. При увеличении дозы хлора после точки перелома вновь начинается рост остаточно
го хлора, но этот хлор не связан с хлораминами и носит название свободного остаточного хлора.
Существует несколько способов хлорирования с учетом характера остаточного хлора, выбор которых определяется особенностями обрабатываемой воды. Так, в воде поверхностных источников часто присутствуют фенолы, попадающие туда с промышленными сточными водами. При взаимодействии хлора с фенолом образуются весьма стабильные хлорфенольные соединения, порог ощущения запаха которых на несколько порядков ниже порога ощущения запаха составляющих веществ, что ограничивает потребление воды для питьевых целей.
Для предупреждения провоцирования запаха используется способ хлорирования с преаммонизацией, при котором в обрабатываемую воду вводится аммиак, образующий амины, а затем хлор, вступающий в реакцию с аминами уже на первой стадии процесса. Образующиеся хлорамины (связанный активный хлор) не взаимодействуют с фенолами, и хлорфенольного запаха в воде не образуется. Однако необходимо учитывать, что связанный (хлораминный) хлор проявляет бактерицидный эффект примерно в 2 раза медленнее, чем свободный (гипохлоритный) хлор, и обладает более низким (примерно в 1-1,5 раза) окислительно-восстановительным потенциалом. Вследствие этого приходится увеличивать время контакта и величину остаточного хлора, что нашло отражение в СанПиН.
Суперхлорирование, т.е. хлорирование избыточными дозами хлора, используется при особой эпидемической обстановке и при невозможности обеспечить достаточное время контакта воды с хлором. При суперхлорировании также не провоцируются запахи в воде, поскольку образовавшиеся на раннем этапе взаимодействия хлора с водой хлорорганические соединения в дальнейшем разрушаются избытком хлора. Однако необходимо удаление избыточного остаточного хлора (дехлорирование) перед подачей воды потребителю, что достигается добавлением к воде гипосульфита, сорбцией хлора на активированном угле или аэрацией.
При обеззараживании воды послепереломными дозами (хлорирование с остаточным свободным хлором) дозу хлора подбирают в диапазоне 4. Этот способ отличается от суперхлорирования более тщательным подбором дозы и поэтому не требует дополнительного дехлорирования. Он дает высокий и стойкий бактерицидный эффект, предупреждает появление запахов в воде и требует меньшего времени контакта по сравнению со способом хлорирования с преаммонизацией.
При хлорировании диоксидом хлора отмечается более высокий бактерицидный эффект при той же дозе активного хлора, не образуется новых запахов и даже исчезают запахи (бензина, меркаптана и пр.), имевшиеся в исходной воде. Это объясняется тем, что действующим началом при введении диоксида хлора является не хлорноватистая кислота, а молекула диоксида хлора - более сильный окислитель.
Гипохлориты можно получать на месте потребления электролитическим путем. В качестве электролитов используются или специально приготовленные растворы хлорида натрия, или природные электролиты — подземные минерализованные и морские воды. Обеззараживание на установках водоподготовки производительностью до 5000 м3/сут возможно прямым электролизом воды при исходном содержании хлоридов не менее 20 мг/л и жесткости до 7 мг-экв/л. Получение гипохлоритов непосредственно на водопроводной станции имеет значительные экономические преимущества и позволяет избежать транспортировки и хранения жидкого хлора - опасного и токсичного вещества.
Для обеззараживания воды на водопроводах, использующих поверхностные источники с очень высоким бактериальным загрязнением, используют так называемое двойное хлорирование. Основную дозу хлора вводят в воду перед процессом очистки, а после очистки выполняют заключительное хлорирование. Такой способ положительно оценивается технологами по обработке воды, поскольку в значительной мере снижает обрастание водопроводных сооружений и коммуникаций водорослями. Однако высокая концентрация образующихся при этом хлорорганических соединений не позволяет считать метод двойного хлорирования безупречным. Предшественники хлорорганических соединений — гуминовые кислоты и фульвокислоты, производные фенола, анилина, являющиеся продуктами метаболизма водорослей, постоянно присутствуют в воде поверхностных источников водоснабжения. Хлорорганические соединения в низких дозах не только оказывают общетоксическое действие, но и способны дать эмбриотоксический, мутагенный и канцерогенный эффект.
Хлорированию как методу обеззараживания воды присущи и другие недостатки. К ним относятся сложность транспортировки и хранения жидкого хлора — взрывоопасного и токсичного вещества, необходимость соблюдения многочисленных требований по технике безопасности, продолжительное время контакта для достижения обеззараживающего эффекта. Некоторые химические вещества техногенного происхождения, например синтетические ПАВ, могут существенно влиять на эффективность хлорирования.
Тем не менее высокая бактерицидная эффективность и технологическая надежность делают метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания питьевой воды как в нашей стране, так и за рубежом.
Обеззараживание воды озоном. Озон не только оказывает бактерицидное действие на патогенную микрофлору, но и способен разрушать многие присутствующие в воде источника водоснабжения химические вещества техногенного происхождения.
Озон (03) - газ бледно-фиолетового цвета, обладающий характерным запахом. Это один из сильнейших окислителей; он способен окислять все металлы, кроме золота и платиноидов, а также большинство неметаллов. Окисление осуществляет атомарный кислород, образующийся в воде при распаде растворенного в ней озона.
Озон на водопроводных станциях получают с помощью специальных установок (рис.2).
Главным технологическим узлом установки является озонатор. Озонатор состоит из двух электродов, между которыми находится воздушное разрядное пространство шириной 2— 3 мм. Один из электродов заземлен, ко второму подведен переменный ток напряжением свыше 1000 В. Воздух, поступающий в озонаторы, предварительно очищают от пыли, освобождают от влаги и охлаждают. Подготовленная озоновоздушная смесь поступает в барботажные колонны, где осуществляется ее контакт с обрабатываемой водой. Время контакта, необходимое для проявления бактерицидного эффекта, около 10 мин.
Молекула озона легко разлагается на атом и молекулу кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются короткоживущие свободные радикалы Н02, ОН. Молекулярный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окислителями, обусловливают бактерицидные свойства озона.
Обеззараживающее действие озона на вегетативные формы бактерий в 15-20 раз, а на споровые формы в 300-600 раз более выражено, чем действие хлора. Высокий вирулицидный эффект озона проявляется при реальных для практики водоподготовки концентрациях 0,5-0,8 мг/л и времени контакта 12 мин. Известна высокая эффективность озона относительно присутствующих в воде цист простейших. Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходят обесцвечивание и устранение привкусов и запахов, а также деструкция высокомолекулярных органических соединений.
Механизм бактерицидного действия озона заключается в инактивации бактериальных ферментов, необратимом нарушении структуры ДНК клетки атомарным кислородом, образующимся при распаде озона.
При обработке воды озоном в ней образуются продукты озонолиза органических веществ в виде альдегидов, кетонов, низкомолекулярных карбоновых кислот; среди них наиболее актуален формальдегид. Опасность продуктов озонолиза возрастает в случае комбинации в схеме обработки воды озонирования и последующего хлорирования. При этом образуются хлорированные продукты озонолиза с мутагенными и канцерогенными свойствами.
Косвенным показателем эффективности обеззараживания воды озоном при оперативном контроле служит присутствие в воде остаточных количеств озона на уровне 0,1—0,3 мг/л после камеры смешения (барботажных колонн).
Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоят в том, что озон не образует в воде соединений, подобных хлорорганическим, улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта. Широкое внедрение озонирования в практику обработки воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса получения озона; озонирование на порядок дороже хлорирования.
Другие бактерицидные вещества, используемые для обеззараживания воды. Практический опыт обеззараживания воды серебром накапливался человечеством на протяжении ряда веков. Работами отечественных и зарубежных ученых установлен высокий бактерицидный эффект серебра уже в концентрации 0,05 мг/л; эффективны рабочие концентрации 0,2-0,4 мг/л и выше. Антимикробное действие серебра охватывает многие виды бактерий и вирусы, но вирулицидный эффект проявляется только при высоких, выше 0,5 мг/л, концентрациях, а спороцидного действия серебро не оказывает.
Механизм бактерицидного действия серебра заключается в блокировании функциональных групп ферментных систем клетки, расположенных в цитоплазматической мембране и в периплазматическом пространстве. Инактивация ферментных групп малыми концентрациями положительных ионов металлов носит название олигодинамического эффекта. В современных установках используется электролитический способ введения серебра. На аноде при этом образуются ионы гипохлорита и перекисных соединений, которые усиливают олигодинамическое действие серебра.