ВУЗ: Белорусский государственный медицинский университет
Категория: Ответы на вопросы
Дисциплина: Медицина
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 19296
Скачиваний: 30
21.Обеззараживание питьевой воды ультрафиолетовыми лучами. Условия его проведения.
|
Среди безреагентных физических методов обеззараживания воды наиболее изучены ультрафиолетовые лучи. Кроме того, известен выраженный бактерицидный эффект гамма-излучения, ультразвука, импульсного электрического разряда (ИЭР). Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами основано на воздействии биологически активной ультрафиолетовой части спектра на микроорганизмы. Эта часть излучения в диапазоне длин волн от 205 до 315 нм называется бактерицидным излучением. Максимум бактерицидного действия приходится на диапазон 250-270 нм. Применение ультрафиолетовых лучей для обеззараживания питьевой воды до недавнего времени было ограничено по причине низкой гигиенической надежности и недостаточной экономической эффективности разработанных в начале 50-х годов установок с бактерицидными лампами среднего давления. Лампы этого типа имели высокую энергоемкость, высокую рабочую температуру и низкий коэффициент полезного действия бактерицидного излучения. Последний фактор резко ограничивал возможность использования ультрафиолетовых лучей; гигиеническая эффективность достигалась лишь в воде, содержащей не более 0,3 мг/л железа при мутности не более 1,5 мг/л. В современных установках применяют лампы, заполненные смесью паров ртути и инертных газов и работающие в режимах низкого и высокого давления. Лампы низкого давления имеют электрическую мощность 2-200 Вт и рабочую температуру 40-150 °С. В лампах этого типа около 30% электрической энергии преобразуется в бактерицидное излучение. Срок службы ламп низкого давления составляет 5000—10 000 ч. В установках с непогруженными источниками излучения используются лампы с отражателями, в установках с погруженными источниками - лампы с защитными кварцевыми чехлами. Надежность контроля работы установок ультрафиолетовых лучей обеспечивается датчиками измерения интенсивности ультрафиолетовых лучей в камере обеззараживания, системой автоматики, подающей звуковой и световой сигналы при снижении минимальной заданной дозы, счетчиками «времени наработки» ламп, индикаторами их исправности. Ультрафиолетовые лучи поглощаются как самой водой, так и веществами, находящимися в растворенном и взвешенном состоянии. Цифровое выражение поглощающей способности, коэффициент поглощения, указывает долю бактерицидного излучения, поглощенного слоем воды Степень поглощения определяется физико-химическими свойствами обрабатываемой воды, а также толщиной ее слоя. Коэффициенты поглощения природной воды поверхностных источников водоснабжения колеблются в пределах от 0,2 до 0,6, питьевой воды, полученной из подземных источников, - 0,05-0,2, воды поверхностных источников, прошедшей очистку, - 0,15—0,3. На поглощение бактерицидной энергии влияют цветность, мутность воды и содержание в ней железа. Установлено, что с увеличением цветности воды на 1 градус коэффициент поглощения возрастает на 0,07—0,09, а каждые 0,1 мг железа в 1 л воды увеличивает значение коэффициента на 0,01-0,015. Другие показатели химического состава воды, такие, как жесткость, содержание сульфатов, аммиака, нитритов и нитратов, в обычных концентрациях практически не влияют на поглощение ультрафиолетовых лучей. Ультрафиолетовые лучи можно использовать для обработки воды с цветностью до 50 градусов, мутностью до 30 мг/л и содержанием железа до 5 мг/л. Механизм бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей заключается в необратимых повреждениях молекул ДНК и РНК микроорганизмов, находящихся в воде. Фотохимическое воздействие предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии фотона. В основе вторичных процессов лежит образование свободных радикалов в воде, которые усиливают бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей. Эффективность обеззараживающего действия ультрафиолетовых лучей зависит в первую очередь от биологических особенностей и количества микроорганизмов в обрабатываемой воде, физико- химических показателей воды, а также условий, в которых осуществляется обеззараживание. Водные микроорганизмы имеют различную устойчивость к действию ультрафиолетовых лучей. Экспериментальные исследования показали, что для получения равного бактерицидного эффекта при обеззараживании воды, содержащей споровые микроорганизмы, бактерицидной энергии требуется в 2-3 раза больше, чем для вегетативных форм. Вегетативные формы имеют различную устойчивостью к действию ультрафиолетовых лучей. В частности, патогенные микроорганизмы - возбудители кишечных болезней (брюшного тифа, дизентерии и др.) более чувствительны к ультрафиолетовым лучам, чем бактерии группы кишечных палочек. Дозы облучения, необходимые для инактивации 99,9% микроорганизмов в лабораторных условиях, колеблются от 5,2 (шигелла Флекснера) до 11 мДж/см2 (вирус гепатита А). Различия устойчивости микроорганизмов к действию ультрафиолетовых лучей нужно учитывать при определении количества бактерицидной энергии для эффективного обеззараживания. В расчет дозы включают коэффициент сопротивляемости более устойчивых к воздействию бактерицидного излучения патогенных микроорганизмов. Ультрафиолетовые лучи в дозах, обеспечивающих бактерицидный эффект, не гарантируют уничтожения возбудителей паразитарных болезней. Это обеспечивается на этапах подготовки воды, предшествующих обеззараживанию (коагуляция, фильтрация и т.п.). Эффективность обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами в значительной степени зависит от ее исходного бактериального загрязнения; чем выше начальное загрязнение обрабатываемой воды, тем больше требуется бактерицидной энергии для ее эффективного обеззараживания. Микроорганизмы обладают различной чувствительностью к бактерицидным лучам, и среди массы клеток всегда встречаются микроорганизмы с устойчивостью, отклоняющейся от средней величины для данного вида. Таких клеток с повышенной устойчивостью тем больше, чем выше начальная концентрация бактерий. Как показывают экспериментальные исследования, а также практика обработки питьевой воды ультрафиолетовыми лучами на коммунальных водопроводах, соответствие качества воды требованиям СанПиН «Питьевая вода» по микробиологическим показателям гарантируется даже тогда, когда в обрабатываемой воде встречаются отдельные микроорганизмы с повышенной сопротивляемостью. Эффективность обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами зависит и от количества затраченной бактерицидной энергии. Ее величина определяется произведением интенсивности бактерицидного облучения на его продолжительность. Это означает, что один и тот же эффект можно получить при малой интенсивности облучения, но большей его продолжительности и, наоборот, при большой интенсивности облучения и малой продолжительности. Необходимо заметить, что обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами происходит в потоке, поэтому продолжительность облучения выражается не через время, а через скорость потока, которая должна быть постоянной. При определении требуемого количества бактерицидной энергии следует учитывать ее поглощение при прохождении лучей через слой воды. Требуемое количество бактерицидной энергии, а, следовательно, и эффективность обеззараживания зависят также от условий, в которых оно осуществляется. Одно из этих условий — ограничение толщины слоя обрабатываемой воды, который должен поглощать не более 10% бактерицидной энергии. При увеличении толщины слоя облучаемой воды количество бактерицидной энергии, обеспечивающей обеззараживание, уменьшается пропорционально его толщине. В расчет обеззараживающей дозы вводят коэффициент использования бактерицидной энергии, учитывающий ее поглощение водой. Коэффициент не должен быть менее 0,9, поскольку использование бактерицидных ламп с более низким коэффициентом не обеспечивает надежного обеззараживания воды. Использование ламп с более высоким значением коэффициента приводит к резкому увеличению габаритов бактерицидных установок, а следовательно, и их стоимости, а также затрудняет создание в них равномерного потока облучаемой воды. Эффективность обеззараживания ультрафиолетовыми лучами не зависит от pH и температуры воды. Точный расчет технических параметров бактерицидных установок, учитывающий все основные факторы, является непременным условием успешного обеззараживания питьевой воды. В технологии получения питьевой воды ультрафиолетовые лучи можно использовать при предварительном и заключительном обеззараживании воды. На этапе предварительного обеззараживания ультрафиолетовые лучи используются как альтернатива первичному хлорированию. Это снижает вероятность образования в воде хлорорганических соединений, уменьшает микробное загрязнение воды и поддерживает удовлетворительное санитарное состояние очистных сооружений. Для эффективного заключительного обеззараживания питьевой воды установка должна обеспечить дозу облучения не менее 16 мДж/см2для всего прошедшего объема воды. Совместное применение ультрафиолетовых лучей и хлора повышает надежность обеззараживания воды в отношении вирусов. Положительные стороны использования ультрафиолетовых лучей - широкий спектр антимикробного действия, отсутствие опасности передозировки, сохранение органолептических свойств воды, минимальное время контакта (секунды). Недостатками метода обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами являются зависимость бактерицидного эффекта от мутности и цветности обрабатываемой воды и отсутствие оперативного контроля эффективности. Этот метод не дает эффекта последействия, что делает возможным вторичный рост бактерий в обработанной воде. Эффективности и надежности обеззараживания питьевой воды ультрафиолетовыми лучами можно достигнуть лишь при высокой технологической культуре: тщательной оценке качества исходной воды, правильном монтаже и эксплуатации установок. Ионизирующее гамма-излучение оказывает выраженное бактерицидное действие. В 60-х годах прошлого века было предложено использовать его для обеззараживания питьевой воды. Под действием гамма-излучения в процессе радиолиза воды образуются свободные радикалы, которые и оказывают губительное действие на бактериальную клетку. 90% бактерий погибает при относительно невысоких дозах облучения — 10 000-15 000 Р. Дозы порядка 25 000-50 000 Р вызывают гибель практически всех бактериальных форм. Эффективная вирулицидная доза в эксперименте составила 100 ООО Р. В установках для обеззараживания воды, по данным зарубежной литературы, можно использовать отработанные тепловыделяющие элементы (твэлы) атомных реакторов, что в значительной мере позволяет снизить капитальные затраты. Однако высокие требования к технике безопасности при эксплуатации установки, отсутствие эффекта последействия и способа оперативного контроля ограничивают использование этого метода в практике централизованного питьевого водоснабжения. Вопрос о возможности обеззараживания воды ультразвуком был поставлен в середине прошлого века. Большинство исследователей объясняют бактерицидное действие ультразвука механическим разрушением бактерий, другие наряду с механическим воздействием отмечают роль химических реакций, вызванных ультразвуком. Единой теории, объясняющей бактерицидное действие ультразвука, не существует. К преимуществам ультразвуковой обработки воды можно отнести широкий спектр антимикробного действия, отсутствие влияния на органолептические свойства воды, независимость бактерицидного эффекта от физико-химических свойств воды. Технологические основы использования ультразвука в водоподготовке не разработаны. Сдерживающим моментом остается трудность конструирования установок большой производительности, достаточной технической надежности в эксплуатации и приемлемой стоимости. Среди перспективных физико-химических способов обеззараживания питьевой воды большой интерес представляют МЭР .Электрогидравлический эффект возникает в результате выделения большого количества энергии между электродами, помещенными в обрабатываемую воду. Высоковольтный (20-100 кВ) или низковольтный (1-10 кВ) разряд происходит за доли секунды и сопровождается мощными гидравлическими процессами с образованием ударных волн, явлений кавитации, ультрафиолетовых и ультразвуковых импульсов, магнитных и электрических полей. При этом в воде появляются свободные радикалы. С гигиенических позиций наиболее изучен процесс обеззараживания воды низковольтным МЭР (НИЭР). Эффективность обеззараживания НИЭР не зависит от вида и концентрации микроорганизмов, мало зависит от состава обрабатываемой воды и определяется техническими параметрами процесса (величиной рабочего напряжения, суммарной плотностью энергии обработки и пр.). Энергоемкость НИЭР сопоставима с таковой при озонировании воды. Механизм бактерицидного действия НИЭР определяется комбинированным воздействием импульсного ультрафиолетового излучения и свободных радикалов, образующихся в зоне разряда, на ферментные системы клетки. Обеззараживание питьевой воды методом ИЭР используется в системах автономного жизнеобеспечения. |
22.Озонирование питьевой воды. Показания и условия проведения.
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).
Рис. 2. Озонаторная установка.
1 - воздухоприемник; 2 - воздушный фильтр; 3 - предохранительный клапан; 4 - нагнетательные вентиляторы; 5 - охлаждаемые сушители; 6 - адсорбционные сушители; 7 - генераторы озона; 8 - направление движения осушенного воздуха; 9, 10 - соответственно ввод и выпуск охлаждающей воды; 11 - направление движения озоновоздушной смеси; 12 — резервуары для диффузии озона.
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.
23.Специальные методы улучшения качества воды и их гигиеническое значение. Опреснение, основные методы его проведения.
В практике питьевого водоснабжения прибегают к специальным методам обработки воды с целью удаления из нее некоторых химических веществ. Наиболее распространены обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды; в широкую практику входят различные методы опреснения. Как правило, эти методы применяют при использовании подземных источников водоснабжения. Однако обезжелезивание бывает необходимым и для воды поверхностных источников при питании из болот, а установки для опреснения позволяют использовать морскую воду.
Обезжелезивание. Железо часто содержится в природных водах. В подземных водах оно находится в виде растворов закиси, сульфидов, карбонатов и бикарбонатов, реже комплексных железоорганических соединений. Поверхностные воды содержат коллоидные или тонкодисперсные взвеси гидроксидов, сульфаты железа, комплексы сложного состава с гуминовыми соединениями.
Выбор метода, технологической схемы и сооружений для обезжелезивания зависит от вида соединений железа в обрабатываемой воде, других ее свойств (активная реакция, щелочность и т.п.), производительности установки и представляет собой сложную технологическую задачу, для решения которой часто приходится прибегать к эксперименту в естественных условиях с водой конкретного источника водоснабжения.
Обезжелезивание подземных вод наиболее часто проводят безреагентными, аэрационными методами. В основе безреагентных методов лежит предварительная аэрация воды с целью удаления свободной углекислоты и сероводорода, повышения pH, обогащения кислородом воздуха. В результате окисления железа кислородом воздуха образуется гидроксид железа, который удаляется из воды осаждением или фильтрованием.
В состав установки по обезжелезиванию входят аэрационное устройство (градирня, вакуумно-эжекционный аппарат, брызгальный бассейн), контактный резервуар — отстойник или контактный фильтр и осветлительный фильтр. При введении в схему водопровода такого комплекса сооружений нарушается принцип герметичности в подаче воды потребителю из глубокого, защищенного источника, поэтому заключительным этапом обработки обязательно должно быть обеззараживание воды.
В последнее время получила распространение аэрация воды «в пласте», при которой окисление железа производится кислородом воздуха, нагнетаемого в водоносный пласт через буровую скважину. Существуют схемы подачи воздуха через эксплуатационную скважину или через скважины, специально пробуренные рядом с эксплуатационной. Схему выбирают на основании гидрогеологического заключения. Гигиенические требования к такому способу обезжелезивания питьевой воды заключаются в обеспечении чистоты атмосферного воздуха, нагнетаемого в скважину.
Обезжелезивание поверхностных вод осуществляют реагентными методами. В качестве реагентов используют сульфат алюминия, известь и хлор. Выбор реагента зависит от данных технологического анализа воды. Схема сооружений для реагентного обезжелезивания в принципе не отличается от схемы осветления с использованием коагуляции.
Фторирование. Фторирование воды было предложено как эффективное средство снижения заболеваемости кариесом зубов. Установлена определенная количественная зависимость между концентрацией фтор-иона в воде и заболеваемостью кариесом зубов (разрушением твердых тканей). На развитие кариеса влияют климатические условия (ультрафиолетовые лучи) и характер питания (достаточное количество молока, витаминов, микроэлементов). В связи с этим единой оптимальной концентрации фтора в питьевой воде установить нельзя. При решении этого вопроса исходят из уровня заболеваемости кариесом в районе, обслуживаемом водопроводом, и из требований СанПиН «Питьевая вода» о предельной концентрации фтора в зависимости от климатического района. Для оценки противокариозной активности фторированной воды следует изучать пораженность детского населения кариесом в течение 10 лет после введения фторирования. В 2—3 школах ежегодно в одно и то же время года обследуют детей на пораженность кариесом. Если эффективность фторирования невелика, а флюороз не обнаруживается, можно несколько увеличить концентрацию фтора в питьевой воде. Если при снижении пораженности кариесом флюороз I степени наблюдается более чем в 10% случаев или имеются случаи флюороза II степени, концентрацию фтора в воде следует несколько снизить.
К реагентам для фторирования воды предъявляются следующие требования: высокое противокариозное действие при меньшей потенциальной токсичности, отсутствие ядовитых примесей (мышьяк, соли тяжелых металлов), хорошая растворимость в воде, безопасность для персонала (малое пыление), возможно низкая коррозионная активность по отношению к металлам. Наибольшее распространение в нашей стране получили фторид натрия, кремнефтористая кислота.
Фтор образует с алюминием коагулянта комплексные соединения, не обладающие противокариозной активностью, поэтому фторреагенты целесообразно добавлять после фильтров, перед резервуарами чистой воды. При текущем санитарном надзоре следует обращать внимание на точность дозировки фторсодержащего реагента. Колебания концентрации фтор-иона при подаче воды в сеть не должны превышать 10%. Желательно, чтобы контроль содержания фтор-иона в воде был автоматизирован. Операции с фторсодержащими реагентами в целях охраны здоровья персонала должны быть максимально герметизированы и механизированы.
Для дефторирования питьевой воды предложено много методов, которые можно разделить на реагентные (методы осаждения) и фильтрационные. Реагентные методы основаны на сорбции фтора свежеосажденными гидроксидами алюминия или магния. Этот метод рекомендуется при обработке поверхностных вод, когда, кроме дефторирования, требуются еще осветление и обесцвечивание. Технологическая схема состоит из вертикального смесителя, осветлителя со слоем взвешенного осадка и скорого фильтра.
Наиболее эффективна фильтрация воды через слой активированного оксида алюминия, играющего роль анионита. Регенерация фильтра производится 1 — 1,5% раствором сульфата алюминия. Этим методом удается снизить содержание фтора до концентрации менее 1 мг/л.
Использовать воду с высоким содержанием фторидов можно и без дефторирования. Если на территории водозабора наряду с водоносными горизонтами с высокой концентрацией фтора есть пласты, содержащие воду с его низкой концентрацией, воду обоих источников смешивают в пропорциях, обеспечивающих требования СанПиН к содержанию фтора.
Опреснение. В связи с необходимостью хозяйственного освоения территорий, не имеющих источников пресной воды, опреснение становится все более актуальной санитарно-технической проблемой. Широкому применению опреснения препятствовали его высокая энергоемкость и дороговизна. Однако развитие энергетики, особенно атомной, и совершенствование методов опреснения позволили снизить стоимость обработки воды до уровня, позволяющего применять опреснение в масштабах большого города. Наиболее распространенными методами опреснения воды на коммунальных водопроводах являются дистилляция, ионный обмен, электродиализ и гиперфильтрация.
Метод дистилляции основан на выпаривании воды с последующей конденсацией. Дистилляция экономически целесообразна при содержании солей в исходной воде выше 8 мг/л.
Недостатками дистилляции являются плохие органолептические свойства воды вследствие поступления в нее продуктов термического разложения органических веществ и низкая минерализация.
Привкусы и запахи устраняют путем фильтрования дистиллята через активированный березовый уголь. Для оптимизации минерального состава к дистилляту добавляют определенное количество необработанной воды либо пропускают дистиллят, предварительно насыщенный углекислотой, через мраморную крошку или доломит; при этом вода насыщается солями кальция.
При опреснении воды ионообменным методом ее последовательно пропускают через Н-катионитовые и ОН-анионитовые фильтры. Ионообменный метод рентабелен для солоноватых вод (до 3 г/л) и на установках невысокой производительности. Ионообменные смолы должны быть изучены в токсиколого-гигиеническом плане и официально разрешены Минздравом России для применения в питьевом водоснабжении.