Основные гигиенические показатели качества питьевой воды. Гигиенические требования к качеству питьевой воды
Гигиеническая оценка питьевой воды
Основные нормативные документы в области централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения следующие.. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».
. Санитарные правила и нормативы 2.1.4.1110-02 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения»
. Санитарные правила и нормативы 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009)».
. В ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Гигиенические, технические требования и правила выбора» определены принципы, которыми следует руководствоваться при выборе водоисточников (подземных и поверхностных) для централизованного водоснабжения, при нормировании физических, органолептических, химических и бактериологических показателей воды водоисточника, а также методы обработки воды в зависимости от качества ее источника. Вода не должна обладать такими составом и свойствами, которые не могут быть в должной мере изменены имеющимися способами обработки.
Содержание химических веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого водопользования нормируется в соответствии со следующими принципами: химические вещества не должны придавать воде посторонних запахов и привкусов, изменять ее цвет, вызывать появление пены, т.е. ухудшать ее органолептические свойства и потребительские качества; оказывать неблагоприятное воздействие на организм человека и процессы самоочищения (санитарный режим) водоемов.
Нормирование содержания химических и радиоактивных веществ в окружающей среде, в том числе и в воде, базируется на принципе пороговости, т.е. в пределах определенных доз (концентраций) присутствие этих веществ считают безопасным (безвредным) для организма. При этом обязательно должны учитываться возможные отдаленные последствия.
С выходом ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» разработка регламентов качества питьевой воды и порядка его контроля стала компетенцией федеральных ведомств Государственной санитарно-эпидемиологической службы.
В СанПиН 2.1.4.1074-01 нормативы состава питьевой воды учитывают не те ингредиенты, которые должны в ней присутствовать, а, наоборот, вещества, присутствие которых в воде нежелательно и допустимо лишь в определенных пределах.
Следует отметить, что приведенная в документе совокупность гигиенических нормативов являет собой не эталон качества питьевой воды, а федеральный банк данных, который используется при создании программы контроля качества питьевой воды конкретного водопровода. При этом принимается принцип регионального подхода к регламентации состава питьевой воды.
Для России с ее громадной территорией, разнообразием санитарных ситуаций, зависящих от региональных природных и социально-экономических условий, региональный подход особенно важен. Он позволяет на каждом водопроводе создать такую рабочую программу контроля, которая будет отражать реальный состав воды этого водопровода.
Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения
В СанПиН 2.1.4.1074-01 представлены нормативы бактериологических, химических и органолептических показателей качества воды.В качестве основного теста (первого показателя эпидемической безопасности воды) выбрано определение термотолерантных кишечных палочек, по многим признакам наиболее близких к истинной кишечной палочке — Escherichia coli. Термотолерантные кишечные палочки, кроме роста на среде Эндо и ферментации лактозы, способны переносить температуру инкубации 43-44 С.
Присутствие в воде термотолерантных кишечных палочек является верным признаком свежего фекального загрязнения и, следовательно, эпидемической опасности воды.
В СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» включено и определение общего числа кишечных палочек (Escherichia coli communis, общие колиформы) — второй показатель эпидемической безопасности воды. Общие колиформы могут находиться в воде, содержащей большое количество органических веществ антропогенного происхождения, поэтому весьма вероятно присутствие клебсиелл, кишечных вирусов, яиц гелъминтов, цист и ооцист простейших.
Есть данные, что общие колиформы могут размножаться на дефектных стенках резервуаров чистой воды, труб распределительной сети при нарушении режимов их эксплуатации, в сальниках центробежных насосов.
Особенно важен тест на общие колиформы для оценки безопасности воды после хлорирования, когда свежее фекальное загрязнение исключено.
Отсутствие общих и термотолерантных колиформных бактерий, определяемых по лактозному и температурному признакам, в 100 мл питьевой воды — основной критерий эпидемической безопасности воды.
Третий показатель эпидемической безопасности воды — общее микробное число (ОМЧ). Под ним понимают количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (не более 50 в 1 мл). Этот показатель используется для контроля эффективности обработки воды на очистных сооружениях водопровода и должен рассматриваться в динамике.
Четвертый показатель эпидемической безопасности — колифаги — вирусы Escherichia coli, постоянно присутствующие в местах обитания кишечной палочки во внешней среде. Колифаги по биологическому происхождению, размерам, строению, свойствам, механизму репликации наиболее близки к кишечным вирусам, но более устойчивы к факторам окружающей среды, чем патогенные для человека вирусы. Колифаги введены в СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода.
Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» как санитарный показатель вирусного загрязнения. Их не должны обнаруживать в пробе обработанной питьевой воды объемом 100 мл.
Приоритетность микробиологических критериев безопасности перед химическими обусловлена тем, что химическое загрязнение питьевой воды может вызвать нарушение здоровья человека, но популяционный риск химического загрязнения во много раз меньше, чем микробиологического.
Безопасность химического состава питьевой воды определяется ее соответствием нормативам по содержанию:
- обобщенных показателей3: водородного значения рН (6-9); общей минерализации (сухого остатка) — 1 000 мг/л; жесткости общей (7,0 ммоль/л); перманганатной окисляемости по кислороду (5,0 мг/л); содержания нефтепродуктов (0,1 мг/л), поверхностно-активных веществ — ПАВ (0,5 мг/л); фенольного индекса (0,25 мг/л);
- вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения;
- вредных химических веществ, поступающих в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека. Этот список включает нормативы более чем для 1000 ингредиентов воды.
Радиационная безопасность воды оценивается по общей альфа-радиоактивности не более 0,1 Бк/л и бета-активности не более 1,0 Бк/л. При превышении нормативов общей активности питьевой воды необходимо определить радионуклиды и измерить индивидуальные уровни их радиоактивности.
Органолептические свойства питьевой воды нормируются в СанПиН «Питьевая вода» показателями «запах» и «привкус» не более 2 баллов (потребителем воды не ощущаются).
Цветность, под которой понимают окрашенность воды природными гуминовыми соединениями, нормируется на уровне 20° (условных единиц имитационной платиново-кобальтовой шкалы). Такая цветность не воспринимается потребителем при толщине слоя воды 20 см (обычный слой воды в кастрюле, графине и т.п.).
Значимым является показатель мутности, отражающий содержание тонкодисперсных взвешенных веществ и снижающий прозрачность воды. На глинистых частицах, обусловливающих мутность воды, сорбирована основная масса вирусов. Снижение мутности фильтрованной воды способствует ее обеззараживанию. Таким образом, мутность воды является не только одним из показателей органолептических свойств, но и косвенным показателем эпидемической безопасности воды. Норматив «мутность» в единицах мутности по формазину (ЕМФ) составляет 2,6 мг/л или по каолину — 1,5 мг/л.
В.И. Архангельский, В.Ф. Кириллов
В РФ оценка качества питьевой воды при децентрализованной системе водоснабжения производится на основании санитарных правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1175-02 « Гигиенические требования к качеству воды децентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников ». Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к качеству воды источников д ецентрализованного (местного) водоснабжения, к выбору места расположения, оборудованию и содержанию водозаборных сооружений и прилегающих к ним территории.
Децентрализованным водоснабжением является использование для питьевых и хозяйственных нужд населения воды подземных источников, забираемой с помощью различных водозаборных сооружений (шахтных и трубчатых колодцев, каптажей родников), открытых для общего пользования без подачи её к месту пользования.
Питьевая вода из местного источника водоснабжения по химическому составу и свойствам должна соответствовать нормативам, изложенным в СанПиН 2.1.4.1175-02 и представленным в табл11. Набор показателей эпидемической безопасности почти совпадает с СанПиН 2.1.4.1074 - 01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения». Необходимости во введении показателя «сульфитредуцирующие клостридии» нет из-за отсутствия очистных сооружений. Радиационная безопасность воды на территориях, признанных зонами радиационного загрязнения, оценивается также в соответствии с СанПиН 2.1.1.1074 - 01.
Таблица 11. Нормативы по составу и свойствам воды децентрализованного водоснабжения
|
Показатели |
Единицы измерения |
Норматив |
|
Органолептические |
||
|
Не более 2-3 |
||
|
Не более 2-3 |
||
|
Цветность |
Не более 30 |
|
|
Мутность |
ЕМФ (единицы мутности по формазину) или мг/л (по каолину) |
В пределах 2,6- 3,5 В пределах 1,5 - 2,0 |
|
Химические |
||
|
Водородный показатель |
Единицы РН |
В пределах 6-9 |
|
Жесткость воды общая |
Мг - экв / л |
В пределах 7-10 |
|
Нитраты (NO3-) |
Не более 45 |
|
|
Общая минерализация (сухой остаток) |
В пределах 1000 - 1500 |
|
|
Окисляемость перманганатная |
В пределах 5-7 |
|
|
Сульфаты (SO42-) |
Не более 500 |
|
|
Хлориды (Cl-) |
Не более 350 |
|
|
Химические вещества неорганической и органической природы | ||
|
Микробиологические |
||
|
Термотолерантные колиформные бактерии |
Число бактерий в 100 мл воды |
Отсутствие |
|
Общие колиформные бактерии |
Число бактерий в 100 мл воды |
Отсутствие |
|
Общее микробное число |
Число микробов, образующих колонии, в 1 мл воды | |
|
Колифаги |
Число бляшкообразующих единиц в 100 мл воды |
Отсутствие |
Использование природных вод открытых водоёмов для хозяйственно-питьевого водоснабжения требует предварительного улучшения свойств воды и её обеззараживания. Средства по улучшению качества воды включают в себя методы очистки воды , улучшающие органолептические свойства воды, и методы её обеззараживания , целью которых является уничтожение патогенных микроорганизмов, т. е. обеспечение эпидемиологической безопасности воды.
3. Методы улучшения качества питьевой воды подразделяются на:
основные (осветление, обесцвечивание, обеззараживание),
специальные (обезжелезивание, фторирование и обесфторивание, опреснение, умягчение, дезактивация и т. д.).
Осветление и обесцвечивание воды проводится отстаиванием, фильтрацией и коагуляцией. Осветление - удаление из воды взвешенных веществ. Обесцвечивание - устранение окрашенных коллоидов. Частично при этом происходит и удаление микроорганизмов.
При необходимости, на первом этапе очистки воды из открытых источников очищается от фито- и зоопланктона и крупных взвесей с использованием микрофильтров и барабанных сит.
Существующие в настоящее время отстойники предназначены для удаления крупнодисперсных взвесей и подразделяются на отстойники вертикальные и горизонтальные. Принципом их работы является осаждение взвешенных веществ за счёт медленного течения воды.
Коагуляция
Очистка воды от мути путём простого отстаивания требует много времени и недостаточно эффективна, а потому для этой цели применяют коагуляцию реактивом, осаждающим взвешенные вещества в воде. При коагуляции устраняется одновременно и цветность воды, если она имеется.
Наибольшее распространение в практике коагуляции воды получил сернокислый алюминий. Процесс состоит в том, что раствор глинозёма при добавлении к воде вступает в реакцию с двууглекислыми солями кальция и магния (бикарбонатами) и образует с ними гидрат окиси алюминия (заряженный положительно), в виде студенистых, хлопьевидных сгустков, которые оседают на дно и увлекают за собой взвешенные частицы (заряженные отрицательно) и частично бактерии. В результате наступает осветление воды, а также устраняется и окраска воды.
Следующим этапом обработки является фильтрация. Фильтры классифицируют:
по скорости потока - медленные и скорые;
по направлению потока - одно- и двухпоточные;
по количеству фильтрующих слоёв - одно- двух- и многослойные.
В качестве фильтрующих материалов используется кварцевый песок, антрацит, керамзит и другие подобные материалы.
Способы работы медленных фильтров принципиально различаются. В работе медленных фильтров главную роль играет биологическая плёнка, образующаяся на поверхности фильтра (кварцевого песка) из илистого осадка. За счёт биоокисления органических веществ на этой плёнке уменьшается число бактерий в воде (до 99%), снижается окисляемость и цветность. Однако при увеличении толщины биоплёнки фильтрация прекращается. Устройство скорых фильтров позволяет предотвратить этот процесс за счёт промывки фильтра обратным потоком воды. Вода проходит фильтрующий и поддерживающий слои фильтра с более высокой скоростью, чем при медленной фильтрации. Далее через распределительную систему она направляется в резервуар для чистой воды. Для интенсификации процесса фильтрации повышают грязеёмкость фильтров за счет технических решений - увеличения количества фильтрующих слоёв (фильтр двухслойной загрузки) и наличия двух потоков воды (фильтры АКХ и ДДФ). При этом резко увеличивается производительность и эффективность работы фильтров.
При работе скорых фильтров в слое зернистой загрузки может происходить процесс коагуляции - так работают контактные фильтры и осветлители. Их применение не требует предварительного отстаивания и коагуляции. Сравнительная эффективность различных способов фильтрации представлена в таблице 12.
Таблица 12. Сравнительная эффективность способов фильтрации
|
Тип фильтра |
Скорость фильтрации в м/час |
Задержка бактерий в % |
|
Медленный фильтр | ||
|
Скорый фильтр | ||
|
Скорый двухслойный фильтр | ||
|
Фильтр АКХ | ||
|
Контактный осветлитель |
Методические указания
Гигиенические требования к качеству питьевой воды и её санитарная оценка
Выполнила Студентка 2 А К Приз Наталья Сергеевна
Свободненское медицинское училище Забайкальской железной дороги
Свободный 2008 г
Вода, используемая населением для хозяйственно-бытовых целей, должна отвечать следующим гигиеническим требованиям:
1) обладать хорошими органолиптическими свойствами и освежающим
действием, быть позрачной, бесцветной, без неприятного привкуса или запаха.
Эти требования нашли отражение в действующем в нашей стране стандарте на качество питьевой воды, подаваемой населению водопроводами (ГОСТ 2874- 82). Соответствие качества питьевой воды нормативам, установленным стандартом, определяют путем санитарного химико-бактериологического анализа воды. Водопроводная вода должна удовлетворять следующим требованиям.
Физические свойства воды.
Прозрачность воды зависит от наличия в ней взвешенных частиц. Питьевая вода должна быть такой, чтобы через слой ее в 30 см можно было прочесть печатный шрифт определенного размера.
Цветность питьевой воды, получаемой из поверхностных и неглубоких подземных источников, как правило, вызвана наличием вымываемых из почвы гуминовых веществ. Окраска питьевой воды может также обусловливаться размножением водорослей в водоеме (цветение), из которого осуществляют забор воды, а также загрязнением его сточными водами. После очистки воды на водопроводных станциях цветность ее уменьшается. При лабораторных исследованиях сравнивают интенсивность цветности питьевой воды с условной шкалой стандартных растворов и результат выражают в градусах цветности. В водопроводной воде цветность не должна превышать 20°.
Вкус и запах питьевой воды обусловлены наличием в воде органических веществ растительного происхождения, сообщающих воде землистый, травянистый, болотистый запах и привкус. Причиной запаха и привкуса питьевой воды может быть загрязнение и промышленными сточными водами. Привкус и запахи некоторых подземных вод объясняются наличием большого количества растворенных в них минеральных солей и газов, например хлоридов, сероводорода. При обработке воды на водопроводных станциях интенсивность запаха уменьшается, но незначительно.
Во время исследования питьевой воды определяют характер запаха (ароматический, аптечный и т. д.) или привкуса (горький, соленый и т. д.), а также их интенсивность в баллах: 0 - отсутствие, 1 балл - очень слабый, 2 - слабый, 3 - заметный, 4 - отчетливый, 5 баллов - очень сильный. Допустима интенсивность запаха или привкуса не выше 2 баллов. При обнаружении несвойственных природной воде цвета, вкуса и запаха необходимо выяснить их происхождение.
Химический состав воды.
При химическом анализе питьевой воды следует учитывать природный химический состав воды и вещества, используемые для ее обработки. Наибольшее гигиеническое значение имеют следующие показатели.
Сухой остаток, остающийся после выпаривания 1 л воды, характеризует степень минерализации воды и для водопроводной воды не должен превышать 1000 мг/л (пресная вода).
Железо находится в подземных водах главным образом в виде дигидрокарбоната железа (II) Fе(НСОз)2. При контакте воды с воздухом железо окисляется, образуя гидроксид железа (III) - Fe(OH)3, придающий воде мутность и бурую окраску. При содержании в воде подземных источников железа в концентрации более 0,3-0,5 мл/л органолептические свойства воды ухудшаются, а при концентрации железа свыше 1-2 мг/л вода, кроме мутности и окраски, приобретает неприятный вяжущий привкус. Содержание железа в водопроводной воде не должно превышать 0,3 мг/л, а в воде местных источников водоснабжения - 1 мг/л.
Наличие солей кальция и магния обусловливает жесткость воды (моль/л). Воду с жесткостью до 1,75 моль/л, считают мягкой, от 1,75 до 3,5 - средней жесткости, от 3,5 до 7 - жесткой, выше 7 моль/л - очень жесткой. С увеличением жесткости воды ухудшается разваривание мяса и бобовых, увеличивается расход мыла, усиливается образование накипи в паровых котлах и радиаторах, приводящее к излишнему расходу топлива и необходимости частой очистки котлов. В соответствии с требованиями стандарта жесткость питьевой воды не должна превышать 3,5 моль/л (7 мг-экв/л).
Хлориды (хлор-ион). Обычно в проточных водоемах содержание хлоридов невелико (до 20-30 мг/л), но может значительно возрастать в водоемах, не имеющих стока. Незагрязненные колодезные воды в местах с несолонцеватой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлоридов. Воды, фильтрующиеся через солонцеватую почву или осадочные породы, богатые соединениями хлора, могут содержать сотни и даже тысячи мг/л хлоридов, будучи безукоризненными в другом отношении.
Сульфаты (сульфат-ион). Сульфаты в количестве, превышающем 500 мг/л, придают воде горько-соленый вкус, неблагоприятно влияют на желудочную секрецию и могут вызвать диспепсические явления (особенно при одновременно большом содержании магния в воде) у людей, не адаптированных к употреблению воды подобного состава.
Фтористые соединения вымываются водой из почвы и горных пород. Ион фтора, входящий в эти соединения в небольших количествах, способствует развитию и минерализации костей и зубов. При прочих равных условиях заболеваемость населения кариесом зубов снижается с повышением концентрации фтора в воде до 1 мг/л. Однако при содержании в воде больше 1,5 мг/л фтора возникает другое заболевание зубов - флюороз. На эмали зубов появляются мелоподобные или пигментированные (желтого или коричневого цвета) пятна. В тяжелых случаях возможно разрушение эмали. Фтор в концентрации свыше 5 мг/л вызывает поражение также костей (остеосклероз, остеопороз) и межпозвоночных связок (обызвествление). Эти заболевания относятся к так называемым геохимическим эндемиям, т. е. массовым заболеваниям, населения, связанным с особенностью химического состава местной почвы или воды. Оптимальным содержанием фтора в питьевой воде считают 0,7-1,0 мг/л, ПДК - 1,5 мг/л.
Присутствие в воде токсичных веществ связано главным образом со сбросом в водоем промышленных сточных вод. В этих случаях ознакомление с технологией производства позволяет решить вопрос, какими исследованиями необходимо дополнить обычный анализ воды. В воду могут попадать также смываемые осадками с сельскохозяйственных полей устойчивые к разложению пестициды.
Российские гигиенисты разработали ПДК нескольких сотен вредных веществ в воде. Так, например, для предупреждения хронических отравлений количество свинца в воде не должно превышать 0,03 мг/л, мышьяка - 0,05 мг/л. Концентрация цинка должна быть не больше 5, а меди - не больше 1 мг/л. Превышение этих концентраций цинка и меди приводит к появлению в воде специфического привкуса. ,
Бактериологические показатели качества воды.
С эпидемиологической точки зрения при гигиенической оценке воды имеет значение наличие в ней патогенных микроорганизмов. Однако исследование воды с целью их выявления - сложный и длительный процесс. В связи с этим используют косвенные бактериологические показатели.
В основе применения этих показателей лежит наблюдение, свидетельствующее о том, что чем меньше загрязнена вода кишечной палочкой, тем меньше она опасна в эпидемиологическом отношении.
Поскольку кишечная палочка поступает в воду с испражнениями человека и животных, ее повышенное содержание сигнализирует о фекальном загрязнении воды и, следовательно, о возможном наличии в ней патогенных микроорганизмов. При исследовании воды на наличие бактерий группы кишечных палочек результаты анализа выражают величинами коли-титра и коли-индекса. Коли-титр - это наименьшее количество воды, в котором обнаруживается одна кишечная палочка. Чем ниже коли-титр, тем сильнее фекальное загрязнение воды. Коли-индекс - число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды. Экспериментальные исследования показали, что если после обеззараживания воды коли-индекс снизился до 3 (а коли-титр превысил 300 мл), то существует гарантия, что патогенные микроорганизмы тифо-паратифозной группы, лептоспиры и возбудители туляремии погибли.
Исходя из требований стандарта к качеству водопроводной воды в отношении ее бактериального состава число сапрофитных бактерий в 1 мл водопроводной воды (микробное число) не должно превышать 100, коли-индекс - 3, а коли-титр должен быть не меньше 300 мл.
При оценке качества воды в шахтных колодцах, используемых в местном водоснабжении, руководствуются следующими требованиями: прозрачность должна быть не меньше 30 см, цветность - не больше 40°, вкус и запах - не выше 2-3 баллов, жесткость - не больше 7 ммоль/л, коли-индекс - не больше 10.
Наряду с этим по оценке качества воды в колодцах, обычно употребляемой для питья без всякой обработки, могут быть использованы и так называемые химические показатели (индикаторы) загрязнения водоисточника органическими веществами и продуктами их распада (аммонийные соли, нитриты, нитраты). Наличие этих соединений может свидетельствовать о загрязнении водоносного горизонта почвы и о возможном попадании в воду патогенных микроорганизмов.
В отдельных случаях каждый из показателей может иметь и другую природу. Например, органические вещества могут быть растительного происхождения. Вследствие этого водоисточник можно признать загрязненным в том случае, если в воде присутствует не один, а несколько химических показателей загрязнения, если в воде одновременно обнаружены бактериальные показатели загрязнения, например кишечная палочка, и если возможность загрязнения подтверждается санитарным обследованием водоисточника.
О содержании органических веществ в воде судят по перманганатной окисляемости, выраженной в миллиграммах кислорода, который расходуется на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Наименьшую окисляемость имеют артезианские воды - обычно до 2 мг кислорода на 1 л. В воде шахтных колодцев окисляемость может достигать 3-4 мг кислорода на 1 л. Повышение окисляемости воды сверх этих количеств часто указывает на загрязнение водоисточника.
Основной источник появления в воде аммонийного азота и нитритов - это разложение белковых остатков, трупов животных, мочи и фекалий. При свежем загрязнении отбросами воды, не содержавшей до этого аммонийных солей, количество их превышает 0,1-0,2 мг/л. Будучи продуктом биохимического окисления аммонийных солей, нитриты в количестве, превышающем 0,002-0,005 мг/л, также являются важным показателем загрязнения водоисточника. Нитраты представляют собой конечный продукт окисления аммонийных солей. Наличие нитратов в воде при отсутствии аммонийных солей и нитритов указывает на сравнительно давнее попадание в воду азотсодержащих веществ. В последние годы в связи с обильным применением азотсодержащих минеральных удобрений часто наблюдаются в воде, особенно колодезной, высокие концентрации нитратов.
Вскармливание детей грудного возраста питательными смесями, приготовленными на воде с повышенным содержанием нитратов (более 45 мг/л NO3 или 10 мг/л азота нитратов) вызывает заболевание, называемое водно-нитратной метгемоглобинемией.
Заболевание обусловлено значительным повышением содержания метгемоглобина в крови, который нарушает перенос кровью кислорода от легких к тканям организма. При водно-нитратной метгемоглобинемии у грудных детей наблюдаются диспепсические явления, одышка, посинение кожных покровов и слизистых оболочек (цианоз), в тяжелых случаях - судороги и смерть. У детей более старшего возраста и взрослых, особенно страдающих анемией или заболеваниями сердца, употребление воды, богатой нитратами, может усилить явления гипоксии.
При оценке качества воды колодцев руководствуются следующими соображениями. Если санитарные условия, в которых находится источник водоснабжения, и результаты исследования воды благоприятны, то вода может быть использована сырой, т. е. без всякой обработки. Если же качество воды не соответствует гигиеническим требованиям, а санитарное обследование и анализ показали, что не исключается загрязнение колодца, то пользоваться им разрешается лишь при условии обеззараживания воды хлорированием или кипячением и после улучшения санитарного состояния колодца.
Похожие рефераты:
Изучение антропогенного воздействия на окружающую среду и нормирования допустимых уровней воздействия. Принципы водопользования и нормы водопотребления. Обязанности производственного персонала и населения по вопросам гражданской обороны и действиям в ЧС.
Важнейшей составной частью единой государственной системы предупреждений и ликвидации чрезвычайных ситуаций являются ее силы и средства. Они подразделяются на силы и средства наблюдения и контроля и средства ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду резко возросло и приняло катастрофический характер.
Между явлениями деградации биоорганических систем Земли, вызванными загрязнением внешней среды, и явлениями деградации биофизиологических систем человеческого организма в результате загрязнения внутренней среды прослеживается четкая закономерность.
Определение и сущность процесса горения. Виды иточников зажигания, классификация веществ по горючести. Фазы горения твердых, жидких и газообразных веществ. Условия огнетушения, огнетушащие вещества и материалы. Их целевое назначение и классификация.
Антропогенное влияние на среду обитания и здоровье человека. Хроническая экологически обусловленная интоксикация нарушает нашу психику.
Чрезвычайная ситуация как обстановка на определенной территории или акватории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы. Понятие и специфика чрезвычайной ситуации экологического характера, ее последствия для человека.
Актуальность проблемы обеспечения населения питьевой водой надлежащего качества обусловлена следующими обстоятельствами.
1) В настоящее время хозяйственно-питьевое и производственное водоснабжение во многих городах и населенных пунктах России осуществляется из поверхностных источников, качество воды в которых с каждым годом ухудшается главным образом из-за постоянно возрастающей антропогенной нагрузки на компоненты природной среды. В связи с интенсивным развитием промышленности, сельского хозяйства в последние десятилетия наблюдается катастрофическое загрязнение поверхностных водных объектов. Значительное количество загрязнений поступает в водоемы с ливневыми и талыми водами с городских территорий, промышленных площадок и сельскохозяйственных угодий. Очистка этих стоков производится не везде и не в полной мере.
2) Поскольку воду приходится забирать из источников различной степенизагрязненности , поэтому требования к качеству очистки сильно различаются. С другой стороны, за последнее время ужесточились санитарно-гигиеническиетребования к качеству питьевой воды. Поэтому проблема глубокой очистки природной воды из источников повышенной загрязненности приобретает исключительно важное практическое и санитарное значение .
3) В современной практике водные объекты в Российской Федерации, независимо от конкретного использования, обычно относят к рыбохозяйственным , требования к качеству воды которых являются более жесткими . Поэтому достаточно часто предприятия вынуждены, согласно нормативным требованиям, сбрасывать сточные воды лучшего качества, чем у забираемой воды, независимо от причин , вызвавших повышенные концентрации загрязняющих веществ в водоисточнике (либо это природные фоновые концентрации, либо обусловленные влиянием хозяйственной деятельности вышерасположенных объектов).
Однако далеко не все предприятия по экономическим причинам могут обеспечить дорогостоящие мероприятия , необходимые для выполнения нормативных требований. С другой стороны, за невыполнение нормативных требований на предприятия налагают непомерные штрафы , после чего у них не остается средств даже на минимальные природоохранные мероприятия. Последствием всего этого является продолжающееся ухудшение качества воды и падение производства.
4) 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. Проблема обеспечения населения России питьевой водой нормативного качества и в достаточном количестве стала одной из главных и определяющих успешное проведение экономических реформ и усиление их социальной направленности.
5) Действительно, вода очень важна для человека, она имеет физиологическое, санитарно-гигиеническое, хозяйственное и эпидемиологическое значение . Нарушение санитарных правил при организации водоснабжения и в процессе эксплуатации водопровода влечет за собой санитарно-эпидемиологическое неблагополучие . При заражении источника, питающего водопровод, возникает угроза для всего или большинства населения города. Употребление недоброкачественной воды может быть причиной возникновения инфекционных болезней , гельминтозов, а также экозаболеваний, связанных с загрязнением водоемов химическими веществами.
Рассмотрим основных потребителей воды различного качества. Больше всего воды потребляют промышленность и сельское хозяйство – более90% воды, изымаемой из природного круговорота. Напитьевые 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 определенного качества , так называемой питьевой водой, отвечающей по качеству установленным нормативным требованиям.
Нормой водопотребления называют количество воды, расходуемой на определенные нужды в единицу времени или на единицу вырабатываемой продукции. Следует различать нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в населенных пунктах и на промышленных предприятиях.
Внаселенных пунктах нормы хозяйственно-питьевого водопотребления назначают по СНиП 2.04.02-84 . Водоснабжение. Наружные сети и сооружения, в зависимости от степени благоустройства районов жилой застройки и климатических условий. Согласно СНиП, среднесуточная (за год) норма на одного жителя в зданиях, оборудованных внутренним водопроводом, канализацией и системой централизованного горячего водоснабжения, составляет 230 – 350 л/сут . Например, для районов застройки зданиями с водопользованием изводоразборныхколонок норму следует принимать в пределах 30 – 50 л/сут .
В то же время опыт показывает, что при централизованном горячем водоснабжении в городском жилище достаточно 150 – 180 л/сут на человека. К публикуемым в печати нормам водопотребления более 300 л/сут на человека следует относиться критически . Нормы водопотребления, приведенные в СНиП , являются расчетными величинами, предназначенными для целей проектирования систем водоснабжения. В эти нормы включено питьевое и бытовое потребление в жилых и общественных зданиях, удовлетворение нужд коммунально-бытовых предприятий (бани, прачечные и пр.).
Быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении;
Быть безвредной по химическому составу;
Обладать благоприятными органолептическими свойствами.
На основе этих требований в нашей стране с 1954 г. создавались государственные стандарты – ГОСТ «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль качества». С 1998 г. основополагающим среди подзаконных нормативных актов в области питьевого водоснабжения в нашей стране стал СанПиН 2.1.4.559-96 »Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Этот документ заменил действовавший в стране до 1998 г. ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». В связи с истечением срока действия в 2001 г. документ был пересмотрен и утвержден Постановлением главного государственного санитарного врача РФ под номером ныне СанПиН 2.1.4.1074-01 .
В основу СанПиН положены следующие принципы :
Принцип гигиенических критериев качества питьевой воды;
Невозможность создания единого эталона состава питьевой воды;
Принцип регионального подхода к регламентации состава питьевой воды;
Приоритетность микробиологических критериев безопасности перед химическими;
Регламентация органолептических свойств питьевой воды.
Требования СанПиН устанавливают лишь верхние пределы содержания в питьевой воде химических веществ или биологических агентов, которые, однако, позволяют выдержать гигиенические критерии ее качества.
Выделяют двапризнака вредности вещества, присутствующего в питьевой воде: санитарно-токсикологический и органолептический. Для характеристики питьевой воды используют также комплексные (обобщенные) показатели состава воды (взвешенные вещества, минеральный состав, сухой остаток, жесткость, нефтепродукты, активная реакция, перманганатная окисляемость, фенольный индекс).
Различают два вида водоснабжения – централизованное и нецентрализованное.
Под централизованной системой питьевого водоснабжения понимается комплекс устройств и сооружений для забора, обработки (или без нее) воды, хранения, подачи к местам расходования и открытый для общего пользования гражданам и /или юридическим лицам. При централизованном водоснабжении воду забирают из поверхностных или подземных источников механическим путем и по водопроводной сети доставляют под давлением к месту потребления.
Нецентрализованным водоснабжением является использование для питьевых и хозяйственных нужд населения воды подземных источников, забираемой с помощью различных сооружений и устройств, открытых для общего пользования или находящихся в индивидуальном пользовании, без подачи ее к месту расходования. Источниками нецентрализованного водоснабжения являются подземные воды, захват которых осуществляется путем устройства и специального оборудования водозаборныхсооружений (шахтные и трубчатые колодцы, каптажи родников) общественного и индивидуального пользования.
Нецентрализованная система водоснабжения не имеет распределительной водопроводной сети; доставку воды к месту ее хранения и потребления осуществляет потребитель. Как правило, в нецентрализованных системах используются грунтовые воды, не защищенные от поверхностного загрязнения и не подвергающиеся обработке.
Более 80% населения страны снабжаются водой из централизованных систем водоснабжения. Остальная часть населения использует для питьевых и бытовых целей воду из колодцев, родников и других источников нецентрализованного питьевого водоснабжения.
Гигиенические требования к качеству воды источников нецентрализованного питьевого водоснабжения регламентируется СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников».
В числе последних нормативных документов, регламентирующих качество питьевой воды, следует отметить также СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества», СанПиН 2.1.4.1110-02 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения».
Качество питьевой воды во многом определяется качеством воды источника водоснабжения. При неудовлетворительном природном составе воды или большом антропогенном загрязнении источника даже современные методы водоподготовки не могут гарантировать получение воды необходимого качества. Питьевая вода принципиально отличается от всех видов продукции тем, что для нее нет единого рецепта , модели.
Важнейшими гигиеническими характеристиками источника питьевого водоснабжения являются качество воды и его санитарная надежность, а также водообильность.
Источниками воды для систем питьевого водоснабжения могут быть поверхностные водные объекты (реки, озера, водохранилища) и запасы подземных вод (грунтовые, межпластовые напорные и безнапорные воды).
1) Подземные источники являются более предпочтительными для питьевого водоснабжения. Пресные подземные воды, пригодные для питьевого водоснабжения, залегают на глубине не более 250 – 300 м. Подземные воды, заполняя пустоты водоносных пород, образуют водоносные горизонты. Водоносный горизонт подстилается водоупорным пластом, или просто водоупором . Водоупорный пласт, перекрывающий водоносный горизонт, называется его кровлей . Эмпирически доказано, что мощность водоупорного пласта более 10 м обеспечивает достаточную санитарную надежность изоляции водоносных пластов.
Одной из причинзагрязнения подземных вод являются промышленныесточные воды, которые инфильтруются из накопителей, хвосто- и шламохранилищ, золоотвалов и т.п. при их неудовлетворительной гидроизоляции. Возможна также инфильтрация загрязнений и с полей фильтрации, которые до недавнего времени использовались для обезвреживания сточных вод.
По условиям залегания различают верховодку, грунтовые и межпластовые воды, которые значительно разнятся по гигиеническим характеристикам.
А) Подземные воды, залегающие наиболее близко к земной поверхности, называют верховодкой . Причиной образования верховодки служит наличие под почвой отложений глины в виде ложа, создающих местный водоупор. Скапливающиеся на этом водоупоре атмосферные воды и образуют верховодку . Вследствие поверхностного залегания, отсутствия водоупорной кровли и малого объема верховодка легко загрязняется . Как правило, в санитарном отношении она ненадежна и не может считаться хорошим источником водоснабжения.
Б)Грунтовые воды – воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта. Грунтовые воды обладают следующими характеристиками :
Глубинаих залегания от 1,5 – 2 м до нескольких десятков метров;
Они прозрачны, имеют невысокую цветность, количество растворенных солей невелико;
При мелкозернистых породах (начиная с глубины 5 – 6 м) вода почти не содержит микроорганизмов;
Они не имеют защиты от поверхностного загрязнения в виде водоупорных слоев;
Область питания грунтовых вод совпадает с областью их распространения;
Они характеризуются весьма непостоянным режимом, который зависит от гидрометеорологических факторов - частоты выпадения и обилия осадков. Вследствие этого имеются значительные колебания уровня стояния, дебита, химического и бактериального состава вод;
Их запас пополняется за счет инфильтрации атмосферных осадков либо воды рек и водохранилищ в периоды высокого уровня. В процессе инфильтрации вода в значительной мере освобождается от органических и бактериальных загрязнений, улучшаются ее органолептические свойства;
Дебит грунтовых вод обычно невелик, что наряду с непостоянством состава ограничивает их применение для централизованного водоснабжения.
Грунтовые воды используются главным образом в сельской или дачной местности при организации нецентрализованного (колодезного) водоснабжения.
В)Межпластовые подземные воды залегают в водоносном слое между двумя водоупорными слоями и в зависимости от условий залегания могут быть напорными или безнапорными . В каждом межпластовом водоносном горизонте различают:
- область питания, где он выходит на поверхность и поглощает выпадающие атмосферные осадки;
Область напора;
- область разгрузки, где вода изливается или на поверхность земли в виде родника, или на дно реки, озера в виде восходящих ключей.
Межпластовые воды добывают через буровыескважины . Химический состав подземных вод формируется под влиянием химических и физико-химических процессов. В подземных водах найдено около70 химическихэлементов . Наибольшее значение для питьевого водоснабжения имеют фтор, железо, марганец и соли жесткости.
К характеристикам межпластовых подземных вод относятся:
Постоянствосолевогосостава воды, которое является важнейшим признаком санитарной надежности водоносного горизонта;
Отсутствие в воде бактерий;
Защищенность от поверхностного загрязнения;
Достаточно большой дебит.
По этим причинам межпластовые воды высоко оцениваются с санитарной точки зрения и при выборе источника питьевого водоснабжения имеют преимущество перед другими источниками. Весьма часто межпластовые воды можно использовать для питьевых целей безпредварительнойобработки .
Единственным принципиальным ограничением их выбора в качестве источника питьевого водоснабжения является недостаточнаяводообильность горизонта по сравнению с намечаемой мощностью водопровода. В том случае¸ если водообильность горизонта не может обеспечить проектируемую мощность водопровода, прибегают к комбинации источников. Часто межпластовые воды служат резервным источником на случай аварии водозабора городского водопровода, основным источником для которого являются поверхностные воды. Ограничивают использование межпластовых вод в ряде случаев повышенная минерализация (сухой остаток более 1500 мг/л), высокое содержание солей железа или сероводорода.
Однако индустриализация и урбанизация приводят к значительному ростуводопотребления . Запасы подземных вод часто не в состоянии обеспечить потребности в воде, и возникает необходимость организации питьевого водоснабжения из поверхностных источников.
2)Поверхностные источники водоснабжения характеризуются следующими признаками :
Вода имеет низкую минерализацию, большое количество взвешенных веществ, высокое микробное загрязнение;
Расход воды меняется в зависимости от времени года и метеорологических условий;
Часто отмечается интенсивное техногенноезагрязнение подземных вод в результате сброса промышленных стоков, судоходства и других причин;
В водохранилищах возможно чрезмерное развитие одноклеточных водорослей – так называемое цветение , способное в значительной мере ухудшить органолептические свойства воды. Цветение – одно из проявлений процесса эвтрофикации (обильное развитие цианобактерий и водорослей) поверхностных водных объектов. Причинами эвтрофикации могут быть природные гидробиологические процессы, но чаще всего – поступление в реки и озера неочищенных или недостаточно очищенных бытовых сточных вод, содержащих большие количества биогенных элементов: азота, фосфора и калия.
Отмеченные особенности состава и свойств воды поверхностных источников не позволяют использовать ее для питьевого водоснабжения в природном виде и требуют предварительной обработки с целью осветления и обеззараживания.
Выбор источника питьевого водоснабжения производится путем технико-экономического сравнения вариантов при приоритете гигиенических характеристик. Выбор источника питьевого водоснабжения должен быть обязательно согласован с Роспотребнадзором. В выборе источника наряду с гигиенистами также участвуют гидрологи, гидрогеологи, гидрохимики, технологи по очистке воды, экономисты и другие специалисты. В основе гигиенических требований лежит следующий принцип : качество воды источника водоснабжения в совокупности с адекватно примененной технологической схемой обработки должно гарантировать получение воды, соответствующей требованиям СанПиН. Таким образом, гигиенические требования к качеству воды источника по существу непосредственно зависят от технологии водоподготовки.
- Принципиальные основы технологии подготовки питьевой воды
Типовая схема водоснабжения населенного пункта с забором воды из поверхностного источника (реки) включает в себя следующие сооружения (рис.1).
1)Водозаборные сооружения. Конструкция их может быть различной в зависимости от типа водоисточника. Из поверхностных источников забор воды осуществляется береговыми и русловыми водозаборами. Устройство водозабораизповерхностных источников должно обеспечить постоянство ее состава. Водозабор располагают, как правило, выше населенного пункта, обслуживаемого данным водопроводом, на участке реки с устойчивым руслом и достаточной глубиной. Водозабор из подземных источников производится через буровые скважины, шахтные колодцы и каптажи.
2) Сооружения дляподъема и перекачки воды – насосные станции. Вода из источника водоснабжения перекачивается на очистные сооружения насосами станции I подъема, а после очистки подается потребителям насосами станции II подъема.
3) Сооружения дляочистки водынеобходимы для доведения качества воды до требований, предъявляемых к ней потребителям.
4)Сборные резервуары (резервуары чистой воды) служат для сглаживания неравномерности режима работы насосных станций I и II подъема и хранения противопожарных и аварийных объемов воды.
Рис. 1.Типовая схема водоснабжения населенного пункта
с забором воды из поверхностного источника
1 – водоприемник; 2 – самотечная труба; 3 – береговой колодец;
4 насосы станции I подъема; 5 – отстойники; 6 – фильтры;
7 – запасные резервуары чистой воды; 8 – насосы станции II подъема;
9 – водоводы; 10 – водонапорная башня; 11 – магистральные трубопроводы;
12 - распределительные трубопроводы
5) Сооружения дляраспределения воды по территории объекта и раздачи ее потребителям представляют собой систему подземных трубопроводов: водоводов (прокладываются в две нитки для повышения надежности), магистральных трубопроводов и распределительной водопроводную сеть.
6) Сооружения для хранения и аккумулирования воды. На территории населенного пункта (обычно на возвышенности) сооружается водонапорная башня. Необходимость ее устройства объясняется существенными колебаниями расхода воды из водопроводной сети в течение суток.
Как отмечено выше, водаприродных источников питьевого водоснабжения, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям к питьевой воде и требует перед подачей населению подготовки – очистки и обеззараживания. Лишь в некоторых случаях к воде приходится добавлять какие-либо вещества для корректировки ее солевого состава; в этом случае говорят о кондиционировании воды. В совокупности процессы очистки, обеззараживания и кондиционирования часто называют процессами водоподготовки .
Подочисткой воды при подготовке ее для питьевого водоснабжения понимают снижение концентрации примесей до уровня, обеспечивающего безвредность и безопасность потребления воды человеком, т.е. до уровня гигиенических нормативов. При этом полное освобождение воды от имеющихся примесей не предусматривается.
Основнымиспособами очистки воды поверхностного источника являются осветление, обесцвечивание и обеззараживание. Осветление воды – удаление из нее взвешенных веществ. Обесцвечивание воды – устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ природного происхождения (как правило, природных гуминовых веществ), придающих воде цветность.
Обеззараживание питьевой воды означает ее освобождение от микроорганизмов. При обеззараживании воды до установленных нормативов в ней остается достаточно жизнеспособных сапрофитных микроорганизмов , но стремление освободить воду от них не имеет гигиенического обоснования и поэтому нецелесообразно с экономической точки зрения.
К кондиционированию воды чаще прибегают при использовании в централизованных системах питьевого водоснабжения источников с солоноватой или соленой водой после ее глубокого обессоливания, с целью коррекции солевого состава.
Консервация питьевой воды осуществляется с целью сохранения обеззараживающих свойств подготовленной питьевой воды на регламентированный срок хранения ее запасов (на случай водоснабжения в чрезвычайных ситуациях и пр.).
Целью специальных методов водоподготовки является удаление из воды конкретных химических соединений. Эти методы используются, как правило, на водопроводах из подземных источников. К специальнымметодам обработки воды относятся обезжелезивание, деманганация, фторирование и дефторирование, сорбционные методы и др. На водопроводах из поверхностных источников к специальным методам прибегают редко.
Способы улучшения качества воды и состав водоочистных сооружений питьевого водопровода зависят от вида источника, а также от состава и свойств воды.
Дляпредварительной очистки воды от планктона и крупных примесей используют микрофильтры и барабанные сетки.
1) Осветление является основным технологическим процессом улучшения органолептических свойств воды. Оно заключается в освобождении воды от взвешенных веществ, определяющих мутность воды. Традиционными методами осветления воды (механическим отстаиванием и фильтрацией) удается задержать взвешенные частицы размером более 0,001 м . Для удаления из воды коллоидов необходимо предварительное разрушение их структуры методом коагуляции .
2) Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонкодисперсных примесей воды вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция происходит под влиянием химических реагентов – коагулянтов , которые либо нарушают агрегативную устойчивость примесей воды, либо образуют коллоиды, сорбирующие примеси воды. В процессе коагуляции одновременно снижаются цветность, запахи и привкусы и микробная загрязненность воды. В качестве коагулянтов чаще всего используют соли алюминия или железа.
В практике водоподготовки известны два вида коагуляции – в толще зернистой загрузки фильтра (контактная коагуляция) и в камерах хлопьеобразования (коагуляция в свободном объеме). Вначале рассчитывают дозу коагулянта в зависимости от состава воды, затем ее уточняют опытным путем.
Для ускорения коагуляции и интенсификации работы очистных сооружений применяют флокулянты – высокомолекулярные синтетические соединения. Флокуляция – процесс образования хлопьев из коллоидных веществ воды за счет их сорбции на поверхности макромолекул флокулянта. Применение флокулянтовпозволяет:
- ускорить коагуляцию;
Увеличить скорость движения воды в отстойниках;
Уменьшить время отстаивания путем увеличения скорости осаждения хлопьев;
Повысить скорость фильтрования и продолжительность фильтроцикла.
Различают флокулянты анионного (полиакриламид, К-4, К-6, активированная кремниевая кислота) и катионного (например, ВА-2) типа . Применение флокулянтов анионного типа требует предварительнойобработки воды коагулянтом, использование катионных флокулянтов предварительного введения коагулянта не предполагает.
Для применения в централизованном питьевом водоснабжении допускаются лишь флокулянты, прошедшие гигиеническую апробацию и имеющие нормированные ПДК.
В составе сооружений для коагуляции в свободном объеме должны быть дозатор, смеситель и камера хлопьеобразования. Коагуляция только подготавливает воду для дальнейшей обработки - осветления и обесцвечивания и в этом смысле не является самостоятельным процессом.
3) Первым этапомосветления воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, является осаждение взвешенных веществ в отстойниках. Используются горизонтальные (в том числе с тонкослойными модулями) и вертикальные отстойники, осветлители со взвешенным осадком. Несмотря на высокую техническую эффективность осаждения, отстойники и осветлители не могут дать достаточно гигиеническиэффективную очистку. Осаждением удается удалить из воды грубодисперсные примеси (частицы размером до 0,01 мм).
4) В связи с этим следующим этапом осветления воды становится ее фильтрование через фильтры с зернистой загрузкой. В качестве фильтрующей загрузки используют кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит и другие материалы, уложенные слоями возрастающей сверху вниз крупности. Вода поступает на поверхность фильтра, движется сквозь слой фильтрующего материала и дренажным устройством отводится в резервуар чистой воды.
Фильтры разделяют по скорости фильтрования на медленные (0,1 – 0,3 м/ч) и скорые (6 – 7) м/ч, по направлению фильтрующего потока – на одно- и двухпоточные, по числу фильтрующих слоев – на одно- и двухслойные.
Медленные фильтры всегда открытые (безнапорные). Движение воды в них происходит под напором, создаваемым разностью отметок уровней воды в фильтре и на выходе из него. Они применяются на станциях малой производительности.
В настоящее время применяются скорые фильтры, чаще всего открытые. Скорость фильтрования в них в 50 – 60 раз больше, чем на медленных фильтрах. Сверхскоростные фильтры всегда напорные. Движение воды через слой фильтрующей загрузки происходит под напором, создаваемым насосами. Обратную промывку фильтров (в направлении снизу вверх) производят чистой водой со скоростью, в 7 – 10 раз большей скорости фильтрации.
Фильтрование осуществляют двумя принципиально разными методами .
А)Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки. Вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор . Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр, т.е. образуется биопленка – илистый осадок, состоящий из минеральных и органических веществ. Толщина пленки достигает 0,5 – 1 мм и более.
Образованию пленки способствуют малаяскоростьфильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Биопленка играет решающую роль в работе медленных фильтров. Помимо задерживания мельчайшей взвеси, пленка задерживает бактерии на 95 – 99%, обеспечивает снижение окисляемости на 20 – 45% и цветности на 20%. Однако постепенное утолщение пленки вызывает потерю напора , что требует периодической чистки медленного фильтра.
Б) Объемное фильтрование. В связи с ростом водопотребления и мощностей водопроводов медленные фильтры уступили место скорым , на которых осуществляется объемное фильтрование. Их преимуществами являются большая производительность и меньшая площадь.
Механические примеси проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются.
Для нормальной работы фильтра важно, чтобы скорость фильтрования была постоянной в течение всего фильтроцикла, то есть не уменьшалась по мере загрязнения фильтра. С этой целью на трубопроводе, отводящем фильтрованную воду, устанавливают автоматически работающие регуляторы скорости фильтрации, благодаря которым через фильтр проходит все время постоянное количество воды.
К числу фильтров с повышенной грязеемкостью относятся двухпоточные фильтры и фильтры с двухслойной загрузкой. Сущность работы двухпоточных фильтров заключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть, как в обычных фильтрах, сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней, наиболее крупнозернистой части фильтра, имеющей большую грязеемкость. В двухслойных фильтрах в качестве фильтрующей загрузки, в зависимости от модификации фильтра, используются антрацит и песок, или керамзит и песок.
По окончании фильтроцикла промывку фильтра производят обратным током чистой профильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Промывная вода, проходя с большой скоростью (в 7 – 10 раз большей, чем скорость фильтрования) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Продолжительность промывки скорых фильтров – 5 – 7 мин.
Таким образом, водопроводные очистные сооружения включают в себя:
- реагентный цех (хозяйство), в котором приготавливают раствор коагулянта определенной концентрации;
- смеситель , который обеспечивает перемешивание раствора коагулянта, поступающего из реагентного хозяйства, с обрабатываемой водой. Смесители бывают дырчатые и перегородчатые с целью создания интенсивных завихрений потока;
- камеру реакции (хлопьеобразования), в ней происходит химическая реакция и образуются хлопья коагулянта. Процесс хлопьеобразования завершается в ней в течение 10 – 15 мин. Чаще всего камера реакции помещается внутрь вертикального отстойника. Применяют также горизонтальные и радиальные отстойники. Более совершенными сооружениями являются осветлители со взвешенным осадком. Их конструкция принципиально не отличается от конструкции вертикального отстойника. Осветляемая вода проходит в восходящем движении слой осадка высотой 2 – 2,5 м, находящегося во взвешенном состоянии. Частицы взвешенного осадка способствуют большему укрупнению хлопьев коагулянта, на них задерживается больше взвешенных частиц. Такие осветлители имеют более высокую производительность , требуют меньшего расхода коагулянта;
- фильтры ;
Установку для обеззараживания . Обеззараживание применяется для удаления из воды оставшихся после отстаивания и фильтрования бактерий, среди которых могут быть и болезнетворные.
Таким образом, роль широко применяемых в практике водоснабжения методов осветления и обесцвечивания воды состоит в освобождении от природных примесей (механическая взвесь, коллоиды) и частично от микрофлоры (до 90% исходного содержания). Защитная способность водопроводных сооружений относительно химических техногенных загрязнений весьмаограниченна .
5) Кспециальным методам подготовки питьевой воды относятся обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды, опреснение. Как правило, обезжелезивание и фторирование применяют при использовании подземных источников водоснабжения, а установки для опреснения позволяют использовать для получения питьевой воды морскую или соленую подземную воду.
а) Обезжелезивание . Железо часто содержится в природных водах в виде растворов оксида железа (II), сульфидов, карбонатов и бикарбонатов, реже комплексных железоорганических соединений. Поверхностные воды содержат коллоидные или тонкодисперсные взвеси гидроксидов, сульфаты железа, комплексы сложного состава с гуминовыми соединениями. Концентрация железа в воде источников питьевого водоснабжения колеблется от нескольких сотых долей до десятков мг/л. Допустимая концентрация железа в питьевой воде (по СанПиН 2.1.4.1074-01) принята не более 0,3 мг/л. Она призвана предупредить возможное неблагоприятное влияние железа на органолептические свойства воды (мутность и цветность).
Выбор метода, технологической схемы и сооружений для обезжелезивания зависит от вида соединений железа в обрабатываемой воде, свойств воды (активная реакция, щелочность), производительности установки и представляет сложную технологическую задачу .
Обезжелезивание подземных вод наиболее часто проводят безреагентными (аэрационными) методами. При контакте воды с воздухом двухвалентное железо окисляется кислородом воздуха в трехвалентное, которое при рН воды более 3,5 гидролизуется, переходя в гидроксид железа. который удаляется из воды осаждением или фильтрованием.
Обезжелезивание поверхностных вод осуществляется реагентными методами. В качестве реагентов используют сульфат алюминия, известь и хлор.
В последние годы в практику водоснабжения внедрен новый метод обезжелезивания воды, совмещающий процессы окисления и фильтрования.
б) Фторирование . Фторирование воды было предложено как эффективное средство снижения заболеваемости кариесом зубов. С 1945 г. фторирование воды городских водопроводов начало внедряться в США. В нашей стране фторирование питьевой воды было внедрено в 1957 г. на водопроводе г. Норильска.
На развитие кариеса влияют климатические условия и характер питания. В связи с этим единой оптимальной концентрации фтора в питьевой воде установить нельзя. Получила всеобщее признание оптимальная концентрация фтора в питьевой воде на уровне 1 мг/л, предложенная отечественными учеными в 50-х годах и многократно подтвержденная в повторных экспериментах. Показаниями для введения фторирования является содержание фтора в питьевой воде ниже 0,5 мг/л и заболеваемость детей школьного возраста кариесом более 25%.
В качестве реагентов для фторирования воды в нашей стране применяются фторид натрия, кремнефтористая кислота. Фтореагенты добавляют после фильтров, перед резервуарами чистой воды.
Известно влияние избытка фтора в питьевой воде на развитие заболевания – флюороза , одним из признаков которого является пятнистость эмали зубов. Для дефторирования предложены реагентные и фильтрационные методы. Реагентные основаны на сорбции фтора свежеосажденными гидроксидами алюминия или магния. Наиболее эффективна фильтрация воды через слой активированного оксида алюминия, играющего роль анионита.
в) Опреснение . В некоторых регионах России ощущается недостаток пресной воды. Вместе с тем в этих регионах, как правило, имеются значительные запасы солоноватых (до 3 г/л) и соленых (3 – 10 г/л) вод. Наиболее распространеннымиметодами опреснения являются дистилляция, ионный обмен, электродиализ и обратный осмос, или гиперфильтрация.
К специальным методам относят также умягчение воды для некоторых технологических процессов на промышленных предприятиях, стабилизацию , охлаждение воды.
6) Обеззараживание воды. Обеззараживанием называют процесс уничтожения 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.
а) Хлорирование воды в настоящее время получило наиболее широкое распространение во всем мире благодаря высокой эффективности и надежности и, наряду с этим, многим техническим, гигиеническим и экономическим преимуществам перед другими методами.
Для хлорирования воды используют различные соединенияхлора и разные способы их взаимодействия с водой. Наибольшее распространение получил жидкий хлор, который поступает на водопроводные станции в цистернах или баллонах под высоким давлением. При снижении давления жидкий хлор переходит в газообразный , хорошо растворяющийся в воде.
Хлор дозируют и смешивают с водой в установке для обеззараживания, затем подают полученную смесь в резервуар чистой воды. Хлор, введенный в воду, образует хлорноватистую кислоту НОСl и соляную кислоту. Хлоноватистая кислота – соединение нестойкое, она распадается на соляную кислоту и кислород. Соляная кислота соединяется с карбонатами, находящимися в воде, а кислород окисляет присутствующие в воде органические вещества, в том числе и бактерии.
Кроме жидкого хлора, в практике обеззараживания воды используют ряд его соединений, например, диоксид хлора (СlО 2) – газ, хорошо растворимый в воде. Также используются гипохлориты кальция и натрия, представляющие собой соли хлорноватистой кислоты, и хлорная известь .
Оптимальнаядоза активного хлора состоит:
Из количество хлора, необходимого для удовлетворения хлорпоглощаемости воды, оказания бактерицидного действия;
И некоторого количества так называемого остаточного хлора, присутствующего в обеззараженной воде и свидетельствующего о завершении процесса обеззараживания.
СанПиН 2.1.4.1074-01 указывает на необходимость обязательного присутствия в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3 – 0,5 мг/л , что является гарантией эффективности обеззараживания. В указанных диапазонах концентраций остаточный хлор не изменяет органолептические свойства воды и в то же время может быть точно определен аналитическими методами.
Содержание остаточного хлора нормируется в воде на выходе из водопроводной станции, после соответствующего времени контакта (30 и 60 мин) в резервуарах чистой воды. Однако нельзя рассчитывать на то, что остаточный хлор может предотвратить неблагоприятные последствия вторичного загрязнения воды в процессе ее транспортировки по распределительной сети.
Для обеззараживания воды на водопроводах, использующих поверхностные источники с очень высоким бактериальным загрязнением, используют двойное хлорирование. Основную дозу хлора вводят в воду перед процессом очистки (отстаивания), а после очистки (фильтрования на скорых фильтрах) 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 хлорорганическихсоединений (ХОС ) не позволяет считать данный метод безупречным. ХОС образуются при хлорировании природной воды, содержащей органические вещества. Хлорорганические соединения в низких дозах не только оказывают общетоксическое действие , но и способны дать эмбриотоксический, мутагенный и канцерогенный эффект.
Хлорированию присущи и другие недостатки ;
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, например, ПАВ, могут существенно снижать эффективность хлорирования.
Суперхлорирование , т.е. хлорирование избыточными дозами хлора, является способом, используемым как временная мера при особой эпидемической обстановке и при этом невозможности обеспечить достаточное время контакта воды с хлором. Однако при этом возникает необходимость удаления избыточного остаточного хлора (дехлорирование ) перед подачей воды потребителю, что достигается добавлением к воде гипосульфита, либо сорбцией хлора на активированном угле или аэрацией.
В системе подготовки питьевой воды роль активированного угля заключается в устранении запаха и привкуса природных вод. Если вода из природного источника содержит органические вещества, то ее обрабатывают хлором. Однако хлор является высокотоксичным веществом, его ПДК в воде равна 0,00001 мг/л. Для устранения остаточной концентрации растворенного хлора воду пропускают через фильтр с активированным углем. Обычно в системах водоподготовки слой угля можно использовать до полного истощения в течение 6 месяцев – двух лет.
б) Обеззараживание водыозоном . Озон – один из сильнейших окислителей, обладает бактерицидными свойствами. Впервые эксперименты с использованием озона были проведены в 1886 г. во Франции. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге. В России озонирование применяется на водопроводах Москвы, Ярославля, Челябинска, Кургана и других городов.
Озон на водопроводных станциях получают с помощью специальныхустановок , главным технологическим узлом которых является электрический озонатор . Озоновоздушную смесь получают в озонаторах из кислорода воздуха путем действия на эту смесь разрядов электрического тока высокого напряжения. Бактерии окисляются атомарным кислородом, образующимся в воде при распаде растворенного в ней озона.
Достоинства метода:
Озон оказывает бактерицидное действие на патогенную микрофлору;
Озон способен разрушать многие присутствующие в воде химические вещества техногенного происхождения;
Обеззараживающее действие озона на бактерии во много раз более выражено, чем действие хлора;
В процессе обработки воды происходят обесцвечивание и устранение привкусов и запахов, а также деструкция высокомолекулярных органических загрязнений;
Озон не образует в воде соединений, подобных хлорорганическим;
Озон 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 порядокдороже хлорирования).
в) Обеззараживание водыс использованиемсеребра, меди, йода. Серебро также обладает высоким бактерицидным эффектом. Антимикробное действие серебра охватывает многие виды бактерий и вирусы. Механизм бактерицидного действия заключается в блокировании функциональных групп ферментных систем клетки. В современных установках используется электролитический способ введения серебра.
Применение серебрасдерживают его высокая стоимость , а также то обстоятельство, что его ПДК в воде, установленная по токсикологическому ЛПВ, составляет 0,05 мг/л, что на порядок ниже эффективных по бактерицидному действию концентраций. Работами отечественных и зарубежных ученых установлен высокий бактерицидный эффект серебра уже в концентрации 0,05 мг/л. Эффективными рабочими концентрациями являются 0,2 – 0,4 мг/л и выше. Поэтому метод применяется для обеззараживания и консервации небольших объемов питьевой воды.
Действующие концентрации меди выше ПДК, и бактерицидный эффект развивается медленнее, чем при использовании серебра.
Для обеззараживания индивидуальных или небольших групповых запасов питьевой воды в полевых условиях используют препараты йода , которые в отличие от препаратов хлора действуют быстрее и не ухудшают органолептические свойства воды.
г) Обеззараживаниеводыультрафиолетовыми лучами относится к физическим (безреагентным) методам. При этом используют бактерицидные ртутно-кварцевые лампы высокого или низкого давления. Метод применяется для обеззараживания небольших расходов воды подземных источников.
Преимущества метода:
Широкий спектр антимикробного действия;
Отсутствие опасности передозировки;
Сохранение органолептических свойств воды;
Минимальное время контакта.
Недостатки :
Зависимость бактерицидного эффекта от мутности и цветности воды;
Отсутствие оперативного контроля эффективности;
Невозможность применения метода для вод высокой мутности.
д) Использованиеионизирующего гамма-излучения . Должны быть выдержаны высокие требования к технике безопасности при эксплуатации установки.
е) Обеззараживание водыультразвуком . Недостатки: трудность конструирования установок, обеспечения достаточной технической надежности, высокая стоимость.
- Судьба промывных вод и осадков очистных сооружений станций водоподготовки
1)Промывные воды . На собственные технологические нужды водопроводной станции (главным образом промывка фильтров , сброс первого фильтрата после их промывки) расходуется до 10% фильтрованной воды от производительности станции. Состав этих вод зависит от состава воды источника водоснабжения, с учетом сезонных колебаний, от способов водоподготовки, применяемых реагентов и других факторов.
В начале XX века промывные воды очистных сооружений водопроводов, как правило, сбрасывались в близлежащий водный объект. Этот способ полностью не изжит и до настоящего времени. Это противоречит современным гигиеническим правилам и экологическим требованиям.
Рекомендации действующих СНиП 2.04.02-8 4 направлены на повторное использование промывных вод в процессе водоподготовки. Однако гигиенического обоснования этих рекомендаций к моменту разработки указанных СНиП не было. Повторное использование промывных вод целесообразно не только с экологической, но и с экономической позиции, поскольку позволяет снизить потребление очищенной воды для собственных нужд водопроводной станции с 8 – 10% до 3%.
В отечественной практике применяют две схемы оборота промывных вод в зависимости от основной технологии водоподготовки.
На одноступенчатых водоочистных комплексах (с контактными осветлителями) промывные воды проходят осветление в отстойниках с добавлением синтетического флокулянта полиакриламида в течение часа.
На двухступенчатых водоочистных комплексах (отстойники и скорые фильтры) промывные воды фильтров поступают в резервуар-усреднитель. После этого отстоянные или усредненные воды равномерно передаются в начало технологического тракта осветления воды. С учетом вышеприведенных рекомендаций вторая схема должна быть дополнена введением после резервуара-усреднителя отстойников или фильтров с плавающей загрузкой.
2)Осадки очистных сооружений. Осадки образуются в процессах коагуляции, умягчения воды, обезжелезивания, осадками при отстаивании промывной воды фильтров. Осадки имеют текучую гелеобразную структуру, серо-коричневый цвет, плохо обезвоживаются и быстро кольматируют фильтрующие материалы.
В их составе присутствуют минеральные и органические вещества в виде гидроксидов и солей металлов, ила, планктона, коллоидной взвеси. Состав осадков определяется свойствами воды источника водоснабжения, реагентами и методами, используемыми в процессах водоподготовки. По усредненным данным, содержание взвешенных веществ 800 – 8000 мг/л, БПК 5 – 30 – 80 мг/л, ХПК – 50 – 1500 мг/л, влажность больше 99%.
В таком виде они занимают большой объем и могут транспортироваться только по трубопроводам, что осложняет их утилизацию. Поэтому первой задачей при их обезвреживании является обезвоживание , которое проходит в несколько этапов . Из очистных сооружений осадки направляются в сгустители , которые представляют собой радиальные отстойники с движущейся фермой, постоянно перемешивающей осадок.
Цикл сгущения в зависимости от прохождения осадка длится от 5 до 10 часов. Надосадочная жидкость перекачивается в головной узел очистных сооружений, а сгущенный осадок , в зависимости от местных условий, поступает либо на площадки замораживания, либо площадки подсушивания. Через 1 – 3 года осадок с иловых площадок вывозится в места постоянного складирования, согласованные с органами санитарной службы. В последние годы внедряется механическое обезвоживание осадка после сгустителей, которое может осуществляться на центрифугах, вакуум-фильтрах, ленточных и камерных фильтр-прессах.
После самых эффективных в настоящее время способов обезвоживания осадков их влажность составляет не менее 50%, в силу этого их объем остается большим. Поэтому, несмотря на малую степень опасности (обезвоженные осадки по степени опасности относятся, как правило, к 4, реже к 3 классу), проблема окончательной их утилизации остается острой.
Попытки использовать обезвоженные осадки в качестве инертного наполнителя в производстве кирпича оказались неудачными, так как выгорание органической составляющей при обжиге снижает прочность изделий. В то же время, в отличие от осадков канализационных сооружений, осадки сооружений водоподготовки обладают малой питательной ценностью для растений, чтобы использовать их в качестве сельскохозяйственных удобрений.
Осадки являются удобным субстратом для изолирующих слоев на полигонах ТБО. Обнадеживающие перспективы имеются у метода регенерации из осадка коагулянта . В некоторых случаях возможна перекачка осадков из очистных сооружений водопровода в коллекторы городской канализации для последующего обезвреживания совместно с осадками сточных вод.
В целом можно констатировать, что кардинального решения проблемы утилизации осадков сооружений станций водоподготовки в настоящее время нет.