Требования к очистке и обеззараживанию воды

Воды подземных источников водоснабжения часто соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 и надежно защищены от загрязнения. Основным принципом организации централизованного водоснабжения из таких источников является сохранение исходного качества воды источника. Однако, иногда в подземных водах встречаются повышенные концентрации отдельных химических соединений (железо, фтор, соли жесткости и суммарный сухой остаток). При наличии гидравлической связи с поверхностным водным объектом, близости зоны питания источника к водозабору, а также при эксплуатации горизонта грунтовых вод необходимо учитывать микробиологическое загрязнение воды. Вода поверхностных источников водоснабжения содержит разнообразные ингредиенты, количество которых в питьевой воде ограничивается СанПиН 2.1.4.1074-01.

В воде поверхностных водоемов обычно имеется большое количество разнообразных бактерий и вирусов, среди которых встречаются и патогенные. Как правило, при организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения вода источника должна пройти ту или иную обработку, целью которой является доведение ее состава и свойств до требований СанПиН 2.1.4.1074-01.

Способы и методы улучшения качества воды и состав водоочистных сооружений хозяйственно-питьевого водопровода зависят от свойств воды источника. Основными способами улучшения качества воды являются осветление, обесцвечивание и обеззараживание. Под осветлением воды понимают удаление из нее взвешенных веществ. Обесцвечивание воды - устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Целью обеззараживания является обезвреживание содержащихся в воде водоисточника патогенных бактерий и вирусов. В ряде случаев приходится прибегать к специальным методам обработки, целью которых является удаление из воды каких-либо конкретных химических соединений или, наоборот, - введение необходимых для организма человека элементов в воду.

Известными методами осветления воды, (механическим отстаиванием и фильтрацией), удается задержать взвешенные частицы размером более 0,1 мкм. Для удаления из воды коллоидов необходимо предварительное разрушение их структуры и коагулирование.

Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонкодис-пергированных примесей воды, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов-хлопьев.

Первым этапом осветления водопроводной воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, является осаждение взвешенных веществ в отстойниках. Принципом работы отстойника является замедление скорости движения воды при увеличении сечения потока. Осаждением удается удалить из воды грубодисперсные примеси (частицы размером более 100 мкм).

При организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения для небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов и водотоков для очистки воды необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отвечают компактные установки заводского изготовления «Струя» производительностью от 25 до 800 куб.м/сут.

В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения прибегают к специальным методам обработки воды с целью коррекции ее солевого состава. Наиболее распространены обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды. В широкую практику входят различные методы опреснения воды. Как правило, указанные методы применяют при использовании подземных источников водоснабжения. Однако обезжелезивание бывает необходимым и для воды поверхностных водоисточников при питании их 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. Для поверхностных вод характерны коллоидные или тонкодисперсные взвеси гидроокиси, гидрозакиси, 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 водоисточника. Обезжелезивание подземных вод наиболее часто производят безреагентными, аэрационными методами. В основе безреагентных методов лежат предварительная аэрация воды с целью удаления свободной углекислоты и сероводорода, повышения рН, обогащения кислородом воздуха, последующего образования гидроксида железа и удаления его из воды осаждением или фильтрованием.

Фторирование воды было предложено как эффективное средство снижения заболеваемости кариесом зубов. Универсальный характер противокариозного действия фтора был подтвержден многочисленными исследованиями, как в нашей стране, так и за рубежом.

Установлено, что в разных регионах наблюдается определенная количественная зависимость между концентрацией фтор-иона в воде и уровнем заболеваемости кариесом зубов. Кариес - заболевание, характеризующееся прогрессирующим разрушением твердых тканей зуба. На его развитие влияют климатические условия (ультрафиолетовое облучение), характер питания (наличие в рационе молока, содержание в пище витаминов, микроэлементов). Поэтому единой рекомендации оптимальной концентрации фтора в питьевой воде быть не может. При решении этого вопроса исходят из уровня заболеваемости кариесом в районе, обслуживаемом водопроводом и из требований СанПиН 2.1.4.1074-01 о предельной концентрации фтора в зависимости от климатического района.

Обеззараживание воды. Этот процесс заключается в сорбции бактерий и вирусов на поверхности взвешенных частиц и хлопьев и совместном осаждении в отстойнике или в порах фильтрующей загрузки, что во многом зависит от характера взвеси, параметры которой весьма непостоянны. Часть бактерий и вирусов, оставаясь в воде свободными, проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надежного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций применяется ее обеззараживание. В практике коммунального водоснабжения используются реагентные (хлорирование, озонирование) и безреагентные (ультрафиолетовое облучение, воздействие уф-лучами и др.) методы. Хлорирование воды в настоящее время получило наиболее широкое распространение благодаря многим техническим, гигиеническим и экономическим преимуществам перед другими методами обеззараживания.

Для хлорирования воды используются различные соединения хлора и разные способы их взаимодействия с водой. Наибольшее распространение получил жидкий хлор, который поступает на водопроводные станции в цистернах или баллонах под высоким давлением. Он представляет собой маслянистую темно-зеленую жидкость плотностью 1,4 при 15° С. При снижении давления жидкий хлор переходит в газообразный, хорошо растворяющийся в воде. Эффект хлорирования зависит и от количества и размеров частиц взвешенных веществ в воде, которые препятствуют механически достижению хлором бактериальной клетки. Что касается различных растворенных органических веществ, то присутствие их в воде в разной степени может влиять на бактерицидный эффект хлора, что объясняется способностью их к взаимодействию. Так, азотистые вещества животного происхождения (мочевина, аминокислоты, амины) активно связывают хлор, безазотистые соединения (жиры, углеводы), слабо реагируют с хлором.

Влияние температуры среды, в которой производится хлорирование, зависит от величины микробного загрязнения воды, дозы хлора, времени контакта. В практической работе водопроводных станций, при соответствии бактериального загрязнения воды источника требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01, снижение температуры существенного влияния на эффективность обеззараживания не оказывает. Из факторов, связанных с условиями обеззараживания, наибольшее значение имеют доза хлора и время контакта, причем отмечается сложная взаимозависимость их как между собой, так и с другими факторами, влияющими на эффективность хлорирования.

Подбор оптимальной дозы активного хлора, под которой понимают его количество, обеспечивающее достаточный гигиенический эффект обеззараживания при заданном времени контакта, производится опытным путем, в лабораторном эксперименте. С изменением качества исходной воды, технологической схемы ее обработки, времени года оптимальную дозу хлора подбирают вновь. Оптимальная доза активного хлора составляется из количества его, 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. Остаточный хлор наряду с коли-индексом воды служит косвенным показателем безопасности ее в эпидемическом отношении.

Содержание остаточного хлора нормируется в воде на выходе с водопроводной станции, после резервуаров чистой воды. Необходимо отметить, что остаточный хлор является сигналом достаточности обеззараживания только при соблюдении всех правил технологии обработки воды (время отстаивания, скорость фильтрования и т. д.), а также достаточном времени контакта (30 мин при обеззараживании свободным хлором и 60 мин - связанным). Нельзя рассчитывать и на то, что остаточный хлор может предупредить неблагоприятные последствия вторичного загрязнения воды в процессе ее транспортировки по водопроводной сети. Низкие концентрации остаточного хлора явно недостаточны для окисления сильно загрязненных почвенных вод города, которые могут поступить в водопроводные трубы при дефектах сети и авариях.

Технологический процесс хлорирования воды состоит из следующих этапов: приготовление водного раствора активного хлора (хлорная вода), дозирование хлорной воды по установленному режиму, согласно определенной экспериментальной дозе активного хлора, перемешивание хлорной воды с массой хлорируемой воды и обеспечение достаточного времени контакта ее с хлором.

Процесс приготовления хлорной воды из газообразных веществ совмещается с процессом дозирования в аппаратах, получивших название хлораторов. Получают хлорную воду из хлорной извести и гипохлоритов в системе бачков, в которой осуществляется приготовление маточного раствора с концентрацией активного хлора 1-2 %. Дозирование хлорной воды в этом случае производится с помощью устройств, обеспечивающих, в зависимости от схемы водопровода, равномерное или пропорциональное расходу, обрабатываемой воды количество хлорного раствора. Контакт хлора с водой обеспечивается в резервуарах чистой воды, в которых должна быть предусмотрена система перегородок для исключения возможности образования транзитных потоков, сокращающих расчетное время хлорирования.

Хлорированию как методу обеззараживания воды присущи некоторые недостатки. К ним относятся сложность транспортировки и хранения жидкого хлора - высокотоксичного вещества, необходимость соблюдения многочисленных требований по технике безопасности, продолжительное время контакта для достижения обеззараживающего эффекта и образование в воде хлорорганических соединений, небезразличных для организма. Тем не менее, высокая эффективность и надежность делают метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания питьевой воды.

Одним из перспективных методов обеззараживания воды является обработка ее озоном. Наряду с бактерицидным действием озона в прицеле обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов. Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путей тихого (коронного) электрического разряда в воздухе.

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми (бактерицидными) лучами относится к физическим, или безреагентным, методам. Бактерицидное действие оказывает участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 275 до 200 нм. Максимум бактерицидного, действия приходится на лучи с длиной волны 260 нм. В качестве источников бактерицидного излучения используются ртутно-кварцевые лампы высокого давления мощностью до 2500 Вт или ртутно-аргонные лампы.

На эффективность обеззараживания УФ-облучением большое влияние оказывает коэффициент поглощения лучей исходной водой, который в свою очередь зависит от степени мутности, цветности воды, ее солевого состава и должен учитываться при расчете установок. При эксплуатации установки большое значение имеет регулярная чистка кварцевых чехлов ламп от осадка, контроль за сроком службы ламп. Расчетный срок использования ртутно-кварцевых ламп до 5000 ч нормальной работы, ламп БУВ-3000 ч.

Бактерицидные установки

Персонал обязан:

а) вести наблюдение за работой установки и систематически регистрировать данные о расходе воды и времени работы лампы, электрические параметры ламп, физико-химические и бактерицидные показатели качества исходной и обеззараженной воды, а также данные о профилактических осмотрах, чистке кварцевых чехлов, выполненных ремонтах и замене ламп;

б) обеспечить подачу на установку заданных количеств воды, не превышая допустимой производительности бактерицидной установки;

в) очищать наружную поверхность кварцевых чехлов не реже одного-двух раз в месяц;

г) контролировать режим горения ламп и своевременно осуществлять их смену. Обслуживающий персонал должен пройти специальную подготовку. Перед пуском бактерицидной установки в эксплуатацию, а также после всех ремонтных работ промывают и обрабатывают хлорной водой с концентрацией активного хлора 5-10 мг/л при контакте 1-2 часа. Подача воды потребителям разрешается через 10-15 минут после зажигания ламп.