Методические указания к заданиям

Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение ее качества до требований СанПиН 2.1.4.1074-01, зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные.

Основными способами являются:

• осветление;

• обесцвечивание;

• обеззараживание.

Осветление и обесцвечивание — это устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном гумусовых веществ). Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты: бактерии, вирусы и др.

В тех случаях, когда недостаточно применять только основные способы, используют специальные методы очистки (обезжелезивание, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ: фторирование, минерализацию обессоленных и маломинерализованных вод.

Для удаления химических веществ наиболее эффективным является метод сорбционной очистки на активных углях. Она также значительно улучшает органолептические свойства воды.

Методы обеззараживания воды подразделяют:

1)на химические (реагентные):

• хлорирование;

• озонирование;

• использование олигодинамического действия серебра;

2) физические (безреагентные):

• кипячение;

• ультрафиолетовое облучение;

• облучение g-лучами и др.

В настоящее время основным методом, используемым для обеззараживания воды на водопроводных станциях, в силу технико-экономических причин является метод хлорирования, однако все большее распространение получает метод озонирования. Его применение, в том числе в комбинации с хлорированием, улучшает качество получаемой воды.

Наиболее часто для хлорирования воды на водопроводах используют газообразный хлор, однако применяют и другие хлорсодержащие реагенты. По возрастанию окислительно-восстановительного потенциала они располагаются в следующем порядке: хлорамины (RNHC1₂ и RNH₂C1), гипохлориты кальция и натрия ([Са(ОСl)₂] и NaOCl), хлорная известь (3СаОС1 × СаО ×5Н₂O), газообразный хлор, двуокись хлора С1O₂.

Бактерицидный эффект хлорирования объясняется в основном воздействием на протоплазму бактерий недиссоциированной молекулы хлорноватистой кислоты, которая образуется при введении хлора в воду:

С1₂ + Н₂O® НОС1 + НС1

Бактерицидным свойством обладают также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты:

НОС1 ® ОС1^- + Н⁺

ocl^-®cl^- + о

Степень диссоциации НОС1 возрастает при повышении активной реакции воды. Таким образом, с повышением рН бактерицидный эффект хлорирования снижается.

Действующим началом при хлорировании хлорамином и гипохлоритами является гипохлорит-ион, а двуокисью хлора НСlO₂ — хлористая кислота, которая имеет наиболее высокий окислительно-восстановительный потенциал, поэтому при ее использовании достигаются наиболее полные и глубокие окисление и обеззараживание.

При введении хлорсодержащего реагента в воду его основное количество (более 95 %) расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся неорганических (солей двухвалентного железа и марганца) веществ, содержащихся в воде. На соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2—3 % общего количества хлора.

Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 мин, называется хлорпоглощаемостью воды. Хлорпоглощаемость определяется экспериментально путем проведения пробного хлорирования.

По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор. Его появление, определяемое титромет-рически, является свидетельством завершения процесса хлорирования.

В СанПиНе 2.1.4.1074-01 указывается 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. Кроме того, наличие активного остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в разводящей сети. Таким образом, это является косвенным показателем эпидемической безопасности воды.

Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения необходимого количества (0,3—0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8—1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора, называется хлорпотребностью воды.

Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорирование: до и после осветления и обесцвечивания. Также для снижения дозы хлора при заключительномхлорировании весьма перспективно комбинирование хлорирования с озонированием.

Используют несколько способов хлорирования воды.

1.Хлорирование нормальными дозами. Доза хлора устанавливаетсяэкспериментально по сумме величин хлорпоглощаемости и санитарной нормы остаточного хлора (хлорпотребности воды) путемпроведения пробного хлорирования.

Хлорирование нормальными дозами является наиболее часто применяемым методом на водопроводных станциях. Минимальное время контакта воды с хлором при хлорировании нормальными дозами составляет летом не менее 30 мин, зимой —1ч.

2.Хлорирование с преаммонизацией. При этом способе в воду помимо хлора вводится также аммиак, в результате чего образуютсяхлорамины. Этот метод употребляется для улучшения процессахлорирования:

1) при необходимости транспортировки воды по трубопроводам на большие расстояния, так как остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный;

2) содержании в исходной воде фенолов, которые при взаимодействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах. Хлорирование с преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают.

Однако в силу более слабого действия хлораминного хлора его остаточное количество в воде должно быть выше, чем свободного, и составлять не менее 0,8—1,2 мг/л.

3.Гиперхлорирование воды (хлорирование избыточными дозами,заведомо превышающими хлорпотребность воды). Гиперхлориротвание является способом, используемым в неблагоприятной эпидемиологической обстановке, при отсутствии или неэффективной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, приотсутствии возможности проведения пробного хлорирования дляопределения хлорпотребности. Введение избыточных доз хлорасоздает возможность надежного обеззараживания мутных, цветных, сильнозагрязненных и зараженных вод и сокращает времяобеззараживания до 10—15 мин.

При этом упрощается техника хлорирования, так как вместо проведения пробного хлорирования доза хлора определяется ориентировочно в зависимости от вида водоисточника, качества воды (мутности, цветности), степени ее загрязнения и опасности в эпидемическом отношении.

При гиперхлорировании воды обычно используют следующие дозы хлора:

• для воды хорошо оборудованных срубовых колодцев при хороших органолептических свойствах воды — 10 мг/л активного хлора;

• при пониженной прозрачности колодезной воды, а также для воды рек или озер (прозрачной и бесцветной) — 15—20 мг/л;

• при сильном загрязнении воды любого водоисточника, а также при использовании воды из источников непитьевого назначения (вода искусственных прудов и запруд) — 25 — 30 мг/л;

• в случае опасности применения бактериологического оружия — до 100 мг/л.

По истечении необходимого времени контакта избыточное количество остаточного хлора удаляют путем дехлорирования воды тиосульфатом натрия или ее фильтрацией через активированный уголь (с помощью табельных или импровизированных фильтров).

Приготовление 1 % раствора хлорной извести и определение содержания активного хлора.При проведении хлорирования в качестве источника активного хлора часто используют 1 % раствор хлорной извести. Она является нестойким соединением, быстро теряющим хлор, поэтому необходимо предварительно определить содержание в ней активного хлора.

Для приготовления 1 % раствора хлорной извести берут навеску в 1 г хлорной извести, размельчают ее в фарфоровой ступке с помощью пестика и добавляют дистиллированную воду до образования кашицы. Затем кашицу разводят дистиллированной водой и переливают содержимое чашки в мерный цилиндр, доводя количество раствора до метки «100». Тщательно перемешивают и оставляют раствор на 10 мин для осветления.

В полевых условиях активный хлор в хлорной извести определяют капельным способом. В стакан (или колбу) наливают 100 мл дистиллированной воды, добавляют 0,4 мл свежеприготовленного 1 % раствора хлорной извести, 1 мл разбавленной хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 5 % раствора йодида калия и 1 мл 1 % свежеприготовленного раствора крахмала. Перемешивают и титруют по каплям специально подобранной пипеткой (1 мл которой соответствует 25 каплям) 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания. Содержание активного хлора в хлорной извести в процентах равно количеству капель тиосульфата натрия, израсходованного на титрование (1 капля 0,7 % тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что составляет сотую часть взятого для определения количества хлорной извести — 4 мг, т.е. 1 %).

Хлорирование нормальными дозами.Как указывалось, для определения необходимой дозы хлора при хлорировании нормальными дозами устраивают пробное хлорирование воды. Упрощенно пробное хлорирование проводят в трех стаканах, в каждый из которых наливают по 200 мл исследуемой воды, вкладывают стеклянные палочки и с помощью выверенной пипетки (25 капельравны 1 мл) добавляют 1 % раствор хлорной извести: в первый — одну каплю, во второй — две капли, в третий — три капли. Воду в стаканах хорошо перемешивают и через 30 мин определяют наличие в ней остаточного хлора. Для этого в каждый стакан прибавляют 2 мл 5 % раствора йодида калия, 2 мл хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 1 % раствора крахмала и тщательно перемешивают. При наличии остаточного хлора вода окрашивается в синий цвет, тем более интенсивный, чем больше в ней содержится остаточного хлора. Воду в стаканах, где появилось синее окрашивание, титруют по каплям 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания, перемешивая ее после добавления каждой капли.

Для расчета дозы выбирают тот стакан, где произошло обесцвечивание от двух капель тиосульфата натрия, так как содержание остаточного хлора в этом стакане составляет 0,4 мг/л (одна капля 0,7 % раствора тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что соответствует при пересчете на 1 л 0,04-5 = 0,2 мг/л). Если обесцвечивание произошло от одной капли, содержание остаточного хлора недостаточно (0,2 мг/л). При обесцвечивании от трех капель содержание остаточного хлора избыточно (0,6 мг/л).

Пример. Для расчета дозы выбран второй стакан, где при определении остаточного хлора на титрование пошло две капли 0,7 % раствора тиосульфата натрия. В этот стакан на 200 мл воды было прибавлено две капли 1 % раствора хлорной извести. Следовательно, на 1 л воды потребуется 2 • 5 = 10 капель или 0,4 мл 1% раствора хлорной извести, так как в 1 мл содержится 25 капель.

Количество сухой хлорной извести, содержащейся в 0,4 мл 1 % раствора, в 100 раз меньше (так как раствор однопроцентный) и составляет 0,4/100 = 0,004, или 4 мг сухой хлорной извести, т.е. доза хлора равна 4 мг/л хлорной извести.

Определение остаточного хлора в водопроводной воде. Вконическую колбу емкостью 500 мл наливают 250 мл водопроводной воды (до отбора пробы воду из крана необходимо спустить), 10 мл буферного раствора с рН 4,6 и 5 мл 10 % раствора йодида калия. Затем титруют выделившийся йод 0,005 н. раствором тиосульфата натрия до бледно-желтой окраски, приливают 1 мл 1 % раствора крахмала и титруют раствор до исчезновения синей окраскидля приготовления буферного раствора с рН 4,6 смешивают 102 мл IMраствора уксусной кислоты (60 г 100 % кислоты в 1 л воды) и 98 мл 1 М раствора ацетата натрия (136,1 г кристаллической соли в 1 л воды) и доводят объем до 1 л прокипяченной дистиллированной водой).

Содержание остаточного хлора в воде, х, мг/л, вычисляют по формуле

где п — количество 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, мл; К_n — поправочный коэффициент раствора тиосульфата; 0,177 — количество активного хлора, соответствующее 1 мл 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, мг; V— объем воды, взятой для анализа, мл.

В зависимости от результатов пробного хлорирования рассчитывают количество хлорной извести, необходимое для хлорирования 1 л воды.

*

Ситуационная задача 1.4

Условие.Работники животноводческой фермы используют для питья воду из шахтного колодца, расположенного непосредственно на ферме. Колодец имеет крышку. Воду поднимают электронасосом. Рядом с колодцем организован водопой скота. Анализ воды показал следующие результаты: цвет — бесцветная, запах отсутствует, мутность — 1,8 мг/л, окисляемость — 6,8, железо — 0,8, фтор — 1,0, аммиак — 0,5, нитриты — 0,02, нитраты (NO₃) — 75, коли-индекс — 250 мг/л. Для целей обеззараживания может быть использована хлорная известь с содержанием активного хлора 30 %. Для обеззараживания можно использовать бочку из нержавеющей стали емкостью 200 л.

Задание.Дайте гигиеническое заключение по приведенной задаче.

Ответьте на вопросы и выполните задания.

1. Что собой представляет нецентрализованное водоснабжение?

2. Какие заболевания могут передаваться через воду?

3. Какие методы обеззараживания можно использовать при нецентрализованном водоснабжении?

4. Как выбирать дозу хлора при гиперхлорировании?

5. Назовите методы дехлорирования воды.

6. Какой метод дехлорирования наиболее применим в полевых условиях?

Вариант ответа

На основании приведенного химического анализа воды можно сделать вывод о постоянном фекальном загрязнении воды, на что указывают наличие аммиака, нитритов, нитратов и высокая окисляемость воды (6,8 мг O₂/л). Фекальное загрязнение подтверждено микробиологическим анализом: коли-индекс составил 250 мг/л. Колодец расположен непосредственно на ферме и скорее всегоподпитывается грунтовыми водами. Организованный рядом водопой скота и фильтрация дождевых и других стоков приводят к загрязнению водоисточника. Воду следует обеззаразить методом гиперхлорирования.

20 мг — на 1 л воды

х мг — на 200 л воды

Хлорная известь содержит 30% активного хлора, т.е.

30 г — в 100 г

4 г — в хг

Таким образом, на бочку объемом 200 л воды необходимо внести 13,3 г хлорной извести. Так как хлорная известь плохо смешивается с водой, в ней могут оставаться сухие комочки, что замедляет отдачу хлора в воду. Поэтому навеску хлорной извести тщательно растирают в небольшом объеме воды до образования известкового молока и вносят в воду. Время контакта воды с хлором при гиперхлорировании может быть сокращено до 15—20 мин. Воду дехлорируют тиосульфатом натрия.

1. Примерами нецентрализованного водоснабжения чаще всего являются разного вида колодцы (трубчатые, шахтные) либо каптажные родники. Поскольку подземные воды, как правило, более чистые, гигиеническая оценка талой воды проводится по более ограниченному числу показателей, а сами показатели несколько менее жесткие.

2. Вода может быть источником кишечных инфекционных заболеваний — холеры, брюшного тифа, паратифов, дизентерии. В данном случае колодец расположен на территории животноводческой фермы, поэтому можно ожидать загрязнение воды и местности возбудителями зоонозов — бруцеллеза, сибирской язвы, туберкулеза, лептоспирозов и др. В воде могут быть возбудители вирусных заболеваний — вирус желтухи (болезни Боткина), полиомиелита, аденовирусных инфекций, а также простейшие (амебной дизентерии), яйца гельминтов и др.

3. Метод обеззараживания воды при нецентрализованном водоснабжении — это гиперхлорирование воды. Из физических методов здесь наиболее приемлемо ее кипячение. Можно рекомендовать подвозить более качественную воду из других водоисточников или воду в бутылках.

4. Дозу хлора при гиперхлорировании выбирают произвольно, исходя из предполагаемого загрязнения воды. Так, для родниковой и колодезной воды обычно достаточна доза 10—15 мг/л, для более загрязненной речной и грунтовой воды большие дозы — 20—25 и 40—50 мг/л соответственно.

5. Вода при гиперхлорировании пригодна для питья только после дехлорирования. Дехлорирование осуществляют либо путем внесения тиосульфата (гипосульфита) натрия из расчета 4 мг на 1 мг внесенного активного хлора, либо фильтрованием через активированный березовый уголь. Последний метод используют в войсковых табельных установках МАФС-3 и ВФС-25.

6. В полевых условиях при гиперхлорировании воды в бочках для дефторирования воды целесообразно использовать тиосульфит натрия.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ 1.5