Обеззараживание воды

Фторирование питьевой воды

Обессоливание воды

Обессоливание воды может быть полным, когда вода становится близка к дистиллированной, и частичным, когда прокаленный растворенный остаток в воде не превышает допустимой величины.

Полное обессоливание воды может быть достигнуто следующими методами: дистилляцией (испарением); ионитовым методом; электрохимическим методом; гиперфильтрацией.

Частным случаем частичного обессоливания воды является ее опреснение, т. е. доведение качества воды до питьевого (снижение растворенного остатка до 1000 мг/л).

Кроме перечисленных четырех методов обессоливание может быть достигнуто при известковании и баритовом умягчении, при Н-катиониро­вании воды, при вымораживании воды. Как самостоятельные методы обессоливание известкованием и Н-катионированием обычно не применяются, они сопутствуют лишь процессу умягчения; метод вымораживания не нашел пока широкого применения.

Фторирование питьевой воды осуществляется для предотвращения кариеса зубов путем внесения в нее соединений фтора. Раствор фторсодержащего реагента вводят в обрабатываемую воду до или после скорых фильтров. Оптимальной концентрацией фтора в питьевой воде является доза 0,8–1,5 мг/л. Более низкие концентрации фтора принимают при фторировании в южных районах и в летний период, когда количество воды, поступающей в организм человека, увеличивается. Более высокие концентрации фтора принимают при фторировании воды в северных районах в зимний период, т. е. при более низкой температуре окружающей среды. Необходимость фторирования определяется содержанием фтора в воде источников менее 0,5 мг/л.

Для фторирования питьевой воды может быть использован ряд фтор­содержащих соединений; кремнефтористый натрий NaSiFe₆, кремнефтористая кислота Na₂SiF₆, фтористый натрий NaF, кремнефтористый аммоний (NaH₄)₂SiF₆, фтористый кальций CaF₆, фтористоводородная кислота HF, кремнефтористый калий K₂SiF₆, кремнефтористый алюминий А1₂(SiF₆)₃, фтористый аллюминий A1F₃ и др.

Отстаиванием и фильтрованием не достигается полная очистка воды от содержащихся в ней микроорганизмов. Поэтому в системах хозяйственно-питьевого назначения и в некоторых системах технологического назначения (пищевая, фармацевтическая и др. промышленности) для окончательного удаления микроорганизмов применяется обеззараживание (дезинфекция) воды.

В некоторых случаях дезинфекция применяется как самостоятельная единственная мера очистки воды (например, при использовании подземных вод, ненадежных с санитарной точки зрения).

Процессы обеззараживания (или дезинфекции), используемой для питья воды направлены на устранение из нее патогенной микрофлоры и бо­лезнетворных вирусов, в частности, инфекционного гепатита. Бактерицидный и вирулицидный эффект может быть достигнут непосредственно с помощью сильных окислителей (хлора, диоксида хлора, озона, йода, пероксида водорода, марганцовокислого калия, гипохлорида натрия). При обеззараживании воды сильные окислители действуют на клеточном уровне. Окисляя энзимы клеток, они убивают биоту. Ярко выраженный эффект обеззараживания и дегельминтизации воды оказывает ультрафиолетовое и более жесткие излучения (рентгеновское, бета- и гамма-излучения). Обеззараживающие действие имеют ультразвуковые колебания. Возможно также обеззараживание воды путем ее микрофильтрования через фильтры с размерами пор на порядок меньше размеров наиболее распространенных патогенных микроорганизмов (менее 0,1 мкм). Однако бактерицидный и вирулицидный эффект этих процессов требует дополнительного обоснования.

В быту хорошо известно термическое обеззараживание, при котором исходную (сырую) воду нагревают и кипятят.

Бактерицидное облучение рекомендуется применять при обеззараживании подземных вод, характеризующихся незначительными величинами мутности, содержания железа и коли-индекса. При такой дезинфекции бактерицидное облучение позволяет сохранять вкусовые качества воды. При этом в воде не остаются дополнительные загрязнения веществами-дезинфектантами. Например, при хлорировании обработанная вода загрязняется диоксинами и так называемыми тригалометанами, обладающими токсическим действием и канцерогенными свойствами. В целях предупреждения биологических обрастаний в трубах, на поверхности водоочистной и водоразборной аппаратуры хозяйственно-питьевые и технические водопроводы подвергают специальной обработке, которая направлена на подавление развития водной биоты. Эта обработка похожа на обеззараживание воды, с той лишь разницей, что наряду с непатогенной бактериальной микрофлорой (железо- и серобактериями), борьбу ведут и с водными растениями (зоогелями и организмами цветения), грибами и некоторыми моллюсками, например, с дрейссеной.

В некоторых случаях для подавления развития биоты необходимо очистить исходную воду от питательной среды (удалить железо или сероводород).

В современной практике очистки воды наиболее широкое распространение получила ее дезинфекция путем хлорирования.

Для хлорирования воды на очистных станциях систем водоснабжения используется жидкий хлор и хлорная известь. Хлорная известь используется для станций малой производительности.

Хлорирование воды жидким хлором. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты:

Cl₂ + H₂O = HOCl + HCl.

Далее происходит диссоциация образовавшейся хлорноватистой кислоты:

HOCl D H⁺ + OCl^–.

Получающиеся в результате диссоциации HOCl гипохлоритные ионы OCl^– обладают наряду с недиссоциированными молекулами HOCl бактерицидным свойством.

Сумма Cl₂+HOCl+OСl называется свободным активным хлором.

Назначение дозы хлора является исключительно важным: недостаточная доза хлора приводит к тому, что он не оказывает необходимого бактерицидного действия; излишняя доза хлора ухудшает вкусовые качества воды.

Расчетная доза хлора при проектировании обеззараживающей установки должна приниматься исходя из необходимости очистки воды в период ее максимального загрязнения (например, в период паводков).

Показателем достаточности принятой дозы хлора служит наличие в воде остаточного хлора (остающегося в воде от введенной дозы после окисления находящихся в воде веществ). Согласно требованиям ГОСТа, концентрация остаточного хлора в воде перед поступлением ее в сеть должна находиться в пределах 0,3...0,5 мг/л.

За расчетную дозу следует принимать ту, которая обеспечит указанное количество остаточного хлора.

Для осветленной речной воды доза хлора обычно составляет 1,5...3 мг/л, а при хлорировании подземных вод доза хлора обычно не превышает 1...1,5 мг/л.

При введении хлора в воду необходимо организовать хорошее смешение его с водой. До подачи хлорированной воды потребителю должно пройти определенное время контакта хлора с водой (не менее 30 минут). Это происходит обычно в резервуаре чистой воды.

Иногда применяют хлорирование перед поступлением воды на отстойник, (предварительное хлорирование), что способствует процессу коагуляции и снижению расхода коагулянта на самих очистных установках, а также поддержанию хорошего санитарного состояния на них.

Хлор поступает на станцию в металлических баллонах в сжиженном состоянии. Из баллонов хлор подается в воду через специальные приборы – хлораторы, в которых осуществляется его дозирование и смешивание с водой. Получаемая «хлорная вода» поступает в обрабатываемую воду. Существуют хлораторы различных типов. По времени функционирования различают хлораторы непрерывного действия, рассчитанные на непрерывную подачу определенных количеств газа в единицу времени, и хлораторы порционные, которые подают через некоторый промежуток времени определенную порцию газа. Существуют хлораторы, автоматически меняющие количество подаваемого хлора при изменении расхода обрабатываемой воды. Кроме того, различают хлораторы напорные и вакуумные.

Недостатком напорных хлораторов является возможность утечки из них хлора, являющегося ядовитым веществом, что представляет собой опасность для обслуживающего персонала. Эта опасность отсутствует в вакуумных хлораторах, которые и рекомендуются для практического использования в установках по обеззараживанию воды.

При проектировании и эксплуатации хлораторных установок необходимо учитывать требования, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала от вредного воздействия хлора. Помещение хлораторной должно быть расположено на первом этаже фильтровальной или насосной станции, либо примыкать к ним, либо находиться в отдельном здании. В помещении хлораторной, примыкающей к зданию фильтровальной станции, должно быть две двери: одна – ведущая в помещении станции, другая – ведущая наружу. Двери должны герметически закрываться. В помещении хлораторной необходимо предусмотреть систему искусственной вытяжной вентиляции. При расходовании установкой более трех баллонов жидкого хлора в сутки при хлораторной необходимо устроить склад баллонов, рассчитанный на хранение трехсуточного запаса хлора.

Обеззараживание воды с помощью озона получает в настоящее время широкое распространение. Озонирование осуществляется пропуском через воду озонированного воздуха, т. е. воздуха, в котором кислород частично переведен в трехатомную форму (О₃).

Озон обеспечивает надежное обеззараживание воды. Он обладает рядом преимуществ по сравнению с хлором:

1) получается непосредственно на станции очистки воды;

2) не ухудшает вкусовых качеств воды;

3) не приводит к возникновению в ней запахов.

Озон токсичен: предельно допустимое содержание его в воздухе помещений, где находятся люди, составляет 0,00001 мг/л, следовательно, озоновые установки не должны пропускать озон в помещение. Доза озона для обеззараживания воды колеблется в пределах от 0,6 до 3,5 мг/л в зависимости от свойств обрабатываемой воды. Озон получается в озонаторах (генераторах озона) в результате тихого электрического разряда в подаваемом воздухе. Генераторы озона различных систем серийно изготовляются промышленностью. Для смешения воды с озоном служат смесители, туда озон подается вместе с воздухом через распределительную систему. Контакт воды с мельчайшими пузырьками озона происходит в условиях противотока.

Опыт показывает возможность использования озона для борьбы с вирусами, озонирование успешно используется также для обесцвечивания воды, борьбы с запахами и привкусами. Наконец, озонирование может использоваться для удаления из воды солей железа и марганца.

Уничтожение бактерий, которые находятся в воде, может быть достигнуто путем обработки воды ультрафиолетовыми лучами.

Процесс обеззараживания воды бактерицидными лучами осуществляется на специальных установках. В этих установках вода тонким слоем обтекает источники бактерицидного излучения – ртутно-кварцевые или аргоно-ртутные лампы.

Обеззараживающие установки могут быть напорного и безнапорного типа, состоящие из нескольких (двух-пяти) последовательно соединенных камер. Производительность установки в зависимости от числа камер равна 30…150 м³/ч конструкция установки допускает внутреннее давление до 0,5 МПа.

Метод обеззараживания воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ по сравнению с хлорированием:

1) простота в эксплуатации установок;

2) нет необходимости в применении реагентов;

3) не ухудшаются вкусовые качества воды.

Стоимость обеззараживания воды бактерицидными лучами не дороже стоимости хлорирования.

К недостаткам метода следует отнести то, что установка эффективно может работать с водой, обладающей наибольшей проницательностью для лучей, – с прозрачной водой. Для воды повышенной мутности и цветности невозможно использовать установки этого типа.

Для подготовки воды соответствующего качества, помимо рассмотренных процессов, иногда применяют дезодорацию (удаление нежелательных привкусов и запахов), аэрацию, окислители и сорбенты, вводят в воду щелочные реагенты.

Дата добавления: 2014-12-27