Экология воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вода необходима для нормального обмена веществ в организме. Физиологическая потребность человека в воде составляет около 3 л в сутки. Кроме того, значительное количество воды необходимо человеку для удовлетворения хозяйственно-бытовых и производственных нужд. Поэтому вода должна быть безопасной в эпидемиологическом отношении и безвредна по химическому составу.

При нарушении гигиенических требований к водоснабжению питьевая вода может быть причиной инфекционных заболеваний и гельминтозов, связанных с загрязнением водоёмов хозяйственно-фекальными сточными водами; заболеваний неинфекционной природы, связанных с необычным природным составом воды либо с загрязнением водоёмов химическими веществами за счет поступления промышленных сточных вод или питьевой воды с остаточным количеством реагентов, добавляемых в процессе её обработки.

Оценка санитарных свойств воды осуществляется с помощью физических, химических и биологических методов. Мутные и окрашенные, имеющие запах, особенно аммиака, содержащие много органических веществ воды не должны использоваться без специальной обработки. Однако и прозрачная вода, безупречная по внешнему виду, может быть богата опасной микрофлорой.

С помощью физических исследований устанавливается температура и запас воды в водоеме и количество взвешенных веществ, легко и трудно осаждающихся.

С помощью химических исследований определяется количественный и качественный состав минеральных и органических загрязнений, а в отдельных случаях также токсических веществ.

С помощью бактериологических исследований загрязнение воды также характеризуется как с количественной, так и с качественной стороны. Количественные анализы позволяют определить содержание микроорганизмов в воде во время исследования, но имеют значение лишь в том случае, если производятся периодически и постоянно. Разовые определения не могут дать достоверную оценку с бактериологической точки зрения. Особое значение имеют качественные исследования, позволяющие проверить наличие в воде болезнетворных микроорганизмов. Содержащиеся в воде виды болезнетворных бактерий можно определить путем непосредственного посева воды на селективные среды. Однако чаще используется косвенный метод, и присутствие болезнетворных бактерий определяется с помощью индекса Coli, показывающего фактическое количество бактерий группы Coli в 100 мл исследуемой воды:

Индекс Coli = (кол-во типичных колоний *100)/ кол-во исследуемой воды

вода санитарный химический гигиенический

Бактерии группы Coli свидетельствуют о загрязнении воды фекалиями, которые могут быть источником заражения воды болезнетворными бактериями.

Результаты исследования воды следует выражать в виде титра Coli, пользуясь следующим перерасчетом:

Титр Coli = 100/ индекс Coli

При исследованиях степени чистоты и загрязнения вод особое значение придается биологическим исследованиям. Они позволяют в сравнительно короткий срок на основании микро- и макроскопических исследований оценить степень и характер загрязнений водоема, как в период проведения исследований, так и в определенный период, предшествовавший исследованиям.

Доброкачественная питьевая вода должна отвечать следующим гигиеническим требованиям: быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь хорошие органолептические свойства.

Качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам перед её поступлением в распределительную сеть и в точках водозабора наружной и внутренней и водопроводной сети.

Безопасность питьевой воды в эпидемиологическом отношении определяется её соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям.

При обнаружении в повторно взятых пробах воды общих колиформых бактерий более 2 в 100 мл, термофильных колиформных бактерий и олифагов исследуются пробы воды на патогенные бактерии кишечной группы и энтеровирусы.

Предприятия торговли и общественного питания снабжаются в основном питьевой водой из центрального водопровода. Вода централизованного водоснабжения по составу и свойствам должна соответствовать следующим нормативам: запах - не более 2-3 баллов, привкус - не более 2-3 баллов, цветность - не более 30?, прозрачность - не менее 30 см по шрифту, мутность - не более 2 мг/л, коли-индекс - не более 10. Содержание химических веществ не должно превышать предельно допустимых концентраций.

Загрязнённые промышленными стоками и бытовыми водами естественные водоёмы могут быть приведены в такое состояние, когда их дальнейшее хозяйственное использование невозможно, когда они становятся источником опасности - отравлений и инфекций.

В большинстве случаев при умеренном загрязнении водоёмов чистота воды через некоторое время восстанавливается в результате естественно проектирующего процесса самоочищения. Этот процесс заключается в комплексе физико-химических и биохимических превращений веществ.

Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения

Оценка качества питьевой воды производится на основании соответствующего международного стандарта качества и европейских рекомендаций ВОЗ «Руководство по контролю качества питьевой воды» (Женева, 1994) или стандарта, принятого и утвержденного санитарной службой страны. В Российской Федерации гигиенические требования к качеству питьевой воды, подаваемой централизованными системами водоснабжения, изложены в санитарных правилах и нормативах «Питьевая вода. Гигиенические требования

к качеству воды централизованной системы питьевого водоснабжения. Контроль качества». СанПиН2.1.4.1074-01. Санитарные правила применяются в отношении воды, предназначенной для питьевых и бытовых нужд населения, а также для производственных целей, требующих применения воды питьевого качества.

Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составуи иметь благоприятные органолептические свойства.

Безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям, представленным в табл. 17. Показатель общего микробного числа позволяет получить представление о массивности бактериального загрязнения воды с учетом сапрофитной микрофлоры. Общее микробное число обычно увеличивается при поступлении в воду поверхностных, ливневых стоков, бытовых сточных вод, поэтому данный показатель используется для контроля эффективности обработки воды на очистных сооружениях водопровода и служит сигналом нарушений в технологии водоподготовки. Наличие в воде бактерий семейства Enterobacteriaceae, попадающих в воду только из кишечника человека и животных, указывает на загрязнение воды в широком смысле, так как многие бактерии этого семейства могут иметь фекальное происхождение, однако некоторые из них являются сапрофитами. Показателем свежего фекального загрязнения воды является норматив на содержание термотолерантных колиформных бактерий Escherichia coli. Присутствие общих колиформ Escherichia coli communis также свидетельствует об органическом загрязнении антропогенного происхождения. Отсутствие общих и термотолерантных колиформ является основным критерием эпидемической безопасности воды в нормативных документах многих стран мира. Присутствие в воде колифагов является санитарным показателем вирусного загрязнения питьевой воды, однако присутствие возбудителей энтеровирусной инфекции не всегда может быть обнаружено при наличии колифагов в воде. На давнее фекальное загрязнение воды, сохраняющее эпидемическую опасность, дополнительно указывает наличие в воде спор сульфитре - дуцирующих клостридий. Cl. perfringens всегда присутствуют в фекалиях. Их споры выживают в воде дольше, чем бактерии кишечной группы, они устойчивы к хлорированию нормальными дозами хлора. Этот показатель определяется в воде поверхностных источников для оценки эффективности ее обработки. В качестве паразитологического показателя установлен норматив на содержание цист лямблий. Содержание в питьевой воде как E. coli, так и любых болезнетворных бактерий, вирусов, простейших и яиц гельминтов недопустимо.

Ведущим принципом ГОСТа является требование, чтобы качество воды источника водоснабжения в совокупности со схемой ее обработки гарантировало получение воды, соответствующей ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

Одной из особенностей нового документа является расширение круга показателей качества воды источника водоснабжения. Наряду с показателями, не изменяющимися при традиционных методах обработки воды (сухой остаток, жесткость, хлориды, сульфаты), которые нормировались прежними государственными стандартами (1944, 1957, 1977 гг. издания), включены показатели содержания таких веществ, в отношении которых известны эффективные методы очистки.

В последнее время наблюдается возрастание устойчивости возбудителей кишечных инфекций по отношению к принятым методам обработки воды, особенно по отношению к обеззараживающим агентам. С целью повышения требований в плане обеспечения эпидемической безопасности питьевой воды в стандарте расширен и круг показателей бактериального и вирусного загрязнений (приложения к ГОСТу №3 и 4).

Проведение исследований по этим показателям является обязательным при выборе для оценки поверхностных источников водоснабжения, а также подземных источников, относящихся по показателю БГКП ко 2 и 3 классам.

Следующая особенность нового стандарта - классификация источников водоснабжения по качеству воды в зависимости от необходимой степени ее обработки. Классификация источников водоснабжения позволяет конкретизировать подходы к выбору схемы очистки воды при проектировании новых водопроводов, дать оценку достаточности существующей схемы очистки воды при реконструкции действующих водопроводов, облегчает проведение санитарной экспертизы проектов. Несомненна роль классификации источников хозяйственно-питьевого водоснабжения при составлении схем комплексного использования водных ресурсов.

В стандарте подчеркивается важность оценки санитарной надежности источника при его выборе. Под санитарной надежностью следует понимать постоянство состава воды источника, которое достигается соблюдением режима в пределах зоны санитарной охраны, а для подземного источника - также достаточной защищенностью водоносного горизонта. Санитарная надежность источника должна оцениваться с учетом прогноза его санитарного состояния. Прогноз должен разрабатываться на долгосрочную перспективу в виде интегрального прогноза качества воды на основе частных прогнозов (гидрохимического, гидрологического, гидрогеологического, гидробиологического, микробиологического и прогноза источников загрязнения). Разработка прогноза осуществляется проектной организацией.

По своей структуре стандарт состоит из преамбулы, трех разделов и четырех приложений.

Учебный материал для выполнения задания

Использование природных вод открытых водоемов для хозяйственно-питьевого водоснабжения требует предварительного улучшения свойств воды и ее обеззараживания. Средства по улучшению качества питьевой воды включают в себя методыочистки воды, улучшающие органолептические свойства воды, и методы ее обеззараживания, целью которых является уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемиологической безопасности воды.

На водопроводных очистных сооружениях применяются физические (отстаивание и фильтрация) и химические (коагуляция) методы очистки воды. Они позволяют освободить воду от взвешенных частиц, гуминовых соединений, яиц гельминтов, частично от микроорганизмов, от избытка солей, химических и радиоактивных веществ и дурно пахнущих газов. Для ускорения процесса осветления и обесцвечивания на водопроводных станциях часто используется предварительная химическая обработка воды коагулянтами (сернокислым алюминием - Al2 (SO4) 3, хлорным железом - FeCl3, сернокислым железом - FeSO4) и флокулянтами, образующими при реакции с бикарбонатом воды коллоидный раствор гидрата окиси алюминия, который в дальнейшем коагулирует с образованием хлопьев:

A1₂(SO₄)₃ + Ca(HCO₃)₂ > 2A1 (OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂.

Процесс оседания сопровождается адсорбцией органических примесей, микроорганизмов, яиц гельминтов и пр. В качестве флокулянтов применяют водорастворимые высокомолекулярные соединения, например полиакриламид. Эффект коагуляции зависит от бикарбонатной жесткости воды и от дозы коагулянта. При недостаточном количестве коагулянта не достигается полное осветление воды, а при избытке - вода приобретает кислый вкус и возможно вторичное образование хлопьев. Процесс коагуляции проходит успешно при температуре воды не выше 5? С и бикарбонатной жесткости не менее 4-7?. Фильтрация - процесс более полного освобождения воды от взвешенных частиц при пропускании ее через фильтрующий мелкопористый материал (песок).

Обеззараживание воды

Для обеззараживания воды на водопроводах используются различные физические и химические методы. К химическим (реагент - ным) методам относятся хлорирование, озонирование и обработка воды ионами серебра. Наиболее распространенным методом до настоящего времени является обработка воды соединениями хлора: газообразным хлором Сl2, двуокисью хлора СlO2, хлорной известью Са(ОС1) 2. СаО. Н2О, гипохлоритом кальция Са(ОС1) 2, хлораминами. Во всех случаях при контакте этих хлорсодержащих соединений с водой выделяется хлорноватистая кислота НОС1, которая частично диссоциирует в воде с выделением гипохлоритиона ОС1^- и хлориона C1^-:

C1₂ + H₂O > HOC1 + HC1;

HOC1 > OC1^- + H⁺; OCl ^- >Cl- + O.

Обеззараживающее действие оказывают гипохлорит-ион ОС1- и недиссоциированная хлорноватистая кислота и рассматриваются как «активный хлор». Бактерицидный эффект активного хлора свя - зывают с его окислительным действием на клеточные ферменты, входящие в состав бактериальной клетки, и прежде всего на SH-группы клеточной оболочки бактерий, регулирующие процессы дыхания и размножения. При обеззараживании воды хлором могут применяться разные способы хлорирования воды: нормальное хлорирование (хлорирование по хлорпотребности), хлорирование с преаммонизацией, хлорирование с учетом точки перелома, перехлорирование. На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Как правило, используется метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности. Важное значение имеет выбор дозы, обеспечивающей надежное обеззараживание. При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество (более 95%) расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся (соли двухвалентного железа и марганца) неорганических веществ, содержащихся в воде, и 2-3% от общего количества хлора - на бактерицидное действие. Количество активного хлора в миллиграммах, которое при хлорировании воды взаимодействует с органическими веществами и некоторыми солями, а также идет на окисление и обеззараживание микроорганизмов в 1 л воды в течение 30 мин, называется хлорпоглощаемостью. Хлорпоглощаемость воды определяется экспериментально путем проведения пробного хлорирования, так как ее количество зависит от степени загрязнения воды. Появление в воде остаточного активного хлора свидетельствует о завершении процесса хлорирования воды и служит косвенным показателем ее безопасности в эпидемиологическом отношении. Присутствие остаточного активного хлора в концентрациях 0,3-0,5 мг/л является гарантией эффективного обеззараживания. Кроме того, наличие остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в водопроводной сети. Хлорпотребность воды - это общее количество активного хлора в миллиграммах, обеспечивающее достаточный эффект обеззараживания воды и определяемое хлорпоглощаемостью воды и наличием остаточного количества активного хлора (0,3-0,5 мг/л) в воде. Хлорирование воды по методу нормального хлорирования наиболее приемлемо при централизованном водоснабжении, так как небольшие количества остаточного хлора не изменяют органолептических свойств воды (вкус и запах) и не требуют последующего дехлорирования.

Хлорирование с преаммонизацией применяется для обеззараживания воды, загрязненной промышленными сточными водами с присутствием фенола и других фенолсодержащих органических соединений, которые при реакции со свободным хлором образуют хлорфенолы, даже в ничтожных количествах придающие воде сильный аптечный запах. При этом способе вода вначале обрабатывается раствором аммиака, а через 0,5-2 мин хлорируется, в результате чего происходит образование хлораминов, не обладающих неприятными запахами. Остаточное количество активного хлора в воде после обеззараживания ее хлораминами в силу более слабого действия хлораминного хлора должно быть выше, чем свободного, и составлять не менее 0,8-1,2 мг/л.

При невозможности экспериментального определения хлорпоглощаемости воды используется метод перехлорирования. Перехлорирование проводится избыточными дозами хлорирующего препарата на основе оценки типа и состояния источника водоснабжения, качества очистки воды и эпидемической ситуации в зоне ограничений вокруг источника водоснабжения. Обеззараживание воды повышенными дозами хлора применяется обычно в полевых условиях, особенно при неудовлетворительных органолептических свойствах воды или неблагоприятном санитарно-топографическом состоянии территории вокруг водоисточника, а также при наличии случаев инфекционных заболеваний в районе. Доза активного хлора для перехлорирования выбирается так, чтобы заведомо превысить хлорпоглощаемость воды и обеспечить избыточное количество остаточного хлора. Это позволяет сократить время контакта хлора с водой до 10-15 мин летом и до 30 мин зимой. Для обеззараживания воды повышенными дозами сравнительно чистой воды доза активного хлора обычно выбирается около 5-10 мг/л, для более загрязнен - ных вод с высокой цветностью и низкой прозрачностью используется доза в 10-20 мг/л, при сильном загрязнении воды и неудовлетворительной санитарно-эпидемической обстановке используются дозы 20-30 мг/л и выше.

Перехлорирование применяется для дезинфекции шахтных колодцев при вспышке кишечных инфекций в населенном месте, попадании в воду колодцев сточных вод, фекалий, трупов животных и др. или с профилактической целью по окончании строительства колодца, после его чистки или ремонта. Для этого используется обычно 100-150 мг активного хлора на 1 л воды с последующим пере - мешиванием и отстаиванием в течение 1,5-2-6 ч и откачкой воды до исчезновения резкого запаха хлора. При обеззараживании воды методом перехлорирования обычно применяется хлорная известь, необходимое количество которой вычисляется исходя из намеченной дозы активного хлора и процентного содержания активного хлора в хлорной извести. Поскольку содержание остаточного хлора при перехлорировании может намного превышать допустимые дозы и вода приобретает неприятный вкус и запах, необходимо произвести удаление избытка хлора, т.е. дехлорировать воду. Для этого обычно применяется 0,01 н. раствор гипосульфита натрия или фильтрация воды через активированный уголь.

Недостатками метода хлорирования является ухудшение органолептических свойств воды, образование в воде токсичных веществ (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов), продол - жительное время реакции воды с хлором и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами. Кроме того, бактерицидное действие химических реагентов распространяется не на все формы микроорганизмов. Однако высокая эффективность и технологическая надежность делают метод хлорирования самым распространен - ным в практике обеззараживания питьевой воды как в нашей стране, так и за рубежом.

Ионы серебра обладают выраженным бактериостатическим действием. Введение даже незначительного количества ионов серебра приводит к инактивации ферментов протоплазмы бактериальных клеток (олигодинамический эффект), потере способности к размножению и постепенной гибели. Серебрение воды может осуществляться разными способами: фильтрацией воды через песок, обработанный солями серебра; электролизом воды с серебряным анодом в течение 2 ч, что ведет к переходу катионов серебра в воду. Преимуществом метода является долгое хранение посеребренной воды. Из-за высокой стоимости серебро применяется для обеззараживания и консервации небольших объемов питьевой воды в системах автономного жизнеобеспечения. Метод не используется для воды с большим содержанием взвешенных органических веществ и ионов хлора. Озонирование основано на окислении органических веществ и других загрязнений воды озоном О₃, являющимся сильным окислителем. Бактерицидные свойства озона обусловлены присутствием в воде атомарного кислорода и свободных короткоживущих радикалов и OH, которые образуются при разложении озона в воде. Показателем эффективности озонирования является остаточный озон в воде (0,1-0,3 мг/л). Преимущества метода состоят в том, что озон улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает надежное обеззараживание воды при малом времени контакта - до 10 мин. Однако высокая энергоемкость процесса получения озона затрудняет широкое внедрение этого метода.

Физические (нереагентные) методы обеззараживания воды: кипячение, обработка ультрафиолетовым (УФ) облучением, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами - применяются в зависимости от конкретных целей и условий обработки воды. Нереагентные методы обеззараживания имеют преимущества перед реагентными: они не изменяют химического состава воды и не приводят к образованию токсичных веществ, не ухудшают органолептических свойств, имеют широкий диапазон бактерицидного действия, так как действуют непосредственно на структуру микроорганизмов.

Наибольшее применение на водопроводных станциях имеет метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200-275 нм; максимум бактерицидного действия УФ-лучей находится в диапазоне волн 260 нм. УФ-облучение воды вызывает быструю гибель вегетативных форм, вирусов, спор микроорганизмов, в том числе устойчивых к хлору.

При местном водоснабжении наиболее надежным методом обеззараживания воды является кипячение. В результате кипячения в течение 3-5 мин погибают все имеющиеся в воде микроорганизмы, а после 30 мин вода становится полностью стерильной (погибают споры бацилл).

Специальные методы улучшения качества воды, как правило, подземных источников ввиду ее высокой минерализации применяются с целью удаления из нее некоторых химических веществ и частичного улучшения органолептических свойств. К специальным методам обработки питьевой воды относятся: дезодорация, умягчение, опреснение, обезжелезивание, деконтаминация и ряд других. Дезодорация (устранение неприятных запахов) достигается за счет обработки воды окислителями (озонирование, большие дозы хлора, марганцовокислый калий) или фильтрованием через активированный уголь. Умягчение жесткой воды (более 20? жесткости) достигается фильтрацией через ионообменные смолы, загруженные катионитами (катионитный фильтр) для обмена катионов, или анионитами (анионитный фильтр) для обмена анионов. В результате этого происходит обмен ионов кальция Ca²+ и магния Mg²+ на ионы водорода H+ или натрия Na+. Опреснение воды, содержащей избыток минеральных солей (например, морской воды или воды в регионах с высокой засоленностью почв), осуществляется за счет ее фильтрации сначала через катионит, а затем через анионит, что позволяет освободить воду от всех растворенных в ней солей. Кроме этого, применяется дистилляция с последующим добавлением известковых солей до нормальной концентрации, характерной для питьевой воды, выпаривание с последующей конденсацией, вымораживание, электродиализ. Обезжелезивание воды, содержащей ионы железа в концентрации, превышающей ПДК (0,3 мг/л), проводится за счет ее аэрации путем разбрызгивания воды в специальных устройствах - градирнях. Метод основан на окислении растворимых солей двухвалентного железа и образовании нерастворимого в воде гидрата окиси железа Fe(OH)₃, который затем осаждается в отстойнике и задерживается на фильтре. Снижение содержания радиоактивных веществ в воде (деконтаминация) осуществляется при применении основных методов ее очистки, при более высокой степени загрязнения радионуклидами воду фильтруют через ионообменные смолы.

Размещено на Allbest.ru