Современные методы обеззараживания питьевой воды

                                    ГОУ   ВПО   ВГМУ   Росздава

                             Кафедра коммунальной гигиены

 

 

 

                                                                                    Зав.кафедры д.м.н., профессор Ковальчук В.К.

Препадователь Иванова И.Л                                                                         

                                                                                     

                                                             

 

 

 

 

 

                                                РЕФЕРАТ

Современные методы обеззараживания питьевой воды

 

 

 

       

                                          Выполнила студентка 503 гр. МПФ

Вернигор (Кислякова) Н.А.                                

                                                        

 

Владивосток 2011

 

                                                            

План

Введение.

1. Гигиенические задачи  обеззараживания питьевой воды.

2. Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды.

2.1 Хлорирование.

2.1.1 Хлор.

2.1.2 Диоксид хлора.

2.1.3 Гипохлорит натрия.

2.1.4 Хлорсодержащие препараты.

2.2 Озонирование.

2.3 Другие реагентные способы дезинфекции воды.

3. Физические методы обеззараживания  питьевой воды.

3.1 Кипячение.

3.2 Ультрафиолетовое облучение.

3.3 Электроимпульсный способ.

3.4 Обеззараживание ультразвуком.

3.5 Радиационное обеззараживание.

3.6 Другие физические методы.

4. Комплексное обеззараживание.

Заключение.

 

 

 

 

 

Введение

Среди многих отраслей современной  техники, направленных на повышение  уровня жизни людей, благоустройства  населенных мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое  и почетное место. Ведь вода - это  непременная часть всех живых  организмов, жизнедеятельность которых  без воды невозможна. Для нормального  течения физиологических процессов  в организме человека и для  создания благоприятных условий  жизни людей очень важно гигиеническое  значение воды. В настоящее время  обеспечение населения водой  высокого качества стало настоящей  проблемой.

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. На питьевые 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 определённого  качества, так называемой питьевой водой.

Питьевая вода - это вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным  нормативным требованиям и предназначенная  для питьевых и бытовых нужд человека. Основные требования к качеству питьевой воды: быть безопасной в эпидемическом  и радиационном отношении, быть безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами. Для  удовлетворения этих требований в настоящее  время используется целый комплекс мер по подготовке питьевой воды.

Конечно, в реках  и других водоёмах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает очень медленно. Реки уже давно не справляются со сбросами сточных вод и другими источниками  загрязнения. А ведь уровень бактерицидного воздействия в сточных водах  часто превышает норму в тысячи и миллионы раз. Стоки попадают в  реки и озёра, а большинство городских  водоканалов берут воду именно из них. Таким образом, обязательными  процессами в подготовке питьевой воды являются качественная очистка и  обеззараживание сточных вод.

Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся  там микроорганизмов. В процессе первичной очистки вод задерживаются  до 98% бактерий. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов  могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых  нужна специальная обработка  воды - её обеззараживание.

При полной очистке поверхностных  вод обеззараживание необходимо всегда, а при использовании подземных  вод - только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Но на практике использование для  питья и подземных, и поверхностных  вод практически всегда без обеззараживания  невозможно.

 

 

 

 

1. Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды

Вода природных  источников питьевого водоснабжения, как правило, не соответствует гигиеническим  требованиям к питьевой воде и  требует перед подачей населению  подготовки -- очистки и обеззараживания.

Очистка воды, включающая её осветление и обесцвечивание , является первым этапом в подготовке питьевой воды. В результате её из воды удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов. Но часть патогенных бактерий и вирусов проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надёжного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций и других не менее опасных болезней применяется её обеззараживание, т.е. уничтожение живых и вирулентных патогенных микроорганизмов - бактерий и вирусов. Ведь именно микробиологические загрязнения воды занимают первое место в оценке степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам, является обязательным условием получения воды питьевого качества.

В практике коммунального  водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра), безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) и комбинированные методы обеззараживания воды. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений. Безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями. А в комбинированных методах используются одновременно химическое и физическое воздействия.

При выборе метода обеззараживания следует учитывать  опасность для здоровья человека остаточных количеств биологически активных веществ, применяемых для  обеззараживания или образующихся в процессе обеззараживания, возможность  изменения физико-химических свойств  воды (например, образование свободных  радикалов). Важными характеристиками метода обеззараживания являются также  его эффективность в отношении  различных видов микронаселения воды, зависимость эффекта от условий среды.

При химических способах обеззараживания питьевой воды для  достижения стойкого обеззараживающего  эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим  уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после  обеззараживания.

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности  воздействия (мощности излучения) на время  контакта.

Существуют и  другие ограничения в использовании  того или иного метода обеззараживания воды.

 

 

Характеристики  основных дезинфектантов воды

 

Наименование и характеристика дезинфектанта	Достоинства	Недостатки
Хлорамин   Образуется при взаимодействии аммиака с соединениями активного  хлора, используется как дезинфектант пролонгированного действия	обладает устойчивым и долговременным последействием способствует удалению неприятного вкуса и запаха снижает уровень образования тригалометанов и др. хлорорганических побочных продуктов дезинфекции предотвращает образование биообрастаний в системах распределения	слабый дезинфектант и окислитель (по сравнению с хлором) неэффективен против вирусов и цист (Giardia, Cryptosporidium) для дезинфекции требуются высокие дозировки и пролонгированное время контакта образует азотосодержащие побочные продукты
Озон (О3)   Используется для дезинфекции, удаления цвета, улучшения вкуса  и устранения запаха	сильный дезинфектант и окислитель очень эффективен против вирусов наиболее эффективен против Giardia, Cryptosporidium, а также любой другой патогенной микрофлоры способствует удалению мутности из воды удаляет посторонние привкусы и запахи не образует хлорсодержащих тригалометанов	образует побочные продукты необходимость использования биологически активных фильтров для удаления образующихся побочных продуктов не обеспечивает остаточного дезинфицирующего действия требует высоких начальных затрат на оборудование при взаимодействии со сложными органическими соединениями, расщепляет их на фрагменты, являющиеся питательной средой для микроорганизмов
Ультрафиолет   Процесс заключается в  облучении воды ультрафиолетом, способным  убивать различные типы микроорганизмов	не требует хранения и транспортировки химикатов не образует побочных продуктов эффективен против Giardia, Cryptosporidium	нет остаточного действия требует больших затрат на оборудование и техническое обслуживание дезинфицирующая активность зависит от мутности воды, ее жесткости (образования отложений на поверхности лампы), а также колебаний в электрической сети, влияющих на изменение длины волны отсутствует возможность оперативного контроля эффективности обеззараживания воды
Хлор (Cl2)   Применяется в газообразном виде, требует соблюдения строжайших мер безопасности	эффективный окислитель и дезинфектант эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов обладает последействием предотвращает рост водорослей и биообрастаний разрушает органические соединения (фенолы) окисляет железо и магний разрушает сульфид водорода, цианиды, аммиак и др. соединения азота	повышенные требования к перевозке и хранению потенциальный риск здоровью в случае утечки образование побочных продуктов дезинфекции – тригалометанов (ТГМ)
Гипохлорит натрия (NaClO)   Применяется в жидком и  гранулированном виде (товарная концентрация 10-12%), возможно получение на месте  применения электрохимическим способом	эффективен против большинства болезнетворных микробов относительно безопасен при хранении и использовании при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов	неэффективен против цист (Giardia Cryptosporidium) теряет активность при длительном хранении потенциальная опасность выделения газообразного хлора при хранении образует побочные продукты дезинфекции
Диоксид хлора (ClО2)   Получают только на месте  применения. В настоящее время  считается самым эффективным  дезинфектантом из хлорсодержащих реагентов для обработки воды при повышенных рН.	работает при пониженных дозах не образует хлораминов не способствует образованию тригалометанов разрушает фенолы (источник неприятного вкуса и запаха) эффективный окислитель и дезинфектант для всех видов микроорганизмов, включая цисты (Giardia, Cryptosporidium) и вирусов способствует удалению из воды железа и магния	обязательно получение на месте применения требует перевозки и хранения легковоспламеняющихся исходных веществ образует хлораты и хлориты в сочетании с некоторыми материалами и веществами приводит к появлению специфического запаха и вкуса
Гипохлорит натрия (NaClO)   Применяется в жидком и  гранулированном виде (товарная концентрация 10-12%), возможно получение на месте  применения электрохимическим способом	эффективен против большинства болезнетворных микробов относительно безопасен при хранении и использовании при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов	неэффективен против цист (Giardia Cryptosporidium) теряет активность при длительном хранении потенциальная опасность выделения газообразного хлора при хранении образует побочные продукты дезинфекции

 

 

 

 

2.   Реагентные (химические) методы обеззараживания питьевой воды

2.1 Хлорирование

Самый распространенный и проверенный  способ дезинфекции воды - первичное  хлорирование. В настоящее время  этим методом обеззараживается 98,6 % воды. Причина этого заключается  в повышенной эффективности обеззараживания  воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими  существующими способами. Хлорирование позволяет не только очистить воду от нежелательных органических и  биологических примесей, но и полностью  удалить растворенные соли железа и  марганца. Другое важнейшее преимущество этого способа - его способность  обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Существенный недостаток хлорирования - присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические  свойства и являющееся причиной образования  побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Бьльшую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ) - хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Этот процесс растянут по времени до нескольких десятков часов, а количество образующихся ТГМ при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения примесей требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья.

Для хлорирования воды используются такие вещества как собственно хлор (жидкий или газообразный), диоксид  хлора и другие хлорсодержащие вещества.

2.1.1 Хлор

Хлор является наиболее распространённым из всех веществ, используемых для обеззараживания  питьевой воды. Это объясняется высокой  эффективностью, простотой используемого  технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента - жидкого или  газообразного хлора - и относительной  простотой обслуживания.

Очень важным и ценным качеством  использования хлора является его  последействие. Если количество хлора  взято с некоторым расчетным  избытком, так чтобы после прохождения  очистных сооружений в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов  в воде.

Однако, хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления  органических соединений, при которых  в воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить эти соединения. Кроме того, что эти хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, они, пройдя через систему водоснабжения и канализации, вызывают загрязнение рек вниз по течению.

2.1.2.Диоксид хлора

В настоящее время  для обеззараживания питьевой воды также предлагается применение диоксида хлора (ClO2), который обладает рядом  преимуществ, таких как: более высокое  бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах  обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств  воды, отсутствие необходимости перевозки  жидкого хлора. Однако диоксид хлора  дорог и должен производиться  на месте по достаточно сложной технологии. Его применение имеет перспективу  для установок относительно небольшой  производительности.

Действие на болезнетворную флору ClО2 обусловлено не только высоким  содержанием при реакции высвобождающегося  хлора, но и образующимся атомарным  кислородом. Именно это сочетание  делает диоксид хлора более сильным  обеззараживающим агентом. Кроме того, он не ухудшает вкус и запах воды. Сдерживающим фактором в использовании  данного дезинфектанта до последнего времени была повышенная взрывоопасность, осложнявшая его производство, транспортировку и хранение. Однако современные технологии позволяют устранить этот недостаток за счет производства диоксида хлора непосредственно на месте применения.

2.1.3. Гипохлорид натрия

Технология применения гипохлорита натрия (NaClO) основана на его способности распадаться в воде с образованием диоксида хлора. Применение концентрированного гипохлорита натрия на треть снижает вторичное загрязнение, в сравнении с использованием газообразного хлора. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно просты и не требуют повышенных мер безопасности. Также получение гипохлорита натрия возможно и непосредственно на месте, путем электролиза. Электролитический метод характеризуют малые затраты и безопасность; реагент легко дозируется, что позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды.

 

2.1.4. Хлорсодержащие препараты

Применение  для обеззараживания воды хлорсодержащих реагентов (хлорной извести, гипохлоритов натрия и кальция) менее опасно в  обслуживании и не требует сложных  технологических решений. Правда, используемое при этом реагентное хозяйство более громоздко, что связано с необходимостью хранения больших количеств препаратов (в 3–5 раз больше, чем при использовании хлора). Во столько же раз увеличивается объем перевозок. При хранении происходит частичное разложение реагентов с уменьшением содержания хлора. Остается необходимость устройства системы притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдения мер безопасности для обслуживающего персонала. Растворы хлорсодержаших реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием.