Факты распространения ряда инфекционных заболеваний через воду подчеркивают необходимость гигиенического требования безопасности питьевой воды в эпидемиологическом отношении. В воде могут встречаться многие патогенные микроорганизмы, которые нередко являются причиной возникновения ряда эпидемий водного происхождения. В воде обнаруживали холерные вибрионы, дизентерийные, брюшнотифозные, столбнячные и другие микробы, вызывающие инфекционные заболевания, а также палочки сибирской язвы.
Основные гигиенические требования к качеству питьевой воды при централизованном водоснабжении определены в СССР государственным стандартом ГОСТ 2874-73.Современные технические достижения позволяют решить задачу улучшения качества питьевой воды применительно к нормам стандарта. При этом необходимо, чтобы источник водоснабжения соответствовал требованиям ГОСТ 2761-57 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» и «Правилам по охране поверхностных вод от загрязнения сточными водами», чтобы зона санитарной охраны была обеспечена согласно постановлению ЦИК и СНК СССР от 17/У 1937 г. «О санитарной охране водопроводов и источников водоснабжения», а состояние и порядок эксплуатации водопроводной сети соответствовали «Правилам технической эксплуатации водопроводов и канализаций» Министерства коммунального хозяйства РСФСР (1965).
ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая» регламентирует лабораторно-производственный контроль качества питьевой воды, поступающей в водопроводную сеть. Минимальная частота отбора проб установлена в зависимости от вида источника водоснабжения (подземного или поверхностного), характера контролируемых показателей (бактериологических, химических и органолептических), от осуществляемых процессов очистки и обеззараживания воды и от мощности водопровода (по численности обслуживаемого населения).
Для задержания взвешенных веществ используют метод осветления, при котором вода после коагулирования пропускается через слой взвешенных хлопьев (выпадающих в результате в осадок). Следует отметить, что коагулирование способствует повышению эффективности фильтрования воды. Коагулирование воды с последующим ее отстаиванием и фильтрованием позволяет в ряде случаев проводить обесцвечивание. При коагулировании и фильтровании вода в значительной степени освобождается от бактерий.
При коагулировании воды с примесями планктона необходимы большие дозы коагулянта. При этом планктон в воде затрудняет эксплуатацию водоочистных сооружений, ускоряя потерю напора в фильтрующих загрузках, особенно в скорых фильтрах с мелкозернистым песком, а следовательно, уменьшая производительность водоочистных станций. Наряду с этим планктон ухудшает гидробиологические показатели очищенной воды. Кроме того, в речной воде содержатся различные крупные примеси (щепа, опилки, трава, песок) и рыба. Органическая часть этих примесей ухудшаёт санитарное состояние сооружений; распределительные и сборные системы для воды и осадка засоряются.
Коагулирование является сложным физикохимическим процессом разрушения коллоидных веществ, сопровождающимся хлопьеобразованием и осаждением. Большинство веществ, обусловливающих мутность и цветность природных вод, являются коллоидами. Наиболее часто обработка коагулянтами производится для очистки воды открытых водоемов. Коагулирование проводят для ускорения процесса осветления и обесцвечивания воды и увеличения его эффекта. Как известно, при простом отстаивании большая часть мелкодисперсных взвесей и коллоидных частиц вообще не выделяется из воды. При коагулировании эти частицы укрупняются в хлопья и выпадают в осадок.
При повышенной кислотности обрабатываемой воды ее подщелачивают известью.Полностью автоматизированная технологическая схема приготовления и дозирования раствора коагулянта на Северной водопроводной станции (Москва) приведена на рис. 4. Коагулянт растворяют с помощью барботиро-вания сжатым воздухом, подаваемым от воздуходувок марки ВВН-12. Интенсивность подачи воздуха для растворения коагулянта составляет 4—5 л/см2. В данной схеме наряду с механизированной загрузкой коагулянта автоматизированы процессы растворения коагулянта, транспортирования раствора в баки-отстойники, баки-сборники и рабочие расходные баки, а также процессы разбавления раствора и дозирования. Отличительным признаком автоматизированной технологической схемы является то, что в ее основу заложен принцип непрерывного растворения коагулянта.
Для равномерной и полной обработки очищенной воды ее необходимо тщательно перемешивать с реагентами. Этот процесс проходит в специальных сооружениях-смесителях. Они подразделяются на два основных типа—гидравлические и механические. К гидравлическим относятся смесители коридорного типа (с вертикальным или горизонтальным движением воды), дырчатый, перегородчатый с разделением потока, вертикальный (вихревой). Выбор типа смесителя связан с компоновкой станции, ее производительностью и методом обработки воды. Объем смесителя определяется продолжительностью пребывания воды в нем. Она не должна превышать 2 мин.
Осветление воды достигают путем отстаивания и фильтрации. При простом механическом отстаивании очищаемая вода проходит через специальные бассейны—отстойники с малой скоростью. Время осаждения взвешенных частиц зависит от их размеров. Коллоидные частицы могут находиться во взвешенном состоянии долгое время.
Контроль за уровнем осадка в отстойниках-осветлителях иногда осуществляется при помощи фотоэлектрического прибора.Измерение расходов воды в каждой камере отстойника можно производить с помощью устройства для измерения величины перепада на дырчатой перегородке отстойника.
Раствор коагулянта вводят в воду перед поступлением се на контактный осветлитель.Действие контактных осветлителей основано на использовании явления контактной коагуляции. Для повышения способности частиц к прилипанию и для обеспечения требуемого эффекта очистки воды иногда ее обрабатывают коагулянтом — обычно сернокислым алюминием. Действие коагулянта в этом случае отличается от его действия на сооружениях с отстойниками и осветлителями со взвешенным слоем. Осветление воды в отстойниках и осветлителях со взвешенным слоем основано на действии гравитационных сил, поэтому дозу коагулянта выбирают исходя из условия получения крупных, хорошо оседающих хлопьев. Работа контактных осветлителей основана на действии сил прилипания.
Наиболее распространенным методом обеззараживания воды является хлорирование. В последние годы метод обработки воды хлором получил новые перспективы в связи с разработкой электролитического способа получения хлора непосредственно на водопроводных станциях путем электролиза поваренной соли, что позволяет избежать трудностей, связанных с транспортировкой и хранением больших количеств жидкого хлора.
Хлор — желтоватый газ с неприятным резким запахом.Жидкий хлор — подвижная маслянистая жидкость желто-зеленого цвета, имеет точку кипения при нормальном давлении — 34,6°С, относительную плотность 1,43 кг/л, теплоемкость 0,2262 ккал/кг-град. Согласно требованиям ГОСТ 6718-68 в хлоре, выпускаемом промышленностью, должно содержаться не менее 99,5% С12 (по объему), влаги — не более 0,06% по массе.
Бактерицидное действие хлора в значительной степени зависит от его начальной дозы и продолжительности контакта с водой.На практике при определении потребной для обеззараживания воды дозы хлора исходят из общей хлорпо-требности воды, которая включает ее хлорпоглощаемость и некоторый избыток хлора, обеспечивающий в течение определенного отрезка времени бактерицидный эффект.
Исследования А. П. Ильиницкого (1966) показали выраженное вирулицидное действие хлора на аденовирусы. Результаты опытов, обработанные по методу Литчфил-да — Уилкоксона, представлены в табл. 12.Данные табл. 12 показывают, что наибольшей устойчивостью (практически одинаковой) обладают аденовирусы человека типа 7а и аденовирусы обезьян типа Мз, штаммы типа М2 менее хлорустойчивы (различие статистически достоверно).
Хлор окисляет и разрушает органические примеси воды, снижая ее цветность, привкусы, запахи и другие показатели, связанные с наличием в воде органических веществ. Дозы хлора 8—10 мг/л снижают цветность на Днепровском водопроводе Киева на 50—60%.
Использование двуокиси хлора может быть рекомендовано для повышения эффективности обеззараживания и предупреждения специфических запахов в воде.Выбранная для обеззараживания рабочая доза хлора должна обеспечивать надлежащий бактерицидный эффект, т. е. количество кишечных палочек в обработанной воде должно быть не более 3 в 1 л, общее число бактерий не более 100 в 1 мл после контакта воды с хлором. Согласно ГОСТ 2874-73 концентрация остаточного свободного хлора в воде должна быть не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л при контакте не менее 30 мин, или концентрация связанного хлора должна быть не менее 0,8 мг/л и не более 1,2 мг/л при обязательном часовом контакте в сборных резервуарах.
Хлорирование воды необходимо при получении ее из поверхностных водоемов (после обязательной предварительной очистки), а также воды из подземных источников, бактериальные показатели которой не соответствуют ГОСТ 2874-73.
Интерес к применению озона при подготовке питьевой воды объясняется тем, что озон как сильнейший окислитель имеет ряд преимуществ перед другими реагентами. Озон — универсальный реагент, который одновременно обеззараживает воду, улучшает органолептические свойства и обесцвечивает ее. При этом в воду не вносят никаких дополнительных веществ и соединений. Избыток озона не денатурирует воду, как избыток хлора. Способность озона обесцвечивать воду имеет особое значение для северных районов, где в качестве источников водоснабжения используется вода с повышенной цветностью, что обусловлено присутствием в воде гуминовых кислот растительного происхождения.
Озон при обычных температуре и давлении представляет собой газ бледно-фиолетового цвета. Он тяжелее воздуха, при нормальном давлении и температуре 0°С масса его 2,22 кг/м3 (масса сухого воздуха при тех же условиях 1,293 кг/м3). В нижних слоях земной атмосферы озон практически отсутствует, в высоких слоях он возникает фотохимическим путем под действием солнечной радиации.
С гигиенической точки зрения метод озонирования воды имеет существенные преимущества благодаря высокому окислительно-восстановительному потенциалу бактерицидного действия.Р. Д. Габович (1965) приводит данные об изменениях вирулентности возбудителей мышиного тифа при воздействии суббактерицидных доз озона.
Озон оказывает более активное действие на вирусы по сравнению с хлором. Это объясняется тем, что озон оказывает влияние на окислительно-восстановительную систему и на протоплазму клетки, а хлор разрушает только ферменты микробной клетки. Как известно, вирусы не имеют ферментных систем.
Изучение зависимости степени обесцвечивания раствора гуминовых кислот от количества образующейся при озонировании углекислоты показало, что основное обесцвечивание растворов гуминовых кислот не связано с их разложением до углекислоты. При обесцвечивании раствора на 70% количество углерода гуминовой кислоты, перешедшего в углекислоту, не превышало 4%; основная масса продуктов окисления оставалась в растворе. Обесцвечивание растворов гуминовых, апокреновых и креновых кислот происходит на 90—96%, в растворе после озонирования гуминовых кислот обнаружены щавелевая, уксусная и муравьиная кислоты. Основную массу продуктов озонирования составляют апокреновые и кре-новые кислоты.
В последние годы проблема очистки воды от фитопланктона на водопроводных станциях становится все более актуальной и важной. Это связано с широким использованием в качестве источников водоснабжения водохранилищ и других открытых водоемов с интенсивным цветением воды.
От других органических веществ фенолы отличаются тем, что достаточно наличия самых небольших количеств их в воде, чтобы при хлорировании в ней возникли сильные и крайне неприятные хлорфенольные запахи и привкусы. Если пороговая концентрация фенола составляет по запаху 25 мг/л, то при хлорировании порог по запаху уменьшается до 0,001—0,0002 мг/л, для трикрезола — 0,0025 и 0,001—0,0002, для креозота — 0,125 и 0,01 — 0,05 мг/л соответственно. Предельно допустимая концентрация фенола в воде составляет 0,001 мг/л. Озонирование фенолсодержащей воды не только не провоцирует запах фенола, но и разрушает это соединение до оксалатов и бикарбонатов.
С. Н. Черкинский и А. А. Королев (1972) проводили также озонирование воды, содержащей 10 мг/л следующих продуктов: бензола, толуола (ароматические углеводороды), октана (метановые углеводороды), цикло-гексана (нафтеновые углеводороды), бензина А-72 и керосина. Доза озона составляла 5 мг/л. Результаты исследований показали, что запах бензола, толуола, октана и диклогексана полностью исчезал через 3—10 мин после начала озонирования, слабый запах бензина и керосина отмечался через 15 мин озонирования. Таким образом, в первую очередь при озонировании окисляются метановые, нафтановые и ароматические углеводороды. Поэтому ослабление запаха нефтепродуктов происходит в первую очередь за счет вышеуказанных пахучих фракций. При озонировании воды, содержащей нефтепродукты в больших концентрациях, авторы наблюдали полное осветление растворов и исчезновение пленки только через 10 мин после начала обработки. Они отмечали, что для больших концентраций автола, солярового масла, нефти, машинных масел озонирование воды приводило к укрупнению эмульсии, и поэтому последующая фильтрация давала высокую степень очистки воды от нефтепродуктов. После 1 ч обработки дозой озона 30—10 мг/л С. Н. Черкинский и А. А. Королев (1972) определяли от 20 до 50% нефтепродуктов или продуктов их озонирования. Запах воды, содержащей эти остаточные количества, был на уровне 4—5 баллов и исчезал Лишь при разведении 1:25—1:50, в то время как для устранения запаха воды до обработки требовалось разведение 1:1000. Следовательно, при заданных условиях эффект понижения интенсивности запаха был значительным, но все же недостаточным, если учесть требования, предъявляемые к качеству питьевой воды.
Пестициды могут поступать в водоемы со сточными водами предприятий, производящих пестициды, а также со стоком атмосферных вод с полей, обработанных ими. Однако барьерная роль водопроводных сооружений для этих веществ недостаточна. В связи с этим большое значение имеет озонирование воды как метод их обезвреживания.
Поверхностноактивные вещества (ПАВ) являются постоянными загрязнителями воды открытых водоемов и практически не задерживаются сооружениями водопроводных станций. А. А. Королев с соавторами (1975) показали, что такие ПАВ, как алкилбензосульфа-нат натрия (АБС), сульфанол НП-3, никаль и ОП-Ю, которые относятся к «жестким» ПАВ и способны длительное время сохраняться в воде, вызывая стойкое ценообразование, сравнительно легко окисляются дозами озона 3—5 мг/л за 5—10 мин (табл. 23).
При изучении озоноустойчивости 7 углеводородов в концентрации 6,7 мкг/мл была выявлена наибольшая стабильность БП (табл. 25).Большое гигиеническое значение имеют материалы исследований бластомогенного действия продуктов озонирования БП (табл. 26).
В зависимости от качества воды озонирование на водопроводных станциях может быть двух видов. В первом случае озонирование производят только после очистных сооружений (вторичное озонирование). По второй схеме озонирование осуществляют перед поступлением на очистные сооружения и в бассейне чистой воды (двойное озонирование).
Применение ультрафиолетового излучения (УФ-излучения) для обеззараживания воды на водопроводных станциях является весьма эффективным и перспективным в связи с разработкой новых мощных источников излучения. При использовании ультрафиолетовых лучей для обеззараживания в воду не вводятся посторонние вещества, не изменяются физико-химические и органолептические свойства воды. Установки для обеззараживания компактны, сравнительно просты в эксплуатации и легко могут быть автоматизированы. Для этого вида обеззараживания не требуются контактные емкости.
Ультразвуковые волны обладают бактерицидным действием. Это действие возрастает с увеличением интенсивности ультразвукового поля и продолжительности воздействия на воду.Л. И. Эльпинер (1960) показал, что бактерицидный эффект ультразвуковых волн (930 кГц, 30 Ш/см2) не зависит от цветности воды, достигающей 100° платино-ко-бальтовой шкалы.
В последнее время для обеззараживания воды предлагают использовать импульсный электрический разряд (ИЭР).Импульсный электрический разряд (ИЭР) сопровождается мощными гидравлическими процессами с образованием ударных вод и явлений кавитации, интенсивными ультразвуковыми колебаниями и возникновением импульсных магнитных и электрических полей.
В ряде случаев при заборе воды из открытых водоемов обычные методы очистки воды (хлорирование, коагулирование, отстаивание и фильтрование) не в состоянии обеспечить качество питьевой воды на уровне требований ГОСТ 2874-73. В связи с этим возникает необходимость применения дополнительных методов для более глубокой очистки воды. Наиболее перспективным является адсорбционный метод, основанный на способности высокоразвитой поверхности активированных углей вступать в межмолекулярное взаимодействие с молекулами растворенных в воде органических соединений. Этот метод целесообразно использовать, когда концентрации веществ, подлежащих удалению адсорбентами, невелики, а дозы активированного угля незначительны.
Обработка воды перманганатом калия (КМ.Г1О4) применяется на водоочистных станциях для устранения запахов и привкусов воды, вызванных ее загрязнением органическими веществами, а также соединениями железа и марганца. Обработку воды КМп04 можно проводить в дополнение к другим, обычно применяемым на водоочистных станциях, способам обработки воды (хлорированию, коагулированию, углеванию), либо вместо предварительного хлорирования и угле-вания.
Обезжелезивание воды поверхностных источников производят одновременно с ее осветлением и обесцвечиванием.Состав сооружений в этом случае аналогичен сооружениям для осветления и обесцвечивания воды.При наличии в воде закисного железа допускается производить предварительную ее аэрацию или обработку известью.
Фильтр выключают на регенерацию при конечном содержании фтора в фильтрате, зависящем от концентрации фтора в фильтрате других фильтров, при этом содержание фтора в воде, подаваемой потребителю, должно быть не более 1—1,2 мг/л.