Гигиеническая оценка различных источников водоснабжения
В качестве источников водоснабжения могут быть использованы атмосферные осадки, открытые водоемы и подземные воды различной глубины залегания.
Атмосферные осадки по своему составу приближаются к дистиллированной воде. При прохождении в атмосфере, особенно над населенными пунктами, они могут загрязняться пылью, газами, различными микроорганизмами. Из-за своей загрязненности, неудовлетворительных вкусовых качеств, отсутствия необходимых микроэлементов атмосферная вода малопригодна для питья и используется непродолжительное время при отсутствии других источников водоснабжения.
При соприкосновении с почвой метеорные воды растворяют находящиеся в ней органические и неорганические вещества, обогащаются микроорганизмами, становятся мутными. Часть метеорной воды фильтруется через поры почвы, при этом она постепенно освобождается от взвешенных частиц, бактерий, гуминовых соединений, обогащается минеральными солями (в связи с чем увеличивается жесткость), редкими элементами (микроэлементами); количество кислорода в ней уменьшается, а количество углекислого газа увеличивается.
Движение воды в почве зависит от строения породы, через которую она протекает. По отношению к воде породы делятся на водопроницаемые — песок, гравий, трещиноватый известняк и водонепроницаемые — глина, сплошной гранит, известняк. Эти пласты чередуются в земной коре.
Подземные воды, скапливающиеся при фильтрации на первом от поверхности земли водоупорном пласте, называются грунтовыми, или ненапорными.
Поток грунтовых вод обычно движется в направлении уклона водоупорного слоя. Направление уклона надо знать, чтобы определить, откуда идут загрязнения.
В результате простой фильтрации через почвенный покров состав грунтовых вод отражает состав почвы, поэтому чем массивнее загрязнение почвы населенного пункта и чем ближе к поверхности лежат грунтовые воды, тем реальнее опасность их загрязнения и заражения.
Воды, находящиеся в водоносном горизонте, залегающем между двумя водонепроницаемыми пластами, называются межпластовыми. При наклонном положении межпластовые горизонты становятся напорными и вода в скважинах, использующих такой горизонт, поднимается выше верхнего водонепроницаемого горизонта. Такие воды называются артезианскими (рис. 13).
Рис. 13. Схема залегания подземных вод;
К1 — нисходящий родник; К2 — восходящий родник; Г — колодец на грунтовой воде; В — колодец на «верховодке»; А — самоизливающаяся скважина на межпластовой воде; М — несамоизливающаяся скважина (колодец) на межпластовой воде.
Артезианские воды отличаются прозрачностью, отсутствием взвешенных частиц, низкой температурой. Их химический состав зависит от пород, по которым они передвигаются. Эти воды обычно характеризуются повышенной жесткостью, малым бактериальным обсеменением, почти полным отсутствием кислорода. Физико-химический состав артезианских вод определенного водоносного слоя отличается постоянством, и изменение его является признаком санитарного неблагополучия. Как правило, это чистая вода. Однако на практике нельзя полностью исключить опасность загрязнения глубоких водоносных горизонтов. Загрязнение может происходить через трещины в земных породах, заброшенные шахты и др. Поэтому при пользовании такими водоисточниками систематический лабораторный контроль обязателен.
Часть атмосферной воды стекает по поверхности земли к водоемам (рекам, озерам, водохранилищам и т. д.).
Речная вода представляет собой смесь атмосферных и грунтовых вод. Ее физические, химические и бактериологические свойства во многом зависят от санитарного состояния реки и расположенных по берегам населенных пунктов и промышленных предприятий. Реки, имеющие преимущественно грунтовое питание, чище, чем реки, питающиеся в основном за счет поверхностного стока. В последнем случае качество речной воды будет зависеть от наличия населенных пунктов и их благоустройства, сезона года. Так, зимой подо льдом реки лишаются поверхностного питания и вода становится несколько чище в бактериальном отношении, а весной и осенью, в период стока атмосферных вод, санитарное состояние рек ухудшается.
Особенности изменения состава рек зависят также от характера русла, скорости течения, многоводности. Например, желтый цвет Днепра, Камы свидетельствует о том, что эти реки берут начало в болотах и выносят оттуда гуминовые вещества. Если русло реки глинистое, то вымываемая течением глинистая взвесь делает воду мутной (Сыр-Дарья в паводок содержит до 6500 мг/л взвешенных веществ).
Таким образом, в результате естественных условий, воздействия извне физико-химический состав и содержание бактерий в речной воде колеблются в широких пределах. Загрязненная вода постепенно очищается в результате самоочищения, за счет разбавления стоков, оседания на дно реки взвешенных частиц, разложения органических веществ под влиянием кислорода, водных бактерий, бактерицидного действия солнечных лучей. Однако она редко достигает первоначальной чистоты.
Гигиеническая оценка методов улучшения качества воды
Очистка воды.Цель очистки воды – устранение механических примесей для улучшения её физических и органолептических свойств. Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.
Коагуляция позволяет удалить взвешенные частицы, не поддающихся удалению с помощью отстаивания и фильтрации. Сущность коагуляции заключается в добавлении к воде химического вещества (коагулянта), с помощью которого происходит укрупнение коллоидных частиц, образование и осаждение хлопьев, адсорбирующих взвешенные частицы, микроорганизмы, яйца гельминтов. Коагулянты (сернокислый алюминий, диоксид алюминия, сернокислые и хлорные соли железа) в воде гидролизуются и вступают в реакцию с бикарбонатами кальция и магния. Образуется коллоидный раствор гидрата окиси алюминия или железа, который в дальнейшем коагулирует с образованием хлопьев. Процесс коагуляции проходит успешно при температуре воды > 5°С и бикарбонатной жесткости ≥ 4-7°. Доза коагулянта, добавляемая к воде на водопроводах составляет от 30 до 200 мг/л. Для ускорения и облегчения хлопьеобразования в практике водоснабжения одновременно применяются высокомолекулярные флоккулянты (полиакриламид, кремниевая кислота, щелочной крахмал, альгинат натрия и др.). Остаточные количества коагулянтов и флокулянтов гигиенически нормируются: для сернокислого алюминия ПДК=0,5 мг/л, полиакриламида ПДК=2 мг/л.
Отстаивание, при котором происходит осветление и частичное обесцвечивание воды, осуществляется в горизонтальных и вертикальных отстойниках. В горизонтальных отстойниках вода движется горизонтально по направлению продольной оси. На частицы взвеси действуют 2 силы: горизонтально F, зависящая от скорости и направления движения воды, и вниз сила тяжести частиц Р. Вектор этих сил обуславливает направление осаждения частиц. Чем длиннее отстойник, тем эффективнее осаждение частиц и осветление воды. В вертикальных отстойниках – резервуарах цилиндрической или прямоугольной формы с конусообразным дном вода подается через трубу снизу и медленно поднимается вверх. При этом силы F и Р разнонаправлены и оседают только те частицы взвеси, у которых F
Фильтрация воды, позволяющая удалить взвешенные и коллоидные примеси, проводится на медленных и скорых фильтрах.
В медленных фильтрах воду пропускают через подстилаемый гравием крупнозернистый песок, на поверхности и в глубине которого задерживаются взвешенные частицы, образующие активную «биологическую пленку», состоящую из адсорбированных взвешенных частиц, планктона и бактерий. Пленка имеет поры малого диаметра и сама является эффективным фильтром и средой, где происходит самоочищение воды. Профильтрованная вода отводится через дренаж в нижней части емкости. Достоинства медленных фильтров: равномерная фильтрация, эффективность фильтрации 99% бактерий и простота устройства; недостаток – малая скорость движения воды (10 см/ч). Медленные фильтры используются на сельских водопроводах, где потребность в очищенной воде не велика.
Скорые фильтры значительно увеличивают скорость фильтрации (5 м 3 /ч), однако загрязнение фильтрующего слоя происходит быстрее, что требует промывки фильтра 2 раза в сутки (в медленных фильтрах 1 раз в 1,5-2 мес.).
Контактный осветлитель, установка для получения технической воды и работающая по схеме: коагуляция – фильтрация, представляет собой бетонный резервуар, заполненный гравием и песком на высоту 2,3-2,6м. Вода подается через систему труб в нижнюю часть осветлителя, а коагулянт вводится непосредственно в трубопровод перед поступлением воды в осветлитель. Коагуляция происходит в нижних частях осветлителя, а в верхних – задерживаются хлопья коагулянта и другие взвешенные вещества.
Обеззараживание воды. Обеззараживание воды направлено на уничтожение патогенной микрофлоры и болезнетворных вирусов реагентными и безреагентными методами, что является последним, завершающим этапом обработки воды, обеспечивающим ее эпидемическую безопасность.
Реагентные методы
Хлорирование — наиболее доступный и дешевый метод обеззараживания воды. Хлорирующие агенты делят на 2 класса – это образующие анион Cl — (газообразный хлор, хлорамин, хлорамин[4] Б и Т, дихлорамины Б и Т) и анион ClO — — «активный хлор» (гипохлорит кальция Ca(OCl)2 или натрия NaOCl, хлорная известь – смесь гипохлорита, хлорида и гидроокиси кальция и воды). Механизм действия хлора основан на его гидролизе с образованием хлористоводородной и хлорноватистой кислот, которая дает «активный хлор»:
Cl2 + H2O → HCl + HOCl; HOCl → H + + OCl — .
Бактерицидный эффект активного хлора связывают 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.
Метод нормального хлорирования по хлорпотребности воды применяют на крупных водопроводах при централизованном водоснабжении. Хлорпоглощаемость воды – это то количество «активного хлора» (обычно 1-3 мг/л), которое взаимодействует с органическими веществами, некоторыми солями и расходуется на окисление и обеззараживание микроорганизмов при заданном времени контакта (30 мин в теплый и жаркий период года, 60 мин. – в холодный). Хлорпотребность воды – это суммарное количество «активного хлора», необходимое для эффективного обеззараживания воды, определяемого ее хлорпоглощаемостью, и наличием остаточного количества активного хлора (0,3-0,5 мг/л) в воде, не изменяющего органолептических свойств воды (вкус и запах) и предотвращающего вторичное загрязнение воды в водопроводной сети.
Хлорирование с преаммонизацией применяется для обеззараживания воды, загрязненной промышленными сточными водами с содержанием фенола и фенолсодержащих органических соединений. При этом способе вода вначале обрабатывается раствором аммиака, а через 0,5-2 минуты хлорируется, в результате чего происходит образование хлораминов, не обладающих неприятными запахами. Остаточное количество активного хлора в воде после обеззараживания ее хлораминами составляет 0,8-1,2 мг/л.
Перехлорирование — обеззараживание воды повышенными дозами хлора применяется в полевых условиях при невозможности определения хлорпоглощаемости воды, для загрязненных вод шахтных колодцев, открытых водоемов, с профилактической целью по окончании чистки, ремонта или строительства колодца, неблагоприятном санитарно-топографическом состоянии территории вокруг водоисточника и при неблагоприятной эпидемической обстановке в районе. Дозы активного хлора для перехлорирования: для сравнительно чистой воды — 5-10 мг/л, более загрязненных вод с высокой цветностью и низкой прозрачностью — 10-20 мг/л, при сильном загрязнении воды и неудовлетворительной санитарно-эпидемиологической обстановке — 20-30 мг/л и выше. Избыток остаточного хлора удаляют добавлением 0,01 н. раствора гипосульфита или фильтрацией воды через активированный уголь.
Недостатки хлорирования воды: возможное ухудшение органолептических свойств воды, образование токсичных веществ (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов), продолжительное время реакции. При хлорировании споры сибирской язвы, возбудители туберкулеза, яйца и личинки гельминтов, цисты амебы и риккетсии Бернета остаются жизнеспособными.
Озонирование– обеззараживание воды озоном (0,5-0,6 мг/л), обладающим выраженным бактерицидным действием, уничтожающим не только бактерии, но и вирусы. Озонирование производится непосредственно на месте газоразрядным способом и требует дешевой электроэнергии, поскольку озоновоздушную смесь получают в озонаторах при помощи энергоемкого процесса – «тихого» электрического разряда. Его действие мало зависит от физико-химических свойств воды. Озон не образует в воде токсичных соединений, улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает надежное обеззараживание воды при времени контакта до 10 мин. Показателем эффективности озонирования является остаточный озон в воде (0,1-0,3 мг/л).
Серебрение воды — обеззараживание воды ионами коллоидного раствора серебра путем инактивации ферментов протоплазмы бактериальных клеток, что нарушает мембранные процессы и вызывает гибель микроорганизмов. Серебрение воды может осуществляться разными способами: фильтрацией воды через обработанный солями серебра песок или электролизом воды с серебряным анодом в течение 2-х часов, что ведет к переходу катионов серебра в воду. При концентрациях до 100 мкг/л ионы серебра оказывают бактериостатическое действие, ниже 50 мкг/л — размножение микроорганизмов возобновляется, свыше 150 мкг/л вызывает бактерицидный эффект (уничтожение бактерий). Преимуществом метода является долгое хранение посеребренной воды. Метод не используется для воды с большим содержанием взвешенных органических веществ и ионов хлора и применим для обеззараживания небольших количеств воды. Однако серебро – это тяжелый металл, не являющийся жизненно важным элементом для организма.
Другие реагентные методы обеззараживания воды (перекисью водорода, соединениями йода и марганца) используются для дезинфекции небольших запасов воды в полевых условиях и экстремальных ситуациях.
Безреагентные методы (кипячение, обработка коротковолновым ультрафиолетовым излучением, ультразвуком, электрическим током высокой частоты, гамма-излучением и пр.).
Коротковолновое ультрафиолетовое излучение (254 нм) вызывает быструю гибель вирусов, вегетативных форм, спор микроорганизмов, в том числе, устойчивых к хлору. Обеззараживание воды наступает в течение 1-2 мин. Однако методы обработки питьевой воды ультрафиолетовым излучением,применяемые в России, при плотности ультрафиолетового потока 16-20 мДж/см.кв. не достаточно эффективны.
Одновременное воздействие на воду ультразвука и ультрафиолета основано на непрерывной обработке воды ультрафиолетовым излучением с плотностью потока ≥ 40 мДж/см 2 и длиной волны 253,7 нм и 185 нм с одновременным ультразвуковым воздействием плотностью около 2 вт/см 2 и акустическими колебаниями. Обеззараживающий эффект наступает в результате схлопывания короткоживущих парогазовых «каверн», образующихся вокруг неоднородностей (спор грибков и бактерии). При этом за счет резкого изменения давления и температуры в воде полностью уничтожается патогенная микрофлора, образуются активные радикалы и пероксид водорода. В воде также возникает процесс объемной дегазации за счет образования многочисленных микроскопических воздушных пузырьков.
Кипячение воды в течение 30 мин. вызывает не только гибель вегетативных форм, которая наступает уже при 80 0 С в течение 30 сек., но и спор микроорганизмов и применяется при местном водоснабжении или в быту.
Другие физические методы обеззараживания питьевой воды имеют ограниченное применение, обусловленное специфическими задачами.
