Облучение воды ультрафиолетовыми лучами

          Еще в конце прошлого столетия А. Н. Маклаковым было установлено, что короткие ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Максимально эффективными оказались лучи с длиной волны 250—260 нм, проникающие даже через 25-сантиметровый слой прозрачной и бесцветной воды.

          Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами происходит весьма быстро: при 1—2 минутах облучения погибают вегетативные формы 

патогенных микроорганизмов. Мутность, а особенно цветность и соли железа, уменьшая проницаемость воды для бактерицидных лучей, замедляют обеззараживание.

          Таким образом, необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание.

          Облучение ультрафиолетовыми лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Бактерицидные лучи не денатурируют воду и не изменяют ее органолептических свойств, а также обладают более широкимспектром абиотического действия. Их губительное действие распространяется на споры, вирусы и яйца гельминтов, устойчивые к хлору.

         В РФ изготавливаются аргоно-ртутные лампы с высоким выходом бактерицидных лучей, позволяющие значительно снизить расход электроэнергии для получения ультрафиолетовой радиации. Они использованы на установках по обеззараживанию воды с производительностью до 1000 м3/час, которые ныне работают на водопроводах ряда небольших городов (рис. 31). На рис. 32 показана установка для обеззараживания небольших количеств воды. Она представляет собой лоток, через который с определенной скоростью протекает вода, облучаемая сверху ультрафиолетовыми лучами

Атмосферные воды

         Для хозяйственно-питьевого водоснабжения атмосферные осадки, т. е. дождевая вода и снег, используются только в маловодных районах — на юге и в Заполярье.

         Атмосферные воды весьма слабо минерализованы, очень мягкие, содержат мало органических веществ и свободны от патогенных бактерий.

         В дальнейшем на качество воды влияет способ сбора и хранения.

Показатели эпидемиологической безопасности атмосферных вод:

а) коли-индекс не более 3 или коли-титр не менее 300;

б) общее количество микробов не более 100 в 1 мл.

           Проводимые в СССР работы по обводнению засушливых районов, изысканию подземных источников водоснабжения избавили население многих мест от необходимости пользоваться маломинерализованной, не вкусной дождевой водой.

           В некоторых местностях (Заполярье, Северо-Восточная Сибирь, высокогорные районы Кавказа) для водоснабжения используют снег, запасы которого собирают в так называемые снежники, где снег утрамбовывают и покрывают теплоизолирующим материалом. Участок для заготовки снега отводят не ближе 200 м от жилых домов, свалок мусора, уборных, проезжих дорог и т. д. и огораживают. Талую воду перед употреблением для питьевых целей следует кипятить или хлорировать.

Обеззараживание воды ионами серебра

           Бактерицидное действие ионов серебра объясняется тем, что они, взаимодействуя с протоплазмой микроорганизмов, даже в ничтожных концентрациях угнетают ферменты.

          Обогащение воды ионами серебра может осуществляться несколькими способами: непосредственным растворением солей серебра в воде, путем пропускания воды через фильтр, загруженный посеребренным песком, и электролитическим методом. Последний метод наиболее эффективен. Он основан на дозированном поступлении в воду ионов серебра с серебряного анода путем регулирования силы тока.

          Для обеззараживания прозрачных бесцветных вод, не содержащих больших количеств хлоридов, требуется от 0,1 до 1 мг серебра на 1 л воды. Продолжительность дезинфекции около 2 часов. Применение серебра в водопроводной практике ограничивается тем, что воды, содержащие много взвеси органических веществ и хлоридов, обеззараживаются этим методом ненадежно.

          С другой стороны, достоинством серебра является то, что этот бактерицидный агент долго сохраняется в воде и предохраняет ее от вторичного заражения. Поэтому обеззараживание воды серебром находит применение в тех случаях, когда необходимо длительно хранить запасы воды, например на судах морского флота или в маловодных местностях. При длительном употреблении обработанной этим способом воды содержание серебра в ней не должно превышать 0,05 мг/л. 

Гигиеническое значение воды

              С гигиенической точкт зрения вода является одним из важнейших элементов внешней среды, необходимым для жизни человека, животных и растений. Вода участвует в образовании структурных элементов тела человека. Общее содержание воды в человеческом организме составляет около 65% его веса.

             Велико значение воды как растворителя — физико-химические процессы в организме протекают в водных растворах, а ткани тела представляют собой водно-коллоидные системы. Вода является участником процессов окисления, гидролиза и других реакций межуточного обмена, процессов пищеварения. Вода входит в состав секретов и экскретов организма. Вода участвует в транспортировании элементов питания и продуктов обмена по организму. Испаряясь с поверхности кожи и дыхательных органов, она принимает участие в процессах терморегуляции.

              Резорбция потребленной воды начинается еще в желудке, но главная масса ее всасывается в кишечнике.

              Участвуя в обмене веществ, вода непрерывно выделяется из человеческого организма через почки, легкие, кишечник и кожу. С мочой и испражнениями из организма выделяется 1—1,5 л воды в сутки, легкими в виде водяных паров удаляется около 0,5 л, кожей и потовыми железами, в зависимости от метеорологических условий и выполняемой работы,— от 0,5 до 10 л.

              Всего в условиях комнатной температуры при работе средней тяжести организм взрослого человека расходует около 2,5—3 л воды в сутки.

              При тяжелой физической работе, в условиях жаркого климата или в горячих цехах потеря воды организмом за счет усиленного потоотделения может возрасти до 8—10 л в сутки.

              Человеческий организм плохо переносит обезвоживание. Потеря  1—1,5 л воды уже вызывает необходимость восстановления водного баланса, сигналом чего является ощущение жажды, зависящее от возбуждения «питьевого» центра, т. е. тех отделов центральной нервной системы, которые участвуют в регуляции пополнения водных ресурсов организма.

              Если потери воды не восполняются, то в результате нарушений физиологических процессов ухудшается самочувствие, падает работоспособность, а при высокой температуре воздуха нарушается терморегуляция и может наступить перегрев организма.

             Потеря воды в количестве 10% веса тела приводит к заметному нарушению обмена веществ, потеря в количестве 15—20% при температуре воздуха выше 30° является уже смертельной, а потеря в количестве 25% смертельна и при более низких температурах воздуха (Э. Адольф).

Суточные потребности человеческого организма в воде покрываются:

1) введением жидкостей: питьевой воды, чая и других напитков, жидких блюд (1—1,5 л);

2) водой, содержащейся в пищевых продуктах (1—1,2 л);

3) водой, образующейся в тканях при окислении пищевых веществ (0,3—0,4 л).

            Кроме удовлетворения физиологических потребностей, значительно большие количества воды расходуются на гигиенические, хозяйственно-бытовые и производственные нужды. Вода необходима для поддержания чистоты тела и стирки белья, приготовления пищи и мытья посуды, уборки жилых и общественных зданий, поливки улиц, площадей, зеленых насаждений и других целей.

            Вода является важным фактором для закаливания организма и физической тренировки. Водный спорт в открытых водоемах и плавательных бассейнах представляет собой массовый вид физкультуры и ценное оздоровительное мероприятие.

            Все сказанное делает понятным, почему улучшение культурных и гигиенических условий жизни тесно связано с ростом потребления воды на душу населения, которое в современных благоустроенных городах составляет 150—500 л и более в сутки. Вода может выполнить свою гигиеническую роль лишь в том случае, если она обладает необходимым качеством. С гигиенической точки зрения под качеством воды понимается совокупность свойств, определяющих ее пригодность для удовлетворения физиологических, гигиенических и хозяйственно-бытовых потребностей людей.

            Качество воды определяется ее органолептическими (в том числе и физическими) свойствами, химическим составом и характером микрофлоры. 

Озонирование воды - как метод обеззараживания

           Озон в воде разлагается с образованием атомарного кислорода: Оз⇔О₂ + О. В последнее время показано, что механизм распада озона в воде сложнее — протекает ряд промежуточных реакций с образованием свободных радикалов, также обладающих окислительными свойствами. Более сильное окислительное в бактерицидное действие озона, чем хлора, объясняют тем, что его окислительный потенциал ( + 1,9 в) больше окислительного потенциала хлора ( + 1,36 в). Озонирование с гигиенической точки зрения являётся одним из лучших методов обеззараживания воды. При озонировании вода обеззараживается надежно, разрушаются органические примеси, а органолептические свойства ее не только не ухудшаются, как при хлорировании и кипячении, а даже улучшаются: уменьшается цветность воды, устраняются посторонние привкусы и запахи. Вода приобретает приятный голубоватый оттенок, и население приравнивает ее к ключевой. Избыток озона быстро распадается с образованием кислорода, и после обеззараживания озонированием в воде отсутствуют какие-либо посторонние вещества.

              Доза озона, необходимая для обезараживания, для большинства вод от 0,5 до 6 мг/л; для обесцвечивания и улучшения органолептических свойств воды могут требоваться и большие дозы. Продолжительность обеззараживания воды с помощью озона 3—5 минут.

            Незначительное по сравнению с хлорированием применение озонирования на водопроводах объясняется относительно большим расходом электроэнергии на получение озона. Поэтому озонирование применяется в настоящее время в тех случаях, когда имеются противопоказания к хлорированию воды, необходимость устранения посторонних запахов и привкусов, и там, где имеются дешевые источники электроэнергии. В России действующие очистные станции с озонированием воды имеются в Донбассе и других местах. Совершенствование аппаратуры для получения озона (озонаторов) и удешевление электроэнергии открывают в настоящее время широкие перспективы для применения озонирования на водопроводах. 

     Обеззараживание сточных вод

      Выпуск фекально-хозяйственных сточных вод в водоемы неизбежно связан с угрозой внесения патогенных микробов — возбудителей кишечных инфекций: тифа, паратифов и дизентерии. Во время эпидемий эта опасность особенно велика, но и без того отдельные больные и бациллоносители в любой момент могут стать источником заражения: сама природа канализационных вод делает их естественным приемником основной массы инфицированных физиологических выделений больного тифом или дизентерией или бациллоносителя. Бактериальное загрязнение может распространяться на большие расстояния и обнаруживается в реке там, где следы химического загрязнения уже исчезли. Поэтому во всех случаях, когда водоем в зоне воздействия сточных вод служит источником питьевого или хозяйственного водоснабжения или местом купания, сточные воды необходимо обеззараживать. Все формы очистки хотя и снижают в разной мере первоначальное содержание бактерий, не устраняют опасность заражения водоема. Только дренажная вода полей фильтрации и орошения не нуждается в дезинфекции. В качестве дезинфицирующего вещества на канализациях применяют хлор, сущность воздействия которого изложена в разделе

     Установки для хлорирования те же, что и на водопроводах. Результаты хлорирования сточных вод в большой мере зависят от степени их очистки. Бактерицидность хлора проявляется в полной мере, когда бактерии в воде не защищены от его воздействия, не находятся в связи со взвешенными веществами, так как последние служат для них укрытием от поверхностного действия хлора. Хлорирование стоков, не подвергшихся обработке, заранее обречено на неудачу и подобные предложения не подлежат одобрению. Лучше иметь дело с явной опасностью и проводить необходимые предупредительные мероприятия, чем полагаться на мнимые гарантии.

     В опытах обеззараживания неосветленных стоков большого больничного городка с жилыми корпусами даже доза хлора-100 мг/л не дала стойкого бактерицидного эффекта: после встряхивания хлопьев взвеси наблюдался новый резко выраженный рост кишечной палочки и других микробов.

    Сточная вода, даже очищенная, всегда содержит больше органических веществ, чем природная вода, и, следовательно, хлорпоглощаемость ее выше. Поэтому дозы хлора для сточных вод значительно выше принятых в водопроводной практике. По официальным нормам для сточных хозяйственно-бытовых вод после полной биологической очистки установлена доза 10 мг/л, а для механически очищенных — 30 мг/л.

     Хлорпоглощаемость сточной воды сильно повышается при загнивании, так как хлор в первую очередь реагирует с сероводородом: H2S + CI2 = 2НС1+S. Это обстоятельство утрачивает свое значение при хлорировании сточных вод, биологически очищенных в аэробных условиях, но с ними нужно считаться в случаях механической очистки и прибегать к двукратному хлорированию до и после прохождения отстойника. Хлор ослабляет жизнедеятельность гнилостных бактерий при прохождении сточной воды через отстойник, и общий эффект его бактерицидного действия при вторичном хлорировании повышается. Непременное условие — быстрое полное смешение хлора со сточной водой и контакт не менее 30 мин. Для этого в состав сооружений вводят смеситель и контактный резервуар типа вертикального отстойника, через который вода проходит более равномерно.

    Лабораторный контроль за хлорированием сточных вод следует вести систематически, причем надо не только определять остаточную дозу хлора (должно быть не менее 1,5 мг/л), но и производить периодически бактериологическое исследование сырой и очищенной воды.

    Условия взаимодействия хлора со сточной водой значительно сложнее, чем при хлорировании питьевой воды. Количество, концентрация, содержание взвешенных веществ и хлорпоглощаемость сточной воды колеблются в широких пределах, и дозу хлора следует устанавливать на основании предварительных лабораторных опытов.

Обезвреживание ила

    Обезвреживание осадков, выпадающих на разных этапах очистки сточных вод, — сложная технически и важная в санитарном отношении задача. Основная масса осадка (60—70%) выпадает в первичных отстойниках.

    Осадок из первичных отстойников, имеет (в процентах к абсолютно сухому веществу) влажность 92,5—94, беззольного вещества 67—77,5, золы 22,5—33,2, азота общего 2,5— 3,6 и жиров 10,6—15,3. Такой ил (осадок) медленно сохнет, распространяет зловоние, привлекает мух и опасен в санитарно - эпидемическом отношении.

    Применение той или иной формы сбраживания ила должно быть обязательным требованием к проектам и строительству очистных сооружений. На малых и средних станциях очистки использование двухъярусных отстойников вполне удовлетворительно разрешает эту задачу. На больших станциях (от 10 ООО м3/сут) современным приемом обезвреживания ила служит его сбраживание в метантенках.

Метантенки

      Метантенки— это закрытые резервуары, ил поступает в них из так называемых первичных отстойников. Объем их на больших станциях доходит до нескольких тысяч кубических метров. В верхней части куполообразного глухого перекрытия имеется колпак для сбора газа, образующегося при брожении и отводимого в газгольдер или непосредственно для использования.

     Удаление сброженного и подача свежего ила производится по особым трубам. В нормально работающем метантенке сбраживание происходит в щелочной среде с образованием газа, в котором, по опыту работы наиболее крупных станций Советского Союза, метан составляет 62—64%, углекислый газ — 32—34%, водород, кислород и азот вместе около 4%. Сбраживание в метантенке происходит при высокой температуре, благодаря чему оно идет быстрее и эффективнее, чем в иловой камере двухъярусного отстойника.

   Подогревание и перемешивание ила для равномерного хода сбраживания всей его массы — наиболее существенные стороны эксплуатации метантенка.

Перемешивание осадка производится разного типа приспособлениями.

   Различают два типа брожения в метантенке: мезофильное при температуре 33°С и термофильное — при 53°С.

   Санитарные преимущества выражаются в гибели патогенных микробов и полной дегельминтизации ила при температурах термофильного сбраживания.

   Ил из отстойников после биологических фильтров и излишек активного ила из вторичных отстойников после аэротенка могут направляться или прямо в метантенки, или возвращаться в первичные отстойники.

Иловые площадки

    Назначение иловых площадок — сосредоточить весь удаляемый осадок в одном месте, обезводить его и сделать пригодным для утилизации

    Иловые площадки — неглубокие плоские бассейны или, вернее, выемки в земле, заполненные фильтрующим материалом. Если опасность загрязнения грунтовых вод исключена, то дном площадки служит естественный грунт, в противном случае его делают непроницаемым. На дно укладывают дренажные трубы и фильтрующий материал разной крупности общей высотой от 30 до 50 см. Ил на нлощадхху напускают слоем 20—30 см; благодаря дренирующему влиянию подстилающего слоя он быстро подсыхает.

    Дренажная вода от сброженного ила не нуждается в очистке; ее можно направить на хлорирование вместе с общим потоком очищенной воды. Дренажная вода от свежего ила способна загнивать, имеет высокую концентрацию загрязнений и должна быть обязательно возвращена на установки биологической очистки.

    На крупных станциях может быть применено механическое обезвоживание ила на вакуум-фильтрах до 78—80% влажности, а затем и термическая сушка на барабанных сушилках до 20— 25%, что облегчает транспортировку ила на сельскохозяйственные земли. Подсохший ил служит хорошим удобрением.