31) Методы улучшения качества питьевой воды, преимущества и недостатки. Методы улучшения питьевой воды
Методы улучшения качества питьевой воды
Цель занятия. Студентов знакомят с основными методами улучшения качества питьевой воды.
Практические навыки. Студентов учат методике обеззараживания воды в полевых условиях методом хлорирования.
Нормативные документы. Отсутствуют.
Задания. В процессе изучения темы студенты должны:
приготовить 1 % раствор хлорной извести и определить в ней содержание активного хлора;
установить нормальную дозу хлора для обеззараживания питьевой воды путем пробного хлорирования;
провести гиперхлорирование с расчетом дозы тиосульфата натрия для дехлорирования воды;
определить остаточный хлор в водопроводной воде.
Методические указания к заданиям
Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение ее качества до требований СанПиН 2.1.4.1074-01, зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные.
Основными способами являются:
Осветление и обесцвечивание — это устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном гумусовых веществ). Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты: бактерии, вирусы и др.
В тех случаях, когда недостаточно применять только основные способы, используют специальные методы очистки (обезжелезивание, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ: фторирование, минерализацию обессоленных и маломинерализованных вод.
Для удаления химических веществ наиболее эффективным является метод сорбционной очистки на активных углях. Она также значительно улучшает органолептические свойства воды.
Методы обеззараживания воды подразделяют:
1) на химические (реагентные):
хлорирование;
озонирование;
использование олигодинамического действия серебра;
2) физические (безреагентные):
В настоящее время основным методом, используемым для обеззараживания воды на водопроводных станциях, в силу технико-экономических причин является метод хлорирования, однако все большее распространение получает метод озонирования. Его применение, в том числе в комбинации с хлорированием, улучшает качество получаемой воды.
Наиболее часто для хлорирования воды на водопроводах используют газообразный хлор, однако применяют и другие хлорсодержащие реагенты. По возрастанию окислительно-восстановительного потенциала они располагаются в следующем порядке: хлорамины (RNHC12 и RNh3C1), гипохлориты кальция и натрия ([Са(ОСl)2] и NaOCl), хлорная известь (3СаОС1 СаО 5Н2O), газообразный хлор, двуокись хлора С1O2.
Бактерицидный эффект хлорирования объясняется в основном воздействием на протоплазму бактерий недиссоциированной молекулы хлорноватистой кислоты, которая образуется при введении хлора в воду:
С12 + Н2O НОС1 + НС1
Бактерицидным свойством обладают также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты:
НОС1 ОС1- + Н+
ocl- cl- + о
Степень диссоциации НОС1 возрастает при повышении активной реакции воды. Таким образом, с повышением рН бактерицидный эффект хлорирования снижается.
Действующим началом при хлорировании хлорамином и гипохлоритами является гипохлорит-ион, а двуокисью хлора НСlO2 — хлористая кислота, которая имеет наиболее высокий окислительно-восстановительный потенциал, поэтому при ее использовании достигаются наиболее полные и глубокие окисление и обеззараживание.
При введении хлорсодержащего реагента в воду его основное количество (более 95 %) расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся неорганических (солей двухвалентного железа и марганца) веществ, содержащихся в воде. На соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2—3 % общего количества хлора.
Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 мин, называется хлорпоглощаемостью воды. Хлорпоглощаемость определяется экспериментально путем проведения пробного хлорирования.
По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор. Его появление, определяемое титромет-рически, является свидетельством завершения процесса хлорирования.
В СанПиНе 2.1.4.1074-01 указывается на необходимость обязательного присутствия в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3 — 0,5 мг/л, что является гарантией эффективности обеззараживания. Кроме того, наличие активного остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в разводящей сети. Таким образом, это является косвенным показателем эпидемической безопасности воды.
Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения необходимого количества (0,3—0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8—1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора, называется хлорпотребностью воды.
Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорирование: до и после осветления и обесцвечивания. Также для снижения дозы хлора при заключительном хлорировании весьма перспективно комбинирование хлорирования с озонированием.
Используют несколько способов хлорирования воды.
1. Хлорирование нормальными дозами. Доза хлора устанавливается экспериментально по сумме величин хлорпоглощаемости и санитарной нормы остаточного хлора (хлорпотребности воды) путем проведения пробного хлорирования.
Хлорирование нормальными дозами является наиболее часто применяемым методом на водопроводных станциях. Минимальное время контакта воды с хлором при хлорировании нормальными дозами составляет летом не менее 30 мин, зимой —1 ч.
2. Хлорирование с преаммонизацией. При этом способе в воду помимо хлора вводится также аммиак, в результате чего образуются хлорамины. Этот метод употребляется для улучшения процесса хлорирования:
содержании в исходной воде фенолов, которые при взаимодействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах. Хлорирование с преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают.
Однако в силу более слабого действия хлораминного хлора его остаточное количество в воде должно быть выше, чем свободного, и составлять не менее 0,8—1,2 мг/л.
3. Гиперхлорирование воды (хлорирование избыточными дозами, заведомо превышающими хлорпотребность воды). Гиперхлориротвание является способом, используемым в неблагоприятной эпидемиологической обстановке, при отсутствии или неэффективной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, при отсутствии возможности проведения пробного хлорирования для определения хлорпотребности. Введение избыточных доз хлора создает возможность надежного обеззараживания мутных, цветных, сильнозагрязненных и зараженных вод и сокращает время обеззараживания до 10—15 мин.
При этом упрощается техника хлорирования, так как вместо проведения пробного хлорирования доза хлора определяется ориентировочно в зависимости от вида водоисточника, качества воды (мутности, цветности), степени ее загрязнения и опасности в эпидемическом отношении.
При гиперхлорировании воды обычно используют следующие дозы хлора:
для воды хорошо оборудованных срубовых колодцев при хороших органолептических свойствах воды — 10 мг/л активного хлора;
при пониженной прозрачности колодезной воды, а также для воды рек или озер (прозрачной и бесцветной) — 15—20 мг/л;
при сильном загрязнении воды любого водоисточника, а также при использовании воды из источников непитьевого назначения (вода искусственных прудов и запруд) — 25 — 30 мг/л;
в случае опасности применения бактериологического оружия — до 100 мг/л.
Приготовление 1 % раствора хлорной извести и определение содержания активного хлора. При проведении хлорирования в качестве источника активного хлора часто используют 1 % раствор хлорной извести. Она является нестойким соединением, быстро теряющим хлор, поэтому необходимо предварительно определить содержание в ней активного хлора.
Для приготовления 1 % раствора хлорной извести берут навеску в 1 г хлорной извести, размельчают ее в фарфоровой ступке с помощью пестика и добавляют дистиллированную воду до образования кашицы. Затем кашицу разводят дистиллированной водой и переливают содержимое чашки в мерный цилиндр, доводя количество раствора до метки «100». Тщательно перемешивают и оставляют раствор на 10 мин для осветления.
В полевых условиях активный хлор в хлорной извести определяют капельным способом. В стакан (или колбу) наливают 100 мл дистиллированной воды, добавляют 0,4 мл свежеприготовленного 1 % раствора хлорной извести, 1 мл разбавленной хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 5 % раствора йодида калия и 1 мл 1 % свежеприготовленного раствора крахмала. Перемешивают и титруют по каплям специально подобранной пипеткой (1 мл которой соответствует 25 каплям) 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания. Содержание активного хлора в хлорной извести в процентах равно количеству капель тиосульфата натрия, израсходованного на титрование (1 капля 0,7 % тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что составляет сотую часть взятого для определения количества хлорной извести — 4 мг, т.е. 1 %).
Хлорирование нормальными дозами. Как указывалось, для определения необходимой дозы хлора при хлорировании нормальными дозами устраивают пробное хлорирование воды. Упрощенно пробное хлорирование проводят в трех стаканах, в каждый из которых наливают по 200 мл исследуемой воды, вкладывают стеклянные палочки и с помощью выверенной пипетки (25 капель равны 1 мл) добавляют 1 % раствор хлорной извести: в первый — одну каплю, во второй — две капли, в третий — три капли. Воду в стаканах хорошо перемешивают и через 30 мин определяют наличие в ней остаточного хлора. Для этого в каждый стакан прибавляют 2 мл 5 % раствора йодида калия, 2 мл хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 1 % раствора крахмала и тщательно перемешивают. При наличии остаточного хлора вода окрашивается в синий цвет, тем более интенсивный, чем больше в ней содержится остаточного хлора. Воду в стаканах, где появилось синее окрашивание, титруют по каплям 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания, перемешивая ее после добавления каждой капли.
Для расчета дозы выбирают тот стакан, где произошло обесцвечивание от двух капель тиосульфата натрия, так как содержание остаточного хлора в этом стакане составляет 0,4 мг/л (одна капля 0,7 % раствора тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что соответствует при пересчете на 1 л 0,04-5 = 0,2 мг/л). Если обесцвечивание произошло от одной капли, содержание остаточного хлора недостаточно (0,2 мг/л). При обесцвечивании от трех капель содержание остаточного хлора избыточно (0,6 мг/л).
Пример. Для расчета дозы выбран второй стакан, где при определении остаточного хлора на титрование пошло две капли 0,7 % раствора тиосульфата натрия. В этот стакан на 200 мл воды было прибавлено две капли 1 % раствора хлорной извести. Следовательно, на 1 л воды потребуется 2 • 5 = 10 капель или 0,4 мл 1% раствора хлорной извести, так как в 1 мл содержится 25 капель.
Количество сухой хлорной извести, содержащейся в 0,4 мл 1 % раствора, в 100 раз меньше (так как раствор однопроцентный) и составляет 0,4/100 = 0,004, или 4 мг сухой хлорной извести, т.е. доза хлора равна 4 мг/л хлорной извести.
Определение остаточного хлора в водопроводной воде. В коническую колбу емкостью 500 мл наливают 250 мл водопроводной воды (до отбора пробы воду из крана необходимо спустить), 10 мл буферного раствора с рН 4,6 и 5 мл 10 % раствора йодида калия. Затем титруют выделившийся йод 0,005 н. раствором тиосульфата натрия до бледно-желтой окраски, приливают 1 мл 1 % раствора крахмала и титруют раствор до исчезновения синей окраски для приготовления буферного раствора с рН 4,6 смешивают 102 мл I M раствора уксусной кислоты (60 г 100 % кислоты в 1 л воды) и 98 мл 1 М раствора ацетата натрия (136,1 г кристаллической соли в 1 л воды) и доводят объем до 1 л прокипяченной дистиллированной водой).
Содержание остаточного хлора в воде, х, мг/л, вычисляют по формуле
где п — количество 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, мл; Кn — поправочный коэффициент раствора тиосульфата; 0,177 — количество активного хлора, соответствующее 1 мл 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, мг; V — объем воды, взятой для анализа, мл.
В зависимости от результатов пробного хлорирования рассчитывают количество хлорной извести, необходимое для хлорирования 1 л воды.
*
studfiles.net
Методы улучшения качества питьевой воды
Цель занятия. Студентов знакомят с основными методами улучшения качества питьевой воды.
Практические навыки. Студентов учат методике обеззараживания воды в полевых условиях методом хлорирования.
Нормативные документы. Отсутствуют.
Задания. В процессе изучения темы студенты должны:
приготовить 1 % раствор хлорной извести и определить в ней содержание активного хлора;
установить нормальную дозу хлора для обеззараживания питьевой воды путем пробного хлорирования;
провести гиперхлорирование с расчетом дозы тиосульфата натрия для дехлорирования воды;
определить остаточный хлор в водопроводной воде.
Методические указания к заданиям
Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение ее качества до требований СанПиН 2.1.4.1074-01, зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные.
Основными способами являются:
Осветление и обесцвечивание — это устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном гумусовых веществ). Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты: бактерии, вирусы и др.
В тех случаях, когда недостаточно применять только основные способы, используют специальные методы очистки (обезжелезивание, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ: фторирование, минерализацию обессоленных и маломинерализованных вод.
Для удаления химических веществ наиболее эффективным является метод сорбционной очистки на активных углях. Она также значительно улучшает органолептические свойства воды.
Методы обеззараживания воды подразделяют:
1)на химические (реагентные):
хлорирование;
озонирование;
использование олигодинамического действия серебра;
2) физические (безреагентные):
В настоящее время основным методом, используемым для обеззараживания воды на водопроводных станциях, в силу технико-экономических причин является метод хлорирования, однако все большее распространение получает метод озонирования. Его применение, в том числе в комбинации с хлорированием, улучшает качество получаемой воды.
Наиболее часто для хлорирования воды на водопроводах используют газообразный хлор, однако применяют и другие хлорсодержащие реагенты. По возрастанию окислительно-восстановительного потенциала они располагаются в следующем порядке: хлорамины (RNHC12 и RNh3C1), гипохлориты кальция и натрия ([Са(ОСl)2] и NaOCl), хлорная известь (3СаОС1 СаО 5Н2O), газообразный хлор, двуокись хлора С1O2.
Бактерицидный эффект хлорирования объясняется в основном воздействием на протоплазму бактерий недиссоциированной молекулы хлорноватистой кислоты, которая образуется при введении хлора в воду:
С12 + Н2O НОС1 + НС1
Бактерицидным свойством обладают также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты:
НОС1 ОС1- + Н+
ocl-cl- + о
Степень диссоциации НОС1 возрастает при повышении активной реакции воды. Таким образом, с повышением рН бактерицидный эффект хлорирования снижается.
Действующим началом при хлорировании хлорамином и гипохлоритами является гипохлорит-ион, а двуокисью хлора НСlO2 — хлористая кислота, которая имеет наиболее высокий окислительно-восстановительный потенциал, поэтому при ее использовании достигаются наиболее полные и глубокие окисление и обеззараживание.
При введении хлорсодержащего реагента в воду его основное количество (более 95 %) расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся неорганических (солей двухвалентного железа и марганца) веществ, содержащихся в воде. На соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2—3 % общего количества хлора.
Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 мин, называется хлорпоглощаемостью воды. Хлорпоглощаемость определяется экспериментально путем проведения пробного хлорирования.
По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор. Его появление, определяемое титромет-рически, является свидетельством завершения процесса хлорирования.
В СанПиНе 2.1.4.1074-01 указывается на необходимость обязательного присутствия в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3 — 0,5 мг/л, что является гарантией эффективности обеззараживания. Кроме того, наличие активного остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в разводящей сети. Таким образом, это является косвенным показателем эпидемической безопасности воды.
Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения необходимого количества (0,3—0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8—1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора, называется хлорпотребностью воды.
Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорирование: до и после осветления и обесцвечивания. Также для снижения дозы хлора при заключительномхлорировании весьма перспективно комбинирование хлорирования с озонированием.
Используют несколько способов хлорирования воды.
1.Хлорирование нормальными дозами. Доза хлора устанавливаетсяэкспериментально по сумме величин хлорпоглощаемости и санитарной нормы остаточного хлора (хлорпотребности воды) путемпроведения пробного хлорирования.
Хлорирование нормальными дозами является наиболее часто применяемым методом на водопроводных станциях. Минимальное время контакта воды с хлором при хлорировании нормальными дозами составляет летом не менее 30 мин, зимой —1ч.
2.Хлорирование с преаммонизацией. При этом способе в воду помимо хлора вводится также аммиак, в результате чего образуютсяхлорамины. Этот метод употребляется для улучшения процессахлорирования:
при необходимости транспортировки воды по трубопроводам на большие расстояния, так как остаточный связанный (хлораминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный;
содержании в исходной воде фенолов, которые при взаимодействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах. Хлорирование с преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают.
Однако в силу более слабого действия хлораминного хлора его остаточное количество в воде должно быть выше, чем свободного, и составлять не менее 0,8—1,2 мг/л.
3.Гиперхлорирование воды (хлорирование избыточными дозами,заведомо превышающими хлорпотребность воды). Гиперхлориротвание является способом, используемым в неблагоприятной эпидемиологической обстановке, при отсутствии или неэффективной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, приотсутствии возможности проведения пробного хлорирования дляопределения хлорпотребности. Введение избыточных доз хлорасоздает возможность надежного обеззараживания мутных, цветных, сильнозагрязненных и зараженных вод и сокращает времяобеззараживания до 10—15 мин.
При этом упрощается техника хлорирования, так как вместо проведения пробного хлорирования доза хлора определяется ориентировочно в зависимости от вида водоисточника, качества воды (мутности, цветности), степени ее загрязнения и опасности в эпидемическом отношении.
При гиперхлорировании воды обычно используют следующие дозы хлора:
для воды хорошо оборудованных срубовых колодцев при хороших органолептических свойствах воды — 10 мг/л активного хлора;
при пониженной прозрачности колодезной воды, а также для воды рек или озер (прозрачной и бесцветной) — 15—20 мг/л;
при сильном загрязнении воды любого водоисточника, а также при использовании воды из источников непитьевого назначения (вода искусственных прудов и запруд) — 25 — 30 мг/л;
в случае опасности применения бактериологического оружия — до 100 мг/л.
По истечении необходимого времени контакта избыточное количество остаточного хлора удаляют путем дехлорирования воды тиосульфатом натрия или ее фильтрацией через активированный уголь (с помощью табельных или импровизированных фильтров).
Приготовление 1 % раствора хлорной извести и определение содержания активного хлора. При проведении хлорирования в качестве источника активного хлора часто используют 1 % раствор хлорной извести. Она является нестойким соединением, быстро теряющим хлор, поэтому необходимо предварительно определить содержание в ней активного хлора.
Для приготовления 1 % раствора хлорной извести берут навеску в 1 г хлорной извести, размельчают ее в фарфоровой ступке с помощью пестика и добавляют дистиллированную воду до образования кашицы. Затем кашицу разводят дистиллированной водой и переливают содержимое чашки в мерный цилиндр, доводя количество раствора до метки «100». Тщательно перемешивают и оставляют раствор на 10 мин для осветления.
В полевых условиях активный хлор в хлорной извести определяют капельным способом. В стакан (или колбу) наливают 100 мл дистиллированной воды, добавляют 0,4 мл свежеприготовленного 1 % раствора хлорной извести, 1 мл разбавленной хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 5 % раствора йодида калия и 1 мл 1 % свежеприготовленного раствора крахмала. Перемешивают и титруют по каплям специально подобранной пипеткой (1 мл которой соответствует 25 каплям) 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания. Содержание активного хлора в хлорной извести в процентах равно количеству капель тиосульфата натрия, израсходованного на титрование (1 капля 0,7 % тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что составляет сотую часть взятого для определения количества хлорной извести — 4 мг, т.е. 1 %).
Хлорирование нормальными дозами. Как указывалось, для определения необходимой дозы хлора при хлорировании нормальными дозами устраивают пробное хлорирование воды. Упрощенно пробное хлорирование проводят в трех стаканах, в каждый из которых наливают по 200 мл исследуемой воды, вкладывают стеклянные палочки и с помощью выверенной пипетки (25 капельравны 1 мл) добавляют 1 % раствор хлорной извести: в первый — одну каплю, во второй — две капли, в третий — три капли. Воду в стаканах хорошо перемешивают и через 30 мин определяют наличие в ней остаточного хлора. Для этого в каждый стакан прибавляют 2 мл 5 % раствора йодида калия, 2 мл хлористоводородной кислоты (1:5), 1 мл 1 % раствора крахмала и тщательно перемешивают. При наличии остаточного хлора вода окрашивается в синий цвет, тем более интенсивный, чем больше в ней содержится остаточного хлора. Воду в стаканах, где появилось синее окрашивание, титруют по каплям 0,7 % раствором тиосульфата натрия до обесцвечивания, перемешивая ее после добавления каждой капли.
Для расчета дозы выбирают тот стакан, где произошло обесцвечивание от двух капель тиосульфата натрия, так как содержание остаточного хлора в этом стакане составляет 0,4 мг/л (одна капля 0,7 % раствора тиосульфата натрия связывает 0,04 мг хлора, что соответствует при пересчете на 1 л 0,04-5 = 0,2 мг/л). Если обесцвечивание произошло от одной капли, содержание остаточного хлора недостаточно (0,2 мг/л). При обесцвечивании от трех капель содержание остаточного хлора избыточно (0,6 мг/л).
Пример. Для расчета дозы выбран второй стакан, где при определении остаточного хлора на титрование пошло две капли 0,7 % раствора тиосульфата натрия. В этот стакан на 200 мл воды было прибавлено две капли 1 % раствора хлорной извести. Следовательно, на 1 л воды потребуется 2 • 5 = 10 капель или 0,4 мл 1% раствора хлорной извести, так как в 1 мл содержится 25 капель.
Количество сухой хлорной извести, содержащейся в 0,4 мл 1 % раствора, в 100 раз меньше (так как раствор однопроцентный) и составляет 0,4/100 = 0,004, или 4 мг сухой хлорной извести, т.е. доза хлора равна 4 мг/л хлорной извести.
Определение остаточного хлора в водопроводной воде. В коническую колбу емкостью 500 мл наливают 250 мл водопроводной воды (до отбора пробы воду из крана необходимо спустить), 10 мл буферного раствора с рН 4,6 и 5 мл 10 % раствора йодида калия. Затем титруют выделившийся йод 0,005 н. раствором тиосульфата натрия до бледно-желтой окраски, приливают 1 мл 1 % раствора крахмала и титруют раствор до исчезновения синей окраскидля приготовления буферного раствора с рН 4,6 смешивают 102 мл IMраствора уксусной кислоты (60 г 100 % кислоты в 1 л воды) и 98 мл 1 М раствора ацетата натрия (136,1 г кристаллической соли в 1 л воды) и доводят объем до 1 л прокипяченной дистиллированной водой).
Содержание остаточного хлора в воде, х, мг/л, вычисляют по формуле
где п — количество 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованное на титрование, мл; Кn — поправочный коэффициент раствора тиосульфата; 0,177 — количество активного хлора, соответствующее 1 мл 0,005 н. раствора тиосульфата натрия, мг; V— объем воды, взятой для анализа, мл.
В зависимости от результатов пробного хлорирования рассчитывают количество хлорной извести, необходимое для хлорирования 1 л воды.
*
studfiles.net
31) Методы улучшения качества питьевой воды, преимущества и недостатки.
-осветление, обесцвечивание и обеззараживание. Осветление и обесцвечивание воды достигаются с помощью коагуляции, отстаивания и фильтрации. Для обеззараживания воды применяют химические (хлорирование, озонирование) и физические (кипячение, УФ - облучение) методы.
Осветление и обесцвечивание воды заключается в освобождении ее от веществ, обусловливающих мутность и цветность. Это достигается методами отстаивания, фильтрования через пористые материалы и коагулирования. Очень часто эти методы применяются в комбинации друг с другом. Например, отстаивание с фильтрованием или коагулирование с отстаиванием и фильтрованием.
Осветление воды коагулированием применяется с целью освобождении ее от мутности и ее, обусловленных взвешенными коллоидными частицами. В качестве наиболее распространенных коагулянтов употребляются сернокислая соль. Под обеззараживанием воды понимается в первую очередь освобождение ее от патогенных микроорганизмов, хотя действие обеззараживающих агентов распространяется и на непатогенные виды бактерий. Обеззараживания воды можно достичь действием физических, химических и механических факторов. К физическим факторам относятся: высокая температура, ультрафиолетовые и ионизирующие излучения; ультразвуковые колебания, сорбция на активных поверхностях; к химическим - различного рода химические вещества, гл. обр., окислители; к механическим - различного рода фильтры, в особенности, бактериозадерживающие.
Вещества, используемые в химических методах обеззараживания воды должны отвечать определенным требованиям, а именно: не делать воду вредной для здоровья, не изменять ее органолептических свойств, в малых концентрациях и в течение короткого времени контакта оказывать надежное бактерицидное действие, быть удобными в применении и безопасными в обращении, длительно храниться; производство их должно быть дешевым и доступным. В большей степени перечисленным выше требованиям отвечает хлор и его препараты.В ряде случаев используются дополнительные методы улучшения качества воды: обезжелезивание, умягчение, опреснение, обесфторивание, фторирование.
32) Гигиеническое значение, состав и свойства почвы. Понятие о биогеохимических провинциях. Их роль в этиологии эндемических неинфекционных заболеваний, их профилактика.
Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы. Жидкая часть почвы, или почвенный раствор,- вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения. Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы. Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность. Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием жизнедеятельности, климата, деятельности человека.
Биогеохимические провинции- Это такие географические районы, где причинным фактором заболеваний является характерный минеральный состав воды, растительности и животных вследствие недостатка или избытка микроэлементов в почве, а заболевания, возникающие в этих районах, - называют геохимическими эндемиями или эндемическими заболеваниями. Под этой группой заболеваний и понимают типичные массовые заболевания населения неинфекционной природы.
Состав почв влияет на подбор, распределение растений и на их изменчивость под влиянием тех или иных химических соединений или химических элементов, находящихся в почвах. Границы распространения определённой флоры или фауны в пределах одной почвенной зоны нередко совпадают с областью развития известных горных пород или геологических формаций. Хорошо известна специфическая растительность, распространённая на серпентинитах, известняках, в бессточных засоленных областях, на песках и т.п. Резкая недостаточность или избыточность содержания какого-либо химического элемента в среде вызывает в пределах данной биогеохимической провинции вызывает биогеохимические эндемии -— заболевания растений, животных и человека. Например, при недостаточности иода в пище — простой зоб у животных и людей, при избыточности селена в почвах — появление ядовитой селеновой флоры и многие другие эндемии.
studfiles.net
33. Методы улучшения качества питьевой воды при централизованном водоснабжении.
Освобождение от механических примесей забираемой из поверхностных источников воды проводится в несколько этапов.
В самом простом случае при очистке моделируются естественные условия самоочищения подземных вод, когда вода сначала отстаивается, а затем фильтруется через мелкопористый материал.
На первом этапе очистки вода поступает в горизонтальные или вертикальные отстойники. Более распространены горизонтальные отстойники - резервуары прямоугольной формы.Осаждение взвеси основано на резком замедлении тока воды при переходе из узкой входной трубы в полость отстойника. Так, скорость движения воды в горизонтальных отстойниках составляет 2-4 мм/с, в вертикальных - менее 1 мм/с, а время прохождения воды через отстойник достигает 8 ч. Создаются условия для осаждения взвеси, близкие к таковым в неподвижной воде, когда основным действующим фактором становится собственная тяжесть взвешенных частиц.
На втором этапе вода, освобожденная от крупнодисперсных примесей, подается на медленные фильтры, которые представляют собой емкости, заполненные песком. Профильтрованная вода отводится через дренаж в нижней части емкости. Такой фильтр должен «созреть», т.е. должна образоваться активная биологическая пленка, состоящая из адсорбированных взвешенных частиц, планктона и бактерий в верхней части песчаного слоя. Пленка имеет поры столь малого диаметра, что сама является эффективным фильтром для мелкодисперсных частиц, яиц гельминтов и бактерий. К несомненным достоинствам медленных фильтров относятся равномерная, близкая к естественной фильтрация, при которой задерживание бактерий достигает 99%, а также простота устройства. Однако фильтрация в таких фильтрах происходит очень медленно и составляет лишь 10 см вод. ст./час. Кроме того, в такой классической схеме очистки воды не используется коагуляция, в связи с чем в данном виде эта схема в настоящее время почти не применяется.
В современных условиях для ускорения и повышения эффективности выпадения взвеси и коллоидных веществ перед отстаиванием воды проводится ее коагуляция. Задача коагуляции состоит в укрупнении коллоидных частиц, более быстром образовании и осаждении хлопьев.
Наиболее распространенный коагулянт - сернокислый алюминий - в воде гидролизуется и вступает в реакцию с бикарбонатами кальция и магния, определяющими устранимую жесткость и щелочность воды. В результате реакции образуется коллоидный раствор гидрата окиси алюминия, который в дальнейшем коагулирует с образованием хлопьев. Одновременно коагулянт способствует нейтрализации заряда находящихся в воде собственных коллоидных частиц, их агломерации и хлопьеобразованию. Появившиеся крупные хлопья оседают, адсорбируя на своей поверхности мелкодисперсные взвешенные частицы, бактерии и водоросли.
Рассмотренная система очистки воды с медленными фильтрами в настоящее время используется на малых водопроводах.
Нашли в последние годы широкое применение скорые фильтры. Это бетонные резервуары с двойным дном. Нижнее дно сплошное, а верхнее - перфорированное, что обеспечивает дренажные свойства фильтра. На перфорированное дно укладывают поддерживающий слой гравия, а на него - слой промытого речного песка. Вода для фильтрации подается сверху и отводится снизу через дренажное пространство. Фильтры промывают чистой питьевой водой, подаваемой снизу вверх.
Если замена фильтрующего слоя в медленных фильтрах проводится 1 раз в 1,5-2 мес, то скорые фильтры приходится промывать 2 раза в сутки. Несколько ниже у скорых фильтров и способность задерживать бактерии, которая составляет 95%. Это объясняется высокой скоростью пропускания воды, а также тем, что полноценная биологическая пленка в песчаном слое образоваться не успевает. Ее роль в скорых фильтрах выполняет слой из неосевших в отстойниках хлопьев флоккулянта.
Академией коммунального хозяйства разработаны новые фильтры АКХ, в которых устранен недостаток односторонней фильтрации обычных фильтров. В фильтрах АКХ вода подается как сверху, так и снизу, а профильтрованную воду отводят из средней части фильтра через специальное дренажное устройство. Такой принцип фильтрации позволяет повысить производительность очистки воды до 12-15 м3/ч.
Наконец, наиболее удобной и эффективной моделью скорых фильтров следует считать контактный осветлитель (КО). В нем максимально используется принцип контактного осветления на крупнозернистом слое. Так же, как и в обычных скорых фильтрах, в КО нижний слой загрузки состоит из гравия, а верхний - из кварцевого песка. Очищаемая вода в фильтрах этой конструкции подается снизу вверх.
Однако в отличие от стандартной двухступенчатой схемы очистки воды с использованием отстойников раствор коагулянта в КО добавляется непосредственно перед подачей воды в фильтр. За очень короткий промежуток времени происходит контакт коагулянта с коллоидами воды. Дальнейшее осветление осуществляется уже не в свободном объеме, как в отстойниках, а на зернах загрузки. Процесс контактной коагуляции идет быстрее и полнее в результате образования на гравии крупных хлопьев и задержки на них взвеси. Грязеемкость таких фильтров значительно повышена. Скорость фильтрации достигает 5-6 м3/ч, а полный цикл обработки воды составляет около 8 ч.
Поскольку одноступенчатая схема полностью заменяет камеры реакции, отстойники и фильтры вместе взятые, метод контактного осветления следует признать наиболее перспективным для водоснабжения крупных населенных пунктов.
Следует отметить, что хотя адсорбция микроорганизмов при осветлении и фильтрации воды весьма велика, полной гарантии эпидемической безопасности такая схема очистки не обеспечивает. В связи с этим после очистки на фильтрах вода проходит обеззараживание.
Методы обеззараживания воды. Из таких известных методов обеззараживания воды, как хлорирование, озонирование, йодирование, обработка солями тяжелых металлов, ультрафиолетовое облучение, действие ионизирующей радиации, ультразвука, в настоящее время наиболее широко распространено хлорирование.
Для дезинфекции воды используют газообразный хлор или хлорную известь. В отдельных случаях можно применять и такие хлорсодержащие препараты, как соединения гипохлорита кальция, дихлоризоциануровой кислоты, двуокиси хлора.
Молекулярный хлор в воде гидролизуется с образованием хлорноватистой и хлористоводородной кислот. Нестойкая хлорноватистая кислота, в свою очередь, диссоциирует, в результате чего образуется гипохлоритный ион:
Cl2 + h3O = HOCl + HCl HOCl = H+ + OCl-
Основное биологическое действие оказывают хлорноватистая кислота и гипохлоритный ион, которые вместе и обозначают понятием «активный хлор».
Активный хлор легко проникает в бактериальные клетки и инактивирует ферменты, содержащие SH-группы. В первую очередь это относится к дегидрогеназе глюкозы, а также к другим ферментам, обеспечивающим окислительно-восстановительные процессы клетки.
Достаточная эффективность хлорирования обеспечивается рядом условий:
1. Вода должна быть предварительно освобождена от взвешенных коллоидных веществ, которые, окутывая бактерии, защищают их от воздействия хлора.
2. Эффективность обеззараживания зависит от вида микроорганизмов. Наиболее устойчивы в этом отношении спорообразующие микроорганизмы и вирусы. Легче поддаются действию хлора бактерии группы кишечной палочки.
3. Важно обеспечить хорошее перемешивание хлора в объеме воды и достаточную длительность его действия. Оптимальным следует считать контакт воды с хлором в теплое время года в течение 30 мин, а в холодное - 60 мин.
4. Полное обеззараживание происходит при внесении достаточного количества хлора.
Хлор, поступающий в воду, связывается микроорганизмами, органическими веществами и недоокисленными неорганическими соединениями, что составляет хлорпоглощаемость воды. После связывания активного хлора в воде должно остаться некоторое количество свободного остаточного хлора. Обеззараживание воды считается надежным, если остаточный хлор составляет 0,3-0,5 мг/л. Таким образом, необходимая доза хлора представляет собой сумму хлорпоглощаемости воды и остаточного активного хлора. Она определяется опытным путем.
В отдельных случаях нужны более эффективные методы обеззараживания. Так, при повышенном органическом и бактериальном загрязнении воды водоемов паводковыми и ливневыми стоками применяют двойное хлорирование и суперхлорирование (перехлорирование, гиперхлорирование).
При двойном хлорировании хлор вводят в воду первый раз в смеситель перед отстойниками, что облегчает коагуляцию и подавляет рост бактерий на фильтре. При таком способе второе хлорирование воды после фильтрации происходит значительно эффективнее.
Суперхлорирование отличается от обычного хлорирования тем, что хлор подают в повышенных дозах - 5-10 мг/л и более. Это существенно повышает скорость и надежность обеззараживания. Однако появляются и неблагоприятные последствия: уровень остаточного хлора достигает 1-5 мг/л. Поскольку пороговая концентрация хлора в питьевой воде по органолептическому признаку составляет 0,5 мг/л, такая вода нуждается в дополнительной обработке. Дехлорирование осуществляют химической реакцией с гипосульфитом и сернистым газом или сорбцией активированным углем.
Нередко встречаются случаи загрязнения водоемов промышленными и городскими ливневыми стоками, содержащими соединения фенола. Образовавшиеся при хлорировании такой воды даже малыми дозами хлора хлорфенолы придают питьевой воде неприятный «аптечный» запах. Это явление предупреждается предварительным внесением в воду аммиака. Преаммонизация заключается во внесении аммиака или его солей в воду за несколько секунд до подачи хлора. Хлор связывается с аммиаком, и образуются хлорамины, оказывающие мощное и длительное обеззараживающее действие.
В последнее десятилетие значительно изменилось отношение к проблеме галогеносодержащих соединений (ГСС), образующихся при хлорировании питьевой воды. К ним относятся хлороформ, четыреххлористый углерод, 2,4,6-трихлорфенол, бромдихлорметан, дибромхлорметан, бромоформ.
Перспективным методом обеззараживания воды является озонирование. Сильные окислительные свойства обеспечивает выраженное бактерицидное действие озона. Озон действует быстрее хлора и при этом не только надежно обеззараживает воду, но одновременно и достаточно эффективно обесцвечивает ее, устраняет запахи и привкусы. Ни сам озон, ни его соединения не обладают ни запахом, ни вкусом. Даже в большом количестве озон в воде нетоксичен, так как в течение нескольких секунд превращается в кислород. Его действие в отличие от хлора мало зависит от физических и химических свойств воды. Кроме того, озон не требует сложного оборудования для доставки и хранения, поскольку производится непосредственно на месте газоразрядным методом в озонаторах.
Несмотря на явные гигиенические преимущества озонирования воды, метод хлорирования на водопроводных станциях находит гораздо более широкое применение по экономическим причинам.
Эффективно обеззараживают воду тяжелые металлы, в первую очередь серебро. Ионы серебра фиксируются на мембранах бактериальных клеток, нарушая мембранные процессы и вызывая гибель микроорганизмов. Важным преимуществом дезинфекции воды серебрением является наряду с обеззараживающим консервирующее действие серебра. Вода, обработанная ионным серебром или пропущенная через посеребренный песок, не теряет своих бактерицидных, биохимических и вкусовых свойств в течение многих месяцев.
Другие реагентные способы обеззараживания воды, например применение соединений йода, марганца, перекиси водорода, не нашли широкого применения в практике водоснабжения и используются в основном для дезинфекции индивидуальных запасов воды в полевых условиях и экстремальных ситуациях.
Отдельно следует охарактеризовать специальные устройства для повышения качества воды в бытовых условиях путем доочистки. К таким устройствам относятся портативные фильтры («Родничок», «Аква», «Кувшинчик» и др.).
Наиболее эффективным и распространенным способом физического безреагентного обеззараживания воды является ультрафиолетовое облучение. Несомненными достоинствами обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами следует считать быстроту действия, эффективность влияния не только на вегетативные, но и на споровые формы бактерий, а также на яйца гельминтов и вирусы.
Для обеззараживания наиболее благоприятны ультрафиолетовые лучи с длиной волны 200-295 нм и с максимальным бактерицидным действием в пределах длины волны 260 нм. Применяемые в практике водоснабжения ультрафиолетовые установки делятся на непогружные и погружные. Другие известные физические способы обеззараживания воды используются в современных условиях либо для обработки индивидуальных запасов воды (кипячение), либо находятся на стадии экспериментальных разработок (воздействие ультразвука, ионизирующего излучения, радиоволн).
Специальные методы повышения качества питьевой воды.
Так, для снижения жесткости применяют кипячение, реагентные методы, метод ионного обмена. Снижение общей минерализации подземных и морских вод достигается дистилляцией, ионной сорбцией, электролизом, вымораживанием. Удаление соединений железа и сероводорода осуществляется аэрацией с последующей сорбцией на специальном грунте. Подземные воды с избытком фтора подвергают дефторированию осаждением, ионной сорбцией, разбавлением. Дезактивация проводится как реагентными и ионообменными методами, так и разбавлением и выдержкой. В воде поверхностных водоемов, горных рек и в талых водах недостаточно содержание фтора. В такие воды вносят фтористый натрий, кремнефтористый натрий, кремнефтористую кислоту и другие фторсодержащие реагенты.
studfiles.net
