Вопрос 31 химические методы обеззараживания воды

Химические методы обеззараживания воды. Эти вещества 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 наибольшей степени этим требованиям отвечают хлор и его препа­раты, чем можно объяснить их распространение в практике коммуналь­ного и полевого водоснабжения. Для обеззараживания воды применяются и другие вещества - озон, йод, перекись водорода, препараты серебра, органические и неоргани­ческие кислоты и некоторые другие.

Хлорирование - недостатки: неспособность хлора и его препа­ратов в тех дозах, в которых они обычно применяются, уничтожать в воде споровые формы микроорганизмов. Для этого -очень большие дозы хлора и длительная экспозиция. Недостатки: трудность дози­ровки и опасность в обращении с хлором, нестойкость его препаратов при хранении, неприятный запах воды, в особенности при наличии в ней хим. веществ типа фенолов, а также возможность образования тригалометанов.

Еще до конца не выяснено, в какой форме хлор действует на бактерии. Одни исследователи считали, что на субстрат протоплазмы микробной клетки действует атомарный кислород, выделяющийся при разложении хлорноватистой кислоты, другие приписывали бактерицид­ный эффект хлору. Третьи - что бактерицидный эффект обусловливают хлор и кислород.

На микроорганизмы могут действовать свободный хлор, хлорноватистая кислота и ее анион, а так­же атомарный кислород.

Все формы хлора и атомарного кислорода, обладающего окислитель­ной способностью, выраженной в эквивалентах хлора, носят название "активного хлора" Наибольшей окислительной способностью и бакте­рицидным действием обладает свободный хлор, наименьшим - ион гипохлоритной кислоты. Этим и объясняется снижение бактерицидного дей­ствия хлора в тех случаях, когда проводится хлорирование воды с повы­шенной щелочностью или для хлорирования применяются гипохлориты и хлорная известь. Чистый хлор применяется для обеззараживания больших количеств воды на городских водопроводах. На малых водопроводных станциях и на пунктах водоснабжения, организуемых в полевых условиях, исполь­зуется хлорная известь или дветретиосновная соль гипохлорита кальция (ДТС ГК)

Эффективность хлорирования воды определяется свойствами хлорсодержащего препарата, концентрацией в нем активного хлора, физико-химическими свойствами воды и временем контакта с ней хлора, степе­нью обсеменения воды микроорганизмами и их видом

Минимальное количество активного хлора, необходимое для дости­жения надлежащего обеззараживающего эффекта, называется хлорпотребностью воды Различия в хлорпотребности обусловлены неодинаковым химическим составом и физическими свойства­ми воды Мутная, содержащая значительное количество органич. веществ и микробов, вода нуждается в большем количестве активного хлора Для обработки 1 л прозрачной малозагрязненной воды требуется 0,5-1 мг/л хлора

Для уничтожения подавля­ющего числа вегетативных форм микроорганизмов достаточно контакта в течение 30 мин.

На бактерицидные свойства хлора оказывает влияние аммиак Реаги­руя с хлором, он образует хлорамин, который в обычных условиях медлен­но высвобождает хлор Аналогично влияют на бактерицидность хлора не­которые органические соединения растительного происхождения, входя­щие в состав гумусовых веществ, а также коллоидные органические и не­органические взвеси, которые сорбируют хлор на своей поверхности, сни­жая eго активность Поэтому рекомендуют вносить в воду столько хлора, чтобы его хватило и на связывание подобного рода веществ, и на создание некоторого избытка, могущего проявить свое бактерицидное действие Такой избыточный хлор носит название остаточного. Он имеет большое значение для контроля за эффективностью хлорирования

Наиболее надежный способ контроля - бактериологич. исследование Эти исследования длительны и сложны, они даже на крупных водопроводных станциях проводятся лишь одни раз в сутки, а на небольших - еще реже. В остальное время контроль осуществляется но остаточному хлору (ежечасно определяется на выходе воды в водопроводную сеть). Оста­точный хлор состоит из свободного и связанного. Если в хлорированной воде через 30 мин после внесения туда хлора осталось 0,3-0,5 мг/л свободного остаточного хлора, вода, как правило, оказывается надежно обеззараженной.

Наряду со свободными формами хлора в реакцию всту­пает и учитывается связанный хлор, основу которого составляют хлорамины и дихлорамины. Их бактерицидное действие во много раз меньше, чем свободного хлора. Концентрация связанного (хлораминного) хлора пос­ле экспозиции не менее часа должна составлять 0,8-1,2 мг/л.

В случаях эпидемического неблагополучия величина остаточного хлора может быть повышена до 2 мг/л без ущерба для здоровья населе­ния. По остаточному хлору устанавливается и хлорпотребность воды.

Основными способами хлорирования воды являются хлорирование нормальными дозами, хлорирование повышенными дозами (суперхлорирование) и хлорирование с преаммонизациеи.

Хлорирование нормальными дозами наиболее распространено (коммунального водоснабжения). Выберается такая рабочая доза активного хлора, которая после 60-минутно­го контакта с водой обеспечивает 0,8-1,2 мг/л остаточного связан­ного хлора.

Большими дозами хлора - вносится по­вышенное количество активного хлора в расчете на последующее дехлорирование. Доза выбирается в зависимости от физичес­ких свойств воды (мутность, цветность), характера и степени благоуст­ройства водоисточника и от эпидемической обстановки. Обычно она составляет 20-30 мг/л при времени контакта 30 мин. Это очень ценно в полевых условиях. Недостатки: возмож­ность образования тригалометанов, особенно при хлорировании воды, содержащей хозяйственно-бытовые стоки и гуминовые вещества, повы­шенный расход хлора и необходимость дехлорирования воды.

Хлорирования воды с преаммонизациеи - перед внесением хлора в воду вводится гидрат аммония (NH^OH) или аммонийные соли в соотношении 1 часть иона аммония на 3-4 весовых части активного хлора. В результате соединения хлора с аммиаком образуются моно- и дихлорамины, они постепенно гидролизуются, медленно выс­вобождают активный хлор. В воде создается своеобразный резерв активного хлора, действующего в течение продолжительного времени. При этом не возникает хлорфенольного запаха в тех водах, в которых при обычном хлорировании он обна­руживается. Этот метод предуп­реждает образование тригалометанов, развитие водорослей на очистных сооружениях и в самой массе воды. Недостатки: замед­ленным бактерицидным эффектом, следовательно применение его воз­можно только в тех случаях, когда потребление воды по тем или иным соображениям может быть отсрочено.

Для дехлорирования используются химические вещества связываюшие избыточное количество хлора, и сорбция хлора на активированном угле. Химические вещества, переводящие хлор в неак­тивное состояние, обычно относятся к группе восстановителей. Лучшим из них является тиосульфат (гипосульфит) натрия.

Для обеззараживания воды применяется также озон (Од), являющийся сильным окислителем. Его окислительный потенциал (+1,9 В) превыша­ет таковой у хлора (+1,359 В). Окислительные свойства озона связаны не атомарным кислородом, а с образовавшимися при реакции перекисью или гидроксидом. Механизм реакций, в которых возникает озон, до сих пор недостаточно ясен. Сущность бактерицидного действия озона сво­дится к окислению субстрата аутоплазмы, что приводит к гибели микроб­ной клетки. Преимущества: более высоким бактерицидным и спороцидным эффектом, улучшением органолептических и физических (снижение цветности) свойств воды. Озон вырабатывается на месте из воздуха, поэто­му отпадает необходимость в сырье, его транспортировке и хранении. Недостатки: высокая стоимость об­работки воды (примерно в два раза больше по сравнению с хлором) и большая зависимость бактерицидного действия от физико-химических свойств воды - мутности, цветности, наличия органических веществ и других восстановителей.

Перекись водорода - сильный окислитель. Акцептор - атомарный кисло­род. Из-за трудности получения в больших количествах и дороговизны перекись водорода широкого применения в практике водоснабжения не приобрела. В последнее время разработан новый, более дешевый способ ее получения, в связи с чем метод этот приобретает практический интерес. Н2О2 не изменяет органолептических свойств воды и значительно (до 50%) снижает ее цветность(обезза­раживания окрашенных вод. Недостатки: не­обходимость введения катализаторов для ускорения высвобождения ато­марного кислорода и жидкая форма препарата, что затрудняет ее приме­нение в полевых условиях.

Обеззараживание воды серебром - ионы серебра инактивируют бактериальные ферменты, блокируя их сульфгидрильные группы. Практически метод обеззараживания серебром может быть применен при небольших индивидуально-групповых запасах воды. Для этой цели используют посеребренный песок, посеребренные керами­ческие "кольца Рашига" и серебро, растворенное электролитическим путем, т.е. полученное при растворении серебряного электрода (анода) при пропускании постоянного тока через обеззараживаемую воду. Та­ким путем можно получить "серебрянную воду", обладающую бактери­цидными свойствами. Возможно также обеззараживание воды добавле­нием солей серебра. Обеззараживание воды серебром не изменяет ее органолептических свойств и обеспечивает длительность бактерицидного действия, что осо­бенно важно в тех случаях, когда возникает необходимость в длительном хранении воды. Недостатки: трудность дозировки, медлен­ное и ненадежное бактерицидное действие, влияние на бактерицидный эффект физико-химических свойств воды, а также необходимость конт­роля остаточных количеств серебра в питьевой воде.