Тема 4: Методы улучшения качества воды: коагуляция, обеззараживание нормальными дозами хлора. Гигиеническая оценка.

Время занятий:3 часа.

Актуальность темы:

Система хозяйственно-питьевого водоснабжения может быть централизованной и нецентрализованной (местной). Использование подземных водоисточников для центрального водоснабжения имеет ряд существенных гигиенических преимуществ перед использованием поверхностных источников. Но санитарная надежность даже таких вод не всегда достаточна, что требует оборудования для очистки. Так, чаще всего подземные воды, выбираемые для водоснабжения, удовлетворяют бактериологическим требованиям к питьевой воде, но в отдельных случаях приходится проводить дополнительное обеззараживание хлорированием.

Причинами этого может служить плохая герметизация оголовка скважины, недостаточно надежная изоляция водоносных горизонтов между собой и от поверхностных водоемов, эпизодическое ухудшение микробного состава воды, паводок, осложнение эпидемической обстановки и др.

Повышение качества воды из поверхностных водоемов осуществляется в двух основных направлениях. Помимо обеспечения эпидемической безопасности воды на начальном этапе производится ее очистка от механических, в том числе и микроскопических примесей.

Задачей этого этапа является достижение приемлемых органолептических свойств воды и в первую очередь прозрачности, что особенно ценится населением. Этот метод называется осветлением воды и обеспечивается отстаиванием, фильтрацией и коагуляцией. Одновременно с удалением взвешенных неорганических и органических примесей вода в некоторой степени обесцвечивается и дезодорируется. Однако для этих целей при необходимости можно применять и специальные методы очистки и улучшения свойств воды.

Цель: изучить методы очистки и обеззараживания воды.

Задачи:

1. Уметь давать гигиеническую оценку возможности применяемых методов очистки.

2. Научиться определять хлорпотребность воды, активный остаточный хлор в водопроводной воде.

3. Знать основные принципы устройства и действия средств улучшения качества воды.

4. Обучиться методике обеззараживания воды нормальными и большими дозами хлора.

Требования к исходному уровню знаний

Для полного освоения темы студенту необходимо повторить из:

а) микробиологии темы “Микрофлора водоемов. Источники контаминации микробами объектов окружающей среды”;

б) общей химии - темы “Вода как растворитель. Процессы коагуляции при очистке сточных вод и питьевой воды”;

в) медицинской биологии и генетики - тему “Организм как среда обитания, взаимодействие паразита и хозяина на уровне особи и на уровне популяции”.

Контрольные вопросы из смежных дисциплин

1. Какова роль воды как растворителя в жизнедеятельности организмов.

2. Что такое коагуляция и факторы, ее вызывающие.

3. Каковы основные законы коагуляции под действием электролитов?

4. Какие вы знаете источники контаминаций микробами воды? Приведите примеры.

5. Какую роль играет вода в распространении инфекционных заболеваний? Приведите примеры.

Вопросы к занятию:

1. Влияние хозяйственно-бытовой и производственной деятельности человека на свойства природных вод.

2. Требования и нормативы, предъявляемые к качеству воды при выборе водоисточника для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

3. Показатели загрязнения и самоочищения водоисточника.

4. Основные методы улучшения качества воды.

5. Способы и этапы очистки воды. Способы обеззараживания воды. Их гигиеническая оценка.

6. Хлорирование воды. Понятие о хлорпоглощаемости, хлорпотребности и остаточном хлоре. Способы хлорирования воды.

7. Специальные методы улучшения качества воды.

8. Санитарный надзор за водоснабжением. Зоны санитарной охраны.

Объем самостоятельной работы студентов

В системе улучшения качества воды научиться различать и рекомендовать задачи, методы и средства в зависимости от целевого назначения воды, обнаруженных в ней недостатков, технических возможностей и других факторов. В качестве примера использовать ситуационные задачи.

Лабораторная работа

Задание 1. Определение дозы хлора для нормального хлорирования, хлорпотребности воды и остаточного хлора в воде.

Оборудование: необеззараженная вода, 1% раствор хлорной извести, 5% раствор KJ, HСl 1:3, 1% раствор крахмала, 0,01 н раствор гипосульфита, колба, пипетки.

Ход работы:

Выбор дозы для нормального хлорирования. При обеззараживании воды нормальными дозами хлора большое значение имеет правильный выбор дозы активного хлора. Для этого берут такое количество хлорной извести, которое способно обеспечивать хороший бактерицидный эффект и наличие в воде 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора после 30-минутного контакта воды с хлором летом и 1-2 ч зимой.

Хлорирование воды по этому методу наиболее приемлемо при централизованном водоснабжении, так как небольшие количества остаточного хлора не изменяют органолептических свойств воды (вкус и запах) и не требуют последующего дехлорирования.

Количество миллиграммов активного хлора, поглощаемого органическими веществами в 1л воды, называют хлорпоглощаемостью воды, которая вместе с остаточным хлором составляет хлорпотребность воды.

Необходимая доза хлорной извести устанавливается путем опытного хлорирования воды и последующего контрольного определения в ней остаточного хлора.

Опытное хлорирование проводится следующим образом: в три химических стакана или колбы наливают по 200 мл воды, которая нуждается в обеззараживании. Туда же тарированной пипеткой, 1 мл которой содержит 20 капель раствора, вносят 1 % раствор хлорной извести: в первый стакан - 2 капли, во второй - 4 капли и в третий - 6 капель. Содержимое стаканов тщательно перемешивают и оставляют в покое на 30 мин для контакта хлора с водой.

Через 30 мин приступают к определению остаточного хлора. В каждый их трех стаканов вносят по 5 мл 5% раствора KI, 1 мл HСl 1:3 и 1 мл 1% раствора крахмала. Содержимое стаканов перемешивают и следят за появлением синей окраски, которая свидетельствует о наличии остаточного хлора. По количеству хлорной извести, внесенной в стакан, где появилось наименее интенсивное окрашивание, приближенно рассчитывают потребную для нормального хлорирования дозу хлорной извести в миллилитрах 1 % раствора или в граммах сухого вещества.

Для точного определения хлорпоглощаемости и хлорпотребности воды определяют количество остаточного хлора путем титрования 0,01 н. раствором гипосульфита, который добавляют по каплям в тот стакан, где окраска менее интенсивна, до полного обесцвечивания жидкости. Вторичное посинение жидкости, которое может наступить через 2-3 мин после конца титрования, не принимается во внимание. По результатам титрования проводят расчет остаточного хлора и определяют хлорпоглощаемость воды.

Пример расчета.Допустим, что в 1-м стакане, куда было внесено 2 капли 1% раствора хлорной извести, окрашивания не произошло, следовательно, там нет остаточного хлора, а в остальных стаканах синяя окраска появилась. Следовательно, хлорной извести, внесенной во 2-й стакан (4 капли), оказалось достаточно, чтобы обеззаразить воду, причем некоторое количество свободного хлора осталось.

Зная содержание активного хлора в 1 % растворе хлорной извести, рассчитывают количество активного хлора, внесенного в этот стакан: в приведенном выше примере 1 мл 1 % раствора хлорной извести содержит 2,428 мл,

следовательно, в 4 каплях - 2,428 · 4 = 0,48 мг активного хлора,

а на 1 л это составит 0,48 мг·5 =2,4 мг.

Остаточный хлор рассчитывается по количеству миллилитров гипосульфита, пошедшего на титрование окрашенной воды. Предположим, что на титрование воды во 2-м стакане пошло 0,1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита. Следовательно, на 1 л пойдет 0,1 мл·5=0,5 мл. Так как 1 мл 0,01 н. раствора гипосульфита соответствует 0,355 мг хлора, количество остаточного хлора в 1л исследуемой воды будет 0,355 мл·0,5=0,18 мг.

Количество активного хлора, поглощенного 1 л воды, равно 2,4 мг - 0,18 мг=2,22 мг, что и соответствует хлорпоглощаемости воды. Хлорпотребность воды равна 2,22 мг + (0,3-0,5) = 2,52 - 2,72 мг/л.

Задание 2. Хлорирование воды повышенными дозами.

Оборудование: необеззараженная вода, 1% раствор хлорной извести, 5% раствор KJ, HСl 1:3, 1% раствор крахмала, 0,01 н раствор гипосульфита, колба, пипетки.

Обеззараживание воды повышенными дозами хлора применяется обычно в полевых условиях, особенно при неудовлетворительных органолептических свойствах воды или неблагоприятном санитарно-топографическом окружении водоисточника, а также при наличии случаев инфекционных заболеваний в районе.

Доза активного хлора для перехлорирования выбирается так, чтобы заведомо превысить хлорпоглошаемость воды и обеспечить избыточное количество остаточного хлора. Это позволяет сократить время контакта хлора с водой до 10-15 мин летом и до 30 мин зимой.

Для перехлорирования сравнительно чистой воды выбирают дозы активного хлора около 5-10 мг/л, для более загрязненных вод с высокой цветностью и низкой прозрачностью используются дозы в 10-20 мг/л, при сильной загрязненности и неудовлетворительной санитарно-эпидемиологической обстановке применяются дозы 20-30 мг/л и выше.

Обеззараживание воды повышенными дозами хлора обычно производится при помощи хлорной извести, потребное количество которой вычисляется, исходя из намеченной дозы активного хлора и процентного содержания активного хлора в хлорной извести.

Поскольку содержание остаточного хлора при этом способе хлорирования может намного превышать допустимые дозы, и вода приобретает неприятный вкус и запах, проводится удаление избытка хлора, т.е. дехлорирование воды. Для дехлорирования обычно применяется 0,01 н. раствор гипосульфита или фильтрация воды через активированный уголь.

В лабораторных условиях перехлорирование небольших объемов воды проводится 1% раствором хлорной извести. Нужное для перехлорирования количество миллилитров 1 % раствора хлорной извести вычисляют с учетом содержания активного хлора в хлорной извести.

Если 1 мл 1 % раствора содержит 2,4 мг активного хлора, то 10,0 мг активного хлора содержится в Х мл раствора:

Х = 10·1 = 4,2 мл 1 % раствора хлорной извести на 1 л воды.

2,4

После внесения нужного количества 1% раствора хлорной извести в пробу воды (1л) ее хорошо перемешивают и через 10 мин проводят пробное дехлорирование гипосульфитом натрия.

Для этого из общего объема перехлорированной воды (1 л) отливают 100 мл в колбу, туда же приливают 5 мл 5 % раствора KJ, 1 мл HСl 1:3, 1 мл % раствора крахмала и титруют 0,01 н. раствором гипосульфита до обесцвечивания. Количество гипосульфита, пошедшее на титрование, является необходимым для дехлорирования 100 мл данной воды. Исходя из этой величины, рассчитывают объем гипосульфита, необходимый для дехлорирования оставшегося объема воды, которая была подвергнута перехлорированию (900 мл), и вливают его в эту воду. Эффект проведенного дехлорирования проверяют органолептически по наличию или отсутствию запаха хлора.