Файл: Рабочая программа дисциплина Коммунальная гигиена.doc

Умягчение — снижение природной жесткости воды. К методам умягче­ния воды относятся: 1) реагентные; 2) ионного обмена; 3) термический.

Из реагентных методов наиболее распространенный содово-известковый, с помощью которого кальций и магний осаждаются в отстойнике в виде нерас­творимых солей (кальция, магния карбонатов и др.). Известь (кальция гидрок-сид), внесенная в воду в большем количестве, чем это необходимо для связы­вания углекислоты (углерода диоксида), взаимодействует с кальция гидрокар­бонатом, образуя кальция карбонат, который выпадает в осадок.

Более современным методом является фильтрация воды через фильтры, заполненные ионитами, — катионитовое смягчение.

Иониты могут быть естественного или искусственного (минерального или органического) происхождения, практически нерастворимые в воде и орга­нических растворителях. Способны обменивать свои ионы на ионы раствора. Большинство ионитов — высокомолекулярные соединения сетчатой или прост­ранственной структуры. Иониты делят на катиониты (способны обменивать катионы) и аниониты (способны обменивать анионы).

С целью умягчения воду фильтруют через слой естественных (глаукони-товый песок) или искусственных катионитов толщиной 2—4 м. При этом ионы кальция и магния (Са2+, Mg2+) воды обмениваются на Na+ или Н+ катионита. В практике водоподготовки могут быть использованы лишь те катиониты, ко­торые получили гигиеническую оценку и разрешены для использования Ми­нистерством здравоохранения.

Умягчение воды кипячением дает возможность избавить воду только от устранимой жесткости за счет разложения кальция и магния гидрокарбонатов до нерастворимых карбонатов, которые выпадают в осадок (уравнения хими­ческих реакций приведены на с. 158).

Выбор того или иного способа определяется необходимой степенью умяг­чения (наилучший результат, приближенный к 100%, дает использование катионитов), зависит от количества воды, которую необходимо обработать, тех­нических и экономических расчетов.

Опреснение воды — это удаление растворенных в ней минеральных со­лей до величин, рекомендованных госстандартом, при которых вода становит­ся пригодной для питья или технических нужд. Наиболее распространенными методами опреснения воды на водопроводах являются дистилляция, химичес­кие (ионный обмен, реагентные), с применением селективных мембран (элект­родиализ, гиперфильтрация) и др. Опресненную воду обрабатывают, оптими­зируя для питья: фильтруют через активированный уголь (удаляют привкусы и запахи), фторируют и обогащают минеральными солями, пропуская через фильтры с мраморной крошкой и добавляя часть неопресненной воды.

---

Опреснение высокоминерализованных (солоноватых и соленых, в том чи­сле морских и океанических) вод является перспективным способом пополне­ния дефицита пресных вод в маловодных и аридных районах. Опреснение дос­тигают или удалением из воды излишков солей, или сепарацией молекул Н20. Сепарация связана в большинстве случаев (кроме метода экстракции и обрат­ного осмоса) с переходом воды в парообразное или твердое (лед) состояние, то есть с изменением ее агрегатного состояния.

В промышленном масштабе используют 5 основных методов опреснения воды: дистилляции, вымораживания, обратного осмоса, электродиализа, ион­ного обмена.

Дистилляционный процесс является одним из наиболее дешевых, поэто­му сегодня как по количеству опреснительных установок, так и, особенно, по их суммарной продуктивности методы дистилляции занимают доминирую­щее положение.

Производительность испарительных опреснительных установок сущест­венно зависит от максимальной температуры нагревания опресняющейся во­ды и степени рекуперации тепла. По характеру использования тепловой энер­гии и степени ее рекуперации дистилляционные установки разделяют на од­но-, многоступенчатые и парокомпрессионные.

Стоимость тепловой энергии составляет 30—40% стоимости опреснения воды методом дистилляции. В связи с этим в районах с высокой интенсивнос­тью солнечной радиации нашли применение солнечные опреснители парнико­вого типа или с концентрацией солнечного тепла зеркальными отражателями. Обычно максимальная температура нагревания воды в гелиоустановках не пре­вышает 65—70 °С, а их производительность зависит от испаряющей поверхнос­ти и колеблется в пределах до 4—5 л/м2 в сутки. Гелиоустановки применяют преимущественно для получения небольшого количества пресной воды.

Опреснение воды методом вымораживания основано на том, что тем­пература замерзания соленой воды ниже температуры замерзания пресной. Методы вымораживания экономичнее дистилляции. Оптимальным является охлаждение воды при 0 °С. Важным условием является медленное течение тер­модинамических процессов.

Технологией этой группы методов предусмотрена двухэтапность процесса:

I этап — частичное опреснение льда при медленном замерзании воды ниже 0 °С (образование агрегатов из кристаллов пресного льда, между которыми имеются пустоты

---

, заполненные замерзшым рассолом);

II этап — получение пресной воды при медленном растапливании льда (сна­чала тает и стекает с первыми порциями воды рассол, лед опресняется и при дальнейшем таянии образуется пресная вода).

Мембранные методы являются самыми простыми, однако они рентабель­ны лишь при обработке воды с невысоким содержанием солей.

Электродиализный метод опреснения воды основан на принципе разделе­ния солей в электрическом поле через селективные полупроницаемые ионито-вые мембраны: катионы солей, двигаясь под воздействием электрического тока к катоду, свободно проходят через катионитовые мембраны и задерживаются анионитовыми, анионы солей — наоборот. Попеременное размещение мемб­ран в электродиализном аппарате обусловливает образование камер опреснен­ной воды, чередующихся с камерами концентрата.

Метод обратного осмоса (гиперфильтрация) основан на опреснении во­ды путем фильтрации ее под высоким давлением (50—100 атм) через полупро­ницаемые мембраны, которые пропускают молекулы воды, но задерживают более крупные гидратированные ионы растворенных в воде солей. Сегодня ши­рокое применение получили мембраны из ацетатов целлюлозы, полиамидных соединений, полиакриловой кислоты, нейлона.

Метод ионного обмена широко применяют для опреснения вод с содер­жанием соли до 2—3 г/л, умягчения и глубокого обессоливания пресных вод. Основан он на применении практически нерастворимых в воде ионообменных зернистых материалов — катионитов и анионитов.

Для опреснения воды обычно используют катеониты в водородной и аниониты в гидроксильной формах, то есть, предварительно заряженные соответ­ственно обменными катионами водорода (Н-катионит) или гидроксильными анионами (ОН-анионит). Реакции ионного обмена подчиняются закону дейст­вия масс, поэтому регенерация катионитов и анионитов при их истощении со­ответственно осуществляется концентрированными в достаточной мере раст­ворами кислот и оснований.

Опресненные воды обычно не совсем пригодны для питья, что обуслов­ливает потребность в соответственном их кондиционировании: улучшении органолептических свойств, доочистке, коррекции макро- и микроэлементного состава, обеззараживании. Санитарно-технические требования к качеству на­чальных и опресненных вод, а также к применению различных методов опрес­нения высокоминерализованных вод для питьевых целей отражены в документе ВОЗ "Гигиенические аспекты опреснения воды",

---

Дезактивация. Коагуляция, отстаивание и фильтрация воды на водопро­водах снижает содержание радиоактивных веществ в ней на 70—80%. С целью более глубокой дезактивации воду фильтруют через катионо- и анионообменные смолы.

Дефторирование воды. Показания к использованию этого метода — по­вышенное (свыше 1,5 мг/л) содержание фтора в воде и большое количество среди населения больных флюорозом зубов II и выше степеней. Дефторирование воды показано лишь тогда, когда для оздоровления эндемического очага флюороза невозможно изменить источник водоснабжения или разбавлять его воду водой с низкой концентрацией фтора.

При дефторировании концентрацию фтора в воде доводят до оптимальной для определенной местности. Для удаления из воды избытка фтора предложено множество методов, которые можно разделить на реагентные (методы осажде­ния) и фильтрационные. Реагентные методы основываются на сорбции фтора свежеосажденными алюминия или магния гидроксидами. Этот метод рекоме­ндуется для обработки поверхностных вод, так как, кроме фторирования, до­стигается еще и осветление, и обесцвечивание.

Фторирование воды. Выбор дозы фтора должен обеспечить противокариозный эффект. Однако, если содержание фториона в воде превышает 1,5—2,0 мг/л, это приведет к поражению населения флюорозом. Вот почему во время фторирования воды содержание в ней фториона должно быть в преде­лах 70—80% от максимальных уровней в соответствии с разными климатичес­кими районами — в пределах 0,7—1,5 мг/л.

Для фторирования питьевой воды можно использовать фторсодержащие соединения, в частности кремниефтористый натрий (Na2SiF6), кремниефто­ристую кислоту H2SiF6, натрия фторид (NaF), кремниефтористый аммоний (NH4)2SiF6, кальция фторид (CaF2), фтористоводородную кислоту (HF) и т. п. Есть два способа фторирования воды: на протяжении года одной дозой и посезонно зимней и летней дозами. В первом случае на протяжении года доба­вляют одинаковую дозу фтора, которая отвечает климатическим условиям на­селенного пункта. Если доза изменяется в зависимости от сезона года, то в хо­лодный период, когда среднемесячная температура воздуха не превы­шает 17—18 °С, воду можно фторировать на уровне 1 мг/л, а в теплый период (например, в июне — августе) — на более низком уровне. Это зависит от сред­ней максимальной температуры в эти месяцы. Например, при тем­пературе 22—26 °С используют дозу 0,8 мг/л фториона, при 26—30 °С и вы­ше — 0,7 мг/л.

Обеззараживание воды ультразвуком.

---

Бактерицидное действие ультра­звука объясняется главным образом механическим разрушением бактерий в ультразвуковом поле. Данные электронной микроскопии свидетельствуют о разрушении клеточной оболочки бактерий. Бактерицидный эффект ультразву­ка не зависит от мутности (в пределах до 50 мг/л) и цветности воды. Он расп­ространяется как на вегетативные, так и на споровые формы микроорганизмов и зависит лишь от интенсивности колебаний.

Ультразвуковые колебания, которые могут быть использованы для обезза­раживания воды, получают пьезоэлектрическим или магнитострикционным путем. Чтобы получить воду, отвечающую требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством", интенсивность ультразвука должна составлять около 2 Вт/см2, частота колебаний — 48 кГц в 1 с. Ультразвук частотой 20—30 кГц уничтожает бактерии за 2—5 с.

Термическое обеззараживание воды. Метод используют для обеззара­живания небольшого количества воды в санаториях, больницах, на пароходах, поездах и пр. Полное обеззараживание воды и гибель патогенных бактерий до­стигается через 5—10 мин кипячения воды. Для этого типа обеззараживания используют специальные типы кипятильников.

Обеззараживание рентгеновским излучением. Метод предусматривает облучение воды коротковолновым рентгеновским излучением длиной волны 60—100 нм. Коротковолновое излучение глубоко проникает в бактериальные клетки, обусловливает их значительные изменения и ионизацию. Метод изу­чен недостаточно.

Обеззараживание вакуумированием. Метод предусматривает инактива­цию бактерий и вирусов при пониженном давлении. Полный бактерицидный эффект достигается в течение 15—20 мин. Оптимальный режим обработки — при температуре 20—60 °С и давлении 2,2—13,3 кПа.

Другие физические методы обеззараживания, такие как обработка у-облучением, высоковольтными разрядами, электрическими разрядами малой мощ­ности, переменным электрическим током, используют ограничено вследствие их высокой энергоемкости, сложности аппаратуры, а также из-за их недоста­точной изученности и отсутствия информации о возможности образования вредных побочных соединений. Большинство из них сегодня находятся на ста­дии научных разработок.

---