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;

• обесцвечивание;

обеззараживание

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 (обезжелезива-ние, 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):

• кипячение;

• ультрафиолетовое облучение;

• облучение у-лучами и др.

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 RNH₂C1), гипохлориты кальция и натрия ([Са(ОС1)₂] и NaOCl), хлорная известь (ЗСаОС! • СаО -5Н₂О), газо­образный хлор, двуокись хлора С1О₂ (диоксид хлора).

Бактерицидный эффект хлорирования объясняется в основном воздействием на протоплазму бактерий недиссоциированной мо­лекулы хлорноватистой кислоты, которая образуется при введе­нии хлора в воду:

С1₂ + Н₂О = НОС1 + НС1

Бактерицидным свойством обладают также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты:

НОС1 = ОС1 - + Н⁺

ОС1- = С1 - + О

Степень диссоциации НОС1 возрастает при повышении актив­ной реакции воды. Таким образом, с повышением рН бактери­цидный эффект хлорирования снижается.

Действующим началом при хлорировании хлорамианом и гипохлоритами является гипохлорит-ион, а двуокисью хлора НСЮ₂ — 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 1—5% 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 титрометрически, 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 сани­
тарной 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 по­
мимо хлора вводится также аммиак, в результате чего образуются
хлорамины. Этот метод употребляется для улучшения процесса
хлорирования:

1) при необходимости транспортировки воды по трубопрово­
дам на большие расстояния, так как остаточный связанный (хлор-
аминный) хлор обеспечивает более длительный бактерицидный
эффект, чем свободный;

2) содержании в исходной воде фенолов, которые при взаи­
модействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соеди­
нения, придающие воде резкий аптечный запах. Хлорирование с
преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые
из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциа­
ла в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние за­
пахи 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). Гиперхлориро­
вание является способом, используемым в неблагоприятной эпи­
демиологической обстановке, при отсутствии или неэффектив­
ной работе водоочистных сооружений, в полевых условиях, при
отсутствии возможности проведения пробного хлорирования для
определения хлорпотребности. Введение избыточных доз хлора
создает возможность надежного обеззараживания мутных, цвет­
ных, 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 хо­
роших 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 так­
же при использовании воды из источников непитьевого назначе­
ния (вода искусственных прудов и запруд) — 25 — 30 мг/л;

• в случае опасности применения бактериологического ору­
жия — 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 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).

В зависимости от результатов пробного хлорирования рассчи­тывают количество хлорной извести, необходимое для хлориро­вания 1 л воды.

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 1 М 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.