книги из ГПНТБ / Карюхина Т.А. Химия воды и микробиология учебник

требованиям ГОСТа по коли-индексу. Однако умелое управление технологическим процессом очистки на стан­ циях обеспечивает выполнение требований ГОСТа, предъявляемых к питьевой воде.

В последнее время было найдено, что при содержа­ нии в воде кишечных палочек, соответствующем нор­ мам, в ней возможно присутствие патогенных бактерий, не выявляемых коли-титром. Проблема приобрела еще большую остроту, когда в воде были обнаружены эитеровирусы, заражающие человека и сохраняющиеся в воде дольше кишечных палочек. Энтеровирусы значи­ тельно более устойчивы к действию хлора, большая их часть остается после хлорирования жизнеспособной. По­ этому в 'санитарной микробиологии были предприняты поиски более устойчивого к хлору показателя фекаль­ ного загрязнения. Таковыми оказались энтерококки.

Очевидно, в недалеком будущем требования сани­ тарного контроля будут расширены, а в качестве кон­ трольных показателей окажутся не только кишечные палочки, но и энтерококки и вирусы.

Поверхностные источники водоснабжения, помимо микробиологических тестов, характеризуются также данными гидробиологических наблюдений. Путем микроскопирования пробы воды определяется количество клеток фито- и зоопланктона.

Концентрация клеток фитопланктона меняется по се­ зонам; летом содержание фитопланктона в период его

рачки, черви, личинки хирономид и бентосные организ­ мы. В зимний период в воде встречаются в основном рачки. Число организмов зоопланктона обычно выража­ ют количеством экземпляров в 1 м3 воды; реже, если вода очень загрязнена, их относят к 1 л воды. Для рек средней полосы европейской части нашей страны кон­ центрация зоопланктона колеблется в пределах 100— 10 000 экз. в 1 м3 воды.

В воде источников встречаются крупные организмы, видимые невооруженным глазом. Их количество также

90

В питьевой.воде фито- и зоопланктон, а также круп» ные организмы должны отсутствовать.

§ 46. Организация контроля качества воды

Для поверхностных источников кроме указан­ ных выше характеристик определяются дополнительно такие показатели, как биохимическая потребность в кис­ лороде (ВПК) и содержание растворенного кислорода, тяжелых металлов, .радиоактивных элементов, вредных примесей (значение некоторых из этих показателей под­ робно рассмотрено в разделе «Сточные воды»).

Перечисленные показатели не дают исчерпывающей характеристики воды. Для воды хозяйственно-питьевого назначения ГОСТом регламентируется содержание еще

Частота проведения контрольных анализов воды ис­ точника и воды, подаваемой потребителю, устанавлива­ ется органами санитарного надзора. Наиболее устойчи­ вые показатели состава и свойств воды определяются реже, а изменяющиеся быстро и наиболее важные, ха­ рактеризующие санитарное состояние воды, — очень ча­ сто. Так, вода из распределительной сети городского во­ допровода на остаточный хлор, коли-индекс, запахи и привкусы, мутность, цветность и прозрачность анализи­ руется каждый час. Полный же химический анализ.во­ ды источника водоснабжения проводится один раз в ме­ сяц.

Концентрации примесей в воде поверхностных источ­ ников значительно изменяются по сезонам года. Поэто­ му при описании качества и свойств воды выделяются характерные сезоны, которые могут быть разной про­ должительности: летний и зимний периоды, весеннее и осеннее половодье.

Правила отбора jipo6 регламентируются ГОСТ 4979—49 и ГОСТ 5215—50. Из открытых водоемов про­ бы воды отбирают из водоприемника или в предпола­ гаемом месте устройства водоприемных сооружений. Из

91

артезианских скважин пробы воды отбирают после не­ прерывной откачки не менее 12 ч, при этом расход отка­ чиваемой воды должен быть не менее 30% предполагае­ мого эксплуатационного дебита скважины. Из безнапор­ ных скважин шахтных колодцев отбирают не менее трех проб за сезон, из напорных артезианских скважин от­ бирают всего две пробы (с перерывом в 24 ч) в любое время года. Это правило действует в том случае, если

с подробным указанием места отбора, температуры во­ ды в источнике, даты и часа отбора с описанием внеш­ него вида воды и ее запаха указываются также метео­

изменениям, желательно определять на месте, сразу пос­ ле отбора пробы. Это—^величина рН, содержание угле­

изменения ее первоначального состава. Под обработкой воды понимают не только ее очистку от ряда нежела­ тельных и вредных примесей, но и улучшение природ­ ных свойств путем обогащения ее недостающими ингре­ диентами.

Воды, используемые для хозяйственно-питьевых це­ лей, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 2874—54

92

по цветности, мутности, запаху, содержанию бактерий Coli и т.д. Эти требования подробно рассмотрены в § 31—45.

Весь комплекс методов обработки воды можно под­ разделить на следующие основные группы:

а) улучшение органолептических свойств воды (ос­ ветление, дезодорация, обесцвечивание и др.);

ды; 7 — хлораторная

в) кондиционирование минерального состава (фто­ рирование, обесфторивание, обезжелезивание, умягче­ ние и пр.).

Методы обработки воды выбираются на основе пред­ варительного изучения состава и свойств воды источни­ ка, намеченного к использованию, и с учетом вида во­ допользования.

Наиболее часто применяемая схема обработки воды на коммунальных водопроводных станциях включает: предварительное хлорирование, механическую очистку на вращающихся сетках, коагулирование и известкова­ ние с последующим отстаиванием, фильтрование, вто­ ричное хлорирование и аммонизацию. Эта схема иногда дополняется обработкой воды активированным углем— углеванием.

Обычно очистную станцию располагают вблизи ис­ точника водоснабжения. Исходная вода забирается на­ сосами I подъема и передается в систему очистных со­ оружений. Движение воды по очистным сооружениям чаще всего самотечное, редко напорное. Очищенная на -станции вода собирается в резервуар чистой воды, от­

93

ческий процесс и состав сооружений очистной станции промышленного водопровода определяются требования­ ми, предъявляемыми к качеству воды для каждого про­ изводства. Ряду производств необходима вода такого состава, который в природных условиях практически не встречается. В этих случаях схема обработки может оказаться очень сложной и будет включать использова­ ние ионообменных смол, электроосмоса и других физи­ ческих и химических методов обработки воды. В то же время для многих производственных процессов требо­ вания к качеству воды значительно ниже, чем к питье­ вой воде, а потому схема ее обработки проще. Напри­ мер, более низкие требования предъявляются к воде, используемой для охлаждения аппаратов.

§ 48. Предварительная обработка

Для повышения эффективности и производи­ тельности основных сооружений водопроводной станции производится предварительная обработка воды. Вопро­ сы о необходимости и способах предварительной обра­ ботки решаются в зависимости от качества и состава

аэрацию, подщелачивание и т. п. На станциях комму­ нального водопровода широко применяют метод предва­ рительного хлорирования.

(форма залива может быть очень разнообразна). Ковш устраивается при отборе из рек больших количеств во­ ды для борьбы с шугой и для дополнительного отстаи­ вания.

Правилами технической эксплуатации для предвари­

94

ходимым условием является обеспечение в обрабатыва­ емой воде остаточного хлора (непрореагировавшего) до 0,5 мг/л (в среднем 0,1—0,3 мг/л). Чем более загрязне­ на вода, тем выше требуемая доза хлора. В практике эксплуатации бывают случаи, когда расход хлора напредварительное хлорирование повышают до 7—8 мг/л.

Снижение цветности вследствие предварительного хлорирования может достигать 30—50%, а обеззаражи­ вание (по содержанию бактерий Coli) —90—99%-

При повышении интенсивности запаха и появлении новых его оттенков предварительное хлорирование до­ полняется углеванием. В отдельных случаях углевание, как и предварительное, хлорирование, проводят кругло­ годично.

Углевание производят пульпой активированного уг­ ля, которую вводят в смеситель, в ковш или в каналы, подводящие воду к станции. Доза активированного уг­ ля зависит от интенсивности запаха; обычно она нахо­ дится в пределах 1—10 мг/л. Правилами технической эксплуатации допустимая доза активированного угля определена в 20 мг/л, если пульпа вводится до отстой­ ников, и в 5 мг/л при введении после отстойников. При­ менение углевания позволяет получать воду, удовлетво- • ряющую требованиям ГОСТа по показателю «запах».

Контроль технологического процесса предваритель­ ной обработки воды складывается из определения и поддержания необходимых доз хлора и угля и регистра­ ции качества воды после обработки этими реагентами. Качество предварительно обработанной воды оцени­ вается теми же .показателями, что и качество исходной воды источника.

§ 49. Коагулирование

Одним из наиболее широко применяемых ме­ тодов снижения количества взвеси является седимента­ ция под действием сил тяжести частиц. Поскольку ча­ стицы взвеси, обусловливающие мутность природных вод, отличаются малыми размерами, их осаждение про­ исходит крайне медленно; кроме того, наличие приме­ сей коллоидного характера еще более осложняет про­ цесс седиментации.

Для интенсификации процесса осаждения и повы­ шения его эффективности применяется обработка воды

95

лиакрйламид и другие вещества. Если исходная вода имеет низкую щелочность, то коагуляция затрудняется.

подщелачивания воды. Коагуляция в среде с повышен­ ной щелочностью происходит более эффективно.

Вода после обработки коагулянтами освобождается от взвеси, части гумусовых веществ, обусловливающих цветность, значительной части бактериальных загрязне­ ний (вследствие их сорбции) и более крупных планктон­ ных организмов.

Действие коагулянта в воде может быть сведено к трем основным процессам: собственно коагуляции, флокуляции и соосаждению, сорбции.

Большинство коллоидных частиц природных вод име­ ют на грануле отрицательный заряд. Его нейтрализация, разрушение диффузионного слоя и гидратной оболочки достигаются введением электролита и золей с противопо­ ложным зарядом частиц. В роли электролитов исполь­ зуют соли алюминия и железа.

Поскольку природные воды имеют запас щелочности, то введенный катион алюминия вступает во взаимодей­ ствие с карбонат- и гидрокарбонат-ионами с образовани­ ем малорастворимой (при р Н < 1 0 , 2 ) гидроокиси алюми­ ния:

Т

A l 3 + + 3HCO;f -> А1(ОН)3 + ЗС02 ;

2 А 1 3 + Ч - З С О | - + З Н 2 0 -=> 2А1(ОН)3 + З С 0 2 .

Если в качестве коагулянта используется железный купорос FeSC>4, то в результате нейтрализации образует­ ся гидроокись закиси железа Fe(OH)2 , которая в при­ сутствии растворенного кислорода в воде (при р Н > >6,8) очень быстро переходит в гидроокись трехвалент­ ного железа:

Fe2 + + 2НСО3- -» Fe(OH)2 + 2С0 2 ;

96

F e 2 + + O0f~ + FrO -> Fe(OH)2 + CO~2;

2Fe(OH), + 0 2 -> 2Fe(OH)3 ,

v

Гидроокиси алюминия и железа образуют в воде зо­ ли с положительным зарядом на грануле. Эти коллоид­ ные частицы усиливают общее коагулирующее действие введенных солей.

.Таким образом, собственно коагуляция складывает­ ся из действия электролита и золя образующейся гидро­ окиси. Коагулирующее действие золя оказывается пре­ обладающим, поскольку коагуляция только за счет электролита в воде с малой щелочностью практически ' не происходит. Вот почему при недостатке запаса щелоч­ ности в воде ее создают искусственно введением щелоч­ ного агента, чаще всего извести. Вводимая известь кро­ ме прямого назначения, являясь электролитом, проявля­ ет коагулирующее действие, а нерастворимая часть из­ вести (в товарной извести ее содержание доходит до 70%) действует как механический сорбент.

Гидроокиси железа и алюминия в воде почти нерас­ творимы. Хлопья частиц гидроокиси осаждаются на дно сооружения и увлекают с собой нерастворенные частицы взвеси (ила, клеток планктона, крупных организмов, ос­ татков растений и т.д.). Это явление носит название флокуляции (укрупнения частиц при их столкновении) и соосаждения.

терии, гуминовые вещества и некоторые растворенные соединения, например ионы тяжелых металлов. Указан­ ные механизмы действия коагулянта осуществляются одновременно, и при изучении этого явления их рассмат­ ривают всегда в комплексе.

Доза коагулянта устанавливается на основе данных пробного коагулирования. Ориентировочно при проекти­ ровании дозу сернокислого алюминия определяют по табл.4. Этой таблицей пользуются в том случае, если предполагается обрабатывать высокомутную воду с ко­ личеством взвешенных веществ не менее 100 мг[л. Для маломутных, но высокоцветных вод при определении до-

Т а б л и ц а 4

гдеД к — максимальная доза безводного сернокислого

При отрицательной величине Д щ подщелачивание не требуется.

Процессы коагуляции могут быть интенсифицирова­ ны путем добавления к основному коагулирующему агенту специальных веществ, названных флокулянт.ами. Флокулянты могут быть как неорганическими (активи­ рованная кремниевая кислота), так и органическими

98

[полиакриламид (ПАА), альгинат натрия, щелочной крахмал, карбоксиметилцеллюлоза, катиониты К-4, К-6, ВА-2 и др.]. Наибольшее распространение получили ак­ тивированная кремниевая кислота и ПАА.

Кремниевая кислота дает отрицательно заряженный золь (по типу золя, показанного на рис. 3), введение которого ускоряет коагуляцию золя гидроокиси алюми­ ния. Возникновение центров коагуляции, т. е. первых хлопьев осадка, обусловливает быстрое хлопьеобразование во всем объеме воды.

Полиакриламид в воде образует длинные цепочки вытянутой или изогнутой формы, которые способны с частицами взвеси образовывать крупные, хорошо осаж­ дающиеся хлопья. Обычно ПАА применяется в дополне­ ние к основному коагулянту, реже —• самостоятельно.

основного коагулянта. Особенно эффективен полиакрил­ амид при обработке высокомутных вод. Полезно вво­ дить ПАА и на последующих стадиях обработки воды, перед фильтрами; необходимые его дозы в этом случае очень малы — примерно 0,01—0,1 мг/л.

Перед использованием любого реагента обязательно проводят его подробный химический анализ для уста­ новления доли активной части реагента и наличия неже­ лательных примесей, например некомпенсированной серной кислоты, окислов мышьяка в сернокислом алю­ минии, нефтепродуктов, тяжелых металлов. Этих приме­ сей в реагенте быть не должно.

Эффективность процесса коагуляции определяется рядом условий: составом и свойствами обрабатываемой воды, качеством используемого коагулянта, правильно­ стью определения его оптимальной дозы, гидродинами­ ческими условиями смешения и т. д.

В технике обработки природных вод различают коа­ гулирование в свободном объеме и контактную коагуля­ цию. В первом случае вода после смешения с реагента­ ми в смесителях передается в камеры хлопьеобразования, где находится 30 мин, и затем поступает в отстой­ ник. Во втором варианте вода с внесенными в нее реа­ гентами подается на фильтры и проходит через слой зернистой загрузки, выполняющей роль центров коагу­ ляции, чем облегчается, процесс образования и выделе­ ния хлопьев из воды.