ГОСУДРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Фармацевтический факультет

Кафедра промышленной экологии

РЕФЕРАТ

Сравнительная характеристика методов обеззараживания воды

Выполнили: Рустемкулов А.Г.

Маханова А.Е.

333 группа

Санкт-Петербург

2015

Содержание

Введение…………………………………………………………………….……….3

1. Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды……………….....…...5

2. Химические методы обеззараживания питьевой воды…………………...…....7

2.1 Хлорирование…………………………………………………………………...7

2.1.1 Хлор………………………………………………………….………..……….8

2.2 Озонирование…………………………………………….……………...……....9

2.3 Олигодинамия…………………………………………………………..……….10

3. Физические методы обеззараживания питьевой воды……………..............…..11

3.1 Кипячение………………………………………………………….........……….11

3.2 Ультрафиолетовое облучение…………………………………...…………..….11

3.3 Электроимпульсный способ…………………………………………………….12

3.4 Обеззараживание ультразвуком………………………………………...………14

4. Комплексное обеззараживание……………………………………………...……15

Заключение……………………………………………………………………..…….16

Список использованной литературы………………………………….……………18

Введение

Среди многих отраслей современной техники, направленных на повышение уровня жизни людей, благоустройства населенных мест и развития промышленности, водоснабжение занимает большое и почетное место. Вода - это ведь непременная часть всех живых организмов, жизнедеятельность которых без воды невозможна. Для нормального течения физиологических процессов в организме человека и для создания благоприятных условий жизни людей очень важно гигиеническое значение воды. В настоящее время обеспечение населения водой высокого качества становится настоящей проблемой.

Проблема питьевого водоснабжения затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. В настоящее время это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, а также инженерная и экономическая. На питьевые и бытовые потребности населения, коммунальных объектов, лечебно-профилактических учреждений, а также на технологические нужды предприятий пищевой промышленности расходуется около 5-6% общего водопотребления. Технически обеспечить подачу такого количества воды нетрудно, но потребности должны удовлетворяться водой определённого качества, так называемой питьевой водой.

Питьевая вода - это вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека. Основные требования к качеству питьевой воды: быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, быть безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами. Для удовлетворения этих требований в настоящее время используется целый комплекс мер по подготовке питьевой воды.

Конечно, в реках и других водоёмах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает очень медленно. Реки уже давно не справляются со сбросами сточных вод и другими источниками загрязнения. А ведь уровень бактерицидного воздействия в сточных водах часто превышает норму в тысячи и миллионы раз. Стоки попадают в реки и озёра, а большинство городских водоканалов берут воду именно из них. Таким образом, обязательными процессами в подготовке питьевой воды являются качественная очистка и обеззараживание сточных вод.

Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. В процессе первичной очистки вод задерживаются до 98% бактерий. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды - её обеззараживание.

При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, а при использовании подземных вод - только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Но на практике использование для питья и подземных, и поверхностных вод практически всегда без обеззараживания невозможно.

1.Гигиенические задачи обеззараживания питьевой воды

Вода природных источников питьевого водоснабжения, как правило, не соответствует гигиеническим требованиям к питьевой воде и требует перед подачей населению подготовки - очистки и обеззараживания.

Очистка воды, включающая её осветление и обесцвечивание, является первым этапом в подготовке питьевой воды. В результате её из воды удаляются взвешенные вещества, яйца гельминтов и значительная часть микроорганизмов. Но часть патогенных бактерий и вирусов проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде. Для создания надёжного и управляемого барьера на пути возможной передачи через воду кишечных инфекций и других не менее опасных болезней применяется её обеззараживание, т.е. уничтожение живых и вирулентных патогенных микроорганизмов - бактерий и вирусов. Ведь именно микробиологические загрязнения воды занимают первое место в оценке степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам, является обязательным условием получения воды питьевого качества.

В практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование, воздействие препаратами серебра), безреагентные (ультрафиолетовые лучи, воздействие импульсными электрическими разрядами, гамма-лучами и др.) и комбинированные методы обеззараживания воды. В первом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически активных химических соединений. Безреагентные методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями. А в комбинированных методах используются одновременно химическое и физическое воздействия.

При выборе метода обеззараживания следует учитывать опасность для здоровья человека остаточных количеств биологически активных веществ, применяемых для обеззараживания или образующихся в процессе обеззараживания, возможность изменения физико-химических свойств воды (например, образование свободных радикалов). Важными характеристиками метода обеззараживания являются также его эффективность в отношении различных видов микронаселения воды, зависимость эффекта от условий среды.

При химических способах обеззараживания питьевой воды для достижения стойкого обеззараживающего эффекта необходимо правильно определить дозу вводимого реагента и обеспечить достаточную длительность его контакта с водой. Доза реагента определяется пробным обеззараживанием или расчетными методами. Для поддержания необходимого эффекта при химических способах обеззараживания питьевой воды доза реагента рассчитывается с избытком (остаточный хлор, остаточный озон), гарантирующим уничтожение микроорганизмов, попадающих в воду некоторое время после обеззараживания.

При физических способах необходимо подвести к единице объема воды заданное количество энергии, определяемое как произведение интенсивности воздействия (мощности излучения) на время контакта.

Существуют и другие ограничения в использовании того или иного метода обеззараживания воды. На этих ограничениях, а также на достоинствах и недостатках методов обеззараживания мы подробно остановимся ниже.

2.Химические методы обеззараживания питьевой воды

2.1 Хлорирование

Самый распространенный и проверенный способ дезинфекции воды - первичное хлорирование. В настоящее время этим методом обеззараживается 98,6 % воды. Причина этого заключается в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса в сравнении с другими существующими способами. Хлорирование позволяет не только очистить воду от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли железа и марганца. Другое важнейшее преимущество этого способа - его способность обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Существенный недостаток хлорирования - присутствие в обработанной воде свободного хлора, ухудшающее ее органолептические свойства и являющееся причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС). Бόльшую часть ГСС составляют тригалометаны (ТГМ) - хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их образование обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Этот процесс растянут по времени до нескольких десятков часов, а количество образующихся ТГМ при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Для устранения примесей требуется доочистка воды на угольных фильтрах. В настоящее время предельно допустимые концентрации для веществ, являющихся побочными продуктами хлорирования, установлены в различных развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для здоровья.

Для хлорирования воды используются такие вещества как собственно хлор (жидкий или газообразный), диоксид хлора и другие хлорсодержащие вещества.

2.1.1 Хлор

Хлор является наиболее распространённым из всех веществ, используемых для обеззараживания питьевой воды. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента - жидкого или газообразного хлора - и относительной простотой обслуживания.

Очень важным и ценным качеством использования хлора является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

Однако, хлор является сильнодействующим токсическим веществом, требующим соблюдения специальных мер по обеспечению безопасности при его транспортировке, хранении и использовании; мер по предупреждению катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

Одновременно с обеззараживанием воды протекают реакции окисления органических соединений, при которых в воде образуются хлорорганические соединения, обладающие высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Последующая очистка воды на активном угле не всегда может удалить эти соединения. Кроме того, что эти хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, они, пройдя через систему водоснабжения и канализации, вызывают загрязнение рек вниз по течению.

Присутствие в воде побочных соединений - один из недостатков использования в качестве дезинфектанта газообразного, а равно и жидкого хлора.

питьевой водоснабжение обеззараживание

2.2 Озонирование

Преимущество озона (О₃) перед другими дезинфектантами заключается в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения, которые придают воде неприятный запах (например, гуминовые основания). Кроме уникальной способности уничтожения бактерий, озон обладает высокой эффективностью в уничтожении спор, цист и многих других патогенных микробов. Исторически применение озона началось еще в 1898 г. во Франции, где впервые были созданы опытно-промышленные установки по подготовке питьевой воды.

Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет 1-6 мг/л при контакте в 8-15 мин; количество остаточного озона должно составлять не более 0,3-0,5 мг/л, т. к. более высокая доза придает воде специфический запах и вызывает коррозию водопроводных труб.

С гигиенической точки зрения озонирование воды - один из лучших способов обеззараживания питьевой воды. При высокой степени обеззараживания воды оно обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде.

Существенным недостатком озонирования явялется токсичность озона. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений - 0,1 г/м3. К тому же существует опасность взрыва озоновоздушной смеси.

2.3 Олигодинамия

Применение тяжелых металлов (медь, серебро и др.) для обеззараживания питьевой воды основано на использовании их «олигодинамического» свойства - способности оказывать бактерицидное действие в малых концентрациях. Эти металлы могут вводиться в виде растворов солей либо методом электрохимического растворения. В обоих этих случаях возможен косвенный контроль их содержания в воде. Следует заметить, что ПДК ионов серебра и меди в питьевой воде достаточно жесткие. К химическим способам обеззараживания питьевой воды относится также широко применявшееся в начале 20 в. обеззараживание соединениями брома и йода, обладающими более выраженными бактерицидными свойствами, чем хлор, но требующими и более сложной технологии. В современной практике для обеззараживания питьевой воды йодированием предлагается использовать специальные иониты, насыщенные йодом. При пропускании через них воды йод постепенно вымывается из ионита, обеспечивая необходимую дозу в воде. Такое решение приемлемо для малогабаритных индивидуальных установок. Существенным недостатком является изменение концентрации йода во время работы и отсутствие постоянного контроля его концентрации.

3.Физические методы обеззараживания питьевой воды

3.1 Кипячение

Из физических способов обеззараживания воды наиболее распространенным и надежным (в частности, в домашних условиях) является кипячение.

При кипячении происходит уничтожение большинства бактерий, вирусов, бактериофагов, антибиотиков и других биологических объектов, которые часто содержатся в открытых водоисточниках, а как следствие и в системах центрального водоснабжения.

Кроме того, при кипячении воды удаляются растворенные в ней газы и уменьшается жесткость. Вкусовые качества воды при кипячении меняются мало. Правда для надежной дезинфекции рекомендуется кипятить воду в течение 15 - 20 минут, т.к. при кратковременном кипячении некоторые микроорганизмы, их споры, яйца гельминтов могут сохранить жизнеспособность (особенно если микроорганизмы адсорбированы на твердых частицах). Однако применение кипячения в промышленных масштабах, конечно же, не представляется возможным ввиду высокой стоимости метода.

3.2 Ультрафиолетовое излучение

Обработка УФ-излучением - перспективный промышленный способ дезинфекции воды. При этом применяется свет с длиной волны 254 нм (или близкой к ней), который называют бактерицидным. Дезинфицирующие свойства такого света обусловлены их действием на клеточный обмен и особенно на ферментные системы бактериальной клетки. При этом бактерицидный свет уничтожает не только вегетативные, но и споровые формы бактерий.

Современные установки УФ-обеззараживания имеют производительность от 1 до 50 000 м3/ч и представляют собой выполненную из нержавеющей стали камеру с размещенными внутри УФ-лампами, защищенными от контакта с водой прозрачными кварцевыми чехлами. Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, который убивает все находящиеся в ней микроорганизмы. Наибольший эффект обеззараживания питьевой воды достигается при расположении УФ-установок после всех других систем очистки, как можно ближе к месту конечного потребления.

Этот способ приемлем как в качестве альтернативы, так и дополнения к традиционным средствам дезинфекции, поскольку абсолютно безопасен и эффективен.

Важно отметить, что в отличие от окислительных способов при УФ-облучении не образуются вторичные токсины, и поэтому верхнего порога дозы ультрафиолетового облучения не существует. Увеличением дозы почти всегда можно добиться желаемого уровня обеззараживания.

Кроме того УФ-облучение не ухудшает органолептические свойства воды, поэтому может быть отнесено к экологически чистым методам ее обработки.

3.3 Электроимпульсный способ

Достаточно новым способом обеззараживания воды является электроимпульсный способ - использование импульсивных электрических разрядов (ИЭР).

Сущность метода заключается в возникновении электрогидравлического удара, так называемого эффекта Л. А. Юткина.

Технологический процесс состоит из шести ступеней:

• подача жидкости в рабочий объём при равномерном профиле распределения скорости (причём рабочий объём заполняют с воздушным промежутком, а равномерный профиль распределения жидкости помогает уменьшить энергоёмкость процесса),

• зарядку накопителя электроэнергии в режиме постоянной мощности,

• инициирование одного или серии электрических разрядов в жидкости при скорости нарастания переднего фронта напряжения не менее 1010 В/с (энергию дозируют путём отсчёта зарядов),

• усиление эффекта разрушения микроорганизмов за счет формирования волн растяжения при отражении волн сжатия, образованных электрическим разрядом от свободной поверхности жидкости,

• подавление или гашение ударных волн в подводящих и отводящих жидкость магистралях для исключения их разрушения,

• отведение обеззараженной жидкости из рабочего объёма.

Кроме того, в частном случае возможно инициирование электрических разрядов в объеме, отделенном от рабочего объема средой, сохраняющей или увеличивающей амплитуду волн сжатия. Примером материала, являющегося средой, сохраняющей амплитуду волны на границе с водой, может быть пенополистирол.

В процессе обеззараживания питьевой воды электроимпульсным способом происходит большое количество явлений: мощные гидравлические процессы, образование ударных волн сверхвысокого давления, образование озона, явления кавитации, интенсивные ультразвуковые колебания, возникновение импульсивных магнетических и электрических полей, повышение температуры. Результатом всех этих явлений является уничтожение в воде практически всех патогенных микроорганизмов. Очень важно заметить, что вода, обработанная ИЭР, приобретает бактерицидные свойства, которые сохраняются до 4 мес.

Основным преимуществом электроимпульсного способа обеззараживания питьевой воды является экологическая чистота, а так же возможность использования в больших объемах жидкости.

Однако этот способ имеет ряд недостатков, в частности относительно высокую энергоемкость (0,2-1 кВтч/м3) и, как следствие - дороговизну.

3.4 Обеззараживание ультразвуком

В некоторых случаях для обеззараживания воды используется ультразвук. Впервые этот метод был предложен в 1928 г. Механизм действия ультразвука до конца неясен. По этому поводу высказываются следующие предположения:

- ультразвук вызывает образование пустот в сильно завихренном пространстве, что ведет к разрыву клеточной стенки бактерии;

- ультразвук вызывает выделение растворенного в жидкости газа, а пузырьки газа, находящиеся в бактериальной клетке, вызывают ее разрыв.

Преимуществом использования ультразвука перед многими другими средствами обеззараживания сточных вод служит его нечувствительность к таким факторам, как высокая мутность и цветность воды, характер и количество микроорганизмов, а также наличие в воде растворенных веществ.

Единственный фактор, который влияет на эффективность обеззараживания сточных вод ультразвуком - это интенсивность ультразвуковых колебаний. Ультразвук - это звуковые колебание, частота которых находится значительно выше уровня слышимости. Частота ультразвука от 20000 до 1000000 Гц, следствием чего и является его способность губительным образом сказываться на состоянии микроорганизмов. Бактерицидное действие ультразвука разной частоты весьма значительно и зависит от интенсивности звуковых колебаний.

Обеззараживание и очистка воды ультразвуком считается одним из новейших методов дезинфекции. Ультразвуковое воздействие на потенциально опасные микроорганизмы не часто применяется в фильтрах обеззараживания питьевой воды, однако его высокая эффективность позволяет говорить о перспективности этого метода обеззараживания воды, не смотря на его дороговизну.

4.Комплексное обеззараживание

Во многих случаях наиболее эффективным оказывается комплексное применение реагентных и безреагентных методов обеззараживания воды. Сочетание УФ-обеззараживания с последующим хлорированием малыми дозами обеспечивает как высочайшую степень очистки, так и отсутствие вторичного биозагрязнения воды. Так, обработкой воды бассейнов УФ-облучением в сочетании с хлорированием достигается не только высокая степень обеззараживания, снижение пороговой концентрации хлора в воде, но и, как следствие, существенная экономия средств на расходе хлора и улучшение обстановки в самом бассейне.

Аналогично распространяется использование озонирования, при котором уничтожается микрофлора и часть органических загрязнений, с последующим щадящим хлорированием, обеспечивающим отсутствие вторичного биозагрязнения воды. При этом резко сокращается образование токсичных хлорорганических веществ.

Заключение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рациональное использование для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

В современных условиях обеззараживание стало чуть ли не единственным обязательным процессом в многоступенчатой системе очистки воды питьевого водоснабжения. Коагулирование и фильтрование воды через песок освобождают ее от суспендированных примесей и частично снижают ее бактериальную загрязненность. Но только обеззараживанием воды можно на 98% очистить воду от патогенных микроорганизмов.

Постоянное совершенствование методов и средств, с помощью которых осуществляется дезинфекция, вызвано двумя факторами: развитием у микроорганизмов резистентности не только к антибиотикам, но и дезинфицирующим средствам, а также несовершенством используемых дезинфицирующих средств. Следует учитывать и то, что возможно и вторичное загрязнение уже подготовленной воды при транспортировке её по трубам распределительной сети.

В связи с этим поиск и внедрение наиболее рационального способа обеззараживания воды из проблемы актуальной переходит в раздел социально значимых.

Постоянное совершенствование дезинфицирующих средств приведёт к созданию новых, эффективных и безопасных соединений. Уже сейчас разрабатываются новые дезинфицирующие средства на основе таких традиционных групп химических соединений, как спирты, альдегиды, фенолы, перекиси, ПАВ и хлорсодержащие вещества. Кроме того, постоянно разрабатывается возможность их соединения для создания композитного дезинфицирующего средства.

Обеззараживание является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции и должно обеспечивать эпидемиологическую безопасность населения.

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня тем более остро, что качество ее в природных источниках неуклонно ухудшается. В государственном докладе «Вода питьевая» отмечено, что около 70 % рек и озер страны утратили свое качество как источники водоснабжения, а приблизительно 30 % подземных источников подверглись природному или антропогенному загрязнению. Около 22 % проб питьевой воды, отбираемых из водопроводов, не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим нормам, а более 12 % - по микробиологическим показателям.

Список литературы

1. Большаков А.М., Никовина И.М. Общая гигиена Учебная литература для студентов фармацевтических институтов 1985г. 92-95 с.

2. Яковлев С.В, Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод / Учебник для вузов: - М.: АСВ, 2002 - 704 с.

3. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: В 3-х т. - Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод / Научно-методическое руководство и общая редактора докт. техн. наук, проф. Журбы М.Г. Вологда-Москва: ВоГТУ, 2001. - 324 с.

4. Мазаев В.Т., Корлёв А.А., Шлепнина Т.Г. Коммунальная гигиена / Под ред. В.Т. Мазаева. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru