Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Анализ качества питьевой воды - файл 1.doc


Анализ качества питьевой воды
скачать (380 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc380kb.13.12.2011 22:33скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...




Анализ качества питьевой воды

Научно-исследовательская работа

1. Введение

Питьевая вода – важнейший фактор здоровья человека. Практически все источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной интенсивности. Санитарное состояние большей части открытых водоемов России в последние годы улучшилось из-за уменьшения сброса стоков промышленныхпредпрятий, но все еще остается тревожным.

Наиболее сильно поверхностные воды загрязнены в бассейнах Волги, Дона, Иртыша, Невы, Северной Двины, Тобола, Томи и ряда других рек.

В нашей стране 10138 коммунальных и 53506 ведомственных водопроводов, в том числе с водозабором из поверхностных водоемов соответственно 1036 и 1275. Они обеспечивают в основном крупные города и подают 68% водопроводной воды. Остальные питьаются от подземных источников.

Из-за нехватки сооружений для очистки и обеззараживания воды на большинстве водопроводов с водозабором из открытых водоемов состояние источников централизованного водоснабжения в целом по стране крайне неблагополучное.

В ряде водозаборов обнаружены соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия) в концентрациях, превышающих ПДК, и возбудители инфекционных заболеваний.

Состояние источников питьевого водоснабжения, неудовлетворительная очистка и обеззараживание напрямую связаны с качеством питьевой воды, подаваемой потребителям. В целом по РФ 20,6% проб, взятых из водопровода, не отвечают игиеническим требованиям к питьевой воде по санитарно-химическим показателям (15,9% - по органолептическим, 2,1% - по минерализации, 2,1% - по токсическим веществам) и 10,6% - по микробиологическим.

Чаще всего низкое качество питьевой воды из централизованных систем водоснабжения связано с повышеннным содержанием в ней железа и марганца. Избыток железа природного происхождения характерен для подземных вод в южной и центральной частях России, а также в Сибири. Кроме того, концентрация железа повышается при коррозии стальных и чугунных водопроводных труб.

Низкое качество питьевой воды сказывается на здоровье населения – она играет важнейшую роль в процессах жизнедеятельности биологических систем, зародившихся в водной среде. Особенности физико-химических свойств воды и их постоянство во многом способствовали быстрому развитию живых организмов в процессе эволюции. Достигнув высшей ступени развития, человек остался полностью зависим от качества водной среды своего организма, объем которой составляет 60-65% от массы тела. Почти 89% воды содержит человеческий мозг, до 80% воды входит в состав человеческой крови, более чем на 70% мышцы человека содержат все ту же воду, и даже в костях скелета около 20 % влаги. В этой среде совершается множество биохимических реакций, составляющих основу жизни. Успешное функционирование любого организма поддерживается благодаря непрерывному обмену воды и вещества между внутренними жидкими средами организма и внешней средой.

Вода является исключительно важным фактором, определяющим структуру и биологические свойства таких органических веществ, как белки, нуклеиновые кислоты, липиды, а также структуру и функциональные свойства биологических мембран и субклеточных органелл клетки. Одна из причин старения человеческого организма – понижение способности коллоидных веществ (особенно белков) связывать большие количества воды.

В многочисленных химических реакциях и физико-химических процессах (ассимиляция, диссимиляция, осмос, диффузия, транспорт и др.), лежащих в основе самой жизни, вода является основной средой, а в большинстве случаев – обязательным участником.

Вследствие электрополярной природы вода растворяет многие кристаллические соли и полярные соединения (сахара, простые спирты, альдегиды и кетоны) гораздо лучше других жидкостей. Вода также способна диспергировать многие соединения, образуя при этом мицеллы. Она еще и транспортная система организма – переносит питательные вещества, энзимы, продукты метаболизма, газы, антитела и т.д.

Водный обмен протекает с большой интенсивностью. Даже при комфортной температуре окружающей среды и небольшой физической нагрузке взрослый человек выделяет в сутки примерно 2,5 л воды. При повышении температуры и более интенсивном физическом труде это количество значительно увеличивается – только за счет потоотделения здоровый человек может терять в сутки около 14 л жидкости. Без пищи человек может прожить несколько недель, но без воды погибает через несколько суток. Даже небольшой дефицит влаги в организме приводит к тяжелым расстройствам: резко падает вес тела, уменьшается объем крови, увеличивается ее вязкость, снижается секреция пищеварительных желез. При потере лишь 10% жидкости (от общего объема) наступает дегидратационное отравление, характеризуемое серьезными нарушениями кровообращения и расстройствами центральной нервной системы. При потере взрослым человеком 15% влаги, в организме начинаются необратимые патологические изменения. А потеря 20-25% воды организмом вызывает смерть.

Организм строго регулирует количество воды в каждой системе, органе, клетке. Между количеством потребляемой и выделяемой воды, как правило, существует строгое равновесие. В нормальных условиях потребность взрослого человека в воде составляет около 40 мл/кг массы тела в сутки.

Опираясь на эти данные, не трудно предположить, какое значение для здоровья и жизни любого живого существа на планете имеет качество получаемой им воды.

В Свердловской области обнаружена связь между содержанием хлорорганическихсоединений в питьевой воде 12 городов и онкологическими заюолеваниями, спонтанными абортами, частотой мутаций в соматических клетках детей. Выяснилось, что Екатеринбург остается одним из городов максимального риска как по загрязнению воды, так и по мутагенной и канцерогенной опасности. Кроме того, здесь выявлена мутагенная активность воды перед подачей ее в городскую сеть. Мутагенный риск от хлорированной питьевой воды, поступающей с одной из фильтровальных станций, подтвержден цитогенетическим исследованием детей, живущих в соответствующих микрорайонах города.

Основными источниками загрязнения питьевой воды являются:

1. Коммунальные стоки – содержат как химические, так и микробиологические загрязнения и представляют серьезную опасность. Содержащиеся в них бактерии и вирусы являются причиной опасных заболеваний: сыпного тифа и паратифа, сальмонеллеза, бактериальной краснухи, эмбрионов холеры, вирусов, вызывающих воспаления окломозговой оболочки и кишечных заболеваний. Такая вода может быть переносчиком яиц глистов (солитеры, аскариды и власоглавы). В коммунальных стоках присутствуют также токсичные детергенты (моющие вещества), сложные ароматические углеводороды (САУ), нитраты и нитриты.

2. Промышленные стоки.

В зависимости от отрасли промышленности могут содержаться практически все существующие химические вещества: тяжелые металлы, фенолы, формальдегид, органические растворители (ксилол, бензол, толуол), упомянутые выше САУ и так называемые особо токсичные стоки. Последняя разновидность вызывает мутагенные (генетические), тератогенные (повреждающие плод), и канцерогенные (раковые новообразования) изменения. Главные источники особо токсичных стоков: металлургическая промышленность и машиностроение, производство удобрений, целлюлозно-бумажная промышленность, цементно-асбестовое производство и лакокрасочная промышленность. Парадоксально, но источником загрязнения является также сам процесс очистки и водоподготовки.
3. Коммунальные стоки.

В большинстве случаев, там, где нет сети водоснабжения, нет и канализации, а если и есть, то она (канализация) не может полностью предотвратить проникновению отходов в грунт и, следовательно, в грунтовые воды. Конечно же, все компоненты стоков профильтрованы сквозь верхний слой грунта, но некоторые из них (вирусы, водорастворимые и текучие субстанции) способны проникать в грунтовые воды практически без потерь.

4. Промышленные отходы.

Большинство этих отходов направляются прямо в реки, но промышленные пыль и газы оседают непосредственно или в соединении с атмосферными осадками и накпливаются на поверхности почвы, растениях, растворяются и проникают вглубь. Промышленные пыль и газы переносятся воздушными потоками на сотни километров от источника эмиссии. К промышленным загрязнениям почвы относятся также органические соединения, образующиеся при переработке овощей и фруктов, мяса и молока, отходы пивзаводов, животноводческих комплексов.

Металлы и их соединения проникают в ткани организма в виде водного раствора. Проникающая способность очень высока: поражаются все внутренние органы и плод. Удаление из организма через кишечник, легкие и почки приводит к нарушению деятельности этих органов. Накапливание в организме следующих элементов приводит к:

поражению почек – ртуть, свинец, медь;

поражению печени – цинк, кобальт, никель;

поражению капилляров – мышьяк, висмут, железо, марганец;

поражению сердечной мышцы – медь, свинец, цинк, кадмий, ртуть, таллий;

возникновению раковых заболеваний – кадмий, кобальт, никель, мышьяк, радиоактивные изотопы.
В таблице 1 представлены данные количественного анализа органических загрязнений в реке Москва и Яузе. Там же для сравнения приведены данные для американских рек, а также указаны принятые в нашей стране предельно допустимые концентрации (ПДК, в мкг/л) водных загрязнений, при превышении которых контролирующие инстанции обязаны применять экономические или более суровые санкции к нарушителям. В нижней строке таблицы даны суммы (S) относительных концентраций (Сi / ПДКi) всех загрязнителей, которые являются единой и показательной характеристикой качества воды.

Таблица 1.

Предельно допустимые (ПДКi) и средние (Сi) концентрации летучих органических загрязнений воды в реке Москва и реках США.

i

Соединение

ПДКi согласно

ГОСТ [5], мкг/л

Сi, мкг/л,

р. Москва [16]

реки США [15]

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Диоктилфталат

Бензол

Толуол

Дибутилфталат

Дихлорнитробензол

Хлороформ

Трихлорэтилен

Ксилолы

Хлорнитробензол

Трихлорбензол

Бромдихлорметан

Дибромхлорметан

Нитротолуол

1,2-дихлорэтан

Тетрахлорэтилен

Этилбензол

Четыреххлористый углерод

Дихлорбензолы

Фенол

1,1-дихлорэтиден

Хлорнитротолуол

Нитрофенилэтанол

Гидроксисесквитерпен

Бромоформ

1000

500

500

200

100

60

60

5 0

50

30

30

30

20

20

20

10

6
2

1

0,6

300
40

100-600

100-10000

500-1000

100-1500

200-800

3500-65001

40-70

300-700

10-400
300-2000

800-1300

120



1,0

0,9

2,1

0,3

0,9
0,18

6

3,2
1,8

1,4
0,6
0,18


3,3




S=Σ(Ci / ПДКi)2




190-940

1.61


Из таблицы следует, что показатель ГОСТа в случае американских рек превышен в 1,6 раза, а для р. Москва – в 940 раз!

Но есть веские основания для подозрений, что ситуация еще хуже. Большинство токсичных примесей хлорорганической природы (пестициды, диоксины, полихлорароматические соединения) имеют столь низкие значения ПДК, что опасны для здоровья в таких ничтожных концентрациях, которые могут быть измерены далеко не во всякой лаборатории и далеко не всяким специалистом. В ГОСТе охарактеризованы 1345 токсичных химических веществ. Но такого прибора, который сразу бы выдал содержание всех этих 1345 веществ в пробе воды, не существует.

Мало кто в наши дни сомневается, что вода, которую мы пьем и используем в быту, нуждается в дополнительной очистке, откуда бы она не поступала – из колодца, артезианской скважины или водопровода. По статистике Госстроя России, в аварийном состоянии сейчас находится около 40% городской водопроводной сети, не говоря уже о загородных коттеджах и дачных поселках, где качество природной воды зачастую выходит за пределы санитарных норм. В своих докладах на научных конференциях ученые все чаще константируют, что из нашего крана течет не только не питьевая, но даже не «бытовая» вода.

Чтобы улучшить снабжение аселения питьевой водй, санитарно-эпидемиологические органы совершенствуют санитарное законодательство и норматиную базу, устанавливающую критерии безопасности питьевой воды. Продолжается работа над проектом Закона РФ «О питьевой воде и питьевом водоснабжении». В ряде субъектов РФ (Башкоргтостан, Чувашия, Воронежская область) уже приняты законы «О питьевой воде». Подготовлена федеральная программа «Обеспечение населения России питьевой водой». В большей части субьектов РФ разработаны регионгальные программы по улучшению снабжения населения питьевой водой, кое-где такие программы в стадии подготовки (Башкортостан, Самарская, Новосибирская области и др.). С 1 января 1998г. введен в действие новый норматив «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения».

Но сами по себе принятие законов, разработка программ, издание приказов и распоряжений при недостаточном финансировании не улучшат качество питьевой воды, а следовательно, и здоровье населения. Проблема обеспечения населения Российской Федерации питьевой водой нормативного качества стала одной из самых острых проблем современного общества – проблемой национальной безопасности.
^ 2. Обзор литературных источников

Один из важнейших вопросов, который интересует людей – это качество потребляемой воды. Для того чтобы дать ответ на вопрос о чистоте воды из крана, необходимо ответить на несколько сопутствующих вопросов: что понимается под выражением «чистая вода», насколько чистая должна быть вода в водном источнике и при подаче ее потребителю, что происходит с водой в процессе ее очистки.

Водный объект, из котрого поступает вода потребителю, характеризуется определенным природным составом жидкой среды, а уж потребитель формирует свои требования к составу и свойствам потребляемой воды. На основании данных о составе и свойствах воды, а также требований потребителя формируются показатели (критерии), насколько вода чистая.

Таким образом, водный объект характеризуется значениями показателей качества и чистоты воды, а характер водопользования – нормами чистой воды. Контроль чистоты воды заключается в проверке соответствия значений показателей качества воды установленным нормам и требованиям. Чистота воды водного объекта и необходимость ее регулирования определяются целью использования воды. При централизованном водоснабжении законодательно определено, что вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в органолептическом (вкусовом) отношении и безопасной для здоровья; при этом подразумевается, что содержание вредных веществ в воде не должно превышать предельно-допустимых концентраций (ПДК). Остановимся подробнее на терминах: чистота, показатели чистоты и нормы чистой воды.

Чистота воды – это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования.

Показатели чистой воды – это перечень свойств воды, численные значения которых сравнивают с нормами чистоты воды.

Нормы чистой воды – это установленные значения показателей чистоты воды для конкретных видов водопользования.

Показатели качества и нормы чистой воды не являются жестко установленными и неизменными. С ухудшением состояния окружающей среды в результате ее загрязнения устанавливается причинно-следственная связь между количественной и качественной характеристиками загрязнения и негативными изменениями показателей и норм чистоты. Как правило, они становятся более жесткими. В то же время на эти показатели и нормы непосредственное влияние оказывает экономическая целесообразность. То есть, можно научно обосновать высокие нормы питьевой чистой воды, но это приведет к высокой стоимости производства воды такого качества, что не позволит обеспечить ее массовый сбыт.

Наблюдающийся дефицит пресной чистой воды приводит к необходимости использования для питьевых целей очищенных сточных вод, которые в основном и пополняют запасы грунтовой воды. Таким образом, вполне вероятным решением проблемы дефицита пресной воды в будущем будет использование для питевого водоснабжения рециркуляционных и очищенных сточных вод. Обеспеченность населенных пунктов Российской Федерации водными источниками с водой питевого качества ничуть не лучше, чем в большинстве европейских стран. Загрязненность источников водоснабжения привела к необходимости введения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ. При этом заранее как бы была признана экономическая нецелесообразность полной очистки воды с доведением ее качества до чистоты воды лучших природных источников.

В России до последнего времени гигиенические требования к чистой воде определялись ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». В соответствии с этим документом, показатели чистой воды подразделялись на микробиологические, токсикологические и органолептические. С 1996 г. гигиенические требования к чистоте питьевой воды централизованных систем водоснабжения определяются санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая чистая вода». В этом нормативном документе показатели чистой воды уже подразделяются на: эпидемические, органолептические, радиологические, химические. Многие из величин не нормируются и, тем не менее, важны для оценки физико-химических свойств воды. Как правило, эти дополнительные параметры не только непосредственно определяют качество воды, но, главным образом, содержат информацию, без которой невозможно подобрать оптимальную схему очистки воды.

^ 2.1. Требования к питьевой воде. Классификации воды.

Питьевая вода – это вода, пригодная к употреблению человеком и отвечающая критериям качества, то есть, - вода безопасная и приятная на вкус.

Традиционно для оценки чистоты воды в водном объекте или в источнике водоснабжения, если речь идет о получении воды для питья, используются физические, химические и санитарно-бактериологические показатели. К физическим показателям относят температуру, запахи и привкусы, цветность и мутность. Химические показатели характеризуют химический состав воды. Обычно к числу химических показателей относят водородный показатель воды (рН), жесткость и щелочность, минерализацию (сухой остаток), а также содержание главных ионов. К санитарно-бактериологическим показателям относят общую бактериальную загрязненность воды и загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде, содержание токсичных и радиоактивных микрокомпонентов. В зависимости от загрязненности водного объекта и назначения воды предъявляются и дополнительные требования к ее качеству.

2.1.1. Органолептические показатели

К числу органолептических показателей относятся те параметры качества воды, которые определяют потребительские свойства, т.е. те свойства, которые непосредственно влияют на органы чувств человека (обоняние, осязание, зрение). Наиболее значимые из этих параметров – вкус и запах – не поддаются формальному измерению, поэтому их определение производится экспертным путем. Кроме вкуса и запаха выделяют такие показатели как привкус, цветность, мутность и прозрачность.

2.1.1.1.Запах и привкус

Химически чистая вода совершенно лишена привкуса и запаха. С научной точки зрения, запах и привкус – свойство веществ вызывать у человека и животных специфическое раздражение рецепторов слизистой оболочки носоглотки и языка. Привкус может быть щелочной, металличесикй, вяжущий и т.п.

2.1.1.2. Вкус

Вкус воды определяется растворенными в ней примесями органического и неорганического происхождения, различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий и горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.

2.1.1.3. Цветность

Цветностью называют показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды.

2.1.1.4. Мутность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных взвесей органического и неорганического происхождения. Главным отрицаетльным следствием высокой мутности является то, что она защищает микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий.

2.1.1.5. Прозрачность

Прозрачность (или светопропускание воды) обусловлена ее цветом и мутностью, то есть содержанием в различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Воду в зависимости от степени прозрачности подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную и сильно мутную. Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов.

2.1.2. Физико-химические показатели качества воды

2.1.2.1. Общая минерализация

Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых твердых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся в виде солей. СанПиН рекомендует верхний предел минерализации в 1000 мг/л. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40 – 50 мг/дм3 до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы).

Классификация природных вод по минерализации:

Таблица 2.

Классификация воды в зависимости от минерализации.

Категория вод

минерализация, г/дм3

ультрапресные

<0,2

пресные

0,2 – 0,5

Воды с относительно повышенной минерализацией

0,5 – 1,0

солоноватые

1,0 – 3,0

соленые

3– 10

вода повышенной солености

10 – 35

рассолы

>35


В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм3. Для воды из артезианской скважины допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм3.

2.1.2.2. Водородный показатель

Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода (вернее, гидроксония) в воде. В зависимости от величины рН может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д. Контроль за уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его отклонения в ту или иную сторону могут не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий.

Содержание ионов гидроксония в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов.

СО2 + Н2О ↔ Н+ + НСО3- ↔ 2Н+ + НСО32-

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества СО2, характерна щелочная реакция. Изменение рН тесно связаны с процессами фотосинтеза. Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:

Fe2+ + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H+

Значение рН в речных водах обычно варьируется в пределах 6,5 – 8,5, в атмосферных осадках 4,6 – 6,1, в болотах 5,5 – 6,0, в морских водах 7,9 – 8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных вод составляет 6,8 – 7,4, а летом 7,4 – 8,2. рН природных вод определяется в некоторой степени геологией водозаборного бассейна.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов и пунктов питьевого водопользования величина рН не должна выходить за пределы интервала значений 6,5 – 8,5. Для питьевой хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9 (СанПиН).

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп:


Таблица 3.

Классификация воды по значению рН.

Характеристика воды

рН

Причина

Сильнокислая

<3

результат гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды)

Кислая

3…5

поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ

Слабокислая

5…6,5

присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны)

Нейтральная

6,5…7,5

наличие в водах Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2

Слабощелочная

7,5…8,5

то же

Щелочная

8,5…9,5

присутствие Na2CO3 или NaHCO3

Сильнощелочная

>9,5

то же


2.1.2.3. Жесткость

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.

Различают следующие виды жесткости:

- Общая жесткость – определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

- Карбонатная жесткость – обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН >8,3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной.

- Некарбонатная жесткость – обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Обычно преобладает (до 70%) жесткость, обусловленная ионами кальция; однако, в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни мг-экв/дм3). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). СанПиН рекомендует норму общей жесткости воды – 7,0 мг-экв/л.

2.1.2.4. Окисляемость перманганатная

Окисляемость – это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей. Выражается этот параметр в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3 воды в соответствии с требованиями СанПиН перманганатная окисляемость не должна превосходить 5,0 мг О2/л.

2.1.2.5. Окислительно-восстановительный потенциал

Большое внимание стало уделяться такому электрохимическому показателю воды, как окислительно-восстановительный потенциал. Ученые утверждают, что величина и знак ОВП влияют на характер электрохимических процессов в воде и оказывают влияние на состояние организма человека, что видно из таблицы 4.

Таблица 4.

Характеристика воды с разной величиной ОВП с точки зрения электрохимии (величина и знак ОВП).

Отрицательная

(Е<0)

Около нуля

(от 0 до +100 мВ)

Положительная

(больше +200 мВ)

Поддерживает процессы восстановления (омолаживание организма)

Вода нейтральна

Поддерживает окислительные процессы (старение организма)


Электропроводность воды зависит от степени ее очистки. Теоретическое значение этого параметра при 20 – 25°С составляет 3,8*10-6 См/м. Наиболее чистая вода со значением σ = 4,3*10-6 См/м была получена Ф. Кольраушем в 1894 г. в результате 42-кратной вакуумной перегонки в специальной аппаратуре. Электропроводность обычной дистиллированной воды вследствие поглощения ею СО2 из атмосферы и образования ионов Н+ и НСО3- равна (80100)*10-6 См/м (так называемая равновесная вода).

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) – потенциал, устанавливающийся при погружении платины или золота (инертного электрода) в окислительно-восстановительную среду, т.е. в раствор, содержащий как окислитель, так и восстановитель.

Количественная зависимость ОВП от концентраций (активностей) реагирующих веществ реакции

Окислитель + n e- ↔ Восстановитель

выражается уравнением Нернста:

, (2.1)

где - стандартный (нормальный) ОВП (потенциал электрода в растворе, в котором ионы, определяющие электродный процесс, имеют активность, равную единице),

- число электронов, участвующих в реакции,

- число Фарадея,

- газовая постоянная,

- абсолютная температура,

- концентрации окислителя и восстановителя ОВП.

Электрохимические измерения проводят обычно при стандартной температуре Т = 25°С = 298К, которую принимают за абсолютную.

Значения постоянных величин – число Фарадея и газовая постоянная –составляют:

= 8,31 Дж/моль·град,

= 96500 Кл/(г-экв).

Протекающая в гальваническом элементе окислительно-восстановительная реакция представляет собой сложный процесс. Она включает собственно электрохимические стадии (превращения на электродах ионов в атомы или атомов в ионы), перенос электронов, перенос ионов. Все эти стадии сопряжены между собой и протекают с одной и той же скоростью.

В результате изучения потенциалов различных электродных процессов установлено, что их величины зависят от следующих факторов:

1) от природы веществ – участников электродного процесса,

2) от концентраций (активностей) этих веществ

3) от температуры системы.

Для определения потенциала того или иного электродного процесса нужно составить гальванический элемент из испытуемого и стандартного электродов и измерить его э.д.с. Практически при измерениях потенциалов в качестве электрода используют электроды, потенциалы которых по отношению к стандартному водородному, значение которого принято нулевым, известны. При этом необходимо рассчитать э.д.с. элемента согласно уравнению:

Е = , (2.2),

где

Е – э.д.с. элемента,

φср – известный потенциал электрода сравнения,

φх – потенциал испытуемого электрода.

В природной среде значение Е колеблется от -400 до +700 мВ и определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных процессов и в условиях равновесия характеризует среду сразу относительно всех элементов, имеющих переменную валентность.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в природных водах:

  1. окислительную – характеризуемую значениями Е > +(100-150) мВ присутствием свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr4+, Cu2+, Pb2+);

  2. переходную окислительно-восстановительную – определяемую

величинами Е +(100-0) мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

  1. восстановительную – характеризуемую значениями Е <0. В

подземных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+), а также сероводород.

Величина окислительно-восстановительного потенциала и значение рН

взаимосвязаны.
^ 2.2. Способы подготовки воды

2.2.1. Хлорирование.

Главными причинами низкого качества питьевой воды из крана являются:

1) загрязненность водозаборов

  1. хлорирование

  2. плохое качество водопроводных сетей

Низкая эффективность применения дорогостоящего оборудования на водопроводных станциях, которые не справляются с очисткой воды от большинства химических загрязнений: хлорорганических пестицидов, синтетических поверхностно-активных веществ (моющих порошков), тяжелых металлов и пр., давно доказана и научно обоснована. За последние годы в водных объектах обнаружено и идентифицировано более 2000 антропогенных химических соединений, из них в питьевой воде – 750, около 600 из которых являются канцерогенами, обладают мутагенной активностью и практически не обезвреживаются на водопроводных станциях.


Технология очистки воды на водопроводных станциях схематически выглядит следующим образом:

ВОДОЗАБОР
ХЛОРИРОВАНИЕ
ФЛОКУЛЯЦИЯ 3
^ ОСВЕТЛЕНИЕ НА ПЕСЧАНЫХ ФИЛЬТРАХ




ХЛОРИРОВАНИЕ
РЕЗЕРВУАРЫ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ




^ ПОТРЕБИТЕЛЮ В ВОДОПРОВОДНУЮ СЕТЬ

Контроль качества воды, подаваемой в водопровод после очистки, проводится по ГОСТам, которые не учитывают произошедшего ухудшения качества исходной воды на водозаборах и появления новых токсичных веществ. Особую опасность представляет использование в технологии водоподготовки методики хлорирования (насыщение воды хлором (из баллонов) или хлорамином). Взаимодействуя с хлором до стадии флокуляции и осветления, различные органические загрязнения образуют большой набор канцерогенных и токсичных хлорорганических веществ, не имеющих запаха, но по классу опасности и по предельно допустимой концентрации гораздо более вредных, чем хлор и исходная органика водозаборов. Это, прежде всего галометаны, относящиеся к веществам II класса опасности: хлороформ (ПДК = 0,2 мкг/л), четыреххлористый углерод (ПДК = 0,002 мкг/л), дихлорбромметан (ПДК = 0,06 мкг/л) (таблица 5).

Таблица 5.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) в водопроводной воде веществ до хлорирования и хлорированных

Вещество до хлорирования

ПДК,

мг/л

Хлорированные вещества

ПДК,

мг/л

Циклогексан

Бензол
Толуол

п-трет.-Бутинолтолуол

Тиофен

Фенол
Этиловый спирт

Уксусная кислота

Пропилен

Изопропилен

Бутадиен

Нефть

Нефть многосернистая

Бензин
Керосин осветительный

Керосин тракторный

Лигнин сульфатный

0,1

0,01
0,5

0,5

2

0,001
Безвреден

1

0,5

0,5

0,05

0,3

0,1

0,1
0,05

0,01

5

Хлорциклогексан

Дихлорциклогексан

γ-ГХЦГ

Хлорбензол

1,2-Дихлорбензол

о,п-Хлортолуолы

2,4-Дихлортолуол

α-Хлортолуол

Хлор-п-трет.-бутилтолуол

2-Хлортиофен

Хлорфенол

Диоксин

2-Хлорэтанол

Монохлоруксусная кислота

Тетрахлорпропилен

3-Хлор-2-метилпропен

2-Хлорбута-1,3-диен

Хлороформ

1,1-Дихлорэтан

Бутилхлорид

Тетрахлорпентан

Тетрахлоргептан

Тетрахлорнонан

Трихлорфенол

0,05

0,02

0,002

0,02

0,002

0,2

0,03

0,001

0,002

0,001

0,001

0,00002

0,1

0,06

0,002

0,01

0,01

0,2

0,03

0,004

0,005

0,0025

0,003

0,004


Такая технология принята везде в нашей стране. Из исходных 68 мг/л органики при первичном хлорировании четверть превращается в хлорорганику. Эта хлорорганика без каких-либо изменений перекочевывает сквозь все песчаные фильтры и резервуары водопроводной станции прямо в водопровод.

Второй существенный недостаток технологии хлорирования питьевой воды состоит в том, что при хлорировании тяжелые металлы, находящиеся в воде водозабора в ионной форме, переходят в устойчивые хлор-комплексы и поэтому не переводятся в осадок флокулянтами и тем более не удерживаются песчаными фильтрами. Особенно это характерно для железа, марганца, кобальта, свинца, цинка, меди и кадмия. Поэтому эти металлы (Fe2+, Mn2+…) беспрепятственно попадают в водопроводную сеть в форме хлор-комплексов FeCl4-, MnCl4- и т.д.

Третий недостаток хлорной технологии – коррозия водопроводных труб и водораспределительной арматуры. При этом также образуются устойчивые растворимые хлор-комплексы тяжелых металлов (железа, цинка), которые опять-таки попадают в питьевую воду. К сожалению, систематических исследований в этих направлениях у нас в стране не проводилось и должного внимания этим проблемам не уделялось.

^ 2.2.2. Устранение привкусов и запаха воды. Очистка от радиоактивных веществ.

Дезодорацией называется обработка воды с целью уничтожения дурного запаха и привкуса, обусловленного различными примесями, присутствующими иногда в аналитически неопределимых концентрациях.

Запах воды может быть вызван сероводородом, фенолами, хлором, растворимыми солями и т.д. Неприятные запахи и привкусы вода приобретает также от попадания в нее со сточными водами синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ). Общим приемом дезодорации является фильтрование воды через слой активированного угля, который адсорбирует загрязнения.

Действия хлора по устранению запахов и привкусов может быть усилено введением перманганата. Обработка воды может производиться до хлорирования или после него, а иногда как самостоятельное окисление в отсутствие хлора. Если обработка KMnO4 предшествует хлорированию, то цель ее сводится к разрушению органических веществ, обладающих неприятным запахом и вкусом.

Для улучшения вкусовых качеств воды, содержащей фенолы, применяется преаммонизация. Образующийся хлорамин обладает меньшим окислительным потенциалом, чем хлор, поэтому он не взаимодействует с фенолами и, следовательно, в воде не возникает хлорфенольный запах и привкус. Преаммонизация предохраняет от появления запаха остаточного хлора, уменьшает возможность последующего развития бактерий.

В качестве одного из методов улучшения вкусовых показателей воды применяют озонирование.

Удаление из воды минеральных веществ производят подщелачиванием известью или фильтрованием через магномассу (обожженный доломит). Так удаляют свинец, медь, цинк, титан, ванадий, вольфрам, молибден, уран, никель, кобальт, ртуть.

Профилактическими методами борьбы с привкусами и запахами воды является очистка дна и берегов водоемов от илистой загнивающей растительности, а также очистка и дезинфекция очистных сооружений. Эти меры обеспечивают уничтожение микроорганизмов, вызывающих появление запахов и привкусов.

Природные воды могут содержать радиоактивные вещества естественного и искусственного происхождения. Естественной радиоактивностью воды обогащаются, проходя через породы, содержащие радиоактивные элементы (изотопы урана, радия, тория, калия и др.). Солями с искусственной радиоактивностью вода заражается при попадании в нее стоков от промышленных, исследовательских предприятий и медицинских учреждений, использующих радиоактивные препараты. Природная вода также заражается радиоактивными элементами при экспериментальных взрывах термоядерного оружия.

Сточные воды повышенной радиоактивности порядка 100 Ки и выше подвергаются захоронению в специальных резервуарах или закачиваются в подземные бессточные бассейны.

В организмах растений и животных происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ, которые могут быть переданы человеку.

В нашей стране принимаются все меры, необходимые для охраны источников водоснабжения от загрязнения радиоактивными отходами. Попадание этих продуктов в водоем носит случайный характер, поэтому при загрязнении пользование водоисточником временно прекращают.
^ 2.2.3. Умягчение воды

Описанная подготовка воды обеспечивает удаление из нее всех веществ, потенциально опасных для здоровья. Но иногда воду приходится подвергать еще дополнительной обработке, чтобы снизить в ней концентрацию ионов Ca2+ и Mg2+, которые вызывают жесткость воды. Эти ионы реагируют с мылами, образуя нерастворимые вещества. Хотя при их взаимодействии с синтетическими моющими средствами не образуется нерастворимых осадков, указанные ионы неблагоприятно сказываются на эффективности действия синтетических моющих средств. Кроме того, при нагревании воды, содержащей ионы Са2+ и Мg2+, в водонагревательных устройствах образуются минеральные отложения (накипь). При нагревании воды, содержащей Са2+ и бикарбонат-ионы, из нее выделяется часть диоксида углерода. В результате этого происходит повышение рН воды и образование нерастворимого карбоната кальция:

Са2+(водн.) + 2НСО3- → СаСО3(тв.) + СО2(г.) + Н2О(ж.)

Твердый СаСО3 покрывает поверхность водонагревательных систем и внутренние стенки чайников, что снижает их нагревательную способность.

Вода не всех источников питьевой воды требует умягчения. Обычно это необходимо для воды из подземных источников, где она достаточно долго соприкасается с известняком (СаСО3) и другими минералами, содержащими ионы Са2+, Мg2+, Fe2+. Для крупномасштабного умягчения водопроводной воды применяют известково-содовый процесс. В этом процессе воду обрабатывают негашеной известью СаО (или гашеной известью Са(ОН)2) и содой Na2CO3. Эти вещества вызывают осаждение кальция в виде СаСО3 и магния в виде Мg(OH)2. Роль Na2CO3 заключается в повышении рН воды и, если необходимо, в обеспечении ее ионами СО32-. Если вода уже содержит бикарбонат-ион в высокой концентрации, кальций можно удалить из нее в виде СаСО3 просто путем повышения рН в результате добавления Са(ОН)2:

Са2+(водн.) + 2НСО3-(водн.) + [Са2+(водн.) + 2ОН- (водн.)] →

→ 2СаСО3(тв.) + 2Н2О(ж.)

Количество добавляемой негашеной извести зависит только от содержания бикарбоната: 1 моль Са(ОН)2 в расчете на каждые 2 моль НСО3-. В отсутствие бикарбоната добавление Na2CO3 вызывает удаление из воды ионов Са2+ в виде СаСО3. Сильно основной карбонат-ион также способствует повышению рН до значения, при котором происходит осаждение Мg(OH)2:

Mg2+(водн.) + 2CO32-(водн.) + 2H2O(ж.) →

→ 2HCO3-(водн.) + Mg(OH)2(тв.)

При проведении известково-содового процесса возникают две трудности: во-первых, большая продолжительность образования осадков СаСО3 и Мg(ОН)2 и недостаточно хорошее их осаждение, во-вторых, слишком высокое рН полученной таким образом воды. Обычно для удаления осадков в воду добавляют квасцы Аl2(SO)4. В основном растворе ион Al3+ образует желатинообразный осадок Al(OH)3, при осаждении из раствора уносящий с собой тонкоизмельченные частицы твердых веществ. Чтобы предотвратить последующее осаждение оставшихся в воде Mg(OH)2 и СаСО3, через нее продувают СО2. Это позволяет снизить рН воды приблизительно до 8 и тем самым приостановить дальнейшее осаждение.
^ 2.3. Специальные способы подготовки воды

В связи с низким качеством воды, подаваемой из централизованных систем водоснабжения, людям приходится самостоятельно заботиться о чистоте воды, используемой ими, и подбирать систему водоочистки для дома. При этом следует помнить, что вода будет использоваться как в хозяйственно-бытовых целях, так и для питья и приготовления пищи. Задачу доведения качества воды до уровня, оптимального для каждого из ее применений, решают с помощью соответствующих систем водоочистки. Такие системы подразделяют на те, которые устанавливаются там, где вода поступает в дом и на те, которые ставятся в точке пользования, например, на кухне. Первые делают воду «хозяйственно-бытовой»: с ней нормально работает стиральная машина, можно помыть посуду и т.д. Вторые готовят питьевую воду. Требования к чистой воде в первом и во втором случаях должны быть разные. Иначе либо питьевая вода расточается на хозяйственные надобности, либо для питья используется вода, не прошедшая должной очистки.

2.3.1. Фильтрование

На входе в систему водоснабжения желательно поставить фильтр грубой очистки с сеткой из нержавеющей стали или полимерными картриджами, которые могут задержать взвесь и ржавчину. Ту же функцию выполняет устройство из латуни, называемое «грязевиком». Однако фильтры грубой очистки не могут помочь в устранении неприятных вкусов. С целью избавления от прочих неприятных качеств воды используются более тонкие фильтры.

Виды фильтрации воды:

- очистные системы насыпного типа;

- сетчатые и дисковые фильтры механической очистки, удаляющие нерастворенные механические частицы, песок, ржавчину, взвеси и коллоиды;

- ультрафиолетовые стерилизаторы, удаляющие микробы, бактерии и микроорганизмы;

- окислительные фильтры, удаляющие железо, марганец, сероводород;

- компактные бытовые смягчители и ионообменные фильтры, умягчающие, а также удаляющие железо, марганец, нитраты, нитриты, сульфаты, соли тяжелых металлов, органические соединения;

- адсорбционные фильтры, улучшающие органолептические показатели и удаляющие остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения;

- комбинированные фильтры – комплексные многоступенчатые системы;

- мембранные системы – обратноосмотические системы подготовки питьевой воды, высшая степень очистки

Существуют многочисленные адсорбенты (активированный уголь, силикагель и т.п.), которые эффективно поглощают из воды растворенные в ней микропримеси. Однако адсорбированная на них микропримесь никуда не исчезает, так что при длительной эксплуатации адсорбированного очистительного устройства наступает момент, когда его адсорбционная емкость оказывается исчерпанной. С этого момента на выходе адсорбционного «очистительного» узла появляется не только накопившаяся там химическая примесь, но и продукты (часто еще более вредные) ее переработки микроорганизмами, плесенью и т.д.

Радикальный способ ликвидации токсичных органических веществ состоит в их окислении до воды и углекислого газа. В естественной среде этому процессу способствуют солнечные лучи и микроорганизмы. В табл. 6 приведены данные о скорости самоочищения природных водоемов от некоторых типичных нефтепродуктов.

Из таблицы следует, что естественные процессы ликвидации углеродных загрязнителей воды протекают в течение недель и месяцев. Что же касается, к примеру, хлорорганических соединений, то они могут циркулировать в природной среде годами и даже десятилетиями. Так, период половинного разложения дизельного топлива в природе равен 50 годам. Отсюда ясно, что для промышленных очистительных устройств необходимо использовать окислители, более эффективные, чем кислород воздуха и солнечная радиация.

Таблица 6.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) и период полураспада (t1/2) нефтепродукта в водоемах средней полосы России

Нефтепродукт

БПК, мг/мг нефтепродукта

t1/2, сутки

Керосин

Бензин

Соляровое масло

Машинное масло

Моторное топливо

Мазут топочный

0,6±0,2

1,3±0,6

0,4±0,1

1,1±0,5

0,5±0,1

0,1±0,3

3±1

7±2

7±2

20±8

25±10

40±15

  1   2   3



Скачать файл (380 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации