36994

Методи видалення з води дисперсних біологічних домішок

Лабораторная работа

Химия и фармакология

Звичайно на руйнування бактеріальних клітин витрачається лише незначна частина хлору що вводиться в воду. Велика частина його йде на реакції з різними органічними і мінеральними домішками води що протікають з різною швидкістю. У залежності від концентрації хлору рН температури води й інших факторів вони можуть зупинятися на тій чи іншій стадії.

Украинкский

2013-09-23

131 KB

2 чел.

Лабораторна робота №2

Методи видалення з води дисперсних біологічних домішок

Знезаражування води

Знезаражуюча дія хлору пояснюється взаємодією хлорнуватистої кислоти і гіпохлорит-іонів з речовинами, що входять до складу протоплазми клітин бактерій, у результаті чого останні гинуть.

Найбільш чуттєві до хлору бацили черевного тифу, дизентерії і холерні вібріони.

Вода, дуже заражена бактеріями, добре знезаражується навіть малими дозами хлору.

Звичайно на руйнування бактеріальних клітин витрачається лише незначна частина хлору, що вводиться в воду. Велика частина його йде на реакції з різними органічними і мінеральними домішками води, що протікають з різною швидкістю. У залежності від концентрації хлору, рН, температури води й інших факторів вони можуть зупинятися на тій чи іншій стадії.

Кількість хлору, що поглинається домішками, характеризує хлоропоглинність води. Вона визначається концентрацією хлору (мг/л), що витрачається при 30-хвилинному контакті його з досліджуваною водою на окислювання і хлорування органічних речовин, що містяться в ній. До таких речовин відносяться водяний гумус, продукти розпаду клітковини і білкових сполук, солі двовалентного заліза, нітрити, аміак, солі амонію, сірководень та ін.

Звичайно хлоропоглинність річкових і озерних вод складає 2-2,5 см/л Cl2, у водах ставків і боліт вона підвищується до 4-5 мг/л Cl2. Різке підвищення хлоропоглинності свідчить про зниження якості води і можливе погіршення її санітарно-бактеріологічних показників.

Класифікація методів хлорування води

Сучасна техніка дозволяє здійснювати хлорування води газоподібним хлором чи речовинами, що містять активний хлор: хлорним вапном, гіпохлоритами, хлорамінами, двоокисом хлору та ін. Під активним хлором мається на увазі хлор, здатний при рН 4 виділяти еквівалентну кількість йоду з водяних розчинів йодистого калію.

В усіх випадках витрата цих препаратів розраховується на активний хлор. Найбільш поширені на практиці для хлорування води газоподібний хлор, хлорне вапно, гіпохлорити і хлораміни.

Хлорування води є постійним заходом, що здійснюється на комунальних водопроводах і станціях по обробці технічних і стічних вод. Крім того, хлорування проводиться і як короткочасний чи періодичний захід, необхідний для дезінфекції ділянок, що вводяться в експлуатацію, водогінної мережі, фільтрів, резервуарів чистой води і т. і.

При уточненні методики хлорування необхідно врахувати призначення цього процесу, наявність і характер забруднень, що є у воді, можливі коливання в складі домішок води і специфічні особливості водоочистних споруджень.

Виходячи з різних цілей хлорування, існуючі методи обробки води хлором чи солями, що містять активний хлор, можна об’єднати до двох груп: постхлорування і прехлорування води.

Постхлорування може проводитися як невеликими (нормальне хлорування), так і підвищеними дозами (перехлорування); воно може застосовуватися і разом з іншими знезаражуючими речовинами (комбіноване хлорування).

Нормальне хлорування використовується при невеликому забрудненні води. При цьому дози хлору встановлюються так, щоб смакові якості води не знижувалися. Кількість залишкового хлору після 30-хвилинного контакту води з хлором не більше 0,5 мг/л.

Перехлорування застосовується тоді, коли нормальне хлорування не дає належного бактерицидного ефекту чи приводить до погіршення оганолептичних показників якості води, наприклад, при наявності у воді фенолів. Перехлорування добре усуває неприємні присмаки, запахи, знищує бактерії, очищає воду від деяких ОР. Використання перехлорування при очищенні стічних і питних вод не тільки викликає загибель мікробів, але і приводить до руйнування деяких органічних речовин, якими харчуються бактерії.

Доза залишкового хлору при перехлоруванні звичайно встановлюється в межах 1-10 мг/л. Відомі випадки, коли перехлорування проводилося дозами 100 мг/л. Надлишок хлору, що перевищує припустиму у воді норму, усувається дехлоруванням. У випадку невеликого надлишку хлор виводиться аерируванням, а при великих надлишках застосовуються  хімічні методи, наприклад обробка води тіосульфатом (гіпосульфатом), сульфітом натрію, бісульфатом натрію, аміаком, активованим вугіллям і сірчистим ангідридом.

Прехлорування води проводиться перед іншими методами її обробки. Його можна використовувати як хімічний засіб, що поліпшує деякі процеси її очищення (наприклад, коагулювання, відстоювання, фільтрування, знебарвлення), як ефективний спосіб її знезаражування при отруєнні деякими ОР і при значному бактеріальному забрудненні.

Звичайне прехлорування здійснюється великими дозами хлору, але на відміну від перехлорування воно не вимагає наступного дихлорування води, тому що надлишкова кількість хлору цілком видаляється при подальших процесах її обробки. Надлишковий хлор витрачаєтья на окислювання різних домішок води, сорбується пластівцями коагулянту, окислює організми, що розвиваються на поверхні й у товщі завантаження фільтрів і т. д.

Практичне використання процесу хлорування води в основному охоплює пре- і постхлорування. У практиці очищення вод нерідко застосовується подвійне хлорування (пре- і постхлорування). У цьому випадку до кожного з процесів висувають різні вимоги: первинне хлорування проводять для того, щоб підготувати воду до наступних етапів її очищення, кінцеве забезпечує необхідну концентрацію залишкового хлору у воді, що гарантує її належну санітарну якість.

При контролі знезаражування води хлором на водопроводах з підземними і поверхневими джерелами водопостачання концентрацію залишкового хлору визначають не рідше одного разу в годину.

Вміст залишкового хлору після резервуарів чистої води повинен бути в межах, зазначених у табл. 1.

Таблиця 1

Хлор залишковий

Концентрація залишкового хлору, мг/дм3

Необхідний час контакту хлору з водою, хв, не менше

Вільний

Зв`язаний

0,3-0,5

0,8-1,2

30

60

Примітка. При спільній присутності вільного і зв’язаного хлору, при концентрації вільного хлору більш 0,3 мг/дм3 , контроль здійснюється за пунктом 1, при концентрації вільного хлору більш 0,3 мг/дм3, контроль здійснюється за пунктом 1, при концентрації вільного хлору менше 0,3 мг/дм3 – по п. 2.

В окремих випадках за вказівкою органів санітарно-епідеміологічної служби чи за узгодженням з ними допускається підвищення залишкового хлору у воді.

2. Визначити вільний і загальний хлор у водопровідній воді експрес-методом за домопогою фотометра VVR

В основі фотометричних методів аналізу лежить залежність між інтенсивністю забарвлення розчину і концентрацією аналізованої речовини в розчині. Найчастіше іон, який потрібно визначити за допомогою відповідного реактиву, переводять у забарвлений комплекс. Причому інтенсивність забарвлення прямо пропорційна концентрації окрашеної сполуки. Вільний хлор окислюється реактивом DPD (N, N-диетил-p-фенилендиамін), утворюючи рожевий комплекс. Забарвлення прямо пропорційне концентрації вільного хлору.

Загальний хлор, сума вільного і звязаного хлору визначаються додаванням надлишку KI до зразка. Хлораміни (звязаний       хлор) окислюють йодид до йоду. Отриманий йод еквівалентний по кількості зв’язаного хлору, взаємодіючи з DPD, теж дає комплекс рожевого кольору. Сумарний результат виражається в мг/л і є концентрацією вільного хлору в досліджуваному зразку.

Виміри робимо на фотометрі VVR. Це багатофункціональний інструмент, за допомогою якого можна вимірювати концентрації різних речовин у водяних розчинах. Для цього використовується набір світлофільтрів винятково для кожного елемента в інтервалі довжин хвиль 200-1100 нм.

У приладі  розміщуємо світлофільтр для визначення хлору, після чого виставляємо прилад у “0” за допомогою спеціальної ампули. Прилад готовий до застосування.

7.1. Підготовка зразку води до виміру вільного хлору.

7.1.1. Заповнити мірну склянку до поділки 25 мл водопровідною водою.

7.1.2.  Помістити вакуум-ампулу в склянку з водою. Зламати верхівку ампули, зверху залишити пухирець повітря для перемішування. Перемішати вміст ампули. Витерти всю рідину на зовнішній поверхні ампули. Виждати одну хвилину.

7.1.3. Помістити ампулу у фотометр VVR, сполучивши вертикальну лінію на ампулі з поділкою на приладі. На дисплеї висвітиться результат виміру концентрації вільного хлору у водопровідній воді в мг/л.

7.2. Підготовка зразку води до виміру загального хлору.

7.2.1. Заповнити мірну склянку до поділки 25 мл  водопровідною водою.

7.2.2. Додати 5 крапель А-2500 розчину активатора. Перемішати вміст склянки кінчиком ампули. Виждати 1 хвилину.

7.2.3. Зламати кінчик ампули, перемішати вміст ампули. Виждати 1 хвилину.

7.2.4. Помістити ампулу в прилад VVR і зняти показання з дисплея. Це буде концентрація загального хлору у водопровідній воді, виражена в мг/л.

Порівняти отримані результати з даними табл. 1.

Зробити висновки.

3. Знезаражування води озоном.

Один з найбільш перспективних методів знезаражування води є обробка її озоном. Останній є аллотропічною модифікацією кисню (його молекула складається з трьох атомів кисню).

В основі промислового одержання озону лежить реакція розщеплення молекули кисню на атоми під дією електричних розрядів з наступним приєднанням до молекули одного атому кисню.

O2  + 117,2 ккал            2ПРО,

2 + 2О            2О3  + 49,4 ккал

Електросинтез озону здійснюється в генераторі, що являє собою випромінювач, що складається з двох електродів, розділених діелетриком (боросилікатне скло) і повітряним прошарком. На практиці озон одержують у спеціальних апаратах-озонаторах, у яких повітря з визначеною швидкістю пропускається між двома провідними струм поверхнями.

Масовий вихід озону  в грамах на 1 кВт-год електроенергії є найбільш показовим критерієм роботи озонатора. У сучасних установках промислового типу цей показник досягає 68 г при використанні повітря і 136 г у випадку застосування кисню. Витрата електроенергії на 1 кг озону дорівнює відповідно 14,7 і 7,35 кВт-год. Кількість озону, що утворюється, складає 0,5-2,0 мас. % повітря, що пропускається,   тобто   відповідає вмісту 5-20 г озону в 1 м3  озонованого повітря.

Дози озону і час його контакту з водою змінюються в досить широких межах і залежить від якості води й умов її обробки.

Передбачається, що механізм бактерицидного впливу озону полягає в руйнуванні ферментів бактерій, що приводить до порушення обміну речовин клітин і їхньої загибелі.

На різних бактеріях показано, що після критичної дози озону (0,4-0,5 мг/л) бактерицидна дія його виявляється більш різко і повно на відміну від хлору, знезаражуючий ефект якого при малих концентраціях монотонно зростає зі збільшенням дози реагенту. Знезаражуюча дія озону на патогенні мікроорганізми в 15-20, а на спорові форми бактерій – приблизно в 300-600 разів сильніша, ніж хлору. Встановлено, що збудник дитячого паралічу – вірус поліомієліту – гине під дією 0,45 мг/л озону через 2 хв, тоді як хлор дає той же ефект лише через 3 години при дозі 1 мг/л. При обробці води озоном спори і бацили гнійного запалення гинуть через 10 хв, збудники тифу і холери – через 2 хв.

Озон впливає також на життєдіяльність гідробіонтів – фіто- і зоопланктону. На ефект знезаражування води при озонуванні температура і рН середовища впливають менше, ніж при хлоруванні. Тому при озонуванні немає потреби переглядати критерій надійності знезаражування води, тобто вимагати збільшення чи зменшення колоіндексу водопровідної води, прийнятого за ДСТ 2874-82.

Озонування приводять не тільки до знезаражування води, але і до поліпшеня смаку і запаху, а також зниження забарвлення природних вод за рахунок окислювання і руйнування розчинених і зважених у ній органічних домішок. До останнього часу органічні домішки видалялися трьома методами: для знебарвлення води застосовували коагулювання; поліпшення смакових якостей досягалося обробкою активованим вугіллям; знезаражування здійснювалося хлором. Одночасне застосування їх на водопроводах ускладнювало технологічний процес обробки води, вимагало громіздких споруджень і не завжди забезпечувало необхідний ефект. У той же час за домогою тільки озонування в ряді випадків досягалися ті ж результати, що і при використанні зазначених вище процесів.

Дослідження, проведені на дніпровській воді, що має  високу кольоровість, показали, що після 10-20-хвилинного контакту, при витраті озону до 10 мг/л, відбувається глибоке знебарвлення води (мал. 1)

Озон доцільно вживати також для видалення з води заліза і марганцю, окислювання сульфітів, нітритів і сірководню. Відмінною рисою процесу є те, що при озонуванні в оброблювану воду не вводяться сторонні домішки, тому що непрореагований озон через короткий проміжок часу розпадається, перетворюючись в кисень. Дозування озону не вимагає особливої точності.

Широго застосування в нас озонування не одержало через його дорожнечу.

  1.  Знезаражування води іонами срібла

Срібло, навіть у найменших концентраціях, має здатність знищувати мікроорганізми. Нижня межа бактерицидної дії іонів срібла складає 2.10-11 г-іон/л. Уже в далекій давнині знали про цілющі властивості води, що знаходиться в контакті з металевим сріблом. Ще в пятому столітті до н. е. Для тривалого збереження питної води використовували срібні посудини.

При вплив іонного срібла безпосередньо на бактерії єдиної думки не існує. Відомо, що бактерії, протоплазма яких має негативний електричний заряд, притягують  до себе позитивно заряджені іони срібла. При зіткнені іонів срібла з бактеріями останні в результаті фізіологічного впливу на них іонів металу гинуть.

Оскільки бактерицидна дія срібла залежить від фізико-хімічних умов середовища, різними дослідниками отримані дещо різні дані при визначенні бактерицидних доз срібла. Так водяні розчини солей срібла вбивають бактерії колі в концентрації 109 осіб/л через 24 години при вмісті в розчині всього 0,04 мг/л іонів срібла. Це відношення величин здається дивним і, безумовно, відноситься до області інших подібних біотичних впливів малих кількостей речовин, наприклад гормонів, вітамінів, мікроелементів.

Домішки, що містяться у воді, негативно впливають тілько в тому випадку, якщо вони зв’язують іони срібла в малодисоційовані і важкорозчинні сполуки, що випадають в осад або відновлюють їх до металу.

Підвищення температури значно підсилює бактерицидну дію срібла. Дослідження, проведені на артезіанській воді, у котру була внесена культура бактерій колі, показали, що при нагріванні від 0оС до 10оС бактерицидна дія срібла підсилюється в чотири рази при 30-хвилинному контакті й у 200 разів – при 90-хвилинному. При температурі води 42оС повне знезаражування її досягається при тривалості контакту менше 30 хв. Різкий вплив зміни температури середовища на бактерицидний ефект срібла свідчить про значну роль, що належить хімічним процесам при обробці води сріблом.

Спроби практично використовувати бактерицидний ефект металів відносяться до 1907 р., коли вперше були поставлені досліди по знезаражуванню води шляхом занурення в неї пластинки з чистого металевого срібла. У 1917 р. Італійський дослідник Сесиль запропонував стерилізувати питну воду в посудинах, що містять срібний дріт. Дезінфекція води досягалася через 8 год. Застосовувані для стерилізації води срібні посудини діяли на мікроорганізми, що знаходилися у водопровідній воді, лише через 24 год.

Учені застосували для дезінфекції води срібло, нанесене на великі поверхні, - намисто, кільця Рашига, вугільний порошок, річковий пісок, марлю, вату та інші інертні речовини. Збільшення поверхні сприяло прискоренню переходу металу в розчин. Найкраще результати отримані С. В. Моісеєвим, у дослідах якого посріблений пісок проводив бактерицидну дію при контакті з водою протягом 2-4 год.

Роботи з бактерицидної дії малих концентрацій  солей срібла підтвердили необхідність тривалого часу контакту води з посрібленим піском при використанні останнього для дезінфекції.

Істотним недоліком цього методу є не тільки тривалість процесу збагачення води сріблом, але і неможливість керувати ним через те, що швидкість розчинення металу залежить від стану його поверхні, сольового складу, органічних домішок природної води і т. д. При одержанні срібної води таким методом не вдається дозувати срібло і здійснювати контроль над процесом.

Іншим способом обробки води сріблом є додавання до неї готових срібних препаратів (розчину нітрату срібла, аміачного розчину срібла – аммаргена П. Е. Єрмолаєва, таблеток олігодина та ін.).

Додавання аміаку підсилює бактерицидну дію хлориду срібла. Для знезаражування води в польових умовах рекомендується застосовувати рогове срібло, одержуване сплавкою хлористого срібла в тиглі при температурі 455оС. Такий сплав добре ріжеться ножем, дозується і розчиняється в розчині аміаку.

У випадку додавання готових препаратів забезпечується дозування срібла в будь-якій кількості, але самі речовини виявляються нестійкими: розкладаються на світлі і при їх збереженні; відновлене срібло знижує бактерицидні властивості препарату. Тому застосовувати препарати срібла у вигляді таблеток часто важко і ненадійно.

Найбільш ефективним методом готування срібної води виявився електролітичний метод (збагачення води сріблом за допомогою електролізу), що широко застосовується останнім часом. Перші досліди по одержанню розчину срібла електролітичним методом проведені Кульским Л. А. У 1930 р.

При цьому встановлено, що найбільш ефективні умови одержання срібної води такі: відстань між срібними пластинками 5-12 мм, щільність струму 0,15-5,0 мА/см2, напруга на електродах 3-12 В. Крім того, необхідні періодична зміна полярності електродів (через кожні 5-10 хв) і слабке перемішування рідини навколо електродів. Показано, що вихід срібла по струму в залежності від умов електролізу і сольового складу питної води змінюється в межах 50-95 % (відповідно до закону Фарадея, 1 А-ч розчиняє 4, 023 г срібла).

Запропонований електролітичний метод, заснований на анодному розчиненні срібла, забезпечує швидке одержання бажаних концентрацій металу, дозволяє вести точне дозування і регулювання процесу за допомогою електровимірювальних приладів.

Срібна вода, що готується електролітичним розчиненням металевого срібла, володіє високими бактерицидними властивостями і з успіхом може застосовуватися для знезаражування, консервування питної води, продуктів харчування та ін. По своїй бактерицидній дії вона сильніша таких дезінфікуючих засобів, як хлор, карболова кислота (фенол) і т.і.

З усіх солей, що реагують з іонами срібла з утворенням нерозчинних сполук, у природних водах поширені лише хлориди і сульфати; сульфіди і фосфати зустрічаються дуже редко. При великих кількостях CI іонів у воді лише незначна частина срібла залишається у вигляді вільних іонів; зрозуміло, що швидкість знезаражування знижується.

Особливо ефективний метод знезаражування води іонами срібла при необхідності її тривалого збереження, тому що бактерицидна дія навіть невеликих доз срібла зберігається протягом багатьох місяців. Встановлено, що питна вода, оброблена електролітичними розчинами срібла й утримуюча 0,2-0,5 мг/л Ag+-іонів, залишається придатною для питва по бактеріологічних і фізико-хімічних показниках протягом п'яти-шести місяців і більше при збереженні в ємкостях з відповідних матеріалів.

Як внутрішні покриття ємкостей для тривалого збереження питної води, що містить іони срібла, рекомендуються силікатні емалі, лак ХС-74 і емаль ХС-710, що наносяться по ґрунту ХС-04, та інші пластичні матеріали, що не виділяють у воду шкідливих або пахнучих речовин: високоякісна цементна штукатурка, поверхні, пофарбовані цементним молоком, а також срібло і посріблені метали. Ємкості з дюралюмінію, сталі, оцинкованого заліза та інших металів, більш активних, ніж срібло, для довгострокового збереження питної води, що містить Ag+-іони, не придатні.

При електричному розчиненні срібла у воді великий вплив на процес справляють домішки води, що утворюють на поверхні електродів щільні, малорозчинні плівки чи змінюють електрохімічні реакції, що протікають на електродах. Наприклад, наявність у воді хлоридів приводить до утворення плівки хлориду срібла, що затруднює розчинення металу і знижує вихід срібла по струму. При концентрації іонів хлору до 60 мг/л вихід срібла по струму знижується на 60-65 %. Аналогічно хлоридам впливають сульфіди, фосфати і карбонати.

Електролітичному розчиненню срібла заважає наявність у воді значних концентрацій сульфітів через виділення на аноді кисню. Однак, якщо вміст сульфатів не перевищує 25-50 мг/л, що характерно для води багатьох рік, вихід срібла по струму складає приблизно 90%.

Вихід срібла по струму значною мірою залежить від режиму електролітичного розчинення. З підвищенням щільності струму вихід срібла знижується, тому що прискорюються побічні процеси на електродах. По цій же причині на розчинення срібла негативно впливає енергійне перемішування. Вихід срібла по струму значно підвищується при зменшенні щільності плівок на електродах, що досягається частою зміною полярності електродів. Крім того, він залежить від відстані між електродами, концентрації струму, температури розчину і т.д.

При промисловому використанні срібла з метою знезаражування води необхідно експериментально підібрати потрібну дозу срібла і встановити тривалість контакту його з водою.

Багато європейських фірм випускають апарати для приготування срібної води різної продуктивності, рекомендуючи їх для знезаражування води на невеликих водопроводах у тих місцях, де застосування хлору небажане і потрібне тривале збереження питної води (наприклад, на кораблях).

Створення вітчизняного апарату для обробки води сріблом – іонаторів марки ЛК – відноситься до тридцятих років.

В даний час виробляється серійний випуск іонаторів ЛК-28 напірного типу (ИЭМ-50), призначених для використання на судах морського флоту та іонаторів ЛК-30, призначених для плавальних басейнів, заводів безалкогольних напоїв і т.д. Дані іонаторі експортують у Пакистан, країни Африки та інші держави. У 1975 р. на основі конструкції іонатора ЛК-28 для Міністерства суднобудівної промисловості були розроблені  типорозмірні іонатори ЛК-36 – ЛК-40, що відповідають різній ємності цистерн морських судів і їх технічному оснащенню. Керування цією апаратурою здійснюється як за допомогою автоматичних пристроїв, так і ручним способом.

Дослідне виробництво Інституту колоїдної хімії і хімії води АН УРСР також освоїло виготовлення іонаторів: переносного лабораторного ЛК-25, дорожніх ЛК-26, ЛК-27 і стаціонарного ЛК-30. На Сумському заводі електронних мікроскопів і на Мелітопольському компресорному заводі організований випуск іонаторів індивідуального користування (на першому – ЛК-26 і ЛК-27, на  другому – ЛК-31 і ЛК-32).

Основні частини таких іонаторів – електродозуючий пристрій і срібні електроди. Електродозуючий пристрій складається з понижуючого трансформатора, випрямлювача, вольтметра постійного струму, міліамперметра чи амперметра, що вимірює силу струму і відповідну їй швидкість переходу срібла в розчин, регулятора сили струму, перемикача полярності електродів та інших приладів, що автоматизують процес.

Срібні електроди звичайно поміщають у посудину, через яку проходить вода, або монтуються в спеціальному електролізеру, що входить до складу іонатора. Найбільш ефективні умови одержання срібної води такі: відстань між срібними електродами 5-12 мм, напруга на електродах 3-12 В, періодична зміна полярності електродів через кожні 3-5 хв і слабке перемішування рідини навколо електродів.

За допомогою описаних іонаторів знезаражується вода в цехах виробництв, на судах, у плавальних басейнах і т.д. Концентровані розчини срібної води використовуються для дезінфекції артезіанських свердловин, колодязів, труб і тари в харчовій промисловості та медицині.

5. Знезаражування води ультрафіолетовими променями

Давно відомо, що світло впливає на розвиток більшості бактерій. Ця властивість приписувалася всьому сонячному спектру і природа його протягом ряду років залишалася нез'ясованою.

Наприкінці XIX ст. російський вчений А. Н. Маклаков, вивчаючи вплив різних ділянок спектра, встановив бактерицидну дію ультрафіолетових променів з довжинами хвиль 2000-2950 Ао, причому виявилося, що максимально ефективними є промені з довжиною хвилі 2600 Ао. Результати його роботи свідчили про те, що усі види бактерій і спор гинули вже через кілька хвилин після опромінення.

Бактерицидні властивості ультрафіолетових променів пояснюються по-різному. Одні дослідники вказували на можливість утворення у воді під дією ультрафіолетових променів озону, інші приписували знезаражуючу дію утворенню перекису водню. В даний час найбільш ймовірною вважається гіпотеза, відповідно до якої ультрафіолетові промені, впливаючи на білкові колоїди протоплазми кліток, змінюють їхню структуру і дисперсність, що й обумовлює загибель самої клітки.

У результаті багатьох досліджень установлено, що вода під дією ультрафіолетових променів протягом нетривалого часу цілком знезаражується. Через те, що фізичні і хімічні властивості опроміненої води не змінюються, остання виявляється зовсім нешкідливою. Знезаражуванню ультрафіолетовими променями найкраще піддавати очищену прозору воду, тому що зважені і колоїдні домішки розсіюють світло і перешкоджають проникненню ультрафіолетових променів у товщу води.

Як джерело цих променів застосовуються спеціальні ртутні лампи, принцип дії яких заснований на тому, що пари ртуті в розрядних трубках під впливом електричного струму дають сліпуче зеленувато-біле світло, багате ультрафіолетовими променями. Перша лампа була сконструйована в 1895 р., а досліди по знезаражуванню питної води почали проводитися в 1909 р. Спочатку оболонка ртутної лампи була виготовлена зі звичайного скла, але через те, що вона має здатність затримувати значну частину ультрафіолетових променів, його замінили кварцовим і увіолевим. В даний час застосовуються лампи двох типів: ртутно-кварцеві високого тиску й аргоно-ртутні низького тиску.

Ртутно-кварцеві лампи високого тиску (~400-800 мм рт. ст.) типу ПРК дають промені в широкому діапазоні хвиль інфрачервоної, видимої й ультрафіолетової областей спектра, у результаті чого вихід бактерицидної потужності не перевищує 5% споживаної електричної енергії. Електрична потужність лампи ПРК досягає 1000 Вт, тому бактерицидний ефект їх досить значний.

Аргоно-ртутні лампи низького тиску (3-4 мм рт. ст.) типу БУВ  дають випромінювання, значна частина якого має довжину хвилі 2537 Ао, що майже збігається з максимумом бактерицидної дії (2600 Ао). Внаслідок цього вихід бактерицидної енергії збільшується в кілька разів і складає 11 %. Однак лампи типу БУВ виготовляються електричною потужністю 60 Вт і застосовуються лише в невеликих установках.

Існує два основних типи апаратів для опромінення: апарати з зануреними і незануреними джерелами випромінювання ультрафіолетових променів. Перші відрізняються високим коефіцієнтом використання потужності радіації, але конструктивно дуже складні, особливо при великій продуктивності.

Апарати з незануреними джерелами в конструктивному відношенні оформляються порівняно просто, але у випадку їхнього застосування непродуктивно витрачається частина бактерицидної потужності через розсіювання променів, поглинання їхніми відбивними поверхнями і т.д.

Знезаражування опроміненням не вимагає введення у воду хімічних реагентів, не змінює фізико-хімічних властивостей домішок і не впливає на смакові якості води. Однак застосування цього методу вимагає значних матеріальних витрат і характеризується відсутністю післядії, що обмежує його застосування, тому що не виключається небезпека повторного зараження води.

6. Знезараження води ультразвуковими хвилями

Ультразвуком називають механічні коливання, частота яких вище порогу чутливості вуха людини, тобто більш 20000 коливань у секунду (20 кгц і більш). Одна з особливостей ультразвуку – велика інтенсивність коливань – обумовлює його фізико-хімічну і біологічну дію.

Джерелом ультразвукових хвиль є пластинки з гірського кришталю чи кварцу, що володіють властивістю товщати або тоншати під дією змінного струму, генеруючи ультразвук тієї ж частоти, що має змінне поле. Товщина застосовуваних пластинок звичайно коливається від декількох міліметрів до 1 см. Хоча кристали інших речовин (наприклад, сегнетової солі) і здатні робити більш могутні ультразвукові коливання, ніж кварцові кристали, застосовуються вони рідше через малу міцність.

Ультразвукові коливання можуть бути отримані і магнітострикційним способом, що заснований на властивості металевого стрижня (нікелевого чи сталевого), який швидко намагніюується і розмагнічується (при цьому він періодично подовжується чи коротшає), видавати звук визначеної частоти. Даний метод рентабельніший п'єзоелектричного, але менш ефективний.

Біологічна дія ультразвукових хвиль відома давно. Помічали, що поблизу джерел ультразвуку дрібні риби і жаби гинули; великі клітки, особливо ниткоподібної форми, розривалися, у дрібних клітках руйнувалася протоплазма і хлоропласт; дріжджові клітки втрачали здатність розмножуватися; молоко ставало стерильним.

Єдиної теорії, що пояснює бактерицидну дію ультразвуку, дотепер не існує. Однак більшість дослідників дотримуються думки, что в ультразвуковому полі відбувається переважно механічне руйнування бактерій у результаті ультразвукової кавітації. Цю гіпотезу підтверджують дані електронної мікроскопії.

Для одержання ефекту знезаражування води, що відповідає вимогам ДСТ, необхідна інтенсивність ультразвуку 2 Вт/см2 при частоті коливань 46000 за 1 с.

Теоретичні і науково-технічні основи використання ультразвуку для знезаражування води дотепер не розроблені. У зв'язку з цим виникають великі труднощі при визначенні оптимальної інтенсивності коливань і їхньої частоти, часу озвучування та інших технологічних параметрів процесу.

В даний час дослідження ультразвукових хвиль для використання їх у практиці водоочищення на вітчизняних водопроводах не вийшло зі стадії лабораторних дослідів. Літературі дані про промислове використання ультразвуку за кордоном носять патентний характер.

Орієнтовані підрахунки, проведені на підставі лабораторних даних, показали, що при використанні існуючих лампових генераторів магнітострикційних вібраторів витрата електроенергії на знезаражування 1 м3 води ультразвуком складає 2-2,5 квт-ч, що відповідає собівартості порядку 0,1 коп/м3.

Представлений матеріал підтверджує можливість застосування ультразвуку в технології очищення води, тому що він інтенсифікує процеси, що протікають при обробці води: осадження, коагуляцію, фільтрування, адсорбцію, окислювання органічних речовин. Біологічну дію ультразвуку можна використовувати як  для знезаражування питної води, так і для локальної боротьби з водоростями і біологічним обростанням. Фізико-хімічну дію ультразвуку можна застосувати для активізації процесів коагуляції, дегазації і дезодорації води, прискорення процесів відстоювання суспензій, активізації процесів окислювання і розпаду неорганічних і органічних речовин, процесів адсорбції й абсорбції, а також для готування розчинів реагентів і змішування їх з оброблюваною водою.

Підвищення окисного ефекту в полі ультразвуку може виявитися корисним при обробці води, що містить гумінові речовини, аліфатичні спирти, залізо, марганець та ін. Ультразвук може виявитися перспективним при знешкодженні речовин і сполук, що попадають у воду з відходами хімічних і інших виробництв (канцерогенних, поверхнево-активних та ін.).

Вирішення питання про доцільність застосування ультразвуку у водопостачанні, вимагає подальших теоретичних і експериментальних досліджень для встановлення оптимальних параметрів ультразвукової обробки води при її очищенні від окремих хімічних сполук і біологічних забруднень і гігієнічної оцінки даного методу. Необхідно розвивати роботи зі створення могутніх і економічних ультразвукових установок, придатних для обробки великих обсягів води, а також проводити всебічне вивчення цього методу в напівпромислових масштабах з метою його техніко-економічної оцінки й удосконалювання.

7. Термічне знезаражування води

Термічний метод, звичайно застосовуваний для знезаражування невеликих кількостей води, використовується в санаторіях, лікарнях, на пароплавах, у потягах і т.д. Повне знезаражування води, тобто загибель усіх патогенних бактерій, що знаходяться в ній, досягається 5-10 хвилинним кип'ятінням. Для одержання кип'яченої води у великих кількостях користуються кип'ятильником системи «Вулкан», «Титан», Бессонова й ін.

Термічний ефект знезаражування води не знайшов застосування, навіть на малих водопроводах, через його дорожнечу, пов'язану з великими витратами палива і малою пропускною здатністю апаратів.

8. Інші безреагентні методи знезаражування води

До числа інших безреагентних методів знезаражування води, що, можливо, у майбутньому знайдуть застосування, відносяться обробка води променями Рентгена, радіоактивним випромінюванням і струмом високої частоти, що мають бактерицидну дію. Однак дотепер ці методи досліджені мало, а про перспективність їх застосування можна буде судити лише після тривалого і детального вивчення.

У радіобіології розрізняють два основних типи випромінювань – довгохвильові, 2000-2950 Ао, у які входять ультрафіолетові промені, і короткохвильові, особливо рентгенівські, з довжиною хвилі від 0,06 до 1000 Ао. Перший тип випромінювання не глибоко проникає в тканині. Його бактерицидна дія була докладно розглянута вище.

Короткохвильові промені, глибоко проникаючи в тканини і клітки, викликають іонізацію і значне руйнування в них. Зміна електронної структури атомів порушує хімічні зв'язки, унаслідок чого руйнуються молекулярні структури клітки. Більше інших ушкоджуються ядерні елементи клітки, особливо носії генетичних властивостей – нуклеїнові кислоти. Цитоплазма також перетерплює різні порушення. Результати впливу на спадкоємні властивості кліток стійкі і необоротні.

Таким чином, іонізація в залежності від сили і ступеня опромінення може порушити передачу спадкоємних властивостей чи роботу ферментних систем, тобто змінити фізіологічний стан клітки чи викликати її загибель.

1

Мал.1. Вплив тривалості контакту озону з водою на її кольоровість 140 (1), 90 (2), 589 (3) и 30 град(4)

Тривалість контакту озону з водою, хв

           Кольоровість води, град

0

40

80

120

20


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45114. Do you have any arguments in favor of a universal language? Could Esperanto become a common language? 15.08 KB
  Such lnguge would help promote understnding nd better feeling mong ntions. universl lnguge lso would increse culturl nd economic ties mong vrious countries. Through the yers t lest 600 universl lnguges hve been proposed.
45115. The United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland 26 KB
  Great Britain is situated on the British Isles. They lie to the west of the continent of Europe. The larger of the two big islands is known as Great Britain. The smaller island is Ireland, with Northern Ireland and the Irish Republic
45116. Тhe most important factors for you in choosing or keeping a job 14.81 KB
  For exmple it’s the stisfction of job welldone the sense of chievement behind the clinching of n importnt del. So in my opinion my chrcter ttrcts me to right kind of job. This fctor is very importnt for me in choosing job becuse without it I lose ppetite for life.
45117. What do you think people work for? What are your reasons for work? 15.37 KB
  It’s true tht work is power nd sense of sttus sy those who hve either ttined these elusive gols. From my point of view work is possibility to express the ledership qulities. I gree tht we would lso prefer work to be useful plesnt nd interesting nd lso well pid .
45118. Russia 23 KB
  The country is multintion stte. It consist of two chmbers: the Council of the Federtion nd the Stte Dum. The Stte Dum includes 450 deputies. t first bills re introduced in the Stte Dum.
45119. If being a teacher is not prestigious nowadays, why do people teach? 15 KB
  People tech becuse teching is built on chnge. People tech becuse they like freedom to mke their own mistkes to lern their own lessons to stimulte their self nd their students. People tech becuse they like helping students who hs problem.
45121. Law profession in Great Britain 23 KB
  For instnce the solicitors dels with petty crimes nd some mtrimonil mtters in mgistrtes’ courts. He my represent his client in the court when the cse is one of divorce or recovering with other mtters. Brristers re expects in the interprettion of the lw nd dvoccy – the rt of the presenting cses in court. They dvice on relly difficult points nd conduct legl proceedings in the higher courts.
45122. What are your food tastes and preferences? Do you eat nutritionally sound food? 15.46 KB
  Eаting blnced diet mens choosing wide vriety of foods nd drinks from ll food groups. The key to helthy blnced diet is not to bn or omit ny foods or food groups but to blnce wht you et by consuming vriety of foods from ech food group in the right proportions for good helth. For some people is food is source of plesure for others – source of energy.