Химические элементы, входящие в состав воды

Химический состав питьевой воды.

Связь способа водоподготовки и обеззараживания с состоянием здоровья населения

Реферат выполнила:

студентка группы ЛД 15-07

Пучкина А.И.

Научный руководитель: Зуева Т.В.

Пермь 2017

Содержание

Введение. 3

1. Химические элементы, входящие в состав воды.. 4

1.1 Индифферентные химические вещества в воде. 4

1.2 Биоэлементы.. 5

2. Гигиенические требования к качеству питьевой воды.. 6

3. Методы очистки воды.. 7

3.1 Отстаивание и коагуляция. 7

3.2 Фильтрация. 8

3.3 Обеззараживание. 10

3.3.1 Хлорирование. 11

3.3.2 Озонирование. 12

3.3.3 Обеззараживание серебром. 13

4. Заболевания, обусловленные необычным минеральным составом природных вод 13

Заключение. 15

Список литературы.. 16

Введение

Являясь источником жизни на планете, вода потребляется всеми живыми существами. Качество питьевой воды, попадающей в организм человека, определяют состояние его здоровья и самочувствия. Самыми чистыми источниками являются естественные, но находящиеся вдали от объектов техногенного засорения экологии. К воде, которая предназначается для употребления внутрь, предъявляются жесткие качественные требования.

Даже самая чистая из природных вод — вода дождевая содержит в одном литре около 30 — 35 миллиграммов сухого остатка. Что касается подземных вод, то они представляют собой растворы с широкой гаммой состава и концентрации примесей. Правильнее будет говорить, что вода — это минерал.

Наша обычная питьевая вода никогда не бывает химически чистой, особенно если она была в контакте с отложениями. Подземные воды (из родников или колодцев) всегда содержат ионы кальция и магния, а зачастую и железа и марганца, а также, положительные заряды этих ионов уравновешиваются отрицательными ионами карбонатов / бикарбонатов, а иногда и некоторых хлоридов и сульфатов.

Химические элементы, входящие в состав воды

Химические вещества условно можно разделить на:

1) биоэлементы (йод, фтор, цинк, медь, кобальт);

2) химические элементы, вредные для здоровья (свинец, ртуть, селен, мышьяк, нитраты, уран, СПАВ, ядохимикаты, радиоактивные вещества, канцерогенные вещества);

3) индифферентные или даже полезные химические вещества (кальций, магний, марганец, железо, карбонаты, бикарбонаты, хлориды).

1.1 Индифферентные химические вещества в воде

1) Железо

двух– или трехвалентное содержится во всех естественных водоисточниках. Железо – необходимая составная часть животных организмов. Оно используется для построения жизненно важных дыхательных и окислительных ферментов (гемоглобина, каталазы). Взрослый человек получает в сутки десятки миллиграммов железа, поэтому количество поступающего с водой железа не имеет существенного физиологического значения. Однако присутствие железа в виде больших концентраций нежелательно по эстетическим и бытовым соображениям. Железо придает воде мутность, желто-бурую окраску, горьковато-металлический привкус, оставляет пятна ржавчины. Большое количество железа в воде способствует развитию железобактерий, при отмирании которых внутри труб накапливается плотный осадок.

2) Марганец

в подземных водах содержится в виде бикарбонатов, хорошо растворимых в воде. В присутствии кислорода воздуха превращается в гидроокись марганца и выпадает в осадок, чем усиливает показатель цветности и мутности воды. В практике централизованного водоснабжения необходимость ограничения содержания марганца в питьевой воде связывается с ухудшением органолептических свойств.

3) Алюминий

содержится в питьевой воде, подвергшейся обработке – осветлению в процессе коагуляции сернокислым алюминием. Избыточные концентрации алюминия придают воде неприятный, вяжущий привкус. Остаточное содержание алюминия в питьевой воде (не более 0,2 мг на л) не вызывает ухудшения органолептических свойств воды (по мутности и привкусу).

4) Кальций

и его соли обуславливают жесткость воды. Жесткость питьевой воды является существенным критерием, по которому население оценивает качество воды. В жесткой воде овощи и мясо плохо развариваются, так как соли кальция и белки пищевых продуктов образуют нерастворимые соединения, которые плохо усваиваются. Затруднена стирка белья, в нагревательных приборах образуется накипь (нерастворимый осадок

1.2 Биоэлементы

1) Медь

в малых концентрациях встречается в природных подземных водах и является истинным биомикроэлементом. В больших концентрациях (3—5 мг/л) медь оказывает влияние на вкус (вяжущий).

2) Цинк

в качестве микроэлемента встречается в природных поземных водах. В больших концентрациях он встречается в водоемах, загрязненных промышленными сточными водами. При содержании 30 мг/л вода приобретает молочный цвет, а неприятный металлический вкус исчезает при 3 мг/л, поэтому нормируют содержание цинка в воде не более 3 мг/л.

2.
Гигиенические требования к качеству питьевой воды

В РФ оценка качества питьевой воды при децентрализованной системе водоснабжения производится на основании санитарных правил и нормативов СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды децентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников». Санитарные правила устанавливают гигиенические требования к качеству воды источников децентрализованного (местного) водоснабжения.

Децентрализованным водоснабжением является использование для питьевых и хозяйственных нужд населения воды подземных источников, открытых для общего пользования без подачи её к месту пользования.

Использование природных вод открытых водоёмов для хозяйственно-питьевого водоснабжения требует предварительного улучшения свойств воды и её обеззараживания. Средства по улучшению качества воды включают в себя методы очистки воды, улучшающие органолептические свойства воды, и методы её обеззараживания, целью которых является уничтожение патогенных микроорганизмов, т. е. обеспечение эпидемиологической безопасности воды.

Методы очистки воды

3.1 Отстаивание и коагуляция

Самым простым и доступным для всех методом очистки питьевой воды является отстаивание водопроводной воды. При этом в течение определенного времени улетучивается остаточный свободный хлор (Сl2), который применяют в системах водозабора для обеззараживания воды. Кроме того, под действием гравитационных сил происходит осаждение относительно крупных суспензионных и коллоидных частиц, находящихся во взвешенном состоянии. В некоторых случаях осадок «желтеет».

Коагуляция – образование и осаждение в жидкой фазе гидроксидов железа или алюминия с адсорбированными на них коллоидами загрязнений стоков и соосажденными гидроксидами тяжелых металлов.

При коагуляции в обрабатываемые стоки вводятся специальные реагенты, при взаимодействии которых с водой образуется новая малорастворимая высокопористая фаза, как правило, гидроксидов железа или алюминия. Происходит также соосаждение тяжелых металлов, по свойствам близких к вводимому в раствор коагулянту. Этот метод широко распространен в водоподготовке. Образующиеся хлопья размером 0,5–3,0 мм имеют очень большую поверхность с хорошей сорбционной активностью. В процессе ее образования и седиментации в структуру включаются взвешенные вещества, коллоидные частицы и та часть ионов загрязнений, которые ассоциированы на поверхности этих частиц.

Современные коагулянты на основе гидроксохлорида – полигидроксохлорид, гидроксохлорсульфат алюминия, Аква-Аурат и т. п. – позволяют существенно повысить качество и интенсифицировать процесс очистки сточных вод. Для повышения эффективности процессов коагуляции и реагентного осаждения широко используется полиакриламид.

Сократить объем используемого оборудования и расход реагентов позволяет так называемая контактная коагуляция. Она реализуется при введении раствора коагулянта перед механическим фильтром воды. В этом случае зерна загрузки и адсорбированные на них частицы служат центрами коагуляции – «затравкой». При этом резко ускоряется процесс роста хлопьев, которые образуются непосредственно на зернах загрузки и, соответственно, отпадает необходимость в их отстаивании. Процесс очистки сточных вод ускоряется в десятки раз.

3.2 Фильтрация

Фильтрация — задержка нерастворимых твердых частичек определенной величины происходит в порах микропористой структуры полимерного или керамического фильтра. Дальнейшая очистка заключается в удерживании порами сорбента (чаще всего активированного угля, приготовленного особыми методами) органических молекул (в т.ч. стиральных порошков), остатков хлора и других газов, некоторых тяжелых металлов и т.д.

При эксплуатации таких систем необходимо следить, чтобы выходные части фильтров не зарастали бактериальными пленками, которые могут вызвать вторичное заражение очищенной воды.

Медленные фильтры. Это емкости, заполненные песком. Профильтрованная вода отводится через дренаж в нижней части емкости. Такой фильтр должен «созреть», т.е. должна образоваться активная биологическая пленка, состоящая из адсорбированных взвешенных частиц, планктона и бактерий в верхней части песчаного слоя.

К несомненным достоинствам медленных фильтров относятся равномерная, близкая к естественной, фильтрация, при которой задерживание бактерий достигает 99%, а также простота устройства. Но фильтрация в таких фильтрах происходит очень медленно и составляет лишь 10 см вод. ст/ч.

Для городского водоснабжения используются скорые фильтры. Это бетонные резервуары с двойным дном. Нижнее дно сплошное, а верхнее перфорированное, что обеспечивает дренажные свойства фильтра. Вода для фильтрации подается сверху и отводится снизу через дренажное пространство. Производительность обычных скорых фильтров приблизительно в 50 раз выше, чем медленных, и достигает 5 м³/ч, что является несомненным преимуществом. Однако и загрязнение фильтрующего слоя происходит в скорых фильтрах значительно быстрее. Несколько ниже у них и способность задерживать бактерии, которая составляет 95%.

Еще большей производительностью обладают модернизированные скорые фильтры с двухслойной загрузкой. В них верхний фильтрующий слой представлен антрацитовой крошкой, а нижний – кварцевым песком. Благодаря образованию центров коагуляции на крупных частицах антрацитовой крошки в верхнем слое задерживается значительное количество крупнодисперсной взвеси. Фильтрация производится со скоростью 10 м вод. ст./ч.

Наиболее удобная и эффективная модель скорых фильтров – контактный осветлитель (КО). Нижний слой загрузки в нем состоит из гравия, а верхний – из кварцевого песка. Процесс КО идет быстрее и полнее в результате образования на гравии крупных хлопьев и задержки на них взвеси. Грязеемкость таких фильтров значительно повышена. Скорость фильтрации достигает 5-6 м³/ч, а полный цикл обработки воды составляет около 8 ч.

Следует отметить, что, хотя адсорбция микроорганизмов при осветлении и фильтрации воды весьма велика, полной гарантии эпидемической безопасности такая схема очистки не обеспечивает. В связи с этим после очистки на фильтрах вода проходит обеззараживание.

3.3 Обеззараживание

Для обеззараживания воды на водопроводах используются различные физические и химические методы.

Физические (нереагентные) методы обеззараживания воды: кипячение, обработка ультрафиолетовым (УФ) облучением, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами — применяются в зависимости от конкретных целей и условий обработки воды. Нереагентные методы обеззараживания имеют преимущества перед реагентными: они не изменяют химического состава воды, не приводят к образованию токсичных веществ, не ухудшают органолептических свойств воды, имеют широкий диапазон бактерицидного действия, т.к. действуют непосредственно на структуру микроорганизмов.

Наибольшее применение на водопроводных станциях имеет метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 200-275 нм; максимум бактерицидного действия УФ-лучами находится в диапазоне волн 260 нм. УФ-облучение воды вызывает быструю гибель вегетативных форм , вирусов, спор микроорганизмов, в том числе устойчивых к хлору.

При местном водоснабжении наиболее надёжным методом обеззараживания воды является кипячение. В результате кипячения в течение 3-5 мин погибают все имеющиеся в воде микроорганизмы, а после 30 мин вода становится стерильной (погибают споры бацилл).

К химическим (реагентным) методам относятся хлорирование, озонирование и обработка воды ионами серебра.

3.3.1 Хлорирование

Хлорирование воды - наиболее распространённый способ обеззараживания питьевой воды с применением газообразного хлора или хлорсодержащих соединений, вступающих в реакцию с водой или растворенными в ней солями. В результате взаимодействия хлора с протеинами и аминосоединениями, содержащимися в оболочке бактерий и их внутриклеточном веществе, происходят окислительные процессы, химические изменения внутриклеточного вещества, распад структуры клеток и гибель бактерий и микроорганизмов. Дезинфекция (обеззараживание) питьевой воды осуществляется за счёт дозирования хлора, двуокиси хлора, хлорамина и хлорной извести. Необходимая доза дозируемого вещества устанавливается пробным хлорированием воды: она определяется хлорпоглощаемостью воды (количество хлора, необходимое для связывания содержащихся в воде органических соединений). С целью уничтожения микробов хлор вводят с избытком из того расчёта, чтобы через 30 мин после хлорирования воды содержание остаточного хлора было не менее 0,3 мг/л. В некоторых случаях проводится двойное хлорирование воды – до фильтрации и после чистки воды. Также при эпидемиологических катастрофах проводится суперхлорирование с последующим дехлорированием воды.

Нередко встречаются случаи загрязнения водоемов промышленными и городскими ливневыми стоками, содержащими соединения фенола. Образовавшиеся при хлорировании такой воды даже малыми дозами хлора хлорфенолы придают питьевой воде неприятный «аптечный» запах, что крайне отрицательно воспринимается населением. Это явление предупреждается предварительным внесением в воду аммиака. Преаммонизация заключается во внесении аммиака или его солей в воду за несколько секунд до подачи хлора. Хлор связывается с аммиаком и образуется хлорамины, оказывающие мощное и длительное обеззараживающее действие.

3.3.2 Озонирование

Озонирование является одним из лучших методов обеззараживания воды. Озон - газ голубоватого цвета с характерным запахом, хорошо растворим в воде. Сырьем для производства озона является атмосферный воздух или чистый кислород при действии на него электрического разряда высокого напряжения. Озон самопроизвольно разлагается по схеме О2→О2+О. Озон и свободные радикалы имеют исключительно высокий окислительно-восстановительный потенциал и поэтому быстро вступают в реакцию с содержащимися в воде органическими веществами, и эта реакция протекает быстрее и интенсивнее, чем у хлора. Озон обладает значительным бактерицидным действием, как и хлор, но в отношении спор, озон более активен. Время, необходимое озону для получения 99% обеззараживания в отношении кишечной палочки в 7 раз меньше чем при хлорировании, а скорость уничтожении спор у озона в 30 раз больше. При озонировании уничтожаются и органолептические свойство воды - уменьшается цветность устраняются посторонние запахи и привкусы.

Доза озона, необходимая для обеззараживания воды от 0-5 до 6 мг/л. Продолжительность обеззараживания 3-5 минут. Содержание остаточного озона в воде не более 0,3мг/л.

Достоинствами данного метода являются – надежность и быстрота обеззараживания, разрушение органических примесей, улучшение органолептических свойств воды;

Недостатками - большие затраты, обеззараживанию воды могут служить у нас соли железа и меди и отсутствие долгого бактерицидного действия соединений хлора.

3.3.3 Обеззараживание серебром

Одно из свойств тяжелых металлов – это способность их оказывать бактерицидное действие в чрезвычайно малых концентрациях. Такое свойство наиболее выражено у серебра, меди, золота.

Бактерицидное действие ионов серебра объясняется тем, что они взаимодействуют с протоплазмой микроорганизмов, угнетают ферменты. Обогащение воды ионами серебра может осуществляться 3-мя способами:

1) Добавлением к воде растворов солей серебра (AgNO3);

2) Путем фильтрации воды через посеребренный песок;

3) Электролитическим методом.

Для обеззараживания прозрачных бесцветных вод требуется от 0.5 до 1 мг серебра на 1 л воды. Продолжительность дезинфекции около 2 часов. При длительном употреблении такой воды содержание серебра в ней не должно превышать 0,05 кг/л.

Метод нашел широкое применение в случаях, когда необходимо длительно хранить запасы воды, например, на судах дальнего плавания или в маловодных местностях, т.к. серебро долго сохраняется в воде и предохраняет ее от возможного заражения.

Недостатки метода:

1) Дороговизна;

2) Ненадежность обеззараживания воды, содержащей много взвесей органических веществ и хлоридов.