4.7. САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ

Процесс самоочищения открытых водоемов протекает под влиянием разнообразных факторов, которые действуют одновременно в различных сочетаниях.

К числу таких факторов относятся: гидрологические — разбавление и смешивание попавших загрязнений с основной массой воды; механические — осаждение взвешенных частиц; физические — влияние солнечной радиации и температуры; биологические — сложные процессы взаимодействия водных растительных организмов с составными частями поступающих стоков; химические — превращение органических веществ в минеральные (минерализация).

В процессе самоочищения происходит отмирание сапрофитов и патогенных микроорганизмов. Они погибают в результате обеднения воды питательными веществами, бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей солнца, которые проникают в толщу воды более чем на

1. м, влияния бактериофагов и антибиотических веществ, выделяемых сапрофи- тами, неблагоприятных температурных условий, антагонистического воздействия водных организмов и других факторов. Процессы самоочищения воды протекают более интенсивно в теплое время года, а также в проточных водоемах — реках. Малопроточные водоемы (пруды, озера, водохранилища) самоочищению подвергаются значительно меньше, так как в них замедлен ток воды, а взвешенные частицы оседают на дно, в результате чего происходит заиливание водоема и ухудшение качества воды.

Самоочищение подземных вод происходит благодаря фильтрации через почву и за счет процессов минерализации, в результате вода полностью освобождается от органических загрязнений и микроорганизмов.

При сильном загрязнении водоемов бытовыми промышленными сточными водами процессы самоочищения обычно замедляются и даже полностью прекращаются. Промышленные сточные воды вносят в водоем значительные количества различных химических веществ, которые ухудшают органолептические свойства воды и придают ей неприятный привкус, запах (хлорбензол, дихлорэтан, стирол, нефть и др.), а также влияют на биологические и химические процессы самоочищения воды (ацетон, метанол, этилен- гликоль и др.).

Существенное значение в процессах самоочищения воды имеют так называемые сапрофитная микрофлора и водные организмы. Некоторые представители микрофлоры водоемов обладают антагонистическими свойствами к патогенным микроорганизмам, что приводит к гибели этих микробов.

Наибольшим антимикробным действием характеризуются простейшие. Пожиратели микробов — бактериофаги, попавшие в водоем, также оказывают воздействие на патогенные, болезнетворные микроорганизмы.

Под влиянием естественных факторов открытые водоемы (реки, озера и водохранилища), как и почва, обладают способностью освобождаться от попавших в них загрязнений. В реках для самоочищения необходим пробег воды не менее 15 км от места загрязнения при условии отсутствия новых загрязнений на пути течения воды. Быстрота самоочищения зависит от многоводности, скорости течения воды и ветра, способствующих перемешиванию воды в водоеме. В озерах и водохранилищах вода очищается тем интенсивнее, чем больше по объему сами источники. В мелких водоемах процессы самоочищения выражены крайне слабо.

Самоочищение воды происходит в результате механических, физико-химических и биологических процессов. При этом поступившие загрязнения разбавляются водой водоема, взвешенные в воде вещества постепенно осаждаются на дно, а органические вещества подвергаются окислению за счет растворенного в воде кислорода. При этом аэробные процессы происходят преимущественно в верхних слоях водоема, а анаэробные — на дне

Рис.

Схема минерализации органических веществ в водоемах

водоема, куда кислород воздуха не поступает. В итоге этих процессов органические вещества, распадаясь на менее сложные, постепенно минерализуются.

Процесс минерализации органических веществ в воде и конечные продукты расщепления белкового субстрата показаны на рис. 6.

Процессам самоочищения воды способствуют также питающиеся бактериями простейшие, коловратки, рачки, моллюски и некоторые растительные организмы, которые питаются органическими веществами. С санитарной точки зрения самоочищение воды весьма полезное явление в природе. Однако этот процесс у открытых водоемов небезграничен — при сильном и постоянном загрязнении самоочищение воды становится недостаточным. Это часто наблюдается при бесконтрольном выпуске хозяйственно-фекальных и промышленных сточных вод в водоемы, что вызывает значительное скопление гниющего ила, появление токсических химических соединений, развитие полисапробной флоры и массовый мор рыбы.

В практической работе возникает необходимость определить давность загрязнения водоисточников органическими отбросами. Для этого можно пользоваться следующей шкалой:

Если в воде обнаруживается только аммиак органического происхождения, то это свидетельствует о свежем загрязнении (чаще мочой или калом). Органическое происхождение аммиака подтверждается наличием в воде одновременно таких важных показателей, как низкий коли-титр, повышенная ее окисляемость и общая жесткость.

При обнаружении в воде, помимо аммиака, хлоридов указывает на то, что загрязнение водоема произошло сравнительно недавно, потому что хлориды обычно появляются при разрушении белковых веществ вслед за аммиаком.

Наличие в одной и той же пробе воды аммиака, хлоридов и азотистой кислоты (нитритов) дает основание считать, что процесс разложения органических веществ находится в разгаре.

Появление в воде помимо аммиака, хлоридов, азотистой кислоты, еще и солей азотной кислоты (нитратов) свидетельствует о том, что от момента загрязнения прошел значительный период времени, но имеет место свежее загрязнение.

Наличие в воде хлоридов, азотной и азотистой кислот указывает на то, что свежего загрязнения нет, а продолжается процесс минерализации органических веществ.

Если с момента загрязнения воды органическими веществами прошел длительный срок, то в ней могут быть обнаружены только азотистая и азотная кислоты. Наличие в воде только солей азотной кислоты говорит о том, что процесс минерализации закончился полностью и воду можно использовать для поения животных.

4.8.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ И ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ

Вода, используемая в сельскохозяйственных предприятиях и фермерских хозяйствах, может оказаться не отвечающей некоторым требованиям СанПиН

4. 1074-901, утвержденным Главным государственным санитарным врачом РФ

2001. г., для централизованного водоснабжения, и СанПиН 2.1.4. 1176-02, утвержденным Главным санитарным врачом РФ 26.11.2002 г., для нейтрализованного водоснабжения, а также ветеринарно-санитарным и гигиеническим нормативам.

В связи с этим существует целый ряд приемов и методов, позволяющих улучшить качество воды.

Мероприятия по улучшению органолептических свойств воды. В практике водоснабжения животноводческих ферм и фермерских хозяйств среди мер, направленных на улучшение качества воды, очистки ее от различных примесей, применяют отстаивание, коагуляцию и фильтрацию.

Отстаивание — водой заполняют специальные закрытые подземные емкости (чаще железобетонные бассейны) на 4-8 часов. За это время грубые взвешенные частицы и часть микроорганизмов (до 60-70%) оседают на дно резервуара, и вода становится прозрачной.

В условиях сельскохозяйственного производства воду отстаивать можно и в открытых водоемах, водохранилищах, запрудах, если они хорошо охраняются от загрязнения.

Коагулирование воды и осаждение взвесей — это реагентный метод улучшения качества воды с помощью специальных веществ — коагулянтов. Наиболее часто применяют неочищенный сернокислый алюминий Л12(804 18Н20), содержащий 33% безводного сернокислого алюминия, до 23% нерастворимых примесей.

Учитывая недостаточный эффект обработки воды минеральными коагулянтами, в последнее время начали использовать флокулянты — активированную кремниевую кислоту, полиакриламид (ПАА) и др.

Фильтры и фильтрация воды. Кроме очистки воды от механических примесей, с помощью фильтров получают прозрачную, бесцветную воду, количество микроорганизмов в ней уменьшается на 60-95%, а кишечных палочек — на 9099%.

По характеру (виду) фильтрующей основы фильтры подразделяют на сетчатые (микрофильтры, микросита), каркасные или намывные и наиболее распространенные зернистые (песчаные, антрацитовые). Размеры частиц фильтрующего материала, а также толщина слоя позволяют зернистые фильтры подразделить на медленные (0,1-0,3 м/ч), скорые (512 м/ч) и сверхскоростные (36-100 м/ч).

Все виды кондиционирования чаще всего касаются нормализации минерального состава воды. Делят их на две группы: 1) удаление из воды избыточных количеств солей и газов — умягчение, обес- соливание и опреснение, обезжелезивание, обесфторивание, удаление марганца, кремниевой кислоты, дегазация и др.; 2) добавление к воде специальных солей с целью улучшения органолептических свойств воды или повышения содержания в ней микроэлементов (фтор и пр.).

обмена, так и термическим. Фторирование воды применяют в отдельных зонах (биогеохимических провинциях) нашей страны, где отмечают недостаток микроэлемента фтора. Данный метод предложен с целью уменьшения заболеваемости кариеса зубов. При повышенном содержании фтора делают дефторирование воды с помощью гидроокиси алюминия или магния или трикальцийфосфата, осаждающих фтор.

При малейшем подозрении на инфицирование воды ее необходимо тщательно проверить и, если нужно, обеззаразить. Все виды обеззараживания воды делят на две группы: реагентные и без- реагентные.

Реагентные методы обеззараживания воды. Из этих методов наиболее распространенным считается хлорирование питьевой воды. Проводится оно с помощью газообразного хлора, гипохлоритов и хлорной извести. Бактерицидное действие указанных веществ принадлежит хлорноватистой кислоте (НОС1 и ее гипохлорит- ному иону (ОСГ), который в водной среде может образовывать НОС1. Кислота проникает через оболочку бактериальной клетки и нарушает функцию ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы, обеспечивающие данную клетку энергией. Процесс образования бактерицидно действующих соединений хлора при использовании его в разных видах можно видеть из следующих реакций: при растворении хлора в воде происходит реакция С12 + Н20 = НОС1 + Н* + + СГ, гидролиз хлора дает 99,9% НОС1 при 0°С и 99,97% при 25°С.

В производственных условиях для хлорирования воды нередко применяют хлорную известь с содержанием активного хлора от 35 до 39%. Так как в процессе хранения активность хлорной извести может снижаться, то перед использованием необходимо определять в ней наличие активного хлора.

Хлоратор Ремесницкого

На водопроводных станциях хлорирование осуществляется газообразным способом с помощью специальных аппаратов — хлораторов (рис. 7).

При хлорировании воды систематически контролируется эффективность обеззараживания. Для этого в хлорируемой воде в течение суток ежечасно определяют остаточный хлор и ежесуточно — титр кишечной палочки. Последний в хлорированной воде должен быть не менее 300 мл. Доза хлора зависит от состояния заражения воды. Она считается достаточной, если в воде после хлорирования будет содержаться не более 0,4 мг/л, но не менее 0,2 мг/л.

В процессе обеззараживания воды следует иметь в виду, что действие хлора достигается только в том случае, если достаточно точно в лаборатории определена доза хлорпоглощаемости или хлорпотребности воды. В случае опасного заражения воды ее обрабатывают большими дозами хлора              суперхлорирование, а избыточную

дозу хлора устраняют дехлорированием. Последнее чаще всего осуществляют после соответствующих расчетов 0,5%-ными растворами серноватистокислого (гипосульфита) или сернокислого натрия.

Кроме хлорирования из реагентных способов обеззараживания воды приме

няют также обеззараживание ее с помощью озона, йода и ионов серебра.

Безреагентные методы обеззараживания воды включают ультрафиолетовое облучение, обработку ультразвуком, гамма-излучением и др. У Ф-обл учение обеспечивает надежное обеззараживание воды, которое достигается биологически активной частью ультрафиолетового спектра. Многими исследованиями установлено, что наиболее активным воздействием на бактерии обладают лучи с длиной волны 295-200 миллимикрон.

Для обеззараживания воды с помощью УФ-лучей используют ртутно-кварцевые лампы высокого давления марок типа ПРК (прямые ртутно-кварцевые), БУВ-60.

Обеззараживание воды ультразвуком основано на бактерицидном действии этого физического фактора путем механического разрушения бактерий в ультразвуковом поле. Что касается обеззараживающего действия гамма-излучений, то, как сообщает С. Н. Черкинский (1974), при соответствующей мощности дозы микро организмы погибают весьма быстро. Од нако этот способ требует особых условий

К числу безреагентных методов обез зараживания воды относят и кипячение Это простой и весьма надежный метод позволяющий обезвреживать небольшое количество воды.

б 7