Гігієна води. Організація водопостачання населених місць

Гігієна води. Організація водопостачання населених місць
Населення необхідно забезпечувати достатньою кількістю води, до того ж якісною. Вода не повинна викликати ніяких патологічних змін з боку організму, бути причиною розповсюдження заразних захворювань, а також викликати неприємні відчуття своїм виглядом, смаком і запахом.
При організації водопостачання населення враховується наявність й характер джерела води, його доступність, можливість одержати достатню кількість води потрібної якості. При виборі джерела води враховуються дебіт його і якість води, яка значною мірою визначається походженням і умовами формування, а також характером і ступенем її забруднення. При цьому необхідно також врахувати перспективи розвитку даного населеного пункту і його благоустрій.
При всій різноманітності джерел води можна все ж таки вказати на їх можливий дебіт. У великих річках кількість води обчислюється в сотнях і тисячах метрів кубічних за секунду, в малих до 2-3 м3/с. Повноводність річок змінюється по сезонах року: різко зростає під час весняного паводка І знижується в літню межень. Вирішуючи питання водопостачання із відкритих водойм, орієнтуються на середній рівень кількості води в літні місяці, встановлений за ряд років. Природно, що для водопостачання може бути використана лише частина дебіту водойми.
Дебіт артезіанських свердловин дорівнює в середньому 10-18 м3/год, шахтних колодязів, які живляться ґрунтовими водами -1,5-6,5 м3/добу. Зіставлення цих величин показує, що можливість одержати велику кількість води із підземних джерел обмежена.
Далі необхідно вирішити питання про відповідність якості води у джерелі гігієнічним вимогам. Багаторазові лабораторні дослідження не повинні залишати сумніву щодо якості води і того, що одержані дані характеризують істинний стан джерела, а не випадкові зміни, які виникли під впливом перехідних факторів. Особливе значення це має стосовно відкритих водойм, в яких склад води міняється залежно від пори року, стану погоди, а тому необхідний цикл сезонних досліджень. Щодо відкритих водойм потрібно також знати санітарний стан водозбірних площ, їх заселеність, наявність випусків стічних вод і характер використання річки вище майбутнього місця водозабору.
Що стосується підземних вод, то необхідно знати глибину залягання водоносних шарів, їх захищеність водотривкими породами, характер порід (тріщинуваті, піщані, глинисті тощо) і санітарну характеристику зони живлення, відстань від місць можливого забруднення води. Ці та інші відомості потрібні насамперед для судження про надійність, стійкість позитивної в гігієнічному відношенні якості води, можливість ліквідації, виправлення чи попередження впливу негативних факторів і організації надійної санітарної охорони джерела води. При виборі джерела питної води необхідно одночасно вирішувати питання і про джерело промислового водопостачання, щоб не витрачати доброякісну воду на технічні цілі. При відсутності на місці доброякісної води водогони прокладають за десятки і сотні кілометрів (Одеса, Донецьк, Харків, Баку).
При організації централізованого водопостачання перевагу необхідно віддавати підземним водам, оскільки:
вони захищені шарами землі від забруднення з поверхні;
2) під час фільтрації через шари грунту покращуються фізичні й бактеріологічні показники якості води. Усе це здешевлює витрати на покращання якості води. Крім цього, вода може забиратися в межах самого населеного пункту або поблизу нього, що спрощує інженерні комунікації водогону і зменшує витрати на одержання питної води.
Найкращими джерелами води для питного водопостачання є артезіанські води. При неможливості їх використати слід орієнтуватися на інші джерела води в такому порядку: міжпластові ненапірні; грунтові води; води з водойм з незарегульованим стоком (річки); в останню чергу водойми з за регульованим стоком (озера, водосховища, ставки, заплави тощо).
Норми водопостачання. Гігієнічні вимоги до водопостачання стосуються не тільки якості, але і кількості води. Достатня кількість води забезпечує населенню високий рівень особистої гігієни, господарсько-побутового водокористування і загального санітарного благоустрою населеного пункту. В основу цих норм покладено: фізіологічну потребу у воді, приготування їжі, підтримання гігієни тіла, чистоти житла, витрати води в громадських установах, на підтримання чистоти садиб, доріг, поливання зелених насаджень, влаштування фонтанів тощо.
Розраховуючи необхідну кількість води, враховують рівень санітарно-технічного благоустрою жител і доступність води. При децентралізованому водопостачанні на одного мешканця потрібно 30-50 дм3/добу, тоді як при централізованому водопостачанні — 80-420 дм3/добу. Відповідно до "Санітарних правил проектування, будівництва і експлуатації господарсько-питних водогонів", норми води для районів жилої забудови населених місць залежать від доступності води, характеру водонагрівних приладів і наявності каналізації (табл. 4.2).

Таблиця 4.2 Норми водоспоживання для житлових і громадських будівель
Організація централізованого водопостачання
У селах і невеликих містах для влаштування водогону переважно використовують артезіанські, грунтові й джерельні води. Експлуатація таких водогонів порівняно проста.
Водогін з підземних джерел водопостачання складається (рис. 4.4) з: 1) джерела води (свердловина, буровий колодязь, каптаж); 2) насосної станції першого підйому, що подає воду з джерела в резервуар; 3) пристосувань для кондиціювання води (дегазація, опріснення, дезактивація) при необхідності; 4) установки для знезаражування води; 5) насосної станції другого підйому, що подає воду з резервуара чистої води в резервуар водонапірної башти і у водорозбірну мережу населеного пункту; 6) мережі трубопроводів, по яких вода подається в населений пункт у кожний будинок або до водорозбірних колонок.
Якщо доброякісної підземної води немає або кількість її обмежена, організовують водогін з відкритої водойми. Так, водопостачання Києва, Дніпропетровська, Одеси, Харкова та багатьох інших


Рис. 4.4. Схема водогону з підземних джерел:
І — свердловина; 2 — насос підйому води; 3 — хлоратор; 4 - резервуар чистої води; 5 - насос подачі води у водорозбірну мережу; б - водонапірна башта.
міст України і світу організовано з відкритих водойм. У ряді населених пунктів використовують для питного водопостачання атмосферну, опріснену або воду із водосховищ.
Подавати воду з відкритих водойм безпосередньо споживачам не можна. Природні зміни органолептичних властивостей (каламутність під час паводка і після дощу), бактеріальне забруднення, вплив на санітарний стан водойм різних видів його використання не дозволяють розраховувати на стійку якість води і відповідність гігієнічним нормам. Тому для централізованого водопостачання вода з відкритих водойм обов'язково піддається обробці.
Місце для забору води з водойми повинно: а) бути безпечним в санітарному відношенні; б) при будь-яких змінах режиму водойми повинна бути достатня кількість води; в) забірні споруди у воді й на березі необхідно надійно захищати від пошкоджень.
Забір води на річці організовують вище за течією стосовно населеного пункту, місць водокористування і спуску стічних вод, водопою тварин, зон відпочинку. Глибина водойми в місці водозабору повинна бути не менше 2,5 м, щоб при заборі води не засмоктувалось болото чи вода з поверхні водойми. Горловину водозабірної труби обов'язково закривають сіткою, щоб не потрапляли різні плаваючі речі.
Воду можна забирати не безпосередньо з водойми, а з різного типу водоприймачів, розташованих вздовж берега (рис. 4.5). Основне

Рис. 4,5. Берегові фільтруючі колодязі:
1 - колодязі для фільтрації води; 2 - з'єднувальні труби; 3 - збірний колодязь; 4 - насос 1-го підйому; 5 - подача води на головні споруди водогону.
їх призначення - звільнення води від завислих часток. Якщо берег складається з пористих порід, то воду можна забирати не безпосередньо з водойми, а з викопаних на деякій відстані від річки берегових колодязів. Вода, що надходить в колодязь, профільтровується через товщу грунту. Якщо грунт дуже щільний, тоді колодязь з'єднують з водоймою за допомогою фільтрувальних траншей, заповнених гравієм і піском.
Подальше покращання якості води проводиться на головних, спорудах, водогону (рис. 4.6). Насосами першого підйому воду подають з водойми на очисні споруди. Для поліпшення якості води найчастіше застосовують освітлення (усунення каламутності), знебарвлення (усунення колірності), знезаражування (звільнення води від різних мікроорганізмів, у тому числі й збудників захворювань).
Освітлення води можна досягти при тривалому відстоюванні. Однак природне відстоювання відбувається повільно, а ефективність його невелика. Тому воду очищають за однією із двох схем: 1) шляхом відстоювання з подальшою повільною фільтрацією або 2) шляхом коагуляції, відстоювання і швидкої фільтрації.


Рис. 4.6, Схема господарсько-питного водогону з відкритої водойми;
1 - водойма; 2- водозабірна труба; 3 - береговий приймач води: 4 - насосна станція першого підйому; 5 - установка для дозування коагуляту; 6 - камера реакції; 7 - вертикальний відстійник; 8 - швидкий фільтр; 9 - хлоратор; 10 - резервуар для чистої води; 11 - насосна станція другого підйому; 12 - розподільна водогоіша сітка; 13 - водонапірна башта.
Тривалість перебування дрібних часток мулу в завислому стані в товщі води й випадання їх в осад залежить від швидкості руху води, питомої ваги і діаметра завислих речовин. Найбільш сприятлива умова для звільнення води від різних механічних домішок зменшення швидкості потоку води, що досягається у відстійниках. Вода, потрапляючи з труб в басейн, зменшує швидкість від 1м/с до декількох м/с І стає практично нерухомою.
Залежно від напрямку руху води, відстійники бувають горизонтальними і вертикальними. Відстійники - це великі резервуари глибиною декілька метрів, в яких вода протягом 4-8 годин з дуже малою швидкістю рухається від входу до виходу. За цей час найбільші частинки встигають осісти на дно.
Після відстоювання воду фільтрують. Фільтра - це залізобетонні резервуари з подвійним дном: нижнім суцільним і верхнім дірчастим. Між ними утворюється дренажний простір, в який потрапляє профільтрована вода. На верхнє дно спочатку вкладають підтримувальний шар щебеню і гравію, на нього — фільтрувальний шар піску, на який подається вода. Профільтрована вода збирається на нижньому дні фільтра (рис. 4.7). Швидкість фільтрації - 0,25-0,35 см/год.
Фільтри добре очищають воду лише після дозрівання так званої біологічної плівки. Біологічна плівка утворюється на поверхні піску із затриманих завислих частинок, водного планктону (водоростей,

Рис. 4.7. Схема піщаного фільтра:
а - шар води; 5 - пісок; в - гравій; г - дренаж.
живих організмів), в тому числі бактерій. При цьому розміри пор між піщинками настільки зменшуються, що на поверхні фільтра затримуються не тільки найдрібніші частинки, а навіть яйця гельмінтів і до 90-92 % бактерій. Через кожних 30-60 діб фільтри очищають. При цьому видаляють 2-3 см верхнього, найбільш забрудненого шару піску. Повільні фільтри можна використовувати на невеликих (сільських) водогонах.
На потужних станціях воду очищають за іншою схемою. Для прискорення процесу осідання змулених частинок і гумінових речовин, які надають воді каламутності й забарвлення, проводять коагуляцію води. Коагуляція води досягається завдяки внесенню у воду хімічних реагентів - коагулянтів (А12(504)3 РеС13, Ре30, тощо). Маючи позитивний електричний заряд, коагулянти адсорбують негативно заряджену суспензію мікробів і дрібні частки органічних та неорганічних речовин, що знаходяться у воді. При цьому утворюються пластівці, що осідають. У процесі осідання вони захоплюють із собою найдрібніші частинки мулу, мікроби і колоїдні гумінові речовини. Внаслідок коагуляції та відстоювання з води осідає також понад 95 % яєць гельмінтів. Значно полегшують і прискорюють процеси коагуляції флокулянти, такі як поліакриламід, активована кремнієва кислота,
Після коагуляції значно швидше очищається вода на швидких фільтрах. Вони пропускають шар води 5-8 м за годину (в 50 разів більше, ніж повільні), але забиваються швидше. Тому їх необхідно 1-2 рази на добу очищати від осаду. Промивають фільтр під тиском, пускаючи воду в зворотному напрямку, тим самим змиваючи осад з поверхні фільтра.
Зараз у водопровідній практиці використовують освітлювач, в якому вода проходить через шар завислого осаду коагулянта. У результаті цього пластівці коагулянту збільшуються і затримують частинки, що створюють каламуть. Таким чином, шар завислих пластівців є свого роду фільтром, через який проходить вода. Процес очистки води при цьому відбувається набагато інтенсивніше і з меншими витратами коагулянта, ніж звичайно.
При необхідності воду піддають спеціальним методам обробки. Якщо у воді є гази, які надають їй вираженого неприємного запаху, наприклад сірководень, воду дегазують, тобто звільняють від розчиненого газу. Є випадки, коли вода містить підвищену кількість солей, які надають їй неприємного присмаку і роблять непридатною до вживання. Високомінералїзовані води необхідно демінералізувати. Це проводять шляхом дистилювання, електролізу, зворотного осмосу, екстракції, іонного обміну з використанням різного типу опріснювального устаткування.
Якщо вода містить підвищену кількість радіоактивних речовин - її дезактивують, пропускаючи через іонообмінні фільтри. При необхідності воду дефторують або фторують, зменшуючи чи збільшуючи кількість фтору у воді. Спеціальні методи обробки покращують якість води і тим самим роблять її придатною для вживання людьми.
Знезаражування води
ВищеперерахованІ способи очистки води ніколи повністю не звільняють воду від мікроорганізмів. Цього можна досягти лише за рахунок реагентних, безреагентних і термічних методів знезаражування води. До реагентних методів відносять хлорування, озонування й обробку води іонами срібла. До другої групи — обробку води ультрафіолетовим, гамма-промінням і ультразвуком. До термічних — кип'ятіння і стерилізацію води.
Відносна дешевизна, нескладне обладнання і надійність дії зробили хлорування води визнаним методом знезаражування води на водогонах усього світу. Хлорування води - найбільше відкриття в медицині XX століття. Воно врятувало життя багатьом мільйонам людей, зупинило розповсюдження кишкових інфекцій у містах. З цією метою використовують різні хлоровмісні реагенти.
Газоподібний хлор зберігають у зрідженому стані в сталевих балонах по 25-30 кг. Хлор знаходиться під тиском 6-7 кПа (зтм).
Хлорування газоподібним хлором проводять переважно на потужних водогінних станціях з використанням різного типу хлораторів.
Широко використовують хлорне вапно. Його можна застосовувати для знезаражування невеликої кількості води та на невеликих водогонах. Свіже заводське хлорне вапно містить близько 36 % активного хлору. При зберіганні воно втрачає хлор. Щоб цей процес відбувався якомога повільніше, хлорне вапно необхідно зберігати в герметично закритому посуді чи в поліетиленових мішках у прохолодному, сухому і темному приміщенні. У такому випадку вміст активного хлору складає приблизно 25 %. Для хлорування води використовують вапно з вмістом хлору не менше 20 %. Якщо вміст хлору менший, то таке хлорне вапно можна застосовувати тільки для обробки убиралень, помийних ям, місць зберігання сміття та інших покидьків.
Гіпохлорит кальцію - білий порошок, який містить до 60 % активного хлору. Він більш стійкий до впливу факторів довкілля, ніж хлорне вапно.
Хлораміни - органічні сполуки (хлорамін Т, дихлорамін Т, хлорамін В), похідні аміаку (МН3), в якого один атом водню замінений на органічний радикал, а один чи два - на хлор. Вони містять приблизно .20 % активного хлору і використовуються для знезаражування індивідуальних запасів води. Неорганічні хлораміни можуть утворюватися безпосередньо у воді після введення аміаку чи солей амонію і хлору.
Бактерицидна дія хлору полягає в тому, що у воді при наявності хлору утворюється досить нестійка хлорнуватиста кислота (НОСІ), яка швидко розкладається на гіпохлоритний іон (ОСІ)" і водень (Н+). Гіпохлоритний іон, у свою чергу, розкладається на атомарний кисень і хлор. Бактерицидна дія визначається в основному концентрацією хлорнуватистої кислоти і трохи менше - гіпо-хлорит-іоном. Невеликий розрив молекули та електрична нейтральність дозволяють хлорнуватистій кислоті перейти через бактеріальну оболонку клітини й окислити ферменти, що регулюють процеси розмноження клітини.
Організація хлорування води на водопроводах складається з таких етапів: а) управління апаратурою для рідкого хлору або устаткуванням для розчинення хлорного вапна; б) дозування хлору;
в) змішування хлору з водою; г) витримування контакту хлору з водою протягом певного часу.
Для успішного знезаражування води хлором необхідні: а) максимальне звільнення води від завислих часток, що захищають мікроорганізми від поверхневої дії хлору; б) введення достатньої кількості хлору; в) повне і швидке перемішування хлору із всією масою води;
г) для прояву бактерицидної дії препарату повинен бути контакт води з хлором не менше 30 хвилин.
У процесі знезаражування води хлор взаємодіє не тільки з мікробами, а й з органічними речовинами І деякими недоокислени-ми неорганічними солями, що містяться у воді. Тому під час хлорування води дуже важливо правильно вибирати дозу хлору, необхідну для надійного знезаражування. Доза хлору повинна бути такою, щоб після знезаражування у воді залишилося 0,3-0,5 мт/дм3 залишкового хлору. Ця кількість хлору, з одного боку, свідчить про надійність знезаражування, а з іншого — не погіршує органолептичних властивостей води і не є шкідливою для здоров'я.
Орієнтовно дозу хлору для різних джерел води можна вибрати, користуючись даними, наведеними у таблиці 4.3.
Щоб прохлорувати певний об'єм води, спочатку встановлюють хлоропотребу води, як показано вище, потім розраховують необхідну кількість хлорного вапна. З цією метою готують 1 % розчин хлорного вапна. Після Таблиця 4.3 Хлоропотреба води різної якості
відстоювання освітлений розчин вапна за допомогою дозуючих пристроїв (рис. 4.8) додають у потрібній кількості до знезаражуваної води і старанно все перемішують. Для надійного знезаражування контакт води з хлором повинен тривати влітку не менше 30 хвилин, а взимку - не менше години. Після знезаражування перевіряють наявність у воді залишкового хлору. Кількість його не повинна перевищувати 0,3-0,5 мг/дм3 та надавати воді неприємного запаху і присмаку.
На великих водогінних станціях використовують газоподібний хлор. Хлор з балонів проходить через фільтр із скловати, змоченої хлористоводневою кислотою, де очищається від домішок. Далі через редукторний клапан, де тиск зменшується від 5-6 до 1,0-1,5 кПа, газомір, зворотний клапан хлор потрапляє в циліндр-змішувач. Перемішуючись з невеликою кількістю води, надходить в резервуар для контакту з усією масою води. З цією метою найчастіше використовують хлоратор системи Ремесніцького і Кульського, запропонований в інституті хімії води АН України.
Досить ефективним є подвійне хлорування: перший раз хлорують воду дозою 1,5 мг/дм3 перед відстійником, другий дозою 0,3-0,5 мг/дм3 після фільтрів. Такий процес паралізує захисні властивості колоїдів, полегшує процес коагуляції і дозволяє зменшити дозу коагулянт а.
Рис.4.8. Схема установки для розчинення і дозування падКу доза хлору ПО-хлорного вапна чи коагулянта:

1 - бак для розчинення реагента; 2 - бак для винна забезпечувати
У будь-якому відстоювання реагента; 3 - бак для приготування повне знезаражування робочого розчину; 4 - дозатор подачі реагента у воду. Це значною
мірою залежить від хлоропотреби і хлоропоглинання води. Хлоро-потреба води. — це кількість активного хлору (в мг), необхідна для знезаражування 1 дм3 води при умові, що у прохлорованій воді буде 0,3-0,5 мг/дм3 залишкового (активного) хлору. Хлор, що витрачається на окиснення мікроорганізмів, органічних і неорганічних речовин, що знаходяться у воді, називають хлоропоглинанням. Хлор, що залишився у воді після її хлорування - залишковим хлором. Наявність залишкового хлору свідчить про ефективність хлорування. Якщо концентрація залишкового хлору після 30-60 хвилинного знезаражування перевищуватиме 0,3-0,5 мг/дм3 або 0,8-1,2 мг/дм3 зв'язаного хлору (при знезаражуванні води хлорамінами), така вода матиме неприємний запах і присмак і буде непридатною для вживання. Правильне хлорування води цілком безпечне для здоров'я людини.
Озонування води має ряд переваг перед хлоруванням. Знезараження води з допомогою озонування проходить швидше (за декілька хвилин). Озон не надає воді ні запаху, ні присмаку, одночасно знебарвлює воду і позбавляє її запаху, на нього не впливає температура, рН, каламутність і інші властивості води.
Озон - газ голубуватого кольору з різким неприємним запахом. Одержують його з повітря в спеціальних приладах - озонаторах. Цей газ має сильні окислювальні властивості, завдяки чому відбуваються загибель мікроорганізмів і окиснення органічних речовин у воді. Для знезаражування води необхідно від 1 до 4 мг/дм3 озону. Тривалість знезаражування води озоном - 3-5 хвилин. Допускається вміст залишкового озону - 0,1-0,3 мг/дм3.
Знезаражування води іонами срібла (олігодинамія) проводять з глибокої давнини. Вода і вино, які зберігалися в срібному посуді, тривалий час не загнивали. Знезаражування проходить тим краще, чим вищі концентрація срібла і температура води, яка знезаражується.
Воду можна знезаражувати металевим сріблом. Накопичення іонів срібла у воді проходить тим швидше, чим більший контакт її з металом. У техніці очистки води використовують метод електрохімічного розчинення срібла. Він дозволяє з допомогою електровимірювальних приладів точно дозувати і регулювати процес знезаражування. За своєю бактерицидністю "срібна вода" дає сильніший ефект, ніж хлорування. 1 мг/дм3 срібла повністю знезаражує воду через 2 години.
Води, що містять багато солей і завислих речовин, знезаражуються дуже повільно. На бактерицидний ефект суттєво можуть впливати хлориди, які зв'язують іони срібла. При вмісті хлоридів у воді від 5 до 20 мг/дм3 необхідна доза срібла від 0,05 до 0,20 мг/дм3.
Срібло діє повільніше ніж хлор, але зберігає бактерицидні властивості довше, тому може з успіхом використовуватися для знезаражування води на кораблях, в плавальних басейнах, в польових умовах тощо, а також тоді, коли хлор при взаємодії з деякими домішками у воді утворює токсичні сполуки або сполуки із сильним запахом (Л.А. Кульський, 1982). Залишкова концентрація срібла у воді не повинна перевищувати 0,05 мг/дм3.
Знезаражування води ультрафіолетовим промінням. Ультрафіолетові промені короткої довжини (280-180 нм) мають, крім біологічної, ще і сильну бактерицидну дію. Вони згубно впливають як на вегетативні форми бактерій, так і на спори, простіші й віруси. Цей метод знезаражування відносять до безреагентних, оскільки при цьому у воду не потрапляють ніякі речовини і у воді не проходить жодних змін. Знезаражування води ультрафіолетовим промінням здійснюється протягом декількох секунд, але за умови, що вода бездоганно прозора, вільна від колоїдних частин. Тому знезаражування води ультрафіолетовим промінням можливе лише на водогонах з підземних джерел.
Для знезаражування використовують герметричні камери опромінення, в яких розташовані бактерицидні лампи із кварцового скла. Вода в камері перемішується за допомогою направляючих спіралей (рис. 4.9). Кварцові чохли з поверхні постійно очищаються від солей і каламуті спеціальним очисним устаткуванням.
Серйозним недоліком цього методу є неможливість постійно контролювати якість знезаражування. З цією метою необхідно проводити бактеріологічний контроль.