Méthodes pour améliorer la qualité de l'eau potable. Méthodes pour améliorer la composition de l'eau Les principales méthodes pour améliorer la qualité de l'eau comprennent
DÉPARTEMENT D'HYGIÈNE GÉNÉRALE
VLADIKAVKAZ 2011
Compilé par:
Ø assistant F.K. Khudalova,
Ø assistant A.R. Nanieva.
Réviseurs :
Approuvé par TsKUMS GBOU VPO SOGMA Ministère de la Santé et du Développement social de la Fédération de Russie
« ____ » _________________2011, protocole n°
Objectif de la leçon :étudier les méthodes de purification et de désinfection de l'eau, apprendre à réaliser des essais de coagulation et de chloration de l'eau.
L'étudiant doit savoir :
Méthodes d'amélioration de la qualité de l'eau (réalisation d'essais de chloration, désinfection de l'eau par diverses méthodes de chloration) ;
L'étudiant doit être capable de :
Évaluer la faisabilité et l'efficacité des méthodes visant à améliorer la qualité de l'eau ;
Utiliser les documents réglementaires de base et les sources d'informations de référence pour élaborer des recommandations d'hygiène pour l'utilisation des systèmes de purification de l'eau destinés à un usage domestique et potable, et les méthodes de traitement de l'eau nécessaires, en tenant compte de la qualité de l'eau de source, de son état sanitaire et de son environnement. il.
Littérature principale :
Ø Rumiantsev G.I. Hygiène XXIe siècle, M., 2008.
Ø Pivovarov Yu.P., Korolik V.V., Zinevich L.S. hygiène et écologie humaine de base. M., 2004.
Ø Lakshin A.M., Kataeva V.A. Hygiène générale avec les bases de l'écologie humaine : Manuel. – M. : Médecine, 2004 (Manuel pour les étudiants des universités de médecine).
Ø Avchinnikov A.V. Évaluation hygiénique des méthodes modernes de désinfection de l'eau potable // Hygiène et Assainissement. - 2001.-.S. 11-20.
Ø Krasovsky G.N., Egorova N.A. La chloration de l'eau comme facteur de danger accru pour la santé publique // Hygiène et Assainissement - 2003. - N°1.
Littérature supplémentaire :
Ø Pivovarov Yu.P. Manuel de laboratoire et principes fondamentaux de l'écologie humaine, 2004.
Ø Kataeva V.A., Lakshin A.M. Un guide d'études pratiques et indépendantes sur l'hygiène générale et les bases de l'écologie humaine. M. : Médecine, 2005
Ø SanPiN 2.1.4.1074-01 « Eau potable. Exigences hygiéniques pour la qualité de l'eau des systèmes centralisés d'approvisionnement en eau potable. Contrôle de qualité"
La qualité de l'eau potable sert de base à la sécurité épidémiologique et à la santé publique. Une eau bénigne dans ses propriétés chimiques, microbiologiques, organoleptiques et esthétiques est un indicateur d'un bien-être sanitaire et d'un niveau de vie élevés de la population. Considérant l'énorme importance de la qualité et de la quantité de l'eau potable fournie pour la santé de la population et ses conditions de vie, assurant le fonctionnement normal des institutions pour enfants, médicales et préventives, culturelles, sportives et autres, des services publics, des entreprises industrielles et autres installations , il semble important d'introduire des mesures progressives dans le domaine de l'approvisionnement en eau potable.
L'objectif principal des méthodes d'amélioration de la qualité de l'eau potable est de protéger le consommateur des organismes pathogènes et des impuretés pouvant être dangereuses pour la santé humaine ou avoir des propriétés désagréables (couleur, odeur, goût, etc.). Les méthodes de traitement doivent être choisies en tenant compte de la qualité et de la nature de l'approvisionnement en eau.
Moyens de base pour améliorer la qualité de l'eau
Les principaux moyens d'améliorer la qualité de l'eau des sources d'eau de surface sont éclaircissement, blanchiment et désinfection.
Clarification de l'eau - il s'agit de l'élimination des substances en suspension.
Blanchiment - élimination des colloïdes colorés.
Désinfection - neutralisation de la source de bactéries et virus pathogènes contenus dans l'eau.
Les méthodes suivantes sont utilisées pour éclaircir et blanchir :
Ø décantation naturelle et filtration sur filtres lents ;
Ø coagulation, sédimentation et filtration sur filtres rapides ;
Ø coagulation et filtration dans des clarificateurs de contact.
Méthodes de purification de l'eau
La tâche principale de la purification de l'eau est de la débarrasser complètement des matières en suspension (turbidité), de la rendre transparente (éclaircir) et de réduire la couleur à un niveau imperceptible. Dans les conditions modernes, l'élimination préalable du zooplancton (les plus petits organismes animaux) et du phytoplancton ( les plus petits organismes végétaux) de l'eau est d'une grande importance. À cette fin, des microfiltres et des tamis à tambour sont utilisés, à travers lesquels l'eau est filtrée.
Pour la clarification et la décoloration, l'ensemble des installations de traitement des eaux comprend : des décanteurs, des mélangeurs, des chambres de réaction, des filtres, etc.
Fosses septiques(horizontal, vertical) - structures conçues pour la sédimentation par gravité de particules principalement de grande taille et de masse en suspension dans l'eau.
Schéma du décanteur horizontal
L'inconvénient de la sédimentation naturelle des matières en suspension dans les décanteurs est la durée de ce processus, qui n'assure pas la sédimentation de l'essentiel des matières fines en suspension et de l'ensemble des particules colloïdales. Afin d'accélérer et d'augmenter l'efficacité de la précipitation des matières en suspension et de l'élimination des substances colloïdales dans les décanteurs, l'eau est coagulée avant sa décantation.
Schéma d'un décanteur vertical :
1 - approvisionnement en eau ;
2 - évacuation de l'eau ;
3 - rejet de sédiments ;
4 - chambre de floculation ;
Bac de collecte à 5 anneaux ;
6 - cône réfléchissant.
Coagulation est le processus d'agrandissement, d'agrégation d'impuretés colloïdales et finement dispersées de l'eau, se produisant à la suite d'une adhésion mutuelle sous l'influence de forces d'attraction moléculaire. Le processus de coagulation se termine par la formation d'agrégats visibles à l'œil nu : les flocons.
La coagulation se produit sous l'influence de réactifs chimiques - des coagulants, qui comprennent des sels d'aluminium (sulfate d'aluminium A1 2 (SO 4) 3) et du fer (sulfate de fer, chlorure de fer). Pour accélérer le processus de coagulation, des substances floculantes sont utilisées.
Filtration- c'est le processus suivant après la coagulation et la décantation pour libérer l'eau des substances en suspension restant après les premières étapes de purification. L'essence de la filtration est de faire passer l'eau à travers un matériau finement poreux, en surface, dans la couche supérieure ou dans l'épaisseur duquel sont retenues les particules en suspension.
Le filtre est un réservoir en béton armé rempli de matériau filtrant, généralement en deux couches. Du sable de quartz, des copeaux d'anthracite, de l'argile expansée (broyée et non concassée), des scories volcaniques, du polystyrène expansé et d'autres sont utilisés comme matériaux filtrants.
Il existe deux méthodes pour filtrer l'eau.
1. La filtration par film implique la formation d'un film biologique à partir d'impuretés précédemment retenues dans la couche supérieure du média filtrant. Initialement, en raison du dépôt mécanique des particules en suspension et de leur adhésion à la surface du matériau de chargement (par exemple du sable), la taille des pores diminue. Puis des algues, bactéries et autres organismes vivants se développent à la surface du sable, donnant naissance à des sédiments limoneux constitués de substances minérales et organiques (film biologique). Le film atteint une épaisseur de 0,5 à 1 mm ou plus. Il joue un rôle déterminant dans le fonctionnement des filtres lents, retient les plus petites matières en suspension, 95 à 99 % des bactéries, permet une réduction de l'oxydation de 20 à 45 % et de la couleur de 20 %.
2. La filtration volumétrique est réalisée sur des filtres rapides et est un processus physique et chimique dans lequel les impuretés mécaniques de l'eau pénètrent dans l'épaisseur du média filtrant et sont adsorbées à la surface de ses particules et flocons coagulants. En raison d'une diminution de la taille des pores, la résistance à la charge lors de la filtration et la perte de pression augmentent. Le processus de filtration volumétrique retient environ 95 % des bactéries. Les filtres rapides, laissant passer de plus grandes quantités d’eau, s’encrassent rapidement et nécessitent un nettoyage plus fréquent.
Filtre double couche
Pour l'épuration des eaux à faible turbidité et à forte teneur en composés organiques, difficiles à traiter dans les décanteurs et les clarificateurs, la flottation est une méthode de traitement efficace.
Flottation- il s'agit d'un processus dont l'essence est que les impuretés colloïdales et dispersées sont combinées avec des bulles d'air finement dispersées dans l'eau. Les complexes formés flottent à la surface et forment de la mousse à la surface du dispositif de flottaison. Une diminution de la tension superficielle à l'interface eau-air entraîne une augmentation de l'efficacité de l'épuration de l'eau par flottation. Pour ce faire, des tensioactifs (réactifs de flottation) sont ajoutés à l'eau.
Dans le cas de l'organisation d'un approvisionnement centralisé en eau potable de petits objets (villages, pensions, maisons de vacances, etc.), lors de l'utilisation de réservoirs de surface comme source d'approvisionnement en eau, des structures compactes de petite capacité peuvent être utilisées pour l'épuration de l'eau. Ils comprennent : un décanteur tubulaire, un filtre à chargement granulaire, des équipements de préparation et de dosage des réactifs et une cuve pour les eaux de rinçage.
Dans les stations d'épuration modernes, en cas d'utilisation de schémas technologiques de réactifs, l'introduction de réactifs chimiques dans l'eau traitée est réalisée par des systèmes de dosage automatiques. Ceux-ci incluent des réservoirs de réactifs, des pompes doseuses avec commandes par microprocesseur et des vannes d'injection.
Pompe doseuse chimique avec contrôleur à microprocesseur et vanne d'injection
Méthodes de désinfection de l'eau
La désinfection (désinfection) de l'eau potable est effectuée afin d'assurer la sécurité épidémique de l'eau potable et de prévenir la transmission d'agents pathogènes de maladies infectieuses par l'eau. La désinfection vise à détruire les micro-organismes pathogènes et opportunistes. À des fins de désinfection, il est utilisé réactif(chimique) et sans réactif méthodes (physiques).
Les méthodes réactives sont basées sur l'utilisation d'agents oxydants puissants (chlore, substances contenant du chlore, ozone), d'ions argent et d'autres substances.
Les méthodes sans réactifs comprennent : l'irradiation ultraviolette, l'exposition aux ultrasons, le vide, le rayonnement radioactif, c'est-à-dire les méthodes physiques, ainsi que le traitement thermique. Dans les systèmes d'approvisionnement en eau, l'eau est généralement désinfectée lors de la dernière étape de sa purification avant d'entrer dans les réservoirs d'eau propre et le réseau de distribution d'eau. Le choix d'une méthode de désinfection spécifique dépend de la qualité et de la quantité de l'eau de source, des méthodes de purification préalable, des conditions d'approvisionnement en réactifs et d'autres facteurs.
Chloration- traitement de l'eau potable par une solution aqueuse de chlore en vue de sa désinfection. Cette méthode est devenue la plus répandue parmi toutes les méthodes de désinfection de l'eau. Cela est dû au prix relativement bon marché du chlore, à la simplicité de l'équipement utilisé et à la fiabilité de l'effet désinfectant.
À température et pression normales, le chlore est un gaz jaune-vert avec une odeur âcre et spécifique. Irrite les muqueuses et les yeux, est classé comme substance hautement toxique et, lorsqu'il est libéré dans l'air, peut provoquer une intoxication chez l'homme.
Le chlore peut être utilisé pour désinfecter l'eau dans diverses structures - d'un puits de mine à un grand système d'approvisionnement en eau. Pour la désinfection de l'eau, du chlore gazeux (livré en bouteilles liquides), de l'eau de Javel, de l'hypochlorite de calcium, des chloramines, du dioxyde de chlore et d'autres substances contenant du chlore peuvent être utilisés.
Les principales conditions d'action du chlore sont : une élimination complète des matières en suspension dans l'eau, une dose de chlore suffisante, un mélange complet et rapide du chlore avec tout le volume d'eau à désinfecter et un contact du chlore avec l'eau pendant au moins 30- 60 minutes de temps nécessaire à la manifestation de l'effet bactéricide. Pour garantir une désinfection fiable, il est nécessaire d'introduire une quantité telle qu'elle couvre toute la capacité d'absorption de chlore de l'eau et obtienne un certain excès de chlore actif libre. Le succès de la chloration de l'eau est jugé par le chlore actif résiduel. Il a été établi que des doses de chlore dans l'eau de 1 à 3 mg/l produisent généralement un effet bactéricide suffisant. En même temps, le contenu chlore libre résiduel dans l'eau après que les réservoirs d'eau propre doivent être à moins 0,3-0,5 mg/l. Une telle chloration est dite conventionnelle, ou chloration prenant en compte la demande en chlore.
Absorption du chlore de l'eau - la quantité de chlore qui, lors de la chloration de 1 litre d'eau, est dépensée pour l'oxydation de substances organiques et inorganiques facilement oxydables et la désinfection des bactéries dans les 30 minutes.
Besoin en chlore de l'eau - la quantité totale de chlore nécessaire pour satisfaire la capacité d’absorption de chlore de l’eau et fournir la quantité requise de chlore résiduel.
Types de chloration
Les types de chloration sur les systèmes d’approvisionnement en eau sont la double chloration et la surchloration (rechloration).
À double chloration Le chlore est introduit deux fois dans l'eau : la première fois dans le mélangeur avant les décanteurs et la deuxième fois après les filtres ; il est utilisé, par exemple, dans le cas de l'utilisation d'eau de rivière à forte contamination bactérienne pour l'approvisionnement en eau potable.
Superchloration- chloration de l'eau avec des doses excessives de chlore (5-20 mg/l) avec teneur résiduelle active : jusqu'à 1-5 mg/l. Il est utilisé temporairement en cas de fortes fluctuations de la contamination bactérienne de l'eau, en cas de situation épidémique particulière et lorsqu'il est impossible d'assurer un contact suffisant de l'eau avec le chlore.
Si la teneur en chlore résiduel est élevée, l'eau est considérée comme impropre à la consommation directe et nécessite une déchloration ultérieure avec des produits chimiques (hyposulfite ou dioxyde de soufre) ou par sorption (charbon actif).
L'une des façons de désinfecter l'eau est ammoniation (chloration avec pré-ammoniation), dans lequel l'ammoniac puis le chlore sont introduits séquentiellement dans l'eau. La chloration avec préammonisation est utilisée pour prévenir l'apparition d'odeurs spécifiques en cas de chloration d'eau contenant du phénol ou du benzène, ainsi que pour supprimer la formation de substances cancérigènes (chloroforme, etc.) lors de la chloration de l'eau en présence d'humiques et d'autres substances qu'il contient.
Malgré les aspects positifs de l’utilisation du chlore pour désinfecter l’eau potable, des conséquences négatives de la chloration de l’eau pour la santé publique ont été identifiées ces dernières années.
À la suite de la réaction du chlore avec les composés humiques présents dans l'eau, des déchets de certains organismes et des substances d'origine artificielle, des substances hautement toxiques, cancérigènes et mutagènes peuvent se former dans l'eau. Ceux-ci comprennent : les trihalométhanes (THM), notamment le chloroforme, le bromoforme, le dibromochlorométhane et autres.
Il est nécessaire de prendre en compte que certaines des substances nocives formées dans l'eau pénètrent dans le corps non seulement lors de la consommation d'eau et de produits alimentaires (par voie entérale), mais également par la peau intacte lors de la douche, du bain et de la baignade dans la piscine. Par conséquent, une direction importante pour résoudre le problème urgent est l’utilisation d’autres méthodes alternatives à la chloration pour désinfecter l’eau potable.
Ozonation- traitement de l'eau à l'ozone pour détruire les micro-organismes et éliminer les odeurs désagréables.
L'ozone (O 3) est un gaz bleuté à l'odeur spécifique, très soluble dans l'eau. Il possède un pouvoir oxydant élevé, ce qui le rend bactéricide. Agit sur le protoplasme des micro-organismes, détruit les virus (notamment la polio).
Ozoniseur – un appareil (générateur) pour produire de l'ozone utilisé pour la désinfection de l'eau
L'ozonation par rapport à la chloration a les caractéristiques suivantes Principaux avantages:
Ø une désinfection fiable est obtenue en quelques minutes, tandis que l'ozone est plus efficace que le chlore pour désinfecter l'eau des formes de spores de bactéries et d'agents pathogènes d'infections virales ;
Ø l'ozone, ainsi que les produits de sa combinaison avec des substances présentes dans l'eau, sont insipides et inodores ;
Ø l'eau se décolore et les odeurs d'origines diverses préexistantes sont éliminées ;
Ø l'excès d'ozone se transforme au bout de quelques minutes en oxygène, rejeté dans l'air atmosphérique, et n'a donc aucun effet sur le corps humain ;
Ø dans ce cas, beaucoup moins de nouvelles substances toxiques sont formées que lors de la chloration ;
Ø le processus d'ozonation dépend dans une moindre mesure que la chloration du pH, de la turbidité, de la température et d'autres propriétés de l'eau ;
Ø La production d'ozone sur site élimine le besoin de livraison et de stockage de réactifs.
Inconvénients de l'ozonation. L'ozone est un réactif explosif et toxique ; c'est une méthode plus coûteuse que la chloration. La décomposition rapide dans les eaux usées (en 20-30 minutes) limite son utilisation ; après ozonation, on observe souvent une augmentation significative de la microflore en raison de la réactivation des bactéries et de la pollution secondaire. Même des doses élevées d'ozone (20 mg/l) et une exposition prolongée (1,5 à 2 heures) ne permettent pas une désinfection pleinement efficace contre les spores bactériennes. Lors du traitement de l'eau avec de l'ozone, des sous-produits toxiques peuvent se former : bromates, aldéhydes, cétones, acides carboxyliques et autres composés. Ces produits peuvent provoquer des effets mutagènes et autres effets indésirables.
Désinfection de l'eau aux ions d'argent basé sur l'action oligodynamique de ce métal. L'argent a la propriété de conserver longtemps l'eau. Selon les données publiées, l'eau traitée à l'argent à une concentration de 0,1 mg/l maintient des indicateurs sanitaires et hygiéniques élevés pendant un an ou plus.
La désinfection à l'argent s'effectue directement en mettant de l'eau en contact avec la surface métallique ou en dissolvant des sels d'argent dans l'eau par une méthode électrolytique. Dans le second cas, des ioniseurs sont utilisés pour assurer la dissolution de l'argent sous l'influence du courant électrique continu.
Les ionateurs sont utilisés pour désinfecter l’eau sur les grands navires. Les cosmonautes ont fait l’éloge de l’eau traitée à l’argent. La pratique a montré que le traitement de l'eau potable à bord avec de l'argent garantit la préservation de ses propriétés organoleptiques et hygiéniques lors de vols spatiaux de différentes durées. L’argent s’est également révélé être un excellent conservateur pour l’eau minérale. Par conséquent, dans les entreprises prestigieuses de production de boissons gazeuses, l'eau minérale est désinfectée avec de l'argent.
Cependant, malgré la richesse des informations sur les propriétés antimicrobiennes de l’argent, son introduction généralisée dans les pratiques d’approvisionnement en eau a été entravée par diverses raisons, notamment le manque d’informations sur sa toxicité.
Irradiation ultraviolette. L'effet bactéricide des rayons ultraviolets (UV) est largement connu et a été prouvé à plusieurs reprises par des expériences. Les rayons UV pénètrent dans une couche de 25 cm d'eau claire et incolore. Sous l'influence du rayonnement UV, des processus irréversibles se produisent dans les cellules des micro-organismes présents dans l'eau, provoquant une rupture des liaisons moléculaires et intermoléculaires. Cela conduit à la dénaturation (destruction) des protéines cellulaires protoplasmiques, en particulier à des dommages à l'ADN, à l'ARN, aux membranes cellulaires et, par conséquent, à la mort des micro-organismes. Les molécules d'ozone à courte durée de vie, l'oxygène atomique, les radicaux libres et les groupes hydroxyles formés sous l'influence des rayons UV affectent en outre les micro-organismes présents dans l'eau.
La méthode de désinfection UV ne modifie pas la composition chimique et les qualités organoleptiques de l’eau. L'avantage de la méthode est également la rapidité de désinfection (quelques secondes) et l'absence d'odeur et de goût lors de l'utilisation des rayons ultraviolets. Les rayons ont un effet néfaste non seulement sur les formes végétatives de bactéries pathogènes, qui meurent après irradiation en 1 à 2 minutes, mais également sur les spores, virus et œufs d'helminthes résistants au chlore. De nombreuses études ont montré l'absence d'effets nocifs, même à des doses de rayonnement UV bien supérieures à celles pratiquement nécessaires. Par conséquent, contrairement à la technologie de chloration et d’ozonation, il n’y a fondamentalement aucun risque de surdose de rayonnement UV. Dans le même temps, il existe des informations selon lesquelles si la dose de rayonnement UV est choisie correctement, l'activation des micro-organismes n'est pas observée, ce qui permet l'utilisation de la désinfection UV sans l'introduction ultérieure de doses de chlore conservatrices.
La technologie de désinfection de l’eau par irradiation UV est la plus simple à mettre en œuvre et à entretenir. La désinfection de l'eau par irradiation UV se caractérise par des coûts énergétiques insignifiants (3 à 5 fois inférieurs à ceux de l'ozonation) et par l'absence de réactifs coûteux.
Pour la désinfection de l'eau, des installations avec des lampes à mercure-quartz à haute pression et des lampes à argon-mercure à basse pression sont utilisées. Les lampes sont placées au-dessus du flux d'eau irradiée ou dans l'eau elle-même. Dans le premier cas, ils sont équipés d'un réflecteur pour une irradiation directionnelle, dans le second, les rayons se propagent autour du cercle dans toutes les directions.
Installation de désinfection UV de l'eau potable
Malgré les nombreux aspects positifs de l'utilisation de l'irradiation ultraviolette pour la désinfection de l'eau potable, il faut tenir compte du fait que l'augmentation de la turbidité, de la couleur et des sels de fer réduit la perméabilité de l'eau aux rayons UV bactéricides. Par conséquent, l'eau provenant de sources souterraines avec une teneur en fer ne dépassant pas 0,3 mg/l, une faible turbidité et une faible couleur est plus adaptée à la désinfection par irradiation UV. Si la désinfection UV de l'eau de surface et de certaines sources souterraines est nécessaire, sa purification préalable (clarification, décoloration, déferrisation, etc.) est requise.
Désinfection de l'eau par ultrasons. L'effet bactéricide des ultrasons s'explique principalement par la destruction mécanique de la membrane cellulaire des bactéries dans le champ ultrasonore. Dans ce cas, l'effet bactéricide est associé à l'intensité des vibrations ultrasonores et ne dépend pas de la turbidité (jusqu'à 50 mg/l) et de la couleur. L'effet désinfectant s'étend non seulement aux formes végétatives, mais également aux formes sporulées des micro-organismes.
Pour obtenir les vibrations ultrasonores nécessaires à la désinfection de l'eau, des dispositifs piézoélectriques et magnétostrictifs sont utilisés. La durée de l’effet désinfectant des ultrasons est de quelques secondes.
Désinfection de l'eau sous vide prévoit la désinfection des bactéries et des virus par pression réduite. Dans ce cas, l’effet bactéricide complet peut être obtenu en 15 à 20 minutes.
Désinfection radiologique de l'eau. Les rayonnements ionisants (pénétrants) sont des rayons X et des rayonnements gamma à ondes courtes, un flux de particules chargées de haute énergie (électrons, protons, deutons, particules α et noyaux de recul), ainsi que des neutrons rapides (particules qui n'ont pas d'énergie). des charges). En interagissant avec les coques électroniques des atomes et des molécules du milieu, ils leur transfèrent une partie de leur énergie, produisant une ionisation des molécules. En règle générale, les électrons libérés dans ce cas ont une énergie importante, qui est dépensée pour ioniser plusieurs molécules d'eau supplémentaires.
Les rayonnements ionisants sont un puissant facteur non réactif dont l'action entraîne la mort des micro-organismes pathogènes présents dans l'eau irradiée et sa désinfection. Les principaux produits de la radiolyse de l’eau perturbent le métabolisme de la cellule bactérienne.
La purification par rayonnement et la désinfection de l'eau présentent les avantages suivants par rapport aux méthodes de traitement traditionnelles :
ü polyvalence, c'est-à-dire la capacité de neutraliser de nombreux polluants organiques et microbiens ;
ü degré élevé de désinfection et de nettoyage ;
ü vitesse de traitement élevée et possibilité d'automatisation complète.
Cependant, compte tenu de la contamination des masses d'eau par des substances technogènes spécifiques et pour d'autres raisons, les méthodes combinées se généralisent dans la pratique, lorsque la radiothérapie de l'eau est utilisée en conjonction avec les méthodes de désinfection traditionnelles (chloration ou ozonation).
Désinfection à l'eau thermale Il est principalement utilisé pour désinfecter de petites quantités d'eau dans les institutions pour enfants (écoles, écoles maternelles, camps de pionniers et d'été), les sanatoriums, les hôpitaux, sur les navires ainsi qu'à la maison.
Il a été établi que la désinfection complète de la mode (destruction de tous types et formes de micro-organismes pathogènes) n'est obtenue qu'en faisant bouillir de l'eau pendant 5 à 10 minutes. Cependant, il faut tenir compte du fait que l'eau bouillie est dépourvue de micro-organismes non seulement pathogènes, mais aussi saprophytes, inoffensifs voire bénéfiques pour l'homme. Dans une telle eau, les micro-organismes qui y sont entrés après ébullition et refroidissement se multiplient facilement, ce qui entraîne une détérioration rapide de sa qualité. Par conséquent, l'eau bouillie doit être conservée dans des récipients bien fermés dans un endroit frais pendant 24 heures maximum.
Carafe filtrante
Avantages : la carafe filtrante est très simple à utiliser, ne nécessite pas de raccordement à une alimentation en eau et le processus de nettoyage n'a pas besoin d'être contrôlé.
Inconvénients : petit volume d'eau purifiée (de 1 à 2 l), faible vitesse de purification.
Un excellent absorbant - le charbon - absorbe le chlore, les organochlorés et les contaminants organiques, et son traitement supplémentaire à l'argent empêche la croissance des bactéries.
Le filtre et la bouilloire
Une solution tout à fait naturelle consistait à combiner une bouilloire et un filtre pour la remplir d'eau dans un seul récipient. La bouilloire électrique combine les fonctions de filtration et d'adoucissement de l'eau avec des filtres de purification de l'eau, qui vous permettent de purifier rapidement et efficacement l'eau du robinet du chlore et d'autres impuretés, empêchant ainsi la formation de tartre.
Fixation sur la grue
Principe de fonctionnement : le purificateur d'eau est posé directement sur le robinet, l'eau y est amenée sous pression.
Avantages : prix bas, pratique à utiliser.
Inconvénients : faible productivité (0,3-0,5 l/min), il est nécessaire d'utiliser un récipient pour stocker l'eau purifiée. Si le filtre n'a pas d'interrupteur, vous devrez l'allumer et l'éteindre manuellement à chaque fois.
Travaux pratiques n°1
Tests de contrôle et de formation
1. La méthode la plus courante de désinfection de l’eau potable dans une station d’eau :
a) chloration ;
b) rayonnement UV ;
c) l'ozonation.
2. Lors de la désinfection de l'eau potable avec des préparations contenant du chlore, les propriétés organoleptiques de l'eau peuvent :
a) améliorer ;
b) empirer ;
c) ne change pas.
3. Les méthodes physiques de désinfection comprennent :
a) utilisation de peroxyde d'hydrogène ;
c) ébullition ;
e) effet oligodynamique de l'argent.
4. Méthodes spéciales pour améliorer la qualité de l'eau potable :
a) décontamination ;
b) des éclaircissements ;
c) désodorisation ;
d) dégazage ;
d) nettoyage.
5. Valeurs approximatives de la dose de chlore pour la chloration avec des doses normales :
a) 1 à 5 mg/l ;
b) 10-15mg/l;
c) 20-30mg/l.
6. Méthodes de désinfection de l’eau potable :
a) coagulation ;
b) chloration ;
c) fluoration ;
d) ozonation ;
e) traitement aux rayons ultraviolets.
7. Les indications pour l'utilisation de la méthode de chloration avec préammonisation sont :
a) une contamination microbienne élevée ;
b) prévention des odeurs provoquantes ;
c) situation épidémiologique défavorable aux infections intestinales ;
d) un vaste réseau d'approvisionnement en eau ;
e) l'impossibilité d'assurer un temps de contact suffisant entre l'eau et le chlore.
8. Avantages de l’ozone par rapport au chlore lors de la désinfection de l’eau potable :
a) améliore les propriétés organoleptiques de l'eau ;
b) améliore les propriétés organoleptiques de l'eau et nécessite moins de temps de contact ;
c) améliore les propriétés organoleptiques de l'eau, nécessite moins de temps de contact et est plus efficace contre les protozoaires pathogènes.
9. Lors de la désinfection de l'eau potable par rayonnement UV, les propriétés organoleptiques de l'eau peuvent :
a) améliorer ;
b) empirer ;
c) ne change pas.
10. Lorsque l'eau est désinfectée avec des préparations contenant du chlore, ses propriétés organoleptiques :
a) s'aggraver ;
b) ne change pas ;
c) s'améliorent.
Questions de contrôle
1. Comment sont classées les méthodes d'amélioration de la qualité de l'eau potable ?
2. Comment l’eau coagule-t-elle ? Quels coagulants connaissez-vous ?
3. Comment l’eau est-elle décantée ?
4. Quels filtres connaissez-vous, en quoi diffèrent-ils les uns des autres ?
5. Décrire les méthodes utilisées avec les réactifs pour désinfecter l'eau potable.
6. Énumérez les méthodes de chloration. Quels sont les avantages et les inconvénients de chacun ?
7. Quels sont l’absorption de chlore et les besoins en chlore de l’eau ?
8. Quelle est l'importance hygiénique du chlore résiduel dans l'eau potable ?
9. Comment est déterminée la teneur en chlore actif de l’eau de Javel ?
10. Comment la dose d'eau de Javel est-elle déterminée en fonction du chlore résiduel ?
11. Décrire les méthodes physiques permettant d'améliorer la qualité de l'eau potable.
12. Quelles méthodes supplémentaires connaissez-vous pour améliorer la qualité de l’eau potable ?
13. Mener une évaluation comparative des méthodes physiques et chimiques pour améliorer la qualité de l'eau potable.
14. Quelles méthodes combinées connaissez-vous pour améliorer la qualité de l’eau potable ?
Ministère de la Santé et du Développement social de la Fédération de Russie"
DÉPARTEMENT D'HYGIÈNE GÉNÉRALE
MÉTHODES POUR AMÉLIORER LA QUALITÉ DE L'EAU POTABLE
VLADIKAVKAZ 2011
Compilé par:
Ø Docteur en Sciences Médicales, Professeur A.R. Kousova,
Ø assistant F.K. Khudalova,
Ø assistant A.R. Nanieva.
Réviseurs :
ØF.V. Kallagova - professeur, docteur en sciences médicales, chef. Département de chimie générale et bioorganique ;
Ø Tuaeva I.Sh. - Candidat en Sciences Médicales, Professeur Agrégé du Département d'Hygiène de la Faculté de Médecine Préventive avec cours d'Épidémiologie et FPDO
Sont communs
1. Clarification (suppression de la turbidité)
2. Décoloration
3. Désinfection
Nettoyage selon 2 schémas :
1. Décantation, filtration lente
2. Coagulation, sédimentation, filtration rapide
1. L'eau se déplace très lentement à travers les sédiments horizontaux pendant 4 à 8 heures, de sorte que toutes les grosses particules en suspension se déposent au fond. Ensuite, l'eau pénètre dans un filtre lent - de grandes structures à plusieurs couches :
a) sous-jacent.
b) du sable. V = 0,1 – 0,3 m/h – filtration.
Pendant le fonctionnement du filtre, il « mûrit », un film se forme à sa surface, l'efficacité augmente et la vitesse diminue. 99,5% - efficacité de désinfection.
2. L'eau est soumise à la coagulation, les flocons formés dans l'eau sont chargés, les particules en suspension s'y adsorbent et, avec les flocons, précipitent. Réactifs : Al, sulfate de Fe. Al – forme des composés avec le bicarbonate.
Première étape. Détermination de la dureté bicarbonatée (quantité d'Al). La réaction est lente, il y a peu de flocons - ayant un excès de sulfate d'aluminium, il est nécessaire d'introduire un alcali pour accélérer la réaction. Lorsqu'il est libéré dans l'eau, une solution colloïdale se forme.
Après coagulation, l'eau est envoyée vers des filtres rapides, la vitesse est 50 à 100 fois supérieure à celle des filtres lents.
L'efficacité de la désinfection est de 95 %.
Désinfection:
Des méthodes physiques, chimiques et mécaniques sont utilisées.
a) Méthodes chimiques - chloration, hydrochloration, utilisation de sels de métaux lourds.
b) Méthode mécanique - filtration sur bougies spéciales (Chamberlan)
c) Méthode physique - Irradiation UV.
Méthodes spéciales
Méthodes spécifiques de désinfection :
1. Désodorisation – élimination des goûts et des odeurs désagréables.
2. Dégazage
3. Fluoration
4. Adoucissement
5. Placage de fer
6. Dessalement
Réactifs : Chlore gazeux, Cl - chaux, DTSGC - deux tiers de sel d'hypochlorure de Ca.
Chloration – il reste une dose normale de Cl, mais après cela, l’eau se débarrasse de l’excès de F.
L'exigence en Cl est le nombre de ml de Cl actif requis pour les normes de désinfection de l'eau.
Le chlore combiné est utilisé pour la désinfection, le résidu de chlore libre est de 0,5 à 0,3 mg/l.
0,3-0,5 – la quantité de chlore ne modifie pas de manière significative les propriétés organiques de l'eau, mais indique l'intégralité de la désinfection.
Cl connecté pas plus de 0,8 mg/l.
Azote résiduel 0,3-0,5 mg/l.
Choisir une source d'approvisionnement en eau
En 1948, GOST « Sources d'approvisionnement centralisé en eau domestique 27,84 » a été adopté.
Les sources souterraines sont divisées en classes, selon les méthodes d'amélioration de la qualité de l'eau
1. Satisfaire à toutes les exigences SANPIN.
2. Il existe des écarts dans certains indicateurs (aération, filtration, désinfection).
3. Ils ont les mêmes exigences SANPIN que les premiers, mais le filtrage s'effectue avec décantation préalable.
Sources superficielles :
Classe 1 – désinfection, filtration, coagulation.
Classe 2 – coagulation, décantation, désinfection.
La classe 3 est la même que la classe 2, uniquement avec l'utilisation de méthodes de filtrage poly-effecteurs.
Lieux d'approvisionnement en eau décentralisé:
En zone rurale, s'il existe une source d'eau souterraine. Ils installent des puits creusés ou forés.
Puits creusés.
Le sol est protégé des inondations et de l’engorgement. Les parois du puits sont plus perméables, l'élévation au-dessus de la surface est d'au moins 80 cm.Autour du puits, la terre est enlevée sur une profondeur de 2 m et une largeur de 100 sur 70 et remplie d'argile. Le prélèvement d'eau doit être effectué de telle manière qu'aucune contamination ne soit réalisée.
Puits forés– ils forent le sol et installent une pompe électrique au sommet.
Avantages : profondeur accrue, les murs ne sont pas perméables.
Inspection de puits :
1. Sanitaire-épidémiologique (détection des maladies d'origine hydrique)
2. Sanitaire
Traitement de l'eau d'un puits :
Après rénovation
En présence de maladies infectieuses
Chloration temporaire en cas de contamination des eaux souterraines 1,5 - 2 l/pour 1 m de puits.
En continu - à partir d'un volume de 0,25 à 1 litre, 150 à 600 grammes de chaux sont ajoutés à la réserve, la solution diffuse dans les 30 jours.
Pour amener la qualité de l'eau des sources d'approvisionnement en eau aux exigences de SanPiN - 01, il existe des méthodes de traitement de l'eau qui sont appliquées dans les stations d'approvisionnement en eau.
Il existe des méthodes de base et spéciales pour améliorer la qualité de l’eau.
je . À principal les méthodes incluent éclaircissement, blanchiment et désinfection.
Sous éclairage comprendre l'élimination des particules en suspension dans l'eau. Sous décoloration comprendre l'élimination des substances colorées de l'eau.
La clarification et la décoloration sont obtenues par 1) décantation, 2) coagulation et 3) filtration. Une fois que l'eau de la rivière traverse les grilles de prise d'eau, dans lesquelles restent les gros polluants, l'eau pénètre dans de grands conteneurs - des décanteurs, avec un écoulement lent à travers lequel les grosses particules tombent au fond en 4 à 8 heures. Pour sédimenter les petites substances en suspension, l'eau pénètre dans des récipients où elle est coagulée - on y ajoute du polyacrylamide ou du sulfate d'aluminium qui, sous l'influence de l'eau, se transforment en flocons, comme des flocons de neige, auxquels de petites particules adhèrent et des colorants sont adsorbés, après quoi ils se déposer au fond du réservoir. Ensuite, l'eau passe à l'étape finale de purification - filtration : elle passe lentement à travers une couche de sable et de tissu filtrant - ici les substances en suspension restantes, les œufs d'helminthes et 99 % de la microflore sont retenus.
Méthodes de désinfection
1.Chimique: 2.Physique:
-chloration
- utilisation d'hypochlorure de sodium - ébullition
-ozonation -irradiation U\V
-utilisation d'argent
traitement
- utilisation de filtres
Méthodes chimiques.
1. Le plus largement utilisé méthode de chloration. A cet effet, la chloration de l'eau est utilisée avec du gaz (dans les grandes stations) ou de l'eau de Javel (dans les petites stations). Lorsque du chlore est ajouté à l'eau, il s'hydrolyse, formant des acides chlorhydrique et hypochloreux qui, pénétrant facilement dans la membrane des microbes, les tuent.
A) Chloration à petites doses.
L'essence de cette méthode est de sélectionner une dose de travail en fonction de la demande en chlore ou de la quantité de chlore résiduel dans l'eau. Pour ce faire, un test de chloration est effectué - sélection d'une dose de travail pour une petite quantité d'eau. Évidemment, 3 doses de travail sont prises. Ces doses sont ajoutées à 3 flacons de 1 litre d'eau. L'eau est chlorée pendant 30 minutes en été, 2 heures en hiver, après quoi le chlore résiduel est déterminé. Il devrait être de 0,3 à 0,5 mg/l. Cette quantité de chlore résiduel, d'une part, indique la fiabilité de la désinfection et, d'autre part, n'altère pas les propriétés organoleptiques de l'eau et n'est pas nocive pour la santé. Après cela, la dose de chlore nécessaire pour désinfecter toute l'eau est calculée.
B) Hyperchloration.
Hyperchloration – chlore résiduel - 1-1,5 mg/l, utilisé en cas de danger épidémique. Une méthode très rapide, fiable et efficace. Elle est réalisée avec de fortes doses de chlore jusqu'à 100 mg/l avec déchloration ultérieure obligatoire. La déchloration est réalisée en faisant passer de l'eau sur du charbon actif. Cette méthode est utilisée dans les conditions militaires de terrain. Sur le terrain, l'eau douce est traitée avec des comprimés de chlore : un panthocide contenant de la chloramine (1 comprimé - 3 mg de chlore actif), ou un aquacide (1 comprimé - 4 mg) ; et aussi avec des comprimés d'iode - iode (3 mg d'iode actif). Le nombre de comprimés nécessaires à l'utilisation est calculé en fonction du volume d'eau.
B) La désinfection de l'eau est non toxique et non dangereuse hypochlorure de sodium utilisé à la place du chlore, dangereux à utiliser et toxique. À Saint-Pétersbourg, jusqu'à 30 % de l'eau potable est désinfectée par cette méthode, et à Moscou, en 2006, toutes les stations d'approvisionnement en eau ont commencé à y être transférées.
2.Ozonation.
Utilisé sur les petites conduites d'eau avec de l'eau très propre. L'ozone est obtenu dans des appareils spéciaux - des ozoniseurs, puis passé dans l'eau. L'ozone est un agent oxydant plus puissant que le chlore. Il désinfecte non seulement l'eau, mais améliore également ses propriétés organoleptiques : il décolore l'eau, élimine les odeurs et les goûts désagréables. L'ozonation est considérée comme la meilleure méthode de désinfection, mais cette méthode est très coûteuse, c'est pourquoi la chloration est plus souvent utilisée. Une usine d'ozonation nécessite un équipement sophistiqué.
3.Utilisation de l'argent.« Argentage » de l'eau à l'aide de dispositifs spéciaux par traitement électrolytique de l'eau. Les ions d'argent détruisent efficacement toute la microflore ; ils préservent l'eau et permettent de la stocker pendant une longue période, ce qui est utilisé lors de longues expéditions en transport fluvial et par les sous-mariniers pour conserver longtemps l'eau potable. Les meilleurs filtres ménagers utilisent le placage d’argent comme méthode supplémentaire de désinfection et de conservation de l’eau
Méthodes physiques.
1.Ébullition. Une méthode de désinfection très simple et fiable. L’inconvénient de cette méthode est qu’elle ne peut pas être utilisée pour traiter de grandes quantités d’eau. Par conséquent, l’ébullition est largement utilisée dans la vie quotidienne ;
2.Utiliser des appareils électroménagers- des filtres offrant plusieurs degrés de purification ; adsorber les micro-organismes et les substances en suspension ; neutraliser un certain nombre d'impuretés chimiques, incl. rigidité; assurer l'absorption du chlore et des substances organochlorées. Une telle eau possède des propriétés organoleptiques, chimiques et bactériennes favorables ;
3. Irradiation aux rayons UV. Il s’agit de la méthode de désinfection physique de l’eau la plus efficace et la plus répandue. Les avantages de cette méthode sont la rapidité d'action, l'efficacité de la destruction des formes végétatives et sporulées de bactéries, d'œufs d'helminthes et de virus. Les rayons d'une longueur d'onde de 200 à 295 nm ont un effet bactéricide. Les lampes à argon-mercure sont utilisées pour désinfecter l'eau distillée dans les hôpitaux et les pharmacies. Sur les grandes conduites d'eau, de puissantes lampes à quartz et mercure sont utilisées. Sur les petites conduites d'eau, on utilise des installations non submersibles, et sur les grandes, des installations submersibles, d'une capacité allant jusqu'à 3 000 m 3 /heure. L'exposition aux UV dépend fortement des matières en suspension. Pour un fonctionnement fiable des installations UV, une transparence élevée et une incolore de l'eau sont nécessaires et les rayons n'agissent qu'à travers une fine couche d'eau, ce qui limite l'utilisation de cette méthode. L’irradiation UV est plus souvent utilisée pour désinfecter l’eau potable des puits d’artillerie, ainsi que l’eau recyclée des piscines.
II. Spécial méthodes pour améliorer la qualité de l’eau.
-dessalement,
-ramollissement,
-fluoration - S'il y a un manque de fluor, on procède fluoration eau jusqu'à 0,5 mg/l en ajoutant du fluorure de sodium ou d'autres réactifs à l'eau. En Fédération de Russie, il n'existe actuellement que quelques systèmes de fluoration de l'eau potable, tandis qu'aux États-Unis, 74 % de la population reçoit de l'eau du robinet fluorée,
-défluoration - S'il y a un excès de fluorure, l'eau est soumise à défloration méthodes de précipitation, de dilution ou de sorption d'ions du fluor,
désodorisation (élimination des odeurs désagréables),
-dégazage,
-désactivation (rejet de substances radioactives),
-déferrisation - Réduire rigidité L'eau bouillante, les méthodes réactives et la méthode d'échange d'ions sont utilisées pour obtenir l'eau des puits artésiens.
Élimination des composés de fer dans les puits d'artillerie (déferrisation) et le sulfure d'hydrogène ( dégazage) est réalisée par aération suivie d'une sorption sur un sol spécial.
Vers de l'eau peu minéralisée des minéraux sont ajoutés substances. Cette méthode est utilisée dans la production d’eau minérale en bouteille, vendue dans la chaîne de vente au détail. À propos, la consommation d'eau potable achetée dans les chaînes de vente au détail augmente partout dans le monde, ce qui est particulièrement important pour les touristes ainsi que pour les habitants des zones défavorisées.
Réduire minéralisation totale Pour la distillation des eaux souterraines, la sorption d'ions, l'électrolyse et la congélation sont utilisées.
Il convient de noter que ces méthodes spéciales de traitement de l'eau (conditionnement) sont de haute technologie et coûteuses et ne sont utilisées que dans les cas où il n'est pas possible d'utiliser une source acceptable pour l'approvisionnement en eau.
Leçon pratique
MINISTÈRE DE LA DÉFENSE DE LA FÉDÉRATION DE RUSSIE DIRECTION MÉDICALE MILITAIRE PRINCIPALE
ACADÉMIE MÉDICALE MILITAIRE
(VMedA)
Ex.No.
Numéro d'enregistrement d'État.
Inv. Non.________
J'APPROUVE Chef de l'Académie scientifique émérite de la Fédération de Russie, docteur en sciences médicales, professeur général de division du service médical B. Gaidar
Docteur en Sciences Médicales, Docteur en Sciences Médicales, Professeur Colonel du Service Médical | S. Peleshok |
|
VrID Chef de l'Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau du Centre de recherche scientifique de l'Académie de médecine militaire Candidat en sciences médicales Colonel du service médical | V. Maïdan |
|
Directeur scientifique du VrID, directeur adjoint de l'Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau du Centre national de recherche de l'Académie de médecine militaire, candidat en sciences médicales, majeure du service médical | ||
Exécuteur responsable, chercheur principal, Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau, Centre de recherche scientifique de l'Académie de médecine militaire, candidat en sciences biologiques | E. Sorokaletova |
SAINT-PÉTERSBOURG 2002
LISTE DES INTERPRÈTES
Superviseur scientifique | : VrID Directeur adjoint de l'Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau Candidat en sciences médicales majeure en service médical | ||
Exécuteur responsable : chercheur principal à l'Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau, candidat en sciences biologiques | E. Sorokaletova (résumé, introduction, 18/03/2002 sections 1, 2, 3, conclusion) |
|
E. Guardina |
||
Chercheur junior, Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau | E. Kravchenko (section 1) |
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Chercheur junior, Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau | I. Konovalova |
|
Professeur agrégé du Département des sciences médicales générales, candidat en sciences médicales | V. Narykov 18/03/2002 (section 1, résumé, introduction, conclusion) |
|
Chef du Département de Recherche Docteur en Sciences Médicales Professeur Colonel du Service Médical | S. Matveyev |
ABSTRAIT
Rapport - 77 pages, 1 livre, 20 tableaux, 146 sources.
QUALITÉ DE L'EAU, PURIFICATION DE L'EAU, NATURELLE
SORBANTS MINÉRAUX
L'objet de l'étude était les absorbants minéraux naturels (NMS), prometteurs pour une utilisation dans les procédés de purification et de conditionnement de l'eau : shungite, silex, calcaire glauconite.
But du travail
Lors de recherches utilisant des méthodes biologiques et physico-chimiques modernes, il a été démontré que le PMS purifie efficacement l'eau des contaminants. Pour purifier l’eau des ions de métaux lourds, le silex et le calcaire glauconite se sont révélés être les PMS les plus prometteurs. Leur efficacité est supérieure au charbon actif (AC) et à la shungite.
Tous les PMS étudiés éliminent le phénol de l’eau à des concentrations allant jusqu’à 50 MAC. À des concentrations plus élevées de phénol, l’efficacité de la shungite est supérieure à celle du silex et du calcaire glauconite pour tous les paramètres de l’eau modèle.
PMS purifie l'eau des ions de fer en excès, et La shungite est 2 fois plus efficace que le calcaire AC, le silex et la glauconite.
Les PMS ont des propriétés de sorption prononcées contre les bactéries E. coli souche K12, les spores de B. subtilis et C. perfringes, réduisant ainsi la teneur en agents microbiens d'au moins mille fois.
La shungite présente une activité spécifique dans l'élimination des particules de nature radicalaire et ionique radicalaire de l'eau, dépassant considérablement à cet égard le calcaire silex et glauconite, ainsi que l'AC (56, 36 et 31 fois, respectivement).
L'eau traitée avec du PMS améliore sa qualité grâce à une purification en profondeur des contaminants chimiques, une toxicité réduite et augmente également l'activité biologique grâce à l'enrichissement en macro et microéléments essentiels.
Les technologies et les dispositifs de traitement utilisant le PMS ne sont pas inférieurs, et dans certains cas supérieurs, au courant alternatif en termes d'efficacité et sont d'un ordre de grandeur moins chers en termes de coût. La Russie dispose d'une puissante base de matières premières de PMS, ce qui rend leur utilisation prometteuse dans le traitement de l'eau.
LISTE DES ABRÉVIATIONS, CONVENTIONS,
SYMBOLES, UNITÉS ET TERMES
Charbon actif |
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Organisation Mondiale de la Santé |
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indice de pollution de l'eau |
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tensioactifs |
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concentration maximale admissible |
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absorbants minéraux naturels |
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pesticides organochlorés |
INTRODUCTION................................................. ....... .............................. | |
1. QUALITÉ DE L’EAU POTABLE ET MOYENS DE L’AMÉLIORER (Choix de l’orientation de recherche) .................................................. ........ | |
1.1. Qualité de l’eau des sources d’eau................................................. ...... | |
1.2. Moyens existants et prometteurs pour améliorer la qualité de l’eau............................................... .......... ....................................... | |
1.3. Absorbants minéraux naturels - matériaux prometteurs dans les processus d'amélioration de la qualité de l'eau.................................... .............. | |
1.3.1. Roches contenant du carbone - shungites.................. | |
1.3.2. Roches siliceuses et siliceuses.................................. | |
1.3.1. Roches carbonatées................................................. ... | |
2. MATÉRIELS ET MÉTHODES DE RECHERCHE.............................................. | |
3. ÉTUDE ÉCOLOGIQUE ET HYGIÉNIQUE DE L'APPLICATION DE SORBANTS MINÉRAUX NATURELS POUR AMÉLIORER LA QUALITÉ DE L'EAU.................................. ..... ....................... | |
3.1. L'influence des absorbants minéraux naturels sur les propriétés organoleptiques de l'eau..................................... .............. ... | |
3.2. L'influence des absorbants minéraux naturels sur la composition chimique de l'eau.............................................. .............. .............................. | |
3.2.1. Substances toxiques inorganiques................................................. ... | |
3.2.2. Toxiques organiques............................................................ ......... | |
3.3. L'influence des absorbants minéraux naturels sur les paramètres microbiologiques de l'eau............................................... .............. | |
3.4. Évaluation toxico-hygiénique de l'eau filtrée à travers des filtres contenant des absorbants minéraux naturels..................................... .............. .................................................... .. | |
3.5. Effet biologique de l'eau activée par le silicium.................. | |
CONCLUSION................................................. ....................... | |
LISTE DES SOURCES UTILISÉES.................................................. ...... |
INTRODUCTION
La pertinence de cette étude est liée à l’influence anthropique et technogénique croissante sur la biosphère en Fédération de Russie /1-7/.
Le milieu aquatique subit la plus grande pression d’écotoxicité, étant le réservoir final de la plupart des polluants. Au cours des 30 dernières années, la structure de l'utilisation de l'eau a changé, ce qui se traduit par une forte augmentation de la composante sociale de l'utilisation de l'eau. La part de l'approvisionnement en eau domestique et potable est passée de 9% en 1970 à 21% en 1999 /8/. A cet égard, il existe un réel problème de qualité de l'eau potable, déterminé par la pollution de l'eau naturelle, son épuration insatisfaisante au niveau des stations d'approvisionnement en eau et la pollution secondaire dans les réseaux de distribution. Dans la situation actuelle, l'approche la plus prometteuse pour fournir à la population de la Fédération de Russie et au personnel des forces armées une eau potable de haute qualité est l'utilisation de moyens et de méthodes de purification et de préparation supplémentaires de l'eau au point d'utilisation, y compris dans les lieux de déploiement des forces de l'armée et de la marine /9/.
Actuellement, le traitement de l’eau devient l’un des procédés technologiques les plus courants. Cela détermine l'importance particulière de la question de la réduction des coûts d'épuration des eaux potables, techniques et usées. À cet égard, l'utilisation de absorbants naturels, dont des gisements sont disponibles sur le territoire de la Fédération de Russie, semble très prometteuse. Il existe de plus en plus de rapports dans la littérature sur l'efficacité de l'utilisation d'absorbants naturels pour éliminer les impuretés dispersées, le pétrole et les produits pétroliers, les tensioactifs, les colorants, la contamination radioactive, etc. de l'eau /10÷16/.
Aujourd'hui, lors de l'utilisation de absorbants naturels pour éliminer ces substances de l'eau, une approche empirique prévaut généralement, ce qui rend difficile la mise en œuvre de processus technologiques dans des conditions optimales.
À cet égard, il est nécessaire de développer une base scientifique pour l'utilisation de absorbants naturels dans le traitement de l'eau, pour laquelle il est nécessaire de résumer les informations disponibles sur leur utilisation, ainsi que de décrire les moyens rationnels de leur utilisation dans des processus technologiques spécifiques de traitement de l'eau.
But du travail consistait en une évaluation expérimentale de l’efficacité de l’utilisation d’absorbants minéraux naturels pour la purification et le conditionnement de l’eau.
Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de résoudre les problèmes suivants Tâches:
1. Évaluer l'efficacité des absorbants minéraux naturels dans les processus de purification de l'eau potable des contaminants chimiques et microbiologiques.
2. Étudiez les indicateurs toxiques et hygiéniques de l'eau purifiée à l'aide d'absorbants minéraux naturels (PMS).
3. Étudier l'effet biologique de l'eau traitée au PMS.
4. Évaluer la possibilité d'utiliser le PMS pour l'épuration individuelle et collective de l'eau potable.
Ce travail a été réalisé au Laboratoire de recherche sur les technologies avancées de purification de l'eau de l'Institut de recherche sur la nutrition et l'approvisionnement en eau du Centre national de recherche de l'Académie médicale militaire de janvier 2000 à mars 2002 conformément à la directive de l'Université médicale militaire d'État. du ministère de la Défense de la Fédération de Russie n° 000/7/4/3979 du 05.08.99.
Les recherches menées à l'Académie de médecine militaire entre 1993 et 2001 et reflétées dans une série de rapports, d'articles et de monographies /17÷24/ ont été développées dans le cadre du travail de recherche.
1. QUALITÉ DE L’EAU POTABLE ET MOYENS DE L’AMÉLIORER(Choix de l'orientation de recherche)
1.1. Qualité de l'eau des sources d'eau
Selon le cadastre national des eaux, les polluants les plus courants dans les eaux de surface sont les produits pétroliers, les phénols, les pesticides organochlorés (OCP), les substances organiques facilement oxydables, les composés de cuivre et de zinc. Dans certaines régions, on trouve des complexes de nickel, de l'ammonium et de l'azote nitrique, ainsi que des polluants spécifiques caractéristiques de certaines industries - lignine, lignosulfonates, xanthogénates, méthylmercaptan, aniline /25/.
Ces dernières années, dans le contexte d'une légère diminution du volume brut des eaux usées rejetées, la proportion d'eaux usées non traitées rejetées dans les plans d'eau a eu tendance à augmenter /8/. Selon le ministère des Richesses naturelles, le volume total d'eaux usées contaminées déversées dans les plans d'eau est de 28 km3/an, dont seulement 10 % (2,8 km3) sont traités selon les exigences réglementaires. Seulement 13 % des eaux usées sont traitées dans les services municipaux. 1 000 tonnes de zinc, 700 tonnes de nickel, 150 tonnes de cuivre et de chrome et 120 tonnes de cadmium sont déversées chaque année dans les plans d'eau du pays. Cette quantité de substances toxiques est suffisante pour polluer plus de 500 km3 d’eau, ce qui est comparable au débit annuel des rivières russes /26÷28/.
Dans un certain nombre d'endroits, la concentration annuelle moyenne de polluants dépasse 5 MPC pour trois indicateurs ou plus (dans la rivière Neva - village de Novosaratovka, rivière Narva - Ivan-Gorod, rivière Onega - village de Porog, rivière Dvina nord - Ust-Pinega) /25/.
Dans le réservoir Proletarskoe - région de Rostov, r. Pelymma, r. Ob et autres, la concentration annuelle moyenne de produits pétroliers, phénols, composés de cuivre était d'au moins 30 MAC /25/.
Des cas de niveaux extrêmement élevés de pollution de l’eau ont été observés dans la rivière. Purtse (phénols 213÷240 MPC), r. Kosve (composés de fer - 157 MPC, composés de cuivre - 160 MPC), r. Chusovoy (composés de chrome - 720 MPC), réservoir de Bratsk. (méthylmercaptan - 300-500 MAC), r. Klyazma (produits pétroliers - 176 MPC), r. Okhinka (produits pétroliers - 120 MPC) /25/.
Les urgences industrielles représentent un danger particulier lorsque des substances nocives pénètrent dans l'eau à des concentrations allant jusqu'à 1 000 MAC /29, 30/.
La production agricole contribue également à la pollution des sources d’eau.
Sur la quantité totale d'OCP utilisés en agriculture, 1 à 5 % pénètrent dans les eaux de surface, environ 5 % migrent vers les horizons inférieurs du sol et les eaux souterraines. Le niveau le plus élevé de pollution de l'eau par les OCP a été observé dans les bassins de la Volga, de l'Ob, de l'Amour, de l'Oural, du Dniepr, du Terek et de la Pyasina. De fortes concentrations d'OCP ont été observées dans les plans d'eau non seulement dans les zones d'agriculture intensive et de production d'OCP, mais également dans les zones où leur utilisation était absente ou minime, ce qui indique la répartition mondiale des OCP /31/.
La plupart des masses d'eau de la Fédération de Russie servent de sources d'approvisionnement en eau potable, c'est pourquoi l'augmentation de la pollution des eaux naturelles aggrave de plus en plus le problème de l'approvisionnement de la population en eau potable de bonne qualité /7/.
Une enquête sur les captages d'eau des villes a montré que certains d'entre eux étaient caractérisés par une pollution de l'eau classée comme « élevée » et « extrêmement élevée ». Un danger particulier apparaît lorsque la pollution est provoquée par la présence de composés hautement toxiques (prises d'eau de Tomsk, Tioumen, Kourgan) /29/.
Des problèmes d’approvisionnement en eau potable existent également dans la région nord-ouest de la Fédération de Russie. La source d'approvisionnement en eau de la population de Saint-Pétersbourg et d'une partie de la région de Léningrad est le lac Ladoga. Dans le même temps, les eaux usées des entreprises industrielles et du complexe agro-industriel de vastes territoires (régions de Léningrad, Pskov, Novgorod, Tver, Arkhangelsk et Vitebsk, République de Carélie et une partie de la Finlande) pénètrent dans le lac Ladoga. Le volume total d'eaux usées polluées entrant dans le lac est de 400 millions de m3 par an. L'effluent en contient plus de 600, dont 300 toxiques. En conséquence, l’état de l’écosystème du lac est devenu critique /32/.
Sous l'influence des activités économiques exercées sur les rives du lac Ladoga et de son bassin versant, au milieu des années 80 du XXe siècle, le réservoir est passé d'un état oligotrophe à un état mésatrophique. Si la charge anthropique reste au niveau actuel, le lac pourrait se transformer dans les décennies à venir en un réservoir eutrophique, ce qui aurait des conséquences catastrophiques sur l'approvisionnement en eau de Saint-Pétersbourg. Déjà, la rivière Neva, étant pratiquement la seule source d'approvisionnement en eau potable de Saint-Pétersbourg, est polluée sur toute sa longueur. Même à la source, en raison de l'eutrophisation du lac Ladoga, on observe une teneur accrue en substances toxiques. Un excès de MPC a été établi pour les produits pétroliers, plomb, cadmium, cobalt, nickel, chrome, zinc, arsenic, béryllium, titane, mercure /33 ÷ 35/.
De plus, la Neva est une artère de transport importante et n'est en aucun cas protégée des accidents d'origine humaine. Ainsi, à la suite d'un accident avec un pétrolier à l'embouchure de la Neva à l'automne 1999, tout le plan d'eau de la rivière a été pollué par du fioul, et un dépôt de substances toxiques a été créé au fond. /24/.
La détérioration rapide de la qualité de l'eau du lac Ladoga et le flux continu d'eaux usées contaminées déterminent la qualité de l'eau de la Neva entrant à Saint-Pétersbourg. La classe de qualité de l'eau dans la zone de fond située à 2 km au-dessus de la ville a diminué et elle est classée dans la classe IV (« polluée »). L’augmentation de l’indice de pollution de l’eau (WPI) est principalement due à une augmentation des concentrations annuelles moyennes de phénols volatils. Ainsi, la concentration de phénols dans la section de fond était de 7 MAC, et en général pour la rivière. Neva - 10 MPC. La plus forte pollution de l'eau par les phénols a été observée à l'embouchure de la Neva : dans des échantillons prélevés en février, juin et août. Leurs concentrations étaient de 40÷50 MAC /ЗЗ/. La concentration maximale de phénols (70 MAC) a été enregistrée dans les eaux de la Neva dans la section située en dessous du confluent de la rivière. Ijora.
Les eaux de la Neva sont polluées par le cuivre et le manganèse dans presque toutes les sections. Ainsi, les concentrations annuelles moyennes sont : cuivre - 4,7÷6,45 MPC, manganèse - 1,1÷3,3 MPC. La concentration maximale de cuivre (19 MPC) a été enregistrée dans l'une des sections les plus sales, située en aval du confluent de la rivière. Okhta, manganèse (9,5 MPC) - à l'embouchure de la Neva /36/.
Les effets chroniques des substances toxiques sur les systèmes hydrographiques de la région sont répandus. Il existe une accumulation intensive de substances toxiques dans les organismes aquatiques et leur transmission à travers les chaînes alimentaires. Selon GosNIORKH, dans la baie Volkhov du lac Ladoga, 70 à 80 % des corégones, sandres, brèmes, gardons et grémilles présentent une toxicose, atteignant 2 à 4 points de gravité. Dans la même zone, les tissus de 20 à 60 % des poissons étudiés dégagent une odeur de produits pétroliers. Dans la baie de Svirskaya, un empoisonnement a été observé chez 50 à 60 % des poissons. Une intoxication chronique a été enregistrée chez 30 à 60 % des poissons de l'embouchure de la rivière. Vidlitsa. Les poissons présentent des changements pathologiques irréversibles prononcés dans les organes vitaux : cardiomyopathie, hyperémie cérébrale, dégénérescence granulaire du foie, néoplasmes dans divers organes. Il existe un taux de mortalité élevé et des perturbations dans le développement des juvéniles /36/.
Pour cette raison, les eaux souterraines /37÷39/ constituent une source d’approvisionnement en eau plus fiable. La qualité des eaux souterraines est déterminée par deux groupes de facteurs : géologiques et anthropiques. Le premier groupe de facteurs détermine la qualité des eaux souterraines, qui est liée à la composition des roches aquifères, aux conditions physico-chimiques de leur formation et de leur circulation, et au degré de protection des aquifères par les écrans d'argile sus-jacents contre la pollution de surface. Le deuxième groupe de facteurs est lié au degré de charge technogénique, aux conditions économiques et à la présence de sources de pollution /40/. Actuellement, la pollution de l’hydrosphère affecte non seulement les sources d’eau de surface, mais aussi les eaux souterraines. En raison de la pénétration de divers déchets municipaux, de substances provenant de grandes décharges de déchets chimiques, etc. (en particulier dans les zones où sont concentrées les entreprises de l'industrie gazière et pétrolière) /41÷44/.
L'utilisation des eaux souterraines dans la région du Nord-Ouest est en retard par rapport à la moyenne européenne, même si la région dispose des ressources en eau nécessaires à cet effet. La qualité naturelle des eaux souterraines de la région est extrêmement diversifiée - depuis l'eau ultra douce avec une teneur insuffisante en un certain nombre de composants jusqu'à l'eau légèrement minéralisée, qui est sur le point d'être utilisée à des fins de boisson /43, 44/.
Les eaux souterraines présentent un certain nombre de caractéristiques spécifiques. D’une part, ils sont capables de s’auto-nettoyer, d’autre part, ils accumulent et répartissent les éléments polluants sur des distances considérables. Les aquifères de la région du Nord-Ouest sont protégés à des degrés divers contre la pollution de surface. A côté des zones où elles sont recouvertes de sédiments résistants à l'eau et donc protégées de la pollution (isthme de Carélie, champ dévonien de la région de Léningrad, etc.), on distingue des zones aux ressources en eau pratiquement non protégées (Carélie, plateau d'Izhora). Les eaux souterraines sont particulièrement polluées dans les districts de Gatchinsky, Volosovsky, Lomonosovsky, Slantsevsky et Kingisepsky, où les eaux souterraines fissurées et karstiques, qui ont un faible degré de protection contre les agents de pollution de la surface, se sont répandues /43, 44/.
Pour améliorer l'approvisionnement en eau des villes et autres zones peuplées, les mesures à long terme suivantes sont proposées /14/ :
Améliorer l'état et assurer le respect des régimes des zones de protection sanitaire et des zones de protection des eaux des sources d'approvisionnement en eau potable ;
Renforcer le contrôle de la qualité de l'eau à la source d'approvisionnement en eau, créer un système de contrôle automatique et opérationnel, développer des méthodes et des moyens pour déterminer une gamme plus large et des indicateurs complexes de pollution de l'eau à la source ;
Élaboration et mise en œuvre d'un programme ciblé pour éliminer les principales sources de pollution des sources d'eau ;
Création d'un système de contrôle automatique des rejets de pollution ;
Élaboration de mesures pour réduire l'impact du ruissellement de surface sur la source d'eau ;
Développement d'un modèle mathématique d'une source d'eau, prenant en compte les données hydrochimiques et les processus biochimiques d'auto-épuration, afin de prédire la qualité de l'eau lorsque les paramètres d'entrée changent, augmentent ou diminuent les rejets de pollution, les accidents et dans d'autres situations ;
Détermination des mesures prioritaires de protection des eaux avec leur évaluation technique et économique basée sur une modélisation mathématique de diverses situations ;
Sélectionner des options de prises d'eau alternatives, en augmentant le nombre de structures de prise d'eau ;
L'utilisation de sources supplémentaires pour l'approvisionnement en eau de la ville, en particulier les eaux souterraines.
Toutes ces activités nécessitent des moyens matériels importants et un intervalle de temps suffisant pour leur mise en œuvre.
1.2. Moyens existants et prometteurs pour améliorer la qualité de l’eau
L'approvisionnement centralisé en eau de la plupart des zones peuplées de Russie s'effectue principalement à partir de sources d'eau de surface, caractérisées par un niveau élevé de pollution /45/.
Les installations de traitement de l'eau existantes et les processus technologiques appliqués ne sont souvent plus en mesure de fournir la qualité d'eau potable requise, car ils sont conçus pour des niveaux de pollution des eaux de surface qui existaient il y a 40 à 50 ans et visent principalement à améliorer, en premier lieu, indicateurs organoleptiques et microbiologiques de la qualité de l'eau.
Dans l'approvisionnement en eau potable domestique, des schémas technologiques standards d'épuration sont utilisés : en fonction du degré de contamination de l'eau de source - à deux étages (décanteurs ou clarificateurs avec une couche de sédiments en suspension - au premier étage et filtres rapides - au deuxième étage) ou à un étage (clarificateurs à contact ou filtres à flux direct) /45, 46/. En considérant ces systèmes d'un point de vue moderne, on peut constater leur manque de fiabilité et d'efficacité. Cela est principalement dû au fait qu’ils utilisent des installations et des méthodes de nettoyage obsolètes. Les technologies utilisées purifient l’eau principalement des particules dispersées. Les solutés moléculaires et les ions restent dans l'eau. Ainsi, de nombreuses substances toxiques ne sont pas captées dans les stations d'épuration et se retrouvent dans le réseau d'approvisionnement en eau /47/.
Il convient de noter que les schémas technologiques existants peuvent avoir un impact négatif. Ainsi, les procédures de chloration et d'ozonation utilisées lors du traitement de l'eau pour la désinfection de l'eau, si l'eau contient des composés organiques, conduisent à l'apparition de substances hautement toxiques.
À la suite de la chloration de l'eau contenant des substances humiques de nature phénolique, il se forme des chlorophénols, du chloroforme et même des dioxines /48, 49/. L'apparition de produits toxiques d'ozonation dans l'eau potable - formaldéhyde, benzaldéhyde, acétaldéhyde, peut également être due aux caractéristiques physico-chimiques des eaux naturelles. L'ozonation de l'eau contenant des pesticides peut conduire à la formation d'époxydes sous-oxydés plus toxiques et plus stables avec des doubles liaisons insaturées. Par exemple, l'eldrine est oxydée en dieldrine, l'heptachlore en heptachloreépoxyde /50/.
Une étude de la teneur en composés organochlorés dans les prises d'eau des villes de Pitkyaranta et de Priozersk (lac Ladoga) et dans l'eau du robinet a montré que lors du traitement de l'eau (chloration), la concentration de chloroforme a augmenté de 39 fois, le tétrachlorure de carbone par 5 fois et le tétrachlorure de carbone par 4,5 fois. Le 1,2-dichloroéthane, 4,4 fois - tétrachloroéthane, 8,3 fois - chlorobenzène, trichloroéthane et trichlorophénol sont apparus (tableau 1.) /48/.
Tableau 1.
Substance | Consommation d'eau, µg/l | Eau potable, µg/l | MPC, µg/l |
||
Chloroforme | |||||
Le tétrachlorure de carbone | |||||
1,2-dichloroéthane | |||||
Trichloroéthane | |||||
Tétrachloroéthane | |||||
Bromodichloroéthane | |||||
Trichlorophénol | |||||
Chlorobenzène |
Remarque : l'OMS est l'organisation mondiale de la santé
Méthodes pour améliorer la qualité de l’eau potable
Méthodes de traitement de l'eau, à l'aide desquelles la qualité de l'eau provenant des sources d'approvisionnement en eau est obtenue pour répondre aux exigences de SanPiN 2.1.4.2496-09 « Eau potable ». Exigences hygiéniques pour la qualité de l'eau des systèmes centralisés d'approvisionnement en eau potable. Contrôle de qualité. Les exigences hygiéniques pour assurer la sécurité des systèmes d'approvisionnement en eau chaude dépendent de la qualité de l'eau de source des sources d'eau et sont divisées en bases et spéciales. Les principaux moyens sont˸
Éclairage
Blanchiment
Désinfection
Sous éclaircissement et blanchiment fait référence à l'élimination des substances en suspension et des colloïdes colorés (principalement des substances humiques) de l'eau. Par désinfectionéliminer les agents infectieux contenus dans l’eau de source – bactéries, virus, etc.
Dans les cas où l’utilisation des seules méthodes de base ne suffit pas, utilisez méthodes de nettoyage spéciales(déferrisation, défluoration, dessalage, etc.), ainsi que l'introduction de certaines substances nécessaires au corps humain - fluoration, minéralisation des eaux dessalées et peu minéralisées.
En ce qui concerne l'élimination des produits chimiques, la méthode la plus efficace est la purification par sorption à l'aide de charbon actif ; la purification par sorption améliore également considérablement les propriétés organoleptiques de l'eau.
Les méthodes de désinfection de l'eau sont divisées en
1. Produit chimique (réactif), qui comprend˸
Chloration
Ozonation
Utiliser l’action oligodynamique de l’argent
2. Physique (sans réactif)˸
Ébullition
Irradiation ultraviolette
Irradiation aux rayons gamma, etc.
Pour des raisons techniques et économiques, la principale méthode de désinfection de l’eau dans les usines de distribution d’eau est la chloration. Cependant, la méthode d'ozonation est de plus en plus utilisée et son utilisation, y compris en combinaison avec la chloration, présente des avantages pour améliorer la qualité de l'eau obtenue.
Lorsqu'un réactif contenant du chlore est introduit dans l'eau, la majeure partie - plus de 95 % - est dépensée pour l'oxydation des substances organiques et inorganiques facilement oxydables contenues dans l'eau ; seulement 2 à 3 % de la quantité totale de chlore est dépensée en se combinant avec le protoplasme des cellules bactériennes. La quantité de chlore qui, lors de la chloration de 1 litre d'eau, est dépensée pour l'oxydation de substances organiques facilement oxydables et la désinfection des bactéries dans les 30 minutes est appelée absorption de chlore de l'eau. Une fois le processus de liaison du chlore par les substances et bactéries contenues dans l'eau terminé, chlore actif résiduel, ce qui indique l’achèvement du processus de chloration. La présence de chlore actif résiduel à des concentrations de 0,3 à 0,5 mg/l dans l'eau fournie au réseau d'adduction d'eau garantit l'efficacité de la désinfection de l'eau, est nécessaire pour prévenir la pollution secondaire dans le réseau de distribution et constitue un indicateur indirect de la sécurité de l'eau dans termes épidémiques.
Méthodes d'amélioration de la qualité de l'eau potable - concept et types. Classement et caractéristiques de la catégorie « Méthodes d'amélioration de la qualité de l'eau potable » 2015, 2017-2018.
