Основные способы улучшения качества воды

Основными способами улучшения качества воды являются: осветление (удаление взвешенных веществ), обесцвечивание (удаление окрашенных коллоидов; растворенных веществ), обеззараживание (уничтожение патогенных микроорганизмов) и специальные методы обработки (удаление или введение в воду необходимых элементов). Типовая схема процесса очистки воды приведена на рисунке.

Осветление воды осуществляется путем механического отстаивания с последующей фильтрацией воды от частиц размером более 1 мкм через соответствующие устройства. Для повышения эффекта осветления в отстойниках осуществляют предварительную химическую обработку (коагуляцию с применением в качестве коагулянта сернокислого алюминия), приводящую к укрупнению взвешенных в воде частиц (они слипаются и выпадают в осадок в виде хлопьев). При коагуляции перспективно использовать новые химические вещества, созданные благодаря успехам химии (флоккулянты, в частности, полиакриламид), которые позволяют ускорить эту работу. В осадок выпадает и часть микроорганизмов.

1 — аэрация разбрызгиванием; 2 — хлорирование; 3 — смесительная камера: уголь и алюминиевые или железные квасцы; 4 — конечное хлорирование; 5 — распределение чистой воды по потребителям

После отстаивания и коагуляции вода поступает на фильтрацию (обычно кварцевым песком). Наиболее часто применяется «скорый фильтр»: резервуар, заполненный песком, а под ним слой гравия. Фильтр задерживает более мелкие частицы и часть микроорганизмов. Рассмотренные очистные сооружения водопровода, основной функцией которых является осветление и обесцвечивание воды, способны задержать до 90% находящихся в воде микроорганизмов.

Этот процесс заключается в сорбции бактерий и вирусов на поверхности взвешенных частиц и хлопьев, последующее их осаждение в отстойниках или отфильтровывание, что зависит от параметров взвесей, которые имеют огромный разброс. Не осевшие на взвесях микроорганизмы проникают через все элементы очистных сооружений. Для недопущения передачи через воду кишечных инфекций и их окончательного уничтожения в практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование) или безреагентные (ультрафиолетовое, лазерное или гамма-облучение) методы.

Хлорирование воды на современном этапе наиболее распространено из-за простоты процесса, надежности и дешевизны. При правильно выбранной дозе хлорирования и достаточной предварительной очистке вода полностью освобождается от патогенных микробов: это фиксируется наличием свободного хлора, т.е. не требуется проведение анализа очищенной воды. К недостаткам процесса хлорирования относятся сложность транспортировки хлора (высокотоксичное вещество, образующее в воде хлорорганические соединения, вредные для организма, требует строго выполнять меры безопасности и длительного контакта для достижения эффекта очистки воды).

Процесс озонирования (прямого контакта газа с водой) является альтернативным хлорированию. Озон — сильный окислитель, разрушающий микроорганизмы. При озонировании углеводороды не образуются (как это наблюдается при хлорировании), а имеющиеся в воде углеводороды разрушаются озоном путем окисления, происходит обесцвечивание и устранение посторонних привкусов и запахов. Озон улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при менее продолжительном контакте (до 10 мин).

Даже при вводе избыточного количества озона в обработанной воде не остается следов свободного озона, но это не дает полной гарантии уничтожения микроорганизмов: требуется выполнить дополнительный анализ взятых проб (проведение теста на присутствие бактерий требует 24 ч). Если микроорганизмы попадут в воду после обработки озоном, то они не погибают. А это требует использовать дополнительное обеззараживающее средство, т.е. опять хлор. Широкому внедрению озонирования препятствует высокая энергоемкость процесса получения озона.

На качество природных вод оказывают влияние природные и антропогенные факторы. К природным (естественным) факторам относятся условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, накопление органических веществ из-за отмирания растительных и животных организмов. К антропогенным факторам — деятельность людей, что приводит к химическому, физическому и (или) биологическому загрязнению воды.

Влияние примесей на состояние водного объекта

	Состав примесей	Влияние на водный объект
Механические	Песок, глина, шлак, рудные включения	Обмеление реки, заилива­ние водохранилища, дефи­цит кислорода, замедление развития водных организмов
Минераль­ные, хими­ческие (растворы, коллоиды, взвеси)	Тяжелые металлы, мине­ральные удобрения, био­генные элементы (азот, фосфор, углерод)	Токсические воздействия на водные организмы. Приводят к «цветению» водоемов
Органичес­кие, легко окисляемые (растворы, коллоиды, взвеси)	Органические вещества в сточных водах пищевых и сельскохозяйственных объектов, бытовых отходах	Из-за дефицита кислорода изменяется рН, ухудшают­ся органолептические свойства, бурно развивают­ся сине-зеленые водоросли
Органические, трудно окисляемые (растворы, коллоиды, взвеси)	Нефтепродукты, фенольные соединения, жесткие СПАВ, стойкие пестициды	Из-за высокой стойкости и токсичности придают воде неприятный запах и вкус, ограничивая ее пригодность для питья; трудно удаляют­ся из воды
Биологичес­кие	Бактерии, водоросли, простейшие, черви, яйца гельминтов, грибы	Образуют устойчивые взвеси. Происходит обрастание подводных предметов. Участвуют в самоочищении и вторичном загрязнении водоема

Причиной химических загрязнений водных объектов обычно является сброс неочищенных или недостаточно очищенных промышленных или бытовых сточных вод: органической или неорганической природы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ).

Физические загрязнения определяются тепловыми, механическими или радиоактивными примесями. Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств водной среды в результате увеличения количества несвойственных ей видов микроорганизмов, поступающих обычно с бытовыми сточными водами (воды кухонь, туалетов, больниц, прачечных).

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы загрязняющих веществ, находящихся в растворенном, коллоидном или нерастворенном состоянии.

Сточные воды можно разделить на бытовые, производственные и ливневые (дождевые), отличающиеся друг от друга происхождением, составом и биологической активностью.

Бытовые сточные воды образуются в результате жизнедеятельности людей и характеризуются наличием загрязнителей минерального (соли аммония, фосфаты, хлориды, гидрокарбонаты) и органического (безазотистые и азотосодержащие) происхождения. Минеральные вещества в сточных водах могут быть в нерастворенном виде (5%), в виде суспензии (5%), коллоидах (2%) и растворенном виде (до 30%). Безазотистые органические вещества представляют собой углеводороды и жиры, азотосодержащие — белки и продукты их гидролиза. Содержание органических нерастворенных загрязнителей в сточных водах составляет 15%, в виде суспензии 5%, коллоидов 8% и растворенных 20%. Особой группой загрязнителей являются микроорганизмы.

Состав производственных сточных вод зависит от характера производственного процесса на соответствующем объекте экономики:

1. сточные воды предприятий металлургии и аналогичных производств (например, гальванических), содержащие неорганические примеси в виде солей тяжелых металлов, способных токсически воздействовать на обитателей водоемов;
2. сточные воды рудообогатительных и цементных предприятий, ДСК с неорганическими примесями, не обладающими токсичным действием (здесь примеси находятся во взвешенном состоянии);
3. стоки предприятий химической и нефтехимической промышленности, органического синтеза, содержащие органические вещества, обладающие токсическим действием (ПАВ, фенолы, ацетон, формальдегид, неорганические кислоты, жиры, нефтепродукты, хлориды);
4. воды, содержащие нетоксичные органические вещества, попадание которых в водоемы приводит к снижению концентрации растворенного кислорода, возрастанию окисляемости, ВПК.

Дождевые сточные воды также характеризуются огромным разнообразием примесей, зависящих от множества факторов (общего санитарного состояния территории ливневого сбора, видов и характеристик промышленности региона, режима таяния снега, характера атмосферных осадков).

Как выполняется улучшение качества воды. Как улучшить качество питьевой воды в домашних условиях. Перечень методов улучшения качества водной среды. Специфические методы. Методы для бытового использования. Преимущества и недостатки каждого бытового метода. Особенности их использования. Озонирование. Кипячение. Дегазация. Вымораживание. Улучшение качества воды позволит обезопасить себя от многих проблем, вызванных употреблением некачественной жидкости. О том, как улучшить качество питьевой воды, мы расскажем в нашей статье.

Методы улучшения качества воды

Как вы сами понимаете, экологическая ситуация и большое количество техногенных загрязнителей приводят к тому, что качество природных вод ухудшается. А возможности водоочистных сооружений не так велики, как хотелось бы. В итоге мы пьём практически ту же воду, что находится в реках и озёрах нашего региона.

В такой ситуации улучшение качества воды становится просто необходимым. Именно с этой целью и разработаны методы очистки воды, которые позволяют довести качество воды, набранной из любого источника, до нормы.

Перечисленные методики очистки гарантируют значительное улучшение качества воды:

• методика отстойки
• осветление водной среды
• мембранные методы фильтрации
• химические окисляющие реактивы
• адсорбация
• удаление растворённого железа
• дехлорирование водной среды
• смягчение водной среды (снижение концентрации солей)
• борьба с содержанием нитратов
• кондиционирование жидкости
• очистка от примесей органического происхождения
• обеззараживание водной среды

Также существуют специфические методики улучшения качества водной среды:

• дегазация воды
• дезодарация жидкости
• ожелезивание водной среды
• фторирование воды
• оппеснение жидкости
• умягчение водной среды

В свою очередь метод обеззараживания воды делится на несколько способов:

1. Химический способ включает в себя процедуры гидрохлорирования, обычного хлорирования и очистки за счёт особенностей солей тяжёлых металлов.
2. Физический способ подразумевает облучение ультрафиолетовыми лучами.
3. Механическое обеззараживание применяет особый метод фильтрации при помощи специальных свечей.

Методы улучшения качества воды, которые вы можете использовать самостоятельно:

• Озонирование водной среды
• Дегазирование и кипячение воды
• Вымораживание жидкости
• Использование фильтрующих приспособлений

Что такое озонирование?

Данный метод улучшения качества воды может использоваться вместо традиционного хлорирования. Обычно озон применяется на последней стадии технологического процесса. Чтобы эффект от процедуры был максимальным нужно использовать концентрацию озона в пределах от 0,4 до 1 мг/л. Такая концентрация должна поддерживаться в течение четырёх минут.

Также метод озонирования можно использовать на предварительной стадии водоподготовки. Он помогает перевести растворённые компоненты в коллоидный вид. В результате они легко осаждаются в фильтрующих приспособлениях.

Преимущества озонирования:

• Одновременное обесцвечивание и обеззараживание воды.
• Улучшаются органолептические показатели вкуса и запаха водной среды.
• Остаточный озон не меняет состав воды, поскольку быстро превращается в кислород.
• Метод озонирования позволяет убрать земляной привкус водной среды.

Недостатки озонирования:

• Метод малоизученный.
• Требует много электроэнергии.
• Применение данного метода повышения качества воды часто приводит к зарастанию биомассой ионообменных фильтрующих приспособлений.

Вымораживание

Улучшение качества питьевой воды больше подходит для бытового использования, поскольку в производственных целях требуется создавать слишком громоздкое приспособление.

Принцип очистки основан на законе физики, который гласит, что при замораживании жидкости в первую очередь замерзает основной компонент, а в последнюю очередь различные примеси, осадок и загрязнители. Этот закон очень хорошо видно на примере замораживания молока: сначала замерзает вода у стенок пакета, а только потом жиры и другие питательные вещества в его центре.

Согласно этому методу воду нужно заморозить при температуре -1-6 °С, лёд вынуть, а незамёрзший остаток слить. Потом этот лёд можно размораживать и употреблять в пищу. Обычно сливается около 1/3 или 1/2 части воды. Запомните: самая частая вода та, которая замёрзла сначала.

Если провести анализ такой вымороженной жидкости, то он покажет, что кальция в воде осталось всего 16 мг/л. Конечно, если воду нагревать её структура меняется, но чистота и качество остаются на высоте, что улучшает ваше здоровье и повышает долголетие.

Дегазирование и кипячение

Улучшить качество воды методом дегазирования в домашних условиях будет сложно, поскольку для этого требуется избавить жидкость от лишних газов под вакуумом. Зато проведённые опыты доказали, что дегазированная жидкость отлично усваивается живыми организмами, повышая их жизнедеятельность.

Что касается кипячения воды, то есть нагревания её до температуры в 100 градусов, то это позволяет избавиться почти от всех вредных микроорганизмов и бактерий. Также этот процесс даёт возможность устранить ряд токсинов и ядовитых компонентов. А кипячение на протяжении 10-15 минут гарантирует гибель даже термоустойчивых вирусов. Споры различных грибов погибнут, если воду кипятить на протяжении двух часов. Этот же эффект будет при нагревании водной среды в автоклаве.

Преимущества методики кипячения:

• Доступность и простота выполнения.
• Высокая эффективность и надёжность.
• Эффект от кипячения не зависит от состава водной среды.
• При кипячении ни органолептические, ни физико-химические показатели жидкости не меняются.

Недостатки метода:

• Низкая рентабельность.
• Требуется много энергии для его осуществления в глобальных масштабах.
• Потребуется использовать слишком большое оборудование.
• Невысокая производительность при использовании доступных нагревательных элементов.

Прежде чем выбрать метод улучшения качества воды, нужно выполнить анализ жидкости в лаборатории, чтобы иметь представление о её составе. Такой анализ вы можете заказать в нашей лаборатории.

Методов улучшения качества воды много, и они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешенных частиц, гуминовых соединений, от избытка солей, токсических и радиоактивных веществ и дурнопахнущих газов.

Основная цель очистки воды - защита потребителя от патогенных организмов и примесей, которые могут быть опасны для здоровья человека или иметь неприятные свойства (цвет, запах, вкус и т.д.). Методы очистки следует выбирать с учетом качества и характера источника водоснабжения.

Использование подземных межпластовых водоисточников для централизованного водоснабжения имеет целый ряд преимуществ перед использованием поверхностных источников. К важнейшим из них относятся: защищенность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и дебита воды. Дебит - это объем воды, поступающий из источника в единицу времени (л/час, м/сутки и т.д.).

Обычно подземные воды не нуждаются в осветлении, обесцвечивании и обеззараживании, Схема водопровода на подземных водах представлена на рисунке.

К числу недостатков использования подземных водоисточников для централизованного водоснабжения относится небольшой дебит воды, а значит применять их можно в местностях со сравнительно небольшой численностью населения (малые и средние города, поселки городского типа и сельские населенные пункты). Более 50 тыс. сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение, однако благоустройство сел затруднено в силу рассредоточенности сельских поселений и малой их численности (до 200 человек). Чаще всего здесь используются различные виды колодцев (шахтные, трубчатые).

Место для колодцев выбирают на возвышенности, не менее 20-30 м от возможного источника загрязнения (уборные, выгребные ямы и др.). При рытье колодца желательно дойти до второго водоносного горизонта.

Дно шахты колодца оставляют открытым, а основные стенки укрепляют материалами, обеспечивающими водонепроницаемость, т.е. бетонными кольцами или деревянным срубом без щелей. Стенки колодца должны возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м. Для устройства глиняного замка, препятствующего попаданию поверхностных вод в колодец, вокруг колодца выкапывают яму глубиной 2 м и шириной 0,7-1 м и наполняют ее хорошо утрамбованной жирной глиной. Поверх глиняного замка делают подсыпку песком, мостят кирпичом или бетоном с уклоном в сторону от колодца для стока поверхностных вод и пролива при ее заборе. Колодец необходимо оборудовать крышкой и пользоваться только общественным ведром. Лучший способ подъема воды - насосы. Кроме шахтных колодцев, для добывания подземных вод применяют разные типы трубчатых колодцев.

: 1 - трубчатый колодец; 2 - насосная станция первого подъема; 3 - резервуар; 4 - насосная станция второго подъема; 5 - водонапорная башня; 6 - водонапорная сеть

.

Преимущество таких колодцев в том, что они могут быть любой глубины, стенки их изготовляются из водонепроницаемых металлических труб, по которым насосом поднимается вода. При расположении меж пластовой воды на глубине больше 6-8 м ее добывают посредством устройства скважин, оборудованных металлическими трубами и насосами, производительность которых достигает 100 мУч и более.

: а - насос; б - слой гравия на дне колодца

Вода открытых водоемов подвержена загрязнениям, поэтому, с эпидемиологической точки зрения, все открытые водоисточники в большей или меньшей степени потенциально опасны. Кроме того, эта вода часто содержит гуминовые соединения, взвешенные вещества из различных химических соединений, поэтому она нуждается в более тщательной очистке и обеззараживании

Схема водопровода на поверхностном водоисточнике приведена на рисунке 1.

Головными сооружениями водопровода, питающегося водой из открытого водоема, являются: сооружения для забора и улучшения качества воды, резервуар для чистой воды, насосное хозяйство и водонапорная башня. От нее отходит водовод и разводящая сеть трубопроводов, изготовленных из стали или имеющих антикоррозийные покрытия.

Итак, первый этап очистки воды открытого водоисточника - это осветление и обесцвечивание. В природе это достигается путем длительного отстаивания. Но естественный отстой протекает медленно и эффективность обесцвечивания при этом невелика. Поэтому на водопроводных станциях часто применяют химическую обработку коагулянтами, ускоряющую осаждение взвешенных частиц. Процесс осветления и обесцвечивания, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала (например, песок или измельченный антрацит). Применяют два вида фильтрования - медленное и скорое.

Медленное фильтрование воды проводят через специальные фильтры, представляющие собой кирпичный или бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная воды отводится из фильтра. Поверх дренажа загружают поддерживающий слой щебня, гальки и гравия по крупности, постепенно уменьшающейся кверху, что не дает возможности мелким частицам просыпаться в отверстия дренажа. Толщина поддерживающего слоя - 0,7 м. На поддерживающий слой загружают фильтрующий слой (1 м) с диаметром зерен 0,25-0,5 мм. Медленный фильтр хорошо очищает воду только после созревания, которое состоит в следующем: в верхнем слое песка происходят биологические процессы - размножение микроорганизмов, гидробионтов, жгутиковых, затем их гибель, минерализация органических веществ и образование биологической пленки с очень мелкими порами, способными задерживать даже самые мелкие частицы, яйца гельминтов и до 99% бактерий. Скорость фильтрации составляет 0,1-0,3 м/ч.

Рис. 1.

: 1 - водоем; 2 - заборные трубы и береговой колодец; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - очистные сооружения; 5 - резервуары чистой воды; 6 - насосная станция второго подъема; 7 - трубопровод; 8 - водонапорная башня; 9 - разводящая сеть; 10 - места потребления воды.

Медленнодействующие фильтры применяют на малых водопроводах для водоснабжения сел и поселков городского типа. Раз в 30-60 дней поверхностный слой загрязненного песка снимают вместе с биологической пленкой.

Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, устранить цветность воды и ускорить процесс фильтрования привело к проведению предварительного коагулирования воды. Для этого к воде добавляют коагулянты, т.е. вещества, образующие гидроокиси с быстро оседающими хлопьями. В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий - Al2(SO4)3; хлорное железо - FeSl3, сернокислое железо - FeSO4 и др. Хлопья коагулянта обладают огромной активной поверхностью и положительным электрическим зарядом, что позволяет им адсорбировать даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микроорганизмов и коллоидных гуминовых веществ, которые увлекаются на дно отстойника оседающими хлопьями. Условия эффективности коагуляции - наличие бикарбонатов. На 1 г коагулянта добавляют 0,35 г Са(ОН)2. Размеры отстойников (горизонтальных или вертикальных) рассчитаны на 2-3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры с толщиной фильтрующего слоя песка 0,8 м и диаметром песчинок 0,5-1 мм. Скорость фильтрации воды составляет 5-12 м/час. Эффективность очистки воды: от микроорганизмов - на 70-98% и от яиц гельминтов - на 100%. Вода становится прозрачной и бесцветной.

Очистку фильтра проводят путем подачи воды в обратном направлении со скоростью, в 5-6 раз превышающей скорость фильтрования в течение 10-15 мин.

С целью интенсификации работы описанных сооружений используют процесс коагуляции в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция). Такие сооружения называют контактными осветелителями. Их применение не требует строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз. Контактный фильтр имеет трехслойную загрузку. Верхний слой - керамзит, полимерная крошка и др. (размер частиц -- 2,3-3,3 мм).

Средний слой - антрацит, керамзит (размер частиц - 1,25-2,3 мм).

Нижний слой - кварцевый песок (размер частиц - 0,8-1,2 мм). Над поверхностью загрузки укрепляют систему перфорированных труб для введения раствора коагулянта. Скорость фильтрации до 20 м/час.

При любой схеме заключительным этапом обработки воды на водопроводе из поверхностного источника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отвечают компактные установки заводского изготовления "Струя" производительностью от 25 до 800 м/сутки.

В установке используют трубчатый отстойник и фильтр с зернистой загрузкой. Напорная конструкция всех элементов установки обеспечивает подачу исходной воды насосами первого подъема через отстойник и фильтр непосредственно в водонапорную башню, а затем потребителю. Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песчаный фильтр обеспечивает окончательное извлечение из воды взвешенных и коллоидных примесей.

Хлор для обеззараживания может вводиться либо перед отстойником, либо сразу в фильтрованную воду. Промывку установки проводят 1-2 раза в сутки в течение 5-10 мин обратным потоком воды. Продолжительность обработки воды не превышает 40-60 мин, тогда как на водопроводной станции этот процесс составляет от 3 до 6 ч.

Эффективность очистки и обеззараживания воды на установке "Струя" достигает 99,9%.

Обеззараживание воды может быть проведено химическими и физическими (безреагентными) методами.

К химическим методам обеззараживания воды относят хлорирование и озонирование. Задача обеззараживания - уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемической безопасности воды.

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах. Произошло это в 1910 г. Однако на первом этапе хлорирование воды проводили только при вспышках водных эпидемий.

В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Этому способствует доступность метода, его дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т.е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце (при его загрязнении и ненадежности), на полевом стане, в бочке, ведре и во фляге.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окислительным и бактерицидным действием.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз:

Т.е. образуются соляная и хлорноватистая кислота. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. Небольшие размеры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты (БН-группы;), важные для обмена веществ и процессов размножения клетки. Это подтверждено при электронной микроскопии: выявлено повреждение оболочки клетки, нарушение ее проницаемости и уменьшение объема клетки.

На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности.

Имеет важное значение выбор дозы, обеспечивающий надежное обеззараживание. При обеззараживании воды хлор не только способствует гибели микроорганизмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями. Все эти формы связывания хлора объединяются в понятие "хлорпоглощаемость воды".

В соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода..." доза хлора должна быть такой, чтобы после обеззараживания в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л свободного остаточного хлора. Этот метод, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания.

Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностью.

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффективного обеззараживания является хорошее перемешивание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 минут, зимой не менее 1 часа.

Модификации хлорирования: двойное хлорирование, хлорирование с аммонизацией, перехлорирование и др.

Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: первый раз перед отстойниками, а второй - как обычно, после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обеззараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5-2 минуты - хлора. При этом в воде образуются хлорамины - монохлорамины (NH2Cl) и дихлорамины (NHCl2), которые также обладают бактерицидным действием. Этот метод применяется для обеззараживания воды, содержащей фенолы, с целью предупреждения образования хлорфенолов. Даже в ничтожных концентрациях хлорфенолы придают воде аптечный запах и привкус. Хлорамины же, обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фенолами хлорфенолов. Скорость обеззараживания воды хлораминами меньше, чем при использовании хлора, поэтому продолжительность дезинфекций воды должна быть не меньше 2 ч, а остаточный хлор равен 0,8-1,2 мг/л.

Перехлорирование предусматривает добавление к воде заведомо больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий Бернета, цист, дизентерийной амебы, туберкулеза и даже спор сибирской язвы. По завершении процесса обеззараживания в воде остается большой избыток хлора и возникает необходимость дехлорирования. С этой целью в воду добавляют гипосульфит натрия или фильтруют воду через слой активированного угля.

Перехлорирование применяется преимущественно в экспедициях и военных условиях.

К недостаткам метода хлорирования следует отнести:

А) сложность транспортировки и хранения жидкого хлора и его токсичность;

Б) продолжительное время контакта воды с хлором и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами;

В) образование в воде хлорорганических соединений и диоксинов, небезразличных для организма;

Г) изменение органолептических свойств воды.

И, тем не менее, высокая эффективность делает метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания воды.

В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяющих химического состава воды, обратили внимание на озон. Впервые эксперименты с определением бактерицидных свойств озона были проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге.

В настоящее время метод озонирования воды является одним из самых перспективных и уже находит применение во многих странах мира - Франции, США т.д. У нас озонируют воду в Москве, Ярославле, Челябинске, на Украине (Киев, Днепропетровск, Запорожье и др.).

Озон (О3) - газ бледно-фиолетового цвета с характерным запахом. Молекула озона легко отщепляет атом кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются короткоживущие свободные радикалы НО2 и ОН. Атомарный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окислителями, обусловливают бактерицидные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов.

Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Установка для озонирования воды объединяет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным простейшим - дизентерийной амебе, лямблиям и др.

Широкое внедрение озонирования в практику обеззараживания воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса получения озона и несовершенством аппаратуры.

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривалось как средство для обеззараживания преимущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает выраженным бактериостатическим действием. Даже при введении в воду незначительного количества ионов микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Концентрации серебра, способные вызвать гибель большинства микроорганизмов, при длительном употреблении воды токсичны для человека. Поэтому серебро в основном применяется для консервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т.д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содержащие хлор.

Аквасепт - таблетки, содержащие 4 мг активного хлора мононатриевой соли дихлори-зоциануровой кислоты. Растворяется в воде в течение 2-3 мин, подкисляет воду и тем самым улучшает процесс обеззараживания.

Пантоцид - препарат из группы органических хлораминов, растворимость - 15-30 мин., выделяет 3 мг активного хлора.

К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами и др.

Преимущество физических методов обеззараживания перед химическими состоит в том, что они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводных конструкциях применяется только ультрафиолетовое облучение, а при местном водоснабжении - кипячение.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Это было установлено еще в конце прошлого века А.Н. Маклановым. Максимально эффективен участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 275 нм. Максимум бактерицидного действия приходится на лучи с длиной волны 260 нм. Механизм бактерицидного действия УФ-облучения в настоящее время объясняют разрывом связей в энзимных системах бактериальной клетки, вызывающим нарушение микроструктуры и метаболизма клетки, приводящим к ее гибели. Динамика отмирания микрофлоры зависит от дозы и исходного содержания микроорганизмов. На эффективность обеззараживания оказывают влияние степень мутности, цветности воды и ее солевой состав. Необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды УФ-лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание.

Преимущества ультрафиолетового облучения в том, что УФ-лучи не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия: уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов.

Ультразвук применяют для обеззараживания бытовых сточных вод, т.к. он эффективен в отношении всех видов микроорганизмов, в том числе и спор бацилл. Его эффективность не зависит от мутности и его применение не приводит к пенообразованию, которое часто имеет место при обеззараживании бытовых стоков.

Гамма-излучение очень эффективный метод. Эффект мгновенный. Уничтожение всех видов микроорганизмов, однако в практике водопроводов пока не находит применения.

Кипячение является простым и надежным методом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 80°С уже через 20-40 с, поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5-минутном кипячении есть полная гарантия безопасности, даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл.

Тару, в которой хранится кипяченая вода, необходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное размножение микроорганизмов.

Чтобы довести качество воды источников водоснабжения до требований СанПиН – 01 существуют методы обработки воды, которые проводят на водопроводных станциях.

Существуют основные и специальные методы улучшения качества воды.

I . К основным методам относятся осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Под осветлением понимают устранение из воды взвешенных частиц. Под обесцвечиванием понимают устранение из воды окрашенных веществ.

Осветление и обесцвечивание достигается 1) отстаиванием, 2) коагуляцией и 3) фильтрацией. После прохождения воды из реки через водозаборные решетки, в которых остаются крупные загрязнители, вода поступает в большие емкости – отстойники, при медленном протекании через которые за 4-8 час.на дно выпадают крупные частицы. Для осаждения мелких взвешенных веществ вода поступает в емкости, где коагулируется – добавляется в нее полиакриламид или сульфат алюминия, который под влиянием воды становится, подобно снежинкам, хлопьями, к которым прилипают мелкие частицы и адсорбируются красящие вещества, после чего они оседает на дно резервуара. Далее вода идет на конечную стадию очистки – фильтрацию: медленно пропускается через слой песка и фильтрующую ткань – тут задерживаются оставшиеся взвешенные вещества, яйца гельминтов и 99% микрофлоры.

Методы обеззараживания

1.Химические: 2.Физические:

-хлорирование

- использование гипохлорида натрия-кипячение

-озонирование -У\Ф облучение

-использование серебра -ультразвуковая

обработка

- использование фильтров

Химические методы.

1.Наиболее широкое распространение получил метод хлорирования . Для этого используется хлорирование воды газом (на крупных станциях) или хлорной известью (на мелких). При добавлении хлора к воде он гидролизуется, образуя хлористоводородную и хлорноватистую кислоты, которые, легко проникая через оболочку микробов, убивают их.

А) Хлорирование малыми дозами.

Сущность этого метода заключается в выборе рабочей дозы по хлорпотребности или величине остаточного хлора в воде. Для этого проводится пробное хлорирование – подбор рабочей дозы для небольшого количества воды. Заведомо берутся 3 рабочие дозы. Эти дозы добавляют в 3 колбы по 1 литру воды. Вода хлорируется летом 30 минут, зимой 2 часа, после чего определяется остаточный хлор. Его должно быть 0,3-0,5 мг/л. Это количество остаточного хлора, с одной стороны, свидетельствует о надёжности обеззараживания, а с другой – не ухудшает органолептические свойства воды и не является вредным для здоровья. После этого рассчитывают дозу хлора, необходимого для обеззараживания всей воды.

Б) Гиперхлорирование.

Гиперхлорирование – остаточный хлор - 1-1,5 мг/л, применяемое в период эпидемической опасности. Очень быстрый, надёжный и эффективный метод. Проводится большими дозами хлора до 100 мг/л с обязательным последующим дехлорированием. Дехлорирование проводят, пропуская воду через активированный уголь. Этот метод применяют в военно-полевых условиях.В походных условиях пресную воду обрабатывают таблетками с хлором: пантоцидом, содержащим хлорамин (1 табл. – 3 мг активного хлора), или аквацидом (1 табл. – 4 мг); а также с йодом - йод-таблетки (3 мг активного йода). Необходимое к применению число таблеток рассчитывается в зависимости от объема воды.

В)Обеззараживание воды нетоксичным и неопасным гипохлоридом натрия применяется вместо хлора, являющимся опасным в использовании и ядовитым. В Петербурге до 30% питьевой воды обеззараживается этим методом, а в Москве с 2006 г. начался перевод на него всех водопроводных станций.

2.Озонирование.

Применяется на небольших водопроводах с очень чистой водой. Озон получают в специальных аппаратах – озонаторах, а затем пропускают его через воду. Озон более сильный окислитель, чем хлор. Он не только обеззараживает воду, но и улучшает её органолептические свойства: обесцвечивает воду, устраняет неприятные запахи и привкусы. Озонирование считается лучшим методом обеззараживания, но этот метод очень дорогой, поэтому чаще используют хлорирование. Озонаторная установка требует сложного оборудования.

3.Использование серебра. «Серебрение» воды с помощью специальных приборов путем электролитической обработки воды. Ионы серебра эффективно уничтожают всю микрофлору; консервируют воду и позволяют ее долго хранить, что используется в длительных экспедициях на водном транспорте, у подводников для сохранения питьевой воды в течение продолжительного времени. Лучшие бытовые фильтры используют серебрение в качестве дополнительного метода обеззараживания и консервации воды

Физические методы.

1.Кипячение. Очень простой и надёжный метод обеззараживания. Недостаток этого метода заключается в невозможности использовать этот метод для обработки больших количеств воды. Поэтому кипячение широко применяют в быту;

2.Использование бытовых приборов - фильтров, обеспечивающих несколько степеней очистки; адсорбирующих микроорганизмы и взвешенные вещества; нейтрализующих ряд химических примесей, в т.ч. жесткость; обеспечивающих поглощение хлора и хлорорганических веществ. Такая вода обладает благоприятными органолептическими, химическими и бактериальными свойствами;

3. Облучение У\Ф лучами. Является наиболее эффективным и широко распространенным способом физического обеззараживания воды. Достоинства этого метода заключаются в быстроте действия, эффективности уничтожения вегетативных и споровых форм бактерий, яиц гельминтов и вирусов. Бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 200-295 нм. Для обеззараживания дистиллированной воды в больницах и аптеках используются аргонно-ртутные лампы. На больших водопроводах применяются мощные ртутно-кварцевые лампы. На малых водопроводах используются непогружные установки, а на больших – погружные, мощностью до 3000 м 3 /час. УФ-облучение очень зависит от взвешенных веществ. Для надежной работы УФ-установок необходима высокая прозрачность и бесцветность воды и действуют лучи только через тонкий слой воды, что ограничивает применение этого метода. УФ-облучение чаще применяется для дезинфекции питьевой воды на артскважинах, а также рециркулируемой воды на плавательных бассейнах.

II. Специальные методы улучшения качества воды.

-опреснение,

-умягчение,

-фторирование - При недостатке фтора проводится фторирование воды до 0,5 мг/л, путем добавления в воду фтористого натрия или других реагентов. В РФ в настоящее время имеются лишь единичные системы фторирования питьевой воды, тогда как в США 74% населения получают фторсодержащую водопроводную воду,

-обезфторивание - При избытке фтора воду подвергают дефрорированию методами осаждения фтора, разбавлением или ионной сорбцией,

дезодорация (устранение неприятных запахов),

-дегазация,

-дезактивация (освобождение от радиоактивных веществ),

-обезжелезивание - Для снижения жесткости воды артезианских скважин применяют кипячение, реагентные методы и метод ионного обмена.

На артскважинах удаление соединений железа (обезжелезивание ) и сероводорода (дегазация ) осуществляется аэрацией с последующей сорбцией на специальном грунте.

К маломинерализованной воде добавляются минеральные вещества. Этот метод применяется при изготовлении бутилированной минеральной воды, реализуемую через торговую сеть. Кстати, потребление питьевой воды, приобретаемой в торговой сети, возрастает во всем мире, что особенно актуально для туристов, а также для жителей неблагополучных местностей.

Для снижения общей минерализации подземных вод применяют дистилляцию, ионную сорбцию, электролиз, вымораживание.

Следует отметить, что указанные специальные методы обработки (кондиционирования) воды высокотехнологичны и дороги и применяются лишь в случаях, когда нет возможности использовать для водоснабжения приемлемого источника.

Практическое занятие

Общие

1. Осветление (устранении мутности)

2. Обесцвечивание

3. Обеззараживание

Очистка по 2-схемам:

1. Отстаивание, медленная фильтрация

2. Коагуляция, отстаивание, быстрая фильтрация

1. Вода в течение 4-8 часов очень медленно передвигается по горизонтальным отстоям, в результате все крупные, взвешенные частицы оседают на дно. Далее вода попадает на медленный фильтр – крупногабаритные сооружения, имеющие несколько слоев:

а) подстилающий.

б) песок. V = 0,1 – 0,3 м/ч – фильтрация.

В процессе работы фильтра происходит его «созревание», на поверхности его образуется пленка, эффективность повышается, скорость снижается. 99,5% - эффективность обеззараживание.

2. Воду подвергают коагуляции, образовавшиеся в воде хлопья, имеющие заряд, на них адсорбируются взвешенные частицы и вместе с хлопьями выпадают в осадок. Реагенты: сернокислый Al, Fe. Al –образует соединения с бикарбонатом.

Первый этап. Определение бикарбонатной жесткости (количество Al). Реакция вялая, мало хлопьев – имеющие излишки сернокислого алюминия, необходимо ввести щелочь для ускорения реакции. При попадании в воду образуется коллоидный раствор.

После коагуляции воду направляют на быстрые фильтры, скорость в 50-100 раз выше, чем на медленных.

Эффективность обеззараживания 95%.

Обеззараживание:

Применяется физические, химические, механические методы.

а) Химические методы – хлорирование, гидрохлорирование, использование действия солей тяжелых металлов.

б) Механический метод – фильтрация через специальные свечи (Шамберлана)

в) Физический метод – УФ облучние.

Специальные методы

Специфические методы для обеззараживания:

1. Дезодарация – устранение неприятного вкуса и запаха.

2. Дегазация

3. Фторирование

4. Умягчение

5. Ожелезивание

6. Оппеснение

Реагенты: Газообразный хлор, Cl – известь, ДТСГК – двутреть соль гипохлорида Cа.

Хлорирование – остается нормальная доза Cl, но после этого происходит избавление воды от избытка F.

Cl-потребность – количество мл активного Cl необходимого для нормы обеззараживания воды.

Связный хлор идет на обеззараживание, свободный остаток хлора составляет 0,5-0,3 мг/л.

0,3-0,5 – количество хлора существенно не изменяет органические свойства воды, но свидетельствует о полноте обеззараживания.

Связный Cl не более 0,8 мг/л.

Остаточный азот 0,3-0,5 мг/л.

Выбор источника водоснабжения

В 1948 г. был принят ГОСТ «Источники централизованного хозяйственного водоснабжения 27.84»

Подземные источники делят на классы, в зависимости от методов улучшения качества воды

1. Удовлетворяющие всем требованиям САНПИНа.

2. ПО некоторым показателям имеют отклонения (аэрирование, фильтрирование, обеззараживание).

3. Имеют требования САНПИНа что и первое, но фильтрирование происходит с предварительным отстаиванием.

Поверхностные источники:

1 класс – обеззараживание, фильтрация, коагуляция.

2 класс – коагулирование, отстаивание, обеззараживание.

3 класс – то что и 2 класс, только с применением полиэффекторных методов фильтрации.

Места децентрализованного водоснабжения :

В сельской местности, при наличии источника подземных вод. Устанавливают или рытые или буровые колодцы.

Рытые колодцы.

Почву охраняют от затопления, заболачивания. Стенки колодца более проницаемы, возвышение над поверхностью не менее 80 см. Вокруг колодца на глубину 2 м и ширину 100 на 70 убирают грунт, заполняют глиной. Забор воды должен осуществляться так, что бы не выносились загрязнения.

Буровые колодцы – бурят землю, наверху устанавливают электронасос.

Достоинства: увеличена глубина, стенки не проницаемы.

Обследование колодца:

1. Санитарно-эпидемиологический (выявление заболеваний передающихся через воду)

2. Санитарно-технический

Обработка воды в колодце:

После ремонта

При наличии инфекционных заболеваний

Временное хлорирование при загрязнении грунтовых вод 1,5 – 2 л/на 1 м колодца.

Непрерывное – из объема 0,25-1 л в подвод добавляют 150-600 гр извести, раствор диффундирует в течении 30 суток.