Питьевая вода и методы обеспечения ее качества
Качество питьевой воды в настоящее время регламентируется Санитарными правилами и нормами "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" (СанПиН 2.1.4.559−96).
Указанный документ регламентирует качественные и количественные санитарно-токсикологические и органолептические показатели воды:
* максимальное допустимое содержание вредных веществ;
* мутность;
* цветность;
* запах;
* вкус.
Источниками питьевого водоснабжения могут быть поверхностные и подземные воды.
В зависимости от степени загрязненности и качественного состава загрязнений воды в источниках применяют различные способы ее очистки для обеспечения нормативного качества.
Применяют способы очистки воды, аналогичные способам, применяемым для очистки сточных вод.
К таким специальным методам относят:
* обеззараживание воды от болезнетворных бактерий;
* методы сорбционной очистки;
* опреснение и обессоливание воды;
* удаления из воды ряда наиболее характерных примесей (например, железа, марганца, диоксинов, галогенорганических соединений).
Методы обеззараживания воды
Обработка воды хлором (хлорирование воды)
Хлор обладает широким спектром антимикробного действия.
Для хлорирования применяется либо газообразный хлор, который подается в обеззараживаемую воду, либо твердые хлорсодержащие вещества (например, гипохлорит натрия).
Хотя хлорирование воды − наиболее распространенный и дешевый способ ее обеззараживания, он обладает рядом существенных недостатков.
Во-первых, хлор сильное токсическое вещество и его хранение в больших количествах в газообразном (или сжиженном) виде на станциях подготовки питьевой воды представляет серьезную опасность и требует особых мер обеспечения безопасности.
Во-вторых, избыточный хлор, введенный в воду, в свободном состоянии сам представляет серьезную опасность для человека. Он также может вступать в реакцию с оставшимися в воде микропримесями органических соединений с образованием крайне токсичных веществ, например, хлороформа, который обладай канцерогенным действием.
Подобные реакции укоряются при нагреве и кипячении воды.
Поэтому перехлорирование воды представляет опасность и, чтобы ее уменьшить, необходимо перед кипячением воды ее отстаивать в приоткрытой емкости для удалении растворенного в ней избыточного хлора.
Озонирование.
Применение озона (О3) в качестве дезинфектанта воды лишено указанных недостатков, связанных с использованием хлора.
Кроме обеззараживания озон устраняет запахи, обесцвечивает воду и улучшает ее вкусовые качества.
Введение озона в воду не изменяет ее минеральный состав, щелочность, содержание свободной углекислоты. Такое действие озона связано с его исключительно высоким окислительным потенциалом.
Переозонирование воды в отличие от перехлорирования не представляет опасности, так как озон нестабилен и быстро распадается с образованием кислорода, повышенное содержание которого в воде полезно.
Недостаток озонирования связан с тем, что при содержании в воде ионов брома он может окисляться озоном с окислов брома (бромат - ионов), которые токсичны.
Поэтому в настоящее время для избежания образования броматов вводят более жесткие технологические режимы озонирования.
Озонирование − более дорогой метод обеззараживания воды, но в целом более эффективный.
Он требует создания на станциях водоподготовки озонаторных установок, в которых озон получают путем расщепления молекулы кислорода под действием высоковольтных электрических разрядов (подобно тому как воздух атмосферы озонируется под действием разрядов молнии).
Обеззараживание ультрафиолетовым излучением
В отличие от предыдущих способов это безреагентный способ.
Бактерицидным действием обладает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 200 − 295 нм.
Ультрафиолетовое излучение указанного диапазона приводит к уничтожению микроорганизмов, присутствующих в воде (бактерий, вирусов, водоросли др.).
В отличие от хлорирования и озонирования ультрафиолетовое излучение не обладает побочными вредными эффектами, связанными с возможным изменением химического состава и появлением токсичных веществ.
Основное требование при УФ − обработке − прозрачность воды. Это является существенным ограничением в системе водоподготовки, так как устранение мутности воды достигается в предварительных ступенях её обработки, которые были указаны ранее.
Ультразвуковая обработка
Данный способ мало распространен и является безреагентным.
Ультразвук (частота свыше 200 кГц) приводит к механическому разрушению бактерий.
К другим безреагентным методам можно отнести термическую обработку (5 − 10 мин кипячение, которое широко используете быту), обработку ионизирующими облучениями (рентгеновское лучение), токами высокой частоты.
Сорбционная очистка питьевой воды
Сущность − улавливание загрязнений поверхностью высокопористого твердого металла.
Наиболее распространенным адсорбентом являются активированные древесные угли (АУ).
Кроме улавливания вредных примесей с высокой эффективностью АУ дехлорируют воду при ее избыточном хлорировании.
Опреснение и обессоливание воды применяют для удаления из воды солей (например, опреснение морской воды).
Наиболее распространенные методы:
* дистилляция;
* обратный осмос;
* электродиализ;
* ионный обмен.
Дистилляция основана на нагреве воды, ее испарении и последующей конденсации паров. В образующемся конденсате практически отсутствуют растворенные соли.
Обратный осмос − процесс, обратный прямому осмосу.
Сущность прямого осмоса состоит в том, что если разделить закрытый сосуд полупроницаемой мембраной из специального материала (например, ацетатцеллюлозы) на две части, в одной из которой будут находиться растворы солей с различной концентрацией, то начинается процесс выравнивания концентрации, заключающийся в диффузии растворителя через мембрану менее концентрированного раствора в более концентрированный.
При этом повышается давление в части сосуда с более концентрированным раствором.
Процесс диффузии продолжается до тех пор, пока давление не компенсирует диффузионный напор.
Электродиализ − процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля.
Для очистки сточных вод используют электрохимически активные ионитовые мембраны.
Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мембраны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из размельченной в порошок ионообменной смолы.
В зависимости от того, из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анионитовые мембраны. Первые способны пропускать через себя лишь катионы вредных примесей, а вторые − анионы.
Водоподготовку осуществляют на централизованных станциях, на которых происходит последовательная очистка воды в аппаратах различных типов в зависимости от состава загрязнения источника водоснабжения.
Если система централизованного водоснабжения отсутствует, применяют компактные модульные установки, рассчитанные на меньшую производительность и использующие указанные методы очистки.
В быту используют малогабаритные очистные аппараты для доочистки воды после водоподготовки на централизованных системах водоснабжения.
Такая доочистка является крайне желательной, так как централизованные системы водоподготовки могут иметь недостатки, а вода после них при подаче к потребителю может повторно загрязняться окалиной, тяжелыми металлами. Особенно это характерно при подаче воды по старым изношенным водоводам.
Бытовые фильтры имеют различное устройство, в зависимости от которого могут удалять нерастворимые соединения (песок, коллоиды, частицы ржавчины и т. д.), растворенное и нерастворенное железо, марганец, сероводород.
Сорбционные фильтры используют для удаления остаточного хлора, растворенных газов, органических соединений, улучшения органолептических показателей.
Кроме того, используют ультрафиолетовые стерилизаторы, обратноосмотические, ионообменные и электрохимические фильтры. Существуют аппараты, которые осуществляют как специфическую, так и комплексную очистку.