Глава1. Теоретические основы очистки питьевой воды

1.1. Качество питьевой воды

Существуют основные показатели качества питьевой воды. Их условно можно разделить на группы:

1. Органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность) 2. Токсикологические показатели (алюминий, свинец, мышьяк, фенолы, пестициды)

3. Показатели, влияющие на органолептические свойства воды (рН, жесткость общая, нефтепродукты, железо, марганец, нитраты, кальций, магний, окисляемость перманганатная, сульфиды)

4. Химические вещества, образующиеся при обработке воды (хлор остаточный свободный, хлороформ, серебро)

5. Микробиологические показатели (термотолерантные колиформы или Е.соli, ОМЧ).

К наиболее распространенным загрязнителям воды (содержание компонентов превышает нормативы) можно отнести железо, марганец, сульфиды, фториды, соли кальция и магния, органические соединения, др.

Формирование химического состава природных вод определяют в основном две группы факторов:

1.Прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т. е. действие веществ, которые могут обогащать воду растворёнными соединениями или, наоборот, выделять их из воды); состав горных пород, живые организмы, хозяйственная деятельность человека;

2.Косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, гидрологический режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия. Самой чистой природной водой считают дождевую, снеговую воду; но и она, падая на поверхность земли, увлекает с собой взвешенные в воздухе минеральные, органические и организованные примеси (микроорганизмы). Проходя через слои земли, загрязнённые различными отбросами, вода получает продукты распада этих органических веществ. [4]

Влияние различных примесей на качество питьевой воды

Вода проходит серьезную многоступенчатую обработку, но в повседневной жизни мы часто сталкиваемся с эффектом ее «вторичного заражения». Водопроводные коммуникации в большинстве случаев уже давно исчерпали свой ресурс, и, соответственно, даже очищенная вода, протекая по многим километрам старых, ржавых и гнилых труб, насыщается ржавчиной, частичками грязи, различной органикой и другими вредными примесями. Такая вода не пригодна для питья и к тому же прибавляет забот в хозяйстве – ломаются бытовые приборы, выходят из строя смесители, на самой сантехнике появляются отвратительные темные разводы, которые отмываются с трудом. Изношенные трубопроводы влияют на здоровье граждан. Вода является составной частью каждой клетки человеческого тела и, как установили ученые, влияет на структуру ДНК. Если организм в течении длительного времени потребляет воду, содержащую ряд вредных веществ в количествах, превышающих минимально допустимые, то их отрицательное влияние отражается не только на здоровье нынешнего поколения, но и на воспроизводстве последующих. Внутренние отложения на металлических трубопроводах представляют собой смесь, состоящую из ржавчины, солей тяжелых металлов, карбонатов и целых колоний различных железобактерий в виде налетов от красно-черного до черно-коричневого цвета. Они живут и размножаются, питаясь оксидами железа и элементами, содержащимися в протекающей воде. [2]

Таблица №1. ГОСТ норма по СанПину

Тип примесей; санитарно-гигиенические и медицинские последствия	Норма по СанПину (мг/л)	Тип и назначение фильтра
Посторонние примеси Потребление человеком вредных посторонних примесей недопустимо. Вода непригодна для приготовления пищи и хозяйственно-бытовых нужд	Мутность – не более 1,5 мг/л Цветность – не более 20 градусов	Фильтр-осветлитель Удаление из воды суспензированных частиц, гидрооксидов, металлов, песка, глины, ила, планктона, коллоидных образований
Mn Избыток железа вызывает заболевания печени, увеличение риска инфаркта. Снижение репродуктивной функции организма, заболевания костной системы. Появление желтых и рыжих трудноудаляемых пятен на белье и синтетических изделиях.	Железо – не более 0,3 мг/л Марганец – не более 0,1 мг/л	Фильтр-обезжелезиватель Удаление из воды избытка железа и марганца
Соли жесткости и тяжелых металлов Вода не пригодна для хозяйственно-бытовых нужд, сильное образование накипи, чрезмерный расход мыла, стирального порошка. Плохое разваривание мяса и овощей. Тяжелые металлы способствуют заболеваниям нервной системы и почек. Повышается риск заболевания раком.	Общая жесткость не более 7 мг экв/л Ртуть – не более 0,001 мг/л Свинец – не более 0,1 мг/л	Фильтр-умягчитель Удаление из воды солей жесткости: кальция, магния, ртути, свинца и др.тяжелых металлов
Cu, Zn и т.д. Медь – раздражение желудка, цирроз печени. Цинк – вяжущий вкус воды, угнетает окислительные процессы в организме, вызывает анемию. Мышьяк – токсичное вещество, канцероген, провоцирует рак кожи. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. Избыток фтора – к флюорозу зубов. Нитриты и нитраты повышают риск рака желудка.	Медь – не более 1 мг/л Цинк – не более 5,0 мг/л Мышьяк – не более 0,05 мг/л Фтор – в пределах 0,7-1,5 мг/л Нитраты – не более 15 мг/л	Фильтр ионитовый Очистка воды от меди, цинка, молибдена, мышьяка, нитратов, фтора
Нефтепродукты, пестициды и радионуклиды Нефтепродукты – толуол, бензол повышают риск рака крови, являются токсичными для кроветворной системы человека. Придают воде неприятный запах. Пестициды , радионуклиды вызывают рак.	Бензол, толуол – не более 0,5 мг/л Фенол – не более 0,001 градусов Стронций-90 – не более 410-10 кю/л Радий-226 – не более 1,210-10 кю/л	Фильтр угольный тонкой очистки Удаление запаха. Очистка воды от следов хлоры, нефтепродуктов, фенола, поверхностно-активных веществ (ПАВ), хлороорганических пестицидов, частично от мышьяка, свинца, ртути, радионуклидов и др.примесей.
Биологическое заражение Заражение воды патогенными бактериями и вирусами вызывает тяжелые заболевания.	Коли-индекс – не более 3	УФО (ультрафиолетовая обработка воды) Обеззараживание воды от патогенных бактерий и вирусов использованием бактерицидного излучения.
Хлороорганика приводит к поражению печени, почек, нервной, иммунной и сердечнососудистой систем.	Запах – не более 2-х баллов Привкус – не более 2-х баллов Цветность – не более 20 градусов	Дезодоратор-обеззараживатель Обеззараживание, дезодорация, разрушение хлороорганики и окрашенных коллоидов.
Недостаток фтора и йода Флюс скелета и зубов, остеохондроз.	Фтор – в пределах 0,7-1,5 мг/х Йод – по медицинским нормам	Йодирование и фторирование воды Обеззараживание при эпидемиях, при базедовой болезни, введение в воду недостающих компонентов, например, фтора.

Существуют требования СанПина 2.1.4 1074-01 о предельно допустимой концентрации элементов в воде. В случаи их нарушения происходят серьезные нарушения в организме человека, данные указаны в таблице.

В третьей графе предлагаются фильтры для снижения концентрации данных веществ в воде. .[7]

Программа по улучшению качества питьевой воды и очистке ее от примесей «Чистая вода». Методы очистки воды

Для улучшения качества питьевой воды правительством была разработана программа «Чистая вода». [10]

В программу были включены экологические проекты, направленные на улучшение состояния питьевой воды в регионе, требующие значительных затрат на их реализацию.

Для улучшения качества воды необходимо минимум три стадии очистки воды с использованием новейших технологий. Для улучшения качества питьевой воды необходимы установки и оборудование, разработанные с учетом экологических особенностей нашего региона. К тому же, при обеззараживании воды, для предотвращения различных заболеваний, производится дезинфекция воды различными реагентами, содержащими активный хлор. С целью перестраховки в воду часто подают гораздо большую дозу хлора, чем положено. Однако переизбыток хлора еще более вреден для здоровья, чем недостаток.

Также 24.11.2008- в Казахстане успешно стартовала программа «Питьевая вода» [9]

Осветление и обесцвечивание воды коагулированием. Классификация взвешенных веществ. Устройства и расчет осветлителей

Обработка воды коагулянтами применяется для очистки воды от

взвешенных веществ, снижения цветности, а также для интенсификации осаждения карбоната кальция и гидроокиси магния при реагентом умягчении

воды.

Наиболее часто обработка коагулянтами производится для очистки

воды открытых водоемов. При этом наряду с освобождением воды от взвеси

достигается удаление из воды коллоидных веществ, обусловливающих цветность воды, планктонных организмов, существенно снижается бактериальная загрязненность воды.

Нередко при обработке коагулянтом уменьшаются также запахи и привкусы воды.

В водах открытых водоемов взвешенные вещества чаще всего представляют собой частицы песка, глины, ила, планктонные организмы, продукты разрушения растений и т. п. [6]

Взвешенные частицы, удельный вес которых больше единицы,стремятся осаждаться на дно сосуда. Однако наиболее мелкие частицы суспензий размерами от 3 – 4 до 0,1 мк и коллоидные частицы размерами от 0,1 до 0,001 мк практически не осаждаются, оставаясь в воде во взвешенном состоянии.

С приемлемой для техники отстаивания скоростью осаждаются только

частицы крупнее 30 – 50 мк т.е не мельче илистых частиц. Мелкий ил,глинистые и коллоидные частицы без специальных мер выделить отстаиванием невозможно. Для их осаждения и применяют добавление к воде коагулянтов–веществ, образующих относительно крупные, быстро осаждающиеся хлопья, которые увлекают с собой при осуждении мелкодисперсную взвесь, загрязняющую воду.

Скорости осаждения в воде частиц кварца крупности например 10 мк, с удельным весом ? = 2,65 при температуре 15С, равна 0,1 мм/сек.

В таблице 3.1 приведена относительная коагулирующая способность катионов и анионов различной валентности. Следует иметь ввиду, что для положительно заряженных коллоидных частиц коагулирующими ионами являются анионы, а для отрицательно заряженных коллоидов – катионы. [11]

Таблица 2. Относительная коагулирующая

способность электролитов (коагулянтов ).

Электролит (коагулянт )	Коагулирующая способность
	для коллоидов, заряженных.
	положительно	отрицательно
NаСl	1	1
ВаСl2	1	30
Nа2SO4	30	1
Nа3РО4	1000	1
МgSO4	30	30
АlCl3	1	1000
Аl2(SO4 )3	30	1000
FeСl3	1	1000
Fe2(SO4)3	30	1000

В таблице 3. приведена примерная классификация взвешенных веществ по гидравлической крупности.

Таблица 3. Гидравлическая крупность взвешенных

веществ природных вод.

Взвесь		гидравлическая крупность в мм / сек	приблизительный размер частиц взвеси в мм
песок:		100	1
	средний	50	0,5
	мелкий	7	0,1
	ил	1,7 – 0,5	0,05 – 0,027
	мелкий ил	0,07 – 0,017	0,01 – 0,005
	Глина	0,005	0,0027
	тонкая глина	0,0007 – 0,00017	0,001 – 0,0005 |
	коллоидные частицы	0,000007	0,0001– 0,000001

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в воде, подаваемой хозяйственно – питьевыми водопроводами, нормировано ГОСТом.

Согласно этому ГОСТу содержание взвешенных веществ в питьевой воде должно быть не более 2 мг / л. [4]

В последнее время в санитарно – технической литературе наблюдается тенденция к снижению предельно допустимой концентрации взвешенных веществ, так как считается, что это повышает санитарную безопасность воды в отношении вирусных инфекций. Ряд производств химической, нефтяной, текстильной, бумажной, радиотехнической и других видов промышленности предъявляет к воде такие же или даже более высокие требования, чем при водоснабжении населенных мест.

Эти требования обычно определяются специалистами – технологами различных производств.

В практике очистке воды в качестве коагулянтов применяются преимущественно соли алюминия и железа: сернокислый алюминий Аl2(SO4)3, хлорное железо FеCl3, железный купорос FеSO4, сернокислое трехвалентное железо Fе2(SO4)3.

Значение этих коагулянтов заключается в том, что они способны образовывать гидрофобные коллоидные системы, которые при коагуляции дают хлопья, сорбируют и захватывающие при осаждении частицы природных загрязнений воды.

При введении в воду сернокислого алюминия происходит его диссоциация.

Аl2(SO4)3--- 2Аl³⁺ +3SO4^2-

Хлопья Аl(ОН)3, осаждаясь захватывают частицы загрязнений, находящихся в воде. Процесс образования Аl(ОН)3 зависит от рН среды. [5]

Таблица 4. Оптимальные значения рН при обработке вод

различного состава сернокислым алюминием.

Характеристика воды	Оптимальные значения рН
осветление и обесцвечивание мягких |цветных вод со щелочностью до 1,5 мг – |экв/л и цветностью более 50 град.	5 – 6
осветление и обесцвечивание вод средней жесткости ( 4- 5 мг-экв/л ) со щелочностью 3 – 4 мг- экв/л и цветностью до 40 град	6,5 – 7,5
осветление жестких (6 – 8 мг-экв/л) малоцветных вод с повышенным солесодержанием ( 800 – 1000 мг/л ) и щелочностью более 5 мг- экв/ л.	5-6,5

Большое значение имеют условия растворимости гидроокиси алюминия и основных сульфатов алюминия. Если после отсеивания и фильтрования с очистной станции в водопроводную сеть поступает вода с содержанием алюминия, превышающим растворимость его соединений, которые образуются при данных величинах рН, то это означает, что вода находится в состоянии пересыщения соединениями алюминия и возникает опасность так называемой « отлежки », т.е выделения осадка соединений алюминия в трубах.

В качестве коагулянтов, как указано выше, применяют сернокислое закисное железо FеSO₄ 7Н₂О ( железный купорос, хлорное железо FеСl₃ и сернокислую окись железа Fе₂ (SO4 )₃.

Оптимальное значение рН для солей железа равно рН = 7,5 – 8. При недостаточной величине рН воды и при недостатке кислорода железо Fе²⁺ может оставаться в воде, выходящей из очистной станции. [8]

При использовании в качестве коагулянтов солей железа дозы последних при очистке мутных вод можно принимать на 10 – 20 % меньше, чем сернокислого алюминия (в пересчете на безводные продукты). Выше указывалось, что при недостатке природной щелочности для проведения процесса коагуляции, воду нужно подщелачивать. Доза щелочи для обеспечения коагуляции, воду нужно подщелачивать

Таблица 5. Эквивалентные веса активной части реагентов, используемых при очистке воды коагулированием.

Реагент для подщелачивания	Эквивалентный вес в мг / мг - экв	Коагулянт	Эквивалентный вес в мг/мг – экв
СаО	28	Аl2(SO4)3	57
Nа2СО3	53	FеСl3	54,1
NаОН	40	FеSO4	|76

Если доза М получается величиной отрицательной, то это означает, что естественная щелочность воды достаточна то, по соображениям сохранения резерва щелочности, подщелачивания воды не требуется. Тем не менее, добавление некоторого количества щелочного реагента в некоторых случаях может оказаться полезным для создания оптимальной величины рН и обеспечения благоприятных условий коагуляции. [7]