2.2. Методи поліпшення якості води
Методів поліпшення якості води існує багато, і вони дають змогу очистити воду від небезпечних мікроорганізмів, завислих частинок, гумінових сполук, надлишку солей (Са, М§, Ре, Мп, Р і ін.), поганопахнучих газів, токсичних і радіоактивних речовин.
До числа методів, що найбільш часто застосовуються для поліпшення якості водопровідної води, відносяться: освітління (усунення мутності води), знебарвлення (видалення кольору води), знезараження (звільнення води від патогенних мікробів, вірусів і яєць гельмінтів).
Освітління і часткове знебарвлення води досягається шляхом тривалого відстою. Щоб прискорити і підвищити ефективність осідання завислих частинок у відстійниках, проводять коагуляцію води. Сутність процесу коагуляції полягає в тому, що речовини, які знаходяться у воді в колоїдному стані, зсідаються, утворюючи пластівці, і випадають в осад.
Практично коагуляція води досягається завдяки внесенню хімічного реагенту-коагулянту, який: має заряд, протилежний заряду колоїдних частинок, які знаходяться у воді; сам утворює колоїдний розчин, який швидко коагулює з утворенням пластівців, що випадають в осад.
Найбільш часто в якості коагулянту застосовується сірчанокислий алюміній - глинозем - А12(8О4)з, рідше застосовують Fе2(SО4)3> FеСІз. А12(SО4)3 вступає в реакцію з двовуглекислими солями кальцію і магнію (бікарбонати), які утворюють так звану жорсткість води, що усувається:
А12(S04)3 + 3 Са(НС03)2= 2 А1(ОН)3+ 3 СаSО4+ 6 СО2. А1(ОН)з утворює у воді колоїдний розчин, який коагулює з утворенням пластівців. Вони випадають в осад, захоплюючи з собою завислі речовини, в тому числі мікроорганізми, яйця гельмінтів. Пластівці коагулянту адсорбують на своїй поверхні гумінові речовини і тим самим знебарвлюють воду.
Після відстоювання і коагуляції у воді можуть залишитися дрібні пластівці, які не осіли у відстійниках. Для подальшого очищення води застосовують фільтрацію.
Пом'якшення води. Під пом'якшенням розуміють повне або часткове усунення з води катіонів Са2+ і Мg2+. Практичного застосування набули реагентні методи, метод іонного обміну і термічний. Іноді ці методи комбінують, наприклад: частину солей жорсткості видаляють осадом їх реагентами, а залишок - катіонним обміном. Вибір методу визначається головним чином необхідним ступенем очищення. Реагентні методи засновані на обробці води речовинами, що утворюють з іонами кальцію і магнію практично нерозчинні сполуки, які випадають в осад: СаСО3, МgСО3) Са3(РО4)2) SO4)2 та інші.
Вапнування застосовується в тих випадках, коли немає необхідності усувати із води солі постійної жорсткості. Для усунення солей постійної жорсткості у воду додають разом із гашеним апном соду, яка реагує з солями постійної жорсткості, осаджуючи іони Са і Мg. Содово-натрієвий метод застосовують для пом'якшення води, в якій карбонатна жорсткість є трохи більшою за некарбонатну.
При фосфатному методі пом'якшення іони РО43 зв'язують іони Са2+ і Мg2+у практично нерозчинні сполуки:
Са(НСО3)2 +Na3РО4-> Са3(РО4)2;
Мg SО4+ Ка3РО4 -> Мgз(РО4)2.
Усунення кальцієвої жорсткості для пом'якшення невеликої кількості води досягається при обробці її тіосульфатом натрію.
Недоліком цього методу є висока вартість тіосульфату, перевага - простота обладнання.
Знезаражування води належить до найбільш широко застосовуваних методів поліпшення якості води, яке може здійснюватися хімічними і фізичними безреагентними методами. При хімічних методах у воду опускають реагенти бактерицидної дії: газоподібний хлор; різні сполуки, що містять так званий активний хлор, озон, солі срібла та ін. До фізичних методів відносяться кип'ятіння, опромінення ультрафіолетовими променями (УФП), дія ультразвуковими хвилями, струмом високої частоти та інше.
На сьогодні найбільшого розповсюдження набуло: хлорування, озонування. Застосування хлорування пояснюється надійністю знезаражування, доступністю здійснення і дешевизною.
Принцип хлорування заснований на обробці води хлором або хімічними сполуками, що містять хлор в активній формі, який справляє окислювальну та бактерицидну дію. При додаванні хлору до води відбувається його гідроліз: С12 + НОН <=> НОСІ + НС1, тобто утворюються соляна і хлорнуватиста кислоти.
У природних водах хлорнуватиста кислота (при рН > 6,0) дисоціює на іони Н1 і ОСl-. Невеликі розміри молекули і електрична нейтральність дозволяє хлорнуватистій кислоті швидко проникнути крізь оболонку бактеріальної клітини і впливати на клітинні ферменти. Передбачається, що реакція іде з 8Н-групами ферментів, які окислюються хлорнуватистою кислотою і гіпохлорит-іонами.
На великих водопроводах для хлорування використовують газоподібний хлор, на малих - хлорне вапно - 3 Са(ОСІ)2 хСаОхН2О:
2Са(ОСІ)2 + 2Н2О о СаСІ2 + Са(ОН)2 + 2НОСІ.
Крім хлору і хлорного вапна для знезаражування води можна використовувати двоокис хлору (СЮ2), гіпохлорит кальцію (Са(ОСІ)2), різноманітні хлораміни, хлорити (№СЮ2).
Озонування найбільш перспективний з усіх методів знезараження води.
При нормальній температурі і тиску озон становить газ блідо-голубого кольору з питомою вагою 1,678 г/см3. Має характерний запах, який відчутний вже при розведенні 1:500000. Розчинність -висока: 980мг/л при 0°С. У воді швидко розкладається. Знезаражуюча дія озону заснована на його високій окислювальній здатності, яка пояснюється м'якістю віддачі їм активного атома кисню: Оз = О2 + О. Завдяки високому окислювальному потенціалу озон енергійно вступає у взаємодію з багатьма мінеральними і органічними речовинами, в тому числі з цитоплазмою бактеріальних клітин, руйнуючи їх. Озон, як знезаражуючий реагент, діє швидше за хлор приблизно у 15-20 разів. Доза озону, необхідна для знезараження, знаходиться звичайно в межах 0,5-5,0 мг/л. Температура води, рН, мутність і інші властивості води впливають набагато менше на ефект озонування води, ніж на хлорування, що забезпечує дозування реагенту і контроль за ефективністю знезараження води.
Важливою перевагою озонування є те, що вода при обробці не збагачується додатковими домішками. Залишковий, невикористаний озон через короткий відрізок часу розпадається і перетворюється у кисень. Озонування води призводить не лише до її швидкого знезаражування, але й сприяє запобіганню запахів і присмаків як природного, так і промислового походження, а також знебарвлюванню природної води завдяки окисленню і розпаду органічних домішок води (при озонуванні забарвлених вод 1 мг/л озону знижує забарвленість на 5-8%).
Органічні домішки води, як правило, вилучаються наступними методами: для знебарвлювання води використовується процес коагулювання; поліпшення смакових властивостей досягається обробкою активованим вугіллям; знезараження досягається завдяки хлору. Одночасне проведення цих заходів ускладнює технологічний процес обробки води, потребує великих споруджень і не завжди забезпечує потрібний ефект. Тим часом за допомогою лише озонування інколи отримували такі ж результати, як і при використанні вищезгаданих процесів. Ефективність озонування визначається природою і властивостями органічних речовин, які містяться у воді.
В основі промислового отримання озону лежить реакція розщеплення молекули кисню на атоми з наступним приєднанням до молекули атома кисню під впливом тихого розряду: О2+ 117,2ккал«2О; 2О2 + 2О-» 2О3 + 49,4 ккал.
Отримання озону відбувається в озонаторах, де звільнене від пилу і вологи повітря із заданою швидкістю пропускається між двома поверхнями, які проводять струм. Утворена при цьому озонуванні суміш контактує з водою в спеціальних змішувачах.
Знезаражування води іонами срібла. Срібло, навіть у найменших концентраціях, є здатне знищувати мікроорганізми, що пояснюється здатністю його іонів та іоногенних сполук руйнувати і денатурувати протоплазму мікроорганізмів.
Збагачення води іонами срібла досягається кількома способами: методом контактування води з розвинутою поверхнею металу (кільця, буси, пісок і т.п.); методом безпосереднього розчинення у воді препаратів срібла електролітичним способом Л.А. Кульського. Найбільшу практичну цінність становить електролітичний метод, заснований на анодному розчиненні срібла. Електролітична срібляна вода за своїми бактерицидними властивостями переважає над такими дезінфікуючими засобами, як хлор, фенол та ін.
Із безреагентних методів знезаражування води використовується обробка води ультрафіолетовими променями, надвисокочастотними хвилями і кип'ятінням.
Питання для самоконтролю
1. Що таке навколишнє середовище та вплив його на якість їжі?
Які гігієнічні вимоги ставляться до повітря ПРГ?
Значення СО2 як показника чистоти повітря.
Значення температури, вологості та швидкості руху повітря, оптимальні та допустимі рівні.
Поняття мікроклімату закритих приміщень.
Засоби боротьби з високою та низькою температурою та вологістю в виробничих приміщеннях.
Гігієнічні значення води та вимоги до неї на ПРГ.
Джерела водопостачання, їх гігієнічна оцінка.
Фізичні, хімічні та бактеріологічні показники якості питної води.
Що таке колі-індекс, мікробне число? Епідеміологічне значення води.
Значення вмісту заліза, мінералізації та жорсткості води, що використовується на ПРГ.
Вимоги до обладнання водопроводу та каналізації на ПРГ.