57. Методы улучшения качества воды

Использование природных вод открытых водоемов, а иногда и подземных вод в целях хозяйственно-питьевого водоснабже­ния практически невозможно без предварительного улучшения свойств воды и ее обеззараживания. Чтобы качество воды со­ответствовало гигиеническим требованиям, применяют предва­рительную обработку, в результате которой вода освобождается от взвешенных частиц, запаха, привкуса, микроорганизмов и различных примесей. Такое улучшение свойств воды достига­ется на водопроводных станциях.

Для улучшения качества воды применяются следующие методы: 1) очистка — удаление взвешенных частиц; 2) обеззараживание — уничтожение микроорганизмов; 3) специальные методы улучшения органолептических свойств воды, умягчение, удаление некоторых химических веществ, фторирование и др.

Очистка воды - является важным этапом в общем ком­плексе методов улучшения качества воды, так как улучшает ее физические и органолептические свойства. При этом в процессе удаления из воды взвешенных частиц удаляется и значительная часть м/в, в результате чего полная очистка воды позволяет легче и экономичнее осуществлять обеззараживание. Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физиче­ским (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.

Отстаивание, при котором происходит осветление и частич­ное обесцвечивание воды, осущ-ся в спец. соору­жениях — отстойниках. Используются две конструкции отстой­ников: горизонтальные и вертикальные. Принцип их действия состоит в том, что благодаря поступлению через узкое отверстие и замедленному протеканию воды в отстойнике основная масса взвешенных частиц оседает на дно. Процесс отстаивания в от­стойниках различной конструкции продолжается в течение 2— 8 ч. Однако мельчайшие частицы, в том числе значительная часть микроорганизмов, не успевают осесть.

Фильтрация —воду пропуска­ют через фильтрующий мелкопористый материал, чаще всего через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, во­да оставляет на поверхности и в глубине фильтрующего мате­риала взвешенные частицы. На водопроводных станциях фильтрация применяется после коагуляции. В санитарной практике используются медленные и быстрые фильтры, фильтр АКХ (Академии коммунального хозяйства), кварцево-антраци-товые фильтры, значительно увел. скорость фильт­рации.

Коагуляция – хим.метод очистки воды. Преимущество его закл в том, что он позволяет освободить воду от загрязнений, находящихся в виде взвешенных частиц, не поддающихся удалению с помощью от­стаивания и фильтрации. Сущность коагуляции заключается в добавлении к воде химического вещества — коагулянта, спо­собного реагировать с находящимися в ней бикарбонатами. В результате этой реакции образуются крупные, довольно тяже­лые хлопья, несущие положительный заряд. Оседая вследствие собственной тяжести, они увлекают за собой находящиеся в во­де во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно, и тем самым способствуют довольно быстрой очистке воды. За счет этого процесса вода становится прозрач­ной, улучшается показатель цветности.

В качестве коагулянта в настоящее время наиболее широко применяется сульфат алюминия, образующий с бикарбонатами воды крупные хлопья гидроксида алюминия.

В настоящее время в водопроводной системе применяется установка, заменяющая весь комплекс очистных сооружений обычного типа и работающая по схеме: коагуляция — отстаи­вание — фильтрация. Она называется контактным осветлите­лем и представляет собой бетонный резервуар, заполненный гравием и песком на высоту 2,3—2,6 м.

Обеззараживание -уничтожение м/в явл-ся последним завершающим этапом обработки воды, обеспечиваю­щим ее эпид безопасность. Для обеззараживания воды применяются химические (реагентные) и физические (безреагентные) методы.

Химические (реагентные) методы обеззараживания основаны на добавлении к воде различных химических ве­ществ, вызывающих гибель находящихся в воде микроорганиз­мов. Эти методы достаточно эффективны. В качестве реагентов могут быть использованы различные сильные окислители: хлор и его соединения, озон, йод, перманганат калия, некоторые со­ли тяжелых металлов, серебро.

А)В санитарной практике наиболее надежным и испытанным способом обеззараживания воды является хлорирование. На водопроводных станциях оно производится при помощи газо­образного хлора и растворов хлорной извести. Кроме этого, мо­гут использоваться такие соединения хлора, как гипохлорат на­трия, гипохлорит кальция, двуокись хлора.

Механизм действия хлора заключается в том, что при добав­лении его к воде он гидролизуется, в результате чего происхо­дит образование хлористоводородной и хлорноватистой кислот:

С1₂ + Н₂0 = НС1 + НОС1.

Хлорноватистая кислота в воде диссоциирует на ионы водо­рода (Н) и гипохлоритные ионы (ОС1), которые наряду с дис­социированными молекулами хлорноватистой кислоты облада­ют бактерицидным свойством. Комплекс (НОС1 + ОС1) назы­вается свободным активным хлором.

Б) озо­нирование. Меха­низм обеззараживающего действия озона аналогичен действию хлора: являясь сильным окислителем, озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов и вызывает их гибель. Имеют­ся предположения, что он действует как протоплазматический яд.Преимущество озонирования перед хлорированием заключа­ется в том, что при этом способе обеззараживания улучшаются вкус и цвет воды, поэтому озон может быть использован одно­временно для улучшения ее органолептических свойств. Озо­нирование не оказывает отрицательного влияния на минераль­ный состав и рН воды. Избыток озона превращается в кисло­род, поэтому остаточный озон не опасен для организма и не влияет на органолептические свойства воды.

В) используют также олигодинамические действия солей тяжелых металлов (серебра, меди, золота)- их способность оказывать бактери­цидный эффект в течение длительного срока при крайне малых концентрациях. Механизм действия заключается в том, что по­ложительно заряженные ионы тяжелых металлов вступают в воде во взаимодействие с микроорганизмами, имеющими отрицательный заряд. Происходит электроадсорбция, в результате которой они проникают в глубь микробной клетки, образуя в ней альбуминаты тяжелых металлов (соединения с нуклеиновыми кислотами), в ре­зультате чего микробная клетка погибает. Данный метод обычно применяется для обеззараживания небольших количеств воды.

ВЫВОД:

Химические, или реагентные, способы обеззараживания воды, основанные на добавлении к ней того или иного химического вещества в определенной дозе, имеют ряд недостатков, которые заключаются главным образом в том, что большинство этих ве­ществ отрицательно влияет на состав и органолептические свойства воды. Кроме того, бактерицидное действие этих ве­ществ проявляется после определенного периода контакта и не всегда распространяется на все формы микроорганизмов. Все это явилось причиной разработки физических методов обезза­раживания воды, имеющих ряд преимуществ по сравнению с химическими.

Безреагентные методы не оказывают влияния на состав и свойства обеззараживаемой воды, не ухудшают ее ор­ганолептических свойств. Они действуют непосредственно на структуру микроорганизмов, вследствие чего обладают более широким диапазоном бактерицидного действия. Для обеззара­живания необходим небольшой период времени.

А)Наиболее разработанным и изученным в техническом отноше­нии методом является облучение воды бактерицидными (ультра­фиолетовыми) лампами. Наибольшим бактерицидным свойством обладают УФ-лучи с длиной волны 200—280 нм; максимум бакте­рицидного действия приходится на длину волны 254—260 нм. Ис­точником излучения служат аргонно-ртутные лампы низкого давления (БУВ) и ртутно-кварцевые лампы (ПРКи РКС).

Б)Для обеззараживания воды применяются специальные уста­новки (напорные и безнапорные). Для обеззараживания боль­шого объема воды используется установка ОВ-АКХ-1 большой производительности с применением бактерицидных ламп ПРК.

В)На небольших водопроводах используются аргонно-ртутные лампы низкого давления (БУВ-15, БУВ-30, БУВ-ЗОП). Обезза­раживание воды наступает быстро, в течение 1—2 мин. При обез­зараживании воды УФ-лучами погибают не только вегетативные формы микробов, но и споровые, а также вирусы, яйца гельмин­тов, устойчивые к воздействию хлора. Применение бактерицид­ных ламп не всегда возможно, так как на эффект обеззаражива­ния воды УФ-лучами влияют мутность, цветность воды, содер­жание в ней солей железа. Поэтому, прежде чем обеззараживать воду таким способом, ее необходимо тщательно очистить.

Г) наиболее надежным является-кипячение. В результате ки­пячения в течение 3—5 мин погибают все имеющиеся в ней микроорганизмы, а после 30 мин вода становится полностью стерильной. Несмотря на высокий бактерицидный эффект, этот метод не находит широкого применения для обеззаражи­вания больших объемов воды. Его можно использовать в быту, детских учреждениях и т. д. Недостатком кипячения является ухудшение вкуса воды, наступающего в результате улетучива­ния газов, и возможность более быстрого развития микроорга­низмов в кипяченой воде.

Специальные способы улучшения качества воды. Помимо ос­новных методов очистки и обеззараживания воды, в некоторых случаях возникает необходимость производить специальную ее обработку. В основном эта обработка направлена на улучшение минерального состава воды и ее органолептических свойств.

Дезодорация — удаление посторонних запахов и привку­сов. Необходимость проведения такой обработки обусловлива­ется наличием в воде запахов, связанных с жизнедеятельностью микроорганизмов, грибов, водорослей, продуктов распада и разложения органических веществ. С этой целью применяются такие методы, как озонирование, углевание, хлорирование, об­работка воды перманганатом калия, перекисью водорода, фто­рирование через сорбционные фильтры, аэрация.

Дегазация воды — удаление из нее растворенных дур-нопахнущих газов. Для этого применяется аэрация, т. е. раз­брызгивание воды на мелкие капли в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, в результате чего проис­ходит выделение газов.

Умягчение воды — полное или частичное удаление из нее катионов кальция и магния. Умягчение проводится специ­альными реагентами или при помощи ионообменного и терми­ческого методов.

Опреснение (обессоливание) воды чаще производится при подготовке ее к промышленному использованию. Частич­ное опреснение воды осуществляется для снижения содержания в ней солей до тех величин, при которых воду можно использо­вать для питья (ниже 1000 мг/л). Опреснение достигается дис­тилляцией воды, которая производится в различных опресни­телях (вакуумные, многоступенчатые, гелиотермические), ио-нитовых установках, а также электрохимическим способом и методом вымораживания.

Обезжелезивание — удаление из воды железа произво­дится аэрацией с последующим отстаиванием, коагулировани­ем, известкованием, катионированием. В настоящее время раз­работан метод фильтрования воды через песчаные фильтры.

Обесфторивание — освобождение природных вод от из­быточного количества фтора. С этой целью применяют метод осаждения, основанный на сорбции фтора осадком гидроокиси алюминия и других адсорбентов.

При недостатке в воде фтора ее фторируют. В случае загряз­нения воды радиоактивными веществами ее подвергают дезак­тивации, т. е. удалению радиоактивных веществ.