Промышленная водоподготовка

3. Обеззараживание воды сильными окислителями.

В настоящее время на объектах жилищно-коммунального  хозяйства для обеззараживания  воды, как правило, применяется хлорирование  воды. Если вы пьете воду из-под крана, то должны знать, что в ней есть хлорорганические соединения, количество которых после процедуры обеззараживании  воды хлором достигает 300 мкг/л. Причем это количество не зависит от начального уровня загрязнения воды, эти 300 веществ  образуются в воде благодаря хлорированию. Потребление такой питьевой воды очень серьезно может сказаться  на здоровье. Дело в том, что при  соединении органических веществ с  хлором образуются тригалометаны. Эти  производные метана обладают выраженным канцерогенным эффектом, что способствует образованию раковых клеток. При  кипячении хлорированной воды в  ней образуется сильнейший яд - диоксин. Уменьшить содержание тригалометанов в воде можно, снизив количество используемого  хлора или заменив его другими дезинфицирующими веществами, например, применяя гранулированный активированный уголь для удаления образующихся при очистке воды органических соединений. И, конечно, нужен более детальный контроль за качеством питьевой воды.

В случаях же высокой мутности и  цветности природных вод распространенно  используют предварительное хлорирование воды, однако этот способ обеззараживания, как было описано выше, не только не достаточно эффективный, но и просто вредный для нашего организма.

Недостатки хлорирования: недостаточно эффективный и при этом приносит необратимый вред для здоровья, так  как образование канцерогена  тригалометанов способствует образованию  раковых клеток, а диоксина - привести к сильнейшему отравлению организма.

Обеззараживать воду без хлора  экономически нецелесообразно, поскольку  альтернативные методы обеззараживания  воды (например, обеззараживание с  помощью ультрафиолетового излучения) достаточно затратные. Был предложен  альтернативный хлорированию метод  обеззараживания воды с помощью  озона.

4. Озонирование

Более современной процедурой обеззараживания  воды считается очищение воды с помощью  озона. Действительно, озонирование  воды на первый взгляд безопаснее хлорирования, но тоже имеет свои недостатки. Озон очень нестоек и быстро разрушается, поэтому его бактерицидное действие непродолжительно. А ведь вода должна еще пройти через водопроводную  систему, прежде чем оказаться в  нашей квартире. На этом пути ее поджидает  немало неприятностей. Ведь не секрет, что водопроводы в российских городах крайне изношены.

Кроме того, озон тоже вступает в реакцию  со многими веществами в воде, например с фенолом, и образовавшиеся в  результате продукты еще токсичнее  хлорфенольных. Озонирование воды оказывается  крайне опасным в тех случаях, если в воде присутствуют ионы брома  хотя бы в самых ничтожных количествах, трудно определяемых даже в лабораторных условиях. При озонировании возникают ядовитые соединения брома - бромиды, опасные для человека даже в микродозах.

Метод озонирования воды очень хорошо зарекомендовал себя для обработки  больших масс воды - в бассейнах, в системах коллективного пользования, т.е. там, где нужно более тщательное обеззараживание воды. Но необходимо помнить, что озон, как и продукты его взаимодействия с хлорорганикой  ядовитый, поэтому присутствие больших  концентраций хлорорганики на стадии водоочистки может быть чрезвычайно  вредным и опасным для организма.

Недостатки озонирования: бактерицидное  действие непродолжительное, в реакции  с фенолом еще токсичнее хлорфенольных, что более опасно для организма, чем хлорирование. 

5. Обеззараживание воды бактерицидными лучами.

Для обеззараживания подземных  вод иногда применяют бактерицидное  излучение при условии, если коли-индекс исходной воды не более 1000 ед/л, содержание железа до 0,3 мг/л, мутность до 2 мг/л. Обеззараживание  воды бактерицидными лучами имеет ряд  преимуществ перед хлорированием. Природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются. Бактерицидное  действие лучей протекает во много  раз быстрее, чем хлора и после  облучения воду сразу можно подавать потребителям. Бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания  воды бактерицидными лучами, проще, чем  хлорного хозяйства.

При обеззараживании бактерицидными лучами неочищенных мутных, цветных  вод или вод с повышенным содержанием  железа коэффициент поглощения оказывается  настолько большим, что бактерицидный  метод становится экономически нецелесообразным, а с санитарной точки зрения - ненадежным. Поэтому применение бактерицидных  лучей рекомендуется только для обеззараживания воды, прошедшей очистку, или для подземных вод, не требующих очистки, но нуждающихся в обеззараживании в профилактических целях.

Недостатки бактерицидного метода: экономически нецелесообразный, а с  санитарной точки зрения -  ненадежный. 

IV. Специальные (дополнительные) методы улучшения качества воды.

Из специальных способов водоочистки  наиболее часто применяют обессоливание  воды (снижение общей минерализации  воды). К настоящему времени в  мировой практике определились следующие  основные методы обессоливания (опреснения)  воды: дистилляция, ионный обмен, электродиализ (электролиз), вымораживание, гелиоопреснение  и обратный осмос (гиперфильтрация). Многообразие методов объясняется  тем, что ни один из них не может  считаться универсальным, приемлемым для любых конкретных местных  условий.

1.Умягчение

Умягчение воды - процесс понижения  её жесткости, обусловленной наличием солей кальция и магния. Метод  снижения жесткости воды выбирают исходя из требований к качеству умягчаемой воды (глубины умягчения) и технико-экономических  обоснований (ТЭО). В практике водоподготовки получили распространение следующие  методы умягчения воды: реагентный (известковый, содовый, едконатриевый, фосфатный способы); катионитный (метод  ионного обмена); диализ (мембранный) и термохимический (при температуре  от 100 до 165°С).

По традиционной схеме умягчение  осуществляется методом ионного  обмена, основанного на фильтрации воды через, так называемые, ионообменные смолы, обменивающие входящие в их состав ионы Na+ на ионы Ca2+ и Mg2+, содержащиеся в  воде. При истощении рабочих свойств  производится регенерация раствором NaCl, приготовляемым из специальной  таблетированной соли. Периодичность  регенерации зависит от геометрических параметров слоя, обменной емкости смолы, уровня жесткости, скорости потока, объема обрабатываемой воды.

Для более глубокого умягчения  воды обычно применяется фосфатирование (до 0,04 - 0,05 мг-экв/л), предварительно обработанной другими способами при температуре  выше 100°С, так как фосфорнокислые соединения кальция и магния мало растворимы в воде.

Термохимический метод умягчения  применяется, в основном, при подготовке воды для питания котлов. Только в этом случае утилизируется почти  все тепло, затраченное на подогрев воды.

Недостатки данных методов: дорогостоящие  установки с расходными материалами, постоянные затраты на реагенты и  обслуживание,  значительный  расход энергоресурсов и др. расходы.

2.Сорбция

Элементом очистки является сорбирующий  материал: активированный уголь, ионообменные смолы. Процесс сорбционной дезодорации  активированным углем служит для  улучшения органолептических показателей  воды, то есть удаления неприятного  привкуса, запаха и цветности. Благодаря  своей высокой сорбционной способности  активированный уголь эффективно поглощает  остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения. Пористая структура активированного  угля и, как следствие, большая площадь  поверхности, обеспечивает эффективность  его использования. Срок службы активированного  угля определяется его сорбционной  емкостью, которая различна по каждому  из удаляемых веществ. Как и все  мелкозернистые материалы, активированный уголь со временем слеживается. Во избежание  этого эффекта фильтрующую среду  из активированного угля необходимо периодически разрыхлять с помощью  интенсивной промывки обратным током  воды.

Недостатки сорбционного метода: малый  срок службы, затраты на обслуживание.

3.Ультразвуковая  обработка воды

Ультразвук способен разрывать  оболочки клеток и тем самым является хорошим фильтром для уничтожения  различных микроорганизмов и  вирусов. Также ультразвук разрушает  некоторые химические соединения. Поэтому, очистка воды в коттедже с использованием ультразвуковых установок - весьма перспективное  направление в очистительной  технике. Основным минусом таких  ультразвуковых систем является их сложность. К тому же, обслуживать такие системы  могут только высококлассные специалисты. Они гораздо сложнее, чем, например, установки для очистки воды ультрафиолетом. Кроме того, ультразвуковые установки  очищают, как правило, только от микробов, вирусов и некоторых химических соединений. Поэтому, более полная и  качественная ультразвуковая очистка  воды возможна только при совместном использовании с другими методами (например, с угольными фильтрами, с использованием реагентов и  т.д.). Минусом таких комбинированных  систем («сэндвич-систем») является их дороговизна.

Недостатки ультразвукового метода: недостаточно эффективный и сложный  в обслуживании;  для полной очистки  необходимо применение в комплексе  с другими методами, что в итоге  экономически нецелесообразно.

Практика показала, что существующие традиционные сооружения водоподготовки и применяемые на них классические технологии уже не в состоянии  обеспечить требуемое количество качественной питьевой воды. Это объясняется нарастающим  процессом деградации состава воды в поверхностных источниках, используемых в большинстве случаев также  и в качестве естественных приёмников очищенных или неочищенных сточных  вод.

На всех основных водопроводных  сооружениях  используются традиционные и не всегда эффективные методы водоподготовки (коагуляция, отстаивание и фильтрация), а вследствие высокого бактериального и вирусного загрязнения воды в водоисточник (водохранилище и др.) и ее потенциальной эпидемической опасности применяется двойное хлорирование. Особенностями качества исходной воды является повышенное содержание органических веществ, о чём свидетельствует высокая цветность воды (до 60-70°), бихроматная и перманганатная окисляемость (до 7,0 и 10-20 мг/дм  соответственно), сдвиг активной реакции воды в щелочную сторону (рН до 8,8). Как следствие, по показателям цветности и окисляемости, питьевая водопроводная вода в большинстве анализируемых проб не отвечает гигиеническим регламентам.

В природных водах идентифицировано более 2 тыс. органических соединений, в том числе в питьевой воде более 700. Ряд идентифицированных в  питьевой воде соединений обладает экспериментально установленной канцерогенной и  мутагенной активностью. К ним относятся  вещества, попадающие в воду из промышленных источников, а также соединения, образующиеся в процессе водоподготовки.

На 100% воду можно очистить дистилляцией или микрофильтрованием. Однако это  требует больших затрат. Суммарный  объем стоков - около 150 галлонов в  день на человека. Очистка такого количества воды названными методами на водоочистных сооружениях слишком расточительна, поэтому в настоящее время  разрабатываются и внедряются более  доступные способы. Кроме этого  доказано, что дистиллированная вода вредна для организма. Употребление питьевой воды с низкой минерализацией способствует вымыванию солей из организма. Изменения водно-солевого баланса в организме были отмечены не только при употреблении деминерализованной воды, но и воды с минерализацией от 50 до 75 мг/л. (ВОЗ рекомендует употреблять  в питьевых целях воду с минерализацией не менее 100 мг/л.). Подробно об этом в  соответствующем разделе...

Все вышеперечисленные методы недостаточно эффективны, не всегда безопасны, и  более того экономически нецелесообразны: во-первых - дорогостоящие и очень  затратные, требующие постоянных расходов на обслуживание и ремонт, во-вторых - с ограниченным сроком службы, и  в третьих - с большим расходом энергоресурсов.

V. Новые технологии и инновационные методы улучшения качества воды

Внедрение новых технологий и инновационных  методов водоподготовки позволяет  решать комплекс задач, обеспечивающих:

 производство питьевой воды, отвечающей установленным стандартам  и ГОСТАм, удовлетворяющей требованиям  потребителей;

 надежность очистки и обеззараживания  воды;

 эффективную бесперебойную  и надежную работу водоочистных  сооружений;

 снижение себестоимости водоочистки  и водоподготовки;

 экономию реагентов, электроэнергии  и воды на собственные нужды; 

 качество производства воды.

Среди новых технологий улучшения  качества воды можно выделить:

Мембранные методы  на основе современные  технологий (включающие в себя макрофильтрацию; микрофильтрацию; ультрафильтрацию; нанофильтрацию; обратный осмос). Применяются для  опреснения сточных вод, решают комплекс задач водоочистки, но очищенная  вода не значит еще, что она полезная для здоровья. Более того данные методы являются дорогостоящими и энергоёмкими, требующими постоянные расходы на обслуживание.