Как улучшить качество водопроводной воды? Предложения по повышению эффективности очистки воды при подготовке водоочистных станций к выполнению требований СанПиН "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого вод

Физические и химические показатели качества воды. При выборе источника водоснабжения учитываются такие физические свойства воды как температура, запах, вкус, мутность и цветность. Причем эти показатели определяются по всем характерным периодам года (весна, лето, осень, зима).

Температура природных вод зависит от их происхождения. В подземных водоисточниках вода имеет постоянную температуру независимо от периода года. Наоборот, температура воды поверхностных водоисточников изменяется по периодам года в достаточно широком диапазоне (от 0,1 °С зимой до 24-26°С летом).

Мутность природных вод зависит, прежде всего, от их происхождения, а также от географических и климатических условий, в которых находится водоисточник. Подземные воды имеют незначительную мутность, не превышающую 1,0-1,5 мг/л, зато воды поверхностных водоисточников почти всегда содержат взвешенные вещества в виде мельчайших частей глины, песка, водорослей, микроорганизмов и других веществ минерального и органического происхождения. Однако, как правило, вода поверхностных водоисточников северных регионов европейской части России, Сибири и частично Дальнего Востока относится к категории маломутных. Для водоисточников центральных и южных регионов страны, наоборот, характерна более высокая мутность воды. Независимо от географических, геологических и гидрологических условий расположения водоисточника мутность воды в реках всегда выше, чем в озерах и водохранилищах. Наибольшая мутность воды в водоисточниках наблюдается во время весенних паводков, в периоды затяжных дождей, а наименьшая - в зимнее время, когда водоисточники покрыты льдом. Измеряется мутность воды в мг/дм 3 .

Цветность воды природных водоисточников обусловлена наличием в ней коллоидных и растворенных органических веществ гумусового происхождения, придающих воде желтый или бурый оттенок. Густота оттенка зависит от концентрации этих веществ в воде.

Гумусовые вещества образуются в результате разложения органических веществ (почвенный, растительный гумус) до более простых химических соединений. В природных водах гумусовые вещества представлены, в основном, органическими гуминовыми и фульво-кислотами, а так же их солями.

Цветность характерна для вод поверхностных водоисточников и практически отсутствует в подземных водах. Однако иногда подземные воды, чаще всего в болотисто-низинных местах с надежными водоупорными горизонтами, обогащаются болотистыми цветными водами и приобретают желтоватую окраску.

Цветность природных вод измеряется в градусах. По уровню цветности воды поверхностные водоисточники могут быть малоцветные (до 30-35°), средней цветности (до 80°) и высокоцветные (свыше 80°). В практике водоснабжения иногда используются водоисточники, цветность воды которых составляет 150-200°.

Большинство рек Северо-запада и Севера России относятся к категории высокоцветных маломутных. Средняя часть страны характеризуется водоисточниками средней цветности и мутности. Вода рек южных регионов России, наоборот, имеет повышенную мутность и сравнительно небольшую цветность. Цветность воды в водоисточнике и количественно и качественно изменяется по периодам года. Во время повышенного стока с прилегающих к водоисточнику территорий (таяние снега, дожди), цветность воды, как правило, повышается, изменяется и соотношение компонентов цветности.

Природным водам свойственны такие качественные показатели, как привкус и запах. Чаше всего природные воды могут обладать горьким и соленым вкусом и практически никогда кислым или сладким. Избыток магниевых солей придает воде горьковатый вкус, а натриевых (поваренная соль) - солоноватый. Соли других металлов, например железа и марганца, придают воде железистый привкус.

Запахи воды могут быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи вызываются живущими и отмершими в воде организмами, растительными остатками. Основными запахами природных вод являются болотный, землянистый, древесный, травянистый, рыбный, сероводородный и др. Наиболее интенсивные запахи присущи воде водохранилищ и озер. Запахи искусственного происхождения возникают вследствие выпускав водоисточники недостаточно очищенных сточных вод.

К запахам искусственного происхождения можно отнести нефтяной, фенольный, хлорфенольный и др. Интенсивность привкусов и запахов оценивается в баллах.

Химический анализ качества природной воды имеет первостепенное значение при выборе метода очистки ее. К химическим показателям воды относятся: активная реакция (водородный показатель), окисляемость, щелочность, жесткость, концентрация хлоридов, сульфатов, фосфатов, нитратов, нитритов, железа, марганца и др. элементов. Активная реакция воды определяется концентрацией водородных ионов. Она выражает степень кислотности или щелочности воды. Обычно активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, который представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов: - рН = - lg . Для дистиллированной воды рН = 7 (нейтральная среда). Для слабокислой среды рН < 7, а для слабощелочной рН > 7. Обычно для природных вод (поверхностных и подземных) значение рН находится в пределах от 6 до 8,5. Наименьшие значения водородного показателя имеют высокоцветные мягкие воды, а наибольшие - подземные, особенно жесткие.

Окисляемость природных вод вызвана присутствием в них органических веществ, на окисление которых расходуется кислород. Поэтому величина окисляемости численно равна количеству кислорода, пошедшего на окисление находящихся в воде загрязняющих веществ, и выражается в мг/л. Наименьшей величиной окисляемости (~1.5-2мг/л, О 2) характеризуются артезианские воды. Вода чистых озер имеет окисляемость 6-10 мг/л, О 2 , в речной воде окисляемость колеблется в широких пределах и может достичь 50 мг/л и даже более. Повышенной окисляемостью характеризуются высокоцветные воды; в болотистых водах окисляемость может достичь 200 мг/л О 2 и более.

Щелочность воды определяется присутствием в ней гидроксидов (ОН") и анионов угольной кислоты (НСО - з, СО 3 2 ,).

Хлориды и сульфаты содержатся практически во всех природных водах. В подземных водах концентрации этих соединений могут быть весьма значительны, до 1000 мг/л и более. В поверхностных водоисточниках содержание хлоридов и сульфатов обычно колеблется в пределах 50-100 мг/л. Сульфаты и хлориды при определенных концентрациях (300 мг/л и более) являются причиной коррозионной активности воды и разрушающе действуют на бетонные конструкции.

Жесткость природных вод обусловлена присутствием в них солей кальция и магния. Хотя указанные соли и не являются особо вредными для человеческого организма, наличие их в значительном количестве нежелательно, т.к. вода становится малопригодной для хозяйственных нужд и для промышленного водоснабжения. Жесткая вода не пригодна для питания паровых котлов, ее нельзя использовать во многих технологических производственных процессах.

Железо в природных водах находится в виде двухвалентных ионов, органоминеральных коллоидных комплексов и тонкодисперсной взвеси гидроксида железа, а также в виде сульфида железа. Марганец, как правило, находится в воде в виде ионов двухвалентного марганца, способного окисляться в присутствии кислорода, хлора или озона, до четырехвалентного, с образованием гидроксида марганца.

Наличие в воде железа и марганца может приводить к развитию в трубопроводах железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых могут накапливаться в больших количествах и существенно уменьшать сечение водопроводных труб.

Из растворенных в воде газов наиболее важными с точки зрения качества воды являются свободная углекислота, кислород и сероводород. Содержание углекислоты в природных водах колеблется от нескольких единиц до нескольких сотен миллиграммов в 1 л. В зависимости от величины рН воды углекислота встречается в ней в виде углекислого газа либо в виде карбонатов и бикарбонатов. Избыточная углекислота весьма агрессивна по отношению к металлу и бетону:

Концентрация растворенного в воде кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и зависит от ряда причин (температура воды, парциальное давление, степень загрязненности воды органическими веществами). Кислород интенсифицирует процессы коррозии металлов. Это надо особенно учитывать в теплоэнергетических системах.

Сероводород, как правило, попадает в воду в результате контакта ее с гниющими органическими остатками либо с некоторыми минералами (гипсом, серным колчеданом). Присутствие сероводорода в воде крайне нежелательно как для хозяйственно-питьевого, так и для промышленного водоснабжения.

Ядовитые вещества, в частности тяжелые металлы, попадают в водоисточники в основном с промышленными сточными водами. Когда имеется вероятность их попадания в водоисточник, определение концентрации ядовитых веществ в воде обязательно.

Требования к качеству воды различного назначения. Основные требования, предъявляемые к питьевой воде, предполагают безвредность воды для организма человека, приятный вкус и внешний вид, а также пригодность для хозяйственно-бытовых нужд.

Показатели качества, которым должна удовлетворять питьевая вода, нормируются «Санитарными правилами и нормами (СанПиН) 2. 1.4.559-96. Питьевая вода.»

Вода для охлаждения агрегатов многих производственных процессов не должна давать отложений в трубах и камерах, по которым она проходит, так как отложения затрудняют теплопередачу и уменьшают сечение труб, снижая интенсивность охлаждения.

В воде не должно быть крупной взвеси (песка). В воде не должно быть органических веществ, так как она интенсифицирует процесс биообрастания стенок.

Вода для паросилового хозяйства не должна содержать примесей, которые могут вызвать отложения накипи. По причине образования накипи снижается теплопроводность, ухудшается теплопередача, возможен перегрев стенок паровых котлов.

Из солей, образующих накипь, наиболее вредны и опасны CaSO 4 , СаСО 3 , CaSiO 3 , MgSiO 3 . Эти соли отлагаются на стенках паровых котлов, образуя котельный камень.

Для предотвращения коррозии стенок паровых котлов вода должна обладать достаточным щелочным резервом. Ее концентрация в котловой воде должна составлять не менее 30-50 мг/л.

Особенно нежелательно присутствие в питательной воде котлов высокого давления кремниевой кислоты SiO 2 , которая может образовывать плотную накипь с очень низкой теплопроводностью.

Основные технологические схемы и сооружения для улучшения качества воды.

Природные воды отличаются большим разнообразием загрязнений и их сочетанием. Поэтому для решения проблемы эффективной очистки воды требуются различные технологические схемы и процессы, различные наборы сооружений для реализации этих процессов.

Используемые в практике водоочистки технологические схемы обычно классифицируются на реагентные и безреагентные ; предочистки и глубокой очистки ; на одноступенные и многоступенные ; на напорные и безнапорные .

Реагентная схема очистки природных вод более сложна, нежели безреагентная, зато она обеспечивает более глубокую очистку. Безреагентная схема, как правило, применяется для предочистки природных вод. Чаще всего ее используют при очистке воды для технических целей.

Как реагентная, так и безреагентная технологическая схема очистки могут быть одноступенными и многоступенными, с сооружениями безнапорного и напорного типа.

Основные, чаще всего используемые в практике водоочистки технологические схемы и типы сооружений представлены на рисунке 22.

Отстойники используются в основном как сооружения для предварительной очистки воды от взвешенных частиц минерального и органического происхождения. По типу конструкции и характеру движения воды в сооружении отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными. В последние десятилетия в практике очистки природных вод стали использоваться специальные полочные отстойники с осаждением взвеси в тонком слое.

Рис. 22.

а) двухступенчатая с горизонтальным отстойником и фильтром: 1 - насосная станция I подъема; 2 - микросетки; 3 - реагентное хозяйство; 4 - смеситель; 5 - камера хлопьеобразования; б - горизонтальный отстойник; 7 - фильтр; 8 - хлораторная; 9 - резервуар чистой воды; 10 - насосы;

б) двухступенчатая с осветлителем и фильтром: 1 - насосная станция I подъема; 2 - микросетки; 3 - реагентное хозяйство; 4 - смеситель; 5 - осветлитель со взвешенным осадком; б - фильтр; 7 - хлораторная; 8 - резервуар чистой воды; 9 - насосы II подъема;

в) одноступенчатая с контактными осветлителями: 1 - насосная станция I подъема; 2 - барабанные сетки; 3 - реагентное хозяйство; 4 - сужающее устройство (смеситель); 5 - контактный осветлитель КО-1; 6 - хлораторная; 7 - резервуар чистой воды; 8 - насосы II подъема

Фильтры, входящие в состав общей технологической схемы водоочистки, выполняют роль сооружений для глубокой доочистки воды от взвешенных веществ, не осевших в отстойниках части коллоидных и растворенных веществ (за счет сил адсорбции и молекулярного взаимодействия).

Методы улучшения качества воды позволяют освободить воду от микроорганизмов, взвешенных частиц, избытка солей, дурно пахнущих газов. Делятся на 2 группы: основные и специальные.

Основные: очистка и обеззараживание.

Гигиенические требования к качеству питьевой воды изложены в Санитарных правилах «Питьевая вода. Гигиенические….» (2001).

- Очистка. Цель – освобождение от взвешенных частиц и окрашенных коллоидов для улучшения физических свойств (прозрачность и цветность). Методы очистки зависят от источника водоснабжения. Меньше требуют очистки подземные межпластовые водоисточники. Вода открытых водоёмов подвержена загрязнению, поэтому они потенциально опасны.

Очистка достигается тремя мероприятиями:

- отстаивание: после прохождения воды из реки через водозаборные решетки, в которых остаются крупные загрязнители, вода поступает в большие емкости – отстойники, при медленном протекании через которые за 4-8 час. на дно выпадают крупные частицы.

- коагуляция: для осаждения мелких взвешенных веществ вода поступает в емкости, где коагулируется – добавляется в нее полиакриламид или сульфат алюминия, который под влиянием воды становится хлопьями, к которым прилипают мелкие частицы и адсорбируются красящие вещества, после чего они оседает на дно резервуара.

- фильтрация : вода медленно пропускается через слой песка и фильтрующую ткань или др. (медленные и скорые фильтры) – тут задерживаются оставшиеся взвешенные вещества, яйца гельминтов и 99% микрофлоры. Фильтры промываются 1-2 раза в сутки обратным током воды.

- Обеззараживание.

Для обеспечения эпидемической безопасности (уничтожение патогенных микробов и вирусов) вода обеззараживается: химическими или физическими методами.

Химические методы : хлорирование и озонирование.

А) Хлорирование в оды газом хлором (на крупных станциях) или хлорной известью (на мелких).

Доступность метода, дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т. е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце, на полевом стане...

Эффективность хлорирования воды зависит от: 1) степени очистки воды от взвешенных веществ, 2) введенной дозы, 3) тщательности перемешивания воды, 4) достаточной экспозиции воды с хлором и 5) тщательности проверки качества хлорирования по остаточному хлору.

Бактерицидное действие хлора наибольшее в первые 30 мин и зависит от дозы и температуры воды – при низкой температуре дезинфекция удлиняется до 2 часов.

В соответствии с санитарными требованиями в воде после хлорирования должно оставаться 0,3-0,5 мг/л, остаточного хлора (не влияет на организм человека и органолептические св-ва воды).

В зависимости от примененной дозы различают:

Обычное хлорирование – 0,3-0,5 мг/л

Гиперхлорирование – 1-1,5 мг/л, в период эпидемической опасности. Далее активированный уголь-убрать лишний хлор.

Модификации хлорирования:

- Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: перед отстойниками, а второй -после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

- Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обеззараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5-2 минуты - хлора. При этом в воде образуются хлорамины, которые также обладают бактерицидным действием.

- Перехлорирование предусматривает добавление к воде больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий, цист, дизентерийной амебы, туберкулеза.

До потребителя должна доходить вода с остаточным хлором не менее 0,3 мг\л

Б) Метод озонирования воды . В настоящее время является одним из перспективных(Франции, США, в Москве, Ярославле, Челябинске).

Озон (О3) - обусловливает бактерицидные свойства и происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л.

Преимущества озона перед хлором: озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин).

В) Обеззараживание индивидуальных запасов в домашних и полевых условиях применяются методы (химические и физические):

Олигодинамическое действие серебра. С помощью специальных приборов путем электролитической обработки воды. Ионы серебра обладает бактериостатическим действием. Микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Поэтому серебро в основном применяется для консервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т. д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетки, содержащие хлор: Аквасепт, Пантоцид…. .

Кипячение (5-30 мин), при этом многие химические загрязнения сохраняются;

Бытовые приборы- фильтры, обеспечивающие несколько степеней очистки;

Физические методы обеззараживания воды

Преимущество перед химическими: они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводах применяется только ультрафиолетовое облучение,

- Кипячение (было, см)

- Ультрафиолетовое (УФ) облучение. Достоинства: в быстроте действия, эффективности уничтожения вегетативных и споровых форм бактерий, яиц гельминтов и вирусов, не образует запаха и привкуса. Бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 200-275 нм.

Методов улучшения качества воды много, и они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешенных частиц, гуминовых соединений, от избытка солей, токсических и радиоактивных веществ и дурнопахнущих газов.

Основная цель очистки воды - защита потребителя от патогенных организмов и примесей, которые могут быть опасны для здоровья человека или иметь неприятные свойства (цвет, запах, вкус и т.д.). Методы очистки следует выбирать с учетом качества и характера источника водоснабжения.

Использование подземных межпластовых водоисточников для централизованного водоснабжения имеет целый ряд преимуществ перед использованием поверхностных источников. К важнейшим из них относятся: защищенность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и дебита воды. Дебит - это объем воды, поступающий из источника в единицу времени (л/час, м/сутки и т.д.).

Обычно подземные воды не нуждаются в осветлении, обесцвечивании и обеззараживании, Схема водопровода на подземных водах представлена на рисунке.

К числу недостатков использования подземных водоисточников для централизованного водоснабжения относится небольшой дебит воды, а значит применять их можно в местностях со сравнительно небольшой численностью населения (малые и средние города, поселки городского типа и сельские населенные пункты). Более 50 тыс. сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение, однако благоустройство сел затруднено в силу рассредоточенности сельских поселений и малой их численности (до 200 человек). Чаще всего здесь используются различные виды колодцев (шахтные, трубчатые).

Место для колодцев выбирают на возвышенности, не менее 20-30 м от возможного источника загрязнения (уборные, выгребные ямы и др.). При рытье колодца желательно дойти до второго водоносного горизонта.

Дно шахты колодца оставляют открытым, а основные стенки укрепляют материалами, обеспечивающими водонепроницаемость, т.е. бетонными кольцами или деревянным срубом без щелей. Стенки колодца должны возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м. Для устройства глиняного замка, препятствующего попаданию поверхностных вод в колодец, вокруг колодца выкапывают яму глубиной 2 м и шириной 0,7-1 м и наполняют ее хорошо утрамбованной жирной глиной. Поверх глиняного замка делают подсыпку песком, мостят кирпичом или бетоном с уклоном в сторону от колодца для стока поверхностных вод и пролива при ее заборе. Колодец необходимо оборудовать крышкой и пользоваться только общественным ведром. Лучший способ подъема воды - насосы. Кроме шахтных колодцев, для добывания подземных вод применяют разные типы трубчатых колодцев.

: 1 - трубчатый колодец; 2 - насосная станция первого подъема; 3 - резервуар; 4 - насосная станция второго подъема; 5 - водонапорная башня; 6 - водонапорная сеть

Преимущество таких колодцев в том, что они могут быть любой глубины, стенки их изготовляются из водонепроницаемых металлических труб, по которым насосом поднимается вода. При расположении меж пластовой воды на глубине больше 6-8 м ее добывают посредством устройства скважин, оборудованных металлическими трубами и насосами, производительность которых достигает 100 мУч и более.

: а - насос; б - слой гравия на дне колодца

Вода открытых водоемов подвержена загрязнениям, поэтому, с эпидемиологической точки зрения, все открытые водоисточники в большей или меньшей степени потенциально опасны. Кроме того, эта вода часто содержит гуминовые соединения, взвешенные вещества из различных химических соединений, поэтому она нуждается в более тщательной очистке и обеззараживании

Схема водопровода на поверхностном водоисточнике приведена на рисунке 1.

Головными сооружениями водопровода, питающегося водой из открытого водоема, являются: сооружения для забора и улучшения качества воды, резервуар для чистой воды, насосное хозяйство и водонапорная башня. От нее отходит водовод и разводящая сеть трубопроводов, изготовленных из стали или имеющих антикоррозийные покрытия.

Итак, первый этап очистки воды открытого водоисточника - это осветление и обесцвечивание. В природе это достигается путем длительного отстаивания. Но естественный отстой протекает медленно и эффективность обесцвечивания при этом невелика. Поэтому на водопроводных станциях часто применяют химическую обработку коагулянтами, ускоряющую осаждение взвешенных частиц. Процесс осветления и обесцвечивания, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала (например, песок или измельченный антрацит). Применяют два вида фильтрования - медленное и скорое.

Медленное фильтрование воды проводят через специальные фильтры, представляющие собой кирпичный или бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная воды отводится из фильтра. Поверх дренажа загружают поддерживающий слой щебня, гальки и гравия по крупности, постепенно уменьшающейся кверху, что не дает возможности мелким частицам просыпаться в отверстия дренажа. Толщина поддерживающего слоя - 0,7 м. На поддерживающий слой загружают фильтрующий слой (1 м) с диаметром зерен 0,25-0,5 мм. Медленный фильтр хорошо очищает воду только после созревания, которое состоит в следующем: в верхнем слое песка происходят биологические процессы - размножение микроорганизмов, гидробионтов, жгутиковых, затем их гибель, минерализация органических веществ и образование биологической пленки с очень мелкими порами, способными задерживать даже самые мелкие частицы, яйца гельминтов и до 99% бактерий. Скорость фильтрации составляет 0,1-0,3 м/ч.

Рис. 1.

: 1 - водоем; 2 - заборные трубы и береговой колодец; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - очистные сооружения; 5 - резервуары чистой воды; 6 - насосная станция второго подъема; 7 - трубопровод; 8 - водонапорная башня; 9 - разводящая сеть; 10 - места потребления воды.

Медленнодействующие фильтры применяют на малых водопроводах для водоснабжения сел и поселков городского типа. Раз в 30-60 дней поверхностный слой загрязненного песка снимают вместе с биологической пленкой.

Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, устранить цветность воды и ускорить процесс фильтрования привело к проведению предварительного коагулирования воды. Для этого к воде добавляют коагулянты, т.е. вещества, образующие гидроокиси с быстро оседающими хлопьями. В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий - Al2(SO4)3; хлорное железо - FeSl3, сернокислое железо - FeSO4 и др. Хлопья коагулянта обладают огромной активной поверхностью и положительным электрическим зарядом, что позволяет им адсорбировать даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микроорганизмов и коллоидных гуминовых веществ, которые увлекаются на дно отстойника оседающими хлопьями. Условия эффективности коагуляции - наличие бикарбонатов. На 1 г коагулянта добавляют 0,35 г Са(ОН)2. Размеры отстойников (горизонтальных или вертикальных) рассчитаны на 2-3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры с толщиной фильтрующего слоя песка 0,8 м и диаметром песчинок 0,5-1 мм. Скорость фильтрации воды составляет 5-12 м/час. Эффективность очистки воды: от микроорганизмов - на 70-98% и от яиц гельминтов - на 100%. Вода становится прозрачной и бесцветной.

Очистку фильтра проводят путем подачи воды в обратном направлении со скоростью, в 5-6 раз превышающей скорость фильтрования в течение 10-15 мин.

С целью интенсификации работы описанных сооружений используют процесс коагуляции в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция). Такие сооружения называют контактными осветелителями. Их применение не требует строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз. Контактный фильтр имеет трехслойную загрузку. Верхний слой - керамзит, полимерная крошка и др. (размер частиц -- 2,3-3,3 мм).

Средний слой - антрацит, керамзит (размер частиц - 1,25-2,3 мм).

Нижний слой - кварцевый песок (размер частиц - 0,8-1,2 мм). Над поверхностью загрузки укрепляют систему перфорированных труб для введения раствора коагулянта. Скорость фильтрации до 20 м/час.

При любой схеме заключительным этапом обработки воды на водопроводе из поверхностного источника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отвечают компактные установки заводского изготовления "Струя" производительностью от 25 до 800 м/сутки.

В установке используют трубчатый отстойник и фильтр с зернистой загрузкой. Напорная конструкция всех элементов установки обеспечивает подачу исходной воды насосами первого подъема через отстойник и фильтр непосредственно в водонапорную башню, а затем потребителю. Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песчаный фильтр обеспечивает окончательное извлечение из воды взвешенных и коллоидных примесей.

Хлор для обеззараживания может вводиться либо перед отстойником, либо сразу в фильтрованную воду. Промывку установки проводят 1-2 раза в сутки в течение 5-10 мин обратным потоком воды. Продолжительность обработки воды не превышает 40-60 мин, тогда как на водопроводной станции этот процесс составляет от 3 до 6 ч.

Эффективность очистки и обеззараживания воды на установке "Струя" достигает 99,9%.

Обеззараживание воды может быть проведено химическими и физическими (безреагентными) методами.

К химическим методам обеззараживания воды относят хлорирование и озонирование. Задача обеззараживания - уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемической безопасности воды.

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах. Произошло это в 1910 г. Однако на первом этапе хлорирование воды проводили только при вспышках водных эпидемий.

В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Этому способствует доступность метода, его дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т.е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце (при его загрязнении и ненадежности), на полевом стане, в бочке, ведре и во фляге.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окислительным и бактерицидным действием.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз:

Т.е. образуются соляная и хлорноватистая кислота. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. Небольшие размеры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты (БН-группы;), важные для обмена веществ и процессов размножения клетки. Это подтверждено при электронной микроскопии: выявлено повреждение оболочки клетки, нарушение ее проницаемости и уменьшение объема клетки.

На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности.

Имеет важное значение выбор дозы, обеспечивающий надежное обеззараживание. При обеззараживании воды хлор не только способствует гибели микроорганизмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями. Все эти формы связывания хлора объединяются в понятие "хлорпоглощаемость воды".

В соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода..." доза хлора должна быть такой, чтобы после обеззараживания в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л свободного остаточного хлора. Этот метод, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания.

Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностью.

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффективного обеззараживания является хорошее перемешивание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 минут, зимой не менее 1 часа.

Модификации хлорирования: двойное хлорирование, хлорирование с аммонизацией, перехлорирование и др.

Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: первый раз перед отстойниками, а второй - как обычно, после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обеззараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5-2 минуты - хлора. При этом в воде образуются хлорамины - монохлорамины (NH2Cl) и дихлорамины (NHCl2), которые также обладают бактерицидным действием. Этот метод применяется для обеззараживания воды, содержащей фенолы, с целью предупреждения образования хлорфенолов. Даже в ничтожных концентрациях хлорфенолы придают воде аптечный запах и привкус. Хлорамины же, обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фенолами хлорфенолов. Скорость обеззараживания воды хлораминами меньше, чем при использовании хлора, поэтому продолжительность дезинфекций воды должна быть не меньше 2 ч, а остаточный хлор равен 0,8-1,2 мг/л.

Перехлорирование предусматривает добавление к воде заведомо больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий Бернета, цист, дизентерийной амебы, туберкулеза и даже спор сибирской язвы. По завершении процесса обеззараживания в воде остается большой избыток хлора и возникает необходимость дехлорирования. С этой целью в воду добавляют гипосульфит натрия или фильтруют воду через слой активированного угля.

Перехлорирование применяется преимущественно в экспедициях и военных условиях.

К недостаткам метода хлорирования следует отнести:

А) сложность транспортировки и хранения жидкого хлора и его токсичность;

Б) продолжительное время контакта воды с хлором и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами;

В) образование в воде хлорорганических соединений и диоксинов, небезразличных для организма;

Г) изменение органолептических свойств воды.

И, тем не менее, высокая эффективность делает метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания воды.

В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяющих химического состава воды, обратили внимание на озон. Впервые эксперименты с определением бактерицидных свойств озона были проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге.

В настоящее время метод озонирования воды является одним из самых перспективных и уже находит применение во многих странах мира - Франции, США т.д. У нас озонируют воду в Москве, Ярославле, Челябинске, на Украине (Киев, Днепропетровск, Запорожье и др.).

Озон (О3) - газ бледно-фиолетового цвета с характерным запахом. Молекула озона легко отщепляет атом кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются короткоживущие свободные радикалы НО2 и ОН. Атомарный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окислителями, обусловливают бактерицидные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов.

Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Установка для озонирования воды объединяет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным простейшим - дизентерийной амебе, лямблиям и др.

Широкое внедрение озонирования в практику обеззараживания воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса получения озона и несовершенством аппаратуры.

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривалось как средство для обеззараживания преимущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает выраженным бактериостатическим действием. Даже при введении в воду незначительного количества ионов микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Концентрации серебра, способные вызвать гибель большинства микроорганизмов, при длительном употреблении воды токсичны для человека. Поэтому серебро в основном применяется для консервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т.д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содержащие хлор.

Аквасепт - таблетки, содержащие 4 мг активного хлора мононатриевой соли дихлори-зоциануровой кислоты. Растворяется в воде в течение 2-3 мин, подкисляет воду и тем самым улучшает процесс обеззараживания.

Пантоцид - препарат из группы органических хлораминов, растворимость - 15-30 мин., выделяет 3 мг активного хлора.

К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами и др.

Преимущество физических методов обеззараживания перед химическими состоит в том, что они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводных конструкциях применяется только ультрафиолетовое облучение, а при местном водоснабжении - кипячение.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Это было установлено еще в конце прошлого века А.Н. Маклановым. Максимально эффективен участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 275 нм. Максимум бактерицидного действия приходится на лучи с длиной волны 260 нм. Механизм бактерицидного действия УФ-облучения в настоящее время объясняют разрывом связей в энзимных системах бактериальной клетки, вызывающим нарушение микроструктуры и метаболизма клетки, приводящим к ее гибели. Динамика отмирания микрофлоры зависит от дозы и исходного содержания микроорганизмов. На эффективность обеззараживания оказывают влияние степень мутности, цветности воды и ее солевой состав. Необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды УФ-лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание.

Преимущества ультрафиолетового облучения в том, что УФ-лучи не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия: уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов.

Ультразвук применяют для обеззараживания бытовых сточных вод, т.к. он эффективен в отношении всех видов микроорганизмов, в том числе и спор бацилл. Его эффективность не зависит от мутности и его применение не приводит к пенообразованию, которое часто имеет место при обеззараживании бытовых стоков.

Гамма-излучение очень эффективный метод. Эффект мгновенный. Уничтожение всех видов микроорганизмов, однако в практике водопроводов пока не находит применения.

Кипячение является простым и надежным методом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 80°С уже через 20-40 с, поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5-минутном кипячении есть полная гарантия безопасности, даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл.

Тару, в которой хранится кипяченая вода, необходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное размножение микроорганизмов.

Качество употребляемой современным человеком воды часто оставляет желать лучшего. Плохая жидкость, которую мы пьем и на которой готовим – это прямой путь к различным заболеваниям, в чем нет ничего хорошего. Как быть? Варианты улучшения качества воды доступны разные.

Во-первых, это дистилляция. Принцип получения очищенной жидкости состоит в перегонке через аппарат наподобие самогонного — водичка кипит, испаряется, охлаждается и снова превращается в обычную. Долго такую воду использовать не рекомендуется, поскольку она вымывает полезные вещества. Самостоятельно делать дистиллят достаточно хлопотно, зато, говорят, на нем отлично проводить разгрузочные дни – организм чистится очень качественно.

Во-вторых, можно использовать воду из скважин. Главное убедиться, что в жидкости не содержится вредных веществ, особенно удобрений, средств, направленных на борьбу с вредителями. В идеале еще нужно провести лабораторную оценку воды – стопроцентно чистую жидкость сегодня встретить невозможно, и что за химия идет в вашем случае, показать может только опытный способ.

Третий способ, используемый для улучшения показателей жидкости – это отстаивание. В ходе отстаивания эффективно «уходят» (то есть отстаиваются, выпадают в осадок) тяжелые фракции и Д2О, не полностью, но все же достаточно хорошо выветривается хлор. Что неплохо в отстаивании – так это его простота и дешевизна, что значительно хуже – сомнительное удобство, длительные сроки ожидания, малое количество воды.

Следующая методика, направленная на улучшение качественных показателей водных ресурсов — настаивание на камнях, содержащих кремень. Речь идет непосредственно про кремень, а также халцедон, аметист, горный хрусталь, агат – их особый состав позволяет не только удалять вредные примеси, но и придавать воде ряд гомеопатических свойств. Кстати, кремниевая вода эффективно усиливает действие настоев на целебных травах. Обратите внимание – камни лучше брать помельче, поскольку у них выше площадь соприкосновения. При постоянном использовании камни следует вымачивать в соляном растворе и ни в коем случае не мыть под водой, температура которой выше 40° С. Процесс настаивания занимает около недели, лучше всего брать для этих целей стеклянную посуду, хотя эмалированные кастрюли тоже подойдут. Нижний слой настоянной воды использовать не рекомендуется. Полученную жидкость кипятить не нужно – она уже пригодна для питья и готовки. Насыщенная кремнием вода положительно воздействует на печень и почки, улучшает обменные процессы, может использоваться для похудения.

Еще одним достаточно распространенным «доморощенным» способом улучшения качеств воды является ее оттаивание. Талая жидкость заметно улучшает работу органов и систем, состав крови и лимфы. Она полезна при тромбофлебитах, повышенном уровне холестерина, при геморрое, проблемах с метаболизмом.
Очистка кислотой, кипячением, активированным углем, серебром – это все тоже работающие методики, которые вы можете использовать по своему усмотрению.

Наиболее эффективными в работе и при этом простыми в использовании являются специальные фильтры и очистные системы. Подобрать оптимальное решение вам поможет профессиональный консультант.