ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ «ВОДООЧИСТКА»

Нормативы качества воды различных источников — предельно-допустимые концентрации (ПДК), ориентировочно-допустимые уровни (ОДУ) и ориентировочно-безопасные уровни воздействия (ОБУВ) — содержатся в норматив­но-технической литературе, составляющей водно-санитарное законодательство.

По нормативам качества, определяющим наличие и допустимые концентрации примесей, воды различают:

• питьевую;
• природные воды (водоемы хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбо-хозяйственного назначения);
• сточные воды (нормативно-очищенные, стоки неизвестного происхождения, ливневые).

2.1. Температура

В условиях теплового загрязнения значительно изменяются кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения водоема, изменяется интенсивность фотосинтеза и др. В результате этого нарушается, часто необратимо, природный баланс водоема, складываются особые экологические условия, негативно сказывающиеся на животном и растительном сообществе.

Специалисты установили: чтобы не допустить необратимых нарушений экологического равновесия, температу­ра воды в водоеме летом в результате спуска загрязненных (теплых) вод не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого года за последние 10 лет.

2.2. Органолептические показатели

Любое знакомство со свойствами воды начинается с определения органолептических показателей, т.е. таких, для определения которых мы пользуемся нашими органами чувств (зрением, обонянием, вкусом). Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды. К органолептическим характеристи­кам относятся: мутность, цветность, запах, вкус, привкус.

• Цветность

Цветность — естественное свойство природной воды, обусловленное присутствием гуминовых веществ и ком­плексных соединений железа. Цветность воды может определяться свойствами и структурой дна водоема, харак­тером водной растительности, прилегающих к водоему почв, наличием в водосборном бассейне болот и торфяни­ков, и др.

Цветность — выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски ис­пытуемой воды с эталонами.

• Запах

Запах определяют при нормальной (20 °С) и при повышенной (60 °С) температуре воды.

Запах подразделяют на две группы:

1. I. естественного происхождения (от живущих и отмерших организмов, от влияния почв, водной растительности и т.п.);
2. II. искусственного происхождения. Такие запахи обычно значительно изменяются при обработке воды. Интенсивность запаха оценивают по 6-балльной шкале ГОСТ 3351-74*   — табл. 2.1.

Таблица 2.1. Характеристика вод по интенсивности запаха

Интенсивность запаха (баллы)	Характер проявления запаха	Описательные определения
0	Запаха нет	Отсутствие ощутимого запаха
1	Очень слабый	Запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый опытным исследователем
2	Слабый	Запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый им, если указать на него
3	Заметный	Запах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относиться к воде с неодобрением
4	Отчетливый	Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду неприятной для питья
5	Очень сильный	Запах сильный настолько, что делает воду непригодной для питья

Для питьевой воды допускается запах не более 2 баллов.

• Мутность и прозрачность

Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей — нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения. В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0-40 НЕФ (NTU), например, для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измерение единиц мутности по формазину (ЕМФ). Пределы из­мерений — 40-400 ЕМФ.

Мутность воды обусловливает и некоторые другие характеристики воды, такие как:

• наличие осадка, который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, очень большим;
• взвешенные вещества или грубодисперсные примеси.

Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и их опреде­ление затруднительно, пользуются показателем «прозрачность». Мера прозрачности — высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или разли­чать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в санти­метрах (табл. 2.2.).

Таблица 2.2. Характеристика вод по прозрачности

Прозрачность	Единица измерения, см
Прозрачная	Более 30
Маломутная	Более 25 до 30
Средней мутности	Более 20 до 25
Мутная	Более 10 до 20
Очень мутная	Менее 10

• Вкус и привкус

Различают 4 основных вкуса: соленый, кислый, горький, сладкий. Остальные вкусовые ощущения считаются привкусами (солоноватый, горьковатый, металлический, хлорный и т.п.).

Интенсивность вкуса и привкуса оценивают по 6-балльной шкале ГОСТ 3351-74* — табл. 2.3.

Таблица 2.3. Характеристика вод по интенсивности вкуса

 

2.3. Водородный показатель (рН)

Величина рН воды — один из важнейших показателей качества вод для определение стабильности воды, ее накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходя­щих в природных водах.

Вода хотя и весьма незначительно диссоциирует на ионы водорода Н⁺ и гидроксида ОН^— по уравнению:

Н₂О = Н⁺ + ОН^—

Произведение концентраций этих ионов, являющееся при данной температуре постоянной величиной, называ­ется ионным произведением воды — К_w.

К_w = (Н⁺) (ОН^— ) = 10^-14

Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение гидроксид-ионов и нао­борот.

Для нейтральной среды [Н⁺]=[ОН^—]= VI0^-14 = 10^-7 моль/л.

Для оценки кислотности и щелочности среды удобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а во­дородным показателем рН. Он равен десятичному логарифму концентраций водородных ионов, взятому с обрат­ным знаком.

pН = -lg[Н⁺]

Если в воде растворено какое-либо вещество, которое само источник ионов Н⁺ и ОН^— (н-р: кислоты НСl, Н₂S0₄, НNO₃ и др.; щелочи: NaОН, КаОН, Са(ОН)₂ и др.), то концентрация ионов Н⁺ и ОН^— не будут равны, но их про­изведение К_w будет постоянно.

Измерение рН при контроле качества природной и питьевой воды проводится практически повсеместно.

2.4. Общая жесткость

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са²⁺), магния (Мg²⁺), стронция (Sr²⁺), бария (Ва²⁺), железа (Fе³⁺), марганца (Мn²⁺). В поверхностных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов в заметных концентрациях присутствуют практически исключительно кальций и магний. Поэтому под жесткостью по­нимают сумму количеств ионов кальция и магния — общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Величина жесткости воды может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года, погодных условий. Общая жесткость воды в озерах и реках тун­дры, например, составляет 0,1-0,2 ммоль/л, а в морях, океанах, подземных водах достигает 80-100 ммоль/л и даже больше (н-р: Мертвое море).

• При жесткости до 4 ммоль/л вода считается мягкой;
• от 4 до 8 ммоль/л — средней жесткости;
• от 8 до 12 ммоль/л – жесткой;
• более 12 ммоль/л — очень жесткой.

Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды из источников централизованного водоснабжения составляет 7 ммоль/л.

2.5. Щелочность и кислотность

Щелочность природных вод в силу их контакта с атмосферным воздухом и известняками, обусловлена, глав­ным образом, содержанием в них гидрокарбонатов и карбонатов, которые вносят значительный вклад в минерали­зацию воды. Их содержание в воде обусловлено процессами растворения углекислого газа, взаимодействия воды с находящимися в прилегающих грунтах известняками и протекающими в воде жизненными процессами дыхания всех водных организмов.

Щелочность пробы воды измеряется в ммоль/л и определяется количеством сильной кислоты (обычно исполь­зуют соляную кислоту), израсходованной на нейтрализацию раствора.

Естественная кислотность воды обусловлена содержанием слабых органических кислот природного происхождения (например, гуминовых кислот). Кислотность воды определяют в основном при анализе сточных и технологических вод.

2.6. Сульфаты

Сульфаты в питьевой воде не оказывают токсического эффекта для человека, однако, ухудшают вкус воды: ощущение вкуса сульфатов возникает при их концентрации 250-400 мг/л. Сульфаты могут вызывать отложение ос­адков в трубопроводах при смешении двух вод с разным минеральным составом, например, сульфатных и кальци­евых (в осадок выпадает СаS0₄).

ПДК для питьевой воды по сульфатам — 500 мг/л.

2.7.Хлориды

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах. Если в воде присутству­ет хлорид натрия, она имеет соленый вкус уже при концентрациях 250 мг/л; в случае хлоридов кальция и магния соленость воды возникает при концентрациях свыше 1000 мг/л.

ПДК для питьевой воды по хлоридам 350 мг/л.

Высокие концентрации хлоридов в питьевой воде не оказывают токсических эффектов на людей, хотя соленые воды очень коррозионно активны, пагубно влияют на рост растений, вызывают засоление почв.

2.8. Биохимическое потребление кислорода (БПК)

БПК — показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ. При­родными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и жи­вотного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ.

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. Таким образом, в процес­се биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации кислорода, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ.

Величина БПК увеличивается со временем, достигая некоторого максимального значения — БПК_полн. Обычно опреде­ляют БПК за 5 суток инкубации (БПК₅). Динамика биохимического потребления кислорода при окислении органи­ческих веществ в воде приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Динамика биохимического потребления кислорода:

• а — легкоокисляющиеся («биологически мягкие») вещества — сахара, формальдегид, спирты, фенолы и т.п.;
• b — нормально окисляющиеся вещества — нафтолы, крезолы, анионогенные ПАВ, сульфанол и т.п.;
• с — тяжело окисляющиеся («биологически жесткие») вещества — неионогенные ПАВ, гидрохинон и т.п.

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации (окисление азотсодержащих соединений нитрофицирующими бактериями), искажающий характер потребления кислорода.

2.9. Растворенный кислород

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями, т.е. в результате физико-химических и биохимических про­цессов. Содержание растворенного кислорода (РК) зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может ко­лебаться от 0 до 14 мг/л и подвержено значительным сезонным и суточным колебаниям. ПДК растворенного в во­де кислорода для рыбохозяйственных водоемов — 6 мг/л (для ценных пород рыбы), 4 мг/л (для остальных пород).

2.10. Биогенные элементы

Вопросы контроля качества воды внесли в понятие биогенных элементов широкий смысл: к ним относят соеди­нения (точнее, компоненты воды), которые, во-первых, являются продуктами жизнедеятельности различных орга­низмов; во-вторых, являются «строительным материалом» для живых организмов. В первую очередь к ним отно­сятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.). Соединения серы интересны в этой связи, в меньшей степени, так как сульфаты уже рассматривали в аспекте компонента минерального состава воды, а сульфиды и гидросульфиты, если присутствуют в природных водах, то в очень малых концентрациях, и мо­гут быть обнаружены по запаху.

• Нитраты и нитриты

Нитраты являются солями азотной кислоты. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индика­тором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельско­хозяйственных, промышленных). Питьевая вода и продукты питания, содержащие повышенное количество нитра­тов, могут вызывать заболевания, и в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия). Вместе с тем, растения не так чувствительны к увеличению содержания в воде азота, как фосфора.

Нитритами называются соли азотистой кислоты. Нитрит-анионы являются промежуточными продуктами биоло­гического разложения азотсодержащих органических соединений. Благодаря способности превращаться в нитра­ты, нитриты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах.

• Фосфаты и общий фосфор

Фосфор является необходимым элементом для жизни, однако его избыток приводит к ускоренной эвтрофикации водоемов. Большие количества фосфора могут попадать в водоемы в результате естественных и антропогенных процессов — поверхностной эрозии почв, неправильного или избыточного применения минеральных удобрений и др.

• Аммоний

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах.

Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, кро­ме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутствуют в нечистотах (фекалиях). По этим при­чинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяй­ственно-фекальных загрязнений.

• Фтор (фториды)

Фтор в виде фторидов может содержаться в природных и грунтовых водах. Избыток фтора в организме вызы­вают разрушение зубной эмали, осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обме­на. По этим причинам определение фтора в питьевой воде, а также грунтовых водах (например, воде колодцев и артезианских скважин) и воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения, является очень важным.

2.11. Металлы

Железо общее

Железо — один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть мак­роэлементом.

В природной воде железо содержится в виде соединений, в которых железо может быть двухвалентным или трехвалентным. В свою очередь, соединения железа могут образовывать истинные или коллоидные растворы. На воздухе железо двухвалентное быстро окисляется до железа трехвалентного, растворы которого имеют бурую окраску.

Таким образом, поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах, точные резуль­таты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого «об­щего железа», хотя иногда возникает необходимость определить железо в его индивидуальных формах.

ПДК общего железа в питьевой воде составляет 0,3 мг/л.

Тяжелые металлы

Говоря о повышенной концентрации в воде металлов, как правило, подразумевают ее загрязнение тяжелыми металлами. Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Н.Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см³, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к соб­ственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец.

Медь содержится в организме человека, главным образом, в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения. Отравление соединениями меди могут приводить к расстройствам нервной системы, нарушению функций печени и почек и др.

Цинк входит с состав некоторых ферментов. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астмоподобных явлениях и др.

Кадмий Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма — органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы.

Ртуть относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей. Со­единения ртути вызывают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, сердца, сосудов, наруше­ния в иммунобиологическом состоянии организма и другие.

Свинец Соединения свинца — яды, действующие на все живое, но вызывающие изменения особенно в нервной системе, крови и сосудах. Для всех соединений свинца характерно кумулятивное действие.

2.12. Интегральная и комплексная оценка качества воды

Каждый из показателей качества воды в отдельности, хотя и несет информацию о качестве воды, все же не мо­жет служить мерой качества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показателей. Вместе с тем, резуль­татом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчи­тана сумма приведенных концентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентраций к ПДК. Крите­рием качества воды при использовании правила интеграции является выполнение неравенства:

где Cфi и ПДКi  — фактическая концентрация в воде и ПДК для i-го компонента.

При наличии результатов анализов по достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества опре­деляются по гидрохимическому индексу загрязнения воды (ИЗВ):

где Ci— фактическая средняя концентрация i-й примеси за контролируемый период, мг/л;

ПДКi — предел допускаемой концентрации i-й примеси, мг/л;

N — количество примесей;

должны анализироваться не менее 7 примесей, которые в данном водоисточнике счита­ются наиболее значимыми по санитарно-токсикологическому признаку.

В числе 7 показателей обязательно нужно указывать: значения растворенного кислорода, рН и БПК₅.

Таблица 2.4. Оценка качества воды по ИЗВ

 

В соответствии с требованиями нормативных документов (СанПиН 2.1.4.1074-01), питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприят­ные органолептические свойства. Вещества, в зависимости от их состава и характера действия, нормируются по ли­митирующему показателю вредности (ЛПВ), под которым понимают наибольшее отрицательное влияние, оказы­ваемое данными веществами.

Нормативы контроля качества вод

Безопасность воды в эпидемическом отношении определяется общим числом микроорганизмов и числом бак­терий группы кишечных палочек. По микробиологическим показателям питьевая вода должна соответствовать тре­бованиям, указанным в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Наименование	СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.689-98 с доп. №1,2,3	Директива Совета Европейского Союза 98/83/ЕС от 03.11.1998г.
Термотолерантные колиформные бактерии, число бактерий в 100 мл	Отсутствие	Escherichia coli (Е-coli)**;Enterococci.Отсутствие
Общие колиформные бактерии, число бактерий в 100 мл	Отсутствие	Отсутствие (для воды в емкостях — 0/250 мл)
Общее микробное число, число образующих колоний бактерий в 1 мл (подсчет колоний при 22 °С)	Не более 50,0	Энтерококки — отсутствие ** в 100 мл.Без аномальных изменений *
Колифаги, число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	Отсутствие
Споры сульфитредуцирующих клостридий, число спор в 20 мл	Отсутствие	Отсутствие в 100 мл
Цисты лямблий, число цист в 50 л	Отсутствие	—

*Индикаторные параметры качества воды (здесь и далее для таблиц 3.2, 3.3, 3.4). Только в целях мониторинга го­сударства — члены ЕС на своей территории или ее части могут устанавливать дополнительные параметры, но вве­дение этих дополнительных параметров не должно ухудшать здоровье людей.

**Обязательные параметры.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по:

• обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ наиболее часто встречающихся в природ­ных водах РФ, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (табли­ца 3.2.);
• по содержанию вредных веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе во­доснабжения (таблица 4.З.).

Таблица 3.2.

Наименование	СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.689-98 с доп. №1,2,3	Директива Совета Европейского Союза 98/83/ЕС от 03.11.1998г.	ВОЗ. Руководство по контролю качества питьевой воды. 1994г.
Водородный показатель (рН)	6,0-9,0	не менее 4,5 ед.*	6,5-8,5
		(6,5-9,5 ед. для буты­-
		лей и контейнеров)	—
Общая минерализация	1000	Проводимость*
(сухой остаток), мг/л		2500 мкСм/см при 20 °С
		(вода не должна быть
		агрессивной)	—
Жесткость общая, ммоль/л	7,0	—	—
Окисляемость	5,0	5,0 (не измерять, если есть
перманганатная, мгО/л		анализ ООУ)*	—
Нефтепродукты (суммарно), мг/л	0,10	—	—
Поверхностно-активные вещества
(ПАВ), анионоактивные, мг/л	0,50	—	—
Фенольный индекс, мг/л	0,25	—	—
Алюминий (Аl3+), мг/л	0,50	0,20*	0,20
Барий (Ва2+), мг/л	0,10	—	0,70
Бериллий (Ве2+), мг/л	0,0002	—	—
Бор (В, суммарно), мг/л	0,50	1,0**	0,50
Железо (Fе, суммарно), мг/л	0,30	0,20 *	0,30
Кадмий (Сd, суммарно), мг/л	0,001	0,005 **	0,003
Марганец (Мn, суммарно), мг/л	0,1	0,05*	0,50 (0,1)
Медь (Сu, суммарно), мг/л	1,0	2,0 (нед.)**	2,0 (1,0)
Молибден (Мо, суммарно), мг/л	0,25	—	0,07
Мышьяк (Аs, суммарно), мг/л	0,05	0,01**	0,01
Никель (Ni, суммарно), мг/л	0,10	0,02 (нед.)**	0,02
Нитраты (по N03-), мг/л	45,0	50,0**	50,0
Нитриты (по N02-), мг/л	3,0	0,5**	3,0
Ртуть (Нg, суммарно), мг/л	0,0005	0,0010**	0,0010
Свинец (Рb, суммарно), мг/л	0,03	0,01 (нед.)**	0,010
Селен (Sе, суммарно), мг/л	0,01	0,01**	0,01
Стронций (Sr2+), мг/л	7,0	—	—
Сульфаты (S042—), мг/л	500,0	250,0*	250,0
Фториды (F—), мг/л,
для климатических
районов России: I и IIIII	1,51 9	1,5**	1,5
IIIIV	1,20,7
Хлориды (Сl—), мг/л	350,0	250 (вода не	250,0
		должна быть агрессивной)*
Хром (Сr6+), мг/л	0,05	0,05**	0,05
(Сr3+), мг/л	0,50	—
Цианиды (СN—), мг/л	0,035	0,05**	0,07
Цинк (Zn2+), мг/л	1,0	5,0	3,0
ДДТ (сумма изомеров), мг/л	0,002	—	0,002
Бенз(а)пирен, мг/л	0,000-0,005	0,000010**	0,00070
Аммиак (по N), мг/л	2,0	0,50 (по NH4—)	1,5 (по NH4—)
Пестициды, мг/л	—	0,0001**	—
Бензол, мг/л	0,01	0,001**	0,0007
Тригалометаны	—	0,10**
Четыреххлористый углерод
(тетрахлорметан), мг/л	0,006	—	—
Радиоактивность:
тритий, Бк/л	—	100*	—
общая индикационная	—	0,10	—
доза, мЗ в/г.
общая α — радиоактивность, Бк/л	0,1	—	0,1
общая β — радиоактивность, Бк/л	1,0	—	1,0

Таблица 3.3.

Наименование	СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.689-98 с доп. №1,2,3	Директива Совета Европейского Союза 98/83/ЕС от 03.11.1998г.	ВОЗ. Руководство по контролю качества питьевой воды. 1994г.
Хлор, мг/лостаточный свободный
остаточный свободныйостаточный связанный	В пределах 0,3-0,5В пределах 0,8-1,2	—	0,6-1,0(5,0)
Хлороформ (при хлорировании воды), (трихлорметан), мг/л	0,2	—	0,2
Озон остаточный, мг/л	0,3	—	—
Формальдегид (при озонировании воды) (метаналь), мг/л	0,05	—	—
Полиакриламид, мг/л	2,0	—	—
Акриламид, мг/л	0,01	0,0001**	0,0005
Активированная кремнекислота (по Si), мг/л	10,0	—	—
Полифосфаты (по РО43-), мг/л	3,5	—	—
Остаточные количества алюминий- и железосо-держащих коагулянтов, мг/л алюминий (Al3+)железо (Fe)	0,50                                     -0,30                                     —		—

Благоприятные органолептические свойства воды определяются ее соответствием нормативам, указанным в табли­це 3.4., а также нормативам содержания веществ, оказывающих влияние на органолептические свойства воды, при­веденные в таблицах 3.2. и 3.3.

Таблица 3.4.

 

Мощность котлов, гарантированная их производителями, зависит, среди прочих причин, и от соблюдения требова­ний к качеству воды. Из-за неудовлетворительной обработки питательной воды для котлов резко возрастают из­держки производства. Когда возникают неполадки или же поступают рекламации от соответствующих служб по по­воду котельного камня и коррозии, тогда становится понятным, что «дешевая» водоподготовка была ошибочным ре­шением.

Требования к качеству питательной воды:

• предотвращение возможных отложений на теплопередающих поверхностях (экономия энергии, защита котла от перегрузок и разрушений);
• устранение коррозии в системе (включая конденсатопроводы). Минимизация затрат на ремонт техники;
• обеспечение безаварийной эксплуатации котельного оборудования и качества пара, соответствующего требо­ваниям к нему со стороны потребителей (максимально возможная экономичность работы).

Таблица 4.1. Нормативы качества сетевой и подпиточной воды для водогрейных котлов по РД 031.120-91

* — Значения указаны в последовательности: для котлов на твердом, жидком и газообразном топливе

Таблица 4.2. Нормы качества питательной воды для паровых газотрубных котлов ПО ГОСТ 20995-75

Методы водоподготовки должны выбираться при сопоставлении состава исходной воды и ее качества, регламен­тированного нормативными документами или определенного потребителем воды. После предварительного подбора методов очистки воды анализируются возможности и условия их применения, исходящие из поставленной задачи.Чаще всего результат достигается поэтапным осуществлением нескольких методов. Таким образом, важными являются как выбор собственно методов обработки воды, так и их последовательность.

Методов водоподготовки — около 40. Здесь кратко рассмотрены только наиболее часто применяемые.

5.1. Осветление воды фильтрованием

Фильтрование является важнейшим этапом приготовления воды и применяется для самых различных целей. При подготовке питьевой воды, подаваемой из общественных водопроводных сетей, как правило, применяется тонкое фильтрование с использованием сетчатых фильтров с промывкой или картриджных фильтров. В технике подготовки вода из индивидуальных или поверхностных источников водоснабжения наиболее широко применяют скорые напор­ные фильтры. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации применяется кварцевый пе­сок, антрацит, активированный уголь, доломит, керамзит и др. Высота фильтрующего слоя в напорных фильтрах определяется качеством исходной воды и крупностью фильтрующего материала. Скорость фильтрования зависит от качества исходной воды, природы фильтровального материала и находится в пределах от 5 до 15 м/ч.

Для восстановления фильтрующей способности загрузки, как правило, применяется обратная промывка током во­ды или водо-воздушной смесью. Объем поступающей противотоком промывной воды обеспечивает удаление налип­ших загрязнений, воздух усиливает отмывку зерен загрузки от загрязнений. Скорость промывки составляет — до 60 м/ч.

5.2. Обезжелезивание

Решение проблемы удаления железа из воды представляется довольно сложной и комплексной, в связи с этим вряд ли возможно установить какие-либо универсальные правила очистки.

Типичная картина, которая наблюдается при подъеме железистой воды из скважины, такова: вначале вода, вы­качанная из скважины, абсолютно прозрачна и кажется чистой, но проходит несколько десятков минут и вода мут­неет, приобретая специфический желтоватый цвет. Через несколько часов муть начинает оседать, образуя рыхлый осадок. Процесс осаждения может длиться несколько дней. Скорость осаждения зависит от температуры и соста­ва воды. Наличие железа можно определить и на вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характер­ный неприятный металлический привкус. Игнорирование проблемы железа в воде оканчивается плохо и стоит до­рого: потеря «белизны» ванн, отказ импортной бытовой техники, систем отопления и нагрева воды. В системе го­рячего водоснабжения проблемы, обусловленные повышенным содержанием железа, многократно возрастают. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забива­ет теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение.

Российские санитарные нормы ограничивают концентрацию железа в воде для хозяйственно-питьевых нужд в пределах 0,3 мг/л. В подземной же воде она колеблется в пределах от 0,5 до 50 мг/л. В Центральном регионе, вклю­чая Подмосковье, — от 0,5 до 10 мг/л, наиболее часто 3-5 мг/л.

В соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84* метод обезжелезивания воды, расчетные параметры и дозы реагентов следует принимать на основе результатов технологических изысканий, выполненных непосредственно у источника водоснабжения.

Все многообразие методов, применяемых в технологии обезжелезивания воды, можно свести к двум ос­новным типам — реагентные и безреагентные. Обезжелезивание поверхностных вод можно осуществлять лишь реагентными методами. Обезжелезивание подземных вод осуществляют фильтрованием в сочетании с одним из спо­собов предварительной обработки воды:

• упрощенная аэрация;
• аэрация на специальных устройствах;
• коагуляция и осветление;
• введение таких реагентов-окислителей, как хлор, гипохлорит натрия или кальция, озон, перманганат калия.

Метод упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и раство­ренный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа. Эта пленка, являясь катализатором окисления поступающего в загрузку железа (II), активно интенсифицирует процесс окисления и выделения же­леза из воды. Пленка представляет собой очень сильный адсорбент губчатой структуры. В самом начале про­цесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, адсорб­ция соединений железа на ее поверхности происходит в мономолекулярном слое. После образования мономо­лекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, уси­ливается, вследствие того, что образовавшийся монослой химически более активен, чем чистая поверхность загрузки (песка).

Описанный метод допустим при следующих количественных показателях воды:

• общее содержание железа — до 10 мг/л (в том числе, двухвалентного железа — не менее 70 %);
• значение рН — не менее 6,8;
• щелочность общая — не более (1+ Fе²⁺ /28) ммоль/л;
• содержание сероводорода — не более 2 мг/л;
• перманганатная окисляемость — не более (0,15 • Fе²⁺ +3) мгО/л.
• содержание аммонийных солей (по NH₄) — не более 1 мг/л;
• содержание сульфидов (по H₂S) — не более 0,2 мг/л.

Введение реагентов-окислителей

Обработка гипохлоритом натрия (NaClO)

Обработка воды гипохлоритом натрия применяют как на больших станциях водоподготовки, так и на небольших объектах, в том числе и в частных домах.

Окисление двухвалентного железа происходит в соответствии со следующим уравнением:

2 Fе(НСОз)₂ + NaClO + Н₂О = 2 Fе(ОН)з + 4 СО₂ + NaClO

При расчете дозы гипохлорита натрия на обезжелезивание нужно обязательно учитывать его расход на деманганацию, удаление сероводорода (если марганец и сероводород присутствуют в обрабатываемой воде) и, ког­да это требуется, обеззараживание.

В процессе окисления железа гипохлоритом натрия не происходит подкисления воды, а это очень важно для процесса фильтрации. Кроме того, раствор гипохлорита натрия (как товарный, так и электрохимический) — щелоч­ной, что благоприятно для фильтрования.

Обработка воды перманганатом калия

Метод окисления двухвалентного железа используется путем введения в исходную воду перед фильтрами ра­створа перманганата калия КМn0₄. Последний может также вводиться в сочетании с гипохлоритом натрия с целью обработки сложных вод и экономии перманганата калия — достаточно дорогостоящего окислителя.

Обработка воды озоном

Один из перспективных методов окисления железа — озонирование. Озон (Оз) — один из самых сильных оки­слителей. Одновременно с обеззараживанием идут процессы окисления двухвалентных железа и марганца, обес­цвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение органолептических свойств.

Фильтрование с применением каталитических загрузок

Фильтрование с применением каталитических загрузок — наиболее распространенный метод удаления железа и марганца, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Это обусловлено как коммерческими аспектами, так и высокой технологичностью процессов. Каталитические наполнители — природные материалы, со­держащие диоксид марганца или загрузки, в которые диоксид марганца введен при соответствующей обработке:

• дробленый пиролюзит, «черный песок», сульфоуголь и МЖФ (отечественные загрузки);
• Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ (зарубежные наполнители);

Эти фильтрующие «засыпки» отличаются друг от друга как своими физическими характеристиками, так и со­держанием диоксида марганца и поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений характеризующих воду параметров.

Механизм действия основан на способности соединений марганца сравнительно легко изменять валентное со­стояние. Двухвалентное железо в исходной воде окисляется высшими оксидами марганца. Последние восстанавли­ваются до низших ступеней окисления, а далее вновь окисляются до высших оксидов растворенным кислородом и перманганатом калия:

4 Fе(НС0з)₂ + 3 МnО₂ + 2 Н₂О = 4 Fе(ОН)₃ + Мn₂Оз + МnО + 8СО₂;

3 МnО + 2 КМn0₄ + Н₂О = 5 МnО₂ + 2 КОН;

3 Мn₂Оз + 2 КМn0₄ + Н₂О = 8 МnО₂ + 2 КОН.

Впоследствии большая часть окисленного и задержанного на фильтрующем материале железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора служит одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители.

При проведении процесса следует иметь в виду, что для эффективного окисления соединений железа (и мар­ганца) необходимо как наличие катализатора, который только ускоряет процесс, так и реагента-окислителя. В роли последнего может выступать растворенный кислород, высшие соединения марганца, хлор, гипохлорит. С этой точ­ки зрения разделение методов обезжелезивания (на реагентные и безреагентные) носит условный характер. В лю­бом случае в ходе реакции расходуется окислитель независимо от того, вводится он извне или входит в состав фильтрующей загрузки. В последнем случае следует определить ресурс загрузки, исходя из состава воды и ее рас­хода, а также обеспечить своевременную регенерацию или замену фильтрующего материала.

5.3. Деманганация воды

Деманганация воды — это удаление ионов марганца. Деманганация производится практически теми же метода­ми, что и обезжелезивание. Однако в большинстве случаев следует использовать сильные окислители, т. к. марга­нец чаще всего образует органические соединения. Если железо и марганец содержатся в сырой воде в очень боль­ших концентрациях, целесообразно осуществлять обработку воды в несколько стадий.

Известные в технологии улучшения качества воды методы ее деманганации можно классифицировать на безреагентные и реагентные; окислительные, сорбционные, ионообменные и биохимические.

К числу безреагентных методов удаления марганца из воды следует отнести: глубокую аэрацию с последующим отстаиванием (вариант) и фильтрованием на скорых осветительных фильтрах с сорбцией марганца на свежеобра­зованном гидрооксиде железа.

К числу реагентных методов деманганации воды, прежде всего, относятся окислительные с использованием хлора и его производных, озона, перманаганата калия, кислорода.

Обработка перманганатом калия

Наиболее эффективным и технологически простым методом удаления марганца из вод поверхностных и под­земных источников в настоящее время является обработка их перманганатом калия. Метод основан на способно­сти перманганата калия окислять содержащийся в воде марганец (II) с образованием малорастворимого оксида марганца:

ЗМn²⁺ + 2Мn0₄ + 2Н₂О = 5Мn0₂ + 4Н⁺

При обработке воды перманганатом калия снижение привкусов и запахов происходит также вследствие частич­ной сорбции органических соединений образующимся мелкодисперсным хлопьевидным осадком оксида марганца. Применение перманганата калия дает возможность удалить из воды как марганец, так и железо независимо от форм их содержания в воде.

Использование катализаторов окисления марганца

Установлено, что предварительно осаженные на поверхности зерен фильтрующей загрузки оксиды марганца оказывают каталитическое влияние на процесс окисления иона марганца (II) растворенным в воде кислородом. При фильтровании аэрированной и подщелоченной (при низких рН) воды, содержащей марганец, через песчаную за­грузку по прошествии некоторого времени на поверхности зерен песка образуется слой, состоящий из гидроксида марганца Мn(0Н)₄, который адсорбирует положительно заряженные ионы марганца (II). Гидролизируясь, эти ионы реагируют с осадком Мn(ОН)₄, образуя хорошо окисляемый полутораоксид Мn₂Оз, по реакциям:

Мn(ОН)₄ + Мn(ОН)₂ = Мn₂Оз + ЗН₂О

2Мn₂Оз + О₂ + 8Н₂О = Мn(0Н)₄

Таким образом, в результате снова образуется гидроксид марганца (IV), который опять участвует в процессе оки­сления в качестве катализатора. Использование этого свойства оксидов марганца дало возможность применить в практике кондиционирования воды метод ее фильтрования через песок, зерна которого предварительно покрыты пленкой оксида марганца (так называемый «черный песок»). Для этого обычный кварцевый песок крупностью 0,5- 1,2 мм обрабатывают последовательно 0,5% -ым раствором хлорида марганца и перманганата калия.

Деманганация воды фильтрованием через модифицированную загрузку

Предыдущий метод фильтрования аэрированной воды через загрузку, обработанную оксидами марганца, име­ет ряд недостатков, заключающихся в следующем:

• постепенном измельчении частиц, образующих покрытие зерен загрузки, при работе фильтра и проскоке их в фильтрат;
• значительный расход перманганата калия.

Для исключения указанных недостатков был запатентован метод деманганации воды фильтрованием через мо­дифицированную загрузку, приготавливаемую последовательным пропуском снизу вверх через кварцевый песок растворов железного купороса и перманганата калия, что позволяет достичь экономии последнего. Для закрепле­ния образующей пленки из гидроксида железа и оксида марганца на зернах фильтрующей загрузки последнюю за­тем дополнительно обрабатывают тринатрийфосфатом или сульфитом натрия.

5.4. Умягчение воды

С жесткой водой сталкивается каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. В жесткой воде хуже пенит­ся стиральный порошок и мыло. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водо-растворимыми красками, в пивоварении, производстве водки, негативно влияет на стабильность майонезов и соусов. Чай и кофе тоже луч­ше заваривать мягкой водой.

Жесткость воды определяется суммарным содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Гидрокарботаны кальция и магния образуют карбонатную или временную жесткость воды, которая полностью устраняется при кипячении воды в течение часа. В процессе кипячения растворимые гидрокарбонаты переходят в нераствори­мые карбонаты, выпадающие в виде белого осадка или накипи, с выделением при этом углекислого газа. Соли же сильных кислот, например, сульфаты и хлориды кальция и магния — образуют некарбонатную или постоянную же­сткость, не изменяющуюся при нагревании воды.

Высокая гидрокарбонатная (временная) жесткость воды делает её непригодной для питания котлов и бой­леров. Стенки котлов постепенно покрываются слоем накипи. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15%, а слой толщиной 10 мм — снижает теплоотдачу уже на 50%. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии.

Распространено мнение, что жесткая вода — это плохая вода. В действительности ситуация с солями жесткости не так однозначна. Чрезмерная мягкость воды, с другой стороны, является одним из основных факторов, влияющих на её коррозионную активность. Коррозия ведет не только к утечкам в металлических трубопроводах, разрушению и поломке оборудования, но и к ухудшению химического и микробиологического состава воды в водопроводе.

В тех случаях, когда вода слишком жесткая и её необходимо умягчить, применяют следующие методы — терми­ческий, дистилляцию или вымораживание, реагентный, ионообменный, комбинированный, представляющий собой различные сочетания перечисленных методов.

Термический способ связан с нагревом воды, снижает только временную (карбонатную) жесткость. В бытовых условиях этот способ применяет каждая хозяйка, кипятя воду; в промышленности этот метод практически не при­меняют.

Реагентное умягчение воды производится за счет добавления в воду соды или гашеной извести. При этом ио­ны кальция и магния переходят в нерастворимые соединения, выпадающие в виде осадка. Реагентный метод хо­рош только для больших станций водоподготовки, поскольку связан с рядом специфических проблем: утилизации твердого осадка, необходимости точной дозировки химикатов и их правильной подачи в исходную воду.

Умягчение воды катионированием: наиболее широкое распространение получили установки умягчения воды с ионообменной смолой. Ионообменные смолы при контакте с водой поглощает ионы кальция и магния, отдавая вза­мен ионы натрия или водорода, называясь соответственно, Na — катионитовой и Н — катионитовой. Na — катионитовые загрузки регенерируются раствором поваренной соли (NaCl) или сернокислого натрия (Na₂S0₄). Н — катионитовые за­грузки регенерируют раствором серной (Н₂SO₄) или соляной (НСl) кислот.

При регенерации происходит обратный ионный обмен — ионы кальция и магния удаляются из катионита, кото­рый вновь насыщается ионами натрия или водорода. Частота регенерации рассчитывается исходя из жесткости ис­ходной воды, водопотребления и емкости катионита по отношению к солям жесткости.

Натрий-катионирование применяют для умягчения воды с содержанием не более: взвеси — 8 мг/л, цветностью — 30 град платиново-кобальтовой шкалы, солесодержания 1000 мг/л, окисляемостью перманганатной — 5 мгО/л. Жесткость воды снижается при параллельноточном одноступенчатом катионировании — до 0,05-1,0 ммоль/л, при двухступенчатом — до 0,005-0,02 ммоль/л. Показатель жесткости зависит от многих факторов, в том числе от скорости фильтрования, ис­ходной минерализации воды и т.д. По мере протекания воды через слой катионита, ранее заряженный ионами натрия, последние замещаются ионами кальция и магния, то есть катионит «истощается». Тогда его следует регенерировать. Ре­генерация Na — катионита достигается фильтрованием через него раствора хлорида натрия (поваренной соли).

Поваренную соль применяют для регенерации из-за ее доступности, дешевизны, а также вследствие того, что получают при этом хорошо растворимые соли СаСl₂ и МgСl₂ легко удаляемые с регенерационным раствором и отмывочной водой.

Метод умягчения, при котором подача фильтруемой воды и регенерирующего раствора осуществляется в про­тивоположных направлениях, называется противоточным катионированием. При таком способе фильтруемая вода соприкасается с наиболее полно отрегенерированными слоями катионита, благодаря чему обеспечивается более глубокое умягчение воды. При этом значительно снижается расход реагентов на регенерацию катионита без умень­шения глубины умягчения.

Водород-катионирование (Н — катионирование) основано на фильтровании воды через слой катионита, содержа­щего в качестве обменных ионов ион водорода. При Н — катионировании воды значительно снижается ее рН из-за ки­слот, образующихся в фильтрате. Н — катионирование чаще используют для удаления «временной» карбонатной же­сткости, т. е. происходит «декарбонизация» воды. Выделяющийся при Н — катионировании оксид углерода (IV) мож­но удалить дегазацией, и в растворе останутся минеральные кислоты в количествах, эквивалентных содержанию сульфатов и хлоридов в исходной воде. Некарбонатная жесткость — называемая также «остаточная» жесткость — при этом остается. Следовательно, пропорционально смешивая кислый фильтрат после Н — катионитовых фильтров со щелочным фильтратом после Na -катионитовых фильтров, можно получить умягченную воду с различной щелоч­ностью. В этом заключается сущность и преимущество Н – Na — катионитового метода умягчения воды. Применяют па­раллельное, последовательное и смешанное (совместное) Н — Na — катионирование.

Выбор метода умягчения воды определяется ее качеством, необходимой глубиной умягчения и технико-эконо- мическими соображениями. В соответствии с рекомендациями СНиП при умягчении подземных вод следует приме­нять ионообменные методы; при умягчении поверхностных вод, когда одновременно требуется и осветление воды — известковый или известково-содовый метод, а при глубоком умягчении воды — последующее катионирование.

5.5. Катиониты и их свойства

Катиониты по составу разделяют на минеральные и органические, которые, в свою очередь, делят на естествен­ного и искусственного происхождения.

В технологии подготовки воды широко применяют органические катиониты искусственного происхождения. Они содержат функциональные химически активные группы, подвижные ионы которых (водород, натрий, аммоний, калий) способны замещаться другими катионами. В зависимости от содержащейся функциональной группы катиониты делят на сильнокислотные и слабокислотные. Сильнокислотные катиониты обменивают катионы в щелочной, нейтральной и кислой средах, слабокислотные — только в щелочной среде.

Если подвижные ионы функциональных групп имеют положительные заряды, ионит обладает катионообменными, а если отрицательные — анионообменными свойствами.

Качество катионитов характеризуется их физическими свойствами, химической и термической стойкостью, ра­бочей обменной емкостью и др. Физические свойства катионитов зависят от их фракционного состава, механиче­ской прочности и насыпной плотности (набухаемости). Фракционный (или зерновой) состав характеризует эксплу­атационные свойства катионитов. Оптимальные размеры зерен катионита принимают в пределах 0,3 …1,5 мм.

Механическая прочность, термическая и химическая стойкость имеют важное значение для установления изно­са катионитов в процессе эксплуатации и выбора марки катионита. Неправильный выбор катионита может приве­сти к измельчению его при фильтровании и взрыхлении. Кроме того, при высокой температуре обрабатываемой во­ды и повышенных значениях кислотности или щелочности, катиониты способны пептизироваться, т. е. переходить в состояние коллоидного раствора и терять обменную способность.

Различают полную и рабочую обменную емкость катионита. Полной обменной емкостью называют то количество катионов кальция и магния, которое может задержать 1 м³ катионита, находящийся в рабочем состоянии, до того мо­мента, когда жесткость фильтрата сравнивается с жесткостью исходной воды. Рабочей обменной емкостью катиони­та называют то количество катионов Са²⁺ и Мg²⁺, которое задерживает 1 м³ катионита до момента «проскока» в фильт­рат катионов солей жесткости. Обменную емкость, отнесенную ко всему объему катионита, загруженного в фильтр, называют емкостью поглощения. Рабочая обменная емкость катионита зависит от вида извлекаемых из воды катио­нов, соотношения солей в умягчаемой воде, значения рН, высоты слоя катионита, скорости фильтрования, режима эксплуатации катионитовых фильтров, удельного расхода регенерирующего реагента и от других факторов.

Каждый катионит обладает определенной обменной емкостью. Обменную емкость катионита измеряют в грамм- эквивалентных задержанных катионов на 1 м³ катионита, находящегося в набухшем (рабочем) состоянии, т. е. в та­ком состоянии, в котором катионит находится в фильтре.

При пропуске воды сверху вниз через слой катионита происходит ее умягчение, заканчивающееся на некоторой глуби­не. Слой катионита, умягчающий воду, называют работающим слоем или зоной умягчения. При дальнейшем фильтровании воды верхние слои катионита истощаются и теряют обменную способность. В ионный обмен вступают нижние слои катио­нита, и зона умягчения постепенно опускается. Через некоторое время наблюдаются три зоны: работающего, истощенного и верхнего катионита. Жесткость фильтрата будет постоянной до момента совмещения нижней границы зоны умягчения с нижним слоем катионита. В момент совмещения начинается «проскок» катионов Са²⁺ и Мg²⁺ и увеличение остаточной жестко­сти, пока она не станет равной жесткости исходной воды, что свидетельствует о полном истощении катионита.

5.6. Физические методы умягчения воды

Отдельно стоят физические методы умягчения воды: магнитный, ультразвуковой, электромагнитное воздей­ствие с переменной частотой. Химический состав воды при этом не меняется.

Электромагнитная обработка с переменной частотой

В основе технологии обработки воды положен принцип изменения формы кристалла карбоната кальция под действием электромагнитных волн (диапазон применяемых частот 1-10Гц). Эти волны абсолютно безвредны для человека. Под действием электромагнитных волн меняется структура кристаллов накопившихся отложений накипи. Преобразованная в хрупкие кристаллы накипь легко смывается с поверхностей и выносится потоком. Специфика такого метода заключается в том, что кристаллическая решетка восстанавливается через 5-6 дней после прекраще­ния воздействия. Свойства умягченной воды утрачиваются. Они восстанавливаются при повторной обработке. Не требуется реагентов, дренажных каналов, отсутствуют стоки. Метод эффективен при обработке вод кальциево-карбонатного класса, которые составляют около 80% вод всех водоемов нашей страны и охватывают примерно 85% ее территории.

5.7. Обеззараживание воды

Обеззараживание воды имеет важное значение и почти повсеместное применение, так как это последний барьер на пути передачи связанных с водой бактериальных и вирусных болезней. Обеззараживание воды является заклю­чительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной воды в большинстве случаев возможно без обеззараживания.

Обычными методами обеззараживания являются:

• хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция;
• озонирование воды;
• ультрафиолетовое облучение.

Конкретный способ обеззараживания определяется с учетом производительности и затрат.

Ультрафиолетовое облучение

Обеззараживающий эффект ультрафиолетового излучения обусловлен фотохимическими реакциями, в результате которых происходят необратимые изменения в структуре молекул ДНК и РНК. В современных УФ — устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм. При у/ф -облучении не изменяются физико-химические показатели качества воды, привкус и запах. Процесс стерилизации проходит без добавления в во­ду каких-либо химикатов. В мировой практике требования к минимальной дозе облучения варьируются от 16 до 40 мДж/см². Российские нормативы для питьевой воды предписывают осуществлять обеззараживание из­лучением, доза которого составляет не менее 16 мДж/см²; при этом качество воды до УФ -обработки должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

5.8. Обратный осмос

Процесс самопроизвольного перетекания веществ через полупроницаемую мембрану, разделяющую два ра­створа различной концентрации или чистый растворитель и раствор, называется осмосом. При осмосе менее кон­центрированный раствор перетекает в более концентрированный, до тех пор, пока концентрации растворов по обе стороны мембраны не выровняются.

Предложено несколько гипотез, объясняющих некоторые факторы осмоса, но единой теории пока нет.

Если со стороны протекающей через аппарат природной воды с некоторым содержанием примесей приложить давление, превышающее осмотическое давление, то вода будет просачиваться через мембрану и скапливаться по другую ее сторону, а примеси — оставаться с исходной водой, увеличивая ее концентрацию. Этот процесс и техно­логия названы обратным осмосом (или, как ранее называли, гиперфильтрация).

Явление осмоса лежит в основе всасывания растениями питания из почвы.

С помощью этого метода можно проводить опреснение воды. В нормальных условиях эффект опреснения со­ставляет 95-98%. Разделение воды и содержащихся в ней веществ достигается с помощью полупроницаемой мем­браны. Современные обратноосмотические мембраны — композитные — состоят из нескольких слоев. Общая тол­щина 10-150 мкм, причем толщина собственно селективного слоя, который определяет селективность мембраны — не более 1 мкм. Сами мембраны изготавливаются из полимерных материалов: целлюлозы и ее эфиров, полиами­дов, полиолефинов, сополимеров акрилонитрила с винилхлоридом, поливинилхлорида и выпускаются в виде по­лых волокон или рулонного типа. Через микроскопически малые поры этих мембран может проникать чистая вода, а растворенные в ней соли, микроорганизмы, органические соединения и т. д. в основном задерживаются мембра­ной.

На стадии предварительной обработки воды следует ее отфильтровать и при необходимости очистить от хло­ра. Для бытовых мембранных фильтров, где, как правило, в качестве исходной используется водопроводная во­да, предочистка перед мембранами упрощается, но в любом случае необходимы патронные фильтры с пористо­стью 5 мкм.

5.9. Фильтрация на активных углях

Фильтрование на активных углях чаще всего применяется на последней ступени очистки и является предпочти­тельным способом улучшения качества питьевой воды. Такое дополнительное осветление воды необходимо в тех случаях, когда требуется устранить незначительные нарушения показателей цветности, вкуса и запаха воды.

Чаще всего железобактерии буйно разрастаются в воде, содержащей железо. Железобактерии ассимилируют растворенные соли железа и выделяют его в виде гидроокиси железа, вызывая тем самым зарастание трубопрово¬дов. Разлагающиеся массы железобактерий являются причиной неприятных вкуса и запаха водопроводной воды.В железистых отложениях идёт размножение железобактерий. Оно начинается уже при концентрации железа 1-2 мг/л, и скорость их размножения зависит от того, насколько много кислорода и тепла — процесс идет уже при 30 — 45 градусах. Система горячего водоснабжения — просто идеальное для них место. Буквально за несколько месяцев трубопровод может полностью зарасти шламом из железобактерий грязного бурого цвета, а о приборах автомати¬ки и сантехники, в которые «выстреливают» шламовые пробки, и говорить нечего.

В системах промышленного водоснабжения важную роль также играют нитрифицирующие и сульфатвосстанавливающие бактерии. Нитрифицирующие бактерии имеют две разновидности: одни окисляют соли аммония в ни¬триты; другие окисляют нитриты в нитраты.

Сульфатвосстанавливающие бактерии одновременно окисляют органические соединения и восстанавлива¬ют сернистые соединения до сероводорода, часто вызывая коррозию наружной, а иногда и внутренней поверхно¬сти уложенных в грунт водопроводных и теплофикационных труб, а также загрязнение воды.

Распространенным и эффективным методом устранения биологических обрастаний является обработка воды хло¬ром. Хлор вводят в воду периодически заданными дозами. Для гибели железобактерий доза хлора составляет 3-4 мг/л. Периодичность хлорирования определяется интенсивностью развития микроорганизмов в воде на конкретном объекте.

7.1. Компоновка фильтра

Управляющий клапан Fleck — основа системы водоподготовки:

• Управляющие клапана Fleck выполнены из коррозионностойких высокопрочных материалов. Размеры присо­единительных патрубков от 3/4″ до 3″, сервисный поток воды от 2.8 до 57 м³/ч;
• Программирование процесса работы клапана производится легко и быстро и может быть выполнено в тече­ние 10-40 секунд, если это контролирование по времени и 1-2 минут при контролировании по расходу воды;
• Специальная конструкция управляющего клапана с горизонтальным или вертикальным пистоном для промы­шленного и бытового применения соответственно позволяет точно позиционировать каждую стадию регенерации, делает конструкцию менее чувствительной к внешним воздействиям, н-р: пыли и т.д;
• Особым достижением специалисты Fleck считают наличие в составе управляющего клапана всего одной по­движной детали — так называемого пистона;
• Предлагаются клапана с различным способом выхода на регенерацию: по сигналу таймера — задаются опре­деленные дни регенерации по 6 — 7- или 12-ти дневному циклу; или по объему пропущенной воды в зависимости от ее состава. В последнем случае регенерация может быть отложенной или немедленной. Последний режим позво­ляет выходить на регенерацию несколько раз в день, что очень важно для промышленных объектов, где требуется бесперебойная подача очищенной воды. Имеется большой спектр систем управления для непрерывного снабжения водой — твин системы различной конфигурации.
• Особенность и преимущество всех управляющих клапанов Fleck, в том числе и с механическим таймером — возможность регулирования продолжительности каждой ступени регенерации.

Баллон — резервуар для фильтрующей среды в системах водоподготовки. Гладкая внутренняя поверхность под­ходит для всех способов обработки воды. Наружное покрытие выполнено из стекловолокна с эпоксидной смолой по технологии «нитяной намотки», что обеспечивает необходимую прочность резервуара. Напорные резервуары из­готовлены из высококачественных полимерных материалов, устойчивых к коррозии и воздействию химических реа­гентов. Резьбовые соединения изготовлены литьем под давлением и предназначены для подключения стандартных управляющих клапанов. Каждый резервуар снабжается подставкой.

Дренажно-распределительная система предназначена для распределения потока обрабатываемой воды. В фильтрующих установках дренажно-распределительные системы состоят из стояка, верхнего и нижнего распреде­лителя потока. Тип дренажно-распределительной системы зависит от размера баллона, характеристик фильтрую­щей среды, модели управляющего клапана и расположения клапана на баллоне.

Реагентные баки — (в зависимости от назначения системы). Все реагентные баки изготавливаются из полиэти­лена высокой плотности, комплектуются специальными подставками под реагенты, что позволяет добиться равно­мерности концентрации и предотвращения слеживания реагентов.

Фильтрующая среда — зависит от назначения системы.

• Для удаления железа, марганца и сероводорода – Manganese Green Sand — установки серии FGI;
• Для удаления железа и марганца – Birm и МЖФ — установки серии FBI;
• Для умягчения воды — сильнокислотная катиоонообменная смола — установки серии FS и TS (непрерывного действия);
• Для удаления взвешенных веществ – Filter — Ag — установки серии FM;
• Для корректировки водородного показателя — кальцит — установки серии FН;
• Для улучшения органолептических свойств — активированный уголь — установки серии FС.

7.2. Расчет ресурса работы установки обезжелезивания серии FGI

Расчет ресурса установки обезжелезивания по MGS можно представить следующим образом:

\/=1285*v/(С_(Fе) +2С_(Мn) + 5С_(H2S)),

Где, V — ресурс установки в литрах пропущенной воды до регенерации;

1285-константа;

v — объем Manganese Green Sand в установке, в литрах;

С_(Fе) — концентрация железа в мг/л;

С_(Mn) — концентрация марганца в мг/л;

С_(H2S) — концентрация сероводорода, мг/л.

7.3. Расчет ресурса работы установки обезжелезивания серии FBI

Расчет ресурса установки обезжелезивания по Birm: при суммарной концентрации железа и марганца до 3 мг/л — частота регенерации — 1 раз в 2 дня, при больших концентрациях — каждый день.

7.4. Расчет ресурса работы установки умягчения, серии FS и TS

В упрощенном виде емкость умягчителя по солям жесткости рассчитывается, исходя из объема смолы и расхо­да соли.

1. Рабочая обменная емкость (РОЕ) 1 л смолы определяется по таблице на основе принятого удельного расхо­да поваренной соли;

Удельный расход соли на 1 литр смолы, г

70           80           100       120        140             160         180            200   220            240

Рабочая обменная емкость 1 литра смолы, ммоль

820         890         990       1080      1160       1230       1280         1320            1340        1360

2. РОЕ конкретной установки умягчения, выраженная в ммоль, рассчитывается путем умножения принятого по таблице РОЕ 1 л смолы на общий объем смолы в этой установке;

3. Общий расход соли на одну регенерацию данной установки рассчитывается умножением принятого в табли­це удельного расхода соли на общий объем смолы в установке;

4. Объем воды, который может быть умягчен на данной установке до проскока жесткости в фильтрат, рассчи­тывается путем деления РОЕ данной установки на исходную жесткость воды;

5. Частота регенерации установки — деление объема воды, который может быть умягчен на данной установке, на требуемую производительность.

Отбор проб — операция, от правильного выполнения которой во многом зависит точность получаемых результатов.

В нормативных документах (ГОСТ 24481, ГОСТ 17.1.5.05, ИСО 5667-2 и др.) определены основные правила отбора проб.

При отборе проб воды из водопроводных сетей соблюдают следующие правила:

• отбор проб проводят после спуска воды в течение 10-15 мин;
• для отбора не используют концевые участки водопроводных сетей, а также участки с трубами малого диаметра (менее 1,2 см);
• для отбора используют по возможности участки с турбулентным потоком — краны вблизи клапанов, изгибов;
• при отборе проб вода должна медленно течь в пробоотборную емкость до ее переполнения.

При отборе проб из скважин (колодцев, родников) необходимо предварительно откачивать воду в количестве, достаточном для обновления воды. В противном случае в точке отбора пробы может создаться концентрация различных примесей, отличная от всего водоносного слоя.

Посуда для отбора проб должна быть химически чистой. Сосуды, предназначенные для отбора проб, предварительно тщательно моют, ополаскивают не менее трех раз отбираемой водой и закупоривают пробками. Между пробкой и отобранной пробой в сосуде оставляют воздух объемом 5-10 мл. В общую посуду отбирают пробу на анализ только тех компонентов, которые имеют одинаковые условия консервации и хранения.

Отбор проб, не предназначенных для анализа сразу же (т.е. отбираемых заблаговременно), производится в герметично закрывающуюся стеклянную или пластмассовую посуду. Отобранные для хранения пробы консервируют и помещают в холодильник.

В табл. 8.1. приведены способы консервации, а также особенности отбора и хранения проб.

Следует иметь в виду, что ни консервация, ни фиксация не обеспечивают постоянства состава воды неограниченно долго. Они лишь сохраняют на определенное время соответствующий компонент в воде, что позволяет доставить пробы к месту анализа (в специализированную лабораторию). В протоколах отбора и анализа проб обязательно указываются даты отбора и анализа проб.

Таблица 8.1. СПОСОБЫ КОНСЕРВАЦИИ, ОСОБЕННОСТИ ОТБОРА И ХРАНЕНИЯ ПРОБ