Методы улучшения качества питьевой воды

Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение качества воды источников водоснабжения до требований и СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные.

- осветление и обесцвечивание;

- обеззараживание.

Основной целью очистки и обеззараживания воды является как можно более полное приближения ее свойств к существующим гигиеническим нормативам и требованиям хозяйственно-питьевого характера. В этом отношении задача первого процесса, т.е. очистки воды, состоит или в улучшении тех или иных физических свойств (прозрачность, цветность), или в освобождении ее от недопустимого количества некоторых химических соединений (соли кальция, магния, железа). При проведении этих мероприятий попутно улучшаются и бактериологические показатели воды.

Одним из важнейших этапов в очистке воды является уменьшение содержания в ней взвешенных веществ, т.е. повышения ее прозрачности.

Поскольку большинство механических примесей, содержащихся в воде, находится во взвешенном состоянии только благодаря ее движению, важным мероприятием, направленным на осветление воды является резкое уменьшение скорости течения воды. Для этой цели применяют различного типа отстойники. Однако, необходимо отметить, что путем отстаивания нельзя достигнуть удовлетворительной прозрачности воды. Для более быстрого осветления прибегают к предварительной коагуляции. Коагуляция заключается в обработке воды специальными химическими веществами (сернокислый алюминий, сернокислое железо и т.п.), которые, попадая в воду, гидролизуются и вступают в реакцию с двууглекислами солями кальция и магния. В дальнейшем гидрат окиси алюминия, ионы которого заряжены положительно, нейтрализуют частицы естественных коллоидов воды, которые отрицательно заряжены и коагулируются с образованием хлопьев. Далее в отстойниках происходит оседание образовавшихся хлопьев вместе с адсорбированными на них коллоидными и мелковзвешенными частицами.

Конечной стадией очистки является фильтрация, для чего на современных водопроводных станциях используют скорые фильтры, фильтры двойного действия. Совершенно новым типом очистных сооружений является контактный осветлитель. В данном резервуаре процессы коагуляции и фильтрации происходят от начала до конца, что упрощает и удешевляет очистку воды.

После правильно проведенной очистки вода приобретает вполне удовлетворительные гигиенические качества (высокая прозрачность и низкая цветность). Кроме того, такая очищенная вода освобождается от 95-97% содержащихся в ней бактерий и почти полностью от яиц гельминтов.

Даже идеально проведенная очистка воды не может заменить собой ее обеззараживание. Только таким путем мы можем сделать ее безопасной в эпидемиологическом отношении. Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты – бактерии, вирусы и др. [15]

Методы обеззараживания воды подразделяются на:

Химические (реагентные), к которым относятся:

- хлорирование;

- озонирование;

- использование олигодинамического действия серебра.

Физические (безреагентные):

- кипячение;

- ультрафиолетовое облучение;

- облучение γ-лучами и др.

В настоящее время основным методом, используемым для обеззараживания воды на водопроводных станциях в силу технико-экономических причин, является метод хлорирования, однако всё большее внедрение получает метод озонирования и его применение, в том числе, в комбинации с хлорированием имеет преимущества в плане улучшения качества получаемой воды.

Наиболее часто для хлорирования воды на водопроводах используют газообразный хлор, однако применяют и другие хлорсодержащие реагенты. В порядке возрастания окислительно-восстановительного потенциала они располагаются в следующем порядке: хлорамины (RNHCl2 и RNH2Cl), гипохлориты кальция и натрия (Ca(OCl)2 и NaOCl), хлорная известь (3CaOCl·CaO·5H2O), газообразный хлор, двуокись хлора ClO2.

Бактерицидный эффект хлорирования объясняется, в основном, воздействием на протоплазму бактерий недиссоциированной молекулы хлорноватистой кислоты, которая образуется при введении хлора в воду:

Cl2 + H2O → HOCl + HCl

Бактерицидным свойством обладает также гипохлорит-ион и хлор-ион, которые образуются при диссоциации хлорноватистой кислоты:

HOCl → OClˉ + H⁺

OCl ˉ → Cl⁺ + O^-2

Степень диссоциации HOCl возрастает при повышении активной реакции воды, таким образом, с повышением pH бактерицидный эффект хлорирования снижается.

Действующим началом при хлорировании хлорамином и гипохлоритами является гипохлорит-ион, а двуокисью хлора HClO2 – хлористая кислота, которая имеет наиболее высокий окислительно-восстановительный потенциал, в силу чего при использовании двуокиси хлора достигается наиболее полное глубокое окисление и обеззараживание.

При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество – более 95% расходуется на окисление органических и легкоокисляющихся (соли двухвалентного железа и марганца) неорганических веществ, содержащихся в воде, на соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2-3% общего количества хлора.

Количество хлора, которое при хлорировании 1л воды расходуется на окисление органических, легкоокисляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 минут, называется хлорпоглощаемостью воды. Хлорпоглощаемость определяется экспериментально, путем проведения пробного хлорирования.

По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор, Его появление, определяемое титрометрически, является свидетельством завершения процесса хлорирования.

СанПиН 2.1.4.1074-01 указывает на необходимость обязательного присутствия в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3-0,5 мг/л, что является гарантией эффективности обеззараживания. Кроме того, наличие активного остаточного хлора необходимо для предотвращения вторичного загрязнения воды в разводящей сети. Таким образом, наличие остаточного хлора является косвенным показателем безопасности воды в эпидемическом отношении.

Общее количество хлора, необходимое для удовлетворения хлорпоглощаемости воды и обеспечения наличия необходимого количества (0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонозацией) остаточного хлора называется хлорпотребностью воды. В практике водоподготовки используется несколько способов хлорирования воды:

- Хлорирование нормальными дозами (до хлорпотребности).

- Двойное хлорирование.

- Хлорирование с преаммонизацией и др.

- Гиперхлорирование (доза хлора заведомо превышает хлорпотребность).

Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорировании – до и после осветления и обесцвечивания, также для снижения дозы хлора при заключительном хлорировании, весьма перспективным является комбинирование хлорирования с озонированием.[17 - 21]