Обеспечение качества питьевой воды

На обеспечение высокого качества питьевой воды во многих странах тратятся очень большие суммы. По некоторым данным, в США 48% всех расходов на охрану окружающей среды направлены на обеспечение качества воды (на охрану воздуха тратится до 35%, на ликвидацию твердых отходов – 15%, на борьбу с шумом – 1%), и эта сумма достигает 100 млрд. долл.

Основные пути решения проблемы обеспечения чистой водой:

§ очистка сточной воды от загрязнений;

§ очистка пресной воды, поступающей к потребителю;

§ обеспечение режима и регулирование качества воды в водных объектах.

Снабжение населения водой осуществляется по схеме, показанной на рис.3.1. Основным элементом водоснабжения является очистка воды.

Рис. 3.1 Схема снабжения населения питьевой водой

Вредные примеси, которые встречаются в воде, обычно подразделяют на три категории:

- неорганические химические вещества, в первую очередь такие, как арсенатионы, нитрат-ионы, ионы фтора (в избыточных концентрациях), а также другие вещества, способные неблагоприятно влиять на здоровье человека (например, тяжелые металлы).

- органические химические соединения, которые могут присутствовать в воде в растворенном виде и обладать канцерогенными свойствами (например, пестициды).

- микроорганизмы, вызывающие различные заболевания, такие как тиф, холера, полиомиелит и др.

Основные типовые стадии очистки воды:

§ введение сульфата меди и последующая аэрация для удаления неприятного вкуса и запаха;

§ первое хлорирование для удаления болезнетворных микроорганизмов;

§ коагуляция и осаждение загрязнений из воды;

§ фильтрование для удаления болезнетворных микроорганизмов;

§ заключительное хлорирование для завершения уничтожения микроорганизмов.

Для предупреждения роста водорослей и водных растений в накопительные резервуары вводят сульфат меди (медный купорос). Далее воду подвергают аэрации (т.е. воздействуют на нее воздухом), разбрызгивая в воздухе с помощью рядов фонтанов или пропуская через сетку. После аэрации в воду добавляют газообразный хлор для уничтожения болезнетворных микроорганизмов. Не растворяющиеся в воде мельчайшие взвешенные частицы, которые придают ей тот или иной цвет, называются коллоидными. Для удаления этих частиц из воды используют процесс коагуляции. На первом этапе коагуляции в воду добавляют либо сульфат аммония, либо железо, в результате в воде образуются хлопьевидная взвесь. Опускаясь на дно отстойника, она перемешивается с взвешенными в воде частицами и захватывает их. Осадок со дна отстойника удаляют скребками.

На многих водоочистных станциях в воду одновременно с сульфатом аммония или железа вводят небольшое количество крошки активированного угля, который хорошо связывает коллоидные частицы, находящиеся в воде. Кроме того, обработка активированным углем не только обесцвечивает воду, но и значительно улучшает ее вкус и запах

Пройдя через отстойник, вода фильтруется через слой песка т.е. очищается от сравнительно крупных частиц, которые могут засорить фильтр, обеспечивающий эффективность следующего этапа очистки. Фильтрование через песок обеспечивает дальнейшее удаление частиц из воды, однако основное назначение фильтра – это захват и удержание бактерий, вирусов и других микроорганизмов. Периодически песок в фильтрах необходимо промывать для того, чтобы сохранить их способность эффективно задерживать микроорганизмы.

Несмотря на высокую эффективность песчаных фильтров для удаления из воды микробов и вирусов, полностью вода от них не освобождается. Дополнительный этап очистки – второе хлорирование воды – разрушает любые микроорганизмы, остающиеся после фильтрования через песок. Хлор также взаимодействует с аммиаком, который может содержаться в воде. Хлор добавляется в избытке по сравнению с уровнем, при котором погибают все микроорганизмы, а также уровнем, необходимым для взаимодействия с присутствующим в воде аммиаком. Это приводит к появлению «свободного» (т.е. не прореагировавшего) хлора в растворе. Одна из причин того, что хлорирование – столь предпочтительная дезинфекция общественных источников воды, состоит в том, что этот избыточный или остаточный хлор обеспечивает быстрый и простой тест на его присутствие. Когда такой тест указывает на присутствие в воде свободного хлора, можно быть уверенным, что любые новые микроорганизмы, попавшие в воду, также погибнут.

Следует отметить, что в результате хлорирования в воде может образоваться небольшое количество хлорированных углеводородов, часть которых, как было установлено, обладает канцерогенными свойствами.

Одной из альтернатив хлорированию воды является ее обеззараживание с помощью озона. Озонирование, как и хлорирование, осуществляется просто путем контакта воды с газом. В отличие от хлорирования, при котором хлор может соединяться с углеводородами, содержащимися в воде, при озонировании хлорированных углеводородов не образуется; наоборот, озон может разрушать присутствующие в воде углеводороды путем их окисления. Более того, озон сам по себе эффективен при обесцвечивании воды и не создает постороннего привкуса и запаха. Однако при озонировании в обработанной воде не остается никаких следов свободного озона, даже если он добавляется в количестве, избыточном для обеззараживания воды и окисления вредных соединений. А это означает, что невозможно быстро удостовериться в полном уничтожении всех содержащихся в воде бактерий и вирусов, как это имеет место в случае хлорирования воды.

Тот факт, что при озонировании воды в ней отсутствует остаточный озон, серьезно препятствует его широкому применению. Другая причина – продукты реакции озона с органическими веществами, содержащимися в воде, до сих пор не идентифицированы, хотя были обнаружены альдегиды и другие простые органические соединения.

Зачастую, придя к потребителю, водопроводная вода теряет свое качество из-за коррозии металлических труб, а также из-за застоя в водопроводной сети. Поэтому во многих странах широко применяют доочистку воды с помощью бытовых фильтров коллективного или индивидуального пользования. Так, в США ими пользуются более четверти населения, в Израиле – более 40%.