Стандартизация и улучшение качества воды

Вода по своему составу и качеству должна отвечать требованиям действующих международных стандартов ISO 7888, ISO 9280, ISO 7980 и др.

Требования стандартов, обеспечивающие безопасность воды в эпидемическом и эпизоотическом отношениях, основываются на косвенных показателях – количестве сапрофитов в 1 л воды и индексе бактерий группы кишечной палочки. В литре воды допускается не более 3-х кишечных палочек (коли-индекс).

Необходимость использования косвенных показателей обусловлена низкой концентрацией патогенных энтеробактерий, а также трудностью культивирования их на искусственных питательных средах, при которых не обеспечивается достоверность отрицательного результата прямого метода их выявления. Правомерность же выводов на основании косвенных показателей бактериологического состава воды подтверждена как экспериментально, так и в производственных условиях.

Существующие показатели безвредности химического состава воды включают нормы для веществ: встречающихся в природных водах; добавляемых к воде в процессе ее обработки в виде реагентов; появляющихся в результате промышленного и сельскохозяйственного загрязнения водоисточников. При этом одна группа показателей призвана обеспечить безопасность воды в токсикологическом отношении, другая – не допустить нарушения органолептических свойств воды. Перечисленными нормативами регламентация химического состава воды не ограничивается. Специальным пунктом стандарта установлено, что содержание в воде химических элементов, поступающих в водоем с промышленными, сельскохозяйственным и бытовыми загрязнениями, нормируются в пределах, указанных в списке предельно допустимых концентраций химических веществ в воде водных объектов. Список утверждается органами здравоохранения страны и включает в настоящее время нормативы более чем для 800 соединений.

Вода, используемая для рециркуляции, не должна содержать токсических веществ, в ней должны отсутствовать возбудители инфекционных, инвазионных и вирусных заболеваний, то есть вода должна быть безопасной для животных и человека.

Способы улучшения зависят от ее свойств и требований, которые предъявляются к качеству воды. Они проводятся, прежде всего, за счет очистки и обеззараживания воды.

Очистка воды направлена на улучшение ее органолептических, физических, несколько меньше химических и еще меньше биологических (наличие микроорганизмов) свойств.

Для очистки воды должны оборудоваться соответствующие сооружения. Очистка воды включает проведение осветления и обесцвечивания с помощью коагуляции, отстаивания и фильтрации.

Коагулирование – процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, происходящих под действием сил молекулярного сцепления. В результате коагуляции образуются хлопья. Различают два вида коагуляции в свободном объеме (в камерах) толщи зернистого материала или в массе взвешенного осадка (контактную). Коагулирование воды при ее осветлении и обесцвечивании осуществляют для интенсификации процессов осаждения и фильтрования. При этом из воды выделяют не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии. В качестве коагулянта обычно применяют сернокислый алюминий, а также используют неочищенный глинозем, который содержит 33%-ный безводный сульфат алюминия. В настоящее время промышленность выпускает очищенный глинозем, содержащий не более 1% нерастворимых примесей (неочищенный имеет до 23% примесей). В качестве коагулянта используется также оксихлорид алюминия ([Al₂(OH)₃]Cl^.6H₂O) и алюминат натрия (NaAlO₂), при коагулировании которыми рН воды практически не изменяется, что очень важно по технологическим соображениям.

Доза коагулянта может быть различной и зависит от рН воды, наличия бикарбонатов, гуминовых веществ, характера взвеси, мутности, цветности и колеблется от 30 до 200-300 мг на 1 л воды. Коагулянт добавляют в воду в виде порошка или 2-5%-ного водного раствора.

Для ускорения процесса коагуляции мягкую воду, которая содержит мало бикарбонатов кальция и магния, следует подщелачивать гашеной известью Ca(OH)₂ или содой. Для этого также применяют высокомолекулярные вещества – флокулянты. Так, препарат полиакриламид (ПАА) в дозе 0,5-1,0 мг на 1 л воды ускоряет процесс коагуляции и позволяет экономить коагулянт.

Отстаивание – осветление воды путем осаждения находящихся в ней взвешенных примесей. Когда вода находится в покое или движется с небольшой скоростью, примеси под действием силы тяжести выпадают в осадок.

Для осаждения взвеси отстаиваемую воду пропускают с малой скоростью через специальные отстойники. Скорость движения воды зависит от формы взвешенных частиц, их размеров, плотности, шероховатости частиц и температуры воды.

Отстойники могут быть естественными (озера) и искусственными (горизонтальными, вертикальными и радиальными).

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные железобетонные резервуары, в которых вода движется в горизонтальном направлении от одного торца к другому.

Вертикальные отстойники представляют собой круглые или квадратные железобетонные резервуары, в которых вода движется снизу вверх. Осаждение взвеси происходит при восходящем потоке воды. Осадок из вертикальных отстойников удаляют, не выключая их из работы.

Радиальный отстойник – круглый железобетонный неглубокий резервуар. В радиальных отстойниках скорость движения воды изменяется от максимальной в их центре до минимальной у периферии, так как движение воды в них осуществляется от центра к периферии. При этом вода проходит через специальные распределительные устройства и движется в радиальном направлении к периферийному сборному желобу, из которого отводится по трубам. Осадок, при помощи вращающейся фермы со скребками, сгребают к приямку в центре отстойника, откуда его удаляют по трубе для сброса.

Осветление воды проводят в специальных сооружениях – осветлителях различного типа.

После коагуляции, отстаивания, осветления в воде могут оставаться мелкие хлопья, не осевшие в отстойниках, и мелкие частицы, взвешенные в воде. Для дальнейшей очистки воды применяют фильтрацию, которую осуществляют в специальных установках-фильтрах через фильтрующий материал (песок).

По скорости фильтрования фильтры делят на медленные (0,1-0,3 м³/ч), скорые (5-12 м³/ч) и сверхскорые (36-100 м³/ч); по давлению, под которым они работают – на безнапорные (открытые) и напорные; по крупности фильтрующего материала – на мелкозернистые, среднезернистые и крупнозернистые; по количеству фильтрующих слоев – на однослойные, двухслойные и многослойные.

В большинстве случаев фильтрование сочетается с другими методами очистки воды. Обычно через фильтры пропускают воду, прошедшую коагулирование, отстойники или осветлители. Фильтры применяют также для осветления воды при ее реагентном умягчении или при удалении железа. В некоторых случаях фильтры используют для осетления некоагулированной или неотстоянной коагулированной воды.

В процессе фильтрации на поверхности фильтра образуется так называемая биологическая пленка, состоящая из мелких частиц, взвешенных в фильтрующей воде планктона и бактерий. Благодаря этому на поверхности фильтра задерживается мелкая взвесь, за счет чего значительно повышается полнота фильтрации.

С течением времени биологическая пленка уплотняется и увеличивает сопротивление фильтра. Поэтому периодически проводят очистку медленных фильтров. Для этого один раз в 1,5-2 месяца вручную (скребками) снимают 2-3 см верхнего слоя песка и на некоторое время фильтр выключают из работы, затем после образования новой пленки начинают фильтрат направлять в сборники для чистой воды.

Установлена роль отдельных элементов в водообработке и освобождении воды от вирусов. Большая часть вирусов адсорбируется на частицах, первично взвешенных в воде, на хлопьях, образовавшихся в результате реакции этих частиц с коагулянтом. При осаждении хлопьев в эксперименте удавалось удалить из воды до 99,9% вирусов; в условиях эксплуатации водопроводных станций этот процент составил 90-95%. Удаление вирусов из воды происходит параллельно устранению мутности. Следовательно, процессы осветления воды обеспечивают существенное снижение содержания в ней бактерий и вирусов, что позволяет значительно повысить эффективность заключительного обеззараживания.

Таким образом, мутность приобретает значение косвенного показателя степени освобождения воды от вирусов.

После отстаивания, коагуляции и фильтрования вода становится прозрачной, бесцветной, освобождается от яиц гельминтов и на 20-25% от содержавшихся в ней микробов. Поэтому питьевую воду, которая представляет опасность, как источник инфекции, необходимо обеззаразить.

Обеззараживание воды можно проводить одним из четырех методов: термическим, химическим, олигодинамией (воздействие ионов благородных металлов), физическим (ультразвук, радиоактивное облучение, ультрафиолетовые лучи). Наиболее широко в качестве обеззараживающих средств применяют окислители: хлор, озон, гипохлорид натрия.

Хлорирование воды на крупных водопроводных станциях проводят жидким (газообразным) хлором, а на малых – хлорной известью. Под действием хлора большинство микроорганизмов, находящихся в воде, погибают. Газообразный хлор на стации поступает в специальных стальных баллонах под давлением до 0,8 МПа. Из баллонов хлор подается в хлораторы, в которых осуществляется смешивание его с некоторым количеством воды. Полученная "хлорная вода" поступает для обработки питьевой воды.

При использовании хлорной извести для обеззараживания воды необходимо учитывать содержание в ней активного хлора (оно должно быть не менее 25%). Раствор хлорной извести применяют 1-2%-ной концентрации, время контакта воды и раствора должно составлять не менее 45-60 мин.

Надежность обеззараживания воды достигается и количеством вводимого раствора хлорной извести. Для этого в начале определяют хлорпотребность воды. В большинстве случаев достаточно 1-3 мг хлора на 1 л.

В воде, используемой для поения животных, остаточного свободного хлора должно быть не менее 0,3 мг и не более 0,5 мг на 1 л.

Коли-титр в хлорированной воде должен быть не менее 300. Если хлорирование воды проведено большими дозами хлорной извести, то для уничтожения ее излишков (о чем свидетельствует явный запах хлора) необходимо дехлорировать воду 0,5%-ным раствором тиосульфата натрия (гипосульфит) или сернокислым натрием.

Хлорирование воды в колодцах можно производить с помощью дозирующих патронов, изготовленных из пористой керамики. Емкость патрона 0,25, 0,5 и 1 л. Внутри патрона помещают соответственно 150, 300 и 600 г хлорной извести и добавляют 100-300 мл воды. Содержимое патрона перемешивают до образования однородной кашицы, закрывают пробкой и погружают на проволоке в воду на расстоянии 20-50 см от дна. Длительность действия патрона составляет 20-30 суток. Патрон используют многократно.

Кипячение является простым и надежным способом обеззараживания небольших объемов воды.

Для обеззараживания воды ультрафиолетовыми бактерицидными лучами используют лампы: ДРТ-1000, ДБ-60, РКС-2,5 и установки ОВ-ЗН, ОВ-1П, ОВ-1П-РКС, ОВ-АКХ-1, ОВ-ЗП-РКС, ОВ-ПК-РКС. Для сельскохозяйственного водоснабжения сконструированы установки ОВУ-6П и УОВ-5Н.

В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения прибегают к специальным методам обработки воды с целью коррекции ее солевого состава. Наиболее распространены обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды. Как правило, указанные методы применяют при использовании подземных источников водоснабжения. Однако обезжелезивание бывает необходимым и для поверхностных водоисточников при питании из болот.

1.5. Контроль за качеством воды и водных объектов

Контроль и управление качеством воды в настоящее время рассматривается в качестве санитарной охраны водоемов вследствие исключительной значимости воды как элемента окружающей среды. С экологических позиций значение воды двояко: во-первых, она является главной «образующей» средой для водных, а во-вторых, играет решающую роль в жизни любых наземных биогеоценозов. В отличие от атмосферы вода как природное тело более локализована в пространстве, что существенно сказывается на результативности ее загрязнения с точки зрения влияния на здоровье человека и животных.

Важнейшей задачей в условиях промышленного развития и временной неизбежности отведения (или попадания) отходов в водные биогеоценозы является установление допустимых нагрузок на водные объекты в результате водопользования и водопотребления.

Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, определяемая его физическими способностями, а также способностью к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка на данный водный объект (ПДН).

Критерием загрязненности воды служит ухудшение ее качества вследствие изменения ее органолептических свойств и появление вредных веществ для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов (в зависимости от вида водопользования), а также повышение температуры воды, изменяющей условия для нормальной жизнедеятельности водных организмов. Это положение косвенно учитывает тот факт, что водные объекты представляют собой сложные биогеоценозы, но содержит ряд неточностей, которые экологически грамотный специалист обязан понимать. Во-первых, нельзя говорить «для животных, птиц, рыб», ибо и птицы, и рыбы, и зоопланктон – все это животные. Во-вторых, неверно считать критерием загрязненности «повышение температуры воды», поскольку условия могут ухудшиться и при понижении температуры, вызываемом, например, изменением процессов таяния снега и льда.

Водоохранные мероприятия - это комплекс мероприятий, осуществление которого обеспечивает соблюдение норм качества воды в местах водопользования. Это положение также неправомерно с позиций экологии и охраны окружающей среды, ибо охрана только в местах водопользования недостаточна.

СОДЕРЖАНИЕ