Централизованное водоснабжение. Методы очистки.

Очистка воды чаще всего производится путём отстаивания её и фильтрации через песчаные фильтры.  Принцип отстаивания заключается в значительном замедлении тока воды и выпадении взвешенных частиц в осадок. Поскольку само по себе отстаивание является малоэффективным методом, оно применяется обычно в сочетании с другими (коагуляцией и фильтрацией). 

Фильтрация воды может быть проведена путём применения скорых или медленных песчаных фильтров (реже применяются специальные виды фильтрации).  Принцип устройства песчаных фильтров примерно одинаков: на поддерживающем решётчатом основании размещаются крупнозернистые слои фильтра (гравий), которые, в свою очередь, являются поддерживающими слоями для песка. Собственно фильтрующий слой промытого мелкозернистого песка толщиной около 1,5-2 метра. Фильтрация через такой фильтр неполностью обеспечивает задержку всех взвешенных частиц, наиболее мелкие частицы и значительное количество микроорганизмов могут проходить через него. Для повышения эффективности скорых фильтров воду перед пропусканием через них предварительно подвергают коагуляции. 

Метод коагуляции заключается в том, что при добавлении в воду раствора коагулянта последний вступает в соединение с двууглекислыми солями, растворёнными в воде, в результате чего образуется нерастворимое соединение, выпадающее в осадок. Этот осадок в виде студенистых хлопьев выпадает во всём объёме воды и имеет электрический заряд, противоположный по знаку заряду взвешенных в воде механических примесей. Выпадающие в осадок хлопья коагулянта в силу противоположности электрических зарядов сорбируют на себе мельчайшие частицы загрязнений, в результате чего последние укрупняются, лучше оседают при отстаивании и хорошо задерживаются при последующей фильтрации. В качестве коагулянта наиболее часто используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, который при реагировании с солями, растворёнными в воде, образует нерастворимые хлопья гидрата окиси алюминия Al(OH)3. 

Хлорирование - наиболее распространенный способ обеззараживания воды как в нашей стране, так и за рубежом. Хлорирование осуществляется: газообразным хлором, диоксидом хлора или веществами, содержащими активный хлор, хлорной известью, гипохлоритами, хлораминами и др.

Достоинствами хлорирования являются: - широкий спектр антимикробного действия в отношении вегетативных форм; - экономичность; - простота технологического оформления; - наличие способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания.

Вместе с тем хлорирование имеет ряд существенных недостатков: - хлор и его препараты являются токсичными соединениями, поэтому работа с ними требует строгого соблюдения техники безопасности; - хлор воздействует в основном на вегетативные формы микроорганизмов, при этом грамположительные формы бактерий более устойчивы к его действию, чем грамотрицательные; - хлор ухудшает органолептические показатели и приводит к денатурации воды.

Спороцидный эффект проявляется при высоких концентрациях активного хлора 200-300 мг/л и экспозиции от 1,5 до 24 ч. Вирулицидное действие наблюдается при концентрациях активного хлора от 0,5 до 100 мг/л. Хлорирование воды способствовало появлению микроорганизмов, устойчивых к хлору.

Озонирование.  Озон обладает более широким спектром действия как дезинфектант (уменьшает вирулентность брюшнотифозных, паратифозных и дизентерийных бактерий, оказывает активное влияние на споровые формы и вирусы). Обеззараживающее действие озона в 15-20 раз, а на споровые формы бактерий примерно в 300- 600 раз сильнее действия хлора. Высокий вирулицидный эффект (до 99,9 %) озона отмечается при реальных для практики водоснабжения концентрациях 0,5-0,8 мг/ли экспозиции 12 мин. Озон улучшает органолептические и физические свойства воды (устраняет свойственные питьевой воде привкусы и запахи, уменьшает цветность воды, разрушая гуминовые кислоты до углекислого газа и летучих слабоокрашенных кислот типа креновых). Кроме того, озон придает воде отчетливый голубоватый оттенок, а также активно удаляет фитопланктон из воды; обезвреживает в воде такие химические соединения, как фенолы, нефтепродукты, а также поверхностно-активные вещества (ПАВ). Применение озона уменьшает использование коагулянтов, позволяет снизить дозу хлора и отказаться от первичного хлорирования, которое является основной причиной образования ХОС.

Озонирование, как и хлорирование, не лишено недостатков: озон является взрывоопасным и токсичным реагентом; на порядок более дорогой способ, чем хлорирование; быстрое разложение озона (20-30 мин) ограничивает его применение; после озонирования нередко наблюдается значительный рост микрофлоры. Кроме того, озонирование воды сопровождается образованием побочных продуктов, небезразличных для здоровья человека. Озон вступает в сложные химические реакции, которые зависят от рН среды. В щелочных системах могут образовываться свободные гидроксильные радикалы. При озонировании питьевых вод образуются альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, формальдегид, бензальдегид, ацетальдегид и др.

Однако продукты озонирования менее токсичны для экспериментальных животных, чем продукты хлорирования, и не обладают, в отличие от последних, отдаленными биологическими эффектами. Это было доказано в экспериментах с продуктами деструкции наиболее распространенных групп химических соединений: фенолов, углеводородов, бензина, пестицидов.

Наибольшее распространение получило использование электролитического или анодорастворимого серебра. Электролитическое введение реагентов позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохлорита и перекисных соединений усиливают бактерицидное действие анодорастворимого серебра. К достоинствам способа относится возможность автоматизации процесса и точного дозирования реагента. Серебро оказывает выраженное последействие, что позволяет консервировать воду на срок до 6 мес. и более. Однако серебро дорогой и весьма дефицитный реагент. На его антимикробное действие заметно влияют физико-химические свойства обрабатываемой воды.

Наибольшей чувствительностью к действию ультрафиолетового излучения (УФИ) обладают вегетативные формы, затем вирусы, споровые формы и цисты простейших. Весьма перспективным считается использование импульсной ультрафиолетовой обработки (УФ-обработки). К преимуществам УФИ следует также отнести: - сохранение природных свойств воды; УФИ не денатурирует воду, не изменяет вкус и запах воды; - отсутствие опасности передозировки; - улучшение условий труда персонала, так как исключаются из обращения вредные вещества; - высокая производительность и простота эксплуатации; - возможность полной автоматизации. -Эффективность УФ-обеззараживания не зависит от рН и температуры воды.

В то же время метод имеет ряд недостатков, и, для того чтобы достичь эффекта обеззараживания, следует помнить, что бактерицидный эффект зависит от: мощности источников УФИ (низкого и высокого давления); качества обеззараживаемой воды и чувствительности различных микроорганизмов.

Проникновение УФ-лучей в воду сопровождается их поглощением веществами, находящимися во взвешенном и растворенном состоянии. Кроме того, при использовании УФИ в технологии водоподготовки следует помнить о том, что УФ-облучение в дозах, обеспечивающих бактерицидный эффект, не гарантирует эпидемиологическую безопасность воды в отношении возбудителей заболеваний. При УФ-облучении воды не существует проблемы передозировки, поэтому можно использовать установки различной мощности.

Все большее распространение в подготовке питьевой воды получают адсорбционные методы. На активированном угле (АУ), самом универсальном адсорбенте, задерживается большая часть органических соединений; высокомолекулярные олефины, амины, карбоновые кислоты, растворимые органические красители, поверхностно-активные вещества (в том числе и бионеразлагаемые), ароматические углеводороды и их производные, хлорорганические соединения (в частности, пестициды). Эти соединения лучше сорбируются на гранулированных АУ, чем на порошкообразных АУ. Исключение составляют компоненты, придающие природным водам вкус и запах, которые лучше сорбируются ПАУ.

Известкование - применяется, если железо находится в виде сульфатов. Обработка известью приводит к образованию гидроокиси железа, которая осаждается