14. Специальные методы улучшения качества воды.

Специальные методы улучшения качества питьевой воды: умягчение, обезжелезивание, опреснение, дегазация, фторирование, дефторирование и дезактивация.

Способы умягчения жесткой воды (более 200 жесткости): 1). Кипячение (устраняется карбонатная жесткость); 2). Добавление извести (устраняется карбонатная жесткость), 3). Коагуляция с последующей фильтрацией (устраняется карбонатная жесткость): Al2(SO4)3 + Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2; 4). Добавление соды (некарбонатная жесткость пе-реводится в карбонатную с последующим удалением карбонатной), 5). Фильтрация через ионообменные смолы (катионитный фильтр) – т.н. "глубокое умягчение" за счет обмена ка-тионов кальция и магния на катионы водорода, натрия и пр.33

Способы обезжелезивания воды, содержащей ионы железа в концентрации превышаю-щей ПДК = 0,3 мг/л, основаны на окислении железа растворимых солей до Fe3+ и образова-ния нерастворимого в воде соединения Fe(OH)3. В качестве окислителей используют кисло-род воздуха или хлор, насыщая воду барботированием34 окислителя или разбрызгиванием (аэрацией35) воды.

Опреснение (удаление избытка минеральных солей) применяют для морской воды, содер-жащей ионы Cl-, Na+, SO42-, Mg2+, а также Ca2+, K+, и горько-соленой воды, содержащих по-мимо избытка хлоридов избыток сульфатов в концентрации более 500 мг/л и встречающих-ся в регионах с высокой засоленностью почв в степной, полупустынной и пустынной зоне.

Основные способы опреснения: 1). Перегонка (дистилляция) морской или соленой воды с содержанием солей более 10 г/л – получение дистиллята с последующим добавлением из-вестковых солей до нормальной концентрации, характерной для питьевой воды; 2). Элек-тродиализ соленой воды с содержанием солей 2,5-10 г/л; 3). Гиперфильтрация (обратный осмос) воды с содержанием солей 2,5-10 г/л; 4). Фильтрация соленой воды с содержанием солей менее 2,5 г/л через ионообменные смолы; 5). Вымораживание соленой воды с содер-жанием солей менее 2,5 г/л, основанное на разнице температуры замерзания чистой воды и рассола.

Дегазация применяется для воды, насыщенной вредными или плохо пахнущими газами – сероводородом H2S, метаном СН4, углекислым газом CO2, радоном и другими. Наиболее приемлемым способом дегазации является аэрация, осуществляемая барботированием воздуха через воду или разбрызгиванием воды.

Фторирование применяется для воды с концентрацией фторидов <1 мг/л (в зонах с холодным и умеренным климатом), <0,5-0,6 мг/л (в зонах с теплым и жарким климатом) в регионах с высокой заболеваемостью (более 25%) кариесом зубов. Фторирование воды исключает другие способы введения фтора в организм. Основной способ фторирования питьевой воды – добавление наиболее дешевых, хорошо растворимых в воде, нетоксичных и не содержащих вредных примесей фторида натрия NaF, кремнефтористого натрия Na2SiF6 или аммония (NH4)2SiF6. На водопроводных станциях соединения фтора вводят в воду после коагуляции, отстаивания и фильтрации; при использовании артезианской воды – в резервуар для хранения чистой воды.

Дефторирование применяется для воды, содержащей фториды в концентрации более 1,5 мг/л (в зонах с холодным и умеренным климатом) и более 1,2 мг/л (в зонах с теплым и жарким климатом). Повышенное содержание фторидов питьевой воде наблюдается, как правило, при местном водоснабжении, в областях недавно действующих вулканов и там, где почва богата соединениями F (виллиомит NaF, флюорит и плавиковый шпат CaF, селлаит – MgF2, фтор-апатит - 3Ca3(PO4)2Ca(F,Cl)2). Потребление питьевой воды, растительной и животной пищи с повышенным содержанием фтористых соединений ведет к задержке солей фтора в костях зубов с замещением растворимых солей кальция на нерастворимые соединения кальция и фтора. Эндемический флюороз является системным заболеванием, при котором изменяется структура костной ткани (остеосклероз), приводящая к деформации костей. Появление непрозрачных пятен на эмали зубов (признак флюороза) имеет место при превышении содержания фтора в зубной эмали в 3-5 раз. Частота флюороза значительно увеличивается при концентрации фторидов в питьевой воде 2 ppb (мг/л), общий флюороз с кальцификацией связок наблюдается при 8 ppb. Дефторирование является основной организационно-технической профилактической мерой, направленной на предупреждение эндемического флюороза зубов в геохимических провинциях с заболеваемостью эндемическим флюорозом.

Способы дефторирования: 1). Смешение воды из разных источников, характеризующихся по-вышенным (вода из местных источников водоснабжения) и пониженным (привозная вода) со-держанием фторидов;

2). Коагуляция сульфатом алюминия с последующим отстаиванием в течение 4-6 часов до полного осаждения хлопьев; 3). Фильтрация через активную окись алюминия Al2O3; 4). Фильтрация через анионообменные смолы с целью замещения F- на другие анионы.

Дезактивация применяется для воды, загрязненной радиоактивными изотопами химических элементов, и базируется как на дистилляции воды, так и других способах в зависимости от природы и степени радиоактивного загрязнения.

15. Гигиеническая характеристика способов обеззараживания воды.

Обеззараживание воды может быть проведено химическими и физическими (безреагентными) методами. К химическим методам обеззараживания воды относят хлорирование и озонирование. Задача обеззараживания — уничтожение патогенных микроорганизмов, т. е. обеспечение эпидемической безопасности воды. В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Этому способствует доступность метода, его дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т. е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце (при его загрязнении и ненадежности), на полевом стане, в бочке, ведре и во фляге. Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окислительным и бактерицидным действием. Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз: образуется хлорноватистая кис-лота. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т. е. метод хлорирования по хлорпотребности.

В настоящее время метод озонирования воды является одним из самых перспективных и уже находит применение во многих странах. Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов. Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения. Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным микроорганизмам.

К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздей-ствие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами. Преимущество физических методов обеззараживания перед химическими состоит в том, что они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводных конструкциях применяется только ультрафиолетовое облучение, а при местном водоснабжении — кипячение. Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. На эффективность обеззараживания оказывают влияние степень мутности, цветности воды и ее солевой состав. Необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды УФ-лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание. Преимущества ультрафиолетового облучения в том, что УФ-лучи обладают более широким спектром антимикробного действия: уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов. Ультразвук применяют для обеззараживания бытовых сточных вод, т. к. он эффективен в отношении всех видов микроорганизмов, в том числе и спор бацилл. Его эффективность не зависит от мутности и его применение неприводит к пенообразованию, которое часто имеет место при обеззараживании бытовых стоков. Гамма-излучение очень эффективный метод. Эффект мгновенный. Уничтожение всех видов микроорганизмов, однако в практике водопроводов пока не находит применения.