И методы улучшения качества воды

Природоохранные мероприятия – любые технологические, технические, организационные или экономические мероприятия, сохраняющие природные системы, их количество и качество. Можно выделить мероприятия, непосредственно ведущие к сохранению природных ресурсов и среды жизни (очистка выбросов предприятий и т.п.), а также природоохранные мероприятия, опосредованно их сохраняющие (например, поддержание экологического равновесия с помощью природных особо охраняемых территорий).

Некоторые проблемы гидросферы и мероприятия по их минимизации или ликвидации отражены в табл.В.1.

Таблица Б.1 – Проблемы экологического характера и возможные пути их решения

Методов улучшения качества воды достаточно много (рис.В.1). Они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешенных частиц, гуминовых соединений, от избытка солей, токсичных и радиоактивных веществ, дурно пахнущих газов и т.д. Некоторые из них приведены ниже.

Рисунок Б.1 – Инженерно-технические решения

Стандартная очистка воды от загрязняющих веществ включает в себя три этапа:

1) первичная очистка:

- механическая очистка или осветление – удаление твердых нерастворимых частиц, находящихся во взвешенном состоянии, с помощью механических методов очистки (процеживание, отстаивание),

- химическая очистка – устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или истинно растворенных неорганических веществ с помощью нейтрализации;

2) вторичная очистка – удаление растворенных органических веществ с помощью биологических методов очистки (в аэротенках, метантенках, биологических прудах, на биофильтрах при помощи микроорганизмов);

3) третичная очистка или обесцвечивание:

- удаление оставшихся органических веществ с помощью химических (нейтрализация) и физико-химических (коагуляция[19], флотация[20]) методов очистки;

- доочистка – пропускание воды через активированный уголь и последующее хлорирование.

Обеззараживание (дезинфекцию) воды проводят для уничтожения содержащихся в ней болезнетворных бактерий и вирусов. Чаще всего применяют хлорирование воды, иногда озонирование или бактерицидное облучение.

Хлорирование заключается в добавлении в воду газообразного хлора для уничтожения болезнетворных организмов. Процесс хлорирования недорог по сравнению с другими методами дезинфекции сточных вод. Кроме того, эффективность дезинфекции легко контролируется путем проверки на свободный хлор в сбрасываемых очищенных сточных водах. Однако хлорирование создает ряд проблем, связанных с окружающей средой. Хлор и его соединения с аммиаком ядовиты для рыбы. Другая проблема, связанная с хлорированием, состоит в том, что в воде могут образовываться устойчивые и ядовитые хлорированные углеводороды; известно, что некоторые из них могут быть канцерогенны.

Озонирование осуществляется путем контакта воды с газом. Озон – весьма сильный окислитель, разрушающий бактерии и вирусы. В отличие от хлорирования, при котором хлор может соединяться с углеводородами, содержащимися в воде, при озонировании хлорированных углеводородов не образуется; напротив, озон может разрушать присутствующие в воде углеводороды путем их окисления, также он эффективен при обесцвечивании воды и не создает постороннего привкуса и запаха. В обработанной воде не остается никаких следов свободного озона. Полное отсутствие остаточного озона в воде означает, что нет никакого быстрого способа удостовериться в полном уничтожении всех содержащихся в воде бактерий и вирусов, как это имеет место в случае хлорирования воды (табл.В.2). Более того, при любом попадании в воду болезнетворных бактерий и вирусов они не погибнут, поскольку в воде отсутствуют какие-либо обеззараживающие агенты. Для защиты от таких повторных попаданий бактерий и вирусов необходимо использовать дополнительное обеззараживающее средство. Другая причина настороженности использования озона состоит в том, что продукты реакций озона с органическими веществами, содержащимися в воде, до сих пор не идентифицированы, хотя были обнаружены альдегиды и некоторые другие простые органические соединения.

Таблица Б.2 – Сравнение процессов хлорирования и озонирования воды

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривается как средство для обеззараживания преимущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает выраженным бактериостатическим действием.

Бактерицидное облучение. Максимальным бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые (УФ) лучи с длиной волны 260 нм. Это излучение обычно получают с помощью ртутной лампы. Такой метод стерилизации применяют только для небольших количеств воды. При этом вода должна быть прозрачной, иначе будет происходить частичное поглощение излучения.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Преимущества УФ-облучения заключаются в том, что они не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия – уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов.

Специальная очистка. Традиционная технология очистки воды на водопроводах обладает ограниченным барьерным действием в отношении многих химических веществ. Высокоминерализованные воды часто нуждаются в специальной очистке. Некоторые из них:

- дезодорация – искусственное устранение или маскировка неприятно пахнущих газообразных веществ, образующихся в результате гнилостного разложения органических субстратов; достигается аэрацией воды[21], обработкой окислителями; дезодораторами служат: железный купорос, хлорная известь, формалин, марганцовокислый калий, хлористый цинк, каменно-угольная и древесная смолы, а также различные вещества, адсорбирующие зловонные газы, например древесный уголь, торф и прочее; часто для устранения дурных запахов к подаваемому воздуху добавляют озон (при наличии принудительной вентиляции);

- обезжелезивание (деферризация) – вид очистки питьевой воды, заключающийся в ее освобождении от чрезмерного содержания железа (более 1 мг/л) с целью улучшения органолептических свойств; производится путем разбрызгивания воды с целью аэрации в специальных устройствах – градирнях, при этом двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, соли которого в основном нерастворимы;

- умягчение (смягчение) воды – снижение (до заданных пределов) жёсткости воды удалением из неё солей кальция и магния (происходит обмен ионов Са²⁺ и Mg²⁺ на ионы Na⁺ и Н⁺); в практике водоочистки применяют главным образом реагентный и катионитовый методы, а также термический способ, заключающийся в нагревании воды до температуры свыше 100°С, при котором из неё полностью удаляются соли, обусловливающие карбонатную жёсткость;

- опреснение – способ обработки воды с целью снижения концентрации растворённых солей до степени (обычно до 1 г/л), при которой вода становится пригодной для питьевых и хозяйственных целей; опреснение может быть осуществлено как с изменением агрегатного состояния воды (дистилляция[22], вымораживание[23]), так и без изменения её агрегатного состояния (электродиализ[24], гиперфильтрация, или обратный осмос, ионный обмен, экстракция воды органическими растворителями, экстракция воды в виде кристаллизационной воды кристаллогидратов, нагрев воды до определённой температуры, сорбция ионов на пористых электродах, биологический метод – с использованием способности некоторых водорослей поглощать соли на свету и отдавать их в темноте и др.);

- деконтаминация – снижение содержания радиоактивных веществ в воде; на 70-80% происходит при коагуляции, отстаивании и фильтровании воды;

- обесфторивание воды – производят фильтрованием через анионообменные фильтры, часто для этого используют активированную окись алюминия; иногда проводят разбавление водой другого источника, не содержащей фтор;

- фторирование – искусственное добавление фтора; проводят при содержании в воде менее 0,7 мг/л с целью профилактики кариеса зубов.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содержащие хлор – аквасепт (растворяется в воде в течение 2-3-х мин., подкисляет воду, и тем самым улучшает процесс обеззараживания), пантоцид – препарат из группы органических хлораминов.

Кипячение является простым и надежным способом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 70^оС уже через 20-40 секунд, поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5 минутном кипячении есть полная гарантия безопасности даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин, и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл. Тару, в которой хранится кипяченая вода, необходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное размножение микроорганизмов.

При незначительном загрязнении эффективным является метод вымораживания. С его помощью можно избавиться от излишнего количества растворенных солей легких и тяжелых металлов.