Очистка воды – это процесс удаления нежелательных химических веществ, биологических загрязнителей, взвешенных твердых частиц и газов из загрязненной воды. Цель заключается в производстве воды, подходящей для определенного назначения. В большинстве случаев вода очищается для употребления человеком (питьевая вода), но очистка воды может быть предназначена и для многих других целей, включая соответствие требованиям медицинского, фармакологического, химического и промышленного применения. В целом, используемые методы включают физические процессы, такие как фильтрация, осаждение и дистилляция, биологические процессы, такие как песчаные фильтры медленного действия или биологически активированный уголь, химические процессы, такие как флоккуляция и хлорирование, а также использование электромагнитного излучения, такого как ультрафиолетовый свет.
Древнегреческий философ Эмпедокл заявлял, что вода является одним из четырех классических элементов наряду с огнем, землей и воздухом, и она считалась илемом или основным веществом Вселенной....
Процесс очистки воды может уменьшить концентрацию определенных веществ, включая взвешенные частицы, паразитов, бактерии, водоросли, вирусы, грибки, а также разнообразный растворенный и зернистый материал, принесенный с поверхности, где вода могла контактировать с осадками, например, дождем.
Стандарты для качества питьевой воды обычно устанавливаются правительством или международными стандартами. Эти стандарты обычно определяют минимальную и максимальную концентрацию загрязняющих веществ для использования воды.
Визуально судить о надлежащем качестве воды нельзя. Простые процедуры вроде кипячения или применения домашних фильтров из активированного угля не достаточны для очистки воды от всех возможных загрязнителей, которые могут присутствовать в воде из неизвестного источника. Даже натуральная родниковая вода, считавшаяся безопасной для любых практических целей в XIX веке, сейчас должна проходить тестирование перед тем, как определить, какой вид обработки нужен. Хотя химические и микробиологические анализы стоят дорого, они являются единственным способом получения информации, необходимой для определения подходящего метода очистки воды.
Согласно отчету 2007 г. Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), 1,1 миллиард человек не имеет доступа к улучшенной подаче питьевой воды, 88% 4 миллиардов ежегодных случаев диареи относятся к небезопасной воде и недостаточной санитарии и гигиене, 1,8 миллиардов человек умирают от диареи каждый год. ВОЗ подсчитала, что 94% этих смертей от диареи можно было бы избежать посредством изменений в окружающей среде, включая доступ к безопасной воде. Простые техники для обработки воды дома, такие как хлорирование, фильтры, солнечное обеззараживание и хранение в безопасных контейнерах, могут ежегодно спасать огромное число жизней. Снижение числа смертей от болезней, переносимых по воде, является главной целью общественного здравоохранения в развивающихся странах.
Источники воды
Грунтовая вода: вода, поступающая из некоторых источников грунтовой воды, могла выпасть в виде осадков много десятков, сотен или даже тысяч лет назад. Грунтовая вода естественным образом фильтруется почвой и породой до высокой степени чистоты и часто не требует дополнительной обработки, кроме добавления хлора или хлорамина, как вторичных дезинфицирующих агентов. Такая вода может выходить в виде родников, артезианских источников или может добываться из скважин. Глубокие грунтовые воды обычно обладают очень высоким бактериологическим качеством (т.е. патогенные бактерии или патогенные простейшие в ней обычно отсутствуют), но эта вода может содержать много растворенных твердых частиц, особенно карбонатов и сульфатов кальция и магния. В зависимости от слоя, через который протекает вода, в ней могут присутствовать другие ионы, включая хлорид и бикарбонат. Могут выдвигаться требования по уменьшению содержания железа и марганца в такой воде, чтобы сделать ее пригодной для питья, приготовления пищи и стирки. Также может потребоваться первичная дезинфекция. Там, где практикуется подпитка грунтовых вод (процесс, в котором речная вода вводится в водоносный пласт для хранения воды в периоды ее изобилия, чтобы сделать ее доступной при засухе), может потребоваться дополнительная обработка грунтовых вод в зависимости от применяемого законодательства.
Горные озера и водохранилища: расположенные обычно в истоках речных систем горные водохранилища находятся, как правило, выше мест обитания человека и могут быть окружены защитной зоной для ограничения возможностей для загрязнения. Уровни содержания бактерий и патогенов обычно низкие, но могут присутствовать некоторые бактерии, простейшие или водоросли. Там, где горная местность покрыта лесами или торфяниками, гуминовые кислоты могут окрашивать воду. Многие горные источники воды имеют низкий уровень рН, что требует регулирования.
Реки, каналы и низинные водохранилища: низинные поверхностные воды обладают значительной бактериальной нагрузкой и также могут содержать водоросли, взвешенные твердые частицы и многообразные растворенные компоненты.
Образование атмосферной воды – это новая технология, которая может обеспечить высококачественную питьевую воду, извлекая ее из воздуха посредством его охлаждения и конденсации водяного пара.
Заготовка дождевой воды или сбор тумана – можно использовать воду, накапливаемую из атмосферы, в частности, в регионах с долгими периодами засухи или там, где туман выпадает даже тогда, когда мало дождей.
Опреснение морской воды дистилляцией или обратным осмосом.
Поверхностная вода: открытые источники свежей воды, не объявленные грунтовыми водами, классифицируются в США для регулятивных целей и очистки воды.
Описанные ниже процессы чаще всего используются в установках очистки воды. Некоторые или большинство из них могут не использоваться в зависимости от масштабов установки и качества сырой воды.
Предварительная очистка
Откачка и загрязнение – большая часть воды должна быть откачана из ее источника или направлена в трубы или резервуары. Чтобы избежать попадания загрязнителей в воду, эта физическая инфраструктура должна быть изготовлена из подходящих материалов и сконструирована так, чтобы не возникло случайное загрязнение.
Процеживание – первый шаг в очистке поверхностной воды – это удаление крупного мусора, палок, листьев, обломков породы и других крупных кусков, которые могут помешать на дальнейших этапах очистки. В большинстве случаев глубокие грунтовые воды не нуждаются в процеживании перед другими этапами очистки воды.
Хранение – вода из рек также может храниться в прибрежных резервуарах от нескольких дней до многих месяцев, чтобы позволить произойти естественной биологической очистке. Это особенно важно, если обработка происходит при помощи песчаных фильтров медленного действия. Резервуары для хранения воды обеспечивают ее запас для коротких периодов засухи или, чтобы обеспечить подачу воды для использования на случай временного загрязнения вод основной реки.
Предварительное хлорирование – на многих установках входящая вода хлорируется для сведения к минимуму роста засоряющих организмов в трубопроводах и резервуарах. Из-за потенциальных неблагоприятных эффектов широкое применение этого метода прекращено.
Широко варьирующиеся техники доступны для удаления мелких твердых частиц, микроорганизмов и некоторых растворенных неорганических и органических веществ. Выбор метода будет зависеть от качества обрабатываемой воды, стоимости процесса обработки и стандартов качества, ожидаемого от обрабатываемой воды.
Чистая вода имеет уровень рН, близкий к 7 (ни щелочная, ни кислотная). Морская вода может иметь уровень рН, варьирующийся от 7,5 до 8,4 (умеренно щелочная). Свежая вода может иметь значительно варьирующийся уровень рН в зависимости от геологии водосборного бассейна или водоносного слоя и влияния загрязнителей (кислотный дождь). Если вода кислотная (уровень рН ниже 7), можно добавить известь, кальцинированную соду или гидроксид натрия, чтобы увеличить уровень рН во время процессов очистки воды. Добавление извести увеличивает концентрацию ионов кальция, повышая тем самым жесткость воды. Дегазификаторы принудительной тяги могут стать эффективным способом повышения уровня рН в воде с повышенной кислотностью, отделяя растворенную углекислоту от воды. Ощелачивание воды содействует эффективному протеканию процессов коагуляции и флоккуляции, а также помогает свести к минимуму риск растворения свинца из свинцовых труб и свинцового припоя в трубных фитингах. Достаточная щелочность воды также уменьшает коррозийные свойства воды для железных труб. При некоторых обстоятельствах к щелочным водам для снижения уровня рН можно добавить кислоту (угольную, соляную или серную). То, что вода щелочная (уровень рН выше 7,0) не обязательно означает, что свинец или медь из водопроводно-канализационной сети не будет растворяться в воде. Свойство воды осаждать карбонат кальция для защиты металлических поверхностей и уменьшения вероятности растворения токсичных металлов в воде – это функция уровня рН, содержания минералов, температуры, щелочности и концентрации кальция.
Коагуляция и флоккуляция
Одним из первых этапов в традиционном процессе очистки воды является добавление химических веществ для удаления взвешенных в воде частиц. Частицы могут быть неорганическими, например, глина, или органическими, такими как водоросли, бактерии, вирусы, простейшие и натуральные органические вещества. Неорганические и органические частицы содействуют помутнению и окрашиванию воды.
Добавление неорганических коагулянтов, таких как сульфат алюминия (или квасцы) или солей железа (III), таких как хлорид железа (III), вызывает различные одновременные реакции на частицах и среди них. В течение секунд отрицательные заряды на частицах нейтрализуются неорганическими коагулянтами. Также в течение секунд начинает формироваться осадок гидроокиси металла из ионов алюминия и железа (III). Этот осадок объединяется в частицы большего размера под действием натуральных процессов, таких как броуновское движение, и через вынужденное смешивание, которое иногда называют флоккуляцией. Термин, чаще всего используемый для аморфных гидроокисей металлов – это «флокулят». Большие аморфные гидроокиси алюминия и железа (III) поглощают и зацепляют частицы во взвеси и облегчают удаление частиц посредством последующих процессов осаждения и фильтрации.
Гидроокиси алюминия формируются в пределах довольно узкого диапазона, обычно от 5,5 до 7,7. Гидроокиси железа (III) могут формироваться в большем диапазоне уровня рН, включая уровни рН ниже эффективного для квасцов, обычно от 5,0 до 8,5.
В литературе много споров и замешательства по поводу использования терминов коагуляция и флоккуляция – где заканчивается коагуляция и начинается флоккуляция? На установках очистки воды обычно происходит высокоэнергетический типовой процесс быстрого смешивания (стоки пребывают на очистном сооружении в течение секунд), где вводимые вещества с низкой энергией поворачивают лопасти или другие устройства аккуратного смешивания для усиления формирования флокулята. Фактически процессы коагуляции и флоккуляции происходят, когда добавляются коагулянты солей металлов.
В 1960-х были разработаны органические полимеры для содействия коагулянтам, а в некоторых случаях в качестве замены неорганических коагулянтов солей металлов. Синтетические органические полимеры – это соединения с высоким молекулярным весом, которые переносят отрицательные, положительные или нейтральные заряды. Когда органические полимеры добавляются к воде с твердыми частицами, соединения с высоким молекулярным весом поглощаются на поверхности частиц и через перекрестные связи между частицами объединяются с другими частицами для формирования флокулята. «PolyDADMAC» - это популярный катионный (с положительным зарядом) органический полимер, используемый на установках очистки воды.
Осаждение
Вода, выходящая из резервуара флоккуляции, может поступать в резервуар для осаждения, также называемый очистителем или отстойником. Это большой бак с низкой скоростью воды, что позволяет флокуляту оседать на дне. Лучше располагать отстойный бассейн рядом с резервуаром флоккуляции, чтобы переход между двумя процессами не позволял осадку или флокуляту разрушаться. Отстойники могут быть прямоугольными, где вода течет из одного конца в другой, или круглыми, где поток идет от центра наружу. Отток из отстойника происходит обычно над водосливом, поэтому остается только тонкий верхний слой воды далеко от осадка.
В 1904 г. Аллен Хейзен доказал, что эффективность процесса осаждения является функцией скорости осаждения частиц, потока через резервуар и площади поверхности резервуара. Отстойники обычно проектируются в пределах диапазона уровня перелива 1,25 до 2,5 метров в час. В целом эффективность отстойника не является функцией продолжительности пребывания воды в резервуаре или глубины резервуара. Хотя глубина резервуара должна быть достаточной для того, чтобы потоки воды не нарушали осадок, и чтобы продолжалось взаимодействие осажденных частиц. По мере увеличения концентрации в осажденной воде вблизи поверхности осадка на дне резервуара, скорость осаждения может увеличиваться из-за столкновения и накопления частиц. Обычная продолжительность пребывания воды в резервуаре для отстаивания варьируется от 1,5 до 4 часов, а глубина резервуара варьируется от 3 до 4,5 метров.
Для улучшения эффектности удаления частиц к традиционному отстойнику можно добавить наклонные плоские пластины или трубы. Наклонные пластины и трубы значительно увеличивают площадь поверхности, доступную для частиц, удаляемых во взаимодействии с оригинальной теорией Хейзена. Площадь поверхности участка, занятого отстойником с наклонными пластинами или трубами, может быть намного меньше по сравнению с традиционным отстойником.
Хранение и удаление осадка
По мере осаждения частиц на дне отстойника формируется слой осадка. Этот слой необходимо удалять и обрабатывать. Осадок формируется в значительном количестве, часто занимая от 3% до 5% общего объема обрабатываемой воды. Стоимость обработки и утилизации осадка может составлять значительную часть текущих расходов на установку очистки воды. Отстойник может быть оборудован устройствами механической очистки, которые постоянно чистят дно резервуара, или резервуар можно периодически выводить из эксплуатации и очищать вручную.
Подкатегория процесса осаждения – это удаление частиц путем их захвата в слое взвешенного флокулята, когда вода нагнетается вверх. Основным преимуществом очистителей слоя флокулята является то, что они занимают меньшую площадь, чем традиционное осаждение. Недостатки заключаются в том, что эффективность удаления частиц может сильно варьироваться в зависимости от изменений в качестве впадающей воды и скорости потока впадающей воды.
Флотация растворенного воздуха
Когда удаляемые частицы не осаждаются легко из раствора, используется флотация растворенного воздуха (ФРВ). ФРВ часто применяется в системах водоснабжения, чувствительных к цветению одноклеточных водорослей и в системах с низкой мутностью и интенсивной окраской воды. После коагуляции и флоккуляции вода перетекает в резервуары ФРВ, где воздухораспределители на дне создают маленькие пузырьки, которые присоединяются к флокуляту, образуя в результате плавающую массу концентрированного флокулята. Плавающий слой флокулята удаляется с поверхности и очищенная вода отводится со дна резервуара ФРВ.
Фильтрация воды
После отделения большей части флокулята вода фильтруется на последнем этапе для удаления оставшихся взвешенных частиц и неосажденного флокулята.
Песчаные фильтры быстрого действия
Самый распространенный вид фильтра – это песчаный фильтр быстрого действия. Вода движется вертикально через песок, над слоем которого часто имеется слой активированного угля или фильтра с антрацитом. Верхний слой удаляет органические соединения, которые содействуют появлению привкуса и запаха. Пространство между частицами песка больше самых маленьких взвешенных частиц, поэтому простой фильтрации не достаточно. Большинство частиц проходит через поверхностные слои, но задерживается в порах или приклеивается к частицам песка. Эффективная фильтрация простирается вглубь фильтра. Это свойство фильтра является ключом к его действию: если верхний слой песка заблокирует все частицы, фильтр быстро засорится.
Для очистки фильтра вода быстро пропускается вверх через него, в противоположность нормальному направлению (обратная промывка), чтобы удалить имеющиеся частицы. Перед этим этапом можно продуть сжатый воздух через дно фильтра, чтобы разрушить уплотненную фильтрующую среду для содействия процессу обратной промывки; это называется «воздушная промывка». Загрязненную воду можно утилизировать вместе с осадком из отстойника или повторно использовать, смешивая с дождевой водой, поступающей на установку, хотя это зачастую считается не самой хорошей практикой, т.к. при этом в сырую воду повторно вводится повышенная концентрация бактерий.
На некоторых установках очистки воды используются фильтры давления. Они работают по тому же принципу, что и гравитационные фильтры быстрого действия, отличаясь тем, что фильтрующая среда заключена в стальной сосуд, и вода нагнетается под давлением.
Фильтруют частицы меньшего размера по сравнению с бумагой и песчаными фильтрами.
Фильтруют буквально все частицы, больше размеров их пор.
Довольно тонкие, поэтому жидкости могут протекать через них достаточно быстро.
Обладают разумной прочностью и могут выдерживать разницу давлений вдоль них обычно в 2-5 атмосфер.
Их можно почистить (обратной промывкой) и повторно использовать.
Песчаные фильтры медленного действия
Песчаные фильтры медленного действия могут использоваться при наличии достаточного места и пространства, т.к. вода должна проходить через фильтры очень медленно. Эти фильтры полагаются на процессы биологической очистки для своего действия, а не на физическую фильтрацию. Фильтры тщательно сконструированы, используя ступенчатые слои песка с крупным песком вместе с некоторым количеством гравия на дне и слоем тончайшего песка сверху. Обработанная вода перемещается по водостокам в основании для обеззараживания. Фильтрация зависит от развития на поверхности фильтра тонкого биологического слоя, который называется зооглейным слоем или грязной декой. Эффективный фильтр медленного действия может оставаться в эксплуатации в течение многих недель или даже месяцев, если предварительная обработка хорошо спроектирована и производит воду с очень низким доступным питательным уровнем, который редко достигается физическими методами очистки воды. Очень низкий питательный уровень позволяет безопасно направлять воду через распределительные системы с очень низким обеззараживающим уровнем, тем самым снижая недовольство потребителя неприятным содержанием хлора и побочных продуктов хлора. В песчаных фильтрах медленного действия нет обратной промывки; их обслуживание представляет собой соскабливание верхнего слоя песка, когда поток со временем преграждается биологическим разрастанием.
Специфическая «крупномасштабная» форма песчаного фильтра медленного действия – это процесс прибрежной фильтрации, в котором натуральные наносы на берегу реки обеспечивают первый этап фильтрации от загрязнителей. Вода, полученная от объединенных экстракционных скважин, не является достаточно чистой для использования напрямую для питья, но она значительно менее проблематична, чем речная вода, взятая напрямую из основных потоков, где часто используется прибрежная фильтрация.
Фильтрация воды через мембрану
Мембранные фильтры широко используются для фильтрации, как питьевой воды, так и канализации. Для получения питьевой воды мембранные фильтры могут удалить буквально все частицы больше 0,2 мкм, включая лямблии и криптоспоридии. Мембранные фильтры – это эффективная форма обработки третьего класса, если желательно повторное использование воды для промышленности, ограниченного бытового применения или перед сливом воды в реку, которая используется лежащими вниз по течению городами. Они широко используются в промышленности, в частности, для приготовления напитков, (включая воду в бутылках). Однако никакой фильтрацией нельзя удалить вещества, уже растворенные в воде, такие как фосфор, нитраты и ионы тяжелых металлов.
Удаление ионов и других растворенных веществ
В мембранах ультрафильтрации используются полимерные мембраны с химически образованными микроскопическими порами, которые можно использовать для фильтрации растворенных веществ, избегая применения коагулянтов. Тип мембраны определяет, какое давление необходимо для продвижения воды, и микроорганизмы какого размера можно отфильтровать.
Ионный обмен: в системах ионного обмена для замещения нежелательных ионов используются ионообменные колонны в смоле или цеолите. Самый распространенный случай – это процесс смягчения воды, состоящий из удаления ионов Ca2+ и Mg2+ и замещения их мягкими (взаимодействующими с мылом) ионами Na+ или K+. Ионообменные смолы часто используются также для удаления токсичных ионов, таких как нитраты, нитриты, свинец, ртуть, мышьяк и многие другие.
Осаждающее смягчение: вода с повышенной жесткостью (ионы кальция и магния) обрабатывается известью (оксид кальция) или кальцинированной содой (карбонат натрия) для осаждения карбоната кальция из раствора, используя общий ионный эффект.
Электродеионизация: вода пропускается между положительным электродом и отрицательным электродом. Ионообменные мембраны позволяют передвигаться только положительно заряженным ионам из обработанной воды к отрицательному электроду и только отрицательно заряженным ионам к положительному электроду. Образуется деионизированная вода высокой чистоты с несколько худшей степенью очистки по сравнению с ионообменной обработкой. Полное удаление ионов из воды называется электродиализом. Вода часто предварительно обрабатывается блоком обратного осмоса для удаления неионных органических загрязнителей.
Обеззараживание происходит путем фильтрации вредных микроорганизмов и добавления дезинфицирующих химических веществ. Вода обеззараживается для уничтожения любых патогенных организмов, которые проходят через фильтры и обеспечения остаточной дозы дезинфицирующего вещества для уничтожения или деактивации потенциально пагубных микроорганизмов в системах хранения и распределения. Среди возможных патогенных организмов – вирусы, бактерии, включая сальмонеллу, холеру, кампилобактеры и шигеллы, а также простейшие, включая лямблии и другие криптоспоридии. После введения любого химического обеззараживающего вещества воду обычно держат во временном хранилище, называемом контактным баком или чистым водоемом, чтобы завершить процесс обеззараживания.
Обеззараживание воды хлором
Самый распространенный метод обеззараживания воды включает некую форму хлора или его соединений, таких как хлорамин или диоксид хлора. Хлор – это сильный окислитель, который быстро убивает многие пагубные микроорганизмы. Так как хлор – это токсичный газ, имеется угроза его утечки при использовании. Эту проблему можно избежать посредством применения гипохлорита натрия, являющегося относительно недорогим раствором, выпускающим свободный хлор при растворении в воде. Растворы хлора можно произвести на месте путем электролиза обычных соляных растворов. Твердая форма, гипохлорит кальция, выпускает хлор при контакте с водой. Транспортировка твердого вещества, однако, требует большего обычного участия человека при открытии мешков и выливании, по сравнению с использованием газовых баллонов или отбеливателей, которые легко автоматизированы. Выработка жидкого гипохлорита натрия недорога и более безопасна, чем использование газа или твердого хлора.
Широко используются все формы хлора, несмотря на их относительные недостатки. Одним из недостатков является то, что хлор из любого источника реагирует с естественными органическими соединениями в воде, образуя потенциально пагубные химические побочные продукты. Эти побочные продукты, тригалометаны (ТГМ) и галогензамещенные уксусные кислоты (ГУК), в больших количествах являются канцерогенами и регламентируются Агентством по охране окружающей среды США и Инспектурой питьевой воды в Соединенном Королевстве. Формирование ТГМ и галогензамещающих уксусных кислот можно свести к минимуму путем удаления по возможности всех органических веществ из воды перед добавлением хлора. Хотя хлор эффективен в уничтожении бактерий, его эффективность ограничена против простейших, формирующих в воде цисты (патогенные лямблии и криптоспоридии).
Обеззараживание воды диоксидом хлора
Диоксид хлора – это обеззараживающее вещество, реагирующее быстрее, чем элементарный хлор, однако используется он относительно редко, потому что при некоторых обстоятельствах он может создавать в чрезмерном количестве хлорит, являющийся побочным продуктом, низкие допустимые уровни которого регулируются в США. Диоксид хлора поставляется в виде разжиженного раствора и добавляется к воде во избежание проблем с транспортировкой газа; запасы газа диоксида хлора могут неожиданно взрываться.
Все более распространенным становится использование хлорамина в качестве дезинфицирующего вещества. Хотя хлорамин не так силен, как окислитель, он обеспечивает остаток более длительного действия, чем свободный хлор, и не формирует ТГМ или галогензамещенные уксусные кислоты. Можно превратить хлор в хлорамин, добавляя аммиак к воде после добавления хлора. Хлор и аммиак реагируют для образования хлорамина. Системы распределения воды, обеззараженные хлораминами, могут потребовать нитрификации, т.к. аммиак – это питательное вещество для роста бактерий с образованием нитратов, как побочных продуктов.
Обеззараживание воды озоном
Озон – это нестабильная молекула, которая легко отдает один атом кислорода, обеспечивая мощный окисляющий агент, токсичный для большинства организмов, переносимых по воде. Это очень сильное дезинфицирующее средство широкого спектра действия, очень распространенное в Европе. Это эффективный метод деактивации вредных простейших, формирующих цисты. Метод также прекрасно действует против почти всех других патогенных организмов. Озон образуется при проходе кислорода через ультрафиолетовый свет или через «холодный» электрический разряд. Чтобы использовать озон в качестве дезинфицирующего средства, он должен быть образован на месте и добавлен к воде посредством пузырькового контакта. Некоторые из преимуществ озона включают производство меньшего числа побочных продуктов и отсутствие проблем с привкусом и запахом (по сравнению с хлорированием).
Хотя при озонировании образуется меньшее количество побочных продуктов, было выявлено, что озон реагирует с ионами бромида в воде, образуя концентрации подозрительного канцерогенного бромата. Бромид может быть обнаружен в системах подачи свежей воды в концентрации, достаточной для образования (после озонирования) более чем 100 частей на миллиард бромата – максимальный уровень загрязнения, установленный USEPA (Агентство по защите окружающей среды США). Другим недостатком озона является то, что он не оставляет остаточного обеззараживающего вещества в воде. Озон используется в установках питьевой воды с 1906 г., когда первая промышленная установка озонирования была построена в Ницце, Франция. Администрация по контролю за продуктами питания и лекарствами США считает озон безопасным; он используется в качестве противомикробного агента для обработки, хранения и переработки пищевой продукции.
Ультрафиолетовый свет (УФ) очень эффективен в деактивации цист в воде с низкой мутностью. Эффективность обеззараживания воды УФ светом понижается по мере увеличения мутности в результате поглощения, рассеивания и затемнения, вызванного взвешенными твердыми частицами. Основным недостатком использования УФ излучения является то, что, как и озоновая обработка, оно не оставляет остаточного дезинфицирующего вещества в воде; поэтому иногда необходимо добавлять остаточное обеззараживающее вещество после процесса первичного обеззараживания. Это производится путем добавления в качестве первичного обеззараживающего вещества хлораминов, которые обсуждались выше. При использовании таким способом хлорамины обеспечивают эффективное остаточное обеззараживание воды с очень небольшими негативными аспектами хлорирования.
Различные переносные устройства для дезинфекции воды
Такие устройства доступны для обеззараживания воды в экстренных условиях или в удаленной местности. Первичной целью является обеззараживание, т.к. эстетические соображения, такие как вкус, запах, внешний вид и следы химического загрязнения не влияют на краткосрочную безопасность питьевой воды.
Солнечное обеззараживание воды
Солнечное обеззараживание воды (SODIS) – это дешевый метод обеззараживания воды, который может быть выполнен посредством доступных на месте материалов. В отличие от методов, которые полагаются на дрова, он обладает слабым воздействием на окружающую среду.
В недавнем исследовании было обнаружено, что дикую сальмонеллу, которая быстро размножается во время последующего хранения обеззараженной солнцем воды в темноте, можно контролировать добавлением перекиси водорода в концентрации всего 10 частей на миллион.
Фторирование воды: во многих регионах фторид добавляется к воде с целью предотвращения разрушения зубов. Фторид обычно добавляется после процесса обеззараживания. В США фторирование сопровождается добавлением гексафторкремниевой кислоты, которая растворяется в воде, выделяя иона фторида.
Водоподготовка: это метод снижения воздействия жесткой воды. Соли жесткости откладываются в водных системах, находящихся под нагревом, потому что растворение ионов бикарбоната создает ионы карбоната, которые кристаллизируются из насыщенного раствора кальция или карбоната магния. Вода с высокой концентрацией солей жесткости может быть обработана кальцинированной содой (карбонат натрия) который осаждается из избытка соли посредством общего ионного действия, образуя карбонат кальция очень высокой степени чистоты. Осажденный карбонат кальция традиционно продается производителям зубной пасты. Имеются заявления (без общего научного принятия) о том, что в некоторых других методах промышленной и бытовой обработки воды используются магнитные и электрические поля, снижающие действие жесткой воды.
Снижение способности растворять свинец: в регионах с естественно кислыми водами с низкой проводимостью (т.е. поверхностные осадки в высокогорье с вулканической породой), вода может растворять свинец из свинцовых труб, в которых она переносится. Добавление небольшого количества иона фосфата и слабое увеличение уровня рН содействует значительному снижению способности воды растворять свинец, создавая нерастворимые соли свинца на внутренней поверхности труб.
Удаление радия: в некоторых источниках грунтовой воды содержится радий, радиоактивный химический элемент. Среди обычных источников - многие источники грунтовой воды на севере реки Иллинойс в штате Иллинойс, США. Радий можно удалить ионным обменом или водоподготовкой. Образуется осадок, являющийся, тем не менее, незначительным радиоактивным отходом.
Удаление фторида: хотя фторид во многих регионах добавляют к воде, в некоторых местах мира уровень природного фторида в исходной воде чрезвычайно высок. Чрезмерные уровни могут быть токсичными или являться причиной нежелательного косметического эффекта, такого как окрашивание зубов. Способы уменьшения содержания фторида включают очистку активированной окисью алюминия и фильтром из костяного угля.
Ниже перечислены другие популярные методы очистки воды, особенно, в местных частных водопроводах. В определенных странах некоторые из этих методов также используются в крупных муниципальных водопроводах. Особенно важна дистилляция (опреснение морской воды и обратный осмос).
Кипячение: вода нагревается в достаточной степени и достаточно долго для деактивации или уничтожения микроорганизмов, которые обычно живут в воде при комнатной температуре. Возле уровня моря достаточно энергичного бурлящего кипячения в течение, по крайней мере, одной минуты. В местности выше уровня моря (более 2 км) рекомендуется кипятить воду три минуты. В местах с жесткой водой (это означает, что она содержит значительное количество растворенных солей кальция) при кипячении растворяются ионы бикарбоната, в результате карбонат кальция частично осаждается в виде налета на стенках посуды для кипячения. За исключением кальция кипячение не удаляет вещества, растворяемые при большей температуре кипячения, а фактически увеличивает их концентрацию (так как часть воды уходит с паром). Кипячение не оставляет остаточного дезинфицирующего вещества в воде. Поэтому в кипяченой воде, хранимой в течение долгого времени, могут накапливаться новые патогенные вещества.
Фильтрация гранулированным активированным углем: форма активированного угля с высокой площадью поверхности поглощает многие соединения, включая многие токсичные соединения. Фильтрация активированным углем обычно применяется в муниципальных регионах с водой с органическими загрязнениями, привкусом и запахами. Во многих бытовых фильтрах для воды и садках для рыбы используются фильтры с активированным углем для дальнейшего очищения воды. Домашние фильтры для питьевой воды иногда содержат серебро в виде металлических серебряных наночастиц. Если воду держать в угольном блоке в течение долгого периода, внутри могут вырасти микроорганизмы, что приведет к засорению и загрязнению. Серебряные наночастицы являются прекрасным антибактериальным материалом, и они могут растворять токсичные галогенсодержащие органические соединения, такие как пестициды, в нетоксичные органические продукты.
Дистилляция включает кипячение воды для образования пара. Пар контактирует с холодной поверхностью, где он конденсируется в виде жидкости. Так как растворимые вещества обычно не испаряются, они остаются в кипящем растворе. Даже дистилляция не очищает полностью воду из-за загрязнителей с аналогичными точками кипения и каплями не испарившейся жидкости, переносимыми паром. Однако 99,9% чистой воды можно получить посредством дистилляции.
Обратный осмос: механическое давление прикладывается к загрязненному раствору для нагнетания чистой воды через полупроницаемую мембрану. Обратный осмос теоретически является самым тщательным методом крупномасштабной очистки воды, хотя идеальные полупроницаемые мембраны создать сложно. Без надлежащего техобслуживания мембран на них могут образовываться водоросли и другие формы жизни.
Прямая контактная мембранная дистилляция (ПКМД). Применима к дистилляции. Нагретая морская вода пропускается через поверхность гидрофобной полимерной мембраны. С горячей стороны через поры в мембране испарившаяся вода проходит в поток холодной чистой воды с другой стороны. Разница в давлении пара между холодной и горячей стороной помогает проталкивать молекулы воды.
Опреснение – это процесс, в котором соленая вода (в целом морская вода) превращается в свежую воду. Самый распространенный процесс опреснения – это дистилляция и обратный осмос. Опреснение в настоящий момент является дорогим методом по сравнению с большинством альтернативных источников воды, и опреснение удовлетворяет только очень малую часть общего потребления воды. Это экономически практично только для дорогостоящего использования (бытовое и промышленное применение) в засушливых регионах.
Метод центрифугирования кристаллами газового гидрата. Если углекислый газ или другой газ с низким молекулярным весом смешивается с загрязненной водой при высоком давлении и низкой температуре, происходит экзотермическое формирование кристаллов газового гидрата. Отделение кристаллического гидрата можно выполнить центрифугированием или осаждением и декантированием. Воду можно очистить от кристаллов гидрата нагреванием.
Химическое окисление на месте (ISCO) – это форма усовершенствованного процесса и улучшенной технологии окисления, техника экологической коррекции, используемая для исправления почвы или грунтовой воды для снижения концентрации определенных загрязнителей до приемлемого уровня. Техника ISCO выполняется посредством введения сильных химических окислителей непосредственно в загрязненную среду (почву или грунтовую воду) для разрушения химических загрязнителей на месте. Ее можно использовать для исправления множества органических соединений, включая устойчивые к естественной деградации вещества.
В апреле 2007 г. водопровод в г. Спенсер, штат Массачусетс, США, был загрязнен избытком гидроксида натрия (щелок), когда произошел сбой в работе системы очистки.
Многие муниципалитеты перешли от свободного хлора к хлорамину в качестве обеззараживающего вещества. Однако хлорамин в некоторых системах очистки воды вызывает коррозию. Хлорамин может растворять защитную пленку внутри более старых линий подачи воды с выщелачиванием свинца в пробках в жилых домах. Это может привести к губительному воздействию свинца, который является известным нейротоксином, с повышением его содержания в крови.
Деминерализованная вода
Дистилляция удаляет все минералы из воды, а мембранные способы обратного осмоса и нанофильтрации удаляют большинство минералов или все. Это приводит к получению деминерализованной воды, не считающейся идеальной питьевой водой. Всемирная организация здравоохранения с 1980 г. исследовала воздействие на здоровье деминерализованной воды. Эксперименты на людях выявили, что деминерализованная вода увеличивала диурез и удаление электролитов, понижая содержание калия в сыворотке крови. Магний, кальций и другие минералы в воде могут помочь защититься от дефицита питательных веществ. Деминерализованная вода также может увеличить угрозу токсичных металлов, потому что она выщелачивает материалы трубопровода, такие как свинец и кадмий, что можно предотвратить такими растворенными минералами, как кальций и магний. Вода с низким содержанием минералов привела к особым случаям отравлений свинцом у младенцев, когда свинец из труб выщелачивался до особо высокого содержания в воде. Рекомендации для содержания магния – минимум 10 мг/л, оптимум 20-30 мг/л; для кальция – минимум 20 мг/л, оптимум 40-80 мг/л. Общая рекомендованная жесткость воды (добавление магния и кальция) составляет 2-4 ммоль/л. При жесткости воды более 5 ммоль/л повышается коэффициент заболеваемости такими недугами, как образование желчных камней, камней в почках, мочевых камней, артроз, артропатия. К тому же процесс опреснения может увеличить риск бактериального загрязнения.
Изготовители домашних опреснителей воды заявляют об обратном, т.е., что минералы в воде являются причиной многих заболеваний, и что наиболее полезные минералы поступают с едой, а не с водой. Они цитируют специалистов Американской медицинской ассоциации, заявляя, что «потребность организма в минералах в значительной степени удовлетворяется через еду, а не питьевую воду». В ответ ВОЗ соглашается, что «питьевая вода за редкими исключениями не является основным источником важных веществ для человека» и «для нас это не основной источник кальция и магния», хотя и утверждает, что деминерализованная вода в любом случае вредна. «Дополнительные доказательства поступили после экспериментов на животных и клинических наблюдений в нескольких странах. У животных, получавших цинк или магний с питьевой водой, концентрация этих элементов в сыворотке была значительно выше, чем у животных, которым давали те же элементы в гораздо больших количествах с едой и питьевую воду с низким содержанием минералов».
Господи! Как все это сложно! Чем больше пытаешься вникнуть в суть, тем больше ты понимаешь, какой ты лох и безграмотный человек. Вот к примеру я, узнал о великой грязи в воде и купил фильтр для очистки воды, вскоре почувствовал, что вода при этом имеет немного другой вкус, этот вкус в дадьнейшем меняется. Это и понятно, ведь действующие химические вещества внутри фильтра иссякают. Стал думать, конечно вода , которую я теперь пью, не содержит многих вредных составляющих, особенно твердых осадков, но, насколько мне и моему организму полезны те химические добавки, котрые выделяет сам фильтр? В результате, перестал покупать "фильтр для жесткой воды". Стал просто пить кипяченую воду. Наверно, это очень вредно для моего организма? Прощу Вас всех, если кто знает, почему мне это вреднее, чем пить фильтрованную воду фильтрами, котрые неизвестно кем аттестовались, неизвестно на ком проверялись, может на мышах? Но я ведь не мышь. Пока...
Мне нравится0
Urchi19.01.2013
Химию и физику надо было в школе учить темнота
Мне нравится0
Литвинов Александр Васильевич11.03.2013
В теле человека создаются блокировки против правильного движения жидкостей и в этом случае вода активирует процессы заболевания. В общем это система медицины-остеопатия. Для решения проблем воды можно использовать активную воду.X
Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.
Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".
Песчаные фильтры медленного действия могут использоваться при наличии достаточного места и пространства, т.к. вода должна проходить через фильтры очень медленно. Эти фильтры полагаются на процессы биологической очистки для своего действия, а не на физическую фильтрацию. Фильтры тщательно сконструированы, используя ступенчатые слои песка с крупным песком вместе с некоторым количеством гравия на дне и слоем тончайшего песка сверху. Обработанная вода перемещается по водостокам в основании для обеззараживания. Фильтрация зависит от развития на поверхности фильтра тонкого биологического слоя, который называется зооглейным слоем или грязной декой. Эффективный фильтр медленного действия может оставаться в эксплуатации в течение многих недель или даже месяцев, если предварительная обработка хорошо спроектирована и производит воду с очень низким доступным питательным уровнем, который редко достигается физическими методами очистки воды. Очень низкий питательный уровень позволяет безопасно направлять воду через распределительные системы с очень низким обеззараживающим уровнем, тем самым снижая недовольство потребителя неприятным содержанием хлора и побочных продуктов хлора. В песчаных фильтрах медленного действия нет обратной промывки; их обслуживание представляет собой соскабливание верхнего слоя песка, когда поток со временем преграждается биологическим разрастанием.
