Трудно найти регион России, в котором вода по

Трудно найти регион России, в котором вода по
своему химическому составу может использоваться
для хозяйственно-бытовых и, тем более, питьевых
целей без дополнительной обработки (очистки). В
артезианских скважинах и колодцах часто
встречаются такие «загрязнения» как
железо,марганец, жесткость, а иногда такие опасные
для здоровья химические элементы как литий, бор,
кадмий, нитраты, фториды и др. Помимо опасности для
здоровья, «загрязнения» воды ведут к
зашлаковыванию труб, выходу из строя бытовых
приборов, трудноудаляемым загрязнениям на
различных поверхностях.
Не существует двух источников с совершенно
одинаковым химическим составом. Даже если две
скважины пробурены на одну глубину и расположены
близко друг от друга состав воды, полученной из них,
может различаться. В связи с этим для правильного
определение состава оборудования необходимо
провести химический анализ воды из собственной
скважины или колодца, а не пользоваться анализом
воды соседа. Анализ воды необходимо проводить в
лаборатории, где подскажут, как правильно отобрать
пробу воды, по каким показателям надо сделать
анализ обязательно. В зависимости от типа,
количества и содержания загрязнителей, а также
требований к очищенной воде подбирается тот или
иной набор методов очистки и состав оборудования. В
каждом конкретном случае система очистки
расчитывается индивидуально.
Основные проблемы воды
Повышенная мутность
Повышенная мутность характерна как для
артезианской, колодезной, так и для водопроводной
воды. Мутность вызывают взвешенные и коллоидные
частицы, рассеивающие свет. Это могут быть как
органические, так и неорганические вещества или те
и другие одновременно. Сами по себе взвешенные
частицы в большинстве случаев не представляет
серьезной угрозы для здоровья, но для современного
оборудования, они могут стать причиной
преждевременного выхода из строя. Повышенная
мутность водопроводной воды часто связана с
механическим отрывом продуктов коррозии
трубопроводов и биоплёнок, развивающихся в системе
центрального водоснабжения. Причиной повышенной
мутности артезианских вод обычно являются
глинистые или известковые взвеси, а так же
образующиеся при контакте с воздухом
нерастворимые окислы железа и других металлов.
Качество воды из колодцев наименее стабильно,
поскольку грунтовые воды подвержены влиянию
внешних факторов. Высокая мутность из колодцев
может быть связана с поступлением в грунтовые воды
труднорастворимых природных органических
веществ из грунтов с техногенным загрязнением.
Высокая мутность негативно влияет на
эффективность дезинфекции, в результате чего
прикрепленные к поверхности частиц
микроорганизмы выживают и продолжают развиваться
на пути к потребителю. Поэтому снижение мутности
часто позволяет улучшить микробиологическое
качество воды.
Железо в воде
Высокое содержание железа в водопроводе
связано с различными причинами. В водопровод эти
примеси попадают в результате коррозии
трубопроводов или использования на станциях
водоподготовки железосодержащих коагулянтов, а в
артезианские воды – в следствие контакта
железосодержащих минералами.
Обычно непосредственно после получения
артезианская вода не несёт видимых признаков
наличия соединений железа, однако при контакте с
кислородом воздуха через 2-3 часа возможно
появления желтой окраски, а при более
продолжительном отстаивании может наблюдаться
образование светло-коричневого осадка. Все это
является результатом протекания окислительного
процесса.
Марганец в воде
Примеси марганца из артезианских скважин
обнаруживается одновременно с примесями железа.
Источник их поступления один и тот же – растворение
марганцесодержащих минералов. Превышение
содержания марганца в питьевой воде ухудшает её
вкус, а при использовании для хозяйственно-бытовых
нужд наблюдается образование тёмных отложений в
трубопроводах и на поверхностях нагревательных
элементов. Мытье рук с высоким содержанием
марганца приводит к неожиданному эффекту – кожа
сначала сереет, а потом и вовсе чернеет. При
продолжительном уподоблении воды с высоким
содержанием марганца повышается риск развития
заболеваний нервной системы.
Окисляемость и цветность
Повышенная окисляемость и цветность
поверхностных и артезианских источников
водоснабжения свидетельствует о наличии примесей
природных органических веществ – гуминновых и
фульвокислот, являющихся продуктами разложения
объектов живой и неживой природы. Высокое
содержание органических веществ в поверхностных
водах фиксируются в период гниения водорослей
(июль – август).
Одной из характеристик концентрации органических
загрязнений является перманганатная
окисляемость. В области залегания торфа, особенно в
районах крайнего севера и восточной Сибири, этот
параметр может в десятки раз превышать допустимые
значение.
Сами по себе природные органические вещества не
представляют угрозы для здоровья. Однако при
одновременном присутствии железа и марганца
образуются их органические комплексы,
затрудняющие их фильтрацию методом аэрации, то
есть окисление кислородом воздуха. Наличие
органических веществ природного происхождения
затрудняет дезинфекцию воды окислительными
методами,
Запах воды. Вода с запахом сероводорода
Запах водопроводной, артезианской и колодезной
воды делают её непригодной для употребления. При
оценке качества воды потребители ориентируются на
индивидуальные ощущения запаха, цвета и вкуса.
Питьевая вода не должна иметь какой-либо запах,
заметный для потребителя.
Причиной запаха водопроводной воды чаще всего
является растворенный хлор, поступающий в воду на
стадии дезинфекции при централизованной
водоподготовке.
Запах артезианской может быть связан с наличием
растворенных газов – сероводорода, оксида серы,
метана, аммиака и другими.
Некоторые газы могут быть продуктами
жизнедеятельности микроорганизмов или
результатом техногенного загрязнения источников
водоснабжения.
Колодезная вода наиболее подвержена посторонним
загрязнениям, поэтому часто неприятный запах может
быть связан с присутствием нефтепродуктов и следов
бытовой химии.
Нитраты
Нитраты в колодезной и артезианской воде могут
представлять серьезную угрозу для здоровья
потребителей, поскольку их содержание может в
несколько раз превышать действующий норматив на
питьевую воду.
Основной причиной поступления нитратов в
поверхностные и подземные воды является миграции
компонентов удобрений в почвах.
Жесткость воды. Жесткая и мягкая вода
В основном определяется концентрацией в ней
ионов кальция и магния.
Существует мнение, что жесткая вода не несет
опасности для здоровья потребителей, но это
противоречит выводам многолетних исследований
одного из крупнейших специалистов по проблемам
питания американскому исследователю Полю Брегу. Он
считает, что ему удалось установить причину
раннего старения человеческого организма.
Причиной этого является жесткая вода. По мнению
Поля Брега, соли жесткости «зашлаковывают»
кровеносные сосуды так же, как и трубы, по которым
протекает вода с высоким содержанием солей
жесткости. Это приводит к снижению эластичности
сосудов, делая их хрупкими. Особенно это
проявляется в тонких кровеносных сосудах коры
головного мозга, что по мнению Брега, приводит к
старческому маразматизму пожилых людей.
Жесткая вода создает целый ряд бытовых проблем,
вызывая образование осадков и налетов на
поверхности трубопроводов и рабочих элементах
бытовой техники. Эта проблема особенно актуальна
для приборов с нагревательными элементами –
водогрейных котлов (бойлеров), стиральных и
посудомоечных машин.
При использовании жесткой воды в быту слой
отложений солей кальция и магния на
теплопередающих поверхностях постоянно растет, в
результате чего снижается эффективность
теплопередачи и увеличивается расход тепловой
энергии на нагрев. В отдельных случаях возможен
перегрев рабочих элементов и их разрушение.
СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Механическая очистка
Одним из органолептических показателей
качества воды является мутность.
Мутность воды – это результат взаимодействия между
светом и взвешенными в воде частицами. Если
присутствуют взвешенные твердые частицы, то
результат взаимодействия образца воды с
проходящим светом зависит от размера, формы и
состава частиц, а также от длины волны падающего
света. Определение мутности важно, поскольку
мутность – это простой и неопровержимый показатель
изменения качества воды. Внезапное изменение
мутности указывает на дополнительный источник
загрязнений (биологический, органический или
неорганический) или сигнализирует о проблемах в
процессе обработки воды.
Важным показателем качества воды, используемой
практически для любой цели, является наличие
механических примесей, взвешенных веществ, твердых
частиц ила, глины, песка, водорослей и других
микроорганизмов, коллоидных образований железа,
кремния, органических веществ, как природного, так и
техногенного происхождения. Оговоримся сразу, что
мутность и взвесь не являются синонимами. Взвесь –
это вещество, которое может быть устранено в
процессе фильтрации. Мутность же является
показателем количества света, отраженного и
поглощаемого водой в связи с наличием в ней
взвешенных частиц.
Для снижения мутности воды обычно используют
фильтры механической очистки воды. Фильтры
механической очистки (грубой очистки) воды
подразделяются на системы с фиксированной
загрузкой, чаще называемые картриджными фильтрами,
и одно- и многокомпонентные фильтры с
перемещающейся загрузкой. Картриджные фильтры
подразделяются на поверхностные и объемные, а по
рейтингу фильтрации – на фильтры грубой и тонкой
очистки.
Одним из типов картриджей являются угольные
картриджи. Они бывают из прессованного или
гранулированного угля, помещенного в пластиковый
цилиндр. Из – за высокой пористости и большой
поверхности угля, такой картридж фильтрует воду от
мелких твердых частиц, одновременно удаляя
остаточный хлор, снижая уровень фенола, йода,
углеводородов и многих других нежелательных
органических примесей.
Осветлители
Установки, снижающие мутность воды, называются
осветлителями. Осветлители с подвижной
фильтрующей загрузкой, осуществляющие глубинную
фильтрацию воды нашли широкое распространение в
промышленности Такие же установки малой
производительности (до 3 м3/час) применяются для
механической фильтрации для бытовых целей. В
качестве рабочей среды в таких фильтрах часто
используется сортированный и калиброванный
гравий и песок. Для таких устройств всё необходимое
обслуживание – это периодическая промывка
обратным потоком воды.
Многокомпонентные фильтры промываются также как и
песчаные – обратным или восходящим потоком воды,
последовательность различных уровней
фильтрующего слоя при этом сохраняется благодаря
тому, что каждое вещество имеет разную плотность.
Обезжелезивание воды (очистка воды от железа)
Очистка воды от железа является первоочередной
задачей при очистке воды из скважины. Вода,
содержащая железо, имеет неприятный запах и цвет.
Такая вода оставляет рыжий налет на сантехнике.
Железо в воде может быть неорганическое (в виде
двух- и трехвалентных соединений) и органическое. В
воде из артезианских скважин железо содержится, в
основном, в виде двухвалентных ионов, поэтому при
выходе на поверхность такая вода прозрачная, но при
контакте такой воды с кислородом железо окисляется
с образованием Fe(OH)3
Один из вариантов удаления железа из воды состоит
из двух этапов: окисления и фильтрации. Самым
простым методом окисления является аэрация:
окисление происходит за счет кислорода
содержащегося в воздухе. Из других окислителей
используют гипохлорит натрия, перманганат калия,
озон. Фильтры могут использоваться без
предварительного окисления.
При небольшом содержании железа или низком рН еще
одним способом удаления железа, может быть метод
ионного обмена.
Очистка воды от железа важна как для бытовых целей
(в квартирах, коттеджах, дачах), так и для котельных,
малых и крупных производств.
Железо в воде может находиться в разных формах:
- в форме двухвалентного растворенного железа. В
такой форме чаще всего находиться в подземной воде,
где мало кислорода, но присутствует углекислый газ.
Когда такая железонесущая вода поступает на
поверхность, из нее удаляется углекислый газ и
поступает кислород.
- В форме трехвалентного железа, если рН низкий.
- в форме гидроксида трехвалентного железа,
нерастворимого в нейтральной или щелочной среде.
- в форме оксида трехвалентного железа,
появляющегося из водопровода в виде ржавчины.
- органическое железо, то есть в соединении с
органическими веществами (такая форма называется –
хелатной) или железобактериями.
В самом общем виде существуют три основных метода
очистки:
- окисление и фильтрация;
- фильтрация с помощью ионного обмена.
В методе окисления и фильтрации выделяются два
варианта очистки:
- окисление кислородом воздуха и последующее
осветление на каталитических фильтрах (аэрация);
- химическое окисление хлором, перманганатом калия,
озоном, перекисью водорода, гипохлоритом натрия с
последующим осветлением на засыпных или
картриджных фильтрах.
Указанные варианты подходят для водоподготовки
при нейтральной или щелочной воде (рН>7). Подача
окислителя в воду производиться с помощью
дозаторов химических реагентов.
Насыщение железосодержащей воды кислородом
воздуха осуществляется:
- распылением воды в накопительную емкость с
помощью специальных насосов (душевание);
- насыщение кислородом с использованием
компрессора или эжектора. Содержащая кислород вода
подается в напорную ёмкость, где она
перемешивается, а затем поступает в фильтросветлитель, где на каталитических загрузках
происходит окисление железа и его седиментация.
Периодически обратной промывкой удаляется
окисленное железо.
Удаление железа и марганца ионным обменом.
Использование ионообменной смолы для удаления
железа и марганца – хороший метод фильтрации,
совмещенный с одновременным умягчением воды.
Ионообменная смола в натриевой форме
регенерируется хлоридом натрия.
По аналогичной технологии удаляется марганец.
Регенерация многокомпонентной среды
осуществляется с использованием соли и воды.
Умягчение воды
Вода обладает исключительно высокой
растворяющей способностью. Выпадая в виде
атмосферных осадков и проходя через слой
известняка, она насыщается ионами кальция и магния,
ответственными за жесткость. Железо и марганец в
источниках находятся в меньших концентрациях, чем
ионы кальция и магния. Поскольку вода является
растворителем, она захватывает растворимые
хлориды, сульфаты, нитраты кальция и магния. Похожим
образом она поглощает карбонатные, бикарбонатные,
хлоридные, сульфатные соединения натрия, а также
некоторое количество кремнезёма.
Очистка от солей жесткости называется умягчением.
Жесткость воды на территории РФ измеряется в
единицах мг-экв/литр и, в зависимости от отрасли
использования, требования к уровню жесткости
изменяются от 7 мг-экв/л (хозяйственно-бытовые цели)
до единиц мг-экв/литр и менее в медицине,
электронике, энергетике, атомной промышлености.
Допустимая жесткость воды 7 мг-экв/л не несет
серьезной опасности здоровью, но создает целый ряд
бытовых проблем. Жесткая вода вызывает образование
осадков и налетов на поверхности трубопроводов и
рабочих элементах бытовой техники. Эта проблема
особенно актуальна для приборов с нагревательными
элементами – водогрейных и паровых котлов, бойлеров
и другого теплообменного оборудования.
Устранение жесткости – умягчение, осуществляется с
помощью ионнообменной смолы. Ионнообменная смола
представляет собой полимер, состоящий из
полимерной матрицы и функциональных групп.
Процесс умягчения ионнообменной смолой
Ионообменная смола засыпается в колонну,
заполняя 60-65% общего объема фильтра. Жесткая вода
поступает в колонну и, так как ионообменный
материал имеет большее химическое сродство с
кальцием и магнием, чем с ионами натрия, последние
вытесняются ими со смолы. Количество ионов натрия
на смоле ограничено,поэтому наступает момент,
когда смола перестает умягчать воду, то есть
исчерпана обменная емкость смолы. Для перезарядки
смолы или ее регенерации запускается процесс
обратного ионного обмена, в ходе которого
ионообменная смола подвергается воздействию
концентрированным раствором исходного вида
катионов. Для регенерации Na-катионообменной смолы
используют относительно крепкий раствор хлорида
натрия. Натрий из раствора вытесняет кальций и
магний из смолы, перезаряжая её.
Конструктивно установка умягчения состоит из трех
частей: баллоны с ионообменной смолой и
водоподъемной трубкой, клапана управления с
электронным контроллером и ёмкости для солевого
раствора. Контроллеры бывают двух видов:
регенерация происходит по времени и регенерация
происходит по объему. При регенерации по времени
контроллер переводит установку в режим
регенерации через определенное количество часов,
дней или в определенный день недели. При
регенерации по объему клапан управления имеет
встроенный счетчик воды, и через определенное
количество воды, прошедшей через установку воды,
контроллер переводит ее в режим регенерации. Этот
объем называется фильтроциклом установки и
рассчитывается контроллером на основе жесткости
воды, объема и емкости загрузки, которые вводятся в
контроллер на стадии программирования.