Питьевая вода

 

 Системы критериев качества пресной воды

С учетом изложенного выше, возникает необходимость нормирования качества не только питьевой воды, но и сбрасывания сточной жидкости С этой целью в проектной документации используется гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения с использованием четырех критериев вредности: органолептический, токсикологический, общесанитарный, и бактериологический (Таблица 3). Четыре градации свидетельствуют о различных возможностях их эксплуатации в зависимости от индекса загрязнения:

• 0, без ограничений
• 1, умеренное загрязнение и частичное нарушение водоиспользования
• 2, характерен для водоемов с чрезвычайно высокой степенью загрязнения, где даже кратковременный контакт с водой имеет неблагоприятные последствия для здоровья человека
• 4, по существу, эти воды соответствуют сточной жидкости.

 

Таблица 3

Гигиеническая классификация водных объектов

 

Степень загрязне- ния	Оценочные показатели загрязнения
	Органолеп- тический		Токсико-логичес- кий	Санитарный режим		Бактериологи- ческий	Индекс загрязне- ния
	Запах, привкус, балл	ПДК орг.	ПДК токс.	О2 в раст, мг/дм3	БПК, мг/дм3	Количество лактозоножи- тельных палочек в    1 дм3
Допусти- Мая	2	1	1	4	3 (6)	Не более 1*104	0
Умерен- Ная	3	4	3	3	6 (8)	Более 1*104– 105	1
Высо- кая	4	8	10	2	8 (10)	Более 1*105 – 1*106	2
Чрезвы- чайно высокая	Больше 4	Больше 8	100	1	Больше 8 (10)	Более 1*106	3

Водоем считается загрязненным в результате сброса сточных вод, если происходит изменение качества воды выше пункта водоиспользования на расстоянии 1 км, которое не соответствует санитарным правилам и нормам (СанПиН) «Гигиенические требования к качеству воды хозяйственно-питьевого снабжения» и  ГОСТа «Вода питьевая. Контроль качества».

При разработке нового ГОСТа «Вода питьевая. Контроль качества», в котором учитывались рекомендации ВОЗ о необходимости нормирования по 100 приоритетным показателям, было также  проведено группирование характеристик воды по 5 критериям вредности (Таблица 4).

Таблица 4

Дифференцированные показатели качества питьевой воды

 

Гигиенические  характеристики воды	Интегральные показатели	Расчетные комплексные показатели
Органолептические	запах привкус мутность цветность	Отсутствует
Содержание неорганических компонентов	сухой остаток, соли жесткости, Общая щелочность, рН	S долей ПДК для металлов, S долей ПДК для различных форм биогенных элементов, S долей ПДК для хлор- и сульфат-ионов,  Индексы коррозионной активности
Содержание органических компонентов	Общий (органический и неорганический) углерод	S долей от ПДК тригалометанов, S долей от ПДК хлорсодержащих пестицидов, S долей от ПДК фосфорсодержащих пестицидов, S долей от ПДК карбонатов, S долей от ПДК иных веществ однонаправленного биологического действия
Содержание радиоизотопов	Объемная a-радиоактивность, объемная b-радиоактивность	Эквивалентная поглощенная доза за счет потребления питьевой воды
Биологическая активность	Суммарная мутагенная активность, биотестирование на гидробионтах	Вероятность появления соматических и генетических эффектов у отдельных групп населения

 

 

Из приведенного выше следует, что ПДК является одной из частных форм выражения экологического риска при постоянной интенсивности воздействия токсических соединений на организм.

 

 

Основные методы водподготовки

 

Методы водоподготовки, используемые для приготовления питьевой воды, очень разнообразны. Во всяком случае, применение конкретных методов или их сочетаний определяется химическим составом воды. Ниже приведены основные методы водоподготовки.

 

Предварительня очистка. Если в качестве источникаводоснабжения для приготовления питьевой воды используются поверхностные воды, требуется проведение тщательной предварительной очистки. Она включает в себя:

Первичное отстаивание, решетки и сетчатые фильтры с размером ячеекот 0,005 мм до 1 см, коагуляцию, т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия или железа, и приопределенных условиях, добавление флокулянта, чтобы укрупнить взвешенные и коллидные частицы диперсной системы и перевести их в фильтруемую форму.

 

 

 

Рисунок 1

Схема съемной водоочистной сетки

1 – рама, 2 – подложка,3  - фильтровальная  сетка, 4 – петля подъема и опускания  сетки

 

 

 

 

Фильтрование.  Фильтрование воды является важнейщим этапом при приготовлении питьевой воды и применяется для самых различных целей.

Основы фильтрования. Скорые фильтры объемные,в целях восстановления задерживающей способности загрузки включаютсяна промывку. Скорость фильтрования определяется составом воды и составляет, как правило, 10-20 м/ч. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации. Применяется кварцевый песок, антрацит, активные угли и доломит.

Рисунок 2

Скорый безнапорный фильтр: а – продольный разрез, б – поперечный разрез, в – вид сверху, г – дренажная система.

1 – корпус, 2 – слой воды, 3 –  фильтрующий материал, 4 – гравий, 5 – дренажная система, 6 – желоб для отвода воды, 7 – карман фильтра, 8 – ввод воды на фильтр, 9 – труба фильтрованной воды, 10 – подача промывной воды, 11 – отвод промывной воды, 12 – канализационный лоток.

 

 Кроме того, используется комбинация  различных фильтрующих материалов, применяют также многослойные фильтры. Фильтровальные сооружения для приготовления питьевой воды используются для решения следующих задач.

 

Обезжелезивание. Под этим термином понимают удаление ионов железа из исходной воды. В артезианской воде, не содержащей растворенного кислорода,железо присутствует в форме бикарбоната. Обезжелезивание производят следующими способами:

• аэрация,т.е. нагнетание воздуха и интенсивный роцесс окисления в водонапорном баке. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет 30л/м3.
• В исключительных случаях с целью интенсификации процесса окисления добавляются окислиели: озон, хлор, двуокись хлора, или перманганат калия.
• Обезжелезивающие фильтры (песчаные, гравийные или многослойные фильтры)

 

Деманганация. Деманганация воды – это удаление из нее ионов марганца. Деманганация производится практически теми же методами, что и обезжлезивание. Однако, в большинстве случаев следует использовать более сильные окислители. При  этом желательно обеспечивать более высокие значения водородного показателя. Повышение рН достигается, например, введением в процесс доломитовых материалов.

 

Нейтрализация. Нейтрализация, или снижение кислотности воды, это процесс, который не произошел в природных геологических условиях и перенесен на фильтровальные сооружения. Фильтровальный бак заполняется гранулированным карбонатом кальция или полуобожженным, содержащим магний, доломитом. При прохождении воды через этот фильтрующий материал, достигается равновесное значение водородного показателя.

При более  высоких значениях агрессивной углекислоты, наряду с вышеназванной химической нейтрализацией, имеется возможность удаления углекислоты с помощью открытых аэрационных установок, или скрубберов. Это достигается разбрызгиванием артезианской воды через систему форсунок. Воздух, движущийся от воздуходувки, обеспечивает снижение свободной углекислоты до 10 мг/л. Одновременно в такой «механической нейтрализацией», наступает насыщение кислородом.

 

Фильтрация на активных углях. Фильтрование на активных углях является предпочтительным способом улучшения качества питьевой воды и чаще всего применяется  на последней ступени очистки. Такое дополнительное осветление воды  необходимо в тех случаях, когдатребуется устранить незначительные нарушения показателей цветности, вкуса и запаха воды. Скорости фильтрования на фильтрах с активными углями устанавливаются как правилона полупромышленных установках.

 

Обеззараживание питьевой воды производится в тех случаях, когда бактериологическими анализами свежей воды устанавливается наличие возбудителей заболеваний или же повышенное общее содержание бактерий.

Обычными методами оеззараживания являются:

• Хлорирование путем добавления гипохлорита натрия
• Введения в обрабатываемую воду гипохлорита кальция
• Добавление в воду двуокиси хлора или газообразного хлора
• Озонирование воды
• Ультрафиолетовое облучение и дезинфекция воды.

 

Конкретный способ обеззараживания определяется с учетом производительности и издержек производства и согласовывается  с эксплуатационными службами.

 

К другим способам обеззараживания следует отнести обработку питьевой воды солями серебра и ультрафиолетовое облучение. Эти способы обеззарживания крайне редко применяются в централизованных системах водоснабжения.

 

Умягчение (снижение содержания нитратов). Централизованные системы умягчения питьевой воды применяются редко. Действуют несколько водохозяйственных предприятий, которые осуществляют централизованную декарбонизацию, уменьшение карбонатной жесткости воды.

В последние годы в связи с ростом концентрации нитратовв питьевой воде возникла проблема снижения содержания нитратов. Рекомендации совета ЕЭС ограничивают содержание нитратов max до 50 мг/л и рекомендует их ориентировочные значения на уровне 25 мг/л. В связи с тем, что указанные значения из-за смешивания воды различных водосборных бассейнов зачастую превышают нормативы, необходимо осуществлять централизованную обработку воды.

При выборе конкретного метода обработки воды обязательно следует проводить экономический анализ и всесторонние специальные исследования.

 

 

Проблема потребления воды

 

Главным условием существования человека  является потребление достаточного количества воды, источники которой либо загрязнены, либо ограничены. Совреемнная ситуация обусловлена тем, что в качестве водоисточников в основном используются поверхностные воды, составляющие только 1% от всех запасов пресной воды на Земле. Кроме того, установлено, что  в течение 1 года 50% мирового речного стока проходят через различные виды человеческой деятельности, которые включают удовлетворение бытовых потребностей, промышленное производство и ирригацию сельскохозяйственных культур  (таблица 5).

Таблица 5

Потребление воды человеком, км3/год

Вид потребления	Годы
	1900	1950	2000
Жилищно-коммунальное хозяйство	20	60	480
Сельское хозяйство	350	860	7000
Промышленность	30	190	1700
Всего*	400	1100	9180

 

*С учетом разбавления сточных  вод – 9000км3/год, общий расход – 18,2*103 км3/год.

На большей части развития человеческой цивилизации в течение 18 веков, суточная потребность  человека ограничивалась от 5 до 49 литров в день. Основной причиной ограниченного потребления воды являлось присутствие болезнетворных микробов , которые были причиной возникновения  эпидемий:

• Тифа, холеры, дизентерии, полиомелита, гепатита, гастроэнтерита, вследствие употребления зараженной питьевой воды.
• Трахомы, проказы, и других заболеваний кожи и слизистой оболочки при умывании зараженной водой.
• Малярии, желтой лихорадки, вследствие присутствия в воде переносчиков инфекции.

 

Потребление воды для питьевых нужд резко возросло после появления первых систем централизованной водоочистки в 18-19 веках в Европе и России и в настоящее время достигло 200-300 литров в день на человека.

Однако, в 1985 году чистой водопроводной водой на таком уровне снабжалось только 1,1 млрд человек, тогда как 0,8 млрд человек получали 110 литров/сутки-человек через водозаборные колонки, а остальная часть человечества (4 млрд) довольствуется нормрй 50-60 л/сутки-человек. Тем не менее в целом за 20 век потребление воды человеком возросло в среднем в 20 раз. Основной расход питьевой воды связан с соблюдением санитарно-гигиенических норм (таблица 6), что порождает роблему илищно-коммунальных стоков. Рост потребления воды  в промышленности в начале 20 века был связан с применением пара, а затем с развитием химического производства.