Методы очистки водопроводной воды

В настоящий момент в мире существует два основных направления в развитии технологий корректировки минерального состава питьевой воды, определяемые двумя точками зрения на оптимальный минеральный состав потребляемой человеком питьевой воды.

Согласно первой точке зрения, человек должен получать все необходимые минеральные компоненты с пищей или пищевыми добавками, а потребляемая им вода должна быть максимально полно очищена от мешающих примесей, даже если это приводит к ее полной деминерализации. Такое качество воды достигается при использовании обратноосмотического либо дистилляционного методов очистки

Это направление находит большое количество сторонников в США в связи с тем, что для вод бассейнов Нового Света характерно присутствие примесей (таких как свинец, мышьяк и др.), снизить содержание которых до требуемых концентраций другими методами весьма затруднительно. Кроме того, этот метод используется для доочистки воды с высокой минерализацией, использование которой приводит к возникновению заболеваний связанных с нарушением обмена веществ. Реализация такого подхода к качеству питьевой воды оказывается весьма дорогостоящей не только по причине значительной стоимости обратноосмотических установок, но и в связи со сложностью в наших условиях обеспечить сбалансированное питание без применения дорогостоящих минеральных добавок.

Существуют весомые свидетельства того, что применение деминерализованной воды в сочетании с минерально-несбалансированным питанием приводит к нарушению обменных процессов благодаря осмотическому вымыванию солей из клеток организма. Обратноосмотическая теория встречает значительное количество противников (особенно в Европе), утверждающих, что необходимости в удалении из воды всех минеральных компонентов нет и призывающих использовать воду физиологически полноценного минерального состава. Вода такого качества может быть получена при использовании адсорбционных методов подготовки воды, основанных на селективном извлечении вредных компонентов при незначительном изменении ее минерализации. При этом сохраняются химические свойства воды и улучшаются ее вкусовые качества.

Одним из преимуществ сорбционных методов очистки воды является относительно невысокая стоимость установок. Остановимся немного подробнее на упомянутых методах подготовки питьевой воды.

Адсорбционные методы.

В основе адсорбционных методов очистки воды лежит явление адсорбции из растворов – процесса концентрирования отдельных компонентов раствора (ионов и молекул) на твердой поверхности какого-либо пористого материала. В водоподготовке в основном применяются два типа адсорбции:
ионный обмен - мешающие ионы удаляются из воды в процессе их обмена на нейтральные ионы, связанные с функциональными группами на поверхности адсорбента (чаще всего – на натрий-ион в случае катионного обмена, и хлорид-ион в случае анионного обмена). Ионообменные адсорбенты в процессах водоподготовки – чаще всего пористые сферические полимерные гранулы, содержащие специальные функциональные группы для извлечения катионов или анионов.
физическая адсорбция (сорбция) – мешающие компоненты удаляются из раствора благодаря взаимодействию непосредственно с поверхностью адсорбента. Сорбенты используются для удаления органических веществ, хлора, корректировки вкуса, запаха. Наиболее популярным сорбентом такого типа является активированный уголь. В водоподготовке чаще всего используется гранулированный активированный уголь, представляющий собой гранулы угля различного происхождения (антрацита, угля, полученного из скорлупы кокосовых орехов, древесины и т.д.), обработанного горячим водяным паром в специальных условиях для создания развитой системы пор. Для удаления органических веществ природного происхождения в настоящее время все более популярными становятся полимерные сорбенты.

Важной характеристикой любого адсорбента является его емкость. Емкость адсорбента характеризует количество примесей, которые могут быть удалены из воды одним литром или килограммом адсорбента. После "насыщения" адсорбента примесями он теряет свою адсорбционную способность. Адсорбционная способность полимерных адсорбентов может быть полностью восстановлена с помощью специальных растворов. Этот процесс называется регенерацией. Регенерацию активированных углей можно провести паром, но в случае их использования для удаления органических веществ природного происхождения, этот процесс малоэффективен.

Исходя из емкости адсорбентов и состава исходной воды, рассчитывается "ресурс" адсорбционных установок очистки воды – т.е. то количество воды, которое может очистить установка (фильтр) до потери адсорбционной способности адсорбентов. Итак, при контакте воды с адсорбентами того или иного типа происходит корректировка состава воды, характер и количественные показатели которой могут быть рассчитаны исходя из состава очищаемой воды и времени ее контакта с адсорбентами. Этот контакт осуществляется при пропускании воды через слой адсорбента, созданный в сосуде цилиндрической формы, а его время регулируется скоростью протекания воды через слой адсорбента (производительностью).

Обратноосмотический метод.

Этот метод основан на пропускании очищаемой воды под давлением через полупроницаемую мембрану, представляющую собой "сито", пропускающее молекулы воды, но задерживающее ионы и молекулы большего размера. Мембрана - это полимерный рулонный элемент, весьма чувствительный к качеству подаваемой на очистку воды, поэтому собственно мембранной части осмотической установки предшествует несколько стадий предварительной очистки воды.

Для улучшения вкусовых качеств очищенной (т.е. деминерализованной) воды такой фильтр может также комплектоваться блоком реминерализации. Производительность бытовых обратноосмотических фильтров невысока, поэтому они комплектуются гидроаккумулирующим баком для создания необходимой пользователю производительности. Сложность устройства осмотических фильтров объясняет их высокую стоимость.

Несмотря на ряд недостатков, применение обратноосмотического метода подготовки питьевой воды необходимо в случаях высокой минерализации воды (больше 1 г/л) или в ряде специальных случаев, когда сорбционные методы не позволяют получить воду нужного качества.

Обеззараживание

Кондиционирование питьевой воды не ограничивается корректировкой ее минерального состава. Весьма важным показателем качества питьевой воды является ее бактериологическая безопасность. В соответствии с требованиями нормативных документов содержание в питьевой воде бактерий группы кишечных палочек лимитируется величиной 3 ед./дм³, общее микробное число – 100 ед./см³.

Классическим методом обеззараживания питьевой воды считается реагентный метод обработки воды веществами, генерирующими при контакте с водой молекулы активного хлора – солями хлорноватистой кислоты, хлорамином и др. Этот метод в нашей стране применяется в технологиях коммунального водоснабжения и позволяет с высокой эффективностью проводить обеззараживание воды в соответствии с существующими требованиями.

Однако, в результате хлорирования воды, недостаточно очищенной от органических соединений природного происхождения, образуется целый ряд хлорсодержащих соединений, весьма опасных для здоровья человека. В настоящий момент, во многих странах Запада технологии коммунального водоснабжения переводятся на новый, более безопасный метод обеззараживания питьевой воды – озонирование.

Обеззараженная на станциях централизованной очистки питьевая вода до поступления к потребителю проходит водопроводные сети, состояние которых в нашей стране далеко от совершенства. Наличие большого количества застойных зон, подсосов грунтовых вод и даже иногда канализационных стоков может приводить к вторичному бактериологическому заражению питьевой воды. Во избежание подобных инцидентов на водоканалах проводится избыточное хлорирование питьевой воды, (это объясняет сильный запах хлора, зачастую исходящий от водопроводной воды) и в результате, вода поступающая к потребителю по водопроводной сети, в подавляющем большинстве случаев микробиологически безвредна.

Последнее время, весьма популярным стало использование индивидуальных систем обеззараживания воды. Существует заблуждение, что необходимость индивидуальной бактерицидной обработки питьевой воды вызвана недостаточно эффективным централизованным обеззараживанием водопроводной воды, что в большинстве случаев неверно. Дело в том, что одной из основных задач любой системы доочистки питьевой воды является удаления нежелательных запахов, в том числе запаха хлора.

Наиболее популярным методом подобной доочистки является адсорбция хлора на активированном угле. Удаление избыточного хлора из воды открывает путь к размножению микрофлоры, а активированный уголь – прекрасная питательная среда для микроорганизмов. Поэтому, обеззараживание воды после индивидуальных дехлорирующих устройств необходимо, но вызвано оно самим использованием таких устройств.

Для индивидуального дополнительного обеззараживания воды весьма эффективным и экономичным способом является обработка воды ультрафиолетовым (УФ) облучением. Установки УФ-облучения (УФ-лампы) компактны, надежны и не требуют никакого обслуживания. Главным условием эффективной работы этих устройств является качественная предочистка воды, подающейся на обеззараживание. УФ-лампы эффективно работают даже в тех случаях, когда вода не проходила предварительного обеззараживания.