Анализ качества питьевой воды

Подождите немного. Документ загружается.

растворимые хлор-комплексы тяжелых металлов (железа, цинка), которые опять-

таки попадают в питьевую воду. К сожалению, систематических исследований в

этих направлениях у нас в стране не проводилось и должного внимания этим

проблемам не уделялось.

2.2.2. Устранение привкусов и запаха воды. Очистка от радиоактивных

веществ.

Дезодорацией называется обработка воды с целью уничтожения дурного

запаха и привкуса, обусловленного различными примесями, присутствующими

иногда в аналитически неопределимых концентрациях.

Запах воды может быть вызван сероводородом, фенолами, хлором,

растворимыми солями и т.д. Неприятные запахи и привкусы вода приобретает

также от попадания в нее со сточными водами синтетических поверхностно-

активных веществ (СПАВ). Общим приемом дезодорации является фильтрование

воды через слой активированного угля, который адсорбирует загрязнения.

Действия хлора по устранению запахов и привкусов может быть усилено

введением перманганата. Обработка воды может производиться до хлорирования

или после него, а иногда как самостоятельное окисление в отсутствие хлора. Если

обработка KMnO

предшествует хлорированию, то цель ее сводится к

разрушению органических веществ, обладающих неприятным запахом и вкусом.

Для улучшения вкусовых качеств воды, содержащей фенолы, применяется

преаммонизация. Образующийся хлорамин обладает меньшим окислительным

потенциалом, чем хлор, поэтому он не взаимодействует с фенолами и,

следовательно, в воде не возникает хлорфенольный запах и привкус.

Преаммонизация предохраняет от появления запаха остаточного хлора,

уменьшает возможность последующего развития бактерий.

В качестве одного из методов улучшения вкусовых показателей воды

применяют озонирование.

Удаление из воды минеральных веществ производят подщелачиванием

известью или фильтрованием через магномассу (обожженный доломит). Так

удаляют свинец, медь, цинк, титан, ванадий, вольфрам, молибден, уран, никель,

кобальт, ртуть.

Профилактическими методами борьбы с привкусами и запахами воды

является очистка дна и берегов водоемов от илистой загнивающей

растительности, а также очистка и дезинфекция очистных сооружений. Эти меры

обеспечивают уничтожение микроорганизмов, вызывающих появление запахов и

привкусов.

Природные воды могут содержать радиоактивные вещества естественного и

искусственного происхождения. Естественной радиоактивностью воды

обогащаются, проходя через породы, содержащие радиоактивные элементы

(изотопы урана, радия, тория, калия и др.). Солями с искусственной

радиоактивностью вода заражается при попадании в нее стоков от

промышленных, исследовательских предприятий и медицинских учреждений,

использующих радиоактивные препараты. Природная вода также заражается

радиоактивными элементами при экспериментальных взрывах термоядерного

оружия.

Сточные воды повышенной радиоактивности порядка 100 Ки и выше

подвергаются захоронению в специальных резервуарах или закачиваются в

подземные бессточные бассейны.

В организмах растений и животных происходят процессы биологической

концентрации радиоактивных веществ, которые могут быть переданы человеку.

В нашей стране принимаются все меры, необходимые для охраны

источников водоснабжения от загрязнения радиоактивными отходами. Попадание

этих продуктов в водоем носит случайный характер, поэтому при загрязнении

пользование водоисточником временно прекращают.

2.2.3. Умягчение воды

Описанная подготовка воды обеспечивает удаление из нее всех веществ,

потенциально опасных для здоровья. Но иногда воду приходится подвергать еще

дополнительной обработке, чтобы снизить в ней концентрацию ионов Ca

и Mg

которые вызывают жесткость воды. Эти ионы реагируют с мылами, образуя

нерастворимые вещества. Хотя при их взаимодействии с синтетическими

моющими средствами не образуется нерастворимых осадков, указанные ионы

неблагоприятно сказываются на эффективности действия синтетических моющих

средств. Кроме того, при нагревании воды, содержащей ионы Са

и Мg

, в

водонагревательных устройствах образуются минеральные отложения (накипь).

При нагревании воды, содержащей Са

и бикарбонат-ионы, из нее выделяется

часть диоксида углерода. В результате этого происходит повышение рН воды и

образование нерастворимого карбоната кальция:

Са

(водн.) + 2НСО

→ СаСО

(тв.) + СО

(г.) + Н

О(ж.)

Твердый СаСО

покрывает поверхность водонагревательных систем и

внутренние стенки чайников, что снижает их нагревательную способность.

Вода не всех источников питьевой воды требует умягчения. Обычно это

необходимо для воды из подземных источников, где она достаточно долго

соприкасается с известняком (СаСО

) и другими минералами, содержащими ионы

Са

, Мg

, Fe

. Для крупномасштабного умягчения водопроводной воды

применяют известково-содовый процесс. В этом процессе воду обрабатывают

негашеной известью СаО (или гашеной известью Са(ОН)

) и содой Na

. Эти

вещества вызывают осаждение кальция в виде СаСО

и магния в виде Мg(OH)

Роль Na

заключается в повышении рН воды и, если необходимо, в

обеспечении ее ионами СО

. Если вода уже содержит бикарбонат-ион в высокой

концентрации, кальций можно удалить из нее в виде СаСО

просто путем

повышения рН в результате добавления Са(ОН)

Са

(водн.) + 2НСО

(водн.) + [Са

(водн.) + 2ОН

(водн.)] →

→ 2СаСО

(тв.) + 2Н

О(ж.)

Количество добавляемой негашеной извести зависит только от содержания

бикарбоната: 1 моль Са(ОН)

в расчете на каждые 2 моль НСО

. В отсутствие

бикарбоната добавление Na

вызывает удаление из воды ионов Са

в виде

СаСО

. Сильно основной карбонат-ион также способствует повышению рН до

значения, при котором происходит осаждение Мg(OH)

(водн.) + 2CO

(водн.) + 2H

O(ж.) →

→ 2HCO

(водн.) + Mg(OH)

(тв.)

При проведении известково-содового процесса возникают две трудности:

во-первых, большая продолжительность образования осадков СаСО

и Мg(ОН)

недостаточно хорошее их осаждение, во-вторых, слишком высокое рН

полученной таким образом воды. Обычно для удаления осадков в воду добавляют

квасцы Аl

(SO)

. В основном растворе ион Al

образует желатинообразный

осадок Al(OH)

, при осаждении из раствора уносящий с собой тонкоизмельченные

частицы твердых веществ. Чтобы предотвратить последующее осаждение

оставшихся в воде Mg(OH)

и СаСО

, через нее продувают СО

. Это позволяет

снизить рН воды приблизительно до 8 и тем самым приостановить дальнейшее

осаждение.

2.3. Специальные способы подготовки воды

В связи с низким качеством воды, подаваемой из централизованных систем

водоснабжения, людям приходится самостоятельно заботиться о чистоте воды,

используемой ими, и подбирать систему водоочистки для дома. При этом следует

помнить, что вода будет использоваться как в хозяйственно-бытовых целях, так и

для питья и приготовления пищи. Задачу доведения качества воды до уровня,

оптимального для каждого из ее применений, решают с помощью

соответствующих систем водоочистки. Такие системы подразделяют на те,

которые устанавливаются там, где вода поступает в дом и на те, которые ставятся

в точке пользования, например, на кухне. Первые делают воду «хозяйственно-

бытовой»: с ней нормально работает стиральная машина, можно помыть посуду и

т.д. Вторые готовят питьевую воду. Требования к чистой воде в первом и во

втором случаях должны быть разные. Иначе либо питьевая вода расточается на

хозяйственные надобности, либо для питья используется вода, не прошедшая

должной очистки.

2.3.1. Фильтрование

На входе в систему водоснабжения желательно поставить фильтр грубой

очистки с сеткой из нержавеющей стали или полимерными картриджами, которые

могут задержать взвесь и ржавчину. Ту же функцию выполняет устройство из

латуни, называемое «грязевиком». Однако фильтры грубой очистки не могут

помочь в устранении неприятных вкусов. С целью избавления от прочих

неприятных качеств воды используются более тонкие фильтры.

Виды фильтрации воды:

- очистные системы насыпного типа;

- сетчатые и дисковые фильтры механической очистки, удаляющие

нерастворенные механические частицы, песок, ржавчину, взвеси и коллоиды;

- ультрафиолетовые стерилизаторы, удаляющие микробы, бактерии и

микроорганизмы;

- окислительные фильтры, удаляющие железо, марганец, сероводород;

- компактные бытовые смягчители и ионообменные фильтры, умягчающие,

а также удаляющие железо, марганец, нитраты, нитриты, сульфаты, соли тяжелых

металлов, органические соединения;

- адсорбционные фильтры, улучшающие органолептические показатели и

удаляющие остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения;

- комбинированные фильтры – комплексные многоступенчатые системы;

- мембранные системы – обратноосмотические системы подготовки

питьевой воды, высшая степень очистки

Существуют многочисленные адсорбенты (активированный уголь,

силикагель и т.п.), которые эффективно поглощают из воды растворенные в ней

микропримеси. Однако адсорбированная на них микропримесь никуда не

исчезает, так что при длительной эксплуатации адсорбированного очистительного

устройства наступает момент, когда его адсорбционная емкость оказывается

исчерпанной. С этого момента на выходе адсорбционного «очистительного» узла

появляется не только накопившаяся там химическая примесь, но и продукты

(часто еще более вредные) ее переработки микроорганизмами, плесенью и т.д.

Радикальный способ ликвидации токсичных органических веществ состоит

в их окислении до воды и углекислого газа. В естественной среде этому процессу

способствуют солнечные лучи и микроорганизмы. В табл. 6 приведены данные о

скорости самоочищения природных водоемов от некоторых типичных

нефтепродуктов.

Из таблицы следует, что естественные процессы ликвидации углеродных

загрязнителей воды протекают в течение недель и месяцев. Что же касается, к

примеру, хлорорганических соединений, то они могут циркулировать в

природной среде годами и даже десятилетиями. Так, период половинного

разложения дизельного топлива в природе равен 50 годам. Отсюда ясно, что для

промышленных очистительных устройств необходимо использовать окислители,

более эффективные, чем кислород воздуха и солнечная радиация.

Таблица 6.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) и период полураспада (t

1/2

)

нефтепродукта в водоемах средней полосы России

Нефтепродукт

БПК, мг/мг

нефтепродукта

1/2

, сутки

Керосин

Бензин

Соляровое масло

Машинное масло

Моторное топливо

Мазут топочный

0,6±0,2

1,3±0,6

0,4±0,1

1,1±0,5

0,5±0,1

0,1±0,3

3±1

7±2

20±8

25±10

40±15

2.3.2. О самоочищении воды в природе. Кондиционированная вода.

Самая совершенная очистка загрязненной воды происходит в природе, а

самая чистая вода, почти еще не подвергнувшаяся глобальному загрязнению, - это

подземные воды. Родниковая и колодезная вода издавна и не зря считалась

полезной для здоровья. Фильтруясь через толщу геологических пород, подземные

воды очищаются от вредных для здоровья веществ и насыщаются полезными

минеральными солями.

Если бы постоянно не шли эти процессы, то того количества жидких,

твердых и газообразных вредных веществ, которое человечество выбрасывает в

окружающую среду, было бы достаточно для того, чтобы за пять лет глобально

загрязнить всю воду на земном шаре – и реки, и озера, и даже моря, и океаны.

Самоочищение воды в природе – сложный процесс, основанный на

физических, химических, биологических и даже электрохимических

превращениях. В их числе дистилляция (испарение – конденсация в виде дождя и

снега), перекристаллизация (замерзание - таяние), фильтрация через горные

породы, очистка с помощью микро- и макрофлоры и фауны и другие процессы.

Некоторые из них, например, перекристаллизация и сорбция, достаточно хорошо

изучены и могут быть рекомендованы для очистки воды даже в домашних

условиях (вымораживание). Но весь комплекс процессов еще далеко не

полностью исследован.

2.3.3. Очистка воды способом вымораживания

Заботясь о собственном здоровье, люди изобрели и испробовали множество

вариантов избавления водопроводной воды от вредных примесей. Но ни

кипячением [6], ни отстаиванием воды в течение суток в открытой посуде

невозможно удалить высокомолекулярную хлорорганику. Не поможет и

перегонка, так как фенол, хлорфенолы и легкая хлорорганика перегоняются

вместе с водяным паром.

Из неорганических загрязнений реальную опасность представляют катионы

кадмия, алюминия и свинца – и перегонка воды позволяет от них избавиться. Но

зато из данных таблицы 7 можно увидеть, что в перегнанной воде сохраняется

почти 70% исходной (хлор)органики, которая отравляет организм в большей

мере, нежели алюминий и свинец.

В физической химии известен закон, согласно которому при замерзании

жидкости сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное

вещество, а уж в последнюю очередь затвердевает все, что было растворено в

основном веществе: различные примеси, газы, растворенный воздух, грязь. Этому

закону подчиняются все жидкости, в том числе, конечно, и вода. На этом законе

основано производство сверхчистых полупроводниковых материалов (кремния,

германия) «способ зонной плавки».

Таблица 7.

Содержание углерода в различных водах.

Вода

Органический углерод,

мг/л

Углерод карбонатов, мг/

Дистиллированная

Ключевая

Водопроводная

Озерная

Речная

7-17

13-23

5-23

62-74

15-27

0-9

2-4

12-14

Сверхчистую воду можно получать из водопроводной воды, если

использовать способ направленной кристаллизации. Основная задача –

обеспечить медленное замораживание воды и вести его так, чтобы в одном месте

сосуда мороза было больше, чем в другом; тогда в самом холодном месте

намерзнет чистейшая вода, а грязь и примеси соберутся там, где мороза было

меньше. Такую очистку воды легко можно применить и в домашних условиях.

Очищать способом направленной кристаллизации следует воду не из-под крана, а

после кипячения и охлаждения до комнатной температуры. При кипячении из

воды улетают галометаны и другие летучие хлорированные соединения, а также

растворенный воздух. Если их не удалить, то слой чистейшего льда по краям

емкости оказывается слишком тонким: почти весь лед получается белым и

непрозрачным от пузырьков воздуха и хлорорганики, которая опять же

растворится в воде, когда лед растает. Следует иметь в виду, что в вымороженной

воде отсутствуют соли кальция и магния, а также фтор, йод и другие полезные

микроэлементы.

2.3.4. Опреснение воды

Нехватка премной воды все больше ощущается даже в таких странах, как

США, Израиль и Кувейт. Это может привести к тому, что в качестве источника

пресной воды будут использовать морскую. Высокая концентрация солей делает

ее непригодной для питья и для большинства других целей. Снижение

содержания солей в морской воде или солоноватых водах до уровня, при котором

вода становится пригодной к использованию, называется опреснением.

Существует множество способов опреснения воды, на основе людого из них

могут быть построены большие производственные предприятия. Проблема

заключается лишь в том, чтобы проводить опреснение с минимальной затратой

энергии и минимальными затратами на оборудование.

2.3.4.1. Опреснение путем дистилляции (перегонки)

Воду можно отделить от растворенных в ней солей дистилляцией

(перегонкой). Одной из наиболее успешных разработок опреснения морской воды

является процесс многостадийной флеш-дистилляции.

В камеру А поступает подогретая морская вода, которая называается

рассолом. Его прокачивают под давлением через витки теплообменника в камеру

В, затем в камеру С и, наконец, в камеру D, причем в каждой камере его

температура становится все выше. Теплота поступает к рассолу от водяного пара,

конденсирующегося на витках теплообменника каждой камеры.

Сконденсировавшийся пар, являющийся пресной водой, собирают и откачивают

из установки. В камере Е разогретый рассол нагревают еще сильнее паром,

который пропускают через витки теплообменника; пар, используемый в этой

камере, приносит с собой большую часть полной энергии, вводимой в систему. Из

камеры Е горячий рассол поступает в камеру D, где поддерживается пониженое

давление. Поскольку давление в этой камере понижено, часть рассола испаряется

и после конденсации превращается в пресную воду. Остающийся после испарения

некоторой части воды рассол охлаждается, затем он поступает в камеру С, где

давление еще ниже, чем в камере D. Здесь происходит испарение еще некотрого

количества воды, а оставшийся рассол еще больше охлаждается. На каждой

последующей стадии рассол становится все более концентрированным и все

более охлаждается. На последней стадии часть рассола, который содержит

приблизительно 7% солей по весу, смешивается с вновь поступающей морской

водой. Другая часть рассола сбрасывается в море, чтобы предотвратить слишком

большое повышение концентраций солей.

Принцип дистилляции довольно прост, но его применение в

промышленности имеет некоторые недостатки: раствор соли становится все более

концентрированным, в конце концов, соль осаждается, что приволит к

образованию накипи, а это ухудшает теплопроводность стенок сосуда, засоряет

трубы. Эту проблему можно решить путем сбрасывания морской воды полсе

выделения из нее некоторого количества пресной и набором новой порции. Но

такой метод может привести к потере запаса тепла, накопленного при нагреве

морской воды. Это поспособствует не только удорожанию процесса (потребуется

повторное нагревание новой порции воды), но и тепловому загрязнению

окружающей среды. Следует также учесть, что, если дистилляцию проводить при

атмосферном давлении, воду надо нагревать до 100°С; при более низком

давлении температура кипения воды понижается, и, следовательно, дистилляция

требует меньших тепловых затрат.

2.3.4.2.Опреснение воды методом обратного осмоса.

При опреснении воды методом обратного осмоса пресную воду отделяют от

растворенных в ней солей при помощи мембраны, проницаемой для воды, но

непроницаемой для солей. Для этого необходимо наличие селективной мембраны,

пропускающей только воду, но задерживающей растворенные в ней вещества.

Если поместить такую мембрану между рассолом и пресной водой, тенденция к

выравниванию концентраций по обе стороны мембраны заставит воду проникать

через мембрану в рассол. Этому процессу можно воспрепятствовать, действуя

давлением со стороны рассола. Таким образом, пресная вода будет выдавливаться

из рассола через мембрану. Этот процесс называется обратным осмосом,.

Максимальное давление, которое можно приложить к мембране, определяется ее

собственными характеристиками. При слишком высоком давлении мембрана

может разорваться, забиться имеющимися в воде примесями или пропускать

слишком большое количество растворенных солей. Обычно в установках по

опреснению воды методом обратного осмоса используют трубы, изготовленные

из пористого вещества, выложенного с внутренней стороны очень тонкой пленкой

из ацетата целлюлозы, который и грает роль полупроницаемой мембраны.