Питьевое водоснабжение. Качество воды. Расчет питьевых пунктов. Методы обеззараживания воды.

Основными источниками загрязнения питьевой воды являются:
1. Коммунальные стоки – содержат как химические, так и микробиологические загрязнения и представляют серьезную опасность. Содержащиеся в них бактерии и вирусы являются причиной опасных заболеваний: сыпного тифа и паратифа, сальмонеллеза, бактериальной краснухи, эмбрионов холеры, вирусов, вызывающих воспаления окломозговой оболочки и кишечных заболеваний. Такая вода может быть переносчиком яиц глистов (солитеры, аскариды и власоглавы). В коммунальных стоках присутствуют также токсичные детергенты (моющие вещества), сложные ароматические углеводороды (САУ), нитраты и нитриты.
2. Промышленные стоки.
В зависимости от отрасли промышленности могут содержаться практически все существующие химические вещества: тяжелые металлы, фенолы, формальдегид, органические растворители (ксилол, бензол, толуол), упомянутые выше САУ и так называемые особо токсичные стоки. Последняя разновидность вызывает мутагенные (генетические), тератогенные (повреждающие плод), и канцерогенные (раковые новообразования) изменения. Главные источники особо токсичных стоков: металлургическая промышленность и машиностроение, производство удобрений, целлюлозно-бумажная промышленность, цементно-асбестовое производство и лакокрасочная промышленность. Парадоксально, но источником загрязнения является также сам процесс очистки и водоподготовки.
3. Коммунальные стоки.
В большинстве случаев, там, где нет сети водоснабжения, нет и канализации, а если и есть, то она (канализация) не может полностью предотвратить проникновению отходов в грунт и, следовательно, в грунтовые воды. Конечно же, все компоненты стоков профильтрованы сквозь верхний слой грунта, но некоторые из них (вирусы, водорастворимые и текучие субстанции) способны проникать в грунтовые воды практически без потерь.
4. Промышленные отходы.

Большинство этих отходов направляются прямо в реки, но промышленные пыль и газы оседают непосредственно или в соединении с атмосферными осадками и накпливаются на поверхности почвы, растениях, растворяются и проникают вглубь. Промышленные пыль и газы переносятся воздушными потоками на сотни километров от источника эмиссии. К промышленным загрязнениям почвы относятся также органические соединения, образующиеся при переработке овощей и фруктов, мяса и молока, отходы пивзаводов, животноводческих комплексов.
Металлы и их соединения проникают в ткани организма в виде водного раствора. Проникающая способность очень высока: поражаются все внутренние органы и плод. Удаление из организма через кишечник, легкие и почки приводит к нарушению деятельности этих органов. Накапливание в организме следующих элементов приводит к:
поражению почек – ртуть, свинец, медь;
поражению печени – цинк, кобальт, никель;
поражению капилляров – мышьяк, висмут, железо, марганец;
поражению сердечной мышцы – медь, свинец, цинк, кадмий, ртуть, таллий;

Требования к питьевой воде. Классификации воды.
Питьевая вода – это вода, пригодная к употреблению человеком и отвечающая критериям качества, то есть, - вода безопасная и приятная на вкус.
Традиционно для оценки чистоты воды в водном объекте или в источнике водоснабжения, если речь идет о получении воды для питья, используются физические, химические и санитарно-бактериологические показатели. К физическим показателям относят температуру, запахи и привкусы, цветность и мутность. Химические показатели характеризуют химический состав воды. Обычно к числу химических показателей относят водородный показатель воды (рН), жесткость и щелочность, минерализацию (сухой остаток), а также содержание главных ионов. К санитарно-бактериологическим показателям относят общую бактериальную загрязненность воды и загрязненность ее кишечной палочкой, содержание в воде, содержание токсичных и радиоактивных микрокомпонентов. В зависимости от загрязненности водного объекта и назначения воды предъявляются и дополнительные требования к ее качеству.
2.1.1. Органолептические показатели
К числу органолептических показателей относятся те параметры качества воды, которые определяют потребительские свойства, т.е. те свойства, которые непосредственно влияют на органы чувств человека (обоняние, осязание, зрение). Наиболее значимые из этих параметров – вкус и запах – не поддаются формальному измерению, поэтому их определение производится экспертным путем. Кроме вкуса и запаха выделяют такие показатели как привкус, цветность, мутность и прозрачность.
2.1.1.1.Запах и привкус
Химически чистая вода совершенно лишена привкуса и запаха. С научной точки зрения, запах и привкус – свойство веществ вызывать у человека и животных специфическое раздражение рецепторов слизистой оболочки носоглотки и языка. Привкус может быть щелочной, металличесикй, вяжущий и т.п.
2.1.1.2. Вкус
Вкус воды определяется растворенными в ней примесями органического и неорганического происхождения, различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий и горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.
2.1.1.3. Цветность
Цветностью называют показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды.
2.1.1.4. Мутность
Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных взвесей органического и неорганического происхождения. Главным отрицаетльным следствием высокой мутности является то, что она защищает микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий.
2.1.1.5. Прозрачность
Прозрачность (или светопропускание воды) обусловлена ее цветом и мутностью, то есть содержанием в различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Воду в зависимости от степени прозрачности подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную и сильно мутную. Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов.
2.1.2. Физико-химические показатели качества воды
2.1.2.1. Общая минерализация
Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых твердых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся в виде солей. СанПиН рекомендует верхний предел минерализации в 1000 мг/л. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40 – 50 мг/дм³ до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы).

.1.2.2. Водородный показатель
Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода (вернее, гидроксония) в воде. В зависимости от величины рН может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д. Контроль за уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его отклонения в ту или иную сторону могут не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий.

Содержание ионов гидроксония в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов.
СО₂ + Н₂О ↔ Н⁺ + НСО₃^- ↔ 2Н⁺ + НСО₃^2-
Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества СО₂, характерна щелочная реакция. Изменение рН тесно связаны с процессами фотосинтеза. Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов:
Fe²⁺ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2H⁺
Значение рН в речных водах обычно варьируется в пределах 6,5 – 8,5, в атмосферных осадках 4,6 – 6,1, в болотах 5,5 – 6,0, в морских водах 7,9 – 8,3. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина рН для большинства речных вод составляет 6,8 – 7,4, а летом 7,4 – 8,2. рН природных вод определяется в некоторой степени геологией водозаборного бассейна.

2.1.2.3. Жесткость
Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.
Различают следующие виды жесткости:
- Общая жесткость – определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния, представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.
- Карбонатная жесткость – обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН >8,3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной.
- Некарбонатная жесткость – обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).
Обычно преобладает (до 70%) жесткость, обусловленная ионами кальция; однако, в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни мг-экв/дм³). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

2.1.2.4. Окисляемость перманганатная
Окисляемость – это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей. Выражается этот параметр в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм³ воды в соответствии с требованиями СанПиН перманганатная окисляемость не должна превосходить 5,0 мг О₂/л.

2.1.2.5. Окислительно-восстановительный потенциал

Большое внимание стало уделяться такому электрохимическому показателю воды, как окислительно-восстановительный потенциал. Ученые утверждают, что величина и знак ОВП влияют на характер электрохимических процессов в воде и оказывают влияние на состояние организма человека, что видно из таблицы 4.

Способы подготовки воды
2.2.1. Хлорирование.
Главными причинами низкого качества питьевой воды из крана являются:
1) загрязненность водозаборов

2. хлорирование

3. плохое качество водопроводных сетей
Низкая эффективность применения дорогостоящего оборудования на водопроводных станциях, которые не справляются с очисткой воды от большинства химических загрязнений: хлорорганических пестицидов, синтетических поверхностно-активных веществ (моющих порошков), тяжелых металлов и пр., давно доказана и научно обоснована. За последние годы в водных объектах обнаружено и идентифицировано более 2000 антропогенных химических соединений, из них в питьевой воде – 750, около 600 из которых являются канцерогенами, обладают мутагенной активностью и практически не обезвреживаются на водопроводных станциях.
Технология очистки воды на водопроводных станциях схематически выглядит следующим образом:
ВОДОЗАБОР
ХЛОРИРОВАНИЕ
ФЛОКУЛЯЦИЯ ³
ОСВЕТЛЕНИЕ НА ПЕСЧАНЫХ ФИЛЬТРАХ
ХЛОРИРОВАНИЕ
РЕЗЕРВУАРЫ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ
ПОТРЕБИТЕЛЮ В ВОДОПРОВОДНУЮ СЕТЬ

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 KMnO₄ 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.

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 Ca²⁺ и Mg²⁺, 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 Са²⁺ и Мg²⁺, в водонагревательных устройствах образуются минеральные отложения (накипь). При нагревании воды, содержащей Са²⁺ и бикарбонат-ионы, из нее выделяется часть диоксида углерода. В результате этого происходит повышение рН воды и образование нерастворимого карбоната кальция:
Са²⁺(водн.) + 2НСО₃^- → СаСО₃(тв.) + СО₂(г.) + Н₂О(ж.)
Твердый СаСО₃ 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 (СаСО₃) и другими минералами, содержащими ионы Са²⁺, Мg²⁺, Fe²⁺. Для крупномасштабного умягчения водопроводной воды применяют известково-содовый процесс. В этом процессе воду обрабатывают негашеной известью СаО (или гашеной известью Са(ОН)₂) и содой Na₂CO₃. Эти вещества вызывают осаждение кальция в виде СаСО₃ и магния в виде Мg(OH)₂. Роль Na₂CO₃ заключается в повышении рН воды и, если необходимо, в обеспечении ее ионами СО₃^2-. Если вода уже содержит бикарбонат-ион в высокой концентрации, кальций можно удалить из нее в виде СаСО₃ просто путем повышения рН в результате добавления Са(ОН)₂:
Са²⁺(водн.) + 2НСО₃^-(водн.) + [Са²⁺(водн.) + 2ОН^- (водн.)] →
→ 2СаСО₃(тв.) + 2Н₂О(ж.)

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.