Улучшение качества питьевой воды
Скачать 1.06 Mb.
|
1.2. Существующие и перспективные способы улучшения качества воды Централизованное водоснабжение большинства населенных пунктов России преимущественно ведется из поверхностных водоисточников, характеризующихся высоким уровнем загрязнения /45/. Существующие сооружения водоподготовки и применяемые технологические процессы часто уже не в состоянии обеспечить требуемое качество питьевой воды, поскольку рассчитаны на уровни загрязнения поверхностных вод, существовавшие 40÷50 лет назад и, в основном, направлены на улучшение прежде всего органолептических и микробиологических показателей качества воды. В отечественном хозяйственно-питьевом водоснабжении используются типовые технологические схемы очистки: в зависимости от степени загрязненности исходной воды - двухступенчатая (отстойники или осветлители со слоем взвешенного осадка - на первой ступени и скорые фильтры - на второй ступени) или одноступенчатая (контактные осветлители или прямоточные фильтры) /45, 46/. Рассматривая эти схемы с современных позиций, можно отметить их недостаточную надежность и эффективность. В первую очередь это обусловлено тем, что в их применяются устаревшие сооружения и реагентные методы очистки. Применяемые технологии очищают воду, в основном, от дисперсных частиц. Молекулярно растворенные вещества и ионы остаются в воде. Таким образом, многие токсичные вещества не улавливаются на водоочистных сооружениях и попадают в водопроводную сеть /47/. Необходимо отметить, что существующие технологические схемы способны оказывать негативное воздействие. Так, применяемые в ходе водоподготовки для обеззараживания воды процедуры хлорирования и озонирования, в случае наличия в воде органических соединений, приводят к появлению высокотоксичных веществ. В результате хлорирования воды, содержащей гуминовые вещества фенольной природы, образуются хлорфенолы, хлороформ и даже диоксины /48, 49/. Появление в питьевой воде токсичных продуктов озонирования - формальдегида, бензальдегида, ацетальдегида, также может быть обусловлено физико-химическими характеристиками природных вод. Озонирование воды, в которой присутствуют пестициды, может привести к появлению более токсичных и стабильных недоокисленных эпоксидов с ненасыщенными двойными связями. Например, элдрин окисляется до диэлдрина, гептахлор до гептахлорэпоксида /50/. Исследование содержания хлорорганических соединений в водозаборе г.Питкяранта и г.Приозерск (Ладожское озеро) и в водопроводной воде показало, что в процессе водоподготовки (хлорирования) в 39 раз возросла концентрация хлороформа, в 5 раз - четыреххлористого углерода, в 4,5 раза - 1,2-дихлорэтана, в 4,4 раза - тетрахлорэтана, в 8,3 раза - хлорбензола, появились трихлорэтан и трихлорфенол (табл.1.) /48/. Таблица 1. Содержание летучих хлорорганических соединений в водах Ладожского озера и питьевой воде городов Приозерск и Питкяранта
Примечание: ВОЗ - всемирная организация здравоохранения При изучении мутагенной активности питьевой воды обнаружено, что при применяемых режимах хлорирования отмечается интенсивное образование мутагенов /51/, радикальных и ион-радикальных частиц, которые могут обладать весьма длительным временем жизни /52/. Установлена прямая зависимость между величиной цветности воды, обусловленной гуминовыми веществами, и содержанием хлорорганических веществ после ее хлорирования. При этом обнаружены сильные корреляционные связи уровней онкологической смертности, индукции рака печени и мочевого пузыря и частоты спонтанных абортов с величинами цветности хлорированной воды /53/. В качестве профилактических мероприятий, направленных на снижение мутагенного и канцерогенного риска, возникающего при хлорировании высокоцветных гумусовых вод, необходимо добиваться максимального снижения цветности хлорируемой воды минимум до величины, определенной ВОЗ в 15° и изменение статуса этого признака вредности хлорированной воды с органолептического на токсикологический /53, 54/. Наряду с растущим загрязнением источников питьевого водоснабжения отмечается ухудшение санитарно-технического состояния водопроводных сооружений и сетей. Остаточные количества реагентов, используемых в процессе водоподготовки, оказывают влияние на интенсивность коррозии металлических водопроводных труб. Стальные и чугунные трубы дают течь уже через 5-6 лет эксплуатации. В результате длительного контакта с металлическими трубами, подвергшимися коррозии, вода приобретает запах (3÷4 балла), цветность (до 100° и выше), увеличивается содержание железа (до 5÷6 мг/л), меди, цинка, возрастает мутность /55, 56/. Для удаления из обрабатываемой воды растворенных в ней вредных веществ необходимы дополнительные звенья водообработки. В большинстве же случаев на отечественных водопроводных станциях не хватает мощностей даже для традиционной схемы обработки воды, не говоря об усложнении технологии водоподготовки. В РФ в 1995 г. 12,9% коммунальных водопроводов не имели необходимого набора сооружений водоподготовки, на 15% не осуществлялось обеззараживание воды. В результате частота выявления неблагоприятных санитар-но-химических и микробиологических показателей стабилизировалась на высоком уровне и составила в 1995 г. соответственно 21,5 и 8,7 % /56/, в 1998 г. - 29,03 и 9,7% /1/. В целом около половины населения России вынуждено использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей гигиеническим требованиям /57/. Положение с состоянием водоочистки усугубляется экономическим положением в стране, не позволяющем даже в ближайшей перспективе осуществить коренную реконструкцию водоочистных станций за счет применения разработанных в настоящее время перспективных технологий. Основными физико-химическими методами, используемыми в мире для подготовки питьевой воды, являются сорбция, ионный обмен, озонирование, УФ-обработка, коагуляция, мембранные методы. Реже при очистке используют аэрирование, дистилляцию и другие процессы /58, 59/. Широко известны способы умягчения и опреснения воды реагентной обработкой. Кроме того, разработаны способы ионобменного и мембранного умягчения, в частности, Nа-катионирование при котором неизменной остается щелочность воды и Н-Nа-катионирование, применяемое, когда требуется понизить щелочность воды. На основе этих процессов разработаны технологии "Сиротерм" и "Карикс"/60/. Наряду с физико-химическими методами для подготовки питьевой воды используют и биологические, особенно при очистке от аммиака, нитратов, железа, ряда синтетических веществ, удаления цветности. Применение биологической очистки позволяет значительно увеличить ресурс физико-химических методов. Этот способ используется во Франции и Германии при исходном содержании в воде азота 40÷140 мг/л /60, 61/. Присутствующие в воде тяжелые металлы могут быть устранены реагентной обработкой. Так при добавлении гидроокиси натрия к воде до рН 8,3 и дальнейшей фильтрации и отстаивании, устраняется более 70% ионов цинка; более - 97% хрома; 99,5% - кадмия; а также 100% - свинца, меди и железа. Ионы хрома также удаляются (при его содержании до 200 мкг/л) сульфатом железа с последующим фильтрованием и осветлением /42/. В последнее время развиваются исследования, посвященные применению процессов обратного осмоса и ультрафильтрации для получения питьевой и высокоочищенной воды. Эти процессы позволяют получать качественную питьевую воду из природных водоисточников. Так, например, во Франции (департаменты Души и Амонкур) работают установки на основе данных процессов, обеспечивающие питьевой водой целые поселки /61/. Но высокая стоимость очистки ограничивает их широкое внедрение на отечественных водоочистных станциях. В РФ дело пока ограничивается выпуском бытовых мембранных водоочистителей /61-63/. Разрабатываются различные модификации электроимпульсного метода для его применения в процессах водоочистки и водоподготовки. Импульсное питание позволяет существенно сократить затраты электроэнергии, уменьшить время проведения технологического процесса, а также упростить техническое обслуживание установок и повысить надежность их работы /64/. Одним из основных способов подготовки питьевой воды является сорбция на пористых сорбентах (чаще всего фильтрование через неподвижный слой сорбента). В качестве сорбентов используются гранулированные и порошкообразные активированные угли, минеральные адсорбенты, полимерные материалы и т.д. /63/. На отечественных водоочистных станциях наиболее часто в качестве фильтрующей загрузки используется песок. Зачастую песок характеризуется неудовлетворительным гранулометрическим составом и скатанной формой зерен, что безусловно негативно сказывается на его фильтрационных свойствах /65/. Более качественными фильтрующими материалами является гранитная крошка и другие дробленые материалы, обладающие большей грязеемкостью. Это их преимущество в первую очередь объясняется большей пористостью, а также дефектами кристаллической решетки, возникающими при дроблении и увеличивающими энергетическую поверхность зерен /65, 66/. В результате использования дробленых материалов обеспечиваются меньший темп прироста потерь напора, большая степень насыщения порового пространства загрузки осадком и более благоприятные гидродинамические характеристики пористой среды в части прилипания и отрыва загрязнений от зерен загрузки, что обеспечивает более интенсивный вынос загрязнений из загрузки уже на первых минутах промывки /66/. К числу таких новых фильтрующих материалов относятся крошка из отсевов гранитного щебня (Киркинский карьер Выборгского месторождения) и габбро-диабазного щебня (карьер расположен под Петрозаводском) /45/. Применение указанных материалов в качестве загрузки фильтровальных сооружений позволяет увеличить продолжительность фильтроцикла на 30÷40% по сравнению с сооружениями, загруженными традиционным песком скатанной формы /65, 66/. За рубежом в технологических схемах водоподготовки широко используют активированный уголь (АУ) /67÷69/. Основная направленность использования АУ - удаление из воды загрязнений и примесей органической природы. Он обладает высокой сорбционной активностью по отношению к хлор-, гидроксил-, амино-, нитропроизводным бензола, и других ароматических соединений /47, 69/. Наиболее типичными органическими примесями питьевой воды являются галоидуглероды и пестициды. Эти вещества в разной степени удаляются из воды сорбционными методами. Так, при использовании сочетания сорбции на АУ с воздействием КМn04, содержание тригалометанов в очищаемой воде снижается на 35%. Сочетание биологической стадии очистки с сорбцией на АУ позволяет полностью удалить из речной воды трихлорэтан и 1, 2, 4-трихлорбензол /44/. АУ в модельных экспериментах извлекает из воды 85÷100% гидрофобных веществ (тригалометаны, хлороформ, четыреххлористый углерод), в то же время его использования для удаления гидрофильных соединений (определяемых частично показателем общего органического углерода) недостаточно (25÷75%). Присутствие же в очищаемой воде природных органических веществ (на уровне 10 мг/л по общему органическому углероду) резко снижает величину сорбции. Так, при сорбции природных гуминовых соединений с использованием экономически приемлемых доз АУ удается извлечь 50÷70% органических соединений. В фильтрат попадают фракции наиболее окисленных (более гидрофильных) фульвокислот /69/. Это обстоятельство заставляет предусматривать в схеме очистки питьевой воды от тригалометанов с использованием АУ предварительное удаление природных органических веществ. Указанное касается и загрязнения пестицидами: наличие в воде природных органических соединений приводит к уменьшению ресурса действия сорбционного фильтра с АУ и проскоку пестицидов в фильтрат /44/. Для удаления больших неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) (полиэтиленгликолевые эфиры жирных кислот, спиртов, алкилфенолов) применение АУ неэффективно из-за стерической недоступности микропор (г = 0,5÷10 нм) для таких молекул. Для удаления из воды таких молекул необходимы АУ, обладающие развитой переходной пористостью. Однако при получении таких АУ потери при обжиге составляют до 75% и больше. Это повышает и без того значительную стоимость углей (порядка 3000$ за тонну) и понижает механическую прочность гранул /69/. Таким образом, недостатками АУ является низкая прочность на истирание, потери при термической регенерации (от 30 до 75%), невысокая избирательность по отношению к органическим соединениям с высокой растворимостью и крупным неиногенным молекулам. В настоящее время совершенствование АУ путем выбора сырья и режимов технологической подготовки практически исчерпано. Дальнейшее усиление поглотительных свойств сорбентов по отношению к органическим веществам, содержащимся в воде, непосредственно связано с научными исследованиями, нацеленными на изменение их поверхностных свойств (создание искусственных науглероженных сорбентов) /47/. По нашему мнению, именно сорбционные процессы дают наилучшие результаты. Для нашей страны наиболее перспективным подходом к решению проблемы качества питьевой воды может быть использование природных минеральных сорбентов как в технологических схемах на водопроводных станциях, так и для доочистки воды потребителями. 1.3. Природные минеральные сорбенты перспективные материалы в процессах улучшения качества воды Благодаря разнообразным физико-химическим свойствам природные сорбенты (цеолиты, бентониты, опал-кристобаллитовые породы, палыгорскитовые глины и др.) играют все возрастающую роль в техническом прогрессе различных отраслей промышленности /11/. Сведения о полезных свойствах некоторых видов природных сорбентов уходят далеко в глубь истории. Однако полномасштабное изучение и промышленное использование природных сорбентов началось в 50÷60 гг. XX в. Это время открытия крупных промышленных месторождений цеолитовых пород как за рубежом (США, Япония и др.), так и в СССР. В литературе появляется все больше сведений об использовании этих сорбентов для удаления из воды дисперсных примесей, нефти, и нефтепродуктов, красителей, радиоактивных загрязнений и др. /10÷16, 71÷75/. В группу природных сорбентов относят горные породы и минералы, обладающие высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтровальными свойствами /75/. Для них характерны различные механизмы сорбции, такие как: молекулярная сорбция, катионный обмен, ионный обмен, ионная сорбция. Различия в минеральном составе и кристаллоструктурных особенностях приводят к изменчивости величины сорбционной емкости и кинетики процессов сорбции у различных сорбентов. Их активные центры представлены гидроксильными группами поверхности и избыточным отрицательным зарядом, обусловленным изоморфизмом, связанным с различными структурными позициями и ненасыщенными связями на границе структурных слоев, а также с обменными катионами, компенсирующими избыточный заряд кристаллической решетки /11/. Одни виды природных сорбентов относят к минеральным образованиям с поверхностно-активными свойствами, с расширяющейся слоистой структурой, другие - вступают непосредственно в реакцию на основе катионного обмена как ионообменники (цеолиты, глаукониты, бентониты, палыгорскиты). Аморфные природные сорбенты представлены силикатами опалового типа, в основе их сорбционной активности - молекулярный обмен (опал-кристобалитовые породы) /75/. Некоторые сорбенты проявляют кроме того и каталитические свойства /76/. Для их практического использования имеют значения такие характеристики как механическая прочность и водостойкость /75/. Описаны различные способы повышения активности ПМС /11, 75÷77/. Температурная активация ведется при 150÷400°С, при этом происходит удаление сорбционной воды, что повышает сорбционную емкость. При большей температуре начинается потеря структурной воды, что ведет уже к снижению сорбционных свойств. Сущность химической активации заключается в химическом взаимодействии реагента с поверхностными группами структуры сорбента, приводящем к изменению их химического состава (деалюминированию, декатионированию, изменению характера пористости (объема и размера пор, удельной поверхности), получению дополнительных активных центров. Общие разведанные запасы сорбентов в РФ составляют - 2x109 т. Суммарная добыча сырья для производства сорбентов в 1997 г. составила 106 тыс. т /75/. Таблица 2. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Тема занятия Тестовый контроль знаний. Отбор проб воды для лабораторного исследования, оформление сопроводительного документации. Определение... |  | Анализ качества питьевой воды в городе Мончегорска Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №37 |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Задачи. Закрепить у детей знания о значении воды в жизни человека: вода- источник жизни; об источниках питьевой воды; представления... | | Формирование логистической инфраструктуры предприятий по производству... Охватывает персонал, занятый в процессе движения материальных потоков |
| Содержание Гигиеническое обоснование и практика ранжирования водопроводных станций по эффективности водоподготовки на основе интегральной оценки... | | Технический регламент о безопасности питьевой воды Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) |
| I. рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры Целью освоения дисциплины «Вода пищевых продуктов» является приобретение теоретических знаний о физико-химических свойствах воды... | | Анализ проблемы качества воды реки Вятки в зоне санитарной охраны... Кирове существует проблема качества воды на городском водозаборе в связи с выносом загрязнений с затопляемых территорий вблизи объектов... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В последнее время в средствах массовой информации много говорят и пишут о значении экологии, о необходимости организации работы по... | | Гигиеническая оценка качественного состава питьевой воды при централизованном... Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Российский государственный медицинский... |
| Улучшение качества гидроакустических изображений на основе метода... | | Формирование учебно исследовательской деятельности учащихся на уроках... «Анализ питьевой воды источников деревень Аксеново, Окатово, Цикуль Гусь-Хрустального района Владимирской области». «Определение... |
| Рецензия на проектную работу по экологии ученицы 11 класса ноу «Ломоносовская... Краткая характеристика работы: в данной работе представлен обзор вопросов, связанных с проблемами чистой питьевой воды. Раскрыта... | | Положение о внутришкольном контроле Целью вшк является: совершенствование уровня деятельности школы; повышение мастерства учителей; улучшение качества образования |
| С. А. Стрельнокова Сопредседатель Всероссийской коллегии судей по спортивному туризму Целью семинара является повышение квалификации судей, улучшение качества проведения соревнований по группе дисциплин «маршрут» | | Конспект урока окружающего мира в 3 классе по теме «Значение воды для жизни на Земле» Задачи: 1 дать представление о свойствах и состояниях воды, круговороте воды в природе |
