Семьдесят процентов поверхности земного шара покрыто водой, но только один процент этой воды пригоден для питья.

Вода — прозрачная жидкость без выраженного вкуса, запаха и цвета.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, благодаря такому строению соседние молекулы воды могут образовывать водородные связи, которые обуславливают следующие уникальные свойства воды:

Вода может одновременно находиться в трех различных агрегатных состояниях: жидком (вода), твердом (лед) и газообразном (пар).
При замерзании воды ее плотность уменьшается, а объем увеличивается, благодаря этому рыбы могут жить в замерзающих водоемах, с другой стороны это приводит к разрушению труб, заполненных водой, зимой.

При нагревании от 0 °C до 4 °C плотность водыувеличивается и достигает максимума 1 г/л при 4 °С

Температура замерзания воды составляет — 0°С, температура кипения воды составляет 100 °С, присутствие растворенных примесей в воде изменяет эти значения. Например, обессоленная вода закипает при 97 С, а вода с высоким содержанием солей закипает при 103 С.

Системы организма	Объемная доля воды, %
Кровь	до 92
Почки	до 82
Мозг	до 85
Мышцы	до 75
Жировые ткани	до 25
Кости	до 28

Вода, на первый взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода, но именно она является универсальным растворителем значительного количества веществ, поэтому в природе химически чистой воды нет. Около семидесяти элементов Периодической системы Менделеева содержатся в воде в обнаруживаемых количествах. Даже редкие и радиоактивные элементы находятся в водах морей и океанов. В наибольшем количестве содержатся хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в водах океана по 3 кг на душу населения Земли.

Все примеси различаются по природе (органические, неорганические, биологические), размерам частиц (степени дисперсности) и количеству в котором они содержаться в воде (макропримеси и микропримеси). К макропримесям относятся соединения кальция, магния, натрия, калия, а также сульфаты, хлориды, карбонаты. К микропримесям — соединения железа, марганца, бора, мышьяка и многие другие.

Кульский Л.А. предложил классификацию примесей, основанную на их фазовом состоянии (размере частичек). Все примеси воды могут быть разделены на гетерогенные (нерастворимые) и гомогенные (растворимые). К гетерогенным примесям относятся грубодисперсные примеси (1-я группа) и примеси коллоидной степени дисперсности (2-я группа), к гомогенным примесям -молекулярной (3-я группа) и ионной (4-я группа) степени дисперстности.

Примеси первой группы представляют собой нерастворимые в воде суспензии и эмульсии (а также планктон и бактерии) находящиеся во взвешенном состоянии. К примесям второй группы относят органические и минеральные коллоидные частицы, вымытые водой из грунтов и почв, а также гумусовые вещества, вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным примесям. Примеси третьей группы — это молекулярно-растворенные вещества (органические соединения, растворимые газы и т. п.). Примеси четвёртой группы представляют собой вещества ионной степени растворимости.

Многообразие примесей воды вызывает значительные трудности при выборе технологии водоподготовки. Для каждой из групп в которые примеси объединены характерны специфические методы очистки воды.

Все природные воды можно разделить на поверхностные и подземные. К поверхностным источникам относятся реки, озера, моря, океаны, искусственные водохранилища и водоканалы. К подземным водам — почвенные, грунтовые и межпластовые.

Основным преимуществом поверхностных вод является их доступность и относительно большие запасы, недостаток подверженность большому количеству загрязняющих факторов. Подземные воды в меньшей мере подвержены загрязняющим факторам, но доступ к ним затруднен.

Поверхностные воды могут быть загрязнены веществами органической и неорганической природы, различными микроорганизмами. Характерными примесями подземных вод являются соли жесткости, железа и марганца. Подземные воды могут характеризоваться высоким значением минерализации.

Запах воды обусловлен присутствием в ней растворенных газов и некоторых органических и неорганических веществ. Самые распространенные запахи воды:

• запах хлора — вызван присутствием в воде остаточного хлора, который используется для дезинфекции воды на станциях водоочистки;
• запах тухлых яиц — характерен для подземных вод, вызван присутствием сероводорода в воде;
• болотистый запах — вызван присутствием в воде большого количества солей железа.

Присутствие остаточного хлора в воде придает ей неприятный запах, что делает ее неприемлемой для использования в быту. Также хлорирование воды приводит к образованию токсичных хлорорганических производных, которые опасны для здоровья человека.

Для удаления хлора и его производных используют активированный уголь. Уголь может применятся в качестве фильтрующего материала как в картриджных фильтрах, так и в фильтрационных системах.

Сероводород часто встречается в глубоких скважинах, является спутником железа и марганца. Для удаления сероводорода из воды рекомендуют использовать каталитическую загрузку —Centaur. В домашних условиях вода, после подогрева в бойлере, может иметь запах сероводорода, как следствие развития анаэробных (живут без доступа кислорода) термотолерантных бактерий на магниевом аноде. Для устранения запаха сероводорода в горячей воде после бойлера рекомендуется поднять температуру в бойлере на 15 — 20 С.

Мутность воды вызвана присутствием нерастворимых органических и неорганических примесей, которые находятся во взвешенном состоянии. В водах артезианских скважин мутность вызвана частичками песка, глины, в водопроводной воде — частичками окалины, ржавчины, взвеси алюминия. Мутность определяют в лаборатории с использованием специального оборудования (фотоколориметра). Существует несколько различных единиц измерения мутности:

1 FTU = 1 NTU = 1 ЕМ/л = 0,58 мг/л

Известно два основных метода для удаления мутности — это фильтрация сквозь слой зернистой загрузки или фильтрация через пористую перегородку.

При фильтрации через слой зернистой загрузки частички задерживаются всем объемом слоя на поверхности гранул. Работа фильтра с зернистой загрузкой

7 заключается в двух основных стадиях: стадия очистки воды и стадия регенерации (восстановления свойств) загрузки. Продолжительность и частота регенераций зависит от вида выбранной загрузки. Выделяют несколько типов фильтров с зернистой загрузкой: песчаные и мультимедийные фильтры, фильтры с каталитической загрузкой, фильтры с угольной загрузкой и ионообменные фильтры.

При фильтрации через пористую перегородку (полипропиленовый картридж или нержавеющая сетка) частички примесей накапливаются на поверхности фильтровального элемента. Одним из самых перспективных методов фильтрации сквозь пористую перегородку является ультрафильтрация — мембранный процесс, благодаря которому из воды удаляются взвешенные и коллоидные вещества, железо, крупномолекулярная органика. Также ультрафильтрационная мембрана является абсолютным барьером для всех видов микроорганизмов и водорослей. Метод ультрафильтрации позволяет множество раз использовать один и тот же фильтрационный элемент (мембрану).

Цветность — характеризует степень окраски воды и обусловлена присутствием в воде окрашенных соединений. Определяется, как и мутность, на фотоколориметре, единицы измерения цветности — градусы. Поверхностные источники Украины характеризуются повышенной цветностью воды обусловленной присутствием гуминовых веществ, и иногда соединений железа.

Гуминовые вещества — природные органические соединения, попадают в воду вследствие вымывания из грунтов. Содержание органических веществ в воде определяют по показателю —окисляемость, единицы измерения — мгО 2/л.

Для снижения цветности на водоканалах, как правило, используют специальные камеры — осветлители, в которых примеси осаждаются после взаимодействия с коагулянтами и флокулянтами. Данный метод не обладает достаточной эффективностью. В коммерческой водоподготовке для осветления воды применяют активированные угли и органопоглотители, что позволяет достигнуть степени эффективности до 90%.

Вкус воды вызван присутствием в ней растворенных органических и неорганических веществ. Например, сульфаты придают воде горький вкус, нитраты сладкий, хлориды — соленый, а органические соединения — кислый.

Одними из самых важных технологических показателей качества воды являются жесткость и щелочность. Особое внимание им уделяют при кондиционировании воды для водогрейного и парового хозяйства.

Жесткость — суммарное количество ионов кальция и магния в воде. Определяется в лаборатории методом титрования. Часто, при необходимости определить жесткость воды непосредственно в месте отбора пробы, используют наборы для экспресс-анализа — киты. Различают карбонатную (временную) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость легко устраняется при кипячении, вызвана присутствием в воде карбонатов и гидрокарбонатов кальция и

8 магния. Некарбонатная жесткость вызвана наличием сульфатов, силикатов, хлоридов и фосфатов кальция и магния.

Существует множество единиц измерения жесткости. В Украине используют единицы измерения жесткости согласно системе СИ, ммоль/л. Более распространенной единицей измерения жесткости является — мг-экв/л.

1 ммоль/л = 2 мг-экв/л = 50 мг/л СаСО3

Также существуют немецкие (1 мг-экв/л=2,8DH) градусы, английские (1 мг-экв/л = 3,51 Clark) и французкие (1 мг-экв/л = 5 °F) градусы.

Жесткость воды в Украине варьирует от 2 до 15 мг-экв/л в зависимости от региона.

Для устранения жесткости воды используют умягчение, процесс заключающийся в фильтровании воды сквозь слой специального материала — ионообменной смолы:

2R-Na + + Ca 2+ = R2-Ca 2+ + 2Na +

После умягчения определенного объема воды следует проводить регенерацию ионообменной смолы. Регенерация ионообменной загрузки осуществляется поваренной солью.

Ионообменная смола может использоваться в фильтрах картриджного типа, а также в умягчителях колонного и кабинетного типов.

Щелочность — суммарная концентрация карбонатов, гидрокарбонатов и гидроксид ионов, единицы измерения ммоль/л или мг-екв/л. Определяется как и жесткость методом титрования.

Щелочность «p» определяет содержание в воде карбонатов и гидроксид ионов. Щелочность «m» определяет содержание в воде гидрокарбонатов, карбонатов и гидроксид ионов т. е.щелочность «m» является показателем связанной двуокиси углерода (при m>2p).

Немаловажным параметром качества воды является содержание в ней различных анионов, которые могут негативно влиять на здоровье человека, а также на условия протекание некоторых технологических процессов. В украинских водах чаще всего встречаются следующие анионы: нитраты, сульфаты, хлориды, карбонаты.

Нитраты могут попадать в воду в следствие сельскохозяйственной деятельности, а также со стоками пищевой промышленности.

Хлориды и сульфаты могут как вымываться из минеральных пород, так и попадать в воду со сточными водами. Все эти анионы можно удалить при помощи ионного обмена или обратного осмоса.

В воде в небольших количествах присутствуют катионы множества металлов, для Украины наиболее характерными проблемами является повышенное содержание солей железа, марганца и алюминия (микропримеси).

Природа железа в воде может быть самой различной, от солей двухвалентного и трехвалентного железа до органических соединений железа и так называемого микробиологического железа. Соединения трехвалентного железа не растворимы в воде и легко устраняются механическим фильтрованием. Соединения двухвалентного железа и органическое железо присутствуют в воде в растворимой форме. Традиционно эти формы железа устраняются путем переведения соединений железа в нерастворимую форму и дальнейшего механического фильтрования. Современным подходом является использование комплексной ионообменной загрузки — ECOMIX.

Самым часто встречающимся спутником железа кроме сероводорода является марганец. При попадании солей марганца в организм человека, они не выводятся естественным путем, а аккумулируются, вследствие чего происходит медленная интоксикация организма. Также соли марганца часто мешают удалению солей железа традиционными методами.

Для решения проблемы совместного удаления железа и марганца, а также умягчения воды сотрудниками компании «Экософт» была разработана и запатентована комплексная загрузка«ECOMIX», которая позволяет удалить несколько примесей воды в одну стадию. ECOMIX ^® «5-в-1» — это возможность эффективной очистки воды с повышенными жесткостью, содержанием железа, марганца, аммония и органических соединений в одну стадию. Этот многоцелевой ионообменный материал может быть использован для комплексной очистки водопроводной и артезианской воды с одновременным:

• умягчением
• удалением железа
• удалением марганца

Также сорбент обеспечивает снижение цветности и окисляемости воды, содержания алюминия и аммония. Регенерация фильтрующей загрузки ECOMIX осуществляется обычной таблетированной солью — хлоридом натрия.

Присутствие солей алюминия, в основном, характерно для водопроводной воды, куда они попадают вследствие использования станциями водоочистки алюминиевых коагулянтов. Удаляются из воды механическим фильтрованием или химическим осаждением.

Значимым технологическим показателем является минерализация — характеризует общее содержание истинно растворенных веществ в воде — катионов и анионов. Определяется при помощи TDS -метра, измеряется в г/л, мг/л и ррm.

1 мг/л = 1ррm = 0,001 г/л

Для украинских вод характерна минерализация от 0,3 (Центральная Украина) до 15 (Черное и Азовское моря) г/л.

Уменьшить минерализацию воды или обессолить воду возможно используя методы ионного обмена или (и) обратного осмоса.

Обратный осмос — мембранный процесс фильтрования воды под давлением сквозь полупроницаемые мембраны, которые пропускают молекулы воды и задерживают молекулы растворенных солей и органических веществ. Обратноосматические системы могут быть как бытового класса так и промышленного.

Немаловажной проблемой в водоочистке являются растворенные газы, а именно растворенный кислород и растворенный углекислый газ, которые приводят к повышению коррозионной активности воды.

Общее микробное число (ОМЧ) — общее число образующих колонии бактерий в 1 мл воды. По результатам определения ОМЧ нельзя однозначно судить о присутствии в воде патогенных микробов. Однако, высокое микробное число (более 100 микроорганизмов) свидетельствует об общей бактериологической загрязненности воды и о высокой вероятности наличия патогенных организмов.

К основным методам обеззараживания воды относятся хлорирование, мембранные методы и обеззараживание ультрафиолетом. Каждый из этих методов обладает определенными достоинствами и недостатками. Хлорирование воды является одним из самых доступных и эффективных методов обеззараживание воды, с другой стороны при
обеззараживание воды хлором большой риск образования токсичных хлорпроизводных. Обработка воды ультрафиолетом позволяет обезвредить болезнетворные бактерии и вирусы без применения вспомогательных химических агентов, но данный метод не обладает пролонгированным (продолжительным) действием.

Мембранные методы, а именно ультрафильтрация и обратный осмос, являются абсолютным барьером для всех бактерий, водорослей, вирусов. Микроорганизмы не могут проникнуть сквозь поры мембраны и задерживаются на ее поверхности. Мембранные методы также не обладают пролонгированным действием.

Анализ воды

Для корректного выбора технологии очистки воды необходимо провести ее химический анализ. В зависимости от источника водоснабжения, эти параметры могут быть следующими:

Анализ водопроводной воды		Анализ воды из скважины
• Жесткость • Железо • Алюминий • Окисляемость • Цветность • Активный хлор • Общее солесодержание • Щелочность • рН		• Жесткость • Железо • Марганец • Окисляемость • Мутность • Нитраты • Общее солесодержание • Щелочность • рН