Послуги з водопостачання та водопідготовки з 1998 року

Свойства воды

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 °C до °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.

Вода и человек

Вода самый большой по объему потребления продукт питания в рационе человека. Более того, почти семьдесят процентов тела человека состоит из воды. Человек слышит, видит, ориентируется в пространстве и даже дышит благодаря воде. Мозг человека на 85% состоит из воды. Некоторые ученые шутят: «Вода изобрела человека для передвижения».

Достаточное поступление воды в организм человека является одним из основных условий здорового образа жизни. Вода активно участвует в химических реакциях, проходящих
в нашем теле, доставляет питательные вещества в каждую клетку, выводит токсины, шлаки и излишки солей, содействует понижению кровяного давления, а также регулирует температуру тела и обеспечивает эластичность кожи. Вода необходима для нормального пищеварения. Участвуя в обмене веществ, эта уникальная жидкость позволяет уменьшить жировые накопления и снизить вес. От качества воды, которую употребляет человек, зависит его здоровье и самочувствие.

 

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 — универсальный растворитель

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.

Поверхностные и подземные источники водоснабжения

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.

Основные показатели качества воды

Концентрация примесей в воде определяет ее свойства, а значит и ее качество. Основные показатели качества воды разделены на следующие группы:

  • Потребительские показатели качества воды (запах, мутность, цветность, вкус);
  • Технологические показатели качества воды (жесткость, щелочность, нитраты, сульфаты, хлориды, железо, марганец, алюминий, TDS, рН, растворенные газы);
  • Токсикологические показатели качества воды (тяжелые и цветные металы, мышьяк);
  • Микробиологические показатели качества воды (общее микробное число, колли индекс).

Потребительские показатели качества воды

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

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.

Технологические показатели качества воды

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 = °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:


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.

Микробиологические показатели качества воды

В практически любой воде есть жизнь  в ней обитают всевозможные микроорганизмы: бактерии, вирусы, простейшие, водоросли, грибки. В поверхностных водах их больше, в подземных меньше. Среди микроорганизмов встречаются как безвредные, так и опасные для здоровья человека (болезнетворные, патогенные).

Показателями характеризующим наличие болезнетворных микроорганизмов в воде являются коли индекс и общее микробное число. Коли индекс  количество кишечных палочек в 1 литре воды, показатель характеризующий фекальное загрязнение воды. Допустимое значение согласно ГОСТу не более 3 единиц на литр.

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