Специальные методы улучшения качества воды

Традиционная технология очистки воды на водопроводах, предназначенная для осветления, обесцвечивания и обеззараживания, обладает лишь ограниченным барьерным действием в отношении многих химических веществ, которые при несоблюдении санитарных правил промышленными предприятиями и другими объектами могут загрязнять водоемы, особенно в районах с высокой плотностью населения и развитой промышленностью. Повышение барьерной роли водопроводных сооружений в отношении некоторых загрязнений (нефть, ДДТ и др.) достигается применением повышенных доз коагулянтов и флоккулянтов, увеличением времени отстаивания, снижением скорости фильтрации, применением двойного хлорирования или перехлорирования. Если этого недостаточно, то в зависимости от состава и концентрации загрязнений используют сильные окислители (озон, перманганат калия), сорбенты (активированный уголь в гранулированном или порошкообразном виде), ионообменные материалы, а нередко сочетание нескольких методов.

Дезодорация — устранение привкусов и запахов воды — достигается аэрированием воды, обработкой ее окислителями (озонирование, двуокись хлора, большие дозы хлора, марганцовокислый калий), фильтрованием через слой активированного угля, адсорбирующего дурнопахнущие вещества, и углеванием, т. е. путем введения в воду до отстаивания порошкообразного активированного угля. Выбор метода дезодорации зависит от происхождения привкусов и запахов.

Обезжелезивание производится путем разбрызгивания воды с целью аэрации в специальных устройствах — градирнях. При этом двухвалентное железо окисляется в гидрат окиси железа, осаждающийся в отстойнике или задерживаемый на фильтре.

Умягчение. Старым способом умягчения воды является содово-известковый, при котором кальций и магний осаждаются в отстойнике в виде нерастворимых солей (СаСО3, МgСО3 и др.).

Более современным является фильтрование умягчаемой воды через фильтры, заполненные ионитами. Ионитами называют твердые нерастворимые, зернистые, наподобие песка, материалы, обладающие свойством обменивать содержащиеся в них ионы на ионы солей, растворенных в воде. Иониты, обменивающие свои катионы (Н+, Nа+), называются катионитами, обменивающие анионы (ОН-),— анионитами.

Иониты могут быть естественного и искусственного происхождения (обработанный серной кислотой уголь, синтетические ионообменные смолы). Применяя фильтрование воды через катионит, можно удалить из нее катионы, фильтруя ее через анионит — удалить анионы.

При фильтровании воды ионообменные свойства ионитов постепенно падают. После истощения обменных свойств иониты могут быть регенерированы (восстановлены). Катиониты регенерируют промыванием разбавленным раствором кислоты или крепким раствором хлористого натрия, аниониты — промыванием раствором щелочи.

Для умягчения воды применяют фильтрование воды через слой естественных (глауконитовые пески) или искусственных катионитов толщиной 2—4 м. При этом ионы Са2+ и Mg2+ воды обмениваются на ионы Nа+ или ионы Н+ катионита.

Опреснение. Последовательное фильтрование воды сначала через катионит, а затем через анионит позволяет освободить воду от всех растворенных в ней солей и потому применяется с целью опреснения. Процесс опреснения можно проиллюстрировать на примере удаления из воды хлористого натрия:

катионит — Н + NаС1->катионит — Nа + НС1;

анионит — ОН + НС1-> анионит — С1 + Н20.

Ионитовые установки для опреснения воды могут быть как стационарные, так и передвижные (экспедиции, полевые станы, войска).

Для опреснения воды на водопроводах, морских судах применяют термический метод, основанный на выпаривании воды с последующей конденсацией паров. Желательно, чтобы содержание минеральных солей в опресненной воде было не менее 100—200 мг/л. Поэтому в случае необходимости к ней добавляют часть неопресненной воды.

Кроме описанных методов для опреснения воды применяют также электродиализ с использованием селективных мембран, вымораживание и другие методы.

Дезактивация. При коагуляции, отстаивании и фильтрации воды на водопроводах содержание радиоактивных веществ в ней снижается лишь на 70—80%. Для более глубокой дезактивации воду фильтруют через катио - и аниообменные смолы.

Обесфторивание воды. При необходимости освободить воду от избытка фтора ее фильтруют через анионообменные смолы: анионит ОН + RF = анионит —F + ROH. Чаще синтетических смол в качестве ионообменного материала используют с большим успехом активированную окись алюминия. Иногда имеется возможность снизить содержание фтора в воде до оптимальных величин за счет разбавления водой из другого источника, содержащей ничтожные количества фтора.

Фторирование воды. В последние годы большое внимание исследователи уделяют фторированию воды, т. е. искусственному добавлению к ней фтористых соединений с целью уменьшения заболеваемости кариесом зубов. Кариес зубов принадлежит к числу наиболее распространенных заболеваний человека. Кариес зубов приводит не только к потере зубов, но и к другим заболеваниям полости рта и костей (например, к остеомиелиту челюстных когтей), хрониосепсису и ревматизму, различным заболеваниям желудочно-кишечного тракта в связи с ухудшением разжевывания пищи и замедлением эвакуации ее из желудка. Несмотря на применяющиеся стоматологами в разных странах меры борьбы с кариесом, заболеваемость им имеет почти повсеместную тенденцию к росту. В настоящее время обращаемость стоматологических больных в поликлиники занимает второе место после обращаемости к терапевтам.

Как показали наблюдения, в СССР и других странах употребление фторированной воды снижает заболеваемость кариесом на 50—75%, т. е. в 2—4 раза. В наибольшей мере противокариозное действие фтора проявляется в том случае, когда человек употребляет фторированную воду с раннего детского возраста. Комплексная профилактика путем фторирования воды, рационализация питания и проведения мер по гигиене полости рта позволяют снизить заболеваемость кариесом на 80—90%. ВОЗ рассматривает фторирование воды как одно из крупнейших достижений профилактической медицины нашего времени.

С 1964 г. принято решение о широком внедрении фторирования воды на хозяйственно-питьевых водопроводах СССР в том случае, если естественное содержание фтора в воде менее 0,5 мг/л. В настоящее время вода фторируется в десятках городов (Ленинград, Киев, Талин, Мурманск, Ивано-Франковск, Дубна и др.).

Фторирование осуществляют путем добавления к прошедшей очистку воде раствора фторсодержащего соединения (фтористый или кремнефтористый натрий, кремнефтористая кислота и др.) в таком количестве, чтобы концентрация фтор-иона в воде была оптимальной для данных климатических условий.