Основные методы улучшения качества питьевой воды. Методы улучшения качества питьевой воды. Обеззараживание питьевой воды при централизованном водоснабжении и в полевых условиях. Символов, единиц и терминов

Сырье для производства безалкогольных напитков

Широкий ассортимент безалкогольных напитков определяется большим количеством различных видов сырья, которое входит в состав купажа напитков.

Сырье, используемое для производства БА напитков, должно отвечать требованиям действующей нормативно-технической документации.

Вода

В пивоваренном производстве, при приготовлении безалкогольных и слабоалкогольных напитков вода является технологическим сырьем. В напитках ее содержится 90 – 95%. Общий расход воды на 1 м 3 конечного продукта составляет 20 – 25 м 3 в производстве пива, около 15 м 3 в производстве напитков. Поэтому к качеству воды предъявляются повышенные требования.

Вода – должна отвечать требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 “Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества”.

Вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и обладать качествами питьевой воды, быть прозрачной, бесцветной, без запаха и привкуса.

В чистой природной воде всегда содержатся растворимые соли, которые оказывают влияние на вкус напитков, а также на ферментативные процессы. Для производства пива очень важен солевой состав, и от него в значительной мере зависит вкус пива. В хорошей воде не должны присутствовать такие вещества, как NaHCO 3 , NH 2 , СО 2 , НNО 3 . Для питьевой воды существуют ограничения по микробиологическим, токсикологическим показателям и по компонентам, ухудшающим ее органолептические свойства.

К вредным химическим веществам, содержащимся в природной питьевой воде относятся (мг/дм 3): алюминий 0,5; барий 0,1; бериллий 0,0002; бор 0,5; кадмий 0,001; мышьяк 0,05; медь 1; молибден 0,25; никель 0,1; ртуть 0,0005; свинец 0,03; селен 0,01; стронций 7,0; хром 0,05; цианиды 0,035. По содержанию этих веществ введены ограничения.

В процессе обработки воды в системе водоснабжения поступают следующие вредные вещества (мг/дм 3): хлороформ (при хлорировании) – 0,2; формальдегид (при озонировании) – 0,05; полиакриламид – 2; активированная кремнекислота – 10. Содержание этих веществ в воде после обработки контролируется и не должно превышать предельных концентраций.

К компонентам, ухудшающим органолептические показатели воды, относятся, мг/дм 3: железо 0,3; марганец 0,1; медь 1; сульфаты 500; хлориды 350; цинк 5; нитраты 45; полифосфаты 3,5; озон 0,3; хлор остаточного свободного 0,3 – 0,5, связанного 0,8 – 1,2.

Общее микробное число, то есть число микроорганизмов в 1 см 3 , не должно превышать 50, бактерии группы кишечных палочек в 100 см 3 должны отсутствовать.

Существует несколько важных показателей качества пресной природной воды: кислотность рН (или водородный показатель), жесткость и органолептика.

рН связана с концентрацией ионов водорода в среде, измеряется с помощью простого прибора – pH-метра и дает нам понятие о кислотных или щелочных свойствах среды (в данном случае – воды): рН < 7 – кислая среда; рН = 7 – нейтральная среда; рН > 7 – щелочная среда.

Жесткостью называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Са 2+ и магния Мg 2+ . Жесткость определяют по специальной методике, описанной в ГОСТах на питьевую воду, а единицы ее измерения – моль на кубический метр (моль/м 3) или миллимоль на литр (ммоль/дм 3).

По жесткости (в ммолъ/дм 3) воду классифицируют следующим образом: до 0,75 – очень мягкая; 0,75 – 1,5 – мягкая; 1,5 – 2,25 – средней жесткости; 2,25 – 3 – довольно жесткая; 3 – 5 – жесткая; свыше 5 – очень жесткая.

Различают жесткость временную, постоянную и общую.

1 Временная (карбонатная, устранимая) жесткость обусловлена присутствием растворимых в воде гидрокарбонатов [Са(НСО 3) 2 и Mg(HCO 3) 2 ], которые при кипячении переходят в нерастворимые в воде карбонаты СаСО 3 и МgСО 3:

Карбонаты выпадают в осадок, диоксид углерода улетучивается и вода умягчается.

2 Постоянная жесткость (некарбонатная) характеризуется содержанием сульфатов кальция и магния, хлоридов, нитратов и других, кроме гидрокарбонатов, солей. При кипячении эти соли остаются в растворе.

3 Общая жесткость слагается из временной и постоянной. По требованиям санитарных норм общая жесткость питьевой воды должна быть не более 7 ммоль/дм 3 . Требования технологии более строгие: жесткость воды, используемой для приготовления пива и безалкогольных напитков не выше 3 ммоль/дм 3 . Воду, предназначенную для приготовления безалкогольных и слабоалкогольных напитков, следует умягчать до жесткости 0,35 ммоль/дм 3 .

Органические соединения, содержащиеся в воде, определяются количеством кислорода, требуемого для их окисления. Этот показатель характеризует окисляемость перманганатная, которая должна быть не более

4 Общая минерализация (сухой остаток) – не выше 1000 мг/дм 3 .

Карбонаты и особенно гидрокарбонаты – Na 2 СО 3 , NaНСO 3 , СаСO 3 , Са(НСO 3) 2 , MgСО 3 , Мg(НСО 3) 2 , К 2 СО 3 , КНСО 3 , обладая щелочными свойствами, понижают кислотность пивного затора, что отрицательно сказывается на последующих стадиях приготовления пива. В производстве БА напитков повышенное содержание этих солей приводит к перерасходу лимонной кислоты и др. видов кислот, добавляемых по рецептуре.

Способы улучшения состава воды

· термический;

· ионообменный;

· обратноосмотический;

· электродиализный;

Также вода, предназначенная для производства пива, должна подготавливаться:

· декарбонизацией известью;

· нейтрализацией карбонатов;

А для производства БА напитков:

· отстаиванием и коагуляцией;

· фильтрованием;

· известково-содовым способом.

Похожая информация.

ЛЕКЦИЯ № 3. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Использование природных вод открытых водоемов, а иногда и подземных вод в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения практически невозможно без предваритель­ного улучшения свойств воды и ее обеззараживания. Чтобы качество воды соответствовало гигиеническим требованиям, применяют предварительную обработку, в результате которой вода освобождается от взвешенных частиц, запаха, привкуса, микроорганизмов и различных примесей.

Для улучшения качества воды применяются следующие методы: 1) очистка-удаление взвешенных частиц; 2) обез­зараживание-уничтожение микроорганизмов; 3) специаль­ные методы улучшения органолептических свойств воды, умягчение, удаление некоторых химических веществ, фторирование и др.

Очистка воды. Очистка является важным этапом в общем комплексе методов улучшения качества воды, так как улучшает ее физические и органолептические свойства. При этом в процессе удаления из воды взвешенных частиц удаляется и значительная часть микроорганизмов, в результате чего полная очистка воды позволяет легче и экономичнее осуществлять обеззараживание. Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.

Отстаивание, при котором происходит осветление и частичное обесцвечивание воды, осуществляется в специаль­ных сооружениях - отстойниках. Используются две конструк­ции отстойников: горизонтальные и вертикальные. Принцип их действия состоит в том, то благодаря поступлению через узкое отверстие и замедленному протеканию воды в отстойнике основная масса взвешенных частиц оседает на дно. Процесс отстаивания в отстойниках различной конструкции продолжается в течение 2-8 ч. Однако мель­чайшие частицы, в том числе значительная часть микроорганизмов, не успевает осесть. Поэтому отстаивание нельзя рассматривать как основной метод очистки воды.

Фильтрация - процесс более полного освобождения воды от взвешенных частиц, заключающийся в том, что воду пропускают через фильтрующий мелкопористый материал, чаще всего через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода оставляет на поверхности и в глубине фильтрующего материала взвешенные частицы. На водопро­водных станциях фильтрация применяется после коагуля­ции.

В настоящее время начали применяться кварцево-антрацитовые фильтры, значительно увеличивающие скорость фильтрации.

Для предварительной фильтрации воды используются микрофильтры для улавливания зоопланктона - мельчайших водных животных и фитопланктона-мельчайших водных растений. Эти фильтры устанавливают перед местом водо­забора или перед очистными сооружениями.

Коагуляция представляет собой химический метод очистки воды. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет освободить воду от загрязнений, находящихся в виде взвешенных частиц, не поддающихся удалению с помощью отстаивания и фильтрации. Сущность коагуляции заключается в добавлении к воде химического вещества-коагулянта, способного реагировать с находящи­мися в ней бикарбонатами. В результате этой реакции образуются крупные, довольно тяжелые хлопья, несущие положительный заряд. Оседая вследствие собственной тяжес­ти, они увлекают за собой находящиеся в воде во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно, и тем самым способствуют довольно быстрой очистке воды. За счет этого процесса вода становится прозрачной, улучшает­ся показатель цветности.

В качестве коагулянта в настоящее время наиболее ши­роко применяется сульфат алюминия, образующий с бикар­бонатами воды крупные хлопья гидрата окиси алюминия. Для улучшения процесса коагуляции используются высо­комолекулярные флокулянты: щелочной крахмал, флокулянты ионного типа, активизированная кремневая кислота и другие синтетические препараты, производные акриловой кислоты, в частности полиакриламид (ПАА).

Обеззараживание. Уничтожение микроорганизмов являет­ся последним завершающим этапом обработки воды, обеспе­чивающим ее эпидемиологическую безопасность. Для обеззараживания воды применяются химические (реагентные) и физические (безреагентные) методы. В лабораторных условиях для небольших объемов воды может быть использован механический метод.

Химические (реагентные) методы обеззаражи­вания основаны на добавлении к воде различных химических веществ, вызывающих гибель находящихся в воде микро­организмов. Эти методы достаточно эффективны. В каче­стве реагентов могут быть использованы различные силь­ные окислители: хлор и его соединения, озон, йод, перманганат калия, некоторые соли тяжелых металлов, се­ребро.

В санитарной практике наиболее надежным и испытан­ным способом обеззараживания воды является хлорирование. На водопроводных станциях оно производится при помощи газообразного хлора и растворов хлорной извести. Кроме этого, могут использоваться такие соединения хлора, как гипохлорат натрия, гипохлорит кальция, двуокись хлора.

Механизм действия хлора заключается в том, что при добавлении его к воде он гидролизуется, в результате чего происходит образование хлористоводородной и хлорновати­стой кислот:

С1 2 +Н 2 О=НС1+НОС1.

Хлорноватистая кислота в воде диссоциирует на ионы водорода (Н) и гипохлоритные ионы (ОС1), которые наряду с диссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты обладают бактерицидным свойством. Комплекс (НОС1 + ОС1) называется свободным активным хлором.

Бактерицидное действие хлора осуществляется главным образом за счет хлорноватистой кислоты, молекулы которой малы, имеют нейтральный заряд и поэтому легко проходят через оболочку бактериальной клетки. Хлорноватистая кислота воздействует на клеточные ферменты, в частности на SH-группы, нарушает обмен веществ микробных клеток и способность микроорганизмов к размножению. В послед­ние годы установлено, что бактерицидный эффект хлора основан на угнетении ферментов-катализаторов, окислитель­но-восстановительных процессов, обеспечивающих энергети­ческий обмен бактериальной клетки.

Обеззараживающее действие хлора зависит от многих факторов, среди которых доминирующими являются биоло­гические особенности микроорганизмов, активность действу­ющих препаратов хлора, состояние водной среды и усло­вия, в которых производится хлорирование.

Процесс хлорирования зависит от стойкости микроорга­низмов. Наиболее устойчивыми являются спорообразующие. Среди неспоровых отношение к хлору различное, например брюшнотифозная палочка менее устойчива, чем палочка паратифа и т. д. Важным является массивность микробного обсеменения: чем она выше, тем больше хлора нужно для обеззараживания воды. Эффективность обеззараживания зависит от активности используемых хлорсодержащих препаратов. Так, газообразный хлор более эффективен, чем хлорная известь.

Большое влияние на процесс хлорирования оказывает состав воды; процесс замедляется при наличии большого количества органических веществ, так как большее коли­чество хлора уходит на их окисление, и при низкой темпе­ратуре воды. Существенным условием хлорирования являет­ся правильный выбор дозы. Чем выше доза хлора и чем продолжительнее его контакт с водой, тем более высоким будет обеззараживающий эффект.

Хлорирование производится после очистки воды и является заключительным этапом ее обработки на водо­проводной станции. Иногда для усиления обеззараживающе­го эффекта и для улучшения коагуляции часть хлора вводят вместе с коагулянтом, а другую часть, как обычно, после фильтрации. Такой метод называется двойным хлорированием.

Различают обычное хлорирование, т. е. хлорирование нормальными дозами хлора, которые устанавливаются каж­дый раз опытным путем, суперхлорирование, т. е. хлори­рование повышенными дозами.

Хлорирование нормальными дозами применяется в обычных условиях на всех водопроводных станциях. При этом большое значение имеет правильный выбор дозы хлора, что обусловливается степень хлорпоглощаемости воды в каждом конкретном случае.

Для достижения полного бактерицидного эффекта определяется оптимальная доза хлора, которая складывается из количества активного хлора, которое необходимо для: а) уничтожения микроорганизмов; б) окисления органиче­ских веществ, а также количества хлора, которое должно остать­ся в воде после ее хлорирования для того, чтобы служить показателем надежности хлорирования. Это количество называется активным остаточным хлором. Его норма 0,3-0,5 мг/л, при свободном хлоре 0,8-1,2 мг/л. Необходи­мость нормирования этих количеств связана с тем, что при наличии остаточного хлора менее 0,3 мг/л его может быть недостаточно для обеззараживания воды, а при дозах выше 0,5 мг/л вода приобретает неприятный специфический запах хлора.

Главными условиями эффективного хлорирования воды являются перемешивание ее с хлором, контакт между обез­зараживанием водой и хлором в течение 30 мин в теплое время года и 60 мин в холодное время.

На крупных водопроводных станциях для обеззаражи­вания воды применяется газообразный хлор. Для этого жидкий хлор, доставляемый на водопроводную станцию в цистернах или баллонах, перед применением переводится в газообразное состояние в специальных установках-хлораторах, с помощью которых обеспечиваются автоматиче­ская подача и дозирование хлора. Наиболее часто хлориро­вание воды производится 1% раствором хлорной извести. Хлорная известь представляет собой продукт взаимо­действия хлора и гидрата окиси кальция в результате реакции:

2Са(ОН) 2 + 2С1 2 = Са(ОС1) 2 + СаС1 2 + 2НА

Суперхлорирование (гиперхлорирование) воды проводит­ся по эпидемиологическим показаниям или в условиях, когда невозможно обеспечить необходимый контакт воды с хлором (в течение 30 мин). Обычно оно применяется в военно-полевых условиях, экспедициях и других случа­ях и производится дозами, в 5-10 раз превышающими хлорпоглощаемость воды, т. е. 10-20 мг/л активного хлора. Время контакта между водой и хлором при этом сокращается до 15-10 мин. Суперхлорирование имеет ряд преимуществ. Основными из них являются значительное сокращение времени хлорирования, упрощение его техники, так как нет необходимости определять остаточный хлор и дозу, и возможность обеззараживания воды без предва­рительного освобождения ее от мути и осветления. Недостатком гиперхлорирования является сильный запах хло­ра, но его можно устранить добавлением к воде тиосульфа­та натрия, активированного угля, сернистого ангидрида и других веществ (дехлорирование).

На водопроводных станциях иногда проводят хлориро­вание с преаммонизацией. Этот метод применяется в тех случаях, когда обеззараживаемая вода содержит фенол или другие вещества, которые придают ей неприятный запах. Для этого в обеззараживаемую воду вначале вводят аммиак или его соли, а затем через 1-2 мин хлор. При этом образуются хлорамины, обладающие сильным бактерицидным свойством.

К химическим методам обеззараживания воды относится озонирование. Озон является нестойким соединением. В воде он разлагается с образованием молекулярного и атомарного кислорода, с чем связана сильная окислительная способность озона. В процессе его разложения образуются свободные радикалы ОН и НО 2 , обладающие выраженными окислительными свойствами. Озон обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, поэтому его реакция с органическими веществами, находящимися в воде, происходит более полно, чем у хлора. Механизм обеззараживающего действия озона аналогичен действию хлора: являясь сильным окислителем, озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов и вызывает их гибель. Имеются предположения, что он действует как протоплазматический яд.

Преимущество озонирования перед хлорированием за­ключается в том, что при этом способе обеззараживания улучшаются вкус и цвет воды, поэтому озон может быть использован одновременно для улучшения ее органолептических свойств. Озонирование не оказывает отрицатель­ного влияния на минеральный состав и рН воды. Избыток озона превращается в кислород, поэтому остаточный озон не опасен для организма и не влияет на органолептические свойства воды. Контроль за озонированием менее сложен, чем за хлорированием, так как озонирование не зависит от таких факторов, как температура, рН воды и т.д. Для обеззараживания воды необходимая доза озона в среднем равна 0,5-6 мг/л при экспозиции 3-5 мин. Озо­нирование производится при помощи специальных аппара­тов - озонаторов.

При химических способах обеззарараживания воды используют также олигодинамические действия солей тяжелых металлов (серебра, меди, золота). Олигодинамическим действием тяжелых металлов называется их способ­ность оказывать бактерицидный эффект в течение длитель­ного срока при крайне малых концентрациях. Механизм действия заключается в том, что положительно заряженные ионы тяжелых металлов вступают в воде во взаимодей­ствие с микроорганизмами, имеющими отрицательный заряд. Происходит электроадсорбция, в результате которой они проникают в глубь микробной клетки, образуя в ней альбуминаты тяжелых металлов (соединения с нуклеиновы­ми кислотами), в результате чего микробная клетка поги­бает. Данный метод обычно применяется для обеззаражи­вания небольших количеств воды.

Перекись водорода давно известна как окислитель. Ее бактерицидное действие связано с выделением кисло­рода при разложении. Метод применения перекиси водоро­да для обеззараживания воды в настоящее время еще полностью не разработан.

Химические, или реагентные, способы обеззараживания воды, основанные на добавлении к ней того или иного химического вещества в определенной дозе, имеют ряд недостатков, которые заключаются главным образом в том, что большинство этих веществ отрицательно влияет на со­став и органолептичеекие свойства воды. Кроме того, бактерицидное действие этих веществ проявляется после определенного периода контакта и не всегда распростра­няется на все формы микроорганизмов. Все это явилось причиной разработки физических методов обеззараживания воды, имеющих ряд преимуществ по сравнению с химиче­скими. Безреагентные методы не оказывают влияния на состав и свойства обеззараживаемой воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Они действуют непосредст­венно на структуру микроорганизмов, вследствие чего обла­дают более широким диапазоном бактерицидного действия. Для обеззараживания необходим небольшой период времени.

Наиболее разработанным и изученным в техническом отношении методом является облучение воды бактерицид­ными (ультрафиолетовыми) лампами. Наибольшим бактери­цидным свойством обладают УФ лучи с длиной волны 200-280 нм; максимум бактерицидного действия приходит­ся на длину волны 254-260 нм. Источником излучения слу­жат аргонно-ртутные лампы низкого давления и ртутно-кварцевые лампы. Обеззараживание воды наступает быстро, в течение 1-2 мин. При обеззараживании воды УФ-лучами погибают не только вегетативные формы микробов, но и споровые, а также вирусы, яйца гельминтов, устойчивые к воздейст­вию хлора. Применение бактерицидных ламп не всегда возможно, так как на эффект обеззараживания воды УФ-лучами влияют мутность, цветность воды, содержание в ней солей железа. Поэтому, прежде чем обеззараживать воду таким способом, ее необходимо тщательно очистить.

Из всех имеющихся физических методов обеззаражива­ния воды наиболее надежным является кипячение. В ре­зультате кипячения в течение 3-5 мин погибают все имеющиеся в ней микроорганизмы, а после 30 мин вода становится полностью стерильной. Несмотря на высокий бактерицидный эффект, этот метод не находит широкого применения для обеззараживания больших объемов воды. Недостатком кипячения является ухудшение вкуса воды, наступающего в результате улетучивания газов, и возможность более быстрого развития микроорганизмов в кипяченой воде.

К физическим методам обеззараживания воды относится использование импульсного электрического разряда, ультра­звука и ионизирующего излучения. В настоящее время эти методы широкого практического применения не находят.

Специальные способы улучшения качества воды. Помимо основных методов очистки и обеззараживания воды, в не­которых случаях возникает необходимость производить спе­циальную ее обработку. В основном эта обработка направле­на на улучшение минерального состава воды и ее органолептических свойств.

Дезодорация - удаление посторонних запахов и привкусов. Необходимость проведения такой обработки обу­словливается наличием в воде запахов, связанных с жизне­деятельностью микроорганизмов, грибов, водорослей, продуктов распада и разложения органических веществ. С этой целью применяются такие методы, как озонирование, углевание, хлорирование, обработка воды перманганатом калия, переки­сью водорода, фторирование через сорбционные фильтры, аэрация.

Дегазация воды - удаление из нее растворенных дурно пахнущих газов. Для этого применяется аэрация, т. е. разбрызгивание воды на мелкие капли в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, в резуль­тате чего происходит выделение газов.

Умягчение воды - полное или частичное удаление из нее катионов кальция и магния. Умягчение проводится специальными реагентами или при помощи ионообменного и термического методов.

Опреснение (обессоливание) воды чаще производит­ся при подготовке ее к промышленному использованию.

Частичное опреснение воды осуществляется для снижения содержания в ней солей до тех величин, при которых воду можно использовать для питья (ниже 1000 мг/л). Опресне­ние достигается дистилляцией воды, которая производится в различных опреснителях (вакуумные, многоступенчатые, гелиотермические), ионитовых установках, а также электро­химическим способом и методом вымораживания.

Обезжелезивание - удаление из воды железа про­изводится аэрацией с последующим отстаиванием, коагулированием, известкованием, катионированием. В настоящее время разработан метод фильтрования воды через песча­ные фильтры. При этом закисное железо задерживается на поверхности зерен песка.

Обесфторивание - освобождение природных вод от избыточного количества фтора. С этой целью применяют метод осаждения, основанный на сорбции фтора осадком гидроокиси алюминия.

При недостатке в воде фтора ее фторируют. В случае загрязнения воды радиоактивными веществами ее подвергают дезактивации, т. е. удалению радиоактивных веществ.

Основные способы улучшения качества воды

Основными способами улучшения качества воды являются: осветление (удаление взвешенных веществ), обесцвечивание (удаление окрашенных коллоидов; растворенных веществ), обеззараживание (уничтожение патогенных микроорганизмов) и специальные методы обработки (удаление или введение в воду необходимых элементов). Типовая схема процесса очистки воды приведена на рисунке.

Осветление воды осуществляется путем механического отстаивания с последующей фильтрацией воды от частиц размером более 1 мкм через соответствующие устройства. Для повышения эффекта осветления в отстойниках осуществляют предварительную химическую обработку (коагуляцию с применением в качестве коагулянта сернокислого алюминия), приводящую к укрупнению взвешенных в воде частиц (они слипаются и выпадают в осадок в виде хлопьев). При коагуляции перспективно использовать новые химические вещества, созданные благодаря успехам химии (флоккулянты, в частности, полиакриламид), которые позволяют ускорить эту работу. В осадок выпадает и часть микроорганизмов.

1 — аэрация разбрызгиванием; 2 — хлорирование; 3 — смесительная камера: уголь и алюминиевые или железные квасцы; 4 — конечное хлорирование; 5 — распределение чистой воды по потребителям

После отстаивания и коагуляции вода поступает на фильтрацию (обычно кварцевым песком). Наиболее часто применяется «скорый фильтр»: резервуар, заполненный песком, а под ним слой гравия. Фильтр задерживает более мелкие частицы и часть микроорганизмов. Рассмотренные очистные сооружения водопровода, основной функцией которых является осветление и обесцвечивание воды, способны задержать до 90% находящихся в воде микроорганизмов.

Этот процесс заключается в сорбции бактерий и вирусов на поверхности взвешенных частиц и хлопьев, последующее их осаждение в отстойниках или отфильтровывание, что зависит от параметров взвесей, которые имеют огромный разброс. Не осевшие на взвесях микроорганизмы проникают через все элементы очистных сооружений. Для недопущения передачи через воду кишечных инфекций и их окончательного уничтожения в практике коммунального водоснабжения используют реагентные (хлорирование, озонирование) или безреагентные (ультрафиолетовое, лазерное или гамма-облучение) методы.

Хлорирование воды на современном этапе наиболее распространено из-за простоты процесса, надежности и дешевизны. При правильно выбранной дозе хлорирования и достаточной предварительной очистке вода полностью освобождается от патогенных микробов: это фиксируется наличием свободного хлора, т.е. не требуется проведение анализа очищенной воды. К недостаткам процесса хлорирования относятся сложность транспортировки хлора (высокотоксичное вещество, образующее в воде хлорорганические соединения, вредные для организма, требует строго выполнять меры безопасности и длительного контакта для достижения эффекта очистки воды).

Процесс озонирования (прямого контакта газа с водой) является альтернативным хлорированию. Озон — сильный окислитель, разрушающий микроорганизмы. При озонировании углеводороды не образуются (как это наблюдается при хлорировании), а имеющиеся в воде углеводороды разрушаются озоном путем окисления, происходит обесцвечивание и устранение посторонних привкусов и запахов. Озон улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при менее продолжительном контакте (до 10 мин).

Даже при вводе избыточного количества озона в обработанной воде не остается следов свободного озона, но это не дает полной гарантии уничтожения микроорганизмов: требуется выполнить дополнительный анализ взятых проб (проведение теста на присутствие бактерий требует 24 ч). Если микроорганизмы попадут в воду после обработки озоном, то они не погибают. А это требует использовать дополнительное обеззараживающее средство, т.е. опять хлор. Широкому внедрению озонирования препятствует высокая энергоемкость процесса получения озона.

На качество природных вод оказывают влияние природные и антропогенные факторы. К природным (естественным) факторам относятся условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, накопление органических веществ из-за отмирания растительных и животных организмов. К антропогенным факторам — деятельность людей, что приводит к химическому, физическому и (или) биологическому загрязнению воды.

Влияние примесей на состояние водного объекта

	Состав примесей	Влияние на водный объект
Механические	Песок, глина, шлак, рудные включения	Обмеление реки, заилива­ние водохранилища, дефи­цит кислорода, замедление развития водных организмов
Минераль­ные, хими­ческие (растворы, коллоиды, взвеси)	Тяжелые металлы, мине­ральные удобрения, био­генные элементы (азот, фосфор, углерод)	Токсические воздействия на водные организмы. Приводят к «цветению» водоемов
Органичес­кие, легко окисляемые (растворы, коллоиды, взвеси)	Органические вещества в сточных водах пищевых и сельскохозяйственных объектов, бытовых отходах	Из-за дефицита кислорода изменяется рН, ухудшают­ся органолептические свойства, бурно развивают­ся сине-зеленые водоросли
Органические, трудно окисляемые (растворы, коллоиды, взвеси)	Нефтепродукты, фенольные соединения, жесткие СПАВ, стойкие пестициды	Из-за высокой стойкости и токсичности придают воде неприятный запах и вкус, ограничивая ее пригодность для питья; трудно удаляют­ся из воды
Биологичес­кие	Бактерии, водоросли, простейшие, черви, яйца гельминтов, грибы	Образуют устойчивые взвеси. Происходит обрастание подводных предметов. Участвуют в самоочищении и вторичном загрязнении водоема

Причиной химических загрязнений водных объектов обычно является сброс неочищенных или недостаточно очищенных промышленных или бытовых сточных вод: органической или неорганической природы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ).

Физические загрязнения определяются тепловыми, механическими или радиоактивными примесями. Биологическое загрязнение заключается в изменении свойств водной среды в результате увеличения количества несвойственных ей видов микроорганизмов, поступающих обычно с бытовыми сточными водами (воды кухонь, туалетов, больниц, прачечных).

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные системы загрязняющих веществ, находящихся в растворенном, коллоидном или нерастворенном состоянии.

Сточные воды можно разделить на бытовые, производственные и ливневые (дождевые), отличающиеся друг от друга происхождением, составом и биологической активностью.

Бытовые сточные воды образуются в результате жизнедеятельности людей и характеризуются наличием загрязнителей минерального (соли аммония, фосфаты, хлориды, гидрокарбонаты) и органического (безазотистые и азотосодержащие) происхождения. Минеральные вещества в сточных водах могут быть в нерастворенном виде (5%), в виде суспензии (5%), коллоидах (2%) и растворенном виде (до 30%). Безазотистые органические вещества представляют собой углеводороды и жиры, азотосодержащие — белки и продукты их гидролиза. Содержание органических нерастворенных загрязнителей в сточных водах составляет 15%, в виде суспензии 5%, коллоидов 8% и растворенных 20%. Особой группой загрязнителей являются микроорганизмы.

Состав производственных сточных вод зависит от характера производственного процесса на соответствующем объекте экономики:

1. сточные воды предприятий металлургии и аналогичных производств (например, гальванических), содержащие неорганические примеси в виде солей тяжелых металлов, способных токсически воздействовать на обитателей водоемов;
2. сточные воды рудообогатительных и цементных предприятий, ДСК с неорганическими примесями, не обладающими токсичным действием (здесь примеси находятся во взвешенном состоянии);
3. стоки предприятий химической и нефтехимической промышленности, органического синтеза, содержащие органические вещества, обладающие токсическим действием (ПАВ, фенолы, ацетон, формальдегид, неорганические кислоты, жиры, нефтепродукты, хлориды);
4. воды, содержащие нетоксичные органические вещества, попадание которых в водоемы приводит к снижению концентрации растворенного кислорода, возрастанию окисляемости, ВПК.

Дождевые сточные воды также характеризуются огромным разнообразием примесей, зависящих от множества факторов (общего санитарного состояния территории ливневого сбора, видов и характеристик промышленности региона, режима таяния снега, характера атмосферных осадков).

Вода, поступающая из водоемов в систему центрального водоснабжения, предварительно подвергается обработке на водопроводных станциях, в результате которой ее качество приводится в соответствие с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода».

Основными методами улучшения качества питьевой воды являются ее осветление и обесцвечивание (устранение мутности и цветности), а также обеззараживание (освобождение от патогенных микроорганизмов). При необходимости вода подвергается специальным методам обработки: обезжелезиванию, умягчению, дезодорации, обесфториванию или фторированию.

Осветление и обесцвечивание являются первым этапом обработки воды в очистных сооружениях водопроводной станции. Осуществляются они путем отстаивания воды в резервуарах с последующей фильтрацией через песчано-угольные фильтры. Для ускорения осаждения взвешенных частиц к воде добавляют коагулянты - серно-кислый алюминий или хлорное железо. Для ускорения процессов коагуляции применяют синтетический препарат полиакриламид (ПАА), усиливающий слипание взвешенных частиц. После коагуляции, отстаивания и фильтрации вода становится прозрачной и, как правило, бесцветной, а также освобождается от яиц геогельминтов и на 70-90 % от микроорганизмов. Затем вода поступает в резервуар чистой воды для обеззараживания.

Обеззараживание является основным процессом улучшения качества воды. Оно применяется во всех случаях при использовании поверхностных вод и в некоторых случаях при использовании подземных вод. Обеззараживание проводят химическими и физическими методами.

К химическим методам обеззараживания относятся хлорирование и озонирование.

Хлорирование - обработка воды хлором или его соединениями - является наиболее распространенным методом обеззараживания. Гигиеническая ценность метода заключается в эффективности его бактерицидного действия, экономичности, доступности осуществления для различных объемов воды.

Доза хлора, взятая для хлорирования, считается оптимальной, если количество остаточного хлора, определяемое в воде после 30-минутного контакта ее с хлором, равно 0,3-0,5 мг/л или после часового контакта - 0,8-1,2 мг/л. Для обеззараживания воды используют также гипохлориды (натриевые и кальциевые соли хлорноватистой кислоты) и хлорную известь. Для обеззараживания воды указанными соединениями активным началом также являются НОС1 и ОС1-.

Недостатком хлорирования является содержание в обеззараженной воде остатков реагента, который ухудшает запах и вкус воды.

Озонирование как метод обеззараживания воды, с гигиенической точки зрения, имеет существенные преимущества перед другими методами благодаря высокой окислительной способности и выраженному бактерицидному действию реагента. Озон улучшает органолептические свойства воды; устраняет цветность и посторонние запахи, которые при хлорировании не удаляются, в частности, запахи нефти и нефтепродуктов; инактивирует некоторые пестициды и канцерогенные углеводороды. Избыточный озон не накапливается в воде, т.к. быстро распадается с образованием молекулярного кислорода. Доза озона, необходимая для обеззараживания воды, равна 0,8-4 мг/л в зависимости от качества воды, ее температуры, степени минерализации, содержания гуминовых веществ. Продолжительность контакта с водой от 3 до 10 мин.

Для обеззараживания воды могут применятся другие физические методы - ультрафиолетовое облучение и ультразвук.

Еще по теме Основные методы улучшения качества воды:

1. Методы улучшения качества питьевой воды. Обеззараживание питьевой воды при централизованном водоснабжении и в полевых условиях

Как выполняется улучшение качества воды. Как улучшить качество питьевой воды в домашних условиях. Перечень методов улучшения качества водной среды. Специфические методы. Методы для бытового использования. Преимущества и недостатки каждого бытового метода. Особенности их использования. Озонирование. Кипячение. Дегазация. Вымораживание. Улучшение качества воды позволит обезопасить себя от многих проблем, вызванных употреблением некачественной жидкости. О том, как улучшить качество питьевой воды, мы расскажем в нашей статье.

Методы улучшения качества воды

Как вы сами понимаете, экологическая ситуация и большое количество техногенных загрязнителей приводят к тому, что качество природных вод ухудшается. А возможности водоочистных сооружений не так велики, как хотелось бы. В итоге мы пьём практически ту же воду, что находится в реках и озёрах нашего региона.

В такой ситуации улучшение качества воды становится просто необходимым. Именно с этой целью и разработаны методы очистки воды, которые позволяют довести качество воды, набранной из любого источника, до нормы.

Перечисленные методики очистки гарантируют значительное улучшение качества воды:

• методика отстойки
• осветление водной среды
• мембранные методы фильтрации
• химические окисляющие реактивы
• адсорбация
• удаление растворённого железа
• дехлорирование водной среды
• смягчение водной среды (снижение концентрации солей)
• борьба с содержанием нитратов
• кондиционирование жидкости
• очистка от примесей органического происхождения
• обеззараживание водной среды

Также существуют специфические методики улучшения качества водной среды:

• дегазация воды
• дезодарация жидкости
• ожелезивание водной среды
• фторирование воды
• оппеснение жидкости
• умягчение водной среды

В свою очередь метод обеззараживания воды делится на несколько способов:

1. Химический способ включает в себя процедуры гидрохлорирования, обычного хлорирования и очистки за счёт особенностей солей тяжёлых металлов.
2. Физический способ подразумевает облучение ультрафиолетовыми лучами.
3. Механическое обеззараживание применяет особый метод фильтрации при помощи специальных свечей.

Методы улучшения качества воды, которые вы можете использовать самостоятельно:

• Озонирование водной среды
• Дегазирование и кипячение воды
• Вымораживание жидкости
• Использование фильтрующих приспособлений

Что такое озонирование?

Данный метод улучшения качества воды может использоваться вместо традиционного хлорирования. Обычно озон применяется на последней стадии технологического процесса. Чтобы эффект от процедуры был максимальным нужно использовать концентрацию озона в пределах от 0,4 до 1 мг/л. Такая концентрация должна поддерживаться в течение четырёх минут.

Также метод озонирования можно использовать на предварительной стадии водоподготовки. Он помогает перевести растворённые компоненты в коллоидный вид. В результате они легко осаждаются в фильтрующих приспособлениях.

Преимущества озонирования:

• Одновременное обесцвечивание и обеззараживание воды.
• Улучшаются органолептические показатели вкуса и запаха водной среды.
• Остаточный озон не меняет состав воды, поскольку быстро превращается в кислород.
• Метод озонирования позволяет убрать земляной привкус водной среды.

Недостатки озонирования:

• Метод малоизученный.
• Требует много электроэнергии.
• Применение данного метода повышения качества воды часто приводит к зарастанию биомассой ионообменных фильтрующих приспособлений.

Вымораживание

Улучшение качества питьевой воды больше подходит для бытового использования, поскольку в производственных целях требуется создавать слишком громоздкое приспособление.

Принцип очистки основан на законе физики, который гласит, что при замораживании жидкости в первую очередь замерзает основной компонент, а в последнюю очередь различные примеси, осадок и загрязнители. Этот закон очень хорошо видно на примере замораживания молока: сначала замерзает вода у стенок пакета, а только потом жиры и другие питательные вещества в его центре.

Согласно этому методу воду нужно заморозить при температуре -1-6 °С, лёд вынуть, а незамёрзший остаток слить. Потом этот лёд можно размораживать и употреблять в пищу. Обычно сливается около 1/3 или 1/2 части воды. Запомните: самая частая вода та, которая замёрзла сначала.

Если провести анализ такой вымороженной жидкости, то он покажет, что кальция в воде осталось всего 16 мг/л. Конечно, если воду нагревать её структура меняется, но чистота и качество остаются на высоте, что улучшает ваше здоровье и повышает долголетие.

Дегазирование и кипячение

Улучшить качество воды методом дегазирования в домашних условиях будет сложно, поскольку для этого требуется избавить жидкость от лишних газов под вакуумом. Зато проведённые опыты доказали, что дегазированная жидкость отлично усваивается живыми организмами, повышая их жизнедеятельность.

Что касается кипячения воды, то есть нагревания её до температуры в 100 градусов, то это позволяет избавиться почти от всех вредных микроорганизмов и бактерий. Также этот процесс даёт возможность устранить ряд токсинов и ядовитых компонентов. А кипячение на протяжении 10-15 минут гарантирует гибель даже термоустойчивых вирусов. Споры различных грибов погибнут, если воду кипятить на протяжении двух часов. Этот же эффект будет при нагревании водной среды в автоклаве.

Преимущества методики кипячения:

• Доступность и простота выполнения.
• Высокая эффективность и надёжность.
• Эффект от кипячения не зависит от состава водной среды.
• При кипячении ни органолептические, ни физико-химические показатели жидкости не меняются.

Недостатки метода:

• Низкая рентабельность.
• Требуется много энергии для его осуществления в глобальных масштабах.
• Потребуется использовать слишком большое оборудование.
• Невысокая производительность при использовании доступных нагревательных элементов.

Прежде чем выбрать метод улучшения качества воды, нужно выполнить анализ жидкости в лаборатории, чтобы иметь представление о её составе. Такой анализ вы можете заказать в нашей лаборатории.