Урок 8
Введение
Вода должна выглядеть привлекательно и иметь приятный вкус для того, чтобы мы пили её с большим удовольствием. Инстинктивно мы не допускаем мыслей об употреблении грязной, дурно пахнущей, мутной или неестественно окрашенной воды.
На самом же деле гораздо более важной для нашего здоровья является безопасность питьевой воды. Если она содержит болезнетворные бактерии, стоит воздержаться от её употребления, какой бы чистой и прозрачной она ни была. Рассмотрим эти два существенных аспекта ... питьевые и вкусовые качества воды.
8 Вкус, запах и степень прозрачности
Независимо от прочих факторов, вода, поступающая в дом, должна быть пригодной для питья. Чтобы быть пригодной для питья, она должна быть полностью очищена от болезнетворных организмов. Вода является питательной средой для невероятно широкого разнообразия организмов. Эти организмы не образуются в воде. Она является почти идеальной средой для их размножения. Данные организмы оказываются в воде различными путями. Они попадают в воду из природных источников, из дренажного слоя и сточных вод. Многие организмы, живущие в воде, безобидны. Более того, они чрезвычайно благоприятны для человека. Другие имеют незначительный индекс вредности. И наконец, третьи являются источником болезней.
Обычно организмы, которые являются потенциально болезнетворными, представляют особый интерес. Их можно разделить на пять групп: (1) бактерии, (2) простейшие, (3) черви (4) вирусы и (5) грибы. Присутствие организмов из этих пяти групп может привести к таким инфекционным заболеваниям как брюшной тиф, дизентерия, холера, желтуха, гепатиты, лямблиоз, бруцеллёз и туляремию, а также другие заболевания, передающиеся при употреблении неочищенной воды.
Особый интерес представляют обычно потенциально болезнетворные организмы. Их можно разделить на пять групп: (1) бактерии, (2) простейшие, (3) черви (4) вирусы и (5) грибы. Присутствие организмов из этих пяти групп может привести к таким инфекционным заболеваниям как брюшной тиф, дизентерия, холера, желтуха, гепатиты, лямблиоз, бруцеллёз и туляремия, а также к иным заболеваниям, передающимся при употреблении неочищенной воды.
За последние годы удалось достичь колоссальных успехов в борьбе с данными заболеваниями. Большая заслуга в этом принадлежит инженерам-технологам и их внимательному и неусыпному контролю за коммунальным водоснабжением. В качестве доказательства можно привести пример США или Канады, где вспышки, к примеру, брюшного тифа - редкость. Водоснабжение может быть нарушено стихийными бедствиями, но в обычных условиях брюшной тиф не представляет уже серьёзной угрозы. Парадоксальным образом, отсутствие угрозы брюшного тифа и других подобных болезней, передаваемых через воду, требует сегодня даже большей степени бдительности. В настоящее время выросли целые поколения, лишенные возможности сформировать естественный иммунитет к таким болезням. Поэтому, сбой в системе инфекционной защиты воды может привести к гибели от болезней намного большего количества людей, чем в прошлом.
Как было указано выше, многие присутствующие в воде организмы чрезвычайно благоприятны для человека. Бактерии, простейшие и грибы, очищающие загрязнённую воду, необходимы для нашего здоровья. Многие из этих организмов запускают цепные реакции, которые в результате приводят к естественному очищению.
Мы можем классифицировать живые организмы различными способами и но различным группам. Современная таксономия живых организмов предполагает категоризацию на пять царств: Дробянки, Простейшие, Грибы, Растения и Животные. Дробянки включают в себя одноклеточные бактерии и фотосинтетические цианобактерии. Они отличаются от всех прочих организмов более примитивным клеточным строением, с отсутствием ядерной мембраны и других мембраносвязанных органелл. Они называются прокариотами.
Все остальные организмы являются эукариотами, то есть клеточными организмами с чётко оформленными ядрами в окружении ядерных мембран, а также с рядом других хорошо структурированных мембранных органелл. Органеллы - это специализированные части клетки (напр. митохондрия, хлоропласт или эндоплазматическая сеть), которые выполняют функции, аналогичные функциям органов в многоклеточных организмах растений и животных.
Члены царства Простейшие известны также как протисты. Это обособленно живущие одноклеточные эукариоты (хотя некоторые виды формируют свободные конгломераты клеток, называемые колониями). Животноподобные формы простейших называются протозоа; они обычно крупнее бактерий и подвижны. Растениевидные формы простейших включают некоторые категории водорослей; они содержат хлорофилл и фотосинтезируют.
Грибы являются ещё одной группой эукариотов, которые имеют общие черты с растениями, но неспособны к фотосинтезу. Они выполняют функцию деструкторов, абсорбируя питательные элементы из палых листьев и других органических веществ в почве и воде. Во время репродуктивного процесса грибы образуют споры. К ним относятся слизевики (студенистая масса на опавших листьях и деревьях), и настоящие грибы (плесневые и дрожжевые грибы, мучнистая роса и съедобные грибы).
Царства Растений и Животных включают в себя все знакомые нам многоклеточные и высокоразвитые растения и животные. Клетки растений содержат фотосинтетические пигменты, такие как хлорофилл, позволяющие проводить фотосинтез. В клетках животных фотосинтетические пигменты отсутствуют, поэтому животные должны получать питательные вещества, поедая другие организмы.
Низшие формы жизни в воде
Водоросли
Эти организмы распространены по всему миру. Простые водоросли существуют в царствах Дробянок и Простейших. Другие водоросли относятся к растениям. Они состоят из одноклеточных или простых многоклеточных фотосинтезирующих организмов, являющихся важными производителями — которые производят для себя питание, используя энергию солнечного света для синтеза сложных молекул из углекислого газа и воды — как в морской, так и в пресной воде. Водоросли ранжируются по размерам от микроорганизмов до гигантских водорослей длиной в несколько сотен футов. Они содержат хлорофилл и другие пигменты, которые придают им множество цветовых оттенков. Питаются за счёт фотосинтеза.
Фотосинтез. Это природный процесс, при котором зелёные растения используют солнечную энергию для производства углеводов из углекислого газа и воды. Только растения, содержащие хлорофилл (зелёный пигмент), способны к фотосинтезу.
Водоросли интенсивно размножаются в поверхностных слоях малопроточной воды, особенно в тёплую погоду. Водоросли придают воде рыбный, травянистый, землистый, затхлый и прочие ещё более неприятные запахи. Хотя поросшие водорослями водоёмы непривлекательны для человека, животные используют их для питья. Известны случаи гибели крупного рогатого скота, после употребления воды, содержащей сине-зелёные водоросли.
Кремнистые водоросли
Кремнистые водоросли являются одноклеточными водорослями, которые принадлежат к отделу растениевидных представителей царства Простейших (водоросли). Некоторые из них — одноклеточные, другие существуют в группах или колониях. Известны более 15 000 форм кремнистых водорослей. Кремнистые водоросли имеют кремниесодержащие клеточные оболочки. Иногда они выделяют эфирные масла, которые придают воде рыбный привкус.
Грибы
Грибы имеют множество разновидностей. Среди них — мучнистая роса, съедобные, плесневые и дрожжевые грибы, ржавчинные и головнёвые грибы.
Грибы неспособны производить питательные вещества для собственных потребностей; они не содержат хлорофилла. Существуют грибы, питаясь живым или мёртвым органическим веществом. Подобно бактериям, грибы являются важными деструкторами, которые разлагают отходы и тела мёртвых организмов, делая их элементы доступными для последующей утилизации. В зависимости от индивидуальных характеристик, они обычно бесцветны, но могут варьировать в этом отношении.
Слизевики
Ещё одна важная категория грибов - плесневые грибы. Данная группа грибов питается исключительно органической материей. Они разлагают углеводы, такие как сахара, крахмалы и жиры, а также протеины и другие вещества. Идеально размножаются в воде при приблизительной температуре от 27°С (80°F) до 38°С (100°F). Присутствие плесневых грибов обычно является явным индикатором сильного загрязнения воды.
Бактерии
Бактерии являются ещё одним многочисленным классом прокариотов в царстве Дробянок. Клетки бактерий варьируют по размеру от менее 1 до 10 микронов в длину и от 0.2 до 1 микрона в ширину. Несмотря на малые размеры, предполагается, что общий вес всех бактерий в мире превышает общий вес всех других организмов, вместе взятых. Бактерии и грибы являются важным компонентом экосистемы, поскольку они разлагают органические вещества. Если бы эти деструкторы не существовали, питательные вещества оставались бы запертыми в мёртвых телах растений и животных и запас элементов, необходимых живым системам, скоро бы истощился. Среди более высокоорганизованных представителей этой группы - железобактерии, марганцевые бактерии и серобактерии. Эти высокоорганизованные существа получают энергию от окисления простых неорганических веществ. (Подробнее см. Урок 5). Одноклеточные формы бактерий могут быть поделены на полезных и вредных для человека. Вредные представляют собой в основном болезнетворные организмы. Полезные - ускоряют процессы разложения органических отходов. Питаясь продуктами отходов, они помогают очищать воду.
Все бактерии чувствительны к температуре и показателю pH воды. Некоторые бактерии могут переносить кислую водную среду. Но в основном, они лучше размножаются в воде с показателем pH между 6.5 и 7.5, то есть, преимущественно в нейтральной воде. Что касается температуры, большинство патогенных или болезнетворных бактерий лучше размножаются в воде температуры тела. За рамками этого, никаких жёстких выводов не может быть сделано.
Некоторые бактерии более устойчивы к теплу, чем другие. Иные более чувствительны к холоду. При низких температурах, например, некоторые бактерии могут на долгий период перейти в состояние покоя, но продолжают жить. Довольно интересно, что продукты их собственной жизнедеятельности и роста могут вредить бактериям и даже оказаться токсичными для них.
Черви
Черви относятся к царству животных. В воде обитают три типа червей (плоские черви, круглые черви [нематоды] и коловратки). В большинстве случаев, они живут в донном слое озёр и рек. Выполняют важную работу «мусорщиков», питающихся падалью. Коловратки являются единственными организмами в этой категории, живущими на или близ поверхности. Живут черви большей частью в непроточной пресной воде. Яйца и личинки разнообразных кишечных червей, живущих в человеке и теплокровных животных, периодически загрязняют воду. Они обычно не вызывают масштабных инфекций по нескольким причинам: относительной малочисленности и довольно крупных размеров, что позволяет сравнительно легко отфильтровать их из воды. Типичный размер паразитарных червей или гельминтов, таких как сосальщики, ленточные черви, анкилостоматиды, аскариды, острицы, трихинеллы и филярии - 30—50 микронов в диаметре.
Простейшие
Базовой классификационной группой в царстве Простейших является данная группа микроскопических животноподобных протистов, известных как протозоа. Эти одноклеточные организмы живут большей частью в воде либо на, либо у поверхности, либо на большой глубине океанов. Многие из них паразитируют в теле человека и животных. Подобно другим организмам, простейшие могут быть разделены на полезных и вредных. Иногда питьевая вода заражена некоторыми неболезнетворными простейшими. Находясь в воде, они придают ей рыбный вкус и запах. Некоторые простейшие являются аэробными, то есть они существуют только в местах со свободным доступом к кислороду. Другие могут существовать без свободного доступа к кислороду. Третьи могут быть как аэробными, так и анаэробными.
Примечание: Одной из многочисленных групп простейших являются простейшие, образующие цисты. У этих простейших имеются похожие на камеры мешочки или везикулы, из которых в неблагоприятных условиях формируется
прочная защитная оболочка. При попадании в более благоприятные условия (такие как тело теплокровных животных), циста покидает эту оболочку и перемещается для жизни в кровоток животного. Одна из наиболее распространенных видов этих цист переносит передаваемую через воду амёбную дизентерию — заболевание, для которого в настоящее время не существует универсального метода лечения. Простейшие лямблия кишечная (Giardia lamblia) и криптоспоридия (Cryptosporidium) являются возбудителями острой желудочно-кишечной инфекции (ОЖКИ), которая является наиболее часто диагностируемым заболеванием в США, передаваемым через воду. Симптом ОЖКИ, лямблиоз, может включать в себя сильное обезвоживание, потерю веса и утомляемость. Лябмлиоз может протекать несколько месяцев и более. Лямблиоз обычно связан с нефильтрованной водой наземных водоёмов, которая подверглась недостаточной дезинфекции, чтобы убить или обезвредить цисты простейших. К счастью, данные цисты, чей диаметр обычно составляет от 2 до 50 микронов, гораздо крупнее бактерий и могут быть удалены из воды путём гонкой фильтрации.
Нематоды
Нематоды принадлежат к семейству червей. Их бытовое название - круглые черви. У нематод круглое тело цилиндрической формы без внутренней сегментации. Весьма интересно, что нематоды, обитающие в организме человека и теплокровных животных, довольно крупны и видимы невооруженным глазом. Нематоды же, обитающие в пресной воде и почве, микроскопических размеров. Нематоды придают воде неприятный вкус и запах, что может быть проблемой применительно к питьевой воде. Предполагают также, что они являются переносчиками болезнетворных кишечных бактерий у теплокровных животных, хотя исследования показывают, что данная возможность всё же невелика. Нематоды способны жить в городских поверхностных сточных водах.
Вирусы
Наименьшая группа микроорганизмов-возбудителей инфекций — это группа паразитных форм, известных как вирусы. Вирусы способны провоцировать болезни как у растений, так и у животных, и слишком малы для рассмотрения через микроскоп. Вирусы могут проходить сквозь фарфоровые фильтры, которые отсеивают бактерии. Вирусы, вызывающие инфекционный гепатит, полиомиелит, менингит и гастроэнтерит, могут передаваться через воду. Питьевая вода, зараженная таким вирусом, является опасной.
Вирус. Крохотный (0.004 - 0.1 микрон в диаметре) возбудитель инфекции, который намного меньше бактерии. Вирусы обычно считаются паразитами, неспособными к размножению в отсутствие живых клеток. Они способны сохраняют жизнеспособность даже в замороженном или высушенном состоянии.
Как мы видим даже из данного краткого обзора, в воде находится огромное разнообразие живых организмов. Понимание и классификация их бесконечного многообразия требует глубоких знаний и длительного времени. Патогенные или болезнетворные представители данных организмов могут делать воду опасной для питья. По очевидным причинам, даже потенциальная возможность нахождения в воде патогенных организмов должна рассматриваться как реальная её зараженность. Хотя существует огромное и разнообразное количество болезнетворных микроорганизмов, ни одна загрязнённая вода не может содержать большое количество их разновидностей одновременно. С одной стороны, это хорошо. Но в то же время, выявление болезнетворных организмов чрезвычайно усложняется при стандартном анализе воды.
Примечание: При анализе загрязнённости источников питьевой воды обязательны не только скорость и аккуратность, но и регулярность. Городские системы водоснабжения проводят анализы по скользящему графику: чем больше жителей проживает на определённой территории, тем чаще проводятся анализы. Инженер-технолог на территории, где проживает более 10 000 человек обязан проводить как минимум десять тестов в месяц; инженер-технолог города с населением в 1 000 000 человек должен проводить отбор как минимум 300 проб воды в месяц.
Анализы в частных системах водоснабжения более редки. Во многих случаях, берётся одна проба. Если результат показывает, что вода безопасна, в этом колодце можно не проводить дальнейших тестов. К сожалению, серьёзным ограничивающим фактором исследования на бактерии коли является то, что они показывают качество данной пробы в данный момент времени и не более. Если тест показывает отсутствие заражения, нет никакой гарантии, что вода не подвергнется заражению даже через короткий промежуток времени. Важными факторами являются правильное расположение и конструкция колодца. Также необходимой является регулярная дезинфекция и частые анализы микробиологической безопасности.
Поскольку и скорость, и аккуратность являются обязательными условиями, сотрудникам лабораторий нужен надёжный способ экспресс-обнаружения патогенов. Существует достоверный показатель в группе явно идентифицируемых организмов, который указывает на возможное заражение. Таким индикатором являются фекальные колиформные бактерии (коли).
Фекальные колиформные бактерии. Фекальные колиформные бактерии, такие как кишечная палочка (Escherichia coli (Е. coli), размножаются в кишечнике человека и других теплокровных животных. Поскольку они размножаются в астрономических количествах (приблизительно 400 миллиардов в день) в человеческих экскрементах, их присутствие в пробе воды является показателем фекального загрязнения.
Фактически общее количество бактерий коли, которые могут попасть в источник питьевой воды, ограничено несколькими факторами: (1) они массово погибают, поскольку обычно не могут выжить за пределами теплокровного тела или в более чистой воде; (2) они устраняются в процессе водоочистки; и (3) они разрушаются при обработке сточных вод.
Исследования показали, что присутствие фекальных колиформных бактерий является показателем попадания нечистот человека или животных в воду, т.к. бактерии коли живут в кишечнике человека и некоторых животных. Поэтому, присутствие этих бактерий в воде принято в качестве доказательства загрязнённости воды фекальными нечистотами человека или животных. Хотя такая вода может и не содержать патогенных организмов, инфицированный человек или животное, или переносчик заболевания мог занести патогенные микроорганизмы в любой момент, поэтому необходимы немедленные меры по их устранению. Присутствие фекальных колиморфных бактерий показывает, что вода загрязнена человеческими отходами и потенциально заражена болезнетворными микроорганизмами. Кратко говоря, данные бактерии являются косвенным признаком загрязнения. И наоборот, отсутствие бактерий коли не гарантирует отсутствия патогенных микроорганизмов, однако их присутствие считается маловероятным. Как проверяется вода на наличие бактерий коли? Эти организмы вызывают ферментацию лактозы (молочного сахара). Когда вода, содержащая бактерию коли, вводится в культуру лактозы, она вызывает её ферментацию и, как следствие, образование газа. Таким образом предполагаемое наличие бактерий подтверждается. Кроме того, бактерии коли могут улавливаться мембраной фильтра с размером пор в 0,45 микрон и растут в соответствующей питательной среде — мясопептонном бульоне или агаре — в колониях, чей размер позволяет увидеть и посчитать их.
Недавно разработанный метод исследования бактерий коли и кишечной палочки опирается на тот факт, что бактерия коли вступает в реакцию с о-нитрофенил-В-В-галактопиранозидом (ОНГП), которая даёт выраженный жёлтый цвет, а кишечная палочка реагирует с 4-метилумбеллиферил-В-D- глюкуронидом (МУГ), которая даёт выраженное свечение под длинноволновым ультрафиолетовым освещением. Вводя данные химреагенты вместе с питательным бульоном в пробирки, где должен быть сделан посев на наличие бактерий в водной пробе, можно легко и точно в течении 24 часов выявить наличие обеих культур бактерий (коли и кишечной палочки) в воде.
В Основных требованиях к качеству питьевой воды Агентства охраны окружающей среды указано, что в воде должны отсутствовать колиформные организмы. Допускается максимум один положительный результат проб на бактерии коли при месячном количестве анализов от 5 до 39, и не более 5 процентов положительных результатов от общего количества проб на бактерии коли при ежемесячном количестве анализов от 40.
Примечание: Данный стандарт - одна положительная проба или 5 процентов положительных результатов от общего количества проб на бактерии коли - является, безусловно, стандартом целесообразности. Даже один микроорганизм подобного типа в воде является потенциальным источником инфекции.
Признавая эту опасность, что можно сделать для адекватной защиты от заражения? В случае заражения системы водоснабжения, сразу же исправить проблему. Это означает не ограничиваться только очисткой, какой бы важной она ни была. Базовым правилом водной гигиены является: найти источник проблемы и устранить его. Если скважина, например, подверглась серьёзному заражению, необходимо найти источник заражения и, по возможности, исправить ситуацию. Возможно, понадобится даже поиск нового источника водоснабжения.
Примечание: Бактерии коли были выбраны биологическим индикатором заражения или загрязнения, поскольку они удовлетворяют следующим требованиям:
1. Организм, служащий надёжным индикатором заражения, должен показывать потенциальное наличие характерных возбудителей как в природных водных источниках, так и в воде, подвергаемой очистке. Такой организм должен реагировать так же, как и возбудители, как в необработанной, так и в обработанной воде.
2. Организм-индикатор должен присутствовать в больших количествах, чем возбудитель. В противном случае, возбудитель сам мог бы служить более прямым индикатором загрязнения.
3. Организм-индикатор должен легко идентифицироваться относительно простыми методами анализа.
4. Также важно оценивать количество самих организмов-индикаторов в воде, так как уровень общей обсеменённости воды является важным фактором.
Воодчистка является фактором профилактики и безопасности, а не мерой исправления ситуации. Запомните это для последующих рассуждений.
Есть несколько способов очистки воды. Оценивая доступные методы очистки, необходимо принять во внимание следующие моменты, касающиеся дезинфекции воды:
1. Дезинфектант должен разрушать все типы патогенов, независимо от их концентрации в воде.
2. Дезинфектант должен устранять патогенные организмы в отрезок времени,
доступный для дезинфекции.
3. Дезинфектант должен выполнять свои функции как положено, независимо
от состава или состояния воды.
4. Дезинфектант должен выполнять свои функции в температурных пределах воды.
5. Дезинфектант не должен делать воду токсичной или менять её вкус.
6. Дезинфектант должен быть безопасным и лёгким в эксплуатации.
7. Концентрация дезинфектанта в воде должна быть легко определима.
8. Дезинфектант должен обладать остаточным защитным действием от повторного заражения.
Техники наподобие фильтрации могут устранять из воды возбудителей инфекции. Однако, они не заменяют дезинфекции.
Методы дезинфекции воды
Ниже приведены специальные методы для дезинфекции воды.
Кипячение воды
Поместите воду в ёмкость над нагревателем. Доведите её до точки кипения. Подержите её при этой температуре минимум около минуты. Это продезинфицирует воду. Возможно, вы использовали этот способ после наводнения или разрыва водопроводных цепей в качестве аварийного... Кипячение воды является эффективным методом обработки, поскольку теплоустойчивые микроорганизмы не передают через воду опасных заболеваний.
Ультрафиолетовое излучение
Использование лампы ультрафиолетового излучения является попыткой имитации природного света. Как вы помните, солнечный свет разрушает некоторые бактерии в процессе натурального очищения воды. Подвергаясь ультрафиолетовому излучению, вода избавляется от болезнетворных организмов. Для тщательного очищения вода должна быть бесцветной и прозрачной. Иначе, некоторым бактериям удастся скрыться от дезинфицирующего действия ультрафиолетовых лучей. Поскольку ультрафиолет не добавляет ничего в воду, появление неприятного вкуса и запаха маловероятно. Также обработка ультрафиолетовым светом не имеет последействия. Кроме того, необходимо тщательно следить, чтобы достаточное количество ультрафиолетового излучения достигало точки своего приложения в любой момент времени.
Преимущества ультрафиолетового излучения: автоматическое применение, без вкуса и запаха, короткое время контакта.
Недостатки ультрафиолетового излучения: низкая проникающая способность, экранирование мутностью, возможно появление отложений на ультрафиолетовой трубке, отсутствие простого рабочего теста на определение необходимой дозы дезинфектанта, отсутствие эффекта последействия, постепенная потеря мощности ультрафиолетовой трубки.
Различные химические дезинфектанты
Наиболее распространенным методом дезинфекции воды является использование доступного химического реактива из всего их многообразия. Среди них хлор, бром, йод, марганцовокислый калий, ионы меди и серебра, щелочные металлы, кислоты и озон. Вкратце рассмотрим каждый из них.
Бром
Бром является окислителем, который довольно успешно использовался для дезинфекции плавательных бассейнов. Он считается хорошим бактерицидом. Бром довольно легко вводится в воду и безопасен в хранении. Бром не раздражает глаза у купающихся и не смущает своим запахом.
Хлор
Одним из наиболее широко распространенных дезинфицирующих веществ, применяющихся для обеззараживания питьевой воды, является хлор. Хлор в
баллонах интенсивно используется муниципальными властями для обеззараживания воды. Однако, в данном состоянии, газообразный хлор (Сl2) слишком опасен для какого бы то ни было домашнего применения.
Для домашнего использования хлор более доступен в виде натрия гипохлорита (хозяйственный отбеливатель), который может использоваться как для стирки, так и в целях дезинфекции. Данное средство содержит 5.25-процентный раствор натрия гипохлорита, который эквивалентен 5 процентам доступного хлора.
Хлор также встречается в форме гипохлорита кальция, который продаётся в виде сухих гранул. В таком виде содержится обычно 70 процентов доступного хлора. При использовании гипохлорита кальция эту хлорную известь нужно тщательно перемешать, дождаться её осаждения, закачивая в насос только надосадочную жидкость. По ряду причин, не последней из которых является удобство, хлор в жидком виде (натрий гипохлорит) более популярен в домашнем обиходе. Хлорин обычно вводится в воду при помощи дозировочного насоса для химических реагентов.
Первые порции хлора, поступающие в воду, поглощаются в ходе реакций окисления железа, марганца, сероводорода, которые могут присутствовать в воде. Некоторая часть хлора также нейтрализуется органическими веществами, обычно содержащимися в любом водопроводе, включая бактерии, при наличии таковых. Когда «хлоропоглощение» этими веществами завершено, то, что осталось — т.е. непоглощённый хлор — остаётся в виде «остаточного хлора».
Термины хлорирования.
Существует три базовых термина, используемые в процессе хлорирования: хлоропоглощение, дозировка хлора и остаточный хлор.
Хлоропоглощение — это количество хлора, которое будет преобразовано или поглощено в процессе окисления примесей воды.
Дозировка хлора — это количество хлора, добавляемое в воду.
И остаточный хлор — это количество хлора, остающееся воде по окончании реакции окисления. Например, если хлоропоглощение в воде - 2.0 мг\л и дозировка вводимого в воду хлора - 5.0 мг\л, остаточный хлор будет равняться 3.0 мг\л.
Объём подачи хлора обычно соотносится с объёмом дозировочного насоса для химических реагентов таким образом, чтобы остаточный хлор составил
0. 5—1.0 мг\л после 20 минут контакта. Этого достаточно для уничтожения бактерий коли, но может быть недостаточно для всех вирусов и цист, которые могут находиться воде. Такой уровень остаточного хлора не только помогает справиться с периодическими следами заражения бактериями коли, но также позволяет предусмотреть незначительные колебания хлоропоглогцения воды. Патогенные микроорганизмы, вызывающие такие заболевания как тифоидная лихорадка, холера и дизентерия, наиболее легко погибают при воздействии хлором. Цистообразующие простейшие, которые вызывают амёбную дизентерию, криптоспоридиоз и лямблиоз, наиболее устойчивы к хлору.
Вирусы, также как и бактерии, чувствительны к воздействию хлорных дезинфектантов.
Йод
В случаях крайней необходимости для обеззараживания питьевой воды может применяться йод. В настоящее время проводятся многочисленные исследования для анализа эффективности йода для уничтожения вирусов, которые в настоящее время относятся к патогенам, устойчивым к дезинфекции. Эксперименты показали, что 20-минутное воздействие йода концентрацией 8.0 мг\л достаточно, чтобы сделать воду пригодной для питья. Как обычно, остаточное количество вещества изменяется обратно пропорционально времени контакта. Более низкое количество требует дольшего контакта, в то время как более высокое — меньшего времени контакта. Хотя такие результаты экспериментов обнадёживают, физиологический эффект воды, очищенной йодом, на организм человека, ещё недостаточно изучен. По этой причине, его использование может рассматриваться только как чрезвычайная мера или метод краткосрочного воздействия.
Люди, страдающие гипертиреозом (один процент женского и 0,1 процента мужского населения) могут подвергаться риску при поглощении более 700 мкг йода в день. Избыток йода и повышенная концентрация йодида при водоочистке должны быть удалены из воды, которая используется для постоянного питьевого водоснабжения.
Серебро
Серебро в различных формах используется для предотвращения роста микроорганизмов. Наиболее часто оно используется в фильтрах в сочетании с активированным углём. Контакт с серебром обезвреживает некоторые разновидности бактерий. Среди экспертов нет единого мнения по поводу эффективности данного процесса, поскольку ионы серебра в воде очень хорошо устраняют кишечную палочку и, возможно, также сальмонеллу, шигеллы и вибрионы, но оказывается менее действенным в отношении вирусов, цист и прочих разновидностей бактерий. Серебро в процессе водоочистки не даёт неприятных запахов или вкусов. Более того, органические вещества не влияют на его эффективность, как в случае со свободным хлором. Его высокая стоимость, подавление хлоридами и сульфидами, необходимость длительного периода воздействия, и несовершенное бактерицидное действие ограничили его широкое распространение.
Медь
Ионы меди используются довольно часто для разрушения водорослей в поверхностных водах. Но эти ионы относительно неэффективны для уничтожения бактерий. Например, сульфат меди также используется для уничтожения водорослей в резервуарах с водой.
Щелочные металлы и кислоты
Болезнетворные организмы обладают высокой чувствительностью к показателю pH воды. Они неспособны выжить в высокощёлочной воде или в воде с повышенной кислотностью. Таким образом, обработка воды методом резкого повышения или снижения показателя pH относительно нормального уровня 6.5 - 7.5 может быть эффективным способом уменьшения количества микроорганизмов.
Другие средства
Существует целый ряд других веществ с доказанной эффективностью воздействия на патогены. Многие из них ещё требуют длительных испытаний для определения их физиологического воздействия на человека. Среди них есть некоторые поверхностно-активные вещества, способствующие разрушению патогенных микроорганизмов. Полностью убивают болезнетворных микроорганизмов катионные детергенты. Анионные детергенты в этом случае слабо эффективны. Неприятный вкус и возможный токсический эффект не позволяет, однако, всерьёз рассматривать поверхностно-активные вещества в качестве способа обработки питьевой воды.
Необычно сильное бактерицидное действие имеет диоксид хлора. Поскольку он является также сильным окислителем, количество остаточного диоксида хлора может потребоваться в большем объёме, чем в случае с хлором.
В настоящее время хлорирование в той или иной форме считается самым эффективным и универсально доступным методом дезинфекции. Оно полностью поддерживается органами здравоохранения. Тем не менее, существуют факторы, снижающие его способность обеззараживания воды. Об этом всегда нужно помнить. Эти факторы таковы:
1. «Свободный» остаточный хлор более эффективен чем «связанный» остаточный хлор или остаточный диоксид хлора. Независимо от типа хлора, обеззараживание более действенно при повышенном содержании
остаточного хлора.
Хлорамин. Соединение, образуемое при добавлении хлора и аммиака в воду. Данный метод очистки используется для контроля за ростом бактерий в трубопроводах большой протяженности и в устройствах, где медленное окисляющее действие особенно полезно.
2. При показателе pH от 6.0 до 7.0 вода становится гораздо более эффективной средой для дезинфицирующего действия хлора, чем при более высоких показателях pH от 0 до 10.0.
3. Эффективность обеззараживания повышается при увеличении времени контакта.
4. Эффективность остаточного хлора повышается при более высоких температурах в пределах нормального диапазона температуры воды.
5. Все типы организмов реагируют по-разному при разных условиях хлорирования.
6. При повышенном хлоропоглощении воды необходимо большее исходное количество хлора - для получения достаточного количества остаточного хлора.
7. Хлорирование питьевой воды все всегда приводит к формированию тригалометанов и других продуктов хлорирования, которые приводят к неблагополучным родам и риску заболевания раком. Установленные Агентством охраны окружающей среды США пределы для тригалометанов - 0.08 мг/л, а для галогензамещённой уксусной кислоты - до 0.06 мг/л - для безопасной питьевой воды.
Для того чтобы обеспечить разрушение патогенов, в процессе хлорирования необходимо достичь определенного контроля хотя бы над одним, а лучше над двумя факторами, чтобы компенсировать возможные колебания. По этой причине, некоторые эксперты подчеркивают, что достаточную дезинфекцию можно гарантировать, контролируя тип и концентрацию остаточного хлора. Только в этом случае, заявляют они, в процессе хлорирования учитываются вариации температуры, pH, хлоропоглощения и типов микроорганизмов, живущих в воде. Хотя минимальное время контакта может быть увеличено, на практике это сложно сделать. Обычно в распоряжении имеется от пяти до десяти минут в системах напора, которые стандартно используются для малого водоснабжения. Суперхлорирование является методом достижения большей степени обеззараживания при меньшем времени контакта.
Коротко говоря, какова техника дезинфекции и как это работает?
Успех суперхлорирования — дехлорирования зависит от того, достаточно ли хлора добавлено в воду, чтобы получить остаточный хлор от 3.0 до 5.0 мг\л. Это значительно больше, чем уровень хлора в муниципальных системах водоснабжения, где остаточный хлор составляет от 0.1 до 0.5 мг\л в воде, выходящей из крана. Система суперхлорирования — дехлорирования состоит из двух базовых единиц.
Типичная схема устройства суперхлорирования — дехлорирования, в частной системе водоснабжения. Дехлоратор, установленный на магистральном внутридомовом трубопроводе, позволяет использовать данное устройство при содержании в воде железа и \ или марганца.
Типичная схема устройства суперхлорирования — дехлорирования, в частной системе водоснабжения. Дехлоратор, установленный на магистральном внутридомовом трубопроводе, позволяет использовать данное устройство при содержании в воде железа и/или марганца.
Хлоратор подаёт хлор в сырую воду. Подача хлора повышена, чтобы обеспечить необходимый остаточный хлор. Дехлораторный элемент устраняет избыточный хлор из воды до её поступления в краны.
Хлоратор должен быть установлен таким образом, чтобы подавать хлор в воду до того, как она достигнет накопительного бака. Универсальный дозировочный насос для химических реагентов (такой, как описан в Уроке 5) выполнит необходимую работу. Размер и размещение дехлораторного элемента зависит от требуемого типа очистки. Обычно это фильтр с активированным углём. Если единственная задача — убить патогенные микроорганизмы, небольшой дехлоратор может быть установлен под кухонной раковиной. Этот элемент послужит устранению хлора из воды для питья и приготовления пищи. Так как во многих семьях воду пьют также из-под кранов в ванной, установка дехлораторов может понадобиться и в этих местах. Преимущество дехлорирования только части воды очевидно. Работу выполняет маленький фильтрующий элемент. И поскольку лишь небольшая доля от общего количества воды фильтруется при таких условиях, данный элемент служит дольше и требует более редкого обслуживания или замены. По большому счету, дехлорирование необязательно для обеспечения безопасной питьевой воды. После хлорирования, риск для
здоровья устранен. Остаточный хлор практически полностью устраняется, чтобы придать воде приятный вкус.
Если к этой проблеме добавляется присутствие железа и/или марганца, фильтрации требует вся вода. При таких условиях необходим большой центральный фильтр, который помещается на магистральном внутридомовой трубопроводе после напорного резервуара.
Важнейшее преимущество процесса суперхлорирования — дехлорирования заключается в том, что он насыщает воду достаточным для устранения бактерий количеством хлора.
Обычное хлорирование может не достигать своей цели из-за того, что владельцы могут выставлять слишком малый уровень подаваемого хлора, чтобы избежать появления хлорного привкуса в воде.
Мы рассмотрели довольно подробно различные типы патогенов и методы их устранения в процессе подготовки питьевой воды — безопасной для употребления. Это чрезвычайно важно, но этим дело не исчерпывается; так как вода должна быть не только пригодной, но и приятной для питья.
Вопросы и Ответы по
Дехлорирующим Фильтрам
Каков срок эксплуатации дехлорирующего фильтра?
При переизбытке железа в воде, может быть необходимо частое обслуживание фильтра из-за его закупоривания осадками железа. Если вода не содержит ни железа, ни серы, фильтр служит долго. Срок его эксплуатации зависит от степени мутности в воде и конструкции фильтрующего элемента. При умеренно чистой воде, дехлорирующий фильтр непосредственно в месте использования рассчитан на 5,000 галлонов воды — это больше годовой потребности среднестатистической семьи в воде для приготовления пищи и питья.
Как обслуживается дехлоратор?
Некоторые фильтрующие элементы можно промывать обратной струей. Другие сконструированы таким образом, что владелец может вынуть фильтр из контейнера и промыть его водой из шланга. Третьи фильтры — разового использования.
Что происходит, если дехлоратор даёт сбой?
Владелец сразу же узнает о неработающем фильтре, так как он почувствует вкус хлора в воде или чрезмерная мутность приведёт к засорению трубопровода и падению напора воды. В таком случае, он должен промыть фильтр обратной струей или заменить его.
Вкусовые качества
Что придаёт воде приятный вкус? Чтобы обладать приятным вкусом, вода не должна содержать ощутимых привкусов и запахов.
Что приводит к появлению ощутимых привкусов и запахов? Несомненно, вам случалось пробовать воду с неприятным привкусом или запахом. Местные жители могли бы удивиться вашей реакции. После многолетнего употребления этой воды, они не находят ничего особенного ни в её вкусе, ни в запахе. Также бывает вода с таким отвратительным вкусом или запахом (сероводородная вода, например), что даже постоянные местные жители не могут ее пить.
Мутность, осадок и цветность также играют важную роли в определении вкусовых качеств воды.
Запахи и привкусы
В воде могут присутствовать различные привкусы и запахи. Они могут быть связаны с различными условиями. К сожалению, причины неприятного привкуса и запаха в воде так многочисленны, что предложить единый универсально эффективный метод её обработки для устранения этих проблем невозможно.
Вкусы обычно подразделяются на четыре группы - кислый, солёный, сладкий и горький. Классификация запахов более многообразна. Общеупотребительными являются около 20, все с довольно живописными названиями. В действительности, названия во многих случаях намного приятнее самих запахов. Вот некоторые примеры — запахи настурции, огурца, герани, рыбный, свинарника, землистый, травянистый и плесени. Далее специалисты классифицируют эти запахи в терминах интенсивности от очень слабого, слабого, заметного, отчетливого до очень сильного.
Все вкусовые сосочки и органы обоняния не обязательно обладают одинаковой остротой, но в целом вы не должны ощущать никакого привкуса или запаха в воде, которая приятна на вкус. Если вы чётко воспринимаете запах, значит, воде необходима обработка.
Во многих случаях сложно разделить вкус и запах. Вкусовые сосочки и органы обоняния взаимодействуют настолько эффективно, что сложно определить, где заканчивается один процесс и начинается другой. Для иллюстрации: сероводород даёт «ужасный» привкус, хотя на самом деле, мы ощущаем именно неприятный запах этого газа, скорее чем неприятный привкус. К сожалению, в современных измерительных приборах нет возможностей разделить привкусы и запахи. Привкусы и запахи в воде могут быть связаны с рядом факторов. Последние включают:
1. разложение органического вещества;
2. живые организмы;
3. железо, марганец и продукты коррозии металла;
4. стоки от промышленных предприятий таких веществ как фенол;
5. хлорирование;
6. высокая минерализация;
7. растворённые природные газы.
Как правило, запахи могут быть связаны с содержащимися в воде живыми организмами, органическими веществами и газами. Подобным же образом, привкусы могут быть связаны в большинстве случаев с чрезмерной минерализацией воды. Однако причиной некоторых привкусов могут быть водоросли или промышленные отходы. Как можно устранить неприятные привкусы и запахи из воды?
Некоторые привкусы и запахи, особенно связанные с органическими веществами, могут быть устранены методом обычной фильтрации через активированный уголь. Такие окислители как хлор, озон и калия перманганат могут уничтожать другие привкусы и запахи. Если же последние связаны с промышленными отходами и некоторыми другими веществами, многие из вышеуказанных типов очистки могут совершенно не сработать.
Привкусы и запахи питьевой воды
| ВКУС/ ЗАПАХ/ ОЩУЩЕНИЕ ВО РТУ |
ОПИСАНИЕ |
ПРИЧИНЫ |
| - Солёный |
- Солёный |
- Хлорид натрия |
| - Сладкий |
- Сладкий |
- Сахар |
| - Кислый |
- Кислый |
- Лимонная кислота |
| - Химический \ Углеводород \ Смешанный |
авиаконструкторов вещества тутти-фрутти) - Нефть -Лак -Бензин Растворитель \ УВР |
бутанэтил) диоксолан - Изопропилбензол -1,3-пентадиен |
| - Медицинский \ Фенольный |
- Медицинский |
|
| - Рыбный \ Прогорклый |
Водорослей Грязных носков |
|
| - Ароматный \ Овощной \ Фруктовый \ Цветочный |
Апельсиновый |
|
Привкусы и запахи питьевой воды (продолжение)
| ВКУС/ ЗАПАХ/ ОЩУЩЕНИЕ ВО РТУ |
ОПИСАНИЕ |
ПРИЧИНЫ |
| -Болотистый \ Гнилостный \ Серный |
- Гниющих растений - Гнилостный
|
|
| - Травяной \Сена \ Соломы \ Древесный |
сладкий) острый) - Сухой травы Карандашной стружки |
|
| - Хлорный - Озоновый |
- Бассейна - Озоновый |
|
| - Земляной \ Затхлый \ Заплесневелый |
Картофельный - Затхлый \ Заплесневелый \ Пробковый |
|
| - ротовое ощущение |
- Покалывающее - Сушительное |
|
В некоторых случаях, например, хлорирование может усугубить неприятный привкус или запах. Озон и калия перманганат оказались очень эффективными средствами для устранения многих рыбных, травянистых, затхлых запахов и запахов плесени. В пользу любого из этих соединений говорят два фактора — это сильный окислитель, и он не образует вредных соединений с органическим веществом. Однако для устранения диоксида марганца, образующегося при уменьшении количества перманганата, необходима фильтрация.
В любом случае, может понадобиться опробовать ряд методов, чтобы устранить неприятные привкусы и запахи из воды. Если рассмотренные здесь методы окажутся неэффективными, возможно, более практичным будет поиск новых источников питьевой воды.
Мутность
Возьмите стакан воды и подержите его на свету. Видите ли вы какие-либо мелкодисперсные, нерастворяющиеся взвешенные частицы в воде? Или, возможно, вода выглядит белесоватой? Если да, вода мутная.
Мутность. Мутность и взвеси не являются синонимами, хотя большинство из нас употребляет данные термины более или менее взаимозаменяемым образом. Говоря корректно, взвесь - это вещество которое может быть устранено из воды путём фильтрации или в процессе коагуляции-фильтрации. Мутность же является показателем количества света, отражаемого и поглощаемого водой в связи с наличием в воде взвешенных частиц.
Также существует опасность смешивания терминов - мутность и цветность. Мутность — это недостаточная прозрачность или проницаемость воды. Вода может иметь достаточно высокую цветность — вплоть до тёмно-коричневого, например — и оставаться чистой и без взвешенных веществ.
Когда в воде содержится большое количество таких взвешенных частиц, она кажется нам неаппетитной. И хотя она может быть безопасной для питья, вид у неё неприятный. В Основных требованиях к качеству питьевой воды Агентства охраны окружающей среды указано, что мутность питьевой воды должна быть менее 1 единицы на 95 процентов всех проб и менее 5 единиц для специальных условий. Взвешенные частицы, замутняющие воду, могут быть производными глины, минерального порошка, ила, карбоната кальция, кремния, железа, марганца, серы или промышленных отходов. Кроме того, замутнение может быть
вызвано органическими веществами, такими как различные микроорганизмы, микрочастицы растений или остатки животных организмов, жиры, масла, смазочные материалы и др.
Хотя мутность может быть вызвана присутствием единственного чужеродного вещества в воде, существует вероятность того, что она создаётся смесью нескольких или многих веществ. Размер частиц может варьироваться от мелких фракций коллоидных веществ до грубых частиц песка, которые находятся во взвеси лишь до тех пор, пока вода взбалтывается. Эти частицы, которые быстро оседают на дно, обычно называются осадком. Однако нет строго определённых правил классификации таких примесей. Вода из бурной реки или ручья может содержать значительное количество осадка. Напротив, вода из озера или пруда обычно более чистая. В спокойной, непроточной воде - более благоприятные условия для оседания. Поэтому все частицы, за исключением мельчайших, оседают на дно. Наименее подвержены осадкообразованию колодцы и родники. Осадок обычно самостоятельно отфильтровывается из такой воды, так как она просачивается через песок, гравий и пласты горных пород.
Мутность сильно отличается даже в пределах данных групп водоёмов. Некоторые реки и ручьи могут выглядеть кристально чистыми, лишь с незначительными следами мутности, особенно у своих истоков. В других местах вдоль их течения к океанам, водные потоки тех же самых источников могут содержать до 30,000 мг\л взвешенных частиц. Известна зарегистрированная мутность, значительно превышающая 60,000 мг\л мутного осадка.
Кроме того, в разное время года в одной реке могут быть зафиксированы значительные колебания мутности. Пробы, взятые в разное время года в одном месте реки Аллегейни показывают присутствие от 65 мг\л до 2 мг\л взвешенных частиц. Средний показатель составляет около 21 мг\л. Те же показатели в реке Флинт (Олбани, штат Джорджия) варьируются от 560 мг\л до 12 мг\л. Ещё более разительным примером таких сезонных колебаний мутности является река Арканзас. В г. Арканзас (штат Канзас) наивысший показатель составил 27 500 мг\л, самый низкий — 14 мг\л, и средний - 2 300 мг\л взвешенных частиц.
Сильные ливни и ветра, а также конвекционные течения могут значительно повысить мутность как озёр, так и рек. Тёплая погода и повышение температуры могут дополнительно усугубить данную проблему, так как при потеплении микроорганизмы и водные растения возобновляют свою активную жизнедеятельность в воде. Поскольку они размножаются, а затем умирают и разлагаются, останки этих растений и животных могут существенно повысить мутность воды. Кроме того, они часто являются причиной усиления запаха и цветности.
Механическая фильтрация
Механическая фильтрация устраняет почти все виды мутности. Безусловно, чем меньше взвешенные частицы, тем мельче должны быть поры фильтра для их удержания. При некоторых условиях, отверстия фильтра должны быть такими маленькими, что происходит сильное падение давления при прохождении воды через фильтр. Поэтому такое устройство может быть практически нецелесообразным.
Сортированный песок и гравийные фильтры, наподобие изображенного на схеме, эффективны для устранения умеренной мутности.
Во многих случаях, фильтры, содержащие сортированный и калиброванный гравий и песок, эффективны для отсеивания взвешенных частиц. Для подобных устройств всё необходимое обслуживание — это периодическая промывка обратным потоком. (См. схему выше.) Некоторые производители фильтров также предоставляют “вспомогательную фильтрующую присадку”, которая накладывается на верхнюю часть корпуса фильтра сразу же после обратной промывки. Фильтрующая присадка улавливает мелкие частицы грязи, делая воду более сияющей и удерживает грязь от проникновения в корпус фильтра, обеспечивая лучшее очищение корпуса во время обратной промывки. В некоторых случаях эффективны картриджные фильтры. Они используются для фильтрации воды, используемой для питья и приготовления пищи или для предварительного очищения осадка в сочетании с иными технологиями водоподготовки. В основном, на питьевые водопроводы как раз и устанавливаются картриджные фильтры. Причин этому несколько: (1) они приводят к значительному падению напора. При установке на внутридомовой трубопровод это создало бы значительные помехи. (2) их затраты на замещение значительно выше при использовании фильтра для всего поступающего в дом объёма воды.
Муниципальные и промышленные системы часто прибегают к методу коагуляции для устранения мутности. В этом экономичном методе, коагулянт, например сульфат алюминия, вводится в воду. После быстрого перемешивания, коагулянт приводит к образованию “хлопьев”, обычно выпадающих в виде студенистого осадка. Эти хлопья выглядят как тихий, мягкий снегопад. Затем необходим период осаждения, для того чтобы хлопья мягко опустились в воде на дно. Во время формирования и оседания хлопьев, они собирают или притягивают взвешенные частицы и склеивают их в более крупные частицы, которые оседают на дно или улавливаются фильтром. На крупных сооружениях, в отстойниках предусмотрено необходимое время и место для данного процесса. После периода оседания, вода проходит через фильтр, который устраняет последние следы коагулянта и оставшиеся взвешенные частицы. Небольшие системы коагуляции-фильтрации обычно используются для бытовых целей, когда вода очень мутная. Сложность с использованием данного метода для бытовых нужд состоит в определении оптимального типа коагулянта. А также - в создании бесперебойного потока, несмотря на переменную скорость и турбулентность водотока, которые типичны для домашнего водопотребления. Опыт в данной сфере чрезвычайно важен, так как необходимо учитывать химические свойства воды, выбирая коагулянт или их сочетания. Также весьма важны правильное время перемешивания и коагуляции. Процесс коагуляции-фильтрации требует, помимо всего прочего, гораздо большего внимания к обслуживанию, чем ранее упомянутый обычный процесс фильтрации.
Многокомпонентные фильтры
(Глубинные фильтры)
Многокомпонентные фильтры представляют собой значительное усовершенствование по сравнению с однокомпонентными. Прежде всего это связано с оптимизацией фильтрующего слоя, которая основана на инновационном выборе и использовании фильтрующего материала. Многокомпонентная фильтрация позволяет производить высококачественную отфильтрованную воду при гораздо большем количестве жидкости, протекающей за единицу времени, по сравнению с обычным песочным фильтром.
В обычном песочным фильтре более мелкие и лёгкие частицы песка находятся в верхней части фильтрующего слоя, а более грубые, тяжёлые частицы остаются в нижней его части после обратной промывки. Фильтрация протекает в верхнем слое (в несколько дюймов) фильтрующего слоя.
Многокомпонентный фильтр отличается от него радикальным образом. Многокомпонентный фильтрующий слой, по сравнению с обычным песочным фильтром, словно перевернут снизу вверх. Грубые, но более лёгкие частицы под напором воды смещаются в верхнюю часть, а более мелкие, но более тяжёлые частицы, остаются внизу фильтрующего слоя. Инновационный подход состоит в выборе подходящего фильтрующего материала. Данная конфигурация имеет много преимуществ. Весь фильтрующий слой (а не несколько дюймов), задействован в фильтрации. Мутность поглощается при прохождении через фильтрующий слой, т.к. фильтр способен удерживать гораздо больше частиц до момента плановой промывки обратным потоком.
Как правило, фильтрующий слой состоит из трёх уровней фильтрующего вещества. Общая глубина фильтрующего слоя — от 66 до 101 см (26 - 40 дюймов). В трёхуровневом фильтре, верхний слой состоит из крупных, лёгких частиц антрацитового угля и составляет от 38 до 46 см (15-18 дюймов) в высоту (размер частиц от 1,0 до 1,5 миллиметров, плотность — 1,35- 1,75).
Многокомпонентный фильтр
Средний слой состоит из более тяжелых и более мелких частиц прокалённого силиката алюминия или песка размером от 8 до 15 дюймов в высоту (размер частиц от 0,5 до 0,6 миллиметров, плотность — 2,65). Нижний слой состоит из тяжёлого ортосиликата размером от 3 до 6 дюймов (размер частиц от 0.2 до 0.3 миллиметров, плотность — от 4.0-4.2). Полудрагоценный красный силикатный минерал на 50-60 процентов тяжелее песка.
Многокомпонентный фильтр промывается так же, как и песчаный - обратной или восходящей струёй воды, проходящей через фильтрующий слой. Последовательность различных уровней фильтрующего слоя сохраняются благодаря тому, что каждое вещество имеет разную плотность.
В четырехуровневом фильтре четвёртый или верхний слой состоит из более лёгких и крупных пластиковых частиц размером от 3 до 6 дюймов (размер частиц 2 — 4 миллиметров, плотность от 1.1 до 1.2). Их плотность незначительно выше плотности воды (которая равна 1).
Преимущества
1. Срок эксплуатации многокомпонентного фильтра намного больше (в пять или в шесть раз при такой же производительности), предварительная обратная промывка необходима, т.к. фильтрующий слой сможет удерживать больше взвешенных частиц. Взвешенные частицы улавливаются и удерживаются по всей глубине фильтрующего слоя, а не в 1-2 дюймах верхнего слоя.
2. Многокомпонентная фильтрация намного лучше подходит для напорных резервуаров закрытого типа, так как риск растрескиваний корпуса и последующий выброс взвешенных частиц намного меньше и потребность
в визуальной проверке снижена.
Использование напорных резервуаров является очевидным преимуществом в случае фильтрации в месте использования, по сравнению с открытыми резервуарами и фильтрами, а также может быть существенным при фильтрации в системах водоснабжения малых объектов.
Более высокая скорость фильтрации в многокомпонентных фильтрах позволяет использовать резервуары меньшего диаметра с тем же или большим успехом.
3. Достигается очень высокая степень прозрачности фильтрованной воды благодаря тому, что более мелкие крупинки ортосиликата в нижнем слое улавливают более мелкие взвешенные частицы.
4. Ещё одним важным преимуществом является способность многокомпонентного фильтра осветлять воду при намного большей мощности потока, чем у однокомпонентного песочного фильтра (1,25-1,8 м3\час [5,5-8
галлонов в минуту], по сравнению с 0,34 — 0,68 м3\час [1,5-3 галлонами минуту] при диаметре резервуара в 30,5 см (12 дюймов). Это соответствует 17-24 м3/час/м2 (7-10 галл/мин на квадратный фут) фильтрующего слоя, по сравнению с 5 — 10 м3/час/м2 (2 - 4 гал/мин на квадратный фут) фильтрующего слоя. Эти и другие важные различия между однокомпонентным песочным и многокомпонентным фильтром отражена в таблице ниже.
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФИЛЬТРОВ
| Песочный |
Глубинный |
|
| Фильтрующий материал |
Один |
Три |
| Использование фильтрующего слоя |
1 -3 % |
90% |
| Интенсивность эксплуатации |
2-4 гал/мин/фут2 |
7-10 гал/мин/фут2 |
| Промывка |
15 гал/мин/фут2 |
15 гал/мин/фут2 |
| Размер улавливаемых частиц |
40 микрон |
10 микрон |
Центральные системы водоснабжения
При фильтрации в системах водоснабжения малых объектов обычный громоздкий отстойник, который предполагает оседание крупных взвешенных частиц, заменяется центробежным сепаратором, который выполняет ту же работу на 1 проценте пространства.
Центробежные сепараторы используются в горном деле и добыче полезных ископаемых в течении многих лет. Частицы твёрдого вещества, попадая в камеру сепаратора, подвергаются действию больших центробежных сил, которые перемещают частицы к внешним стенкам сепаратора, затем вниз по коллекторному устройству на дно. В то же самое время очищенная вода перемещается к центру камеры сепаратора и вверх к выходному отверстию для чистой воды на крышке.
Сепараторы способны устранять до 98 процентов всех взвешенных частиц, вплоть до мельчайших, чей размер составляет 0,09 см (три тысячных дюйма) или 74 мкм. Для сравнения — человеческий волос имеет толщину в 100 мкм.
В многокомпонентном фильтре снижена подача алюминия в качестве коагулянта. Одновременно, его дополняют полимером (полиэлектролитом), который способствует образованию более плотных хлопьев и применим при более высоком уровне мутности.
Контактная очистка
Автономный резервуар, так называемый осветлитель, обеспечивает гидравлическую контактную флоккуляцию и осветление поверхностных вод. Эта процедура заменяет традиционную флоккуляцию с лопастной мешалкой и четыре часа статического осветления. Песочный фильтр, который был следующей ступенью в традиционной системе водоочистки, уступил место более эффективному многокомпонентному фильтру. Так, постепенно время обработки сократилось с прежних 4,5- 6 часов примерно до 10 минут!
Стандартные результаты для многокомпонентных систем, включают от 200 НЕМ (нефелометрическая единица мутности) до 0.42 НЕМ для воды с повышенной мутностью, и от 25 НЕМ до 0.15 НЕМ для маломутной воды.
Цветность
Какого цвета вода?
Как правило, мы думаем, что вода голубого цвета. Когда художники рисуют водоёмы, они обычно выбирают оттенки от голубого до сине-зелёного. И хотя вода отражает сине-зелёный свет, особенно заметный на большой глубине, при использовании в быту она выглядит бесцветной.
Теоретически, вода из-под крана не голубая и не сине-зелёная. Если же это так, значит, в ней присутствуют посторонние вещества. Бесконечно малые микрочастицы усиливают цветность воды. Коллоидные суспензии и неколлоидные органические кислоты, а также нейтральные соли тоже влияют на цветность. Цветность воды - преимущественно растительного происхождения и обусловлена присутствием листьев и водных растений. Естественно, что вода из болот обладает наиболее интенсивной цветностью. Однако осветляющее действие света и старение воды постепенно снижают её цветность. Все поверхностные воды обладают сходным уровнем цветности. Точно так же некоторые мелкие скважины, ручьи и подсобные глубокие скважины могут обладать выраженной цветностью. Хотя, в основном, вода из глубоких колодцев и скважин практически бесцветна.
Разработана условная стандартная шкала цветности для измерения интенсивности цветности водных проб. Если воде присваивается отметка в 5 единиц цветности, это значит, что цветность этой воды равна интенсивности цвета дистиллированной воды, содержащей 5 миллиграмм платины в виде платина-хлористоводородного калия на литр. Вода с высокой цветностью нежелательна для большинства производственных промышленных процессов, так как чрезмерная цветность приводит к появлению пятен. И хотя в бытовых целях цветность не представляет такой проблемы, чрезмерная окрашенность питьевой воды вызывает неприятие с эстетической точки зрения. Во второстепенных требованиях к качеству питьевой воды Агентства охраны окружающей среды США рекомендуемая цветность питьевой воды — до 15 единиц. В целом, цветность уменьшается или устраняется методом коагуляции, отстаивания и фильтрации. Наиболее распространенным коагулянтом для этих целей является сульфат алюминия. Суперхлорирование, фильтры с активированным углём и перманганат калия также в разной степени используются для устранения цветности.
