Меню сайта:

Партнеры:

  • СОДЕРЖАНИЕ

    1. Цель оснащения многоквартирных домов установками централизованной водоочистки (УЦВ)
    2. Концепция УЦВ для многоквартирного дома
    3. Безреагентные методы очистки водопроводной воды
    4. Технологическая схема УЦВ
    5. Капитальные и эксплуатационные затраты на УЦВ
    6. Об организации работ по созданию УЦВ в многоквартирном доме
    7. Приложение. Отдаленные последствия, возможные при употреблении воды, очищенной методом обратного осмоса.

    1. ЦЕПЬ ОСНАЩЕНИЯ МНОГОКВАРТИРНЫХ ДОМОВ УСТАНОВКАМИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ВОДООЧИСТКИ (УЦВ)

    1.1. Гарантированное снабжение квартир жилого дома высококачественной и
    безопасной водой, получаемой путем очистки водопроводной воды независимо от
    наличия или исправности у пользователей индивидуальных устройств очистки воды.
    1.2. Устранение цветности, мутности, запаха и примесей токсичных органических
    веществ из горячей воды.
    1.3. Уменьшение затрат на эксплуатацию техники горячего водоснабжения и
    санитарного оборудования квартир.

    2. КОНЦЕПЦИЯ УЦВ для МНОГОКВАРТИРНОГО ДОМА

    При оснащении жилого дома УЦВ существенно важен приемлемый для жильцов уровень капитальных и эксплуатационных затрат. Использование в доме УЦВ является вмешательством в очень чувствительную и строго регламентируемую сферу жизнеобеспечения людей питьевой водой. Учитывая это, а также необходимость эксплуатации с минимальной вероятностью нештатных ситуаций, требования к УЦВ должны быть весьма жесткими. К таким требованиям, в частности, относятся:
    2.1. Существенное улучшение сравнительно с водопроводной водой качества очищенной воды, в частности, по показателям:
    — содержания растворенных вредных примесей,
    — обеззараживания,
    — мутности, цветности, запаха, вкуса,
    — образования твердой накипи при кипячении воды.
    2.2. Использование только высококачественных сертифицированных материалов
    для очистки воды, прием их для загрузки в оборудование УЦВ только в опломбированной таре.
    2.3. Отказ от применения химических реагентов для очистки воды.
    2.4. Использование сертифицированного стандартного оборудования и сертифицированных конструкционных материалов нестандартного оборудования.
    2.5. Минимальное количество подлежащих замене материалов для очистки воды.
    2.6. Отсутствие твердых отходов при работе УЦВ.
    2.7. Минимальное использование ручного труда за счет механизации и автоматизации технологического процесса.
    2.8. Плановая частота обслуживания оборудования УЦВ специализированной
    организацией — не чаще раза в год.
    2.9. Гарантированная безопасность обслуживающего персонала и обеспечение чистоты производственного помещения при эксплуатации УЦВ.
    2.10. Отсутствие коррозии оборудования и трубопроводов УЦВ и жилого дома.

    З. БЕЗРЕАГЕНТНЫЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ

    3.1. Основными загрязнениями водопроводной воды, поступающей в жилые дома, являются примеси, остающиеся после очистки на водопроводной станции, в том числе растворенные органические и хлорорганические соединения, вещества, вызывающие цветность и запах воды (гуминовые и фульвокислоты — продукты жизнедеятельности и разложения сине-зеленых и диатомовых водорослей, а также другие растительные экстрактивные вещества), некоторые низкомолекулярные соединения и тяжелые металлы, например, марганец.
    Кроме того, при транспортировке к потребителям водопроводная вода подвержена вторичному загрязнению железом вследствие коррозии трубопроводов, а также микробами вследствие развития на внутренней поверхности труб микрофлоры и дренажа микроорганизмов из грунта. Особенно неблагоприятно состояние труб в старых районах городов, а также на тупиковых участках водопровода (для Киева это Харьковский жилмассив и жилмассив «Теремки»).
    При анализе проб водопроводной воды, отобранных в местах потребления, наблюдается постоянное или сезонное превышение допустимых нормативов по железу, марганцу, цветности, мутности, показателям привкуса, запаха, окисляемости, хлорорганическим примесям и числу микробов. Дополнительная очистка водопроводной воды в УЦВ позволит улучшить воду, в первую очередь, по этим показателям качества.
    3.2. В соответствии с концепцией УЦВ многоквартирного дома (разд.2) для
    получения из водопроводной воды высококачественной питьевой следует использовать
    безреагентные методы очистки воды, распространенные в практике водоподготовки. К
    безреагентным методам относятся:
    3.2.1.Озонирование воды, то есть многостороннее воздействие озона на воду, что является необходимым условием для эффективности последующей очистки (см. разд.3.4.1).
    3.2.2. Фильтрация воды через инертные материалы, способные:
    — извлекать мелкие твердые частицы, не удаляя растворенных в воде примесей (полипропилен, антрацит, кварц),
    — поглощать растворенные в воде примеси (уголь, цеолит),
    — активировать воду, восстанавливая ее природную молекулярную структуру, и придавая воде разнообразные лечебные свойства (кремень, шунгит).
    3.2.3. Фильтрация воды через гранулированный синтетический Na-катионит, способный снизить жесткость воды.
    3.2.4. Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами.
    3.2.5. Магнитная обработка воды.
    3.2.6. Консервация очищенной воды серебром.
    Таким образом, можно сформировать эффективную многостадийную УЦВ, которая отвечает концепции, изложенной в разд.2 с использованием перечисленных методов.
    3.3. Применение таких известных безреагентных методов очистки воды, как умягчение на Na-катионите или обратный осмос, повлечет за собой существенное увеличение затрат и может быть оправдано только в случаях поступления из водопровода солоноватой или недопустимо жесткой пресной воды, а также воды, содержащей опасные токсичные примеси.
    3.4. Ниже кратко охарактеризованы приемлемые для УЦВ безреагентные методы очистки воды и физико-химические процессы, лежащие в основе этих методов.
    3.4.1. ОЗОНИРОВАНИЕ. Обработка воды озоном (озонирование воды) — весьма часто применяемая технология водоподготовки. Проявляется тенденция все более широкого распространения данного метода. Это объясняется уникальными свойствами озона, который как окислитель 10 раз и как дезинфектант в 20 раз активнее хлора. Озон — бесцветный газ с резким запахом, обладающий заметной растворимостью в воде — 680 мг/л (при 0С и нормальном атмосферном давлении).
    На водопроводных станциях и различных установках очистки воды озон получают электросинтезом из кислорода воздуха в барьерном разряде под напряжением на электродах 20 кВ или в коронном разряде под напряжением более 50 кВ. При этом получают озоно-воздушную смесь, в которой концентрация собственно озона зависит от многих факторов и, в первую очередь, от концентрации кислорода в воздушной смеси, подаваемой на электросинтез.
    При контакте озоно-воздушной смеси с водой происходит быстрое окисление и разрушение неорганических и органических токсичных примесей в воде, ее обесцвечивание, а также полное обеззараживание от всех видов вирусов и бактерий. Озонирование приводит также к устранению запаха и улучшению вкуса воды.
    Присутствующее в водопроводной воде растворенное железо (2+) окисляется озоном до трехвалентного и в воде гидролизуется с образованием осадка гидроксида железа, который затем удаляется из воды путем фильтрации. Аналогично воздействие озона на растворенный в воде марганец (2+). Последний окисляется озоном в трех- и четырех валентные ионы, которые легко гидролизуются в воде в широком диапазоне рН с образованием осадков гидроксидов марганца, также удаляемых последующей фильтрацией.
    Сероводород, в случае его присутствия в воде, полностью разрушается озоном с образованием нетоксичных сульфатов и воды. Окисление озоном примесей органических веществ, происходит путем присоединения кислорода по месту кратных связей молекул, либо путем деструкции молекул с изменением химических свойств веществ. При этом в результате озонирования образуются новые, обычно менее токсичные продукты окисления, в частности, карбоксильные соединения, углекислота и другие летучие кислоты, а также перекись водорода вследствие появления свободных радикалов ОН.

    Снижение цен на реставрацию ванн в Киеве. Спешите!

    При достаточной дозе озона молекулы канцерогенных циклических соединений таких, как бензол, фенол, антрацен, хлорорганика, а также гуминовых кислот, присутствующие в водопроводной воде, разрушаются с образованием фрагментов, представляющих менее токсичные вещества типа альдегидов, карбоновых, креновых и субкреновых кислот. Продукты окисления органических примесей озоном имеют молекулы меньших размеров, чем молекулы исходных веществ. Вследствие этого в несколько раз увеличивается ресурс (поглотительная способность) активированного угля при последующей очистке проозонированной воды на угле.
    Поскольку протоплазма клеток микроорганизмов построена из высокомолекулярных органических веществ, то на нее в полной мере распространяется окислительное и деструктивное действие озона. Кроме того, озон разрушает ферменты бактерий. При соответствующей дозе озона вирусы, бактерии и споры погибают за короткое время экспозиции. На разных бактериях показано, что после критической дозы озона 0,4 — 0,5 мг/л бактерицидное действие озона проявляется резко и полно. Установлено, например, что возбудители тифа, холеры и полиомиелита под действием дозы озона 0,45 мг/л погибают через 2 минуты, тогда как хлор оказывает тот же эффект лишь через 3 часа при дозе 1 мг/л. Средней дозой озона при обеззараживании воды считается 1 мг/л, минимальной — 0,4 мг/л, максимальной — 2 мг/л.
    Отличительной особенностью процесса озонирования является то, что в обрабатываемую воду не вводятся посторонние примеси, так как непрореагировавший озон через короткое время (15 — 30 минут) распадается, превращаясь в кислород. В связи с этим дозирование озона не требует точности. Достаточно подать в воду лишь заведомо завышенное количество озона в виде озоно-воздушной смеси. В отличие от реагентных методов при озонировании остаются без изменений минеральный состав воды, ее щелочность, рН, содержание свободной углекислоты и показатель стабильности.

    3.4.2. ФИЛЬТРОВАНИЕ ЧЕРЕЗ ИНЕРТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Метод очистки воды при помощи ее фильтрования через инертные материалы, извлекающие из воды мелкие твердые частицы без удаления растворенных примесей, широко распространен. Осуществление этого метода возможно путем продавливания воды с твердыми частицами через сетчатую перегородку (процеживание, «поверхностное фильтрование») либо путем продавливания воды через пористый слой из волокнистого материала, например полипропилена либо зернистого материала, например кварцевого песка, антрацита, или др. («объемное фильтрование»).
    При процеживании из воды извлекаются относительно крупные частицы, размеры которых больше размеров ячеек сетчатой перегородки или пор, формируемых задержанными этой перегородкой частицами, которые сами образуют фильтрующий слой. Чем меньше размеры ячеек сетчатой перегородки, тем большей будет степень извлечения твердых частиц из воды. При этом на загрязненной сетчатой перегородке возможна значительная потеря давления. Для восстановления проницаемости сетчатой перегородки необходима ее периодическая промывка исходной водой. Выделение из воды очень мелких коллоидно-дисперсных твердых частиц с размерами 0,001 — 0,0001 мм, которые могут изначально присутствовать в водопроводной воде или образовываться в ней, например, после озонирования, на сетчатой перегородке невозможно, но достигается при объемном фильтровании через достаточный слой фильтрующего материала. Физико-химическая сущность извлечения из воды коллоидно-дисперсных частиц при объемном фильтровании заключается в адгезии (прилипании) коллоидных частиц к волокнам или зернам фильтрующего материала, либо в когезии, то есть в прилипании к ранее прилипшим к этому материалу частицам. Таким образом, в порах волокнистого или зернистого материала образуется рыхлая масса осадка, не имеющая прочной структуры. По мере увеличения толщины слоя, эта рыхлая масса размывается потоком фильтруемой воды. Оторвавшиеся частицы осадка этим потоком переносятся в следующие поры волокнистого или зернистого материала и задерживаются уже там. Накопление осадка в порах фильтрующего материала происходит до некоторой предельно возможной величины, определяющей его грязеемкость. После этого начинается выброс осадка в отфильтрованную воду. Принимается, что грязеемкость 1000 кг зернистого материала не превышает 1 кг осадка коллоидных частиц, но даже этого небольшого количества оказывается достаточным для непрерывного фильтрования 200 — 300 м3 воды, поскольку обычно концентрация коллоидных частиц в ней не превышает 3 — 5 г в м3. Для продолжения фильтрования воды необходим перерыв в работе установки с целью промывки фильтрующего слоя. Промывка обычно осуществляется при помощи реверсивного и более интенсивного потока исходной воды, в течение времени, достаточном для удаления из пористого слоя 90 — 95 % загрязнений, на что расходуется примерно 5 % подлежащей фильтрации воды. Рекомендуемая скорость фильтрования — порядка 10 м3/ч через 1 м2 площади фильтрования, скорость промывки — до 75 м3 через 1 м2 площади фильтрования. Промывка осуществляется в направлении снизу-вверх, приводит к расширению слоя на 30 -50 %, но не должна вызывать унос частиц зернистого материала. Загрязненная вода, использованная для промывки, сбрасывается в канализацию. Применяемые зернистые фильтрующие материалы должны соответствовать техническим требованиям по средней и эффективной величине зерен, коэффициенту неоднородности, эквивалентному диаметру зерен, который обычно составляет от 0,7 мм до 1,2 мм, проценту истираемости и измельчаемости, а также химической стойкости. Песчаный фильтрующий материал характеризуется невысокой пористостью порядка 35 — 40 % и низкой грязеемкостью. Применение фильтрующих материалов, обладающих большей пористостью, например, антрацита, позволяет увеличить на 13 — 15 % грязеемкость и снизить потери напора воды при фильтровании. Известны также двухслойные и многослойные загрузки из различных фильтрующих материалов, например, состоящие из антрацита (насыпная плотность 1,55 кг/л) и граната с насыпной плотностью 2,5 кг/л с подстилающим слоем из кусков гравия.
    3.4.3. ФИЛЬТРОВАНИЕ ЧЕРЕЗ СЛОЙ УГЛЯ. Наиболее распространенным химически инертным зернистым материалом, обладающим свойством поглощения из воды различных растворенных в ней примесей, особенно примесей органических веществ, являются различные марки активированного угля (АУ). Технология производства АУ из разных твердых органических материалов обеспечивает выгорание не менее половины имеющегося углерода и образованию в местах выгорания открытых пор или пустот. Оставшаяся часть материала приобретает максимальную энергетическую ненасыщенность и становится активной к молекулярным взаимодействиям с различными химическими соединениями. Стенки пор образуют огромную площадь поверхности, а близкие к поверхности углеродные атомы имеют нескомпенсированные валентные связи, делающие поверхность пор чрезвычайно активной в физико-химическом отношении. Активность АУ зависит от степени развития тонкой пористой структуры и геометрического радиуса пор. Различают три разновидности пор: микропоры, переходные поры и макропоры (Табл. 1)

    ТАБЛИЦА 1
    Данные по пористой структуре АУ

    Разновидности пор Радиус пор, мм Суммарная поверхность пор для 1 грамма АУ, м2
    Микропоры (1 — 2,5) х 0,000001 до 1000
    Переходные поры (7 — 17) х 0,000001 до 100
    Макропоры (100 -1000) х 0,000001 1-2

    Для устранения токсичных органических примесей из воды наилучшим АУ будет тот, который при большом содержании микропор обладает в то же время хорошо развитыми переходными порами и макропорами, делающими в короткое время доступной для воды всю пористую структуру АУ. Для очистки воды АУ применяется в виде тонкой угольной пыли, либо с частицами размером менее 75 мкм, либо в гранулированном состоянии с размерами основной фракции от 0,5 до 5 мм. В последнем случае он используется как фильтрующий материал, в котором могут задерживаться имеющиеся в воде мелкие и коллоидно-дисперсные частицы (см. разд. 3.4.2.). Такие частицы способны забивать поры АУ и тем самым нарушать его способность извлекать из воды растворенные вредные примеси. Поэтому перед очисткой воды на АУ должно быть гарантировано отсутствие в воде твердых частиц осадков, что может быть обеспечено, например, предварительной фильтрацией. Скорости фильтрации воды через слой АУ 10 — 20 м3/ч через 1 м2 фильтрующей поверхности, обеспечивают полноту извлечения из воды растворенных примесей органических веществ. Скорость реверсивной промывки слоя АУ от налипших загрязнений зависит от его марки. Вследствие меньшей плотности угля скорость его промывки меньше скорости промывки обычных фильтрующих материалов (см. разд.3.4.2).
    По химическому составу АУ состоит из углерода (90 — 96 %) и золы.
    Плотность АУ в зависимости от его марки находится в пределах 1,6 — 1,9 г/см3. Насыпная плотность АУ из-за различия в марках, пористости, форме гранул, колеблется в более широких пределах: 0,25 — 0,8 кг/л. После насыщения АУ органическими веществами, его задерживающая способность исчезает, и наблюдается проскок содержащихся в исходной воде загрязнений. Кроме того, вследствие разницы в химическом (сорбционном) сродстве к поверхности АУ различных органических примесей, содержащихся в исходной воде, а также из-за смещения адсорбционного равновесия вследствие колебаний концентрации примесей или изменения температуры воды после насыщения АУ примесями, молекулы ранее задержанных органических веществ вытесняются в очищенную воду. Отфильтрованная на таком АУ вода в санитарном отношении может стать даже более опасной, чем исходная. Во избежание этого необходима гарантированная превентивная замена отработанного гранулированного АУ на новый. Восстановление свойств АУ возможно лишь на специализированных промышленных установках. На практике считается, что 1 кг гранулированного АУ гарантирует очистку до 5000 л водопроводной воды.
    3.4.4. АКТИВАЦ11Я ВОДЫ. Фильтрующие материалы, способные активировать воду, придавая ей приятный вкус и лечебные свойства, известны многие столетия со времен Гиппократа и Авиценны. К таким материалам относятся кремень и шунгит. В последнее время проведенные исследования и ранее описанные факты, связанные с активацией воды после контакта с кремнем и шунгитом, получили подтверждение и дополнительные научные обоснования.
    Природный кремень является минеральным образованием, состоящим, главным образом из SiO2 , сформированным из окаменевших скелетов доисторических водных организмов. Кремень обладает свойством, за счет дальнодействия приповерхностных и поверхностных активных центров, активировать воду, восстанавливая в ее ближнем порядке природную тетраэдрическую структуру. При этом вода приобретает «родниковый вкус» и уникальные лечебные свойства. Отмечено положительное воздействие активированной кремнем воды при профилактике и лечении ряда распространенных заболеваний, к числу которых относятся разнообразные воспалительные процессы желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, язвенная болезнь желудка, желчно- и мочекаменная болезнь, гипертония, атеросклероз, диабет, увеличение щитовидной железы, пародонтоз, анемия. Активированная кремнем вода улучшает обмен веществ, повышает иммунитет, ускоряет вывод из организма токсинов.

    НТЦ «ЭККОМ» разработан и сертифицирован зернистый материал «Кременева сила», предназначенный для объемной фильтрации водопроводной воды. Активация воды этим фильтрующим материалом достигается после контакта в течение 10 — 20 минут. Материал «Кременева сила» уже нескольких лет используется на заводах ликероводочной промышленности («СОЮЗВИКТАН» и др.) для улучшения вкуса воды при производстве алкогольных напитков.
    «Лечебный стаж» шунгита по сравнению с кремнем невелик — примерно 400 лет, и исчисляется со времени излечения матери первого русского царя династии Романовых водой, настоянной на шунгите. Шунгит спас армию Петра 1 от пищевых отравлений некачественной питьевой водой в жаркое лето Полтавского сражения. По приказу царя у каждого солдата в ранце был «аспидный камень», как тогда называли шунгит, и воины пили воду, настоянную на шунгите. В это же время шведские войска и сам король страдали расстройствами кишечника от некачественной питьевой воды. По указу Петра 20 марта 1719 года на месторождении шунгита была открыта водолечебница, названная по имени бога войны Марса «Марциальные воды». В фрагменте указа Петра 1 об открытии «Марциальных вод» говорится «…оныя воды исцеляют различные жестокия болезни, а именно: цинготную, ипохондрию, желчь, бессильство желудка, рвоту, понос, почечуйную, каменную, ежели песок или малые камни и от прочих болезней великую силу имеют…». После смерти Петра 1 водолечебница пришла в запустение и была восстановлена лишь в начале XX века. После 1917 курорт вновь был забыт, но продолжал пользоваться популярностью у местных жителей. В 30-е годы исследованиями С.А. Вишневского было установлено, что «марциальные воды», контактирующие с залежами шунгита, обладают поразительными лечебными возможностями. До 1936 года по разрешению правительства СССР промышленную добычу шунгита осуществляли для импорта канадцы. Развитию курорта помешала Вторая мировая война. Лишь с 1960 г. курорт начал возрождаться. Сегодня о шунгите известно достаточно много, чтобы называть его камнем здоровья и лекарством XXI века.
    Шунгиты представляют собой особые природные минералы, по внешнему виду напоминающие каменный уголь. Каркас кристаллической решетки шунгита выстроен из фуллеренов — атомов углерода, образующих сферическую полую матрицу, внутри которой равномерно расположены силикаты. Химический состав шунгита в %: С — 32,4, SiO2 — 57,0 , Al2O3 — 4, FeO — 2,5, К2О — 1,5, MgO — 1,2, S — 1,2, Тi02 — 0,2. Шунгит обладает адсорбционными и бактерицидными свойствами, высоким уровнем адгезии к любым частицам, что особенно важно для удаления из воды коллоидных частиц при объемном фильтровании. Плотность шунгита 2,1 — 2,4 кг/л, удельная внутренняя поверхность пор 20 м2/г. В отличие от других каменных минералов, шунгит обладает заметной электропроводностью, что может быть использовано для контроля качества.
    Возраст шунгитовых месторождений оценивается в 2 млрд. лет, то есть они появились еще задолго до возникновения на Земле жизни и, тем более, до возникновения лесов, из которых впоследствии образовался каменный уголь. Природа возникновения шунгита точно не установлена. Существует гипотеза его вулканического происхождения. Дно Онежского озера в России устлано шунгитовымы породами. Имеются доказательства и космического происхождения шунгита, поскольку в местности, где были обнаружены фуллерены (Австралия, Канада, Мексика), отмечались падения крупных метеоритов. Кроме того, внутри природных фуллеренов был обнаружен изотоп Гелий-3, чрезвычайно редкий для нашей планеты.
    В 1997 году фуллерены были получены лабораторным путем и за открытие этой третьей аллотропической формы кристаллической структуры углерода (наряду с графитом и алмазом) была присуждена Нобелевская премия. Лечебные свойства шунгита связывают именно с наличием фуллеренов в его кристаллической решетке. При контакте с водой в течение всего лишь 15-30 минут из шунгита гомеопатическими дозами происходит выход в воду фуллеренов, а также минеральных компонентов кристаллической решетки шунгита. Этим объясняют возникновение лечебных свойств у воды, контактировавшей с шунгитом.
    В военно-медицинской академии России проведены исследования влияния на больных людей воды, настоянной на шунгите. Было подтверждено бактерицидное действие шунгита на воду, его способность к удалению из воды мутности, цветности, привкусов, запаха, тяжелых металлов, вредных органических и хлорорганических веществ. Шунгитовая вода была квалифицирована как эффективная лечебно-профилактическая, безопасная без кипячения. Вот список заболеваний, для лечения и профилактики которых рекомендуется использование шунгитовой воды: анемия, аллергии разных видов, бронхиальная астма, гастрит, диспепсия, диабет, желчно-каменная болезнь, холецистит, ослабленный иммунитет, болезни печени, болезни почек, болезни поджелудочной железы, простудные заболевания, сердечно¬сосудистые заболевания, синдром хронической усталости, заболевания органов пищеварения, костно-мышечной, нервной, мочеполовой системы и алкогольное отравление. В связи с этим в России налажено промышленное производство и продажа бытовых шунгитовых фильтров для очистки воды.
    3.4.5. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОМ. Электромагнитное излучение с длиной волн 100 — 400 нм является ультрафиолетовый (УФ). УФ-излучение с длиной волны 265 нм наиболее эффективно для инактивации различной микрофлоры, хотя прекращение жизнедеятельности микроорганизмов происходит при воздействии УФ-излучения в более широком диапазоне длин волн — 220 — 320 нм. Под действием бактерицидной части спектра УФ-излучения в клетках находящихся в воде микроорганизмов происходят необратимые процессы, вызывающие нарушение внутримолекулярных связей, разрушение клеток и гибель микроорганизмов. Не все находящиеся в воде микроорганизмы в одинаковой мере реагируют на действие бактерицидного УФ-излучения. Критерием для сравнения сопротивляемости различных видов микроорганизмов воздействию УФ-излучения считается количество бактерицидной энергии (УФ-доза), необходимая для прекращения жизнедеятельности микроорганизма данного вида. Количественной характеристикой степени прекращения жизнедеятельности микроорганизмов считается выраженное в % отношение разности начального Р0 и конечного Р их количества к начальному количеству Р0 в литре воды. В общем случае, закономерность отмирания микрофлоры под действием УФ-излучения описывается формулой:

    P=P0 2.72 –(t E/K)

    где:
    t — продолжительность облучения в секундах,
    Е- интенсивность бактерицидного УФ-излучения мДж/сек см2 ,
    К — коэффициент резистентности (сопротивляемости) бактерий данного вида к УФ-излучению.
    В среднем, К = 2,5 мДж/см2. Применительно к питьевой воде интенсивность облучения Е должна обеспечивать за принятое технологами время t такую дозу УФ-радиации Д =(t х E), которая бы обеспечила гибель 99,9% патогенной микрофлоры. Значения Д90 — т.е. для 90 % обеззараживания воды или снижения количества микробов в воде в 10 раз, приведены в табл.2. Например, для санитарно-показательной бактерии E.Coli величина Д90 составляет 6,6 мДж/см2. Поскольку между величиной дозы УФ-излучения и кратностью уменьшения числа микробов в воде, как видно из формулы, зависимость логарифмическая, то для 99% обеззараживания или 100-кратного снижения микробного числа потребуется удвоенная доза УФ-излучения, т.е. Д99 =13,2 мДж/см2. Соответственно, для 99,9% обеззараживания или 1000-кратного снижения микробного числа потребуется утроенная доза УФ-излучения, т.е. Д99,9 =19,8 мДж/см2. Поскольку бактерия E.coli является санитарно-показательной, по которой оценивается общее бактериальное загрязнение воды, на практике для обеззараживания питьевой воды принимаются значения дозы УФ-радиации Д99,9 = 25 — 30 мДж/см2.
    Как видно из табл.2, при такой дозе будут уничтожены большинство видов бактерий и вирусов за исключением плесени, простейших водных организмов, которых и не бывает в исходной водопроводной воде и, тем более, не будет в воде, прошедшей дополнительную очистку на УЦВ эффективными методами, описанными в п.п.3.4.1 — 3.4.4. К тому же, в случае дополнительной очистки, исключаются факторы, ухудшающие УФ-обеззараживание, такие как замутненность и цветность воды, наличие органических веществ, которые не нарушают прозрачности воды в видимой области света, но абсорбируют УФ-излучение, т.е. понижают УФ-прозрачность воды. К упомянутым факторам относится также наличие железа и марганца, из-за которых могут возникать пленки на излучающих УФ поверхностях.

    таблица 2

    При губительном воздействии УФ-излучения на клетки микроорганизмов, совершенно не меняются физические и химические свойства обеззараживаемой воды. К недостатку метода относится полное отсутствие консервирующего эффекта. Поэтому, во избежание возможности вторичного заражения, УФ-обеззараживание рекомендуется производить на конечной стадии обработки воды.
    3.4.6. МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА ВОДЫ. В настоящее время в технике водоподготовки для устранения образования накипи широко используется магнитная обработка воды, заключающаяся в пропускании потока воды с определенной скоростью в направлении перпендикулярном направлению силовых линий магнитного поля. Механизм влияния магнитного поля на воду и ее примеси окончательно не выяснен. Имеет значение величина электромагнитной индукции в получаемых технологических результатах. Большинство теорий объясняют эффект магнитной обработки воды действием магнитного поля на присутствующие в воде ионы солей, которые подвергаются поляризации и деформации. За счет этого уменьшается степень гидратации ионов, облегчается их последующее сближение, ускоряется процесс образования зародышей кристаллов и массовой кристаллизации малорастворимых соединений.
    Метод эффективен при обработке вод карбонатно-кальциевого класса, которые характерны для 80% источников водоснабжения. В системах CaSO4 – Н2О и Са(НСО3)2 – Н2O, играющих большую роль при образовании накипи, магнитная обработка ускоряет разложение бикарбоната кальция и образование из него карбоната кальция. При этом кристаллы возникают не только на теплопередающих поверхностях, но, главным образом, в объеме раствора, имеют существенно меньшие размеры и рыхлую структуру осадка, то есть не дают прочных отложений типа накипи. Эффект обеспечивается при тепловых нагрузках на 1 м2 теплопередающей поверхности не более 130 мДж/ч. Для электрических нагревательных приборов нагрузка не должна превышать 3,5 Дж/сек см2 (3,5 Вт/см2). Как показывают многочисленные анализы, содержание прочих примесей в обработанной воде не отличается от их содержания в исходной. Совпадают также величины жесткости воды. Отмечено незначительное бактерицидное действие на воду магнитного поля.
    Противонакипной эффект зависит от состава воды, наличия в ней свободной углекислоты в концентрациях выше равновесной, скорости движения воды в трубе (не более 1 м/с), продолжительности пребывания воды в магнитном поле, наличия ферромагнитных загрязнений в проходном зазоре, где осуществляется омагничивание потока. В сравнении с ионообменным умягчением воды, преимуществами магнитной обработки являются простота, дешевизна, безопасность, почти полное отсутствие эксплуатационных расходов, отсутствие изменений в химическом составе воды. Магнитная обработка воды, в значительной мере устраняет образование накипи в теплообменниках и трубах. Если водяные трубы в доме не новые, из них накипь может вымываться.
    Использование в доме омагниченной воды постепенно приводит к исчезновению налета с кранов, душевых насадок, аэраторов. Кухонная посуда также освобождается от накипи. Улучшается вспенивание воды моющими средствами, что повышает качество стирки и дает экономию в затратах на моющие средства. Омагниченная вода считается полезной для организма человека. В частности, улучшается состояние волос и кожи, ускоряется выздоровление при экземе, псориазе. Таким образом, целесообразность магнитной обработки питьевой воды в жилом доме вполне очевидна.
    3.4.7. УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ КАТИОНИРОВАНИЕМ. Использование в УЦВ Na-катионирования для умягчения воды требует соответствующих затрат и может быть оправданным только в тех случаях, когда жесткость водопроводной воды превышает все допустимые нормы, либо для подготовки воды к очистке и опреснению воды при помощи обратного осмоса. Метод Na-катионирования широко известен и основан на способности синтетических катионитов, практически нерастворимых в воде, обменивать находящиеся в их составе ионы натрия на ионы кальция и магния, обуславливающие жесткость воды. Физико-химические основы и особенности метода Na-катионирования воды подробно описаны в соответствующей технической литературе.
    Процесс осуществляется в фильтрах с зернистым слоем катионита и складывается из нескольких последовательных операций, в том числе:

    • фильтрование нисходящего потока неумягченной воды со скоростью 10 — 25 м3/м2 в час через слой катионита до момента достижения приемлемого уровня жесткости в фильтрате;
    • взрыхление слоя катионита восходящим потоком неумягченной воды, подаваемым со скоростью 10 — 15 м3/м2 в час;
    • слив воды из слоя катионита (во избежание разбавления регенерирующего раствора поваренной соли);
    • регенерация катионита посредством фильтрования через слой катионита со скоростью 3 — 5 м3/м2 в час раствора поваренной соли;
    • отмывка катионита от поваренной соли неумягченной водой путем ее фильтрации через слой катионита со скоростью 8 — 10 м3/м2 в час.

    В промышленных условиях на все перечисленные вспомогательные операции затрачивают не более 2-х часов, из них на взрыхление 10 — 15 минут, на фильтрование раствора поваренной соли 15 — 30 мин, на отмывку порядка 30 мин.
    Продолжительность собственно стадии умягчения воды зависит от концентрации в воде солей жесткости и обменной емкости катионита. Для наиболее распространенного сильнокислотного отечественного катионита КУ 2-8 или его импортных аналогов динамическая обменная емкость (ДОЕ) составляет порядка 1500 г-экв. на 1 м3 слоя. Этот объем катионита позволяет полностью умягчить до 150 м3 воды с исходной жесткостью 10 г-экв./м3 при полной регенерации и 100 м3 воды при неполной регенерации.
    Удельный расход поваренной соли на 65 % регенерацию катионита оставляет 0,1 кг на 1 г-экв ДОЕ. В приведенном случае на каждую регенерацию будет затрачено 1500 х 0,65 х 0,1 = 97,5, то есть примерно 100 кг поваренной соли. Таким образом, на каждый м3 воды при полном умягчении затрачивается 1 кг соли. Например, для 100- квартирного жилого дома с суточным расходом воды 100 м3 и при условии снижения жесткости воды вдвое (до 5 мг-экв/л), т.е. при подаче на умягчение 50 м3 воды (половины суточного расхода) с последующим ее смешением с таким же количеством неумягченной воды, межрегенерационный период составит 2 суток при расходе соли в 100 кг на каждую регенерацию и удельных затратах соли 0,5 кг на каждый кубометр воды, поступающей в дом.
    3.4.8. ОБРАТНЫЙ ОСМОС. Очистка и опреснение воды обратным осмосом, которые получают все большее распространение в промышленной технологии и быту, являются баромембраннымы процессами извлечения примесей из воды. Ниже, в табл.3, приведены границы применения баромембранных процессов для извлечения из воды примесей различных линейных размеров. Для осуществления обратного осмоса давление должно превышать обратноосмотическое давление, оказываемое чистой водой через полупроницаемую мембрану (перегородку) на раствор воды, содержащий растворенные соли и примеси.
    Например, для соленой морской воды, содержащей 3,5 % солей, осмотическое давление через мембрану составляет 25 атм. Если к морской воде приложить давление 26 атм, то с противоположной стороны мембраны появится чистая вода без растворенных солей, а морская вода, к которой было приложено избыточное давление, станет еще более соленой. Для продавливания через мембрану очередной порции чистой воды потребуется еще большее давление, например, 27 атм, а концентрация растворенных солей и примесей будет продолжать увеличиваться. Наконец наступит момент, когда вместо морской воды по одну сторону от мембраны сосредоточится солевой концентрат (крепкий рассол) и для дальнейшего получения из него чистой воды потребуется чрезмерно большое давление, например 80 атм. Будет целесообразнее заранее удалить концентрат и начать очистки из новой порции морской воды. В современном непрерывном процессе опреснения морской воды методом обратного осмоса получение чистой воды и сброс концентрата синхронизованы так, что с обратноосмотической установки постоянно отводятся два потока — очищенная вода (пермеат) и концентрат.

    Таблица. 3
    Характеристика баромембранных процессов

    Наименование баромембранного процесса Отделяемые из воды объекты Линейные размеры отделяемых из воды объектов, мкм (мм) Рабочее давление, МПа (атм)
    Микрофильтрация Кристаллы осадков, коллоидные частицы, бактерии, некоторые вирусы 0,02-10
    (0,00002-0.01)
    0,1-1
    (1-10)
    Ультрафильтрация Все микроорганизмы, высокомолекулярные органические вещества 0,001 — 0,02
    (0,000001 -0,00002)
    0,2-1
    (2-10)
    Обратный осмос (нанофильтрация) Ионы и молекулы неорганических и низкомолекулярных органических веществ 0,0001-0,001
    (0,0000001-0,000001)
    1,5 -8
    (15 — 80)

    Кроме рабочего давления определяющее значение для процесса обратного осмоса имеет качество мембраны. Известны различные виды мембран, но в промышленности распространены пористые полиамидные тонкопленочные и композитные мембраны с анизотропной структурой. Пористые мембраны имеют чрезвычайно тонкий поверхностный и тонкопористый по структуре активный (селективный) слой толщиной 0,00025 — 0,00050 мм с размерами пор такого же порядка. Этот слой представляет селективный барьер для ионов и молекул неорганических и низкомолекулярных органических веществ. Растворенные в воде примеси отделяются именно этим слоем. Крупнопористый слой толщиной 0,1 — 0,2 мм, находящийся под активным слоем, является подложкой, повышающей механическую прочность мембраны. По внешнему виду мембраны изготавливают листовыми, свернутыми в рулон, трубчатыми, а также в виде полых волокон с диаметром канала 0,02 — 0,1 мм и толщиной стенки 0,01 — 0,05 мм. Иногда активный слой наносят непосредственно на пористую подложку необходимой конфигурации (так называемые композитные или комбинированные мембраны). Такие мембраны обладают большой проницаемостью при низких давлениях поступающей воды. Механизм задержки ионов солей и молекул, растворенных в воде примесей, не соответствует представлению о просеивании через поры активного слоя молекул воды и задержке порами этого слоя более крупных по размерам ионов в гидратированном состоянии или молекул органических и неорганических веществ. В настоящее время принята капиллярная модель течения воды через поры активного слоя, согласно которой на материале активного слоя в результате отрицательной адсорбции ионов сохраняется равномерная микропленка чистой воды. Если размеры пор активного слоя не превышают удвоенной толщины микропленки воды, через эти поры под давлением может проходить только чистая вода. Селективность мембран (% задержанных мембраной примесей) объясняется особыми свойствами воды в сверхтонких капиллярах активного слоя мембраны. Эти свойства связаны с потерей способности воды растворять другие вещества, например поваренную соль. Капиллярная модель мембраны хорошо объясняет снижение ее селективности с увеличением концентрации в исходной воде солей и другие явления.
    Благодаря особым свойствам новых полиамидных мембран, чрезвычайно тонкому активному слою, его высокой пористости, малому размеру пор и большой удельной поверхности, достигающей 10000 -30000 м2 на 1 м2 геометрической площади, удается достичь селективности мембраны по примесям 95-99% при давлениях ниже обратноосмотического. При продавливании воды через ничтожно малые по размерам поры активного слоя мембраны, полностью разрушается ближний тетраэдрический порядок молекулярной структуры природной воды, поскольку размеры ближнего порядка значительно превышают размеры пор активного слоя. В этом смысле, а также учитывая эффект удаления необходимых для человека растворенных веществ и микроэлементов, вода после обратноосмотической установки по минеральному составу мало отличается от дистиллированной воды и является «мертвой». Как известно, дистиллированная вода (даже без учета ее обогащения при перегонке примесями легколетучих органических веществ) всегда считалась вредной для организма человека. Таким образом, обратноосмотическая обработка воды, наряду с почти полной очисткой от токсичных примесей, сопровождается ее денатурацией и резким уменьшением содержания полезных для человека минеральных компонентов и микроэлементов. Некоторые санитарные аспекты употребления человеком воды, очищенной обратным осмосом, приведены в Приложении 1.
    Срок эксплуатации современных мембран составляет в среднем 3-5 лет, после чего мембрана подлежит замене. Для обеспечения указанного срока работы мембран, к воде, поступающей на обратноосмотическую установку, предъявляются следующие типичные требования:
    — жесткость — менее 0,2 мг-экв/л,
    — осадки, содержащие железо, марганец — менее 0,1 мг/л,
    — окисляемость воды — менее 4 мг O2/л,
    -температура — 10 — 25 град С,
    — давление воды — более 0,2 МПа.
    -отсутствие в воде активного хлора, озона и других окислителей.
    Выполнение этих требований возможно лишь после полноценной предварительной водоочистки, предусматривающей, в частности, стадии фильтрации через слой активированного угля и Na-катионита.
    3.4.9.ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ И КОНСЕРВАЦИЯ ВОДЫ СЕРЕБРОМ.
    Ионы серебра даже в очень малых концентрациях обладают способностью убивать микроорганизмы. О механизме влияния ионов серебра на бактерии существуют разные мнения. Наиболее распространена теория каталитического влияния серебра на ферментные системы микробов, в результате чего ферменты выводятся из строя, нарушаются обменные процессы в клетках бактерий и наблюдается их гибель. Под действием ионов серебра быстро погибают возбудители брюшного тифа, сальмонеллеза, дизентерии, многие вирусы, санитарно-показательные бактерии Е.Coli. Установлено, что для дезинфекции воды, предотвращения ее последующего заражения (консервации воды) достаточна концентрация серебра всего 0,02 — 0,05 мг/л. Эффективность воздействия на микроорганизмы столь низких концентраций кажется удивительной, но, безусловно, относится к области других подобных биотических воздействий малых количеств веществ, например гормонов, витаминов, микроэлементов. Бактерицидное действие ионов серебра блокируется в случае присутствия в воде осадков, поскольку последние на своей поверхности адсорбируют ионы серебра и приводят к недопустимому снижению их концентрации в растворе. Кроме того, серебро выводится из воды при фильтровании через зернистые материалы, особенно через активированный уголь. Наиболее эффективным методом введения в воду микроколичеств серебра является электролитический метод, заключающийся в постепенном анодном растворении серебряных пластин, подключенных к источнику постоянного тока напряжением от 3 до 24 В и погруженных в обеззараживаемую воду.
    3-4.10. ХЛОРИРОВАНИЕ не является безреагентным методом обработки воды и поэтому в настоящем кратком обзоре не рассматривается.

    4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА УЦВ

    На фиг. 1 показана блок-схема десятистадийной гипотетической УЦВ, в которой в определенной последовательности применены описанные выше в разд.3 безреагентные методы очистки воды. При этом на каждой очередной стадии очистки не сказывается негативное влияние предыдущей стадии. После такой УЦВ получается высококачественная питьевая вода из любой водопроводной воды даже самого низкого качества. В реальных условиях водоснабжения, как правило, использование полного набора безреагентных методов не требуется, так как водопроводная вода, поступающая в дом, уже подвергалась очистке на станции. Задачей УЦВ многоквартирного дома в таком случае является удаление остающихся в воде вредных примесей и кондиционирование воды с приданием ей благоприятных органолептических, а при необходимости, и лечебных свойств. Поэтому число стадий обработки воды значительно сокращается. Например, для улучшения качества воды из Киевского водопровода, по большинству показателей соответствующей нормативам ГОСТ 2874-82, оказалась вполне достаточной трехстадийная УЦВ (фиг.2), блок-схема которой показана на фиг.З.
    Применяемые методы очистки воды и число стадий в УЦВ должны определяться в каждом конкретном случае с учетом данных анализа воды, режима водопотребления, пожеланий жильцов, размеров производственной площадки под УЦВ, коррозионной стойкости труб, смонтированных в доме, мер безопасности, а также других концептуальных положений, приведенных в разд.2.

    5. КАПИТАЛЬНЫЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАТРАТЫ НА УЦВ

    5.1. Затраты на создание и эксплуатацию УЦВ зависят от производительности (числа квартир в доме), принятой технологии очистки воды, принятых фильтрующих материалов, типов оборудования и других факторов. Расчеты показывают, что капитальные затраты для домов с числом квартир 100 — 250 колеблются от 8000 евро в случае двухстадийной УЦВ с простым фильтрованием воды от осадка железа и других механических примесей до 54000 евро в случае шестистадийной УЦВ, где, кроме прочих стадий очистки, применены озонирование и кремневая активация воды. Умягчение воды Na-катионированием удорожает УЦВ еще на 9000 — 12000 евро. Приведенные выше основные капзатраты, впрочем, не на много увеличивают стоимость каждой отдельной квартиры и поэтому могут рассматриваться как приемлемые.
    Использование же стадии обратного осмоса может повысить стоимость УЦВ до 130000 — 180000 евро, что представляется чрезмерным. Особенности работы обратноосмотических установок и, в частности, постоянный сброс в канализацию концентрата в количестве 30 — 50 % от объема исходной воды делает маловероятной использование стадии обратного осмоса в многоквартирных домах, за исключением каких-либо экстремальных случаев.
    5.2. Основные статьи затрат при эксплуатации УЦВ состоят в следующем: ежегодная замена полипропиленовых картриджей, ультрафиолетовых ламп, прямые затраты на активированный уголь, ежегодные затраты на накопление на складе Na-катионита для полной замены через каждые 5 лет катионита в фильтрах умягчения воды, затраты на таблетированную поваренную соль (для периодической регенерации катионита), отчисления для закупки серебряных электродов ионаторов серебра, затраты на воду для собственных нужд УЦВ, на электроэнергию, трудозатраты на эксплуатацию УЦВ персонала дома, а также подрядной организации, осуществляющей ежегодное плановое обслуживание УЦВ.
    Численное значение годовых эксплуатационных затрат меняется в пределах от 300 евро для двухстадийной УЦВ с простым фильтрованием воды до более 4500 евро для шестистадийной УЦВ с озонированием и до более 10000 евро для УЦВ с умягчением Na-катионированием.
    Ежемесячные выплаты с каждой квартиры дома на эксплуатацию таких УЦВ не превысят 3-4 евро, что вполне приемлемо.

    6. ОБ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ УЦВ В МНОГОКВАРТИРНОМ ДОМЕ

    Большая часть оборудования УЦВ обычно представлено дорогостоящим импортным и время его поставки достигает 60 -90 дней. Однако такое оборудование позволяет всего за 1-3 недели выполнить все монтажные работы. Если УЦВ монтируется во вновь построенном, но еще не принятом к эксплуатации здании, во избежание случайной порчи оборудования или вследствие вандальных действий в период проведения и после окончания монтажных работ, помещение, предназначенное для размещения УЦВ, должно надежно закрываться. Смонтированную УЦВ необходимо законсервировать, защитив ее также от несанкционированного включения. Технологическая наладка и передача УЦВ персоналу дома производится уже после принятия дома в эксплуатацию. Такие работы, являются прерогативой специализированной организации, производившей монтаж установки. Указанные ограничения на сроки поставки и монтажа оборудования относятся также и к многоквартирным домам, находящимся в эксплуатации. Однако в этом случае технологическая наладка и передача техническому персоналу дома смонтированной УЦВ может быть произведена незамедлительно после окончания монтажных работ.

    7. Приложение. Отдаленные последствия, возможные при употреблении воды, очищенной методом обратного осмоса.

    Общеизвестна вредность дистиллированной воды для питья и приготовления пищи. Длительное использование человеком воды после обратного осмоса вследствие глубокой деминерализации воды, делающей ее аналогом дистиллированной воды, также вредно, поскольку приводит к дефициту в организме кальция, калия, фтора, йода, микроэлементов. В результате могут развиваться остеопороз костей, кариес зубов. Вода после очистки методом обратного осмоса противопоказана детям и молодым людям в возрасте до 20 лет, а также женщинам после 40 лет.
    Предположение, что для усвоения организмом человека всех необходимых элементов и микроэлементов достаточно, чтобы они содержались только в пище, за счет чего и компенсируется их отсутствие в питьевой воде, спорно. В действительности существует конкуренция с одной стороны процессов усвоения необходимых минералов из пищи, а с другой стороны вымывания из организма этих минералов, в частности, кальция и микроэлементов, практически, деминерализованной водой (дистиллированной либо обратноосмотической). Известно, что и при полноценном питании человека природные лечебные воды вымывают, в частности из суставов и почек, соли кальция. Кроме того, по данным из зарубежных источников установлена необходимость в питьевой воде полного спектра микроэлементов, играющих, как оказалось, роль коферментов. Их отсутствие в нужном количестве и соотношении, например вследствие очистки воды методом обратного осмоса, ослабляет активность ферментной системы человека и способствует развитию ряда патологий, в том числе диабета, заболеваний щитовидной железы, болезни Альцгеймера и др.
    Как известно, минеральный состав водопроводной воды Киева весьма благоприятен для организма человека. При условия надежной очистки водопроводной воды от токсичных примесей по изложенным выше причинам излишне и вредно использовать обратноосмотические бытовые устройства очистки воды.

    НТЦ «ЭККОМ»