Роль водоочищения и водоподготовки в обеспечении населения России экологически безопасной питьевой водой



Употребление неочищенной воды угрожает серьёзными последствиями как здоровью человека, так и состоянию бытовых приборов, и работе предприятий. Избежать этих, порой очень существенных, неприятностей позволяют различные системы очистки воды. Актуальность и практическая значимость данной статьи обосновывается необходимостью решения экологических проблем промышленного комплекса в целом и «вопросов оптимизации функционирования систем водоотведения и водопотребления для конкретного предприятия» [1, с. 7].

Проблема обеспечения населения России «физиологически полноценной питьевой водой» [2] рассматривается в трудах многих современных ученых. Отметим особую важность публикаций по данному вопросу Фрога Н.П [2], Фрога Б. Н. [1–5], Фрога Д.Б [2, 3], Скурлатова Ю. И. [3, 4, 5], Максименко П. Ю. [4], Козлова Ю. П. [4], Штамм Е. В. [4, 6], Вичутинской Е. В. [5], и др.

Мутность и цветность воды относятся к органолептическим показателям качества воды и однозначно указывают на наличие в ней примесей. Мутность зависит от концентрации в воде нерастворенных и коллоидных примесей органического и неорганического происхождения. Причиной мутности поверхностной воды являются микроорганизмы, органические коллоиды, гидроокиси железа и других металлов, ил. В скважинной воде мутность вызывается чаще всего нерастворенными минеральными веществами и присутствующими органическими веществами, просачивающимися сквозь грунтовые слои. Цветность в первую очередь зависит от кислот почвы фульвовых и гуминовых, а также различных соединений железа и марганца.

На каждом промышленном предприятии существуют технологические процессы, которые требуют использования большого количества воды. Водоснабжению, водоотведению и качеству воды необходимо уделять много внимания, т.к от этого зависит качество продукции и производительность предприятия. Достичь требуемых химических и экологических стандартов воды можно только одним способом — установкой эффективных систем фильтрации. Рассмотрим самые современные из них.

Установки фильтрации воды сзернистой загрузкой (изготовитель: ООО «ВОРОНЕЖ-АКВА») выпускаются двух типов: периодического действия, состоящая из одного фильтра и непрерывного действия, состоящая из двух фильтров, снабженных контроллерами для работы в автоматическом режиме [6].

Механические фильтры сзернистой загрузкой предназначеныдля предварительной очистки воды в автоматическом или ручном режимах работы от механических примесей, осветления, удаления железа и марганца, дехлорирования, снижения содержания органических веществ в зависимости от загрузки.

Механический фильтр с зернистой загрузкой представляет собой вертикальный корпус из металла или пластика с дренажно-распределительными устройствами, заполненный гранулированной загрузкой. Для улучшения распределения воды по сечению и уменьшения забивания отверстий нижнего дренажного устройства фильтрующая загрузка помещается на слой гравия. Процесс фильтрации заключается в пропускании воды сверху вниз через слой зернистого или пористого материала, загруженного в осветительные фильтры. При фильтровании воды твердые частицы задерживаются в толще фильтрующего материала или на его поверхности, в результате чего происходит осветление воды [7].

В определенный момент времени слой загрузки загрязняется настолько, что сопротивление фильтрации резко возрастает, а производительность падает. Повышение давления воды может привести к «пробою», т. е. к выносу грязи в чистую воду. Работу фильтра прекращают, и слой загрузки регенерируют. Регенерация зернистой загрузки (взрыхление) заключается в ее отмывке водой снизу вверх, при этом из межпорового пространства удаляются задержанные взвеси, а при соударении частиц с их поверхности удаляются налипшие загрязнения. После окончания регенерации слою загрузки дают осесть, и затем начинают фильтрацию. Первые объемы отфильтрованной воды, содержащие избыточное количество загрязнений, сбрасываются в канализацию.

Установки для очистки воды безреагентным методом «Родник» предназначены для получения хозяйственно-питьевой воды соответствующей ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая» и «СанПин 2.1.4.559–96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Отличительной особенностью систем очистки воды типа УОВ является то, что, они изготавливаются на базе новых конструкций дегазационных и фильтрационных аппаратов, а также технологии, специально разработанной для очистки подземных вод. Сущность технологии заключается в принципиально новом подходе к вопросам дегазации и аэрации воды, режимам работы и регенерации фильтрационных, сорбционных и ионообменных сооружений, учитывающие особенности качественного состава исходной воды.

Многоступенчатая безреагентная схема очистки воды, разработанная проф. Артеменком Н. Д. (кафедра «Гидравлика и водоснабжение» Сибирского государственного университета путей сообщения, г. Новосибирск), на базе многолетних научно-исследовательских работ на водоочистных объектах Тюменской и Томской областях, включает в себя: удаление из воды растворенных газов и ее аэрация; обезжелезивание воды, удаление марганца на фильтровальных сооружениях; удаление из воды фенолов и нефтепродуктов на сорбционных сооружениях; удаление из воды аммонийного азота и жесткости на сооружениях ионного обмена; удаление кремния; обеззараживание воды методом ультрафиолетового облучения.

Мобильный комплекс для очистки воды МВК-10–1 предназначен для очистки воды, взятой из природных источников 1 и 2 класса по ГОСТ 2761–84, от естественных и антропогенных загрязнений. При повышенной концентрации взвешанных веществ (источники 3 класса) должна быть обеспечена предварительная подготовка исходной воды. Получаемая в результате очистки вода соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества» и рекомендациям Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ).

В стандартной комплектации комплекс состоит из энергетического и технологического блоков и включает в себя: дизельный электроагрегат; систему удаления взвесей; узел реагентной обработки; узел грубой и тонкой фильтрации; систему обеззараживания ультрафиолетовым излучением; лабораторию экспресс-анализа воды; сорбционные (фильтрующие) загрузки; запас реагентов на 20 часов работы. Комплекс оснащен автономной системой электропитания и обогрева. В зависимости от исполнения комплекс может эксплуатироваться в различных вариантах как на базе транспортного средства, так и в стационарном положении. МВК рекомендуется применять как постоянные или временные сооружения: — в районах стихийных бедствий, техногенных аварий и других чрезвычайных ситуациях; — для вахтовых поселков газовиков и нефтяников; — в деревнях, поселках, небольших городах; — в центрах отдыха и на турбазах; — на крупных стройках [8].

Фильтровальная техника «BWT WASSERTECHNIKGMBH»

Фильтры для очистки воды, в первую очередь, проводят механическую фильтрацию, которая является абсолютно необходимым этапом водоочистки. Фильтры механической очистки промышленного и бытового назначения имеют своей главной целью удаление всевозможных крупных загрязнений, таких как, например, частицы окалины, песок и другие загрязнения. Кроме того, достаточно популярными являются фильтры обезжелезивания и деманганации, подразумевающих применение технологии фильтрования на фильтрующей загрузке, индивидуально подбирающейся для каждого конкретного случая. Также распространено фильтрование на активированном угле. Фильтры с активированным углем (промышленного и бытового назначения) очень эффективно удаляют из воды разного рода органические вещества, хлор и хлорорганические соединения, существенно улучшая органолептические свойства воды. Особой популярностью пользуются фильтры умягчители, которые очищают воду от солей жесткости (кальция и магния) и защищают от накипи [9].

Фильтры сактивированным углем AKF предназначены для удаления свободного хлора и органических соединений из воды, а также для улучшения ее органолептических свойств (удаление запаха и привкусов).

Фильтр обезжелезивания идеманганации ERF/MSF 28/21–31/42 предназначен для удаления железа и марганца из воды.

Фильтр для снижения кислотности KRF 1 1/4" предназначен для снижения кислотности (снижение содержания избыточной агрессивной углекислоты), а также одновременного повышения жесткости и рН. Это позволяет использовать очень мягкую кислую воду. Возможность применения прибл. до 6 «d карбонатной жесткости и прибл. 60 мг/ л углекислоты.

Системы умягчения Bewamat служат для уменьшения уровня жесткости и недопущения образования накипи горячего и холодного водоснабжения, для защиты водонагревательных приборов и бытовой техники, применяемой в своей работе водопроводную воду, а также для снижения расхода моющих средств.

Термический способ умягчения воды Bewamat заключается в нагревании воды, он устраняет только временную жесткость [10]. Реагентное умягчение представляет собой добавление в очищаемую жидкость соды или гашенной извести, при этом соли магния и кальция переходят в нерастворимое состояние и выпадают в осадок. Такой способ, как катионирование занимается применением ионообменной гранулированной загрузки, которая поглощает катионы жестких солей при контакте с водой. В зависимости от ионной формы, взамен отдаются ионы водорода или натрия.

Если более подробно остановиться на таком методе, как умягчение, стоит выделить умягчитель Bewamat. Система настройки остаточной жесткости, которая находится в умягчителе Bewamat, способствует осуществлению смешивания умягченной и неумягченной жидкости. У некоторых установок, обладающих биосистемой, во время каждой регенерации происходит дезинфицирование умягчителя Bewamat при помощи электрохлорирования рассола.

Производятся установки Bewamat для умягчения воды за счет ионного обмена. При этом функциональный блок установки представляет собой емкость, наполненную ионообменной смолой, которая насыщена ионами натрия. Во время контакта смолы и жестких солей происходит реакция. В результате из установки выходит мягкая жидкость.

Установки умягчения воды Euromat 100 Zиспользуются для полного или частичного умягчения питьевой и хозяйственной воды, производительностью 2,5 куб. м. в час. Они защищают трубопроводы и подключенные к ним арматуру и бойлеры от функциональных нарушений и повреждений, вызываемых известковыми отложениями. Установка Euromat 100 Z работает на основе ионообмена, управляется по времени, через таймер. Блок электронного управления переключает установку с помощью 5-циклового клапана управления, на один из 5 рабочих шагов (циклов) [11]. При запуске в блок управления вводится количество дней между двумя регенерациями (в зависимости от жесткости местной исходной воды), а также время начала регенерации. По достижении дня и времени начала регенерации электронный блок управления автоматически запускает регенерацию колонки умягчителя. Во время регенерации потребителю через байпас, встроенный в клапане управления, подается неумягченная вода.

Промышленные засыпные фильтры представляют из себя стальную или стекловолоконную емкость с автоматическим или ручным управлением.

Таблица 1

Промышленные засыпные фильтры

Фильтры осветлители серии EST	Удаление мутности, песка, коллоидов иокисленного железа
Окислительные фильтры серии EIM	Удаление железа, марганца, сероводорода
Ионообменные фильтры умягчители серии LM-FM	Удаление солей жесткости (кальций, магний)
Универсальные фильтры АКВАТРОНИК серии LM-FMN	Умягчение, а также удаление железа, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых металлов, органических соединений
Адсорбционные фильтры серииECT	Улучшение органолептических показателей (вкус, цвет, запах). Удаление остаточного хлора, растворенных газов, органических соединений

Установки очистки воды серии фаворит («ВОДА ОТЕЧЕСТВА») состоят из самостоятельных блоков: предфильтрации, сорбции, и, в случае необходимости, ультрафиолетового обеззараживания, что позволяет, в зависимости от качества исходной воды, выбрать оптимальное сочетание блоков в установке. Принцип действия установок очистки воды серии «Фаворит» основан на применении предварительной механической очистки (сетчатые фильтры и фильтры механической очистки) и сорбционной очистки на основе современных сорбционных углеволокнистых материалов, применяемых в бытовых фильтрах серии «Лидер», а так же ультрафиолетового обеззараживания. Установки очистки воды серии «Фаворит» предназначены для очистки (доочистки) воды из систем централизованного водоснабжения: в больницах, детских учреждениях, санаторно-курортных комплексах, общественных зданиях, на небольших промышленных и с/х объектах (хлебопекарнях, пивзаводах, кафе, ресторанах, химчистках, прачечных и т. д.). Установка обезжелезивания со сменным элементом ЭФС 750–КFe обеспечивает удаление растворенного железа (до 1 мг/л) и марганца Сероводород и железизстые бактерии в воде присутствовать не должны. pH — не менее 7 [12].

Фильтры осадочные предназначены для удаления из воды взвесей, коллоидных частиц, нерастворимых примесей и используются для осветления воды.

Очистка воды через осадочный фильтр обычно является первым этапом всего водоочистного процесса. Они входят в группу засыпных фильтров и состоят из фильтрационной колонны — вертикального бака цилиндрической формы, в который засыпается фильтрующая среда. Это материалы, способные удержать на своей поверхности твёрдые или коллоидные частицы: диоксид кремния, кварцевый песок, мелкий гравий, антрациты, алюмосиликаты, гранат, керамзит и прочее.

Осветление воды фильтрованием заключается в задержке загрязнений (механических примесей) при пропускании их через засыпной фильтрующий элемент. Промывка фильтра производится без применения химических веществ, путем взрыхления материала фильтра и последующей промывки фильтра чистой водой в направлении противоположном исходному. Данный фильтр не требует химической регенерации.

Кампания ООО «Бытовая экология» производит два вида осадочных фильтров: сетчатые (для очистки воды от взвешенных частиц) и полипропиленовые (для очистки воды от взвешенных частиц, снижения мутности воды и содержания нефтепродуктов).

Фильтры ионообменные предназначены для удаления из воды растворенных катионов металлов, снижения общей жесткости воды и удаления аммония. Фильтры бактерицидные применяются индивидуально или в составе станций подготовки пищевой воды.

Фильтры сорбционные. Фильтроэлемент изготовлен из пористого титана. Предназначены для обеззараживания и улучшения органолептических показателей воды.

Станции комплексной очистки воды создаются на базе двух или более модулей.

Установки микроочистки воды УМВ (ООО ЦЕНТР «Бытовая экология»)предназначены для очистки холодной и горячей воды централизованных и децентрализованных источников водоснабжения. Они обеспечивают очистку воды от механических примесей, свободного хлора, солей тяжелых металлов, нитратов, железа, алюминия, нефтепродуктов, четыреххлористого углерода, улучшают органолептические свойства воды без изменения ее минерального состава и значительно снижают содержание других вредных веществ. Фильтры с картриджами из пористого титана, кроме того, снижают содержание бактерий группы кишечных палочек и кишечных вирусов.

Фильтры для очистки воды кампании «Кинетико»— высокотехнологичные системы, которые очищают воду от известных механических примесей и посторонних химических компонентов. Под брендом «Кинетико» выпускаются изделия, предназначенные для очистки воды для нужд промышленных объектов, подготовки воды для производственных задач и частного потребления.

Несомненными преимуществами Kinetico являются полная независимость от энергообеспечения, непрерывность действия, а также возможность настроек качества подачи обработанной воды. Очистительное оборудование эффективно устраняет: солевые примеси; остатки органических соединений; мельчайшие взвешенные частицы; растворенные частицы железа и марганца.

Фильтры PF mприменяются для тонкой очистки воды из сетей, в состав которых входит водонапорная башня, воды муниципальных водопроводов, которая прошла централизованную обработку на специальных станциях водоподготовки, но из-за большой протяженности магистралей, материала и срока эксплуатации труб обычно содержит большое количество окисленного железа, может обладать повышенной мутностью, содержать механические примеси. Так же фильтры применяются в системах удаления предварительно окисленного железа (при помощи аэрации либо дозирования окислителя), и при подачи воды из открытых источников.

В качестве фильтрующего материала, используется керамическая среда Macrolite®. Благодаря форме и текстуре сферических гранул Macrolite®, позволяет удалить, без предварительной коагуляции и флокуляции, механические загрязнения, взвеси, ил, частицы окисленного железа размером 3–5 микрон. Кроме того, керамическая среда химически нейтральна, не подвержена стиранию и крошению (как другие фильтрующие среды). Эти свойства, позволяют использовать её более 10 лет без замены и дополнительной досыпки.

Системы умягчения воды KINETICOCONDITIONERпредназначены для снижения концентрации солей жесткости в воде при работе в непрерывном режиме. Конструкции позволяет работу как в режиме Alternating (один фильтр находится в работе, другой в стадии регенерации или ожидания). Одна из уникальных новинок, которая сравнительно недавно стала доступна российскому потребителю — фильтрационные системы, снабженные энергонезависимыми гидравлическими модулями управления.

Такие системы используют для управления не электрическую, а кинетическую энергию — энергию входного потока воды, которую очищают. В них нет дорогостоящих электрических таймеров и микропроцессоров, которые в случае выхода из строя требуется ремонтировать или заменять.

Системы умягчения воды Kinetico серии Mach предназначены для снижения концентрации солей жесткости в воде при работе в непрерывном режиме. Конструкции позволяет работу как в режиме Alternating (один фильтр находится в работе, другой в стадии регенерации или ожидания), так и в режиме Overdrive (оба фильтра находятся в работе, что повышает производительность систем почти в 2 раза). Системы Kinetico серии Mach работают полностью в автоматическом режиме, обеспечивая высокое качество очищенной воды и непрерывность работы фильтров. Полностью настраиваемая конфигурация обеспечивает максимальную гибкость в эксплуатации. Такие системы подходят как для коттеджей и загородных домов, так и для промышленных производств.

Фильтры «КЛИНВАР-ФП (ФМГ)"— фильтры для промышленной очистки воды «КЛИНВАР-ФП (ФМГ)" — это эффективные фильтры-водоочистители с фильтрующими патронами на основе волокнистого полипропилена по ГОСТ 26996–86 марок 21060–16.21030–16, которые позволяют очистить воду от ржавчины, песка и других механических загрязнений размером более 0,5 (5) микрон [12].

Механические фильтры для промышленной очистки воды серии «КЛИНАР-ФП(ФМГ)" предназначены для очистки горячей воды (до 112^о С) от механических загрязнения (муть, ржавчина, песок и др.) из систем централизованного водоснабжения, скважин, колодцев и открытых водоемов. Механические фильтры «КЛИНАР-ФП (ФМГ)" предназначены для промышленной очистки горячей воды.

Принцип работы промышленных фильтров для очистки воды. Основными компонентами, входящими в состав фильтра, являются надежный корпус и размещающийся внутри фильтрующий патрон. В верхней части устройства расположен входной патрубок, через который в корпус фильтра попадает загрязненная вода. Проходя через фильтрующий патрон, вода очищается от механических примесей и других загрязнений. Затем очищенная жидкость просто выходит через выходной патрубок, расположенный снизу, будучи пригодной к использованию.

Системы для удаления органических соединений KOSAR ИKOSARTA (ООО «КФ ЦЕНТР») предназначены для удаление из воды природных органических веществ (особенно танинов и органического железа), придающих воде цветность и запах на предприятиях пищевой, металлургической, нефтехимической, фармацевтической, парфюмерной и др. отраслей промышленности, в котельных и др. объекты ЖКХ. Фильтрующий материал — макропористая ионообменная смола (анионит-органопоглотитель), предназначенная для удаления больших органических молекул, придающих цветность поверхностным водам, управление работой: автоматическое: с помощью электромеханического или электронного управляющего механизма по объему обработанной воды (счетчик); ручное: с помощью механического управляющего механизма по объему обработанной воды или через определенные промежутки времени (определяется оператором).

Системы очистки воды могут использоваться для питьевого водоснабжения отдельных домов, коттеджей, небольших поселков, промышленных объектов, сельхозпредприятий, объектов общественного питания, учреждений здравоохранения и т. д. Установки имеют модульную схему компоновки, состав и конструкция которых определяются в зависимости от характера и степени загрязнения исходной воды, суточной производительности и уровня автоматизации. Системы очистки воды могут монтироваться в стационарных помещениях предоставленных потребителем или поставляться в блок-боксах (вагончиках). Станции могут использоваться для доочистки питьевой воды с забором ее из городских водопроводных сетей.

Таким образом, использование систем водоподготовки и водоочистки позволяет добиться бесперебойного снабжения производства и населения водой надлежащего качества, а также «обеспечения экологической безопасности и технологического нормирования сбрасываемых стоков» [1, С.7–8].

Литература:

1. Фрог Б. Н. Экологическая безопасность и обеспечение нормированного сброса сточных вод Усть-Илимского лесопромышленного комплекса в р. Ангара. Автореф. дисс. к.и.н. М., 2011. — 26 с.
2. Фрог Н. П, Фрог Б. Н., Фрог Д. Б. Обеспечение населения России физиологически полноценной питьевой водой (проект «третий кран»)//«Водоочистка, Водоподготовка, Водоснабжение», 2009 г., № 1.
3. Фрог Б. Н., Фрог Д. Б., Скурлатов Ю. И. Эколого-химические аспекты процессов водоочистки и водоподготовки//Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2008. № 2. С. 35–47.
4. Максименко П. Ю., Скурлатов Ю. И., Козлов Ю. П., Фрог Б. Н., Штамм Е. В., Козлова Н. Б. Вероятная роль серосодержащих соединений в формировании токсических свойств сточных вод целлюлозно-бумажного производства // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2000. № 4. С. 63–70.
5. Фрог Б. Н., Скурлатов Ю. И., Штамм Е. В., Вичутинская Е. В. Влияние водорастворимых соединений восстановленной серы на токсические свойства природных и сточных вод // Вестник МГСУ. 2012. № 6. С. 105–113.
6. Воронеж-Аква. Оборудование. URL: http://www.voronezh-aqua.ru/products/vodopodgotovka/mekhanicheskie-filtry-s-zernistoy-zagruzkoy/ (дата обращения 11.12.2016).
7. Системы очистки воды УОВ-2,5, УОВ-10 и УОВ-50. Призма. URL:http://www.ooo-prizma.ru/ochistka-vody/ochistka-pitevoy-vody/ochistka-vody-uov50.html (дата обращения 14.12.2016).
8. Мобильный водоочистной комплекс МВК-10–1. Международная экологическая биржа. URL: http://www.ecointernexchange.com/rus/15/10/28/index.php. (дата обращения 9.12.2016).
9. Фильтры водоочистки промышленного и бытового назначения. BWTGroup URL: http://www.bwt.ru/products/ (дата обращения 21.12.2016).
10. Установка умягчения воды Euromat 100 Z. ПитерКомфорт. URL: http://www.pitercomfort.ru/catalog/vodopodgotovka/filtry_ionno_obmennogo_umyagcheniya_vody/509/ (дата обращения 10.12.2016).
11. Установка умягчения Euromat 100 Z/WZ. FERRONGroup URL: http://ferrongroup.ru/store/catalog/cistemy-vodopodgotovki/umyagchenie-vody/euromat-100-se-wz-11193/ (дата обращения 11.12.2016).
12. Водоподготовка. Новые разработки в области очистки воды! URL: http://ovt.foodset.ru/ (дата обращения 15.12.2016).