Фильтры для очистки воды

Цинк. Цинк является микроэлементом и входит в состав некоторых ферментов. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астмоподобных явлениях и др. ПДК цинка в воде водоемов составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – общесанитарный.

Кадмий. Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма – органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы. ПДК кадмия в воде водоемов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Ртуть. Ртуть относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей. Соединения ртути вызывают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, сердца, сосудов, нарушения иммунной системы организма и другие. ПДК ртути в воде водоемов составляет 0,0005 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Свинец. Соединения свинца – яды, действующие на все живое, но вызывающие изменения особенно в нервной системе, крови и сосудах. Органические соединения свинца (тетраметилсвинец, тетраэтилсвинец) – сильные нервные яды, являются активными ингибиторами обменных процессов. Для всех соединений свинца характерно кумулятивное действие. ПДК свинца в воде водоемов составляет 0,03 мг/л, лимитирующий показатель – санитарно-токсикологический.

Рис. 1. Характер эффекта, оказываемого элементом на организмы, в зависимости от его концентрации в воде: а – токсиканты, b – микроэлементы.

Органические вещества

Спектр органических примесей очень широк:

• группа растворенных примесей:

• гуминовые кислоты и их соли;

• гуматы натрия, калия, аммония;

• некоторые примеси промышленного происхождения;

• часть аминокислот и белков;

• группа нерастворенных примесей:

• фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли;

• гуматы кальция, магния, железа;

• жиры различного происхождения;

• частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко).

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2-, NO-2, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше.

В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально.

Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

Окисляемость перманганатная измеряется мгО/л, если учитывается масса ионов кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnО₄/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики» – табл. 13.

Таблица 13. Характеристика вод по перманганатной окисляемости

Интегральные показатели качества вод – индексы качества

Каждый из показателей качества воды в отдельности хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, т. к. не позволяет судить о значениях других показателей. Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

Гидрохимический индекс загрязнения воды

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных концентраций компонентов, т. е. отношение их фактических концентраций к ПДК.

Сумма приведенных концентраций может рассчитываться только для химических веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности – органолептическим и санитарно-токсикологическим.

При наличии результатов анализов по достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяются по индексу загрязнения воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма:

где С_ί – фактическая средняя концентрация ί-й примеси за контролируемый период, мг/л;

ПДК_ί – предел допускаемой концентрации ί-й примеси, мг/л; N – количество примесей. Должны анализироваться не менее 7 примесей, которые в данном водоисточнике считаются наиболее значимыми по санитарно-токсикологическому признаку.

Значение ИЗВ рассчитывают для каждого пункта отбора проб (створа). Далее по таблице 15, в зависимости от значения ИЗВ, определяют класс качества воды.

Таблица 14. Характеристики интегральной оценки качества воды

В число 7 основных, так называемых «лимитируемых» показателей, при расчете ИЗВ в обязательном порядке входят: концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще четырех показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными или имеющих наибольшие приведенные концентрации.

Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей вредностью).

Задачи интегральной оценки качества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т. к. для окончательного вывода о классе качества воды необходимы результаты анализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода.

Микробиологические показатели

Уровень загрязненности и класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей. Одна из классификаций приведена в таблице 14.

Таблица 15. Оценка качества вод по микробиологическим показателям

Нормативно-технические документы водно-санитарного законодательства

Вода, которую используют люди, живущие в самых различных условиях, поступает из многих источников. Это могут быть реки и озера, болота, другие водотоки и водоемы, колодцы и артезианские скважины. Соответственно, вода, добываемая из разных по происхождению источников, различается по своим качествам и свойствам.

Существует большая вероятность того, что даже вода из близко расположенных друг к другу источников будет значительно отличаться по качеству.

Промышленные предприятия, здравницы, коммерческие компании, больницы и прочие лечебные учреждения, сельские жители и жители мегаполисов – все предъявляют свои, особые, требования к качеству воды.

Именно поэтому фильтрация воды необходима тогда, когда качество воды не отвечает требованиям потребителей.

Требования к качеству и безопасности воды установлены в следующих основных нормативных документах, перечисленных в таблице.

Существуют также технологические нормативы и требования, связанные с проектированием систем водоподготовки:

Для обеспечения требований, предъявляемых к очищенной воде, выбору метода очистки и оборудования, обязательно нужно учитывать три важнейших параметра, а именно:

• происхождение и состав исходной воды – данные, получаемые в результате химического анализа воды. Анализ воды позволяет определить, от каких загрязняющих компонентов следует (или желательно) очистить воду;

• конечные цели использования воды в каждом конкретном случае (какая именно степень очистки необходима в конкретном случае);

• требуемое потребителю количество очищенной воды (производительность системы очистки).

Водопотребление

Водопотребление является важнейшим показателем, который используется при учете расхода воды. Данный параметр необходим на стадии проектирования систем водоснабжения и при их дальнейшей эксплуатации.

В процессе проектирования систем водоснабжения для различных объектов и целей, самым главным вопросом является расчет максимального количества необходимой воды должного качества. При этом учитываются различные показатели и критерии, из которых складывается общая картина необходимого количества (расхода) воды.

Централизованная система водоснабжения в России построена таким образом, что вся поступающая в дом или квартиру вода является водой питьевых стандартов. Поэтому и вода в бачке вашего унитаза является, по сути, питьевой.

При проектировании индивидуальной системы водоснабжения правильнее разделять воду на три потока по назначению. Первый поток – это вода для хозяйственных нужд (техническая), второй – вода санитарного назначения и третий – вода для питьевых нужд.

Во всех трех случаях требования к качеству воды будут разные, т. к. если всю воду довести до стандарта – питьевая, – то это потребует больших финансовых затрат.

Получение воды для хозяйственных нужд технически не сложно. Из нее нужно убрать механические взвеси и понизить концентрацию вредных веществ до разумных (приемлемых) значений. Эту воду можно использовать для полива растений, слива в системах канализации и других бытовых целях. Система очистки воды при этом будет простой и дешевой. Для подготовки воды санитарного назначения может потребоваться многостадийная очистка воды (умягчение, обезжелезивание, фильтрация на фильтрах тонкой очистки, улучшение органолептических свойств воды – запаха, цветности и т. д.). Обработанную на этой стадии воду можно применять в системах горячего водоснабжения, подавать в посудомоечные и стиральные машины, использовать для гигиенических процедур.

Последней, самой ответственной частью системы очистки воды является получение питьевой воды. Для этого применяют различные фильтры тонкой очистки, системы многоступенчатой очистки, включая системы с технологией обратного осмоса. При расчетах необходимого расхода желательно руководствоваться СНиП 2.04.01–85 и, в зависимости от благоустройства и оснащения жилья бытовыми приборами, можно принять величину социальной потребности – 150–200 л/сутки на человека. В домах с повышенным уровнем комфортности цифра возрастает до 250–400 л/сутки на человека. Количество питьевой воды, рекомендуемой для применения в расчетах – 5 литров на человека в сутки. Потребление технической воды индивидуально, т. к. ее используют для мойки машин, садового инвентаря, дорожек, полива растений и т. д., и потребность в этом у всех разная. Рекомендуем принять для расчета среднее значение – 50 литров хозяйственно-бытовой воды в сутки.

Для подбора систем водоподготовки важнейшим параметром является пиковое потребление воды (л/мин) и суточное потребление воды (л/сутки). При расчете пикового потребления необходимо учитывать вероятность одновременного открытия нескольких кранов. Например, если даже в доме проживает семья из 5 человек, то вряд ли они все одновременно будут принимать душ или мыть руки.

Рассчитаем максимальное единовременное потребление санитарной воды, в л/мин по формуле:

10 л/мин × ½ от количества проживающих людей.

Таким образом, для семьи из 5 человек получается:

10 л/мин × ½ × 5 чел = 25 л/мин,

где 10 л/мин – средний расход воды на один сантехприбор.

Параметр пикового потребления воды является главным для подбора производительности системы очистки. Неправильно подобранное по производительности оборудование не обеспечит нужной степени очистки и может привести к проскоку неочищенной воды.

Расчет суточного потребления санитарной воды производится, исходя из количества проживающих и средней нормы расхода на одного потребителя.

Для семьи из 5 человек:

5 × 300 л/сутки = 1500 л/сутки, где 300 л/сутки – норма расхода потребителя См. табл. 17: жилые дома квартирного типа с водопроводом, канализацией и ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованными душами).

Часто возникает вопрос о соотношении холодной и горячей воды при суточном расходе. Для упрощенных расчетов можно принять следующие соотношения: 60 % – холодной воды, 40 % – горячей.

Таким образом, при подборе оборудования для водоподготовки можно использовать следующие параметры: среднесуточное потребление на человека – 300 л, из них: питьевой – 5 л, холодной санитарной – 145 л, горячей – 100 л, хозяйственно-бытовой (технической) – 50 л.

Вот почему существует три ступени фильтрации:

• первая – фильтрация всей воды – бытовой, санитарной и питьевой;

• вторая – санитарной и питьевой;