Все о Воде


Круговорот воды в природе
Непрекращающийся круговорот воды начинается от пара в атмосфере. Атмосферные пары и вода в озерах и океанах защищают от крайней жары и холода. В атмосфере не происходит хи- мического соединения различных веществ. Каждое вещество сохраняет свои отличительные особенности.

Атмосферная вода

Миллионы частиц водяного пара, соединяясь, образуют капельки воды. Увеличиваясь, капля становится настолько тяжелой, что выпадает на землю в виде осадков: дождя, снега, мелкой крупы, града и росы. Установлено, что ежесекундно на землю выпадает 16 миллионов тонн всех форм осадков. В процессе испарения эта влага возвращается обратно в атмосферу. В природе эти процессы сбалансированы: осадки количественно соответствуют испарению. Выпадая на землю в непрекращающемся цикле циркуляции влаги, вода очищает землю и воздух. Вы, несомненно, не раз замечали, как после сильного дождя воздух пахнет свежестью. Это происходит из-за того, что во время дождя вода впитывает взвешенные в воздухе твердые частицы (пыль, грязь и копоть), газы, запахи и другие загрязнения. Хотя в процессе выпадения осадков может удаляться очень большое количество загрязнений, полной очистки все же не происходит. Во время осадков влага впитываеn атмосферные газы, так как они частично растворимы в воде. Так, вода впитывает и растворяет углекислый газ, давая раствор углекислоты. Концентрация свободного углекислого газа в атмосфере находится в диапазоне от 2 до 6 мг/л. Любое количество свободного углекислого газа, превышающее 1-2 мг/л, производится не в самой атмосфере, а приходит из других источников, таких как дымоходы, и дым промышленных предприятий. Также дождевая вода впитывает серную кислоту, содержащуюся в дыме от сгорания угля над городами. Кроме того, вода может впитывать бактерии и споры микроорганизмов. При выпадении осадков в течение какого-то периода та их часть, которая выпадает вначале, содержит намного больше твердых взвесей чем та, которая выпадает позднее. Из всех форм осадков наименьшее содержание минеральных веществ наблюдается в снеге, выпадающем высоко в горах. Причина этого в том, что на большой высоте содержится наименьшее количество пыли. В результате во многих горных ручьях, наполняющихся от таяния высокогорного снега, содержание минеральных веществ чрезвычайно низкое. Обычно, когда такая вода достигает земли, она немного кислая, агрессивная и относительно мягкая (но не настолько мягкая, насколько ее может смягчить человек при помощи своих средств обработки воды). Когда вода достигает земли, она может так-же впитать дополнительно некоторое количество углекислого газа из разлагающегося растительного вещества. Такой катализатор еще более увеличивает способность воды растворять минеральные вещества и другие загрязнения над и под поверхностью. 30 процентов осадков, которые не испаряются сразу обратно в атмосферу, либо просачиваются глубоко в почву, либо достигают рек и озер и в итоге попадают в океан. Определенный процент осадков превращается в поверхностные стоки. При этом в воду попадают дополнительные минеральные вещества, увеличивающие ее жесткость, в виде частиц глины, ила, разложившихся животных и растительных тканей. Не все стоки агрессивны. В местах, где имеется бурная растительность и пологие склоны, течение воды почти незаметно. При таких условиях вода впитывает большое количество неприятных запахов, вкусов и цветов от разлагающихся растительных и животных организмов. Лишь часть всех осадков просачивается в почву. Любопытен тот факт, что при просачивании в почву вода частично очищается от загрязне- ний, впитанных ею в воздухе и на земле. Но, хотя почвенная структура отфильтровывает определенный процент загрязнений, все же это отличные условия для растворения в воде большого количества минеральных веществ, содержащихся в почве. При этом, очевидно, помимо всего прочего увеличивается жесткость и содержание железа в воде. Вода, просачивающаяся в почву, начинает свой долгий путь по подземным трещинам и кавернам. Этот путь может продлиться годы, прежде чем вода вновь выйдет на поверхность.

Грунтовые воды

Как правило, в грунтовых водах содержится большее количество растворенных минеральных веществ, чем в поверхностных вод-ных ресурсах. Но при просачивании воды сквозь песок, глину и горные породы она теряет большое количество взвесей, цветовых и бактериальных загрязнений, полученных на поверхности. Поэтому глубокие колодцы дают чистую, бесцветную воду, имеющую низкое содержание бактерий и высокую минерализацию. Однако существует ряд исключений, затрудняющих такое обобщение. Ключевая вода также является источником грунтовых вод. В целом в ней содержится значительное количество минеральных веществ. При употреблении грунтовой воды необходимо учитывать следующие основные моменты:
1. Содержание жестких и других минеральных веществ в ней, как правило, превышает эти же показатели для поверхностных вод втой же местности.
2. В большинстве колодезных источников содержатся железо и марганец.
3. Иногда отмечается наличие сероводорода.
4. Обычно затраты на добычу грунтовых вод превышают затраты на добычу поверхностных вод.
5. Минерализация вод из разных колодцев может существенно различаться, даже если колодцы расположены близко друг от друга.
6. При добыче существует фактор неоднозначности.
7. Ограниченная возможность бактериального заражения по сравнению с поверхностными водами.
8. Как правило, грунтовые воды более одно- родны по минерализации, температуре и прочим параметрам, чем поверхностные воды.

Поверхностные воды

В качестве поверхностных вод, как правило,называются, например, озера, реки, водохранилища и пруды. Эти объекты получают воду непосредственно из осадков и поверхностных стоков. Также они частично получают воду из подземных источников, питающихся от грунтовых вод. Хотя поверхностной воде, как правило, присуще то преимущество, что она имеет более низкую минерализацию, у нее существует и ряд недостатков:
1. Содержание большого количества зараженных тканей делает такую воду непригодной для употребления человеком без соответствующей очистки.
2. Многие источники поверхностных вод загрязняются промышленными и бытовыми отходами.
3. Поверхностные стоки переносят в воду грязь и разлагающуюся растительность.
4. Вода может содержать продукты человеческой и животной жизнедеятельности.
5. Зачастую такая вода является хорошей средой для жизни водорослей и бактерий.
Независимо от органического и минерального состава водяного источника, глубокие колодцы и большие озера обеспечивают ежесезонное снабжение водой относительно однородного качества. Небольшие водные объекты, неглубокие колодцы и источники, напротив, демонстрируют сезонные и даже дневные изменения минерализации.

Проблемы с водой

Как Вы наверное догадываетесь, речь здесь пойдет не о проблемах водоснабжения как такового. Предполагается, что вода в Вашем доме, квартире, офисе, на предприятии, да и вообще в городе или поселке все-таки есть. Однако, в большинстве случаев вода, поступающая из скважины, а зачастую и из муниципальной водопроводной системы, нуждается в предварительной обработке, целью которой является доведение качества воды до действующих нормативов. Судить о качестве воды и ее соответствии или несоответствии установленным нормам можно только на основании максимально полного химического и бактериологического анализа. Только на основе анализа можно делать окончательный вывод о той проблеме или комплексе проблем, с которыми придется иметь дело. Основные неприятности c водой, с которыми приходится сталкиваться пользователямследующие: Наличие в воде нерастворенных механических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а также коллоидных веществ. Их присутст- вие в воде приводит к ускоренному абразивному износу сантехники и труб, а также к их засорению. Присутствие в воде растворенного железа и марганца. Такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтоватобурую окраску, что является причиной ржавых подтеков на сантехнике. При повышенном содержа нии железа вода также приобретает характерный "железистый" привкус. Жесткость, которая определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния. При их высоком содержании возможны выпадение осадка и появление белесых разводов на поверхности ванны, мойки и т.д. Соли кальция и магния, назы- ваемые также солями жесткости, являются причиной возникновения всем хорошо известной накипи. Сравнительно безобидная в чайнике накипь, откладываясь на стенках водонагревательных устройств (бойлеров, колонок и т.п.), а также на стенках труб в линии горячей воды, нарушает процесс теплообмена. Это приводит к перегреву нагревательных элементов, перерасходу электроэнергии и газа. Отложение накипи является причи- ной до 90% аварий водонагревателей. Наличие в воде неприятного привкуса, запаха и цветности. На эти три параметра, которые принято называть органолептическими показателями, могут оказывать влияние находящиеся в воде органические вещества, остаточный хлор, сероводород. Бактериологическая загрязненность. Вызвана наличием в воде различных микробов или бактерий. Некоторые из них могут представлять непосредственную угрозу здоровью и жизни человека, но даже сравнительно безопасные бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели воды, но и, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны создавать ядовитые и канцерогенные соединения. Естественно, что приведенный выше список не исчерпывает всего многообразия проблем, возникающих с водой, однако знакомит Вас с основными из них. Вопреки расхо жему мнению, вероятность столкнуться с содержащимися в воде тяжелыми металлами, нитратами, пестицидами, радионуклидами и т.п. достаточно мала, хотя и не исключена. В настоящее время существует множество устройств, позволяющих довести исходную воду практически любого качества до уровня, соответствующего самым строгим нормативам. Разные виды оборудования отличаются как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. Наибольшее распространение получили механические, химические, адсорбционные и мембранные методы очистки.

Общие физико-химические показатели

В данной таблице приведены параметры, нормируемые в России и за рубежом, а также ряд других параметров, часто употребляемых в водоподготовке. Многие из этих величин вообще не нормируются и, тем не менее, важны для оценки физико-химических свойств воды. Как правило, эти дополнительные параметры не только непосредственно определяют качество воды, но, главным образом, содержат информацию, без которой невозможно подобрать оптимальную схему очистки воды.

Водородный показатель

Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода вводе.Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. pH = -log[H+]. Если говорить проще, то величина рН определяется количественным соотношением в воде ионов Н+ и ОН–, образующихся при диссоциации воды. Если в воде пониженное содержание свободных ионов водородаm (рН>7) по сравнению с ионами ОН–, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ (рН<7)- кислую. В идеально чистой дистиллированной воде эти ионы будут уравновешивать друг друга. В таких случаях вода нейтральна и рН=7. При растворении в воде различных химических веществ этот баланс может быть нарушен, что приводит к изменению уровня рН. Очень часто показатель рН путают с такими параметрами, как кислотность и щелочность воды. Важно понимать разницу между ними. Главное заключается в том, что рН – это показатель интенсивности, но не количества. То есть, рН отражает степень кислотности или щелочности среды, в то время как кислотность и щелочность характеризуют количест- венное содержание в воде веществ, способных нейтрализовывать соответственно щелочи и кислоты. В качестве аналогии мож- но привести пример с температурой, которая характеризует степень нагрева вещества, но не количество тепла. Например, опустив рукув воду, мы можем сказать какая вода – прохладная или теплая, но при этом не сможем определить, сколько в ней тепла (т.е. условно говоря, как долго эта вода будет остывать). В зависимости от уровня рН воды можно условно разделить на несколько групп:

Величина рН

Сильнокислые воды < 3
Кислые воды 3–5
Слабокислые воды 5–6,5
Нейтральные воды 6,5–7,5
Слабощелочные воды 7,5–8,5
Щелочные воды 8,5–9,5
Сильнощелочные воды > 9,5
pH воды – один из важнейших рабочих показателей качества воды, во многом определяющих характер химических и биологи ческих процессов, происходящих в воде. В зависимости от величины pH может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д. Контроль уровня рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его "уход" в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Оптимальная требуемая величина рН варьируется для различных систем водоочистки в соответствии с составом воды, характером материалов, применяемых в системе распределения, а также в зависимости от применяемых методов водообработки. Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Так, в речных водах pH обычно находится в пределах 6,5-8,5, в атмосферных осадках 4,6-6,1, в болотах 5,5-6,0, в морских водах 7,9-8,3. Поэтому ВОЗ не предлагает какой-либо ре-

Общая минерализация

Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых твердых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся именно ввиде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде. Очень часто этот параметр путают с сухим остатком. Действительно, эти параметры очень близки между собой, но методика определения сухого остатка такова, что в результате не учитываются более летучие органические соединения, растворенные в воде. Это приводит к тому, что общая минерализация и сухой остаток могут отличаться на небольшую величину (как, правило, не более 10 %). Уровень солесодержания в питьевой воде обусловлен качеством воды в природных источниках, которые существенно варьируются в разных геологических регионах вследствие различной растворимости минералов. В зависимости от минерализации природные воды можно разделить на следующие категории:

Категория вод

Минерализация,г/дм3
Ультрапресные < 0,2
Пресные 0,2–0,5
Воды с относительно повышенной
минерализацией 0,5–1,0
Солоноватые 1,0–3,0
Соленые 3–10
Воды повышенной солености 10–35
Рассолы > 35
Кроме природных факторов, на общую минерализацию воды большое влияние оказывают промышленные сточные воды, городские ливневые стоки (особенно когда соль используется для борьбы с обледенением дорог) и т.п. По данным Всемирной Организации Здравоохранения надежные данные о возможном воздействии на здоровье повышенного солесодержания отсутствуют. Поэтому по медицинским показаниям ограничения ВОЗ не вводятся. Обычно хорошим считается вкус воды при общем солесодержании до 600 мг/л, однако уже при величинах более 1000-1200 мг/л вода может вызвать нарекания у потребителей. Поэтому по органолептическим показаниям ВОЗ рекомендован верхний предел минерализации в 1000 мг/л. Разумеется, уровень приемлемости общего солесодержания в воде сильно варьируется в зависимости от местных условий и сложившихся привычек. Вопрос о воде с низким солесодержанием также открыт. Считается, что такая вода слишком пресная и безвкусная, хотя многие тысячи людей, употребляющих обратноосмотическую воду, отличающуюся очень низким солесодержанием, наоборот находят ее более приемлемой. Отдельных слов заслуживает величина минерализации с точки зрения отложения осадков и накипи в нагревательных приборах, паровых котлах, бытовых водогрейных устройствах. В этом случае к воде применяяются специальные требования, и чем меньше уровень минерализации (особенно содержание солей жесткости), тем лучше.

Жесткость

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.

Химия жесткости

Понятие жесткости воды принято связыватьс катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают. В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.

Катионы Анионы

Кальций (Ca2+) Гидрокарбонат (HCO3–)
Магний (Mg2+) Сульфат (SO42–)
Стронций (Sr2+) Хлорид (Cl–)
Железо (Fe2+) Нитрат (NO3–)
Марганец (Mn2+) Силикат (SiO32–)
На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, ?вклад? в жесткость ничтожно малы. Анало- гично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).

Виды жесткости

Различают следующие виды жесткости.

Общая жесткость.

Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной(постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость.

Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость.

Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Единицы измерения

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский гра- дус (fo), американский градус, ppm CaCO3. Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующем виде:

Единицы жесткости воды

Моль/м3 (мг-экв/л) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.000
Немецкий градус, do. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.804
Французский градус, fo . . . . . . . . . . . . . . . . 5.005
Американский градус . . . . . . . . . . . . . . . . 50.050
ppm (мг/дм3) СаСО3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50.050
Примечание:
1. Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в воде.
2. Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде.
3. Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Происхождение жесткости

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий. Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены четыре примера классификации. Две классификации из российских источников - из справочника "Гид рохимические показатели состояния окру- жающей среды" и учебника для вузов "Водоподготовка", а две – из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986. Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более "Жесткий" подход к проблеме жесткости Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70-80 %) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60 %). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах – десятков граммов на один литр воды. В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3).

Влияние жесткости на качество Воды

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека. Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0,05-0,1 мг-экв/л). Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чув- ство жестких волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры.Признаком такого негативного воздействия является характерный скрип чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление этой защиты. Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью и ее коррозионной активностью.

Перманганатная Окисляемость

Окисляемость – это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей. Выражается этот параметр в миллиграммах кислорода, необходимого на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3 воды. Различают несколько видов окисляемости воды:
  • перманганатную,
  • бихроматную,
  • иодатную,
  • цериевую.
Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным и иодатным методами. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах – как правило, бихроматную окисляемость (называе- мую также ХПК – "химическое потребление кислорода"). Окисляемость является очень удобным комплексным параметром, позволяющим оце- нить общее загрязнение воды органическими веществами. Органические вещества, находящиеся в воде весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам. Их состав формируется как под влиянием внутриводоемных биохимических процессов, так и за счет поступления поверхностных и подземных вод, атмосферных осадков, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О2 на литр воды. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость, а значит и более "богаты" органикой по сравнению с подземными. Так, горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О2/дм3, реки равнинные – 5-12 мг О2/дм3, реки с болотным питанием – десятки миллиграммов на 1 дм3. Подземные же воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграмма О2/дм3 (исключения составляют воды в районах нефтегазовых месторождений, торфяников, в сильно заболоченных местностях).

Бихроматная окисляемость

В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, бихроматную окисляемость (ХПК) используют в качестве меры содержания органического вещества в пробе воды. Таким образом, ХПК применяют для характеристики состояния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О2/дм3.

Электропроводность

Электропроводность – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. Такой принцип измерения используется, в частности, в довольно распространенных приборах оперативного измерения общего солесодержания (так называемых TDS-метрах). Дело в том, что природные воды представляют собой растворы смесей сильных и слабых электролитов. Минеральную часть воды составляют преимущественно ионы натрия (Na+), калия (K+), кальция (Ca2+), хлора (Cl–), сульфата (SO4 2–), гидрокарбоната (HCO3). Этими ионами и обуславливается в основном электропроводность природных вод. Присутствие же других ионов, например трехвалентного и двухвалентного железа (Fe3+ и Fe2+), марганца (Mn2+), алюминия (Al3+), нитрата (NO3–), HPO4-, H2PO4– и т.п. не столь сильно влияет на электропроводность (конечно при условии, что эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах, как например, это может быть в производственных или хозяйственно-бытовых сточных водах). Погрешности же измерения возникают из-за неодинаковой удельной электропроводимости растворов различных солей, а также из-за повышения электропроводимости с увеличением температуры. Однако, современный уровень техники позволяет минимизировать эти погрешности,благодаря заранее рассчитанным и занесенным в память зависимостям. Электропроводность не нормируется, но величина 2000 мкС/см примерно соответствует общей минерализации в 1000 мг/л.

Температура

Температура – важнейший фактор, влияющий на протекающие в воде физические, химические, биохимические и биологические процессы. От температуры воды в значительной мере зависят кислородный режим, интенсивность окислительно-восстановительных процессов, активность микрофлоры и т.д. Температура воды также может повлиять и на производительность систем очистки воды. Например, производительность систем обратного осмоса очень существенно зависит от температуры воды, поступающей на мембрану. Поэтому фактор температуры учитывается во многих расчетах при построении систем очистки воды. Специальных норм, определяющих температуру воды, кроме ЕС (<25 С) никто не вводит. В рекомендациях ВОЗ сказано лишь, что температура воды "должна быть приемлемой". Говорить же о неких нормах в масштабах России практически бессмысленно, так как в силу естественных причин среднегодовая температура воды в Мурманской области и в Краснодарском крае не может быть одинаковой и пытаться привести ее к некоему общему знаменателю, как минимум не оправдано экономически. С точки зрения потребительских качеств, холодная вода, как правило, более приятна на вкус. Высокая же температура воды не только ускоряет рост микроорганизмов, но и может усугубить проблемы, связанные с привкусом, запахом, цветностью, коррозией.

Окислительновосстановительный потенциал

В справочнике по гидрохимии дано следующее определение: "Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) является мерой химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах". В переводе на более понятный неспециалисту язык это означает, что ОВП, называемый также редокс-потенциал (от английского Redox - Reduction/Oxidation), характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т.е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. Значение окислительно-восстановительного потенциала для каждой окислительновосстановительной реакции вычисляется по довольно сложной формуле, выражается в милливольтах и может иметь как положительное, так и отрицательное значение. В природной воде значение Eh колеблется от -400 до +700 мВ, что определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных и восстановительных процессов. В условиях равновесия значение ОВП определенным образом характеризует водную среду, и его величина позволяет делать некоторые общие выводы о химическом составе воды. В зависимости от значения ОВП различают несколько основных ситуаций, встречающихся в природных водах: 1. Окислительная. Характеризуется знач ниями Еh>+(100-150) мВ, присутствием в воде свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей форме своей валентности (Fe3+, Mo6+, As5-, V5+, U6+, Sr4+, Cu2+, Pb2+). Ситуация, наиболее часто встречающаяся в поверхностных водах. 2. Переходная окислительно-восстановительная. Определяется величинами Еh от 0 до +100 мВ, неустойчивым геохимическим режимом и переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов. 3. Восстановительная. Характеризуется значениями Еh<0. Типична для подземных вод, где присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe2+, Mn2+, Mo4+, V4+, U4+), а также сероводород. Окислительно-восстановительный потенциал зависит от температуры и взаимосвязан с рН. В некоторых применениях (например, в обработке воды для бассейнов) ОВП является одним из основных параметров контроля качества воды. В частности потому, что позволяет оценить эффективность обеззараживания воды. Для иллюстрации приведём таблицу зависимости продолжительности жизни типичных микроорганизмов от величины редокс-потенциала. ОВП, мВ Время жизни E-Coli, мин. 450–500 167 500–550 6 550–600 1,7 700–750 0,2 750–800 0,05

Кислотность

Кислотностью называют содержание в воде веществ, способных вступать в реакцию с гидроксид-ионами (ОН–). Кислотность воды определяется эквивалентным количеством гидроксида, необходимого для реакции. В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы аммония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH воды не бывает ниже 4,5. В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4,5. Часть общей кислотности, снижающей pH до величин <4,5, называется свободной.

Щелочность

Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот. Этот параметр также частоназывают буферной емкостью воды, имея в виду способность воды нейтрализовывать коррозионное воздействие кислот. Под общей щелочностью подразумевается сумма содержащихся в воде гидроксильных ионов (ОН–) и анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов), которые в свою очередь, гидролизуясь, образуют гидроксильные ионы. Поскольку в большинстве природных вод преобладают карбонаты, то обычно различают лишь гидрокарбонатную и карбонатную щелочность. В редких случаях, при рН>8,5 возникает гидратная щелочность. Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8,3. Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых при обработке вод для водоснабжения. Вместе со значениями рН, щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде.

Степень насыщения кислородом

Растворенный кислород находится в природной воде в виде молекул O2. На его содержание в воде влияют две группы противоположно направленных процессов: одни увеличивают концентрацию кислорода, другие уменьшают ее. К числу первых относятся: поглощение кислорода из атмосферы, выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза и поступление в водоемы с дождевыми и снеговыми водами, которые обычно перенасыщены кислородом. В артезианских водах все эти факторы практически не действуют, и поэтому кислород в таких водах отсутствует. В поверхностных же водах содержание кислорода меньше теоретически возможного в силу протекания процессов, уменьшающих его концентрацию, а именно: потребления кислорода различными организмами брожения, гниения органических остатков, реакций окисления и т.п. Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания и называется степенью насыщения кислородом. Этот параметр зависит от температуры воды, атмосферного давления и уровня минерализации. Вычисляется по формуле: M = (a*0,101308*100)/N*P, где М – степень насыщения воды кислородом, %; а – концентрация кислорода, мг/дм3; Р – атмосферное давление в данной местности, МПа. N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре и общем давлении 0,101308 Мпа, приведенная в следующей таблице: Растворимость: Температура воды, °С 0 10 20 30 40 50 60 80 100 мг О2/дм3 14,6 11,3 9,1 7,5 6,5 5,6 4,8 2,9 0,0 Концентрация кислорода определяет вели- чину окислительно-восстановительного по- тенциала и в значительной мере направле- ние и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Содержание кислорода в поверхностных водах служит косвенной характеристикой оценки качест- ва поверхностных вод. По этому показателю поверхностные водоемы можно разделить на следующие классы (См. табл. 1). Для растворенного кислорода ВОЗ не пред- лагает какой-либо величины по показаниям его влияния на здоровье. Однако резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее химическое и/или биологи- ческое загрязнение. В свою очередь, истощение растворенного кислорода в системах водоснабжения мо- жет способствовать микробиологическому восстановлению нитрата в нитрит и сульфа- та в сульфид, что вызывает появление запа- ха. Уменьшение количества кислорода при- водит также к повышению концентрации двухвалентного железа в растворе и ослож- няет его удаление. В то же время при опре- деленных условиях растворенный кислород придает воде коррозионные свойства по от- ношению к металлам и бетону. Для поверхностных вод нормальной счита- ется степень насыщения не менее 75 %.

Органолептические показатели

К числу органолептических показателей относятся те параметры качества воды, ко- торые определяют ее потребительские свойства, т.е. те свойства, которые непо- средственно влияют на органы чувств че- ловека (обоняние, осязание, зрение). Наи- более значимые из этих параметров – вкус и запах – не поддаются формальному из- мерению, поэтому их определение произ- водится экспертным путем. Работа экспер- тов, дающих оценку органолептическим свойствам воды, очень сложна и ответст- венна и во многом сродни работе дегуста- торов самых изысканных напитков, так как они должны улавливать малейшие оттенки вкуса и запаха. Химически чистая вода совершенно лишена вкуса и запаха. Однако в природе такая вода не встречается – она всегда содержит в своем составе растворенные вещества. По мере роста концентрации неорганических и органических веществ, вода начинает принимать тот или иной привкус и/или запах. С научной точки зрения, запах и вкус – это свойство веществ (в нашем случае во- ды) вызывать у человека и животных специфическое раздражение рецепторов слизистой оболочки носоглотки и языка. Механизмы вкусового и обонятельного восприятия у людей связаны между собой, и неискушенному человеку подчас довольно трудно разделить их влияние друг на друга. Поэтому мы объединили в одном пункте два этих органолептических признака, указав ниже на характер- ные признаки каждого из них. По этой же причине, хотя наличие в воде запаха и вкуса (привкуса) иногда чувствуется достаточно явно, их характер и интенсив- ность должны определять специалисты с помощью утвержденных методик. Следует также иметь в виду, что запах/привкус может появиться в воде на не- скольких этапах: в природной воде, в процессе водоподготовки, при транспор- тировке по трубопроводам. Правильное определение источника возникновения неприятностей с органолептикой – залог успешности их устранения. Основными причинами возникновения привкуса и запаха в воде являются. 1. Гниющие растения. Водоросли и водные растения в процессе гниения могут взывать рыбный, травяной, гнилостный запах воды. 2. Грибки и плесень. Эти микроорганизмы вызывают возникновение плеснево- го, землистого или затхлого запаха и привкуса. Тенденция к размножению этих микроорганизмов возникает в местах застоя воды и там, где вода может нагре- ваться (например, в системах водоснабжения больших зданий с накопительными емкостями). 3. Железистые и сернистые бактерии. Оба типа бактерий выделяют продукты жизнедеятельности, которые при разложении создают резко неприятный запах. 4. Железо, марганец, медь, цинк. Продукты коррозии этих металлов придают воде характерный резкий привкус. 5. Поваренная соль. В небольших концентрациях придает воде определенный вкус, которые многие люди считают даже привычным. Однако с ростом концент- рации приводит к возникновению солоноватого, а затем и резко соленого вкуса. 6. Промышленные отходы. Многие вещества, содержащиеся в сточных водах промышленного производства, могут вызвать сильный лекарственный или хими- ческий запах воды. В частности, проблемой являются фенольные соединения, ко- торые при хлорировании воды создают обладающие характерным запахом хлор- фенольные соединения. 7. Хлорирование воды. Вопреки широко распространенному мнению, сам хлор при правильном использовании не вызывает возникновения сколько-нибудь за- метного запаха или привкуса. Появление же такого запаха/привкуса свидетель- ствует о передозировке при хлорировании. В то же время, хлор способен всту- пать в химические реакции с различными растворенными в воде веществами, образуя при этом соединения, которые собственно и придают воде хорошо из- вестный многим запах и привкус ?хлорки?.

Запах

Запах вызывают летучие пахнущие вещест- ва. Запах воды характеризуется видами за- паха и интенсивностью. На запах воды ока- зывают влияние состав растворенных веществ, температура, значения рН и целый ряд прочих факторов. По виду специалисты различают более де- сятка типов запаха (кроме перечисленных выше – пряный, бальзамический, огуреч- ный и т.д.) Интенсивность запаха воды определяют экспертным путем при 20 ?С и 60 ?С и изме- ряют в баллах, согласно требованиям.

Вкус

Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неоргани- ческого происхождения и различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: со- леный, кислый, сладкий, горький. Все дру- гие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной, металлический, вя- жущий и т.п.). Интенсивность вкуса и привкуса определя- ют при 20 ?С и оценивают по пятибалльной системе, согласно требованиям.

Мутность

Мутность воды вызвана присутствием тон- кодисперсных взвесей органического и не- органического происхождения. Взвешен- ные вещества попадают в воду в результате смыва твердых частичек (глины, песка, ила) верхнего покрова земли дождями или талы- ми водами во время сезонных паводков, а также в результате размыва русла рек. Наи- меньшая мутность водоемов наблюдается зимой, наибольшая – весной в период па- водков и летом, в период дождей, таяния горных ледников и развития мельчайших живых организмов и водорослей, плаваю- щих в воде. Также повышение мутности во- ды может быть вызвано выделением неко- торых карбонатов, гидроксидов алюминия, высокомолекулярных органических приме- сей гумусового происхождения, появлением фито- и изопланктона, а также окислением соединений железа и марганца кислородом воздуха. Взвешенные вещества имеют различный гранулометрический состав, который харак- теризуется гидравлической крупностью, вы- ражаемой как скорость осаждения частичек при температуре 10 ?С в неподвижной воде. Мутность не только отрицательно влияет на внешний вид воды. Главным отрицательным следствием высокой мутности является то, что она защищает микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании и сти- мулирует рост бактерий. Поэтому во всех случаях, когда производится дезинфекция воды, мутность должна быть минимальной для обеспечения высокой эффективности этой процедуры. В России мутность определяют фотометри- ческим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Резуль- тат измерений выражают в мг/дм3 при ис- пользовании основной стандартной суспен- зии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы мутности на дм3) при использовании основной стан- дартной суспензии формазина. Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в запад- ной терминологии FTU (Formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/дм3. В последнее время в качестве основной во всем мире утвердилась фотометрическая методика измерения мутности по формази- ну, что нашло свое отражение в стандарте ISO 7027 (Water quality - Determination of turbidity). Согласно этому стандарту, единицей измерения мутности является FNU (Formazine Nephelometric Unit). Агентство по Охране Окружающей Среды США (U.S. EPA) и Всемирная Организация Здравоохра- нения (ВОЗ) используют единицу измерения мутности NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее: 1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зре- ния внешнего вида рекомендует, чтобы мут- ность была не выше 5 NTU (нефелометриче- ская единица мутности), а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.

Цветность

Цветностью называют показатель качества воды, характеризующий интенсивность ок- раски. Определяется цветность путем срав- нения окраски испытуемой воды с эталонами и выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Цветность природных вод может колебаться от единиц до тысяч градусов. Различают ?истинный цвет?, обусловленный только растворенными веществами, и ?кажущийся? цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных частиц. Цветность природных вод обусловлена в основном присутствием окрашенных органических веществ (главным образом соединений гуминовых и фульвовых кислот) и соединений трехвалентного железа и некоторых других металлов в виде естественных примесей или продуктов коррозии. Cточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды. Количество влияющих на цветность веществ зависит от геологических условий, водонос ных горизонтов, характера почв и т.п. Так, наибольшую цветность имеют поверхностные воды рек и озер, расположенных в зонах торфяных болот и заболоченных лесов, наименьшую – в лесостепях и степных зонах. Зимой содержание органических веществ в природных водах минимальное, в то время как весной в период половодья и паводков, а также летом в период массового развития водорослей – ?цветения? воды - оно повышается. Подземные воды, как правило, имеют меньшую цветность, чем поверхностные. Таким образом, высокая цветность является тревожным признаком, свидетельствующим о неблагополучии воды. При этом очень важно выяснить причину цветности, так как методы удаления, например и органических соединений отличаются. Наличие же органики не только ухудшает органолептические свойства воды, приводит к возникновению посторонних запахов, но и вызывает резкое снижение концентрации растворенного в воде кислорода, что может быть критично для ряда процессов водоочистки. Некоторые в принципе безвредные органические соединения, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны образовывать очень вредные и опасные для здоровья человека соединения.

Прозрачность

Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, шрифт средней жирности высотой 3,5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения. Ослабление в мутной воде интенсивности света с глубиной приводит к большему поглощению солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой воды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, снижает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение потока света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема. Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Увеличение количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных (низинных стоячих, находящихся в первой стадии заболачивания) водоемов.

Бактериологические и паразитологические показатели

Выделение и идентификация отдельных патогенных (болезнетворных) микроорганизмов в воде – задача сложная и дорогостоящая. Практически для каждого типа микроорганизмов, обитающих в воде, используется собственная методика идентификации, требующая к тому же больших затрат времени. Так как разнообразие бактерий, вирусов и простейших, которые могут быть обнаружены в воде, очень велико, то специфические тесты на отдельные патогенные организмы не применимы для рутинного анализа микробиологического качества воды. Определение в воде отдельных типов микроорганизмов напоминает поиск иголки в стоге сена, а для систематического контроля нужен быстрый, простой и по возможности единый тест. С практической точки зрения гораздо важнее часто и быстро производить один общий тест, чем редко, но целую серию специфических тестов по отдельным организмам. Такая идеология предполагает поиск неких индикаторных организмов, наблюдение за которыми позволяет контролировать микробиологическое загрязнение воды. В идеале индикаторные организмы должны удовлетворять следующим условиям: 1. Легко обнаруживаться и идентифицироваться. 2. Иметь схожую с патогенными организмами природу. 3. Присутствовать в воде в гораздо больших количествах, чем патогенные организмы. 4. Иметь жизнестойкость такую же или лучшую, чем у патогенных организмов. 5. Самим быть не патогенными (не болезнетворными). И такие организмы были найдены. Так как микробиологическое загрязнение воды происходит в большинстве случаев за счет фекальных сточных вод, то в качестве индикаторных организмов была выделена небольшая группа непатогенных бактерий (точнее условно непатогенных, так как при определенных условиях они тоже способны вызывать у человека заболевания), также содержащихся в фекальных выделениях человека и животных. К числу этих микроорганизмов относятся фекальные стрептококки, колиформные бактерии и сульфитредуцирующие клостридии. Все эти микроорганизмы относительно легко выделяются и идентифицируются, поэтому могут служить надежным индикатором фекального загрязнения воды. Эти три группы бактерий способны выживать в воде на протяжении разных периодов времени. Фекальные стрептококки способны выживать в воде непродолжительное время, поэтому их присутствие свидетельствует о недавнем загрязнении. Колиформные бактерии способны выживать в воде в течение нескольких недель и их наиболее легко идентифицировать, что обусловило их повсеместное применение в качестве основного индикаторного организма. Однако существует целый ряд микроорганизмов, более устойчивых к дезинфекции (хлорированию, облучению ультрафиолетовым светом и т.п.). При обоснованном подозрении на их наличие в воде, отсутствие фекальных стрептококков и колиформных бактерий не является гарантией бактериологической безопасности воды. В этом случае применяют такие индикаторные организмы, как сульфитредуцирующие клостридии, которые могут существовать в воде неограниченное время. С одной стороны, их наличие в воде (при отсутствии фекальных стрептококков или колиформных бактерий) свидетельствует о достаточно давнем загрязнении. Поэтому тест на клостридии особенно полезен при проверке воды из открытых водоемов или резервуаров. С другой стороны, наличие сульфитредуцирующих клостридий позволяет судить о вероятности нахождения в воде организмов, устойчивых к обеззараживанию (некоторые простейшие, например Giardia и Cryptosporidium). Особенно устойчивы к внешним факторам споры сульфитредуцирующих клостридий, что и позволяет использовать их в качестве индикаторного организма. Для более точной индикации наличия в воде простейших в России применяют также тест на цисты лямблий. В качестве индикаторного организма для энтеровирусов (кишечных вирусов человека) используются колифаги. В дополнение, необходимо отметить, что поиск в воде патогенной флоры по индикаторным организмам является косвенным. То есть, если обнаружено наличие индикаторных организмов, то следует предполагать наличие в воде и патогенных агентов. Именно поэтому в большинстве случаев нормативы требуют полного отсутствия в воде индикаторных организмов. Однако наиболее полную картину может дать только комплексное исследование по нескольким биологическим параметрам, а также, в случае обоснованных подозрений, и по отдельным специфическим микроорганизмам.

Общее микробное число

В связи с тем, что определение патогенных бактерий при биологическом анализе воды представляет собой непростую и трудоемкую задачу, в качестве критерия бактериологической загрязненности используют подсчет общего числа образующих колонии бактерий (Colony Forming Units – CFU) в 1 мл воды. Полученное значение называют общим микробным числом. В основном для выделения бактерий и подсчета общего микробного числа используют метод фильтрации через мембрану. При этом методе анализа воды определенное количество воды пропускается через специальную мембрану с размером пор порядка 0,45 мкм. В результате, на поверхности мембраны остаются все находящиеся в воде бактерии. После чего мембрану с бактериями помещают на определенное время в специальную питательную среду при температуре 30-37 ?С. Во время этого периода, называемого инкубационным, бактерии получают возможность размножиться и образовать хорошо различимые колонии, которые уже легко поддаются подсчету.

Колиформные организмы (общие колиформы)

Колиформные организмы являются удобными микробными индикаторами качества питьевой воды и в этом качестве применяются уже много лет. Связано это, в первую очередь, с тем, что они легко поддаются обнаружению и количественному подсчету. "Колиформные организмы" (или "колиформные бактерии") относятся к классу граммотрицательных бактерий, имеющих форму палочек, в основном живущих и размножающихся в нижнем отделе пищеварительного тракта человека и большинства теплокровных животных (например, домашнего скота и водо плавающих птиц) и способных ферментировать лактозу при 35-37 ?С с образованием кислоты, газа и альдегида. В воду попадают, как правило, с фекальными стоками и способны выживать в ней в течение нескольких недель, хотя и лишены (в подавляющем большинстве) способности к размножению. Исследования последних лет показывают, что наряду с традиционно относимыми к этому классу бактериями Escherichia (или E.Coli), Citrobacter, Enterobacter и Klebsiella (для которых справедливо все вышесказанное), к этому типу относятся и такие ферментирующие лактозу бактерии, как Enterobacter cloasae и Citrobadter freundii. Последние можно обнаружить не только в фекалиях, но и в окружающей среде (богатые питательные воды, почва, разлагающиеся растительные материалы и т.п.), а также в питьевой воде с относительно высокой концентрацией питательных веществ. Кроме того, сюда же относятся и виды, которые редко или совсем не обнаруживаются в фекалиях и могут размножаться в воде достаточно хорошего качества. Вышесказанное означает, что возможности применения этой группы в качестве индикатора фекального загрязнения вод ограничено. Тем не менее, хотя колиформные организмы не всегда напрямую связаны с наличием в воде патогенных агентов, колиформный тест вполне применим для контроля микробиологического качества очистки воды, подаваемой в системы водоснабжения. Согласно рекомендациям ВОЗ, колиформные бактерии не должны обнаруживаться в сисемах водоснабжения с подготовленной водой. Допускается случайное попадание колиформных организмов в распределительной системе, но не более чем в 5% проб, отобранных в течение любого 12-месячного периода при условии отсутствия E.Coli. Присутствие же колиформных организмов в воде свидетельствует о ее недостаточной очистке, вторичном загрязнении или о наличии в воде избыточного количества питательных веществ. При их обнаружении обязательным является тест на наличие термотолерантных колиформных бактерий (и/или E.Coli).

Термотолерантные колиформные бактерии

Бактерии этого типа представляют собой группу колиформных организмов, способных ферментировать лактозу при 44 - 45 С и включают род Escherichia (более известный как E.Coli) и в меньшей степени отдельные виды Klebsiella, Enterobacter и Citrobacter. Термотолерантные колиформные бактерии поддаются быстрому обнаружению и поэтому играют важную вторичную роль при оценке эффективности очистки воды от фекальных бактерий. Более точным индикатором служит именно E.Coli (кишечная палочка), так как источником некоторых других термотолерантных колиформ могут служить не только фекальные воды. Именно поэтому часто используемый термин "фекальные колиформы" некорректен и ВОЗ не рекомендует им пользоваться применительно к термотолерантным колиформным микроорганизмам. Однако полная идентификация E.Coli слишком сложна для рутинных исследований. В то же время общая концентрация термотолерантных колиформ в большинстве случаев прямо пропорциональна концентрации E.Coli, а их вторичный рост в распределительной сети маловероятен (за исключением случаев наличия в воде достаточного количества питательных веществ, при температуре выше 13 оС и отсутствии остаточного хлора). Все это делает использование термотолерантных колиформных бактерий в качестве индикатора загрязнения воды весьма практичным. ВОЗ рекомендует национальным контрольным лабораториям производить точное определение E.Coli в случаях обнаружения большого количества термотолерантных бактерий (при отсутствии санитарных аварий), либо, наоборот, в условиях, когда возможности комплексных микробиологических исследований ограничены.

Фекальные стрептококки

Термин «фекальные стрептококки» относится к тем стрептококкам, которые обычно присутствуют в экскрементах человека и животных. Стрептококки этого типа характеризуются наличием антигена группы D и относятся к родам Enterococcus и Streptococcus. Род Enterococcus включает стрептококки, обладающие высокой переносимостью по отношению к неблагоприятным условиям развития. Этот род включает следующие виды: E.avium, E.casseliflavus, E.cecorum, E.durans, E.faecalis, E.faecium, E.gallinarum, E.hirae, E.malodoratus, E.munditiuse и E.solitarius. В основном эти виды фекального происхождения, и в большинстве случаев могут рассматриваться как специфические индикаторы загрязнения воды фекалиями человека. Однако их можно выделить и из фекалий животных, а некоторые виды и подвиды встречаются главным образом на растительном материале. У рода Streptococcus только виды S.bovis и S.equines обладают антигеном группы D и входят в группу фекальных стрептококков. Источником их происхождения служат в основном фекалии животных. Фекальные стрептококки редко размножаются в загрязненной воде и поэтому могут использоваться при исследовании качества как дополнительный индикатор эффективности очистки воды. Кроме того, стрептококки имеют высокую устойчивость к высушиванию и могут быть полезны для рутинного контроля после прокладки новых водопроводных магистралей или ремонта распределительной сети, а также для обнаружения загрязнения поверхностными стоками подземных или поверхностных вод.

Колифаги

Колифаги – это разновидность бактериофагов (вирусов бактерий, заражающих бактериальную клетку, размножающихся в ней и часто вызывающих ее гибель), для которых ?хозяевами? (а скорее жертвами) являются колиформные бактерии. Бактериофаги предложены как индикаторы качества воды из-за своего сходства с ки- шечными вирусами (энтеровирусами) чело- века и легкости обнаружения в воде. По данным ВОЗ наиболее широко изучены две группы: соматические колифаги, которые инфицируют штаммы организма – хозяина (E.Coli) через рецепторы клеточных стенок; и F-специфические РНК-бактериофаги, кото- рые инфицируют штаммы E.Coli и родствен- ные бактерии через F- или секс-фимбрии. Ни одна из этих групп не встречается в большом количестве в свежих фекалиях че- ловекаили животных, но они широко рас- пространены в сточных водах. Они важны как индикаторы загрязнения стоков и в свя- зи с их большей персистентностью (способ- ностью сохранять жизнеспособность вне тела ?хозяина?) по сравнению с бактери- альными индикаторами и поэтому их нали- чие или отсутствие в воде может служить дополнительным критерием эффективнос- ти охраны грунтовых вод и их очистки.

Сульфитредуцирующие клостридии

Эти анаэробные спорообразующие микро- организмы, наиболее характерным из кото- рых является Clostridium perfringens, обычно присутствуют в фекалиях, хотя и в значи- тельно меньших количествах, чем E.Coli. Од- нако они могут быть не только фекального происхождения и появляются в воде также и из других источников. Споры клостридий способны существовать в воде значительно дольше, чем колиформ- ные организмы и они более устойчивы к обеззараживанию. Их присутствие в про- шедшей дезинфекцию воде может указывать на ее недостаточную очистку и, следователь- но, на то, что устойчивые к обеззаражива- нию патогенные микроорганизмы могли не погибнуть. Из-за своей способности к длительному присутствию в воде сульфитредуцирующие клостридии лучше всего подходят для обна- ружения периодического или давнего за- грязнения. С другой стороны, именно в силу того, что клостридии имеют тенденцию к выживанию и накапливанию в воде, они могут обнару- живаться намного позднее и дальше от мес- та загрязнения, что может усложнить интер- претацию результатов биологического исследования качества воды. Именно поэтому, не смотря на свое особое значение, тест на сульфитредуцирующие клостридии не включен Всемирной Органи- зацией Здравоохранения в обязательный перечень для рутинного контроля распре- делительных систем. Тем не менее, этот па- раметр контролируется российскими сани- тарными нормами.

Лямблии

Лямблия – это простейший одноклеточный микроорганизм семейства Giardia lamblia (синонимы Giardia intestinalis и Giardia duodenalis, в России традиционно используется название Lamblia intestinalis). Лямблия суще- ствует в двух отдельных морфологических формах: цисты (статическая форма) и тро- фозоиты (свободно живущая форма). В орга- низм хозяина (человека или животного) ци- сты попадают оральным путем. В пищевом тракте цисты начинают преобразование в трофозоиты, которые начинают делиться и быстро колонизируют слизистую поверх- ность тонкой кишки. В организме хозяина происходит также обратный процесс– ин- цистирование или превращение трофозои- та в цисту. Цисты не имеют на поверхност- ной мембране участков прикрепления к слизистой оболочке, поэтому практически сразу же выходят в толстую кишку и выво- дятся с фекалиями. Полный цикл завершает- ся высвобождением из организма-хозяина цист, которые во внешней среде, в том чис- ле в воде, остаются жизнеспособными дли- тельное время. Они устойчивы к кислотам, щелочам, веществам, содержащим актив- ный хлор, и полностью инактивируются лишь при кипячении в течение не менее 20 минут. Цисты лямблий (Gardia Lamblia Cyst) имеют овальную форму и размер 8-14 мкм в длину и 7-10 мкм в ширину. Gardia является одним из самых распространенных паразитов жи- вотных, опасным также и для человека. У последнего Giardia lamblia вызывает возник- новение болезни – лямблиоза, сопровожда- ющуюся кишечным расстройством. Несмот- ря на то, что цисты лямблий распространяются в основном через почву, лямблиоз остается одной из основных бо- лезней, связанных с водой. Так, в США из 502 случаев инфекций, вызванных употреб- ление некачественной воды и зафиксиро- ванных с 1980 по 1985 год, 52 % были вызва- ны именно Giardia lamblia. Именно в силу вышеназванных причин нор- мами российского СанПиН и американского Агентства по Охране Окружающей Среды (USEPA) предусматривается полное отсутст- вие этих микроорганизмов в питьевой во- де. Отсутствие в воде цист лямблий являет- ся важным показателем того, что вода очищена от целого ряда других простей- ших, таких как покоящиеся стадии (ооцис- ты) Cryptosporidium, амеб, а также энтеро- вирусов. Все перечисленные организмы обладают более высокой устойчивостью к обеззараживанию, чем колиформные и термотолератные колиформные организ- мы (E.Coli) и поэтому отсутствие в воде по- следних не является гарантией микробио- логической безопасности воды. Такую косвенную гарантию и дает отсутствие в во- де цист лямблий.

Энтеровирусы

Термин «энтеровирусы» используется как обобщающее название для большого коли- чества вирусов, которые размножаются в желудочно-кишечном тракте, отчего их еще называют «кишечные вирусы». Так, к числу кишечных вирусов относится и одно из са- мых больших вирусных семейств – пикорна- вирусов (Picornaviridae), название которого происходит от итальянского ?pico? – ма- ленький (это одни из самых маленьких ви- русов - размером около 30 нм) и RNA (РНК- рибонуклеиновая кислота – вещество на- следственности вирусов). Это семейство ви- русов включает в себя пять родов: ринови- русы (rhinovirus) – возбудители обычной простуды; кардиовирусы (cardiovirus) – воз- будители энцефаломиокардита; афтовирусы (apthovirus) – возбудители ящура; гепатови- русы (hepatovirus) – возбудители Гепатита А и, собственно, энтеровирусы (enterovirus). Таким образом, энтеровирусы (enterovirus) – это не только обобщающее понятие, но еще и вполне конкретный род из обширного се- мейства кишечных вирусов. Здесь и ниже, употребляя термин ?энтеровирусы?, мы бу- дем иметь в виду именно конкретный род вирусов, о котором и пойдет речь. Энтеровирусы – это маленькие (20-30 нм в диаметре, 1 нм = 10–9м) двадцатигранные вирусы, не имеющие мембранной оболочки с одной спиралью РНК, способные довольно длительное время выживать в сточных во- дах и даже в хлорированной воде. Это до- вольно большая группа вирусов, которые обнаруживаются не только у человека, но и выделяются от разных животных (обезьян, свиней, птиц и др.). При этом надо заметить, что вирусы, способные поражать человека не обнаруживаются у животных-носителей. Точный состав группы энтеровирусов, спо- собных вызывать заболевание у человека, постоянно уточняется за счет вновь откры- ваемых представителей. Классификация эн- теровирусов неоднократно подвергалась пересмотру. Так, ранее в эту группу относи- ли вирус гепатита А, но позднее он был ис- ключен из нее в силу значительных генети- ческих отличий. На данный момент известно не менее 67 серологических ти- пов, поделенных на четыре группы: полио- вирусы (poliovirus) – вирусы полиомиелита; вирусы Коксаки А и В (Сoxsackie A и B), на- званные так по имени города в штате Нью- Йорк (США), где были впервые обнаружены; вирусы ЕСНО (echovirus) и прочие (в основ- ном недавно открытые) энтеровирусы. От других вирусов семейства Picornaviridae энтеровирусы отличаются более высокой устойчивостью к кислой среде – они сохра- няют способность вызывать инфекцию при рН от 3 до 10. Энтеровирусы вообще отли- чаются довольно высокой устойчивостью. Так, полиовирусы в фекалиях, на овощах, в молоке выживают до 3-4 мес. Энтеровирусы довольно быстро погибают при температурах свыше 50 ?С (при 60 ?С – за 6-8 мин., при 65 ?С – за 2,5 мин., при 80 ?С – за 0,5 мин., при 100 ?С – мгновенно). И это при том, что при температуре 37 ?С вирус сохраняет жизнеспособность в течение 50- 65 дней. Энтеровирусы устойчивы к мою- щим средствам (детергентам), но инактиви- руются под воздействием обычных дезинфекантов, ультрафиолетового излуче- ния. Не переносят высушивания. Опасность для человека Как уже говорилось, энтеровирусы доволь- но широко распространеныи шанс ?встре- титься? с ними весьма велик. Вероятность заболевания энтеровирусными инфекциями обратно пропорциональна возрасту чело- века. Наиболее подвержены этим инфекци- ям дети первого года жизни. Велика вероят- ность заболевания и для детей до 10 лет. У взрослых же людей вероятность заболеть энтеровирусными заболеваниями мала. К счастью, большинство энтеровирусных инфекций протекает достаточно легко и не приводит к серьезным последствиям (не бо- лее, чем обычная простуда). Более того, не всякий случай заражения приводит к забо- леванию. Если говорить о самой серьезной энтеровирусной инфекции – полиомиелите, то у инфицированных детей одно выражен- ное заболевание приходится на несколько сот (до тысячи) случаев бессимптомного но- сительства. Энтеровирусные инфекции случаются в те- чение всего года, но имеют пик заболевае- мости в период с июня по октябрь (для стран с умеренным климатом). Метод борьбы с этими вирусами по сути де- ла один – соблюдение гигиены (?Мойте ру- ки перед едой!?). В случае полиомиелита – это еще и вакцинация детей. Мировым со- обществом полиомиелит назван второй бо- лезнью (после оспы), которой объявлена беспощадная война до полного ее уничто- жения на всей Земле.

Escherichia coli

Escherichia coli (или просто E.Сoli) – это грам- отрицательные палочковидные бактерии, принадлежащие к семейству Enterobacteriaceae, роду Escherichia (эшери- хия). Названы в честь открывшего их в 1885 году немецкого ученого Т. Эшериха (T. Escherich). E.Сoli является обычным обитателем кишеч- ника многих млекопитающихся, в частности, приматов, к числу которых принадлежит и человек. Поэтому ее часто называют кишеч- ной палочкой. В организме человека E.Сoli выполняет полезную роль, подавляя рост вредных бактерий и синтезируя некоторые витамины. Однако существуют разновидности бакте- рий E.Сoli, способные вызывать у человека острые кишечные заболевания. В настоящее время выделяют более 150 типов патоген- ных (так называемых ?энтеровирулентных?) палочек E.Сoli, объединенных в четыре класса: энтеропатогенные (ЭПЭК), энтеро- токсигенные (ЭТЭК), энтероинвазивные (ЭИЭК) и энтерогемморагические (ЭГЭК). Бактерии группы кишечной палочки не ус- тойчивы к высокой температуре, при 60 ?С гибель их наступает через 15 минут, при 100 ?С – мгновенно. Сохраняемость кишеч- ной палочки при низких температурах и в различных субстратах внешней среды изу- чена недостаточно. По некоторым данным в воде и почве кишечная палочка может со- храняться несколько месяцев. Обычные дезинфицирующие вещества (фе- нол, формалин, сулема, едкий натр, крео- лин, хлорная известь и др.) в общепринятых разведениях быстро убивают кишечную па- лочку. Опасность длячеловека Инфицирующая доза сильно зависит от типа патогенной кишечной палочки (так для эн- теротоксигенной E.Сoli эта величина может составлять от 100 миллионов до 10 миллиар- дов бактерий, в то время как для энтероин- вазивной и, предположительно, энтерогем- морагической E.Сoli – всего 10 организмов, как и у Shigella). В наибольшей степени вос- приимчивы к заболеванию дети раннего воз- раста, пожилые и ослабленные люди. У детей эшерихиоз протекает в виде раз- личной тяжести энтеритов, энтероколитов в сочетании с синдромом общей интоксика- ции. При средних и тяжелых формах сопро- вождается повышением температуры, поно- сом, сепсисом. У взрослых заболевание, вызванное эшери- хией, напоминает по течению и клиничес- ким симптомам острую дизентерию. Проте- кает чаще в стертой и легкой формах, реже (15-20 %) встречается среднетяжелая и тя- желая (3 %) формы. Прогноз у взрослых и детей старше года благоприятный, наиболее тяжело заболева- ние протекает у детей первого полугодия жизни.

Shigella

Шигеллы – грамотрицательные неподвиж- ные аэробные бактерии палочковидной формы, спор не образуют. Принадлежат к семейству Enterobacteriaceae (Энтеробакте- рии) роду Shigella. Названы в честь выделив- шего их в 1897 г. японского микробиолога К. Шига (Kiyoshi Shiga). Выделяют четыре вида: 1. Группа A – шигелла дизентерии (Shigella dysenteriae), в том числе палочки Григорь- ева-Шига (Sh. Dysenteriae 1), Штуцера-Шми- ца (Sh. Dysenteriae 2) и Лардж-Сакса (Sh. Dysenteriae 3-7). 2. Группа B – шигелла (бактерия) Флекснера (Shigella flexneri) с подвидом Ньюкастл (Sh.flexneri 6). 3. Группа C – шигелла (бактерия) Бойда (Shigella boydii). 4. Группа D – шигелла (бактерия) Зонне (Shigella sonnei). Наиболее распространенными являются шигеллы Зонне (до 60-80 %) и Флекснера. Они же наиболее устойчивы в окружающей среде: на посуде и влажном белье они могут сохраняться в течение месяцев, в почве – до 3 мес., на продуктах питания – несколь- ко суток, в воде – до 2 мес. При нагревании до 60 ?С бактерии гибнут через 10 мин, при кипячении - немедленно, в дезинфи- цирующих растворах – в течение несколь- ких минут. Бактерии рода Shigella крайне редко встре- чаются у животных (кроме приматов – обе- зьян) и поэтому их можно считать опасными только для человека. Опасность для человека Шигеллез (бактериальная дизентерия) опасен для всех людей, но особенно ему подвержены пожилые, люди с ослабленным организмом (особенно часто встречается шигеллез у боль- ных СПИДом), а также дети. Причем дизенте- рия редко поражает детей до 6-ти месяцев, самый чувствительный возраст – 2-3 года. Тяжелая форма дизентерии встречается у 3- 5 % заболевших. Она протекает с высокой лихорадкой или, наоборот, с гипотермией. Отмечаются резкая слабость, адинамия, ап- петит полностью отсутствует. Больные затор- можены, апатичны, кожа бледная, пульс час- тый, слабого наполнения. Может развиться картина инфекционного коллапса. Стул до 50 раз в сутки, слизисто-кровянистый. Летальность от дизентерии при заражении Shigella dysenteriae 1 (шигелла Григорьева- Шига) и Shigella flexneri 2а (дизентерия Флекснера) может составлять до 10-15 %.

Радиологические показатели качества воды

Воздействие ионизирующей радиации на человека обусловлено как естественными, так и искусственными источниками излу- чения. По данным Научного Комитета ООН по воздействию атомной радиации (UN Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation – UNSCEAR), более 98 % дозы радиации, получаемой населением, обусловлено природными источниками и лишь очень небольшая доля дозы прихо- дится на атомную энергетику, испытания ядерного оружия и др. искусственные ис- точники. Доза облучения, получаемая человеком (здесь и далее под дозой подразумевается эффективная приведенная доза), складыва- ется из двух составляющих – так называемо- го внешнего облучения (за счет источников ионизирующего излучения, находящихся вне тела человека) и внутреннего облуче- ния (за счет радионуклидов, иначе говоря – радиоактивных изотопов, находящихся в организме человека). При этом внутреннее облучение ?дает? порядка 65 % всей дозы. По данным Всемирной Организации Здра- воохранения (ВОЗ) среднемировая доза об- лучения, получаемая человеком за счет всех естественных источников (как внешних, так и внутренних), составляет 2,4 мЗв/год. Бе- зусловно, это усредненная цифра, которая может сильно варьироваться в различных регионах, в зависимости от ряда факторов. К числу таковых относятся, например, высо- Единицы измерения радиологических показателей Радиоактивность. Мерой радиоактивности (мощности источника радиации) яв- ляется активность радионуклида в источнике. Активность равна отношению чис- ла самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интер- вал времени к величине этого интервала. В системе СИ измеряется в Беккерелях (Бк, Bq), что соответствует 1 распаду в се- кунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса ве- щества (Бк/кг) или его объема (Бк/л, Бк/куб.м). Существует и внесистемная едини- ца измерения - Кюри (Ки, Ci), соответствующая активности 1 г радия. Соотношения между единицами измерения приведены ниже в таблице. Приведенная эффективная доза характеризует величину эффективной эквива- лентной дозы облучения, получаемой человеком за определенный промежуток времени. В свою очередь, понятие эффективной эквивалентной дозы введено в области радиационной безопасности для интегрированной оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения с учетом раз- личного характера влияния облучения на разные органы. Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. В сис- теме СИ эта единица имеет специальное наименование Зиверт (Зв, Sv). Использу- ется также и внесистемная единица - Бэр от ?Биологический эквивалент рентге- на? (в английской транскрипции - Rem от Roentgen Equivalent of Man). Соотношения также см. ниже в таблице. Соответственно, приведенная эффектив- ная доза измеряется в Зивертах (миллизивертах) в год. Таблица соотношений единиц измерения. та местности над уровнем моря, ее геогра- фическая широта и долгота (факторы, влия- ющие на величину дозы от космического излучения), характер радионуклидов в поч- ве и горообразующих породах, а также ко- личество радионуклидов, попадающих в ор- ганизм человека с воздухом, пищей или водой. Последние и вызывают внутреннее облучение человека. Основное поступление радиоактивных эле- ментов в организм человека происходит за счет дыхания (газ радон обуславливает до 75 % всего внутреннего облучения) и пищи. ?Вклад? питьевой воды в общую дозу облу- чения весьма невелик, так как естественные радиоактивные изотопы (продукты распада урана и тория) встречаются в ней в очень незначительных количествах. Тем не менее, ВОЗ установила ряд показа- телей радиологического качества воды, на которые и ориентируются страны при принятии национальных норм (используя при этом и свои дополнительные показа- тели). Именно эти данные и представлены таблице ниже. Обращаем ваше внимание, что в таблице представлены значения, регламентирую- щие радиологическое качество только воды. Для радиации в целом существуют другие нормы.

Радон и радиоактивность воды

Установлено, что основной радиационный фон на нашей планете (по крайней мере, пока) создается за счет естественных источников излучения. По данным ученых доля естественных источников радиации в суммарной дозе, накапливаемой среднестатистическим человеком на протяжении всей жизни, составляет 87 %. Оставшиеся 13 % приходятся на источники, созданные человеком. Из них 11,5 % (или почти 88,5 % "искусственной" составляющей дозы облучения) формируется за счет использования радиоизотопов в медицинской практике. И только оставшиеся 1,5 % являются результатом последствий ядерных взрывов, выбросов с атомных электростанций, утечек из хранилищ ядерных отходов и т.д. Среди естественных источников радиации "пальму первенства" уверенно держит радон, обуславливающий до 32 % общей радиационной дозы. Что же такое радон? Это радиоактивный природный газ, абсолютно прозрачный, не имеющий ни вкуса, ни запаха. Газообразный радионуклид радон-222 (наряду с йодом-131, тритием (3Н) и углеродом-14) не обнаруживаются стандартными методами. При наличии обоснованного подозрения на наличие вышеперечисленных радионуклидов, в частности радона, необходимо использовать для измерений специальное оборудование. В чем опасность радона? Будучи газом, он попадает в организм человека при дыхании и может вызвать пагубные для здоровья последствия, прежде всего – рак легких. По данным Службы Общественного Здоровья США (US Public Health Service) радон – вторая по серьезности причина возникновения у людей рака легких после курения. Радон образуется в недрах Земли в результате распада урана, который, хоть и в незначи- тельных количествах, но входит в состав практически всех видов грунтов и горных пород. В процессе радиоактивного распада уран превращается в радий-226, из которого, в свою очередь, и образуется радон-222. Особенно велико содержание урана (до 2 мг/л) в гранитных породах. Соответственно в районах, где преимущественным породообразующим элементом является гранит, можно ожидать и повышенное содержание радона. Радон постепенно просачивается из недр на поверхность, где сразу рассеивается в возду- хе, в результате чего его концентрация оста- ется ничтожной и не представляет опасности. Проблемы возникают в случае, если отсутст- вует достаточный воздухообмен, например, в домах и других помещениях. В этом случае содержание радона в замкнутом помещении может достичь опасных концентраций. Так как радон попадает в здания из земли, то на западе при строительстве фундаментов в ?радоноопасных? районах широко применя- ют специальные защитные мембраны, пре- пятствующие просачиванию радона. Однако даже применение этих мембран не дает сто- процентной защиты. В случае, когда для снабжения дома водой используются сква- жины, радон также может скапливаться в значительных количествах в кухнях и ван- ных комнатах. Дело в том, что радон очень хорошо растворяется в воде и при контакте подземных вод с радоном, они очень быстро насыщаются последним. В США уровень со- держания радона в грунтовых водах колеб- лется от 10 до 100 Беккерелей на литр, в от- дельных районах доходя до сотен и даже тысяч Бк/л. Растворенный в воде радон действует двоя- ко. С одной стороны, он вместе с водой по- падает в пищеварительную систему, а с дру- гой стороны, люди вдыхают выделяемый водой радон при ее использовании. Дело в том, что в тот момент, когда вода вытекает из крана, радон выделяется из нее, в ре- зультате чего концентрация радона в кухне или ванной комнате может в 30-40 раз пре- вышать его уровень в других помещениях (например, в жилых комнатах). Второй (ин- галяционный) способ воздействия радона считается более опасным для здоровья. Агентство по охране окружающей среды США (USEPA) рекомендует предельную ве- личину содержания радона в воде на уров- не 300 pCi/l (что составляет 11,1 Бк/л), что однако не нашло пока отражения в амери- канском национальном стандарте качества воды (этот параметр не нормируется). В не- давно вышедших российских Нормах Радиа- ционной Безопасности (НРБ-99) предельный уровень содержания радона в воде, при ко- тором уже требуется вмешательство, уста- новлен на уровне 60 Бк/кг. Можно ли бороться с радоном в воде? Да, и достаточно эффективно. Один из наиболее результативных методов борьбы с радоном – аэрирование воды (?пробулькивание? воды пузырьками воздуха, при котором практи- чески весь радон в прямом смысле ?улетает на ветер?). Поэтому тем, кто пользуется му- ниципальной водой беспокоиться практи- чески не о чем, так как аэрирование входит в стандартную процедуру водоподготовки на городских водоочистных станциях. Что же касается индивидуальных пользователей скважинной воды, то исследования, прове- денные USEPA, показали достаточно высо- кую эффективность активированного угля. Фильтр на основе качественного активиро- ванного угля способен удалить до 99,7 % ра- дона. Правда со временем этот показатель падает до 79 %. Использование же перед угольным фильтром умягчителя воды на ио- нообменных смолах позволяет повысить последний показатель до 85 %.

Тритий

Тритий представляет собой радиоактивный изотоп водорода (водород-3, 3H) с атомной массой 3 (один протон, два нейтрона). Пе риод полураспада трития равен 12,34 года. Распадаясь, тритий превращается в гелий, выделяя при этом довольно интенсивное бета-излучение. Правда энергия его бета- частиц относительно невелика, поэтому при нахождении вне организма (внешнее облу чение) тритий серьезной угрозы не пред ставляет. Другое дело, что при внутреннем облуче нии (при попадании трития внутрь организ ма человека с воздухом или водой), он мо жет представлять серьезную угрозу для здоровья. Дело в том, что тритий, являясь изотопом водорода, химически ведет себя также как водород, и поэтому способен за мещать его во всех соединениях с кислоро дом, серой, азотом, легко проникая в прото- плазму любой клетки. В этом случае испускаемое тритием бета-излучение спо собно серьезно повредить генетический ап парат клеток. Исследования, посвященные поведению трития в биологических объектах, свиде тельствуют о его подчас тысячекратном на коплении в живых организмах и пищевых цепочках. К счастью, в естественных земных экосисте мах (исключая недра планеты) трития почти нет – его ничтожные количества образуются лишь при взаимодействии космического из лучения с газами атмосферы. На всей Земле едва ли наберётся более 1 кг естественного трития. Однако в последние десятилетия ос новным источником трития становятся атомные электростанции. Тритий является основным радиоактивным компонентом жидких сбросов и газообразных выбросов большинства атомных электростанций, так как практически не поддается фильтрации. Это приводит к загрязнению почвы, грунто вых и поверхностных вод вокруг АЭС. Уже давно было показано, что в окрестностях некоторых американских АЭС содержание трития в хвое деревьев с наветренной сто роны в 10 раз больше, чем с подветренной, прямое доказательство, что именно АЭС яв ляются источником трития. Эти и некоторые другие специфические особенности позволяют отнести тритий к числу наиболее радиационно-опасных дол гоживущих нуклидов, которые способны за грязнять биосферу не только в районе не посредственного размещения источника, но и в региональном и глобальном масштабе. Очевидно, что эти соображения и привели к включению трития в список контролируе- мых радиологических параметров в новой ДирективеЕС по качеству питьевой воды. Радий Химически радий (Ra) представляет собой элемент II группы периодической системы Д. И. Менделеева, относящийся к щелочно земельным металлам. Атомный номер 88, атомная масса 226,0254. Радиоактивен, что нашло отражение в его названии. Латинское название радия – Radium происходит от другого латинского слова radius, что означа ет "лучистый". Наиболее устойчивым изото пом является радий-226 (226Ra), образующий ся при распаде урана. Период полураспада радия-226 составляет 1600 лет, в процессе распада образуется радиоактивный газ ра- дон. В природе радий встречается в урано вых рудах, причем, как правило, наряду с изотопом 226Ra встречается и изотоп радий- 228 (228Ra). В природные воды радий переходит за счёт процессов адсорбционного обмена, диффу зионного выщелачивания пород и извлече ния из некоторых растительных остатков (дело в том, что некоторые растения спо собны накапливать радий в повышенных количествах). Содержание радия в водах ко леблется от 10–14 до 10–8 г/л, самые высокие его концентрации обнаружены в водах ура новых месторождений. Изотоп радий-228 является довольно мощ ным природным источником бета-излуче ния. В свою очередь, радий-226 является ис точником альфа-излучения и считается потенциально опасным для костной ткани человека. И хотя изотопы радия встречаются в воде нечасто и в незначительных количествах, вышеназванные причины привели к тому, что Агентство по Охране Окружающей Сре ды США (USEPA) установило норму суммар- ного содержания в воде радия-228 и радия- 226 на уровне 5 пКи/л (пикокюри на литр), что соответствует 0,185 Бк/л. Такой уровень активности радионуклида примерно соот- ветствует концентрации в воде на уровне 4,5?10–11 г/л. В новых российских Нормах Радиационной Безопасности (НРБ - 99) установлены следу- ющие ограничения по содержанию изото- пов радия в воде:

Общая а-радиоактивность

(Alfa) – радиоактивность (альфа-излуче- ние) – представляет собой поток альфа-час- тиц, испускаемых при радиоактивном рас- паде элементов тяжелее свинца или образующихся в ходе ядерных реакций. Альфа частица фактически представляет собой ядро гелия, состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Имеет статический электрический заряд равный +2, ее массовое число равно 4. Альфа-излучение обладает малой проникаю- щей способностью (всего несколько сантимет- ров в воздухе и десятки микрон в биологичес- кой ткани). Поток альфа-частиц легко остановит даже лист бумаги. Поэтому даже об- ладающие самой большой энергией альфа-ча- стицы не могут проникнуть сквозь огрубевшие верхние слои клеток кожи. Однако, альфа-из- лучение гораздо опаснее, когда источник аль- фа-частиц находится внутри организма. Ниже приведены основные альфа-излучате- ли и соответствующие эффективные дозы, которые может получить человек за год употребления воды, содержащей любой из этих альфа-радионуклидов с уровнем ра- диоактивности 0,1 Бк/л.

Общая б-радиоактивность

??(Beta) – радиоактивность (бета-излучение) представляет собой поток частиц с массой, равной 1/1837 массы протона, образующих- ся при бета-распаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых (радий-228). Отрицательно заряженная бета-частица фак- тически представляет собой электрон, поло- жительно заряженная – позитрон. Бета-излучение обладает большей проника- ющей способностью по сравнению с альфа- излучением, но все равно может быть оста- новлено сравнительно тонким (несколько сантиметров) слоем металла или пластика. Тем не менее, бета-излучение может привес- ти к ожогам кожи и очень опасно, когда ис- точник бета-частиц попадает внутрь орга- низма человека. Ниже приведены основные бета-излучатели и соответствующие эффективные дозы, кото- рые может получить человек за год употреб- ления воды, содержащей любой из этих бе- та-радионуклидов с уровнем радиоактивности 1,0 Бк/л. Из таблицы видно, что только для свинца-210 и радия-228 при их содержании в воде на уровне бета-актив- ности в 1,0 Бк/л будет существенно превы- шена считающейся безопасной доза в 0,1 миллизиверт (мЗв) за год. Однако обычно содержание этих радионуклидов в воде не- велико. Кроме того, повышенная концентра- ция названных изотопов, как правило, связа- на с высокими уровнями содержания и других радионуклидов. Это с большой веро- ятностью приводит к превышению установ- ленных нормативов и делает необходимым проведения анализов воды на содержание конкретных радионуклидов. Исходя из вышесказанного, Всемирная Орга- низация Здравоохранения (ВОЗ) сочла воз- можным рекомендовать величину 1,0 Бк/л в качестве предельного значения общей бета- активности для целей рутинного контроля радиологической безопасности воды. В нормах USEPA общая бета-активность зада- ется не через активность радионуклида (в Бк/л), а через приведенную эффективную до- зу облучения (в мЗв/год), вызванного бета- частицами и фотонами. Так как коэффициен- ты пересчета дозы (Зв/Бк) для разных радионуклидов различны и наличие того или иного изотопа в воде трудно прогнози- руемо, мы сочли некорректным пересчиты- вать данный параметр в единицы радиоак- тивности. Это и послужило причиной перемещения данного параметра в раздел

Приведенная эффективная доза.

Приведенная эффективная доза излучения Различные типы радиации имеют неодина- ковую биологическую эффективность, а раз- ные органы тела человека обладают разной чувствительностью к радиации. Поэтому Международная комиссия по радиационной защите – МКРЗ (International Commission on Radiological Protection) ввела коэффициенты излучения и взвешенные коэффициенты для разных тканей для определения меры равно- го эффекта. Мера общего потенциального ущерба для организма от облучения называ- ется эффективной дозой. В случае же с водой, важно количество нук- лидов, которое попадает с ней внутрь чело- века. Многие радионуклиды могут накапли- ваться в организме и оставаться в нем в течение многих месяцев и даже лет, оказы- вая все это время негативное воздействие на здоровье. Для определения такого воздействия и было введено понятие приведенной эффектив- ной дозы, которым и оперирует Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ). ВОЗ прямо не устанавливает специальной вели- чины приведенной эффективной дозы для воды (как это делает ЕС). Однако во всех сво- их расчетах и рекомендациях ВОЗ широко использует величину в 0,1 мЗв/год (0,1 мил- лизиверта или 100 микрозивертов в год). То есть, если вода удовлетворяет нормам ра- диологической безопасности, то при ее еже- дневном употреблении в количестве 2 литра в день, доза облучения, которую при этом получает человек за год, не превысит 0,1 мЗв и эта ежегодная доза может считаться безо- пасной на протяжении всей жизни человека. Много это или мало – 0,1 мЗв/год? Математи- чески это менее 5 % общей годовой дозы, получаемой человеком от внешних и внут- ренних источников облучения. Для сравне- ния, можно привести следующие цифры. Че- ловек, летящий в самолете на высоте 8 тысяч метров, получает дополнительное облуче- ние (за счет увеличения воздействия косми- ческой радиации) в среднем около 2 мкЗв/час. То есть человек, совершивший пу- тешествие из России в США и обратно, полу- чит дополнительную дозу не менее 40 мкЗв (а может и больше, так как самолеты часто летают выше 8 км). А это почти половина дозы, которую этот же человек может полу- чить из воды за год (если, конечно, вода со- ответствует нормам). Скажем также для сравнения, что средняя эффективная доза, получаемая среднестатис- тическим человеком от всех источников об- лучения в медицине для промышленно раз- витых стран составляет 1 мЗв в год, т.е. в 10 раз больше, чем из воды. Из всего сказанного следует, что соблюдение радиологических параметров воды является одним из главных факторов сохранения здо- ровья, вот почему этой проблеме все больше уделяется внимания во всем цивилизован- ном мире. Что же касается методов борьбы с радионук- лидами в воде, то наряду с активированным углем и ионообменными умягчителями, упо- мянутыми в разделе о радоне, наиболее эф- фективным является использование для под- готовки питьевой воды систем, построенных на основе мембран обратного осмоса.

Неорганические примеси

В данной таблице приведены показатели, характеризующие предельные концентрации основных неорганических веществ, влияющих на качество питьевой воды. За основу был взят перечень, приведенный в СанПиН 2.1.4.1074-01 ?Питьевая вода и водоснабжение населен- ных мест? (как наиболее полный). Этот список был также дополнен несколькими важными неорганическими элементами, не нормируемыми в России (по крайней мере, впрямую), но играющими большую роль при водо- подготовительных мероприятиях. Прочерк означает, что данный параметр не нормируется.

Аллюминий

Описание

Алюминий (лат. Aluminium) – химический элемент III группы периодической системы Д.И. Менделеева. Имеет атомный номер 13, атомную массу 26,98154. Алюминий – сереб- ристо-белый металл, легкий (2,7 г/см3), плас- тичный, с высокой электропроводностью, температура плавления 660 ?С. Химически активен (на воздухе покрывается защитной оксидной пленкой). По распространенности в природе занимает 4-е место среди эле- ментов и 1-е среди металлов (8,8 % от массы земной коры). Известно несколько сотен минералов алюминия (алюмосиликаты, бок- ситы, алуниты и др.). Металлический алюминий впервые был по- лучен в 1825 г. датским физиком Х.К. Эрсте- дом (Orsted). Название свое получил от ла- тинского слова alumen – квасцы. Алюминий широко применяется в быту (по- суда) и технике: в авиации, автомобилестро- ении, строительстве (конструкционный ма- териал, преимущественно в виде сплавов с другими металлами), электротехнике (заме- нитель меди при изготовлении кабелей и др.), пищевой промышленности (фольга), металлургии (легирующая добавка), а также имеет массу других применений.

Источники

Являясь одним из самых распространенных элементов в земной коре, алюминий содер- жится практически в любой природной во- де. Алюминий попадает в природные воды естественным путем при частичном раство- рении глин и алюмосиликатов, а также в ре- зультате вредных выбросов отдельных про- изводств (электротехническая, авиационная, химическая и нефтеперерабатывающая про- мышленность, машиностроение, строитель- ство, оптика, ракетная и атомная техника) с атмосферными осадками или сточными во- дами. Соли алюминия также широко исполь- зуются в качестве коагулянтов в процессах водоподготовки для коммунальных нужд. Содержание алюминия в поверхностных во- дах колеблется в пределах от единиц до со- тен мкг/дм3 и сильно зависит от степени за- кисления почв. В некоторых кислых водах его концентрация может достигать несколь- ких граммов на дм3.

Влияние на качество воды

Присутствие в воде алюминия в концентра- циях, превышающих 0,2 мг/л способно вы- звать выпадение в осадок хлопьев гидро- хлорида алюминия, а также изменение цветности воды. Иногда такие проблемы могут возникать уже при концентрациях алюминия в 0,1 мг/л.

Пути поступления в организм

Основным источником поступления алюми- ния в организм человека является пища. На- пример, чай может содержать алюминия от 20 до 200 раз больше, чем вода, на которой он приготовлен. К числу других источников относятся вода, атмосферный воздух, лекар- ственные препараты, алюминиевая посуда (есть данные, что после термической обра- ботки в такой посуде содержание алюминия в пище возрастает), дезодоранты и пр. С во- дой поступает не более 5-8 % от суммарно поступающего в организм человека количе- ства алюминия. Совместный комитет экс- пертов ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам ус- тановил величину переносимого суточного потребления (ПСП) на уровне 1 мг/кг веса. То есть суточное потребление алюминия взрослым человеком может достигать 60-90 мг, хотя на практике редко превышает 35-49 мг и сильно зависит от индивидуальных особенностей организма и режима питания.

Потенциальная опасность для здоровья

Метаболизм алюминия у человека изучен недостаточно, однако известно, что неорга- нический алюминий плохо всасывается и большая часть его выводится с мочой. Алю- миний обладает низкой токсичностью для лабораторных животных. Тем не менее, от- дельные исследования показывают, что ток- сичность алюминия проявляется во влия- нии на обмен веществ, в особенности мине- ральный, на функцию нервной системы, в способности действовать непосредственно на клетки – их размножение и рост. Избыток солей алюминия снижает задержку кальция в организме, уменьшает адсорбцию фосфо- ра, одновременно в 10-20 раз увеличивает- ся содержание алюминия в костях, печени, семенниках, мозге и в паращитовидной же- лезе. К важнейшим клиническим проявле- ниям нейротоксического действия относят нарушение двигательной активности, судо- роги, снижение или потерю памяти, психо- патические реакции. В некоторых исследо- ваниях алюминий связывают с поражениями мозга, характерными для болезни Альцгей- мера (в волосах больных наблюдается повы- шенное содержание алюминия). Однако имеющиеся на данный момент у Всемирной Организации Здравоохранения эпидемиоло- гические и физиологические данные не под- тверждают гипотезу о причинной роли алю- миния в развитии болезни Альцгеймера. Поэтому ВОЗ не устанавливает величины концентрации алюминия по медицинским показателям, но в то же время наличие в пи- тьевой воде до 0,2 мг/л алюминия обеспе- чивает компромисс между практикой при- менения солей алюминия в качестве коагулянтов и органолептическими параме- трами питьевой воды.

Физиологическое значение

Алюминий способствует эпителизации кожи и костных тканей, активизирует ряд пище- варительных ферментов. Суточная потреб- ность в алюминии взрослого человека 35-49 мг. Общее содержание алюминия в суточ- ном смешанном рационе составляет 80 мг. В повседневной жизни мы получаем его в ос- новном из хлебопродуктов.

Технология удаления из воды

Обратный осмос, ионный обмен, дистилляция.

Железо

Описание

Железо (лат. Ferrum) – химический элемент VIII группы периодической системы элемен- тов Д. И. Менделеева, атомный номер 26, атомная масса 55,847. Блестящий серебрис- то-белый пластичный металл, плотностью 7,874 г/см3, tплав.=1535 ?С. Железо – один из семи металлов, известных человечеству с глубокой древности. По распространенности в литосфере желе- зо находится на 4-м месте среди всех эле- ментов и на 2-м месте после алюминия сре- ди металлов. Его кларк (процентное содержание по массе) в земной коре со- ставляет 4,65 %. Железо входит в состав бо- лее 300-х минералов, но промышленное значение имеют только руды с содержани- ем не менее 16 % железа: магнетит (магнит- ный железняк) – Fe3O4 (72,4 % Fe), гематит Железо существует в природе в различных формах (в зависимости от валентнос- ти: Fe0, Fe+2, Fe+3), а также в виде различных сложных химических соединений. I. Элементарное железо (Fe0). Элементарное или металлическое железо безус- ловно нерастворимо в воде. В присутствии влаги и кислорода окисляется до трех- валентного, образуя нерастворимый оксид Fe2O3 (процесс, известный в быту как ?появление ржавчины?). II. Двухвалентное железо (Fe+2). Почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи (при определенных и редко встречающихся в природной воде уровнях рН), когда гидроксид железа Fe(OH)2 способен выпадать в осадок. III. Трехвалентное железо (Fe+3). Гидроксид железа Fe(OH)3 нерастворим в воде (кроме случая очень низкого рН). Хлорид FeCl3 и сульфат Fe2(SO4)3 трехвалентного железа – растворимы и могут образовываться даже в слабощелочных водах. IV. Органическое железо. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддают- ся удалению. Различают следующие виды органического железа: 1) Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий способны использовать энергию растворенного железа в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое со- храняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии. 2) Коллоидное железо. Коллоиды – это нерастворимые частицы очень малого размера (менее 1 микрона), в силу чего они трудно поддаются фильтрации на гра- нулированных фильтрующих материалах. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из- за своего малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга, препятствуя их укрупнению) создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии. 3) Растворимое органическое железо. Также как, например, полифосфаты спо- собны связывать и удерживать в растворе кальций и другие металлы, некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Примером такого связывания может служить удерживающая железопорфириновая группа гемоглобина крови или удерживаю- щий магний хлорофилл растений. Так, прекрасным хелатообразующим агентом является гуминовая кислота, играющая важную роль в почвенном ионообмене. Все вышеперечисленные виды железа ?ведут? себя в воде по-разному. Так, если наливаемая в сосуд вода чиста и прозрачна, но через некоторое время в процес- се отстаивания образуется красно-бурый осадок, то это признак наличия в воде двухвалентного железа. В случае если вода уже из крана идет желтовато-бурая и образуется осадок при отстаивании – надо ?винить? трехвалентное железо. Кол- лоидное железо окрашивает воду, но не образует осадка. Бактериальное железо проявляет себя радужной опалесцирующей пленкой на поверхности воды и же- леобразной массой, накапливаемой внутри труб. Основные отличительные при- знаки приведены в таблице.

Тип железа

Вода из-под крана

Вода после отстаивания

Двухвалентное Чистая Красно-бурый осадок Трехвалентное Окрашена Красно-бурый осадок Коллоидное Желто-бурая Не образует осадка, не фильтруется Растворенное органическое Желто-бурая Не образует осадка, не фильтруется Бактериальное Опалесцирующая пленка, желеобразные образования в водопроводной системе. Необходимо только отметить, что ?беда никогда не ходит одна? и на практике почти всегда встречается сочетание нескольких или даже всех видов железа. Учи- тывая, что нет единых утвержденных методик определения органического, кол- лоидного и бактериального железа, то в деле подбора эффективного метода (ско- рее комплекса методов) очистки воды от железа очень много зависит от практического опыта фирмы, занимающейся водоочисткой. К сожалению, очень часто достаточно очевидные стандартные методы не работают в, казалось бы, простой ситуации. (железный блеск или красный железняк) - Fe2O3 (70 % Fe), бурые железняки (гётит, ли- монит и т.п.) с содержанием железа до 66,1 % Fe, но чаще 30-55 %. Железо давно и повсеместно применяется в технике, причем не столько в силу своего широкого распространения в природе, сколько в силу своих свойств: оно пластич- но, легко поддается горячей и холодной ковке, штамповке и волочению. Однако чис- тое железо обладает низкой прочностью и химической стойкостью (на воздухе в при- сутствии влаги окисляется, покрываясь не- растворимой рыхлой ржавчиной бурого цвета). В силу этого в чистом виде железо практически не применяется. То, что мы в быту привыкли называть ?железом? и ?же- лезными? изделиями на самом деле изго- товлено из чугуна и стали – сплавов железа с углеродом, иногда с добавлением других так называемых легирующих элементов, придающих этим сплавам особые свойства.

Источники

Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы хи- мического выветривания и растворения горных пород. Железо реагирует с содержа- щимися в природных водах минеральными и органическими веществами, образуя сложный комплекс соединений, находящих- ся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные коли- чества железа поступают с подземным сто- ком и со сточными водами предприятий ме- таллургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленно- сти и с сельскохозяйственными стоками. В питьевой воде железо может присутство- вать также вследствие применения на муни- ципальных станциях очистки воды железо- содержащих коагулянтов, либо из-за коррозии ?черных? (изготовленных из чугу- на или стали) водопроводных труб. Содержание железа в пресных поверхност- ных водах составляет десятые доли милли- грамма. Основной его формой в поверхно- стных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органи- ческими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот – гуматами. По- этому повышенное содержание железа на- блюдается в болотных водах (единицы мил- лиграммов), где концентрация гумусовых веществ достаточно велика. При рН = 8,0 ос- новной формой железа в воде является гид- рат оксида железа Fe(OH)3, находящийся во взвешенной коллоидной форме. Наиболь- шие же концентрации железа (до несколь- ких десятков миллиграмм в 1 дм3) наблюда- ются в подземных водах с низкими значениями рН и с низким содержанием растворенного кислорода, а в районах зале- гания сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут до- стигать даже сотен миллиграммов в 1 литре воды. В подземных водах железо присутст- вует в основном в растворенном двухва- лентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может при- сутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых ор- ганических комплексов.

Влияние на качество воды

Содержащая железо вода (особенно под- земная) сперва прозрачна и чиста на вид. Однако даже при непродолжительном кон- такте с кислородом воздуха железо окисля- ется, придавая воде желтовато-бурую окра- ску. Уже при концентрациях железа выше 0,3 мг/л такая вода способна вызвать появ- ление ржавых потеков на сантехнике и пя- тен на белье при стирке. При содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду практи- чески неприемлемой как для технического, так и для питьевого применения. По органо- лептическим признакам предел содержания железа в воде практически повсеместно ус- тановлен на уровне 0,3 мг/л (а по нормам ЕС даже 0,2 мг/л). Здесь необходимо подчерк- нуть, что это ограничение именно по орга- нолептическим соображениям. По показа- ниям вредности для здоровья такой параметр не установлен.

Пути поступления в организм

Основной путь поступления железа в орга- низм человека – с пищей. По оценкам ВОЗ доля воды в общем объеме естественного поступления железа в организм среднеста- тистического человека не превышает 10 %. У людей определенных профессий (шахте- ров, занятых на разработках железных руд и в меньшей степени у сварщиков) возможно попадание соединений железа с пылью при дыхании, что может вызывать профессио- нальные заболевания. Из продуктов питания наиболее богаты же- лезом печень, мясо и почки животных, яич- ный желток, рыба, а также сушеные белые грибы, бобовые (горох, фасоль, соя), гречка, зелень шпината и петрушки, айва, черно- слив, абрикосы, другие овощи и фрукты. При этом надо отметить, что железо – труд- но усваиваемый элемент и с точки зрения его поступления в организм усвояемость железа становится даже более важным по- казателем, чем его абсолютное содержание в том или ином продукте. Так, из продуктов животного происхождения, где железо со- держится в так называемой гемовой (до- словно – ?относящийся к крови?) форме, ус- ваивается от 10 % (рыба) до 20-30 % (телятина) железа. Из продуктов же расти- тельного происхождения (где железо со- держится в негемовой двухвалентной фор- ме) этот показатель ниже – от 1 % (рис, шпинат) до 6 % (соевые бобы). Железо же в трехвалентной форме практически не усва- ивается. Таким образом, средняя усвояе- мость железа из продуктов питания составля- ет около 10 % (порядка 6 % у мужчин и 14 % – у женщин). Всасыванию железа способствует витамин С – аскорбиновая кислота (восстанавливающая нерастворимое трехвалентное железо до растворимого двухвалентного), витамины группы В, микроэлементы медь и кобальт. Препятствуют усвоению железа высокое со- держание в пище (и, можно предполагать, воде) кальция и фосфатов, с которыми же- лезо образует нерастворимые соединения; фосфатин и фитин, содержащиеся в зерно- вых продуктах (например, в хлебе и дрож- жевом тесте); чай (железо образует трудно растворимые комплексы с дубильными ве- ществами); избыток жиров; молоко и т.п.

Потенциальная опасность для здоровья

Как уже упоминалось выше, при системати- ческом вдыхании воздуха, содержащего же- лезосодержащую пыль (например, оксид железа), возможно возникновение профес- сиональных заболеваний. Так, в легких шах- теров, занятых на разработках красного же- лезняка, может накапливаться до 45 грамм железа. Это приводит к возникновению та- кого профессионального заболевания из разряда пневмокониозов (от греческих pneumon - легкие и konia - пыль), обуслов- ленного длительным вдыханием производ- ственной пыли, как сидероз (от греческого sideros - железо), чреватого развитием пнев- москлероза. Что же касается вредного воздействия же- леза при его поступлении в организм с пи- щей и водой, то Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не предлагает ка- кой-либо рекомендуемой величины по по- казания здоровья, так как нет достаточных данных о негативном воздействии железа на организм человека. При уровне установ- ленного ВОЗ переносимого суточного по- требления (ПСП) железа, равном 0.8 мг/кг массы тела человека, безопасное для здоро- вья суммарное содержание железа в воде составляет 2 мг/л. Это означает, что упо- требляя ежедневно на протяжении всей жизни такую воду, можно не опасаться за последствия для здоровья (другое дело, что вода с 2 мг/л железа будет иметь весьма ?неаппетитный? вид). В российской прессе регулярно проскакива- ют упоминания о вредном воздействии же- леза на организм, причем в концентрациях уже выше 0,3 мг/л. В качестве последствий упоминаются неприятности со здоровьем, начиная от аллергических реакций, что, вполне не исключено – хронических про- фессиональных заболеваний легких, обус- ловленных длительным вдыханием произ- водственной пыли аллергия может быть на что угодно, до ?увеличения риска инфарктов и негативного влияния на репродуктивную функцию организма... сухости и зуда?. Безус- ловно, в больших количествах железо, как и любое другое химическое вещество, способ- но вызвать в организме человека наруше- ния и даже патологии. Учитывая, однако, что железо очень трудно усваиваемый элемент, особенно в неорганической форме (в кото- рой оно в основном и содержится в воде), представляется, что ?перебрать? его доста- точно трудно. Так что, гораздо более близ- кой к истине нам кажется точка зрения ВОЗ.

Физиологическое значение

Железо относится к числу эссенциальных (жизненно важных) для человека микроэле- ментов, участвуя в процессах кроветворе- ния, внутриклеточного обмена и регулиро- вания окислительно-восстановительных процессов. Организм взрослого человека содержит 4-5 г железа, которое входит в состав важнейше- го дыхательного пигмента гемоглобина (55- 70 % от общего содержания), вырабатывае- мого костным мозгом и ответственного за перенос кислорода от легких к тканям, бел- ка миоглобина (10-25 %), необходимого для накопления кислорода в мышечной ткани, а также в состав различных дыхательных фер- ментов (около 1 % общего содержания), на- пример, цитохромов, катализирующих про- цесс дыхания в клетках и тканях. Кроме того, 20-25 % железа хранится в организме как резерв, сосредоточенный в печени и се- лезенке в виде ферритина – железо-белко- вого комплекса, служащего ?сырьем? для получения всех вышеперечисленных много- образных соединений железа. В плазме кро- ви содержится не более 0,1 % от общего со- держания железа. Выделяется железо из организма в основ- ном через стенки толстого кишечника и не- значительно через почки. За сутки выводит- ся примерно 6-10 мг железа. Отсюда и суточная потребность человека в железе (в усредненных цифрах). У женщин, например, потребность в железе выше, чем у мужчин – 15-18 мг. Однако, учитывая низкую усвояе- мость железа, с пищевым рационом человек должен получать в норме 60-100 мг железа в сутки. В целом, обмен железа в организме зависит от функционирования печени. При наруше- ниях в ее работе, а также при бедном желе- зом рационе (например, при искусственном вскармливании детей, особенно чрезвычай- но бедными железом коровьим и козьим молоком) возможно развитие железодефи- цитной анемии или, по-простому говоря, ?малокровия?. Это заболевание характери- зуется бледностью кожи и слизистых, одут- ловатостью лица и сопровождается общей слабостью, быстрой физической и психичес- кой утомляемостью, отдышкой, головокру- жениями, шумом в ушах. При нарушении клеточного метаболизма может развиваться и обратное явление – избыточное накопление железа в организ- ме. При этом содержание железа в печени может достигать 20-30 г, а также наблю- даться повышенная его концентрация в поджелудочной железе, почках, миокарде, иногда в щитовидной железе, мышцах и эпителии языка.

Технологии удаления железа из воды

Удаление из воды железа – без преувеличе- ния одна из самых сложных задач в водо- очистке. Даже беглый обзор существующих способов борьбы с железом позволяет сде- лать обоснованный вывод о том, что на дан- ный момент не существует универсального экономически оправданного метода, при- менимого во всех случаях жизни. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах, и имеет как досто- инства, так и существенные недостатки. Вы- бор конкретного метода удаления железа (или их комбинации) в большей степени за- висит от опыта водоочистной компании. Не без гордости можем сообщить, что нам в своей практике неоднократно приходилось сталкиваться с содержанием железа в 20-35 мг/л и успешно удалять его. Итак, к существующим методам удаления железа можно отнести: 1. Окисление Окисление кислородом воздуха или аэраци- ей, хлором, перманганатом калия, переки- сью водорода, озоном с последующим осаждением (с коагуляцией или без нее) и фильтрацией. Традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Так как реакция окисле- ния железа требует довольно длительного времени, то использование для окисления только воздуха требует больших резервуа- ров, в которых можно обеспечить нужное время контакта. Это наиболее старый спо- соб и используется только на крупных му- ниципальных системах. Добавление же спе- циальных окислителей ускоряет процесс. Наиболее широко применяется хлорирова- ние, так как параллельно позволяет решать проблему с дезинфекцией. Наиболее пере- довым и сильным окислителем на сего- дняшний день является озон. Однако уста- новки для его производства довольно сложны, дороги и требуют значительных за- трат электроэнергии, что ограничивает его применение. Необходимо отметить также, что в концентрированном виде (например, на точке ввода в воду) озон является ядом (как, собственно говоря, и многие другие окислители) и требует очень внимательного к себе отношения. Частицы окисленного железа имеют малый размер (1-3 мкм) и осаждаются достаточно долго, поэтому применяют специальные хи- мические вещества– коагулянты, способст- вующие укрупнению частиц и их ускоренно- му осаждению. Применение коагулянтов необходимо также потому, что фильтрация на муниципальных очистных сооружениях осуществляется в основном на устаревших песчаных или антрацитовых осветлитель- ных фильтрах (не способных задерживать мелкие частицы). Однако даже применение более современных фильтрующих засыпок (например, алюмосиликатов) не позволяет фильтровать частицы размером менее 20 микрон. Проблему могло бы решить приме- нение специальной керамики, но она доста- точно дорого стоит (так как не производит- ся в России). У всех перечисленных способов окисления есть ряд недостатков. Во-первых, если не применять коагулянты, то процесс осаждения окисленного железа занимает долгое время, в противном же случае фильтрация некоагулированных час- тиц сильно затрудняется из-за их малого размера. Во-вторых, эти методы окисления (в мень- шей степени это относится к озону) слабо помогают в борьбе с органическим железом. В-третьих, наличие в воде железа часто (а практически всегда) сопровождается нали- чием марганца. Марганец окисляется гораз- до труднее, чем железо и, кроме того, при значительно более высоких уровнях рН. Все вышеперечисленные недостатки сдела- ли невозможным применение этого метода в сравнительно небольших бытовых и ком- мерческо-промышленных системах, работа- ющих на больших скоростях. 2. Каталитическое окисление с последую- щей фильтрацией Наиболее распространенный на сегодняш- ний день метод удаления железа, применяе- мый в высокопроизводительных компакт- ных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа проис- ходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойства- ми катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распрост- ранение в современной водоподготовке на- шли фильтрующие среды на основе диокси- да марганца (MnO2): Birm, Greensand, Pyrolox и др. Эти фильтрующие засыпки отличаются между собой как своими физическими харак- теристиками, так и содержанием диоксида марганца, и поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений характеризую- щих воду параметров. Однако принцип их работы одинаков. Железо (и в меньшей сте- пени марганец) в присутствии диоксида марганца быстро окисляются и оседают на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулиро- ванного катализатора является одновре- менно и фильтрующей средой.Для улучше- ния процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители. Наиболее распространенным является перманганат калия KMnO4, так как его применение не только активизирует ре- акцию окисления, но и компенсирует "вы- мывание" марганца с поверхности гранул фильтрующей среды, то есть регенерирует ее. Используют как периодическую, так и непрерывную регенерацию. Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца кроме специфических (не все из них работа- ют по марганцу, почти все они имеют боль- шой удельный вес и требуют больших рас- ходов воды при обратной промывке) имеют и ряд общих недостатков. Во-первых, они неэффективны в отношении органического железа. Более того, при на- личии в воде любой из форм органического железа, на поверхности гранул фильтрую- щего материала со временем образуется органическая пленка, изолирующая катали- затор – диоксид марганца от воды. Таким образом, вся каталитическая способность фильтрующей засыпки сводится к нулю. Практически ?на нет? сводится и способ- ность фильтрующей среды удалять железо, так как в фильтрах этого типа просто не хва- тает времени для естественного протекания реакции окисления. Во-вторых, системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда содер- жание железа в воде превышает 10-15 мг/л, что совсем не редкость. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию. 3. Ионный обмен Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применялся (да и теперь применяется) в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с по- явлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионно- го обмена для целей водоочистки резко возросла. С точки зрения удаления из воды железа ва- жен тот факт, что катиониты способны уда- лять из воды не только ионы кальция и маг- ния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное желе- зо. Причем теоретически, концентрации же- леза, с которыми могут справиться ионооб- менные смолы, очень велики. Достоинством ионного обмена является также и то, что он ?не боится? верного спутника железа – мар- ганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления. Главное же преимущество ион- ного обмена в том, что из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии. То есть совсем от- падает необходимость в такой капризной и ?грязной? (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как окисление. Однако на практике, возможность примене- ниякатионообменных смол по железу силь- но затруднена. Объясняется это следующи- ми причинами: Во-первых, применение катионитов целе- сообразно там, где существует также и про- блема с жесткостью воды, так как железо удаляется из воды вместе с жесткостью. Там, где ситуация с жесткостью достаточно бла- гополучная, применение катионообменных смол нерационально. Во-вторых, ионообменные смолы очень критичны к наличию в воде трехвалентного железа, которое ?забивает? смолу и очень плохо из нее вымывается. Именно поэтому нежелательно наличие в воде не только уже окисленного железа, но и растворенного кислорода и других окислителей, наличие которых может привести к его образова- нию. Этот фактор накладывает также огра- ничение и на диапазон рН, в котором рабо- та смол эффективна. В-третьих, при высокой концентрации в воде железа, с одной стороны возрастает вероятность образования нерастворимого трехвалентного железа (со всеми вытекаю- щими отрицательными последствиями – см. выше) и, с другой стороны, гораздо быстрее истощается ионообменная ёмкость смолы. Оба этих фактора требуют более частой ре- генерации, что приводит к увеличению рас- хода соли. В-четвертых, наличие в воде органичес- ких веществ (в том числе и органического железа) может привести к быстрому ?зарас- танию? смолы органической пленкой, кото- рая одновременно служит питательной сре- дой для бактерий. Тем не менее, именно применение ионооб- менных смол представляется наиболее пер- спективным направлением в деле борьбы с железом и марганцем в воде. Задача заклю- чается в том, чтобы подобрать такую комби- нацию ионообменных смол (подчас весьма сложную и многокомпонентную), которая была бы эффективна в достаточно широких пределах параметров качества воды. 4. Мембранные технологии Мембранные технологии достаточно широ- ко используются в водоподготовке, однако удаление железа отнюдь не главное их предназначение, скорее побочный эффект. Этим и объясняется тот факт, что примене- ние мембран пока не входит в число стан- дартных методов борьбы с присутствием в воде железа. Основное назначение мемб- ранных систем – удаление бактерий, про- стейших и вирусов (?холодная стерилиза- ция?), частичное или глубокое обессоливание, подготовка высококачест- венной питьевой воды. То есть они пред- назначены для глубокой доочистки воды. Тем не менее, микрофильтрационные мемб- раны пригодны для удаления уже окислен- ного трехвалентного железа, ультрафильт- рационные и нанофильтрационные мембраны также способны удалять колло- идное и бактериальное железо, а обратно- осмотические мембраны удаляют даже растворенное органическоеи неорганиче- ское железо. Практическое же применение мембран для работы по железу ограничено следующими факторами: Во-первых, мембраны даже в большей сте- пени, чем гранулированные фильтрующие среды и ионообменные смолы, критичны к ?зарастанию? органикой и забиванию по- верхности нерастворимыми частицами (в данном случае ржавчиной). Это означает, что мембранные системы требуют достаточ- но тщательной предварительной подготов- ки воды, в частности – удаления взвесей и органики. То есть мембранные системы применимы либо там, где нет органическо- го, коллоидного, бактериального и трехва- лентного железа, либо проблема с этими за- грязнениями должна быть предварительно решена другими методами. Во-вторых, стоимость. Мембранные систе- мы пока недешевы и их применение рента- бельно только там, где требуется очень вы- сокое качество воды (например, в пищевой промышленности). 5. Дистилляция Дистилляция является давно известным и проверенным способом глубокой очистки воды. Принцип дистилляции фактически по- вторяет круговорот воды в природе. Вода, испаряясь, освобождается практиче- ски ото всех растворенных и нерастворен- ных примесей. В дистилляторах для ускоре- ния естественного процесса испарения воды применяется нагревание (в подавляю- щем большинстве случаев с помощью элек- тричества) воды до температуры кипения, что приводит к интенсивному образованию пара. При этом механические частицы, со- держащиеся в воде (включая бактерии, ви- русы и прочую ?живность?, а также колло- иды и взвешенные частицы) оказываются слишком тяжелыми, чтобы быть подхва- ченными паром. Одновременно почти все растворенные в воде химические вещест- ва (включая соли железа, других тяжелых металлов, соли жесткости и т.д.) достигают предела своей растворимости (за счет по- вышенной температуры и особенно увели- чения концентрации – вода-то постоянно улетучивается) и выпадают в осадок. Таким образом, вместе с паром могут ?вознестись? только летучие органические соединения (среди которых, правда и такие опасные, как тригалометан – потенциальный канце- роген – и другие). Именно поэтому в дис- тилляторах часто устанавливают фильтр до- очистки на основе активированного угля из скорлупы кокоса. В дальнейшем пар, охлаждаясь (в природе – в верхних слоях атмосферы, в дистиллято- рах – в специальных конденсаторах, про- стейшим из которых является змеевик), кон- денсируется, опять превращаясь в воду. Этот конденсат и является той высокоочи- щенной водой, которую называют дистилля- том. Иногда дистиллированную воду ?про- гоняют? через дистиллятор еще раз и получают так называемый би-дистиллят. Дистиллированную воду достаточно широ- ко используют в промышленности, медици- не, в химических лабораториях. Хорошо всем известный пример использования дис- тиллированной воды – заливка в аккумуля- торы автомобиля. В быту же дистилляторы не нашли широкого применения. И дело здесь совсем не в непригодности дистиллированной воды для питья. Вред- ность такой воды из-за отсутствия в ней ?полезных? минеральных веществ – это ско- рее укоренившийся предрассудок. Дистил- лированная вода действительно имеет не- высокие вкусовые качества, часто ее вкус характеризуют как ?затхлый?. Связано это с тем, что такая вода - это действительно жид- кость без вкуса (!) и запаха (см. любой учеб- ник по химии). То есть вкус дистиллирован- ной воды не затхлый – он никакой. Мы же привыкли, что вода имеет вкус (пусть даже едва уловимый), который определяется ее минеральным составом и наличием раство- ренных газов. Однако с точки зрения влия- ния на здоровья нет никаких свидетельств того, что дистиллированная вода непригод- на для питья. Ограниченность же применения дистилля- торов в настоящее время объясняется сле- дующими причинами. Во-первых, бытовые дистилляторы имеют малую производительность – что-то около 1 литра в час. Во-вторых, в бойлере дистиллятора посто- янно образуются осадок, накипь и т.п., кото- рые надо вычищать. В-третьих, дистилляторы излучают тепло и в довольно значительных количествах. В-четвертых, дистилляторы потребляют значительное количество электроэнергии, что для многих применений делает их ис- пользование менее рентабельным, чем об- ратный осмос или деминерализация на ио- нообменных смолах.

Серебро

Описание Серебро, Ag, (лат. Argrentum), химический элемент I группы периодической системы Д.И. Менделеева, атомный номер 47, атом- ная масса 107,8682. Серебро – металл бело- го цвета, ковкий, пластичный, хорошо поли- руется. Плотность 10,5 г/см3 (относится к тяжелым металлам), tпл=960,5 ?С, tкип=2212 ?С. Природное серебро состоит из двух ста- бильных изотопов 107Ag (51,35 %) и 109Ag (48,65 %), известны также 14 радиоактивных изотопов серебра и несколько изомеров. Серебро известно с древних времен и все- гда причислялось к благородным металлам. Химически серебро малоактивно, с кисло- родом воздуха практически не взаимодей- ствует. Образует сплавы со многими метал- лами. При воздействии сероводорода чернеет. Хорошо реагирует с галогенами, причем эти соединения под действием сол- нечного света распадаются и темнеют, что нашло применение в фотографии. Большин- ство солей серебра слаборастворимы в воде, а все растворимые соединения – токсичны. Серебро (в основном в виде различных сплавов) широко применяется в электротех- нике (для серебренияконтактов, т.к. облада- ет одновременно отличной электропровод- ностью, лучшей среди металлов, и высокой коррозионной устойчивостью), для изготов- ления специальной и бытовой посуды, как катализатор в процессах органического и неорганического синтеза, при изготовлении сверхчувствительной фото- и кинопленки и пр. Наконец, из серебра испокон века чека- нят монеты и изготавливают ювелирные ук- рашения. Некоторые серебросодержащие препараты (например, нитрат серебра) до- вольно широко применяется в медицине, в частности в качестве местного антисептиче- ского, вяжущего и прижигающего средства. О бактерицидных свойства ионов серебра тоже известно давно, однако, вокруг этого факта накопилось много противоречивой, подчас безответственной информации. Источники Серебро – редкий элемент (его кларк – про- центное содержание по массе – в земной ко- ре составляет 7?10–6 ). В природе встречает- ся как в самородном виде (крайне редко), так и в виде самостоятельных минералов, которых известно свыше 50-ти. Основные из них – аргентит (или ?серебряный блеск?), пи- раргидрит, полибазит, прустит, стефанит и т.д. Добыча серебра собственно из серебря- ных руд составляет только 10-20 % от ее об- щего объема. Основная же масса серебра (80-90 %) извлекается попутно из свинцово- цинковых, медных и золото-серебряных руд. Основным источником поступления сереб- ра в подземные воды являются сточные во- ды рудников, горно-обогатительных пред- приятий, отходы производства и обработки фотоматериалов, а также в результате попа- дания в воду бактерицидных и альгицидных (предназначенных для уничтожения водных растений) препаратов. В сточных водах се- ребро может присутствовать как в раство- ренном, так и во взвешенном (коллоидном) состоянии, большей частью в виде галлоид- ных солей. Влияние на качество воды В силу нерастворимости своих оксидов и большинства солей, серебро встречается в незагрязненных поверхностных водах в очень незначительных субмикронных коли- чествах (0,2-0,3 мкг/л) и крайне редко его содержание в поверхностных и питьевых водах может достигать 5 мкг/л. В морской воде концентрация серебра составляет 0,3- 1,0 мкг/л. В загрязненных подземных водах серебра может находиться уже от единиц до десятков мг/л. Учитывая, что содержание серебра в неза- грязненных природных водах (до 5 мкг/л) не представляет опасности для здоровья человека, Всемирная Организация Здравоо- хранения (ВОЗ) не вводила специальной ве- личины ПДК для серебра. Однако, так как серебро иногда применяетсядля обеззара- живания питьевой воды и его уровень в та- кой воде составляет, как правило, более 50 мкг/л, в ?Руководстве по контролю качества воды? ВОЗ оговорено, что безвредны для здоровья концентрации серебра до 0,1 мг/л. На эту величину – 100 мкг/л, очевидно, ори- ентировались и разработчики американско- го стандарта качества воды (хотя в зарубеж- ной прессе проскакивали сообщения о недавнем снижении этого показателя в США до 50 мкг/л, официального подтверждения этому мы пока не нашли). В отечественном СанПиНе этот параметр в два раза меньше - 50мкг/л, а в Европе - меньше в целых десять раз (10 мкг/л). Пути поступления в организм Основным путем естественного поступле- ния серебра в организм является пища. По данным ВОЗ многие продукты содержат от 10 до 100 микрограмм (1 мкг=10–6 г) серебра на 1 кг своего веса. Исследования в США по- казали, что среднее ежедневное потребле- ние серебра взрослым человеком составля- ет 7,1 мкг (включая и воду), хотя есть более ранние данные о среднесуточном потребле- нии на уровне 20-80 мкг. Вклад воды в это количество можно считать незначительным, за исключением случаев, когда для питья и приготовления пищи используется вода, об- работанная ионами серебра. В этом случае доля воды становится определяющей. Серебро – трудно усваиваемый элемент. Из организма (в основном через желудочно- кишечный тракт) удаляется от 90 % и более поступившего серебра. Тем не менее, часть серебра абсорбируется в желудочно-кишеч- ном тракте, легко связывается с белками (глобулином и гемоглобином крови и т.п.), и разносится по организму. Главным хранили- щем серебра в организме является печень. Сосредотачивается серебро в повышенных концентрациях также в кожных покровах, слизистых, и в меньшей степени в других органах (почки, селезенка, костный мозг, стенки капилляров, эндокринные железы). Печень является и основным органом, от- ветственным за выведение серебра из орга- низма. Как и все тяжелые металлы, серебро выводится из организма довольно медлен- но, хотя и не так долго, как многие другие – период его ?полувыведения? из печени мо- жет достигать 50 дней. Вместе с желчью се- ребро попадает в желудочно-кишечный тракт и далее выводится с фекалиями. Выве- дение серебра через почки или с потом не- значительно. Однако при постоянном по- ступлении серебра в организм все равно наблюдается тенденция к его постепенному накоплению. Потенциальная опасность для здоровья Серебро считается не самым токсичным из тяжелых металлов, возможно благодаря тому, что в обычных условиях мы получаем его в ничтожных дозах. В то же время по российским нормам ему присвоен класс опасности 2 – ?высоко опасное вещество?, наряду с другими общепризнанно токсич- ными тяжелыми металлами, такими как сви- нец, кобальт, кадмий и др. И этот факт за- ставляет относиться к серебру с должным ?почтением?. Действительно, накопление серебра в организме человека в избыточ- ных количествах может вызывать специфи- ческое заболевание, называемое ?аргироз? или ?аргирия?. Проявляется оно в измене- нии цвета радужной оболочки глаз и глаз- ного дна, а также в пигментации слизистых и кожи, которая может приобретать от се- ровато-голубоватого до аспидно-серого от- тенка. Проявлению признаков заболевания способствует недостаток в организме вита- мина Е и селена, а также воздействие сол- нечных лучей. В последнем случае кожа, на- сыщенная ионами серебра ?засвечивается? как фотография. Пигментация кожи и слизи- стых развивается, как правило, очень мед- ленно и значительно проявляется через 10 и более лет после начала постоянного воз- действия серебра. Возможно и более быст- рое развитие аргироза вследствие, напри- мер, интенсивного лечения препаратами серебра и его приема внутрь в значитель- ных дозах. Разовая доза в 10 грамм AgNO3 (6,35 г в пересчете на серебро) оценивается ВОЗ как летальная. Определить уровень, с которого начинается развитие болезни довольно сложно, но многочисленные исследования, проведен- ные в разные годы, позволили сделать вы- вод о том, что аргироз вызывает накопле- ние в организме в среднем 1 грамма серебра. Как правило, кроме пигментации кожи и слизистых, глаз, иногда волос арги- роз не приводит к более серьезным послед- ствиям. Иногда возможно уменьшение ост- роты зрения (особенно в темное время суток), могут наблюдаться точечные включе- ния в хрусталике глаза. При длительном воздействии серебра могут возникнуть вос- палительные заболевания желудочно-ки- шечного тракта, при этом наблюдается уве- личение и болезненность печени. ВОЗ определила для серебра максимальную дозу, которая не вызывает обнаруживаемого вредного воздействия на здоровье человека (так называемый уровень NOAEL – No Observable Adverse Effect Level) – 10 грамм. Т.е. по методике ВОЗ человек, ?съевший и выпивший? за всю свою жизнь (70 лет) сум- марно 10 грамм серебра гарантированно не должен иметь из-за этого никаких проблем со здоровьем. На основе этой величины и бы- ли сделаны рекомендации по толерантному (переносимому) содержанию серебра в пить- евой воде – 100 мкг/л. Такая концентрация за 70 лет жизни даст половину уровня NOAEL, что заведомо безопасно для здоровья. Экспериментально установлено, что ионы серебра могут взаимодействовать с азотис- тыми основаниями, тимином и гуанином, молекулы ДНК (например у бактерий, что сопровождается нарушением функций ДНК и тормозит рост и размножение микроорга- низмов. Этим, как предполагается, обуслов- лено бактериостатическое действие сереб- ра. Однако мутагенной активности серебра не выявлено. Также не установлено и канце- рогенное действие серебра. Физиологическое значение Серебро – постоянная составляющая в орга- низмах всех высших живых существ – от рас- тений до животных и человека. Однако фи- зиологическая роль серебра в организме человека и животных на данный момент изу- чена недостаточно. Такое явление, как дефи- цит серебра в организме нигде не описано. Возможно, серебро выполняет в организме роль ингибитора (замедлителя) ферментов. Установлено, что серебро способно блоки- ровать сульфгидридные (HS) группы, участ- вующие в образовании активного центра многих ферментов, ?тормозя?, таким обра- зом, их активность. Например, серебро бло- кирует аденозинтрифосфатную деятель- ность миозина. А миозин – это ни много, ни мало основной белок мышечной ткани че- ловека, способный расщеплять АТФ (адено- зинтрифосфат) – нуклеотид, выполняющий во всех живых организмах роль универсаль- ного аккумулятора и переносчика энергии. Именно благодаря этому свойству миозина, химическая энергия макроэнергетических связей АТФ превращается в механическую энергию мышечных сокращений. Т.е. серебро способно ?приглушать? энергоснабжение ор- ганизма. Как полагают ученые, аналогичным является и механизм бактерицидного (обезза- раживающего) действия ионов серебра. Они проникают внутрь бактериальной клетки, бло- кирует SH-группы ферментов микроорганиз- мов (а многие бактерии, в частности жгутико- вые и ресничные, и многие простейшие имеют ферменты аналогичные миозину), в ре- зультате чего бактерия погибает. Технология удаления из воды Обратный осмос, ионный обмен, дистилляция. Серебрение воды

Факты

1. Серебро – это тяжелый металл. Причем, вопреки расхожему мнению, отнюдь не бе- зобидный. Не даром в российских санитар- ных нормах – СанПиН 2.1.4.1074-01 ?Питье- вая вода и водоснабжение населенных мест? - серебру присвоен класс опасности 2, т.е. ?высокоопасное вещество?. Таким обра- зом, Госсанэпидемнадзор России официаль- но установил, что серебро стоит в одном ряду со свинцом, кобальтом, кадмием, мы- шьяком, цианидами и другими общеприз- нанными ядовитыми веществами, имеющи- ми такой же класс опасности и близкие уровни ПДК. 2. Как и большинство тяжелых металлов, се- ребро достаточно медленно выводится из организма и при его постоянном поступле- нии может накапливаться. При длительном (до 10 и более лет) накоплении серебра воз- можно проявление признаков аргироза – отравления серебром (справедливости ра- ди надо отметить, чтоне представляющего непосредственной угрозы для жизни). 3. Физиологическая роль серебра в орга- низме человека пока изучена недостаточно. Известно одно – обычно серебро поступает в организм в ничтожно малых количествах (среднее суточное поступление с водой и пищей составляет, по последним данным ВОЗ, около 7 микрограмм в сутки) и при этом такое явление, как дефицит серебра, пока нигде не описано. Ни один из серьез- ных источников не относит серебро к жиз- ненно важным биоэлементам. 4. Серебро (наряду с другими тяжелыми металлами, такими как медь, олово, ртуть) способно в малых концентрациях (начиная с 2?10-11 моль/л) оказывать бактерицид- ное действие (так называемый олигодина- мический эффект). Однако по данным ВОЗ, выраженный бактерицидный эффект (т.е. способность гарантированно убивать оп- ределенные бактерии) наблюдается при концентрациях ионов серебра свыше 150 мкг/л. При концентрациях 50-100 мкг/л ио- ны серебра обладают бактериостатичес- ким действием (т.е. способностью сдержи- вать рост и размножение бактерий). Отметим, что бактериостазис – процесс об- ратимый и после прекращения действую- щего фактора, рост и размножение бакте- рий возобновляются. Исключением является только случай длительного бакте- риостатического воздействия. 5. Ионы серебра убивают отнюдь не все бак- терии. Целый ряд микроорганизмов, напри- мер спорообразующие бактерии, более ус- тойчивы к их воздействию. Также до конца не ясен вопрос о воздействии ионов серебра на простейшие и вирусы. Этот факт, кстати, явился причиной определенного разочаро- вания в активированном угле, импрегниро- ванном серебром. Процитируем ВОЗ: ?Хоро- шо известно такое явление, как рост бактерий внутри фильтров на основе активи- рованного угля, используемых в точке поль- зования (POU – point of use). Некоторые про- изводители таких фильтров пытались преодолеть эту проблему, добавляя в уголь в качестве бактериостатического агента сереб- ро. Однако все имеющиеся на данную тему публикации убедительно показывают, что та- кая практика имеет ограниченный эффект. Считается, что присутствие в таких фильтрах серебра селективно допускает рост устойчи- вых к нему бактерий. По этой причине ис- пользование таких устройств допускается ис- ключительно для питьевой воды, о которой известно, что она безопасна в микробиоло- гическом отношении?. 6. Серебрение воды достаточно давно ис- пользуется как бактериостатический агент при длительном хранении питьевой воды, например на морских судах, во время кос- мических полетов, в некоторых авиакомпа- ниях. При хранении такой водынеобходимо соблюдение некоторых условий. Во-первых, вода изначально должна быть хорошего ми- кробиологического качества. Во-вторых, должно быть исключено поступление в воду новых бактерий. В-третьих, вода должна храниться в темноте, так как под действием света возможно выпадение осадка и изме- нение ее цвета (соединения серебра чувст- вительны к свету – это явление использует- ся в фотографии). 7. Серебро успешно применяется в качестве обеззараживающего средства в комбинации с другими дезинфектантами. Например, ио- низация воды ионами меди и серебра в со- отношении 10:1 (ПДК по меди по СанПиНу в 20 раз, а в США в 10 раз выше, чем у сереб- ра, а бактерицидное действие по некото- рым организмам даже лучше) дает хорошие результаты при обеззараживании воды в спа и бассейнах, и одновременно позволяет на 80 % снизить степень хлорирования (но не отказаться от него).

Вывод

Главный вывод состоит в том, что в тех кон- центрациях, которые разрешены действую- щими нормативами (а их соблюдение – за- кон) – 50 мкг/л по российскому СанПиН – серебро в воде обладает в лучшем случае бактериостатическим эффектом, т.е. способ- но притормозить рост бактерий. С этой точ- ки зрения, серебрение можно использовать как способ продления срока хранения воды (при несоблюдении правил хранения и в за- висимости от концентрации соединений се- ребра возможно выпадение осадка и изме- нение цвета воды). Посеребренную воду с содержанием ионов серебра в переделах действующих нормати- вов можно считать безопасной. Вопрос о принятии внутрь лишнего тяжелого метал- ла, который в обычных условиях мы получа- ем в ничтожных дозах – личный выбор каж- дого индивидуума, при условии, что он информирован о всех плюсах и минусах. Ссылки на физиологическую целесообраз- ность серебрения воды несостоятельны (по крайней мере, по состоянию знаний на се- годняшний день), так как никакого улучше- ния химических и физиологических свойств воды серебро не вызывает. Серебро в невысоких концентрациях, но в комбинации с другими химическими веще- ствами может быть использовано для обез- зараживания воды в бассейнах, спа, и т.п. С точки зрения применения серебра для дезинфекции питьевой воды в системах во- доподготовки, этот метод ничем не отлича- ется от использования в тех же целях хло- рирования, йодирования, бромирования и других химических (реагентных) методов обеззараживания. Как и в случае перечис- ленных методов желательно после обезза- раживания осуществить удаление остатков продуктов обеззараживания и образовав- шихся при этом побочных продуктов по схе- ме: хлорирование-дехлорирование, йоди- рование-дейодирование и т.п. Это позволит частично застраховаться от главного недо- статка всех методовреагентного обеззара- живания – передозировки (в результате, на- пример, отказа оборудования). С практической точки зрения, серебрение как метод обеззараживания питьевой воды в точке пользования проигрывает безреа- гентным методам, например, ультрафиоле- товому облучению, что делает целесообраз- ность его применения сомнительной. В своей повседневной жизни мы используем либо водопроводную воду (как правило, поступающую из наземных водохранилищ через сеть муни- ципальных водоочистных сооружений), либо воду из индивидуальных ис- точников водоснабжения – колодца или скважины. К сожалению, такая во- да, зачастую не соответствует всем действующим нормативам. В настоящее время существует целый ряд устройств, позволяющих решать практически любые проблемы с водой. С некоторой долей условности их можно назвать фильтрами. Фильтры могут быть классифицированы по своему применению, то есть в зависимости от тех конкретных проблем с водой, для устранения которых они предназначены. При этом фильтры од- ного класса могут отличаться друг от друга как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. К числу наиболее часто встречающихся проблем с водой, требующих решения с помощью фильтров можно отнести: Наличие нерастворенных механических примесей; Растворенные в воде железо и марганец; Жесткость; Наличие привкуса, запаха, цветности; Бактериологическая загрязненность.

Осадочные фильтры

Предназначены для удаления из воды меха- нических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а также коллоидных веществ. Для удаления относительно крупных частиц (свыше 20-50 микрон) применяют сетчатые или дисковые фильтры грубой очистки. Их недостатком является сравнительно низкая грязеем- кость. Поэтому при сильном загрязнении воды или большой производительности они требуют частой промывки, что нетехноло- гично. В этих случаях целесообразно приме- нение автоматизированных систем засып- ного типа. В качестве фильтрующей среды применяют в основном обезвоженный алю- мосиликат, обеспечивающий фильтрацию частиц от 20 микрон. Для более тонкой очи- стки применяют засыпку из специальной ке- рамики.

Фильтры-обезжелезиватели

Фильтры этого класса предназначены глав- ным образом для удаления из воды железа и марганца, находящихся в растворенном состоянии. В качестве фильтрующей среды используются различные природные веще- ства, включающие в свой состав двуокись марганца (Birm, Greensand и т.п.). Двуокись марганца служит катализатором реакции окисления, при которой растворенные в во- де железо и/или марганец переходят в не- растворимую форму и выпадают в осадок, который задерживается в слое фильтрую- щей среды и в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке. В процес- се окисления железа и марганца некоторые фильтры также эффективно удаляют раство- ренный в воде сероводород. Некоторые из фильтрующих сред требуют регенерации перманганатом калия. При больших концен- трациях железа и/или марганца применяют специальные методики, способствующие их более интенсивному окислению.

Фильтры-умягчители

Обширный класс устройств, предназначен- ных для снижения жесткости воды. Благо- даря применению специальных засыпок фильтры этого типа могут обладать ком- плексным действием и способны также удалять из воды определенные количества железа, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых металлов, орга- нических соединений. Фильтры этого типа требуют регенерации солевым раствором и поэтому снабжены специальным баком для приготовления регенерирующего рас- твора (солевой бак).

Угольные фильтры

Активированный уголь уже давно применя- ется в водоочистке для улучшения органо- лептических показателей качества воды (ус- транения постороннего привкуса, запаха, цветности). Благодаря своей высокой ад- сорбционной способности, активированный уголь эффективно поглощают остаточный хлор, растворенные газы, органические со- единения. Однако, так как накапливающая- ся органика трудно выводится из угля при обратной промывке, возможен залповый сброс загрязнений в выходную линию. Для предотвращения этого явления засыпка из активированного угля требует периодиче- ской замены. В настоящее время для уве- личения ресурса работы применяют активи- рованный уголь из скорлупы кокоса, адсорбционная способность которого в 4 раза выше, чем угля, получаемого традици- онными методами (например, из древесины березы). Для борьбы с биологическим зара- станием применяют также специальные уг- ли с бактериостатическими присадками.

Ультрафиолетовые стерилизаторы

Наиболее распространенным методом борьбы с бактериологическим загрязнени- ем (наличием в воде микробов и бактерий) является облучение воды ультрафиолетом. При этом параметры излучения подобраны таким образом, что гарантируют почти пол- ную стерилизацию воды. В качестве стери- лизаторов этого типа широко применяются специальные ультрафиолетовые лампы, смонтированные в жестком корпусе, внутри которого протекает вода, подвергаясь воз- действию ультрафиолетового излучения.

Системы подготовки питьевой воды

Наиболее прогрессивными системами подго- товки питьевой воды в настоящее время яв- ляются обратноосмотические системы. Вода, получаемая с помощью таких установок обла- дает прекрасными вкусовыми качествами и по своим свойствам близка к талой леднико- вой воде. Ключевая компонента такой систе- мы – полупроницаемая мембрана, от качест- ва и материала которой зависит степень очистки воды, достигающая 98-99%. Для обес- печения нормальной работоспособности, си- стема комплектуется предварительными кар- триджными фильтрами, насосом и т.д. в зависимости от параметров исходной воды. Устанавливаются такие системы, как правило, на кухне и используются только для получе- ния воды, расходуемой на пищевые цели.

Устройство засыпных фильтров

Фильтры засыпного типа – это именно те водоочистные устройства (как правило, автоматические), которые применяются для коттеджей, коммерческих и производ- ственных целей. Т.е. там, где нужна пико- вая потребная производительность от 0,7- 1 м3/час (это, приблизительно, один полностью открытый или два приоткрытых крана) и выше, а режим разбора воды предполагает довольно существенные на- грузки на фильтр. Все фильтры для очистки воды засыпного типа, независимо от компании производи- теля и своего предназначения, принципи- ально устроены практически одинаково. Такой фильтр состоит из следующих ос- новных составляющих (номер по порядку соответствует номеру на рисунке).

1. Корпус

Корпус (1) фильтра изготавливается, как правило, из стеклопластика, иногда из не- ржавеющей стали. За рубежом ?нержавей- ка? считается дорогим и тяжелым материа- лом и применяется в основном в специальных случаях (например, медицина). По форме корпус представляет собой по- лый цилиндр с куполообразными верхом и дном. Такая форма обеспечивает оптималь- ные гидравлические характеристики рабо- ты фильтра. Для устойчивости в нижней час- ти используется специальное кольцевое основание. В верхней части корпуса проре- зается горловина, через которую осуществ- ляется сборка и засыпка фильтра. В корпу- сах большого размера подобная горловина делается и снизу, чтобы облегчить сборку и ремонт фильтра. При эксплуатации нижняя горловина закрывается специальной за- глушкой. В корпусе фильтра в разных мес- тах могут прорезаться и другие технологи- ческие отверстия (например, специально для засыпки фильтрующей среды).

2. Блок управления

Блок управления (БУ) фильтром (2) представляет собой многоходовой клапан (отсюда и английский термин – valve и часто употребляемый в России, хотя и не совсем корректный, термин "управляющий клапан") с соответствующим приводом (электромеханическим, гидравлическим или др.) и необходимой автоматикой (возможен вариант исполнения с ручным управлением). Назначение БУ – это своевременная инициализация процесса регенерации (восстановления фильтрующей способности) фильтра и осуществление последовательного переключения потоков воды внутри фильтра в соответствии с заданной программой. Блок управления всегда имеет внешний порт для подсоединения линии неочищенной воды, внешний выходной порт, в который подается уже обработанная вода и внешний дренажный порт для периодического сброса накопленных загрязнений. Так устроены, например, блоки управления, предназначенные для установки на фильтрах без химической регенерации. Несколько сложнее устройство БУ, применяемых в фильтрах с химической регенерацией и имеющих дополнительный внешний порт для подачи регенерирующего раствора. В этом случае в комплект засыпного фильтра входит также бак для приготовления и хранения регенерирующего раствора (на рисунке не показан). В зависимости от типа устройства, выдающего сигнал на начало регенерации, БУ делят на два основных типа. Первый – это БУ с регенерацией по времени. В состав такого блока входит таймер (электронный или электромеханический), который через определенные промежутки времени выдает сигнал на начало регенерации. Такие блоки чаще применяются в фильтрах без химической регенерации. Второй – это БУ с регенерацией по расходу. В состав такого блока входит расходомер (счетчик воды), который выдает сигнал на регенерацию после прохождения через фильтр определенного объема воды. Такие блоки на практике чаще применяются в фильтрах с химической регенерацией. Гораздо реже встречаются БУ с регенерацией по параметру качества воды. В состав такого блока входит один или несколько датчиков. Их назначение – измерять один или несколько параметров воды на выходе системы и выдавать сигнал на регенерацию тогда, когда параметры очищенной воды перестают удовлетворять заданным требованиям (например, увеличивается жесткость). Часто работой датчиков управляет микропроцессор. Понятно, что такие системы дороги и применяются практически только на крупных промышленных объектах. Как правило, блок управления устанавливается на верхней горловине корпуса фильтра (как на рисунке). Такая компоновка называется "верхней" от английского Top Mount. В промышленных фильтрах большого размера нередко применяется компоновка Side-Mount, когда БУ устанавливается сбоку от фильтра. Для реализации функции переключения потоков внутри фильтра БУ связан с уже упоминавшейся распределительной системой, в состав которой, в свою очередь, входят:

3. Водоподъемная труба

Центральный стояк (3) представляет собой трубу (как правило, пластиковую), устанавливаемую вертикально по центру корпуса фильтра. Ее верхний конец (здесь речь идет о фильтрах с верхней компоновкой, как на рисунке) соединен с блоком управления, а на втором – закреплен нижний распределитель, называемый часто дистрибьютором (от английского distributor).

4. Нижний распределитель

В сравнительно небольших фильтрах ниж- ний распределитель (bottom distributor) (4) представляет собой некий пластиковый "набалдашник" с множеством тончайших калиброванных щелей (на рисунке щели изображены нарочито широкими). Как правило, их толщина составляет сотни микрон. Предназначение нижнего распределителя – распределять поток воды, поступающий по центральному стояку равномерно во всех радиальных направлениях или, наоборот, ?собирать? со всех направлений воду, двигающуюся внутри фильтра вниз и подавать ее через центральный стояк к блоку управления (2). Это делается для того, чтобы максимально задействовать весь имеющийся объем фильтра (чтобы в нем не образовывались "мертвые зоны"). В фильтрах большего размера, описанного выше и показанного на рисунке, дистрибьютора становится недостаточно и тогда применяют лучевые (их еще называют латеральными – от английского lateral - "боковой") дистрибьюторы. Для защиты нижнего распределителя, он всегда закрывается слоем специальной засыпки, называемой ?гравийной подложкой?.

5. Гравийная подложка

Из названия видно, что для создания подложки (5) используется специальный очищенный, промытый и тщательно отсортированный по гранулометрическому составу гравий. Благодаря однородному размеру,гравийная подложка (5) помогает нижнему распределителю (4) в его работе, т.е. в равномерном распределении потока воды по всему поперечному сечению фильтра.

6. Фильтрующая среда

Если блок управления, корпус, распределительную систему, подложку можно сравнить с ?телом? фильтра (оно устроено у всех более-менее одинаково), то фильтрующая среда (6) – это, несомненно, его ?душа?, определяющая индивидуальность каждого фильтра засыпного типа. Именно от того, какая в фильтре используется фильтрующая среда и будет зависеть его работа, т.е. то, какой круг задач способен решать такой фильтр, на какой воде он может работать, а на какой нет, какой тип регенерации (химический или безреагентный) должен быть использован и т.п. Именно в области используемых фильтрующих сред и находятся большинство "ноухау", используемых компаниями, работающими в области водоподготовки. Выбор типа засыпки – задача сама по себе не простая, зависящая от ряда факторов и, прежде всего, от результатов исследования исходной воды, т.е. от ее параметров и целей, которые необходимо достигнуть. Однако правильный выбор засыпки – это еще полдела. Надо еще правильно подобрать ее количество в зависимости от потребной производительности фильтра, его габаритов, типа регенерации и физико-химических свойств самой фильтрующей среды. Достигается это грамотным ?расчетом? фильтра. При расчете учитываются и скорости прохождения воды через фильтр в разных режимах, и необходимая минимальная высота слоя засыпки, и ?расширение? объема фильтрующей среды, которое необходимо обеспечить при обратной промывке, и целый ряд других параметров. В зависимости от результатов расчета подбирается количество засыпки для каждого типоразмера фильтра и соответствующим образом настраивается блок управления фильтром. Необходимо заметить также, что засыпка может быть как однокомпонентной, т.е. состоящей из одного типа фильтрующей среды, так и двух- и многокомпонентной, состоящая из нескольких типов фильтрующих сред. При этом сами фильтрующие среды в многокомпонентной засыпке могут быть перемешанными между собой, либо располагаться слоями. Применяются и комбинации смешанных и многослой- ных засыпок. Надо ли говорить, что разработка, подбор и расчет фильтров с многокомпонентными многослойными засыпками является ?высшим пилотажем водоподготовки?, так как для эффективной работы такого фильтра необходимо не только определить ?совместимые? между собой засыпки, но и подобрать оптимальные количественные соотношения и оптимальные режимы эксплуатации. Математическая модель такого расчета – это решение системы уравнений с множеством переменных.

Работа засыпного фильтра без химической регенерации

К данному, довольно многочисленному типу регенерируемых фильтров для воды относятся, например, осадочные или осветлительные фильтры; окислительные фильтры-обезжелезиватели и адсорбционные (угольные) фильтры. Все эти фильтры сходны по своему устройству и имеют одинаковый алгоритм работы, который состоит из следующих циклов.

1. Сервис (Service)

Цикл очистки воды. Неочищенная вода со входа поступает внутрь фильтра, проходит через слой фильтрующей засыпки и уже очищенная через нижний дистрибьютор и центральный стояк поступает в выходную линию. Продолжительность – зависит от степени загрязненности воды и типа засыпки, но не более 6-7 дней.

2. Обратная промывка (Backwash)

Цикл интенсивной обратной промывки фильтрующей среды. По сути этот цикл и является циклом регенерации, т.е. восстановления фильтрующих свойств засыпки. В силу этого фильтры этого типа часто называют "фильтрами для воды с обратной промывкой". Неочищенная вода со входа по центральному стояку и через нижний дистрибьютор подается снизу слоя фильтрующей засыпки в направлении, противоположном току воды в сервисе (отсюда и название промывки – обратная), взрыхляет её и вымывает накопленные загрязнения. Загрязненная вода поступает в дренаж. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется (по соображениям пожарной безопасности), но она будет проходит через фильтр напрямую неочищенная, поэтому пользоваться ей во время регенерации не желательно. Продолжительность – 5-20 минут.

3. Прямая промывка (Rapid rinse).

Промывка осуществляется в том же направлении, что и в сервисе, только вода подается не на выход, а сбрасывается в дренаж. Назначение данной промывки – сбросить в дренаж остаток загрязнений и первую порцию чистой воды. Кроме того, прямая промывка несколько уплотняет слой фильтрующей среды, поэтому иногда называется ?укладочной?. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется (по соображениям пожарной безопасности), но все-таки пользоваться ей на этом этапе не рекомендуется. Продолжительность – 5-10 минут. Работа засыпного фильтра с химической регенерацией К данному типу регенерируемых фильтров для воды относятся, прежде всего, ионообменные фильтры, а также фильтры-обезжелезиватели на основе фильтрующей среды Greensand, удаляющие также марганец и сероводород. Все эти фильтры сходны по своему устройству и имеют одинаковый алгоритм работы, хотя в умягчителях и обезжелезивателях используется разные регенеранты – поваренная соль и перманганат калия ?марганцовка? соответственно. Алгоритм работы сложнее, чем у фильтров без химической регенерации включает следующие циклы. 1. Сервис (Service) Цикл очистки воды. Неочищенная вода со входа поступает внутрь фильтра, проходит через слой фильтрующей засыпки и уже очищенная через нижний дистрибьютор и центральный стояк поступает в выходную линию. Уровень концентрированного регенерирующего раствора в баке для его хранения находится на максимальной отметке. Продолжительность – зависит от параметров воды и режима расхода (как правило, от 1 суток до 6-7 дней). Если фильтр не эксплуатируется или работает с недостаточной нагрузкой, то рекомендуется не реже, чем раз в 10 дней делать принудительную регенерацию (хотя бы только обратную промывку). В некоторых фильтрах возможность такой принудительной регенерации реализована аппаратно. 2. Обратная промывка (Backwash) Цикл интенсивной обратной промывки фильтрующей среды. Для фильтров данного типа является предварительным этапом регенерации. Неочищенная вода с входа по центральному стояку и через нижний дистрибьютор подается снизу слоя фильтрующей засыпки в направлении, противоположном току воды в Сервисе (отсюда и название промывки – обратная), взрыхляет (?поднимает?) её и вымывает накопленные механические загрязнения. Загрязненная вода поступает в дренаж. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется (по соображениям пожарной безопасности), но она проходит через фильтр напрямую неочищенная, поэтому пользоваться ей во время регенерации не желательно. Уровень концентрата регенерирующего раствора в баке для его хранения – на максимальной отметке. Продолжительность – 5-20 минут

3. Химическая регенерация(Regeneration)

Основной цикл с точки зрения восстановления фильтрующих свойств засыпки. Данный цикл состоит из двух подциклов.

3.1. Подача регенерирующего раствора (Brine rinse)

Концентрат регенерирующего раствора через засасывающую линию поступает в блок управления фильтром, где разбавляется в определенной пропорции входной водой. Полученный регенерирующий раствор проходит через слой фильтрующей засыпки, химически восстанавливая её фильтрующую способность. Отработанный регенерирующий раствор, в который перешли загрязнения, через нижний дистрибьютор и центральный стояк поступают в дренаж. Возможность поступления воды на выход систе мы сохраняется (по соображениям пожарной безопасности), но все-таки пользоваться ей на этом этапе не рекомендуется, т.к. возможно попадание загрязненной воды и регенерирующего раствора в выходную линию. Уровень концентрата регенерирующего раствора в баке для регенериру ющего раствора снижается до момента срабатывания отсечного клапана. Продолжительность – 10-60 минут.

3.2. Смещение (Slow rinse)

Этот этап начинается после срабатывания отсечного клапана. Поступление регенерирующего раствора из бака прекращается. Вода с входа медленно (отсюда и английское название этого подцикла – ?медленная промывка?) поступает в фильтр в том же направлении, что и в Сервисе. При этом происходит постепенное выдавливание (смещение) регенерирующего раствора из фильтра через нижний распределитель и центральный стояк в дренаж. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но она может содержать повышенное количество загрязнений и регенерирующий раствор – пользоваться ей не рекомендуется. Уровень регенерирующего раствора в баке не меняется и находится на минимальном уровне. Продолжительность – 30-60 минут.

4. Прямая промывка (Rapid rinse)

Промывка осуществляется в том же направлении, что и в Сервисе, только вода подается не на выход, а сбрасывается в дренаж. Назначение данной промывки – сбросить в дренаж остаток загрязнений и первую порцию чи- стой воды. Кроме того, прямая промывка за счет большой скорости пото- ка воды (отсюда и английское название – ?быстрая промывка?) несколько уплотняет слой фильтрующей среды, поэтому иногда называется "укладочной". Возможность поступления воды на выход системы сохраняется, но пользоваться ей еще не желательно. Уровень регенерирующего раствора в баке не меняется и находится на минимальном уровне. Продолжительность – 5-10 минут.

5. Наполнение бака для регенеранта (Tank fill)

В этом цикле осуществляется заполнение входной водой бака для хранения регенерирующего раствора. Уровень раствора в баке повышается до максимальной отметки. Уровень воды в баке задается либо блоком управления фильтра, либо срабатыванием запирающего поплавкового клапана. Сперва раствор слабо концентрирован, но по мере растворения регенеранта (наличие которого в баке надо постоянно поддерживать) его концентрация достигает максимума. Возможность поступления воды на выход системы сохраняется и, теоретически, ей уже можно пользоваться, т.к. из фильтра на этом этапе будет поступать нормальная очищенная вода, однако лучше дождаться конца всей регенерации. Продолжительность – 5-30 минут.

__Устройство реагентного бака

Бак для регенерирующего раствора входит в состав фильтров с химической регенерацией, т.е. тех фильтров, которым для восстановления фильтрующих свойств требуется то или иное химическое вещество. Раствор с таким веществом – регенерантом приготавливается и хранится (до очередной регенерации) в специальной емкости, которую для простоты и называют ?баком?. Емкость может быть различной формы (например бочкообразной, как показано на рисунке или квадратного сечения, как на рисунке) и размера, в зависимости от типа регенеранта (химического вещества, используемого для регенерации) и производительности фильтра, с которым она будет ис- пользоваться. Итак, бак представляет собой некую емкость (1) (как правило, пластиковую) с крышкой (2). В баке может устанав- ливаться специальная сетка (3), на которую будет насыпаться регенерант (7). Строго говоря, без этой сетки мож- но обойтись, существует множество моделей баков, где сетка не используется. Самым важным узлом является шахта (4) – пластиковая труба, внутри которой смонтирована засасывающая сис- тема, включающая в свой состав поплавковый запирающий клапан(5) и шариковый отсечной клапан (6) (air-check valve). Через штуцер (9) засасывающая система соединяется с блоком управления фильтра. Переливной штуцер (10) установлен на случай отказа всех систем регулировки количества воды в баке и должен быть, в идеале, соединен с дренажной линией. Система работает следующим образом: 1) Начало работы В бак из фильтра подается определенное количество воды (8) (в некоторых моделях первую заливку воды прихо- дится осуществлять вручную). После этого в бак насыпается химический регенерант (7), например таблетирован- ная поваренная соль для ионообменных умягчителей или перманганат калия (марганцовка) для окислительных фильтров-обезжелезивателей. Количество воды регулируется либо настройкой поплавкового клапана (5), либо автоматическим блоком управления фильтра (в этом случае поплавковый клапан служит дополнительной защи- той от перелива) и зависит от типа фильтра и его размера (производительности), но всегда на несколько сантиме- тров выше уровня сетки (3), (если она есть). Очень важно, чтобы бак для регенерирующего раствора заполнялся определенным количеством воды, а не ?как бог на душу положит?. Например, для регенерации 1 литра смолы в ионообменном умягчителе требуется вполне определенное количество поваренной соли (NaCl). В свою очередь, поваренная соль растворяется в воде также в определенных количествах (предел растворимости порядка 300 г/л). Таким образом подбирается то количество воды, в котором растворится нужное для полноценной регенерации данного фильтра-умягчителя количество таблетированной соли. Если воды будет меньше, то в ней растворится меньше соли и ионообменная смола не вос- становит в достаточной степени своей ионообменной емкости – снизится эффективность умягчения и очистки во- ды. Если же воды будет больше, то регенерироваться смола будет даже лучше, но при этом возрастет расход со- ли на каждую регенерацию и увеличатся эксплуатационные расходы на обслуживание системы водоочистки. Необходимо также, чтобы между регенерациями проходило достаточно времени для образования в баке концен- трированного раствора регенеранта. С этой точки кажется, что вроде бы рациональнее применять ту же соль не в форме таблеток, а обычную – россыпью. И растворится быстрее, и дешевле. Однако не случайно соль требуется именно в прессованном виде (это могут быть не только таблетки, но и соляные брикеты в форме ?подушечек? или капсул и просто прессованная и затем колотая на куски в несколько сантиметров, как щебенка, поваренная соль). Дело в том, что соль россыпью не растворяется в воде мгновенно, зато очень быстро слеживается в монолитный ком. Такой ком не только будет иметь площадь поверхности, значительно меньшую, чем такое же по весу количе- ство соли в таблетках, а значит и будет гораздо медленнее растворяться. Он может ?нарасти? вокруг шахты(4) с засасывающей системой и таким образом полностью блокировать работу системы регенерации фильтра, что не- избежно приведет к его выходу из строя. 2) Регенерация Во время цикла регенерации раствор из бака через засасывающую систему начинает поступать в блок управле- ния фильтром. Там регенерирующий раствор в определенной пропорции разбавляется водой и используется да- лее в процессе химической регенерации фильтрующей среды, применяемой в данном типе засыпного фильтра. По мере засасывания регенерирующего раствора, его уровень в баке начинает понижаться. Это происходит до тех пор, пока не сработает шариковый отсечной клапан (6), т.е. шарик не сядет плотно в седло и не перекроет по- ток. Это сделано для того, чтобы не допустить попадания воздуха в засасывающую линию. 3) Наполнение водой В этом цикле, после окончания регенерации фильтра, в бак начинает подаваться вода из блока управления филь- тром. Вода поступает через ту же засасывающую линию, только теперь в обратном направлении – через штуцер (9) и отсечной клапан (6). Поступление воды прекращается либо по команде блока управления фильтром, либо при срабатывании поплавкового клапана (5), который, всплыв до определенного уровня, перекрывает подачу во- ды в бак. Со временем в этой воде опять раствориться нужное количество соли и процесс повториться при сле- дующей регенерации. Данная система очень проста и надежна. Надо только не забывать поддерживать в баке запас регенеранта. При этом не надо бояться ?пересыпать?. Насыпать можно хоть по самый край бака – все равно, больше чем надо не растворится. Однако уровень регенеранта надо периодически контролировать. Критерий прост – наверху всегда должен сухой регенерант.