Введение
Вода – это драгоценный дар природы, который дает возможность существования жизни на Земле. Чистая вода имеет огромное значение в человеческой жизни, жизни животного и растительного мира, и природы в целом. Дееспособность всех живых клеток зависит от наличия воды.
Исследуя то, какую роль вода играет для человека, можно увидеть, что весь наш организм является совокупностью водных растворов, коллоидов, суспензий и прочих сложных по своему составу водных систем. Вода обогащает клетки организма питательными веществами (витамины, минеральные соли) и выводит отходы жизнедеятельности (шлаки) [1, с. 223].
Также нельзя забывать и про использование воды человеком для улучшения качества жизни. Интенсивное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, повышение уровня благоустройства городов и населенных пунктов, значительный прирост населения обусловили резкое ухудшение качества водных ресурсов. Несанкционированные или несоответствующие нормативным стандартам сбросы пагубно влияют как на сам водоем, так и на окружающую среду в целом.
Естественное распределение водных запасов не очень удобно для человека, так как большая их часть состоит из соленых морей и океанов. А пресная вода не вся нам доступна, ведь значительная ее часть «законсервирована» в виде льда или спрятана глубоко под землей. Ситуация осложняется тем, что потребность в воде растет, также как и увеличивается ее потребление. В настоящее время расчет количества воды на Земле произведен со всей точностью, доступной современной науке.
Согласно данным Мировых водных ресурсов и водного баланса земного шара, гидросфера: океаны, моря, реки, озера, болота; влажность атмосферы - измеряется впечатляющей величиной: 1385 × 109 км3 воды, или 1,4 × 1019 тонн. Три четверти поверхности планеты покрыты водой. Основную часть водного потенциала составляет соленая вода из океанов и морей - 97,75% или 1,338 × 109 км3, оставшиеся 2,25% - это пресная вода, однако половина из них - 24 × 106 км3 - это «сохранившиеся» в виде ледяных гигантских шапок Антарктиды, Арктики и высоких гор.
Глава 1. Водоснабжение.
Все страны резко различаются по водообеспеченности. Так, например, Россия располагает большими запасами подземных вод, их потенциальный ресурс оценивается в 230 км3 в год, из которых 60% приходится на Европейскую часть РФ. Утвержденные эксплуатационные запасы подземной пресной воды составляют 22 км3 в год. На каждого жителя Российской Федерации в год приходится в среднем 30 тыс. м3 суммарного речного стока, 530 м3 суммарного водозабора и 90–95 м3 воды бытового водоснабжения (то есть по 250 л в сутки). В крупных городах удельное водопотребление составляет 320 л в сутки, в Москве – 400 л в сутки.
Система водоснабжения города Москвы представляет собой сложный комплекс естественных природных объектов и инженерно-технических сооружений.
Источники водоснабжения и водозаборные сооружения.
Поверхностные водоисточники.
Централизованное водоснабжение жителей московского региона осуществляется, в основном, из поверхностных источников Москворецко- Вазузской и Волжской гидротехнических систем (99.5%), расположенных на водосборной площади 50 тыс. кв. км на территории трех областей (Московской, Тверской и Смоленской). В данные гидротехнические системы входят 15 основных водохранилищ с общим полезным объемом 2,3 млрд. куб. м.
Суммарная водоотдача Москворецко-Вазузской и Волжской систем – не менее 126 куб.м/с (обеспеченность этого расхода – 97 %). Это соответственно – около 11 млн. куб.м/сут.
Подземные водоисточники.
Составляют 0,5% централизованного водоснабжения города. В черте города Москвы, в его "старых" границах, городским водоканалом эксплуатируется 62 артезианские скважины, которые могут быть использованы для водоснабжения населения в условиях ЧС. Мощность насосного оборудования составляет около 60 тыс. куб. м/сут.
На территории г.Зеленограда эксплуатируется 18 артезианских скважин, 14 из которых находятся в резерве. Мощность артезианских скважин – 25,3 тыс. куб.м/сутки.
В ТиНАО основная ресурсоснабжающая организация эксплуатирует 49 водозаборных узлов, в том числе 5 регулирующих водопроводных узлов и 6 насосных станций третьего подъема, на которых расположено 110 артезианских скважин. Из водоносных горизонтов забирается 13 584,4 тыс. куб. м/год.
Кроме того, ещё целый ряд организаций, владеющих на правах собственности или на другом законном основании объектами централизованного водоснабжения, используют воду артезианских скважин пяти водоносных горизонтов.
На базе поверхностных источников работают две системы водоснабжения:
- система питьевого водоснабжения (питьевая вода);
- система промышленного водоснабжения (техническая вода).
Питьевым водоснабжением из системы московского водопровода обеспечиваются более 12 млн. жителей, проживающих в 11-ти административных округах Москвы, а также города и поселения Московской области. Вода из источников водоснабжения (р. Москва и водохранилища на канале им. Москвы) забирается водозаборными сооружениями и по водоводам первого подъема подается на очистные сооружения.
Подготовка воды питьевого качества производится на четырех станциях водоподготовки (Рублевской, Западной, Северной, Восточной). После очистки вода насосными станциями второго подъема по водоводам подается в магистральные и разводящие трубопроводы города, сооружения 3-го подъема (регулирующие водопроводные узлы и насосные станции) и к потребителям.
Техническую воду подают 3 станции промышленного водоснабжения: Черкизовская, Кунцевская, Крымская. Протяженность технических коммуникаций свыше 220 км. Источниками воды для систем технического водоснабжения являются река Москва; Клязьминское водохранилище.
Другим источником централизованного водоснабжения Москвы, г.Зеленограда и ТиНАО являются подземные воды.
Описание технологических зон водоснабжения
В Москве выделены две технологических зоны централизованного холодного водоснабжения – Центральная зона Москвы и зона ТиНАО.
1. Центральная зона Москвы включает в себя десять административных округов Москвы: ЦАО, САО, СВАО, ВАО, ЮВАО, ЮАО, ЮЗАО, ЗАО, СЗАО, Зеленоградский АО.
Водоснабжение центральной зоны Москвы, а также ближайших городов и поселений Московской области, осуществляют четыре станции водоподготовки, одиннадцать регулирующих водопроводных узлов: девять насосных станций 3-го подъема (три выведены из режима подачи и распределения воды), а также сооружения 4-го подъема подающие воду отдельным зданиям, группам домов или кварталам (насосные станции, ЦТП, ИТП).
2. Зона Троицкого и Новомосковского административных округов вошла в состав Москвы 01 июля 2012 года в соответствии с Постановлением СФ ФС РФ от 27.12.2011 №560-СФ.
В ТиНАО на балансе основной ресурсоснабжающей организации города находится 468,8 км распределительной водопроводной сети и 49 водозаборных узлов (ВЗУ), 5 регулирующих узлов (РВУ), 6 насосных станций III подъема. Дополнительно порядка 30 организаций также эксплуатируют на правах собственности или других законных основаниях объекты централизованного водоснабжения.
Большая часть подачи питьевого водоснабжения на территории ТиНАО осуществляется из артезианских скважин. Подача воды из поверхностных источников водоснабжения осуществляет от Западной станции водоподготовки.
Перечень централизованных систем водоснабжения приведены в п.1.5. настоящего документа.
В Москве выделены две технологические зоны централизованного горячего водоснабжения – Центральная зона Москвы и зона ТиНАО.
1. Центральная зона Москвы разделена по зонам влияния:
- ТЭЦ ОАО "Мосэнерго" (11 ТЭЦ, расположенные в границах города, и 2 областные ТЭЦ-22 и ТЭЦ-27);
- 163 энергоисточника ОАО "МОЭК" (7 районных тепловых электростанций (РТЭС), одна Мини-ТЭС, 36 районных тепловых станций (РТС)), 20 квартальных тепловых станций (КТС) и 99 малая котельная (МК);
- 4 электростанции сторонних инвесторов (ТЭЦ ЗИЛ, ТЭС "Международная", ГТЭС «Щербинка» и ПГУ ТЭС "Терешково");
- около 690 котельных различной ведомственной принадлежности.
Тепловая энергия от источников поступает на центральные или индивидуальные тепловые пункты, где происходит подогрев воды.
В части центральной зоны Москвы и ТиНАО подогрев горячей воды осуществляется газовым оборудованием, установленным в квартирах и частных домах потребителей.
Описание существующих сооружений очистки и подготовки воды
Очистка поверхностных природных вод осуществляется на следующих станциях водоподготовки: Северной (ССВ), Восточной (ВСВ), Западной (ЗСВ) и Рублевской (РСВ). Основная ресурсоснабжающая организация города осуществляет очистку воды подземных источников на 3 ВЗУ на территории Москвы (ВЗУ "Акулово", "Пестово", "Пялово") и 17 ВЗУ в ТиНАО. Кроме этого, ряд других организаций, не связанных с централизованным водоснабжением, осуществляют очистку на локальных очистных сооружениях, которые находятся у них на балансе.
В централизованной системе водоснабжения Москвы используется двухступенчатая (традиционная) технология очистки воды, применяемая с начала 30-х годов прошлого века и включающая следующие процессы: использование реагентов (коагулянтов и флокулянтов), двухстадийное осветление и обеззараживание. Обеззараживание осуществляется с использованием водного раствора гипохлорита натрия в сочетании с аммиачной водой. Дополнительно на всех станциях с традиционной технологией при необходимости используется порошкообразный активированный уголь для дезодорации воды.
Технологические схемы очистки подземных вод индивидуальны для каждого объекта с учетом особенностей качества воды эксплуатируемых водоносных горизонтов.
Описание существующих технических и технологических проблем, возникающих при водоснабжении города Москвы
Проводимые специализированными научно-исследовательскими организациями работы [1-5] показывают, что качество воды водоисточников имеет явно выраженные тенденции к ухудшению. Так, отмечается высокое бактериальное загрязнение, обнаруживаются специфические органические вещества, включая нефтепродукты. Усиливается влияние антропогенной нагрузки на водосборную территорию и акваторию водоисточников. Особую озабоченность вызывает наличие в источниках водоснабжения г. Москвы новых стойких органических загрязнений, обладающих ярко выраженными токсическими свойствами. Значительная часть этих загрязнений не может быть удалена традиционными методами очистки воды.
На сегодняшний день основная часть сооружений станций водоподготовки имеет значительный моральный и физический износ. Реализованные на станциях водоподготовки технические решения не позволяют эффективно осуществлять технологические процессы в условиях снижения водопотребления. Наиболее проблемными показателями с точки зрения водоподготовки являются остаточный алюминий и перманганатная окисляемость. Качество питьевой воды по этим показателям в некоторых случаях приближается к величине норматива, а иногда и превышает его. Следствием является снижение ослабление санитарной надежности сооружений станций водоподготовки.
До сегодняшнего дня на двух станциях водоподготовки (Северной и Западной станциях водоподготовки) осуществляется сброс условно очищенных производственных сточных вод (за исключением промывных вод фильтров и осадка из отстойников) и поверхностного стока в естественные водоемы. Для прекращения негативного воздействия необходимо реализовать проекты передачи промстоков в городскую канализацию.
Значительное снижение объемов водопотребления в "старых" границах Москвы влияет на режим работы системы подачи и распределения воды, создавая особые условия для сооружений, мощность которых становится значительно выше фактической потребности воды.
Распределительная сеть является конечным звеном системы подачи и распределения воды. В настоящее время суммарный объем воды в трубопроводах в границах старой Москвы составляет более 2 млн. куб. м., что обусловлено существующими проектными нормами: 110 л/с – наружное пожаротушение; и 2,5−70 л/с – внутреннее пожаротушение. В результате, при существующем объеме трубопроводов и сократившемся водопотреблении уменьшилась скорость движения воды, что приводит к проблеме сохранения качества воды при ее транспортировке к потребителю.
В сложившихся условиях принимаются технические решения, направленные на оптимизацию режима подачи и распределения воды. Однако вопрос обеспечения оптимальных скоростей движения воды в распределительной сети Москвы не может быть решен быстро, так как связан с необходимостью уменьшения диаметров сети. Перечень трубопроводов, по которым необходимо уменьшение диаметров приведен в п.4.2.
При транспортировке воды по трубопроводам прослеживается изменение величины мутности и содержания железа по сравнению с качеством воды на выходе со станций водоподготовки. Увеличение значения мутности и содержания железа в воде городской сети, хотя, и остаются в пределах нормативов, но в условиях продолжающейся тенденции снижения водопотребления свидетельствуют о необходимости профилактических мероприятий при эксплуатации системы подачи и распределения воды.
Другой, не менее значимой проблемой при эксплуатации водопроводной сети является значительный ее износ: 55% - в "старых" границах Москвы; 80% - по ТиНАО и 56% - в г.Зеленоград). Стальные трубопроводы самортизированы на 78%, что составляет 61% от общей протяженности. Протяженность трубопроводов из серого чугуна с истекшим сроком службы – 1148 км (60%).
Основной проблемой в ТиНАО является неудовлетворительное состояние водозаборных узлов, во многих случаях отсутствует система водоподготовки, следствием чего является несоответствие качества воды нормативным требованиям.
Кроме этого в ТиНАО существуют и другие проблемы:
- отсутствие резерва мощностей для снабжения водой перспективных объектов водоснабжения;
- отсутствие резерва забора воды из подземных источников;
- значительная неравномерность водопотребления;
- разрыв балансовой принадлежности;
- недостаточное количество и неисправность запорно-регулирующей арматуры;
- недостаточный диаметр сетей и их ограниченная пропускная способность, а также отсутствие кольцевых схем подающих трубопроводов;
- недостаточная надежность и качество электроснабжения насосных станций.
Глава 2. Очистка воды.
Качество природных вод и требования, предъявляемые к ним различными водопотребителями
Природная вода — сложная, непрерывно изменяющаяся система.
В состав воды входят:
• соли, преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов;
• органические вещества — в молекулярных соединениях и коллоидном состоянии;
• газы — в виде молекул и гидратированных соединений;
• диспергированные примеси;
• гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон);
• бактерии;
• вирусы.
Во взвешенном состоянии в природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы; в коллоидном — различные вещества органического происхождения, кремнекислота, гидроксид железа (III), фульвокислоты, гуматы; в истинно растворенном состоянии находятся в основном минеральные соли, обогащающие воду ионами. Качество природных вод весьма разнообразно.
С точки зрения водоподготовки наиболее общими и характерными признаками загрязняющих воду веществ являются формы нахождения их в воде. Согласно классификации примесей воды, Л.А. Кульского основанной на их фазовом состоянии и дисперсности все примеси можно разделить на четыре группы.
Примеси первой группы представляют собой нерастворимые в воде суспензии и эмульсии (а также планктон и бактерии), кинетически неустойчивые и находящиеся во взвешенном состоянии благодаря гидродинамическому воздействию водного потока. В состоянии покоя эти взвешенные вещества выпадают в осадок.
Примеси второй группы представляют собой гидрофобные и гидрофильные органические и минеральные коллоидные частицы, а также нерастворимые и недиссоциированные формы гумусовых веществ, детергенты и вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным примесям.
Примеси третьей группы — это молекулярно-растворимые вещества (органические соединения, растворимые газы и т.п.).
Примеси четвертой группы представляют собой вещества, диссоциированные на ионы.
Концентрация отдельных примесей в воде определяет ее свойства, т.е. качество воды. Различают показатели качества воды:
• физические (температура, взвешенные вещества, цветность, запах, вкус и др.);
• химические (жесткость, щелочность, активная реакция, окисляемость, сухой остаток и др.);
• микробиологические;
• паразитологические.
Для определения качества воды производят физические, химические, микробиологические, паразитологические и технологические анализы в наиболее характерные для данного водоисточника периоды года.
Выбор и оценка качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения производятся в соответствии с требованиями ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора (с Изменением N 1)». Выбор источника производственного водоснабжения делается с учетом требований, предъявляемых потребителями к качеству воды.
Ниже приводится ряд основных показателей качества природных вод и значения их для некоторых потребителей:
• Температура поверхностных вод подвержена значительным сезонным колебаниям (от 0,1 до 30°С). Подземные воды имеют более стабильную температуру (8–12°С). Наиболее приемлемой для питьевых нужд является вода с температурой 7–11 °С.
• Прозрачность, мутность и взвешенные вещества характеризуют наличие в воде суспензированных частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей, которые попадают в нее в результате эрозии берегов, взмучивания осадка со дна, с дождевыми и талыми водами и т.п.
При большой концентрации взвешенных веществ в воде их количество определяется весовым методом; при относительно небольшом содержании взвешенных веществ применяют косвенный метод — определяют мутность на мутнометре или фотоэлектроколориметре (ФЭК) или определяют прозрачность.
Мутность — характеристика, обратная прозрачности. Прозрачность воды — это предельная высота столба воды (см), через который можно читать текст, набранный стандартным шрифтом (высота букв 3,5 мм). Прозрачность питьевой воды не должна превышать 30 см.
Количество взвешенных веществ в воде выражается в миллиграммах на литр по каолину (мг/л) или единицах мутности по формазину (ЕМФ).
В соответствии с СанПиНом 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» количество взвешенных веществ в питьевой воде не должно превышать 1,5 мг/л. Количество взвешенных веществ, которое допускается в воде, используемой для производственных целей, зависит от характера производства. На многих производствах можно использовать воду с гораздо большим содержанием взвешенных веществ. В то же время для некоторых производств химической, пищевой, электронной и других отраслей промышленности требуется вода такого же или более высокого качества.
• Цветность воды, т.е. ее окраска, обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, жиров, органических кислот и других органических соединений. Наряду с этим, окраска воды может быть вызвана присутствием соединений железа, марганца, сточных вод некоторых производств или «цветением» водоемов.
Цветность природных вод обычно обусловлена гумусовыми веществами. Гумусовые вещества почвы в природных водах находятся во взвешенном состоянии, фульво- и гуминовые кислоты — в коллоидном и истинно растворимом состоянии.
Цветность вод измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы. Для питьевой воды она не должна превышать 20 град. Цветность определяют колориметрически, сравнивая цвет пробы с эталонами шкалы цветности, или применяют фотоэлектроколориметры для измерения оптической плотности. Отдельные виды производств предъявляют различные требования к цветности используемой воды.
• Привкусы и запахи, встречающиеся в природных водах, могут быть естественного или искусственного происхождения. Они зависят от химического состава примесей и температуры.
Запахи и привкусы придают воде сероводород, соли железа, сульфаты кальция (вяжущий) и магния (горький), хлорид натрия (соленый), органические вещества (продукты жизнедеятельности микроорганизмов и водная растительность), а также сбрасываемые сточные воды отдельных предприятий.
К запахам естественного происхождения относят ароматический (огуречный, цветочный); болотный (илистый, тинистый); гнилостный (фекальный, сточный); древесный, землистый, плесневый, рыбный, сероводородный, травянистый и др.
К запахам искусственного происхождения относят фенольный, хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и др.
Различают четыре основных вкуса: соленый, горький, сладкий и кислый. Остальные особенности относят к привкусам.
Интенсивность запахов и привкусов определяют органолептически и выражают по пятибалльной шкале. Для питьевой воды по нормам СанПиН запахи и привкусы не должны превышать двух баллов при 20 °С.
• Общая минерализация (сухой остаток) — общее количество веществ (кроме газов), содержащихся в воде в растворенном состоянии. Сухой остаток получают в результате выпаривания профильтрованной воды и высушивания задержанного остатка до постоянной массы. В воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л, в особых случаях–1500 мг/л. Сухой остаток лимитируется также в воде, поступающей для питания паровых котлов, и в воде, используемой в производстве кинопленки, синтетического каучука и др.
• Хлориды и сульфаты благодаря своей высокой растворимости присутствуют во всех природных водах обычно в виде натриевых, кальциевых и магниевых солей. При значительном их содержании вода становится агрессивной по отношению к бетону. Для хозяйственно-питьевой воды предельно допустимое содержание хлоридов Cl− – 350 мг/л, сульфатов SO42− – 500 мг/л.
• Щелочность воды определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот — угольной, органических, а также бикарбонатных и карбонатных ионов. Для питьевой воды щелочность не нормируется.
• Жесткость воды обусловливается содержанием в ней в основном солей кальция и магния. Различают карбонатную жесткость (карбонатные и бикарбонатные соли кальция и магния) и некарбонатную (некарбонатные соли кальция и магния — сульфаты, хлориды, нитраты и др.). Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость.
Соли жесткости не вредны для здоровья, но присутствие их затрудняет использование воды для хозяйственно-бытовых нужд (дополнительный расход мыла при стирке, отложение осадков в трубах водопровода).
В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль/м3, но в практике чаще используют нормальную концентрацию ионов кальция и магния, выраженную в мг-экв/л. Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 мг Са2+ и 12,16 мг Mg2+.
Общая жесткость хозяйственно-питьевой воды не должна превышать 7 мг-экв/л, а в особых случаях–10 мг-экв/л.
Жесткая вода непригодна для питания котлов, паросиловых установок тепловых электростанций и теплоэлектроцентралей; она лимитируется для предприятий бумажной, текстильной промышленности, при производстве искусственного волокна и др.
• Щелочность воды определяется суммой содержащихся в ней гидроксильных ионов и анионов слабых кислот — угольной, органических, а также бикарбонатных и карбонатных ионов. Для питьевой воды щелочность не нормируется.
• Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины РН, окисляемости и содержания кислорода. Железо может находиться в форме двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений, в виде тонкодисперсной взвеси, сульфида железа, гидроксида железа (II). В подземных водах при отсутствии кислорода железо и марганец встречаются обычно в форме двухвалентных солей, в поверхностных водах — в виде органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей.
Вода, имеющая повышенную концентрацию железа, неприятна на вкус, причиняет неудобства в быту, оказывает влияние на печень, увеличивает риск инфарктов. Избыток марганца в воде вызывает ее окраску и вяжущий привкус, заболевание костной системы. Поэтому содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л, а марганца — 0,1 мг/л. Содержание железа и марганца ограничивают в воде, используемой при производстве пластмасс, кино- и фотопленки, бумаги, в текстильной, пищевой промышленности и др.
• Активная реакция воды является показателем ее щелочности или кислотности и характеризуется концентрацией водородных ионов. Вода, подаваемая для хозяйственно-питьевых нужд, должна иметь рН в пределах 6–9. Для вод большинства природных источников значение рН не отклоняется от указанных пределов.
• Окисляемость воды обусловливается присутствием органических и некоторых неорганических примесей, таких как железо (II), сульфиты, сероводород и др. Различают перманганатную и бихроматную окисляемость. В практике наиболее часто используется перманганатная окисляемость (ее проще и быстрее определять). Для питьевой воды она не должна превышать в соответствии с СанПиНом 1.2.3685-21 5 мг О2/л. Характерно, что окисляемость воды после коагулирования, отстаивания и фильтрования снижается меньше, чем цветность.
Окисляемость лимитируется для питательной воды котлов (из-за вспенивания), для охлаждающей воды (из-за возможного биообрастания труб и аппаратуры), а также для воды, используемой для изготовления синтетических волокон и некоторых пластмасс.
Азотсодержащие соединения в природных водах могут быть органические и неорганические в виде нитратов NO3−, нитритов NO2− и аммонийных солей NH4+. Повышенное количество азота в природной воде в органических соединениях или в аммонийной форме свидетельствует о загрязнении водоисточника сточными водами, как бытовыми, так и производственными. Поэтому в питьевой воде не допускается присутствие органического азота, аммонийного и нитритов, содержание нитратов (по NO3−) не должно превышать 45 мг/л.
• Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, содержание которого в питьевой воде должно поддерживаться в пределах 0,7–1,5 мг/л (в зависимости от климатических условий).
• Растворенные в воде газы — кислород, углекислый газ, сероводород, метан, азот.
Углекислота, кислород и сероводород придают воде при определенных условиях коррозионные свойства по отношению к металлам и бетонам. Углекислота содержится во всех природных водах. В зависимости от рН она может быть в виде растворенного в воде газа СО2, бикарбонат-ионов НСО3−, карбонат-ионов СО32−.
Кислород попадает в воду при ее контакте с воздухом. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение. Растворенный в воде кислород интенсифицирует коррозию металла, поэтому в питательной воде теплоэнергетических установок его концентрация строго ограничивается.
Сероводород придает воде неприятный запах, вызывает коррозию металла. Присутствие Н2S в хозяйственно-питьевой воде не допускается.
Азот в природные воды поступает из воздуха, а также при разложении органических остатков и при восстановлении его денитрифицирующими бактериями.
Метан обычно присутствует в болотных водах. В природных водах, используемых для водоснабжения, он может присутствовать в незначительных количествах.
• Бактерии и вирусы могут интенсивно развиваться в воде. В соответствии с СанПиНом 1.2.3685-21 безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям. Для питьевой воды определяются следующие микробиологические показатели: общее микробное число ОМЧ (количество колоний бактерий в 1 мл) — не более 50; общие и термотолерантные колиформные бактерии — отсутствие в 100 мл; колифаги (показатель энтеровирусного загрязнения) — отсутствие бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл.
При обнаружении в повторной пробе воды вышеперечисленных загрязнений проводятся исследования на наличие патогенных бактерий и вирусов с определением цист лямблий (в питьевой воде — отсутствие в 50 л воды) и спор сульфитредуцирующих клостридий (в питьевой воде — отсутствие в 20 мл).
На большинстве производств бактериальное загрязнение воды не препятствует ее использованию для технических целей. Исключение составляют предприятия, для которых требуется вода питьевого качества.
Здесь перечислены лишь основные свойства природных вод. В практике приходится встречаться еще с целым рядом специфических свойств. Например, питьевая вода не должна содержать более 0,05 мг/л мышьяка, 1 мг/л меди, 5 мг/л цинка, 0,03 мг/л свинца, и 0,5 мг/л алюминия.
В зависимости от целевого назначения к воде предъявляют разнообразные требования, согласно которым ее можно классифицировать как используемую:
• для хозяйственно-питьевых целей, коммунальных предприятий, нужд пищевой и некоторых других отраслей промышленности; охлаждения (технологического оборудования, пара, жидких и газообразных продуктов, доменных и мартеновских печей, конденсаторов турбин и паровых машин, кузнечных молотов и др.);
• нужд паросилового хозяйства (питание паровых котлов ГРЭС и ТЭЦ);
• технологических нужд промышленности, где вода может входить в состав продукции или контактировать с ней;
• заводнения нефтяных пластов;
• нужд сельского хозяйства.
Качество хозяйственно-питьевой воды регламентировано СанПиНом 1.2.3685-21. Выполнение требований санитарных правил и норм гарантирует эпидемическую и радиационную безопасность, безвредность по химическому составу и благоприятные органолептические свойства питьевой воды.
Эпидемическая безопасность питьевой воды нормируется по микробиологическим и паразитологическим показателям (общее микробное число, общие колиформные бактерии, колифаги и др.). Радиационная безопасность питьевой воды нормируется показателями общей α- и β-активности.
Безвредность воды по химическому составу нормируется:
• по обобщенным показателям (рН, общая минерализация, общая жесткость и др.);
• химическим веществам, наиболее часто встречающимся в природных водах:
o неорганическим (Al, Ba, Fe, As и др.) и органическим (ДДТ; γ-ГХЦГ);
o веществам антропогенного происхождения, получившим глобальное распространение;
o реагентам и вредным химическим веществам, поступающим и образующимся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения (хлор, озон, хлороформ и т.д.);
o вредным химическим веществам, поступающим в источники водоснабжения в результате хозяйственной деятельности человека.
Органолептические свойства нормируются по запаху, привкусу, цветности и мутности:
• запахи и привкусы при 20 °С — до 2 баллов;
• цветность — до 20 град;
• мутность — до 1,5 мг/л.
Ряд отраслей пищевой промышленности, помимо лимитов СанПиНа 1.2.3685-21, предъявляют к воде дополнительные требования. Так, в воде, используемой в пивоварении, должны отсутствовать сульфаты, содержание железа не должно превышать 0,1 мг/л; в воде для винокуренного производства не должно содержаться хлористых магния и кальция; в воде для производства сахара должно быть минимальное солесодержание и т.д.
Качество охлаждающей воды не нормируется, так как оно зависит от условий применения, но очевидно, что охлаждающая вода не должна давать отложения в трубах и аппаратах, по которым она подается, так как в этом случае затрудняется теплопередача и сокращается живое сечение, снижается интенсивность циркуляции и эффект охлаждения. Вода, используемая для целей охлаждения, не должна содержать крупных минеральных взвешенных веществ, большого количества железа и органических примесей.
Углекислота, находящаяся в нагреваемой воде, способствует накипеобразованию.
Вода для технологических нужд промышленности и сельского хозяйства в зависимости от ее целевого использования должна отвечать самым разнообразным требованиям. Так, в воде, используемой в горнодобывающей промышленности при добыче, отмывке, гидротранспорте, обогащении и сортировке полезных ископаемых, должны отсутствовать грубые взвешенные частицы. Весьма специфические требования предъявляют к воде, применяемой для обработки готовой продукции, а также к воде, входящей в состав продукта.
Ряд промышленных предприятий предъявляют к воде требования, значительно превышающие лимиты СанПиНа 1.2.3685-21. Например, в воде, применяемой для приготовления растворов кислот и щелочей, красителей и мыла, жесткость должна быть не более 0,35 мг-экв/л, а при подготовке воды для питания паровых котлов жесткость снижают до тысячных долей мг/л.
Основное требование к качеству воды для орошаемого земледелия — предотвращение засоления почв в результате испарения воды и аккумулирования в ней содержания солей. Для водопоя птиц, зверей и животных на фермах следует подавать воду питьевого качества. При невозможности соблюдения этого требования допускается кратковременно производить водопой животных водой с повышенным минеральным составом, а именно: сухой остаток — до 5•103; хлориды до 2•103; сульфаты до 2,4•103 мг/л; общая жесткость — до 45 мг-экв/л. Допускается использование воды с повышенной цветностью, с привкусом и запахом при ее температуре 8–15 °С. Нормы качества воды принимают адекватно виду и возрасту животных. Водопой зверей и птиц водой непитьевого качества в каждом конкретном случае должен быть согласован с органами ветеринарного надзора.
Способы улучшения качества воды
Кондиционирование воды представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. Под кондиционированием воды понимают не только ее очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами.
Многочисленные способы обработки воды можно классифицировать на следующие основные группы:
• улучшение органолептических свойств воды (осветление, обесцвечивание, дезодорация и др.);
• обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др.);
• улучшение минерального состава (фторирование и обесфторивание, обезжелезивание и деманганация, умягчение или обессоливание и др.).
В процессе очистки и обработки вода подвергается осветлению (освобождение от взвешенных веществ), обесцвечиванию, обеззараживанию (уничтожение находящихся в ней болезнетворных бактерий), умягчению (снижение или почти устранение содержащихся в ней солей жесткости). Кроме того, при использовании воды некоторых источников и для отдельных потребителей требуется удалять все растворенные в ней соли (обессоливание) или только некоторые определенные соли, например соли железа (обезжелезивание), рас-творенные в ней газы (дегазация), иногда приходится устранять привкусы и запахи, предотвращать коррозионное действие воды на трубы, удалять из воды фтор (обесфторивание) и т.п. Те или иные комбинации указанных процессов применяют в зависимости от категорий потребителей и качества воды в источниках.
Для получения воды питьевого качества при использовании поверхностных источников, как правило, необходим<