2. Специальные методы улучшения качества воды (фторирование, обесфторивание, обезжелезивание, дезодорация).

К методам, улучшающим органолептические свойства воды, относят осветление, обесцвечивание и дезодорацию. Осветление воды предполагает удаление из нее взвешенных и коллоидных веществ. Осветление и обесцвечивание воды проводят с помощью метода коагуляции (заключающегося в добавлении в воду химического реагента (коагулянта) с целью дестабилизации взвешенных коллоидных частиц и их последующего хлопьеобразования), методов отстаивания и фильтрации (заключающейся в удалении взвешенного вещества из массы путем пропускания воды через слой пористого материала или через сетки с подходящим размером отверстий).

Эпидемиологическую безопасность воды обеспечивают с помощью методов хлорирования, озонирования, электроимпульсной обработки, ультрафиолетового облучения. В ходе предварительного хлорирования воды в нее добавляется хлор с целью прекращения роста бактерий, растений или животных организмов, окисления органического вещества, содействия флокуляции или уменьшения запаха. Метод электроимпульсной обработки основан на совместном действии природных окислителей (озон, радикалы ОН, атомарный кислород и т.д.), УФ-излучения и электрокоагулянта, генерируемых в водо-воздушном потоке. Метод ультрафиолетового облучения основан на использовании ультрафиолетовых лучей для обеззараживания воды.

Более экологически чистым и эффективным является метод озонирования воды. Озонирование предполагает добавление озона к воде или сточным водам с целью дезинфекции, окисления органического вещества либо удаления неприятного вкуса или запаха. Озонирование дает возможность комплексной обработки воды и улучшает ее основные органолептические свойства (цветность, запах, привкус), а также освобождает воду от природных или внесенных в нее промышленных органических веществ. Кроме того, озон, в отличие от хлора, не образует канцерогенных органических соединений и обладает наибольшим обеззараживающим свойством против возбудителей вирусных заболеваний и споровых форм, в т. ч. устойчивых к хлору.

Озонирование воды разрушает органические вещества, способствующие развитию микроорганизмов. Правильно подобранные дозы озона позволяют удалить из воды фенолы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, сернистые соединения, сероводород, окисляет двухвалентное железо. Наконец, при озонировании пестицидов происходит дезодорация с одновременным глубоким разрушением исходных соединений. Недостатком метода озонирования воды является то, что из-за нестойкости озон не может поддерживать бактерицидное состояние в течение длительного времени, и поэтому необходимо исключить попадание загрязнений в очищенную воду, что реально только на коротких водопроводных сетях. Для использования метода озонирования необходимо, чтобы трубопроводы были выполнены из полимерных труб. Кроме того, нужно отметить, что технология озонирования требует значительных первичных денежных затрат по сравнению с другими методами очистки воды, но она окупается в течение 5-8 лет, т.к. не требует дополнительных затрат на реагенты.

К методам кондиционирования подземных вод относятся умягчение, обессоливание и опреснение, дегазация, обезжелезивание и деманганация, фторирование и обесфторивание, обескремнивание и некоторые другие методы. Умягчение воды имеет целью снижение жесткости воды посредством удаления из нее ионов кальция и магния.

Обессоливание воды предполагает снижение концентрации растворенных в воде солей до заданной величины. Обессоливание состоит в удалении солей из воды для того, чтобы она стала пригодной в качестве питьевой, технологической или охлаждающей. Опреснение - снижение в воде концентрации солей до состояния ее пригодности для питья. Опреснение может осуществляться перегонкой соленой воды в опреснителях с последующей конденсацией пара, вымораживанием и другими способами.

К специальным методам улучшения качества воды относятся фторирование, обесфторивание, обезжелезивание, дезодорация и другие.

По характеру протекания процессов методы очистки воды делятся на химические, физико-химические и биологические. При химических процессах осуществляется введение химического реагента в обрабатываемую воду и осаждение примесей, протекают реакции нейтрализации, окисления и восстановления. При физико-химических процессах удаляются взвешенные и коллоидные вещества (коагуляция и флокуляция, осаждение и осветление, флотация, фильтрование), растворенные вещества (мембранная сепарация, адсорбция, ионный обмен) . Биологические процессы протекают при аэробной и анаэробной обработке воды и характеризуются бактериальным окислением - восстановлением.

Различают также методы очистки воды по отдельным процессам извлечения или снижения концентрации примесей. Например, методы умягчения воды подразделяются на термический, реагентный, ионообменный, диализный и комбинированный; методы обессо-ливания воды - на ионообменный, мембранный (обратный осмос и электродиализ) и дистилляцию. В основу методов дегазации положен принцип воздействия на обрабатываемую воду (физический, химический, биохимический и сорбционно-обменный). Стабилизационная обработка воды зависит от знака и значения индекса стабильности и может осуществляться реагентным, фильтрационным методами и аэрацией.

С точки зрения водоподготовки, наиболее общие и характерные признаки загрязняющих воду веществ - формы нахождения их в воде. Исходя из этого, академиком АН УССР профессором Леонидом Адольфовичем Кульским была предложена классификация примесей воды, основанная на их фазовом состоянии и дисперсности. Эта классификация имеет широкое практическое применение, т.к. дает приемлемое обоснование технологическим приемам водообработки и преследует цель упорядочить выбор оптимальных методов очистки и технологических схем.

Все примеси им были разделены на четыре группы.

Примеси первой группы - 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 - 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 - молекулярно-растворимые вещества (органические соединения, растворимые газы и т.п.).

Примеси четвертой группы - вещества, диссоциированные на ионы.

Способность множества примесей изменять свое фазово-дисперсное состояние под влиянием физических и химических факторов, - в первую очередь таких, как солевой состав, температура, рН среды и другие, - позволяет широко варьировать приемы и методы регулирования процессов обработки.

Использование этой методологии при разработке современных установок производительностью до 50 м3/час позволяет обосновывать применяемые методы водоподготовки. Что касается обоснования в каждом конкретном случае оптимальной технологической схемы последовательно работающих очистных блоков и их экономических показателей, то, помимо фазово-дисперсного состояния примесей, разработчику необходимо обосновывать учитываемый диапазон концентраций, извлекаемых этими установками из исходной воды (различные ингредиенты природного и антропогенного происхождения), и определяющие технологические характеристики конкретных водоочистных блоков.

Подземные воды, используемые в качестве источников водоснабжения, отличаются от поверхностных значительно большим разнообразием по их качественному составу. Они менее подвержены сезонным колебаниям, связанным с изменением климата и воздействием загрязненности селитебных прилегающих территорий. Глубокие водоносные горизонты более защищены от внешних источников загрязнений. Исключением являются неглубоко залегающие грунтовые воды и верховодки, имеющие слабозащищенную кровлю и нередко питаемые поверхностным стоком.

Сложный физико-химический состав подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, обуславливает многообразие специальных методов их обработки и необходимость их классификации. Профессором Георгием Ильичом Николадзе была предложена классификация технологий обезжелезивания, деманганации и дефторирования подземных вод. В общем виде рассматриваемые в ней технологии были разделены на безреагентные и реагентные с учетом значений окислительно-восстановительного потенциала, щелочности, температуры очищаемой воды и формы присутствия в ней соединений марганца и фтора. Область применения той или иной технологии диктовалась заданным интервалом концентраций основных показателей качества подземной воды, выражаемых в мг/л: Fe, Mn, H₂S, СО₂, F, SO₄^2-, pH, Жк (мг-экв/л) и перманганатная окисляемость (мгО₂/л).

Наблюдаемое в практике кондиционирования подземных вод большое сочетание различных методов извлечения из них газов, растворенных веществ, солей жесткости, специфичных биогенных элементов требует тщательного начального анализа взаимодействия этих методов при различных химических свойствах и отзывчивости различных ингредиентов на физико-химическое и биологическое воздействие на них. Таким образом, окончательная технология водоочистки выбирается после анализа исходного состояния воды.