Питьевая вода
Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И.
Менделеева
Кафедра Промышленной Экологии
Реферат на тему:
«Питьевая вода»
Москва 2005
Содержание
Введение
Источники пресной воды
·
Подземные воды
·
Поверхностные воды
Влияние качества питьевой воды на здоровье человека
Критерии качества
воды
Основные факторы,
определяющие выбор стандартов качества питьевой воды
Современное состояние
систем водоснабжения
Основные методы водоподготовки
·
Предварительная очистка
·
Фильтрование
·
Обезжелезивание
·
Деманганация
·
Нейтрализация
·
Фильтрация на активных
углях
·
Обеззараживание питьевой
воды
·
Умягчение
Проблемы потребления
воды
Заключение
Список литературы
«Нельзя
сказать, что вода
необходима
для жизни:
она
и есть жизнь».
Антуан
де Сент Экзюпери
Введение
В соответствии с концепцией устойчивого развития ООН (Рио-де-Жанейро,
1992 г.), каждый человек имеет право на достойную жизнь. Очевидно, что последняя
невозможна без потребления питьевой воды, соответствующей стандартам качества
Всемирной Организации Здравоохранения ООН (ВОЗ). В качестве научного
обоснования такого заключения могут быть использованы сведения о химическом
составе биосферы Земли, неотъемлемой частью которой является человечество.
Питьевая вода должна быть свободна от возбудителей болезней и не иметь
качеств, опасных для здоровья людей.
Питьевая вода должна быть практически свободна от микроорганизмов.
Питьевая вода должна быть аппетитной и вкусной. Она бесцветна,
прозрачна, прохладна, безупречна на вкус и не имеет посторонних запахов.
Уровень растворенных в воде элементов должен соответствовать
нормативам.
Вступая в контакт с другими материалами, питьевая вода не должна
вызывать коррозии.
По данным ВОЗ от использования недоброкачественной питьевой воды
ежегодно в мире страдает каждый десятый житель планеты. Поэтому в комплекс
мероприятий, направляемых на предупреждение негативных последствий влияния
питьевой воды на здоровье человека, ведущее место должно занимать гигиенически
обоснованное водоснабжение.
Источники пресной воды
Пресные водные ресурсы
существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения
образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км3 в год.
86% этого количества приходится на соленые воды
Мирового океана и внутренних морей - Каспийского. Аральского и др.; остальное
испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями.
Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь
выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает
реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается
энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии.
Всего 2% гидросферы приходится
на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и
определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85% -
сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь
меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши
обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за
10 - 12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для
человечества имеют пресные воды рек.
Реки всегда были источником пресной воды. Но в
современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной
территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной
речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост
очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в
этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее.
Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные
неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в
очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для
потребления только после многократного разбавления чистой природной водой.
И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя
бы и очищенных, и водного стока рек.
Мировой водохозяйственный баланс
показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На
разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000
г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все
сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 - 35 тыс. км3 пресной воды на
разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного
стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Количество
пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не
пригодной для потребления.
Человечеству придется изменить
стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный
водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое
водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или
безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления
воды и очищенных сточных вод.
Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в
любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального
водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у
20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят
от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного
человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического
развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84%
всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли
промышленности: сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная
и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в
промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей
потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское
хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает
лишь 15-17% площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей
продукции. Почти 70% посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению.
Суммарный сток рек СНГ (СССР) за
год составляет 4720 км3. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В
наиболее обжитых регионах, где проживает до 80% промышленной продукции и
находится 90% пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов
составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это
юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной
Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья,
Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика,
горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.
Сток рек изменяется в зависимости
от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло
уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в
реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при
фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для
регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500
водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока,
Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека
пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%,
а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал - на 11 - 20%. Заметно уменьшился
водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к
Азовскому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.
При получении
питьевой воды различают две основные группы по ее происхождению: подземные воды
и поверхностные воды. Группа подземных вод подразделяется на:
1.
Артезианские воды. Речь идет о водах, которые с помощью насосов поднимаются на
поверхность из подземного пространства. Они могут залегать под землей в
несколько слоев или так называемых ярусов, которые полностью защищены друг от
друга. Пористые грунты (особенно пески) оказывают фильтрующее и, следовательно,
очищающее действие, в отличие от трещиноватых горных пород. При соответствующем
длительном нахождении воды в пористых грунтах артезианская вода достигает
средних температур почвы (8-12 градусов) и свободна от микробов. Благодаря этим
свойствам (практически постоянная температура, хороший вкус, стерильность)
артезианская вода является особо предпочтительной для целей питьевого
водоснабжения. Химический состав воды, как правило, остается постоянным.
2.
Инфильтрационная вода. Эта вода добывается насосами из скважин, глубина которых
соответствует отметкам дна ручья, реки или озера. Качество такой воды в
значительной мере определяется поверхностной водой в самом водотоке, т. е. вода,
добытая при помощи инфильтрационного водозабора, является тем более пригодной
для питьевых целей, чем чище вода в ручье, реке или озере. При этом могут иметь
место колебания ее температуры, состава и запаха.
3. Родниковая вода. Речь идет о подземной воде, самоизливающейся
естественным путем на поверхность земли. Будучи подземной водой, она в
биологическом отношении безупречна и по своему качеству приравнивается к
артезианским водам. Вместе с тем родниковая вода по своему составу испытывает
сильные колебания не только в кратковременные периоды времени (дождь, засуха),
но и по временам года (например, таяние снега).
Поверхностные воды, в свою очередь, подразделяют таким образом:
1. Речная вода. Речная вода сильнее всего подвергается загрязнениям,
поэтому в последнюю очередь пригодна для целей питьевого водоснабжения. Она
загрязняется продуктами жизнедеятельности людей и животных. В еще большей
степени загрязнение речных вод происходит поступающими сточными водами от
мастерских и промышленных предприятий. Самоочищающая способность реки может
лишь частично справиться с этими загрязнениями. Подготовка речной воды для
целей питьевого водоснабжения затрудняется кроме этого из-за сильных колебаний
загрязнения речной воды как в количественном отношении, так и по составу.
2. Озерная вода. Эта вода, даже добытая из больших глубин, крайне редко
является безупречной в биологическом отношении и поэтому должна проходить
специальную очистку до питьевых кондиций.
3. Вода из водохранилищ. Речь идет о воде из небольших речек и ручьев,
которые запружены в верхнем течении, где вода наименее загрязнена. Вода из
водохранилищ распределяется по категориям так же, как Озерная вода. Во всех
случаях при выборе способа и объема необходимых мероприятий по водоподготовке
решающим является то, насколько сильно эта вода загрязнена и насколько высока
самоочищающая способность этого «хранилища питьевой воды».
4. Морская вода. Морская вода не может без обессоливания подаваться в
сеть питьевого водоснабжения. Она добывается и проходит водоподготовку только у
морского побережья и на островах, если нет возможности использовать другой
источник водоснабжения.
Влияние качества питьевой воды на здоровье
человека
В России проблема обеспечения населения доброкачественной питьевой
водой остается нерешенной, а в ряде регионов приобрела кризисный характер. Из
объема подаваемой населению воды 68% занимают поверхностные водоисточники,
только 1% которых соответствует качеству, обеспечивающему при существующих
технологиях, получение питьевой воды (в соответствии с лимитами СанПиН
2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды…»)
По данным Госкомстата России, централизованные системы водоснабжения
имеют 1078 городов (99% от общего количества) и 1686 поселков городского типа
(83%), около 34 тыс. населенных пунктов (22%). Общая протяженность
трубопроводных сетей в России составляет 456000 км.
При среднем уровне удельного потребления в РФ на хозяйственно-питьевые
и коммунально-бытовые нужды, равном 272 л/сутки на 1 жителя, в Москве этот
показатель составляет 539 л/сутки, в Челябинской области – 369, Саратовской –
367, Новосибирской – 364, Магаданской – 359, Камчатской – 353 л/сутки.
В последние годы появилась тенденция загрязненности практически всех
поверхностных вод – источников централизованного водоснабжения. В некоторых
районах отмечен рост количества створов с высоким (10 ПДК) и экстремально
высоким (100 ПДК) уровнем загрязнения водных объектов. Качество используемых
для водоснабжения подземных вод (32% от общего водозабора) в основном
удовлетворяет нормативным требованиям, однако их загрязнение также
увеличивается. В результате около 90% поверхностных и 30% подземных вод,
забираемых для нужд водоснабжения, подвергается обработке. Из-за повышенного
техногенного загрязнения водоисточников нефтепродуктами, солями тяжелых
металлов, пестицидами, нитратами, и другими вредными веществами, технологии,
применяемые для подготовки питьевой воды, в большинстве случаев неэффективны.
Что приводит, как правило, к потреблению населением воды не питьевого качества.
Получение и подача населению кондиционной питьевой воды зависит от ряда
факторов: состояния источников водоснабжения, санитарных зон, соответствия
технологии водоподготовки качеству исходной воды, санитарно-технического
состояния водопроводных сетей.
Эксплуатирующиеся водоочистные сооружения , построенные 25 – 30 лет
назад по традиционным технологиям, были предназначены для кондиционирования
природных вод с небольшой антропогенной нагрузкой. В настоящее время они не в состоянии
гарантировать бесперебойное снабжение потребителей доброкачественной водой, так
как их барьерные функции в отношении некоторых видов загрязнений (особенно
химических) чрезвычайно малы. Кроме того, в процессе обработки воды при ее
первичном хлорировании в ней обычно образуется до 40 видов канцерогенных
загрязнений , в том числе хлороформ, дихлорметан, дихлорэтан, а также другие
хлорированные углеводороды. Установлено, что 28 идентифицированных соединений
обладают мутагенными и канцерогенными свойствами.
Кроме того, обеззараживание хлором воды, содержащей хром, приводит к
окислению трехвалентного хрома до шестивалентного, который, как известно,
обладает канцерогенным эффектом.
Высокая загрязненность водоисточников и неэффективные технологии
водоподготовки – основные причины неудовлетворительного качества питьевой воды
в Поволжье, где поверхностные водоисточники обеспечивают нуждыв питьевой воде
на 85%. Во всех субъектах РФ отмечены случаи нарушения требований ГОСТа по
физико-химическим и микробиологическим показателям. Тяжелое положение со
снабжением населения качественной питьевой водой отмечается в республиках
Карелия, Дагестан, Якутия, Приморском крае, Архангельской, Кемеровской и
Мурманской областях.
Из всего объема сточных вод, поступающих через коммунальные сети в
поверхностные водные объекты, более 90% сбрасываются загрязненными.
Таким образом, одним из основных источников антропогенного воздействия
на водоисточники является сброс недостаточно очищенных или просто неочищенных
сточных вод от жилищно-коммунального комплекса.
В дополнение к техногенным нагрузкам на поверхностные источники
питьевого водоснабжения появляются антропогенные загрязнения от коммунальных
служб.
Загрязнения, поступающие в организм с питьевой водой, провоцируют
возникновение многих заболеваний. Влияние некоторых ингридиентов состава
питьевой воды на здоровье человека можно проследить на основании данных таблицы
1.
Таблица
1
Перечень вредных веществ, которые могут содержаться в питьевой воде, их
источников и характер воздействия на организм человека
|
Группы веществ
|
Вещества
|
Источники
|
Воздействие на
организм
|
|
Неорга-нические
компонен-
ты
|
алюминий
|
Водоочистные
сооружения, цветная металлургия
|
Нейротоксическое действие, болезнь
Альцгеймера
|
|
барий
|
Производство
пигментов, эпоксидных смол, обогащение каменного угля
|
Воздействие на сердечно-сосудистую и
кроветворную (лейкозы) системы
|
|
бор
|
Цветная
металлургия
|
Снижение репродуктивной функции у мужчин,
нарушение ОМЦ у женщин, углеводного обмена, активности ферментов
|
|
кадмий
|
Коррозия труб
с гальваническим покрытием, красильная промышленность
|
Болезнь «Итай-Итай», увеличение
кардио-васкулярной заболеваемости, нарушение течения беременности и родов,
повреждение костной ткани
|
|
молибден
|
Горнодобывающая
промышленность, цветная металлургия
|
Подагра, эпидемический зоб
|
|
мышьяк
|
Плавильная,
стекольная, электронная промышленность, фруктовое садоводство
|
Нейротоксическое действие, поражение кожи,
онкологические заболевания
|
|
натрий
|
Шахтные,
ливневые воды
|
Гипертензия, гипертония
|
|
никель
|
Гальваника,
химическая промышленность, металлургия
|
Поражение сердца, печени, ОЗ, кератиты
|
|
нитраты, нитриты
|
Животноводство,
удобрения, сточные воды
|
Рак желудка
|
|
ртуть
|
Протравка
зерна, гальваника, электродвигатели
|
Нарушение функции
почек, нервной системы
|
|
свинец
|
Тяжелая
промышленность, пайки, водопроводы
|
Поражение почек, нервной системы, органов
кроветворения
|
|
стронций
|
Естественный
фон
|
Стронциевый рахит
|
|
хром
|
Горнорудная
промышленность, гальваника, электроды, пигменты
|
Нарушение функции печени, почек
|
|
цианиды
|
Пластики,
электроды, горнорудная промышленность, удобрения
|
Поражение нервной системы, щитовидной железы
|
|
соли Са и Mg
|
Природный фон
|
Мочекаменная и слюнокаменная болезнь,
склероз, гипертония
|
|
бром
|
Естественный
фон
|
Нарушение функций почек, печени, снижение
калия
|
|
фтор
|
Природная
вода
|
Флюороз скелета и зубов
|
|
медь
|
Цветная
металлургия
|
Гепатит, анемия, заболевание печени
|
|
Органичес-кие
токсикан-ты
|
четыреххлористый
углерод
|
Растворители,
побочный продукт хлорирования воды
|
ОЗ, мутагенное действие
|
|
тригалометаны
|
Медицинская
промышленность
|
Мутагенное действие, частично ОЗ
|
|
1,2-дихлорэтан
|
ППВХ,
производство сжиженного газа, красок, фумигантов
|
|
|
хлорированные
этилены
|
ППВХ,
текстильная, клеевая промышленность, обезжириватели металлов, химчистка,
растворители
|
|
|
ароматические:
бензол,
бенз(а)пирен,
пентахлорфенол
|
Производство
продуктов питания, лекарств, пестицидов, красок, пластиков, газов,
каменноугольные смолы, горючие орг. вещества, вулканизация, лесозащита,
гербициды
|
|
|
пестициды: линдан,
ДДТ,
гексахлорбензол
|
- Инсектицид для крупного рогатого скота,
леса, овощей
- Пестицид
(запрещен для использования)
-Производство
пестицидов
|
|
Высокое содержание хлоридов и сульфатов (больше 5 ПДК) в питьевой воде
определяет повышенный уровень заболеваемости желче- и мочекаменной болезнью,
заболеваемость сердечно-сосудистой системы.
В Алтайском Крае обнаружено содержание ртути (выше ПДК в 1,6 – 3,6
раза), мышьяка, марганца, хрома, следы свинца и кадмия, высокая жесткость.
Питьевая вода не всегда отвечает требованиям СанПиН по органолептическим
признакам. Высокая перманганатная окисляемость свидетельствует о загрязнении
органическими соединениями.
В настоящее время в России производится и реализуется большое
количество не соответствующей установленным требованиям питьевой воды,
расфасованной в емкости, в том числе для детского питания. Об этом говорится в
постановлении "Об усилении надзора за производством и оборотом минеральной
и питьевой воды", подписанном главой Роспотребнадзора, главным санитарным
врачом РФ Геннадием Онищенко и опубликованном на официальном сайте Федеральной
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.
В результате проведенной экспертизы выяснилось, что вода питьевая
негазированная детская "Расти большой" (производства ЗАО
"Вега", Россия, Московская область, п. Черноголовка, ул.
Коммунальная, 1) и вода питьевая природная детская негазированная
"Кроха" (производства ЗАО "Русская производственная
компания", источник - родник в п. Искра Александровского района
Владимирской области) - не соответствуют гигиеническим требованиям по
химическому составу и микробиологическим показателям. Вода питьевая
негазированная гидрокарбонатно-кальциево-магниевая детская "Малышка"
(производства ОАО "Зеленоградский источник", Россия, Москва, г.
Зеленоград, 5 микрорайон), по микробиологическим показателям.
Как отмечается в постановлении, за последнее время на рынке России
появилось большое количество некачественной и фальсифицированной продукции,
кроме того, во многих случаях имеют место нарушения порядка выдачи
разрешительных документов. В 2002-2004гг. отмечалось большое количество
нарушений центрами Госсанэпиднадзора в субъектах РФ установленного порядка
выдачи санитарно-эпидемиологических заключений на минеральную воду.
Так, в 2002г. из 1 тыс. 18 заключений
293 (29% от общего количества) были оформлены в нарушение установленного
порядка, в 2003г. с нарушениями было оформлено 26% заключений (246 из 938), в
2004г. эта цифра составила уже 31% (166 из 544 заключений). Наиболее часто
нарушения допускались в Свердловской области, Красноярском крае,
Кабардино-Балкарии, Северной Осетии, Самарской и Пензенской областях,
Ставропольском крае.
Нарушения выявляются, в том числе,
среди производителей популярных марок. В частности, минеральная
лечебно-столовая газированная вода "Ессентуки элитная N14"
производства ООО "КавМинВоды" (Ставропольский край) не
соответствовала гигиеническим требованиям в связи с заниженным содержанием
основных ионов минерализации и общей минерализации. Вода минеральная
"Ессентуки N2 новая" (завод "Серебряный исток",
Ставропольский край) содержала микроорганизмы, превышающие допустимую норму,
вода минеральная лечебно-столовая "Кармадон" производства ЗАО
"Ариана" (РСО-Алания) не соответствовала нормам в связи с заниженной
массовой концентрацией хлорид-ионов, превышением показателя общей
минерализации, отсутствием аммоний-ионов. Кроме того, по данным Роспотребнадзора,
не соответствовала нормам питьевая негазированная вода "Норд аква"
(ООО "Европа", Санкт-Петербург),
Также, отмечается в постановлении,
рядом производителей нарушаются требования к информации для потребителей:
вместо данных о категории качества, общей минерализации, жесткости, ионном
составе в большом количестве случаев выносится информация "экологически
чистая вода" со ссылкой на разные экологические организации.
С целью предупреждения угрозы возникновения массовых (инфекционных и
неинфекционных) заболеваний населения главам территориальных управлений
Роспотребнадзора в Московской, Владимирской областях, Ставропольском крае,
Республике Северная Осетия-Алания, Москве и Санкт-Петербурге рекомендовано
организовать проведение внеплановых мероприятий по контролю за выполнением
санитарного законодательства. Руководителям территориальных управлений
Роспотребнадзора в субъектах РФ предписано усилить государственный
санитарно-эпидемиологический надзор за производством и оборотом минеральной и
питьевой воды, расфасованной в емкости, определив данное направление своей
деятельности в качестве одного из приоритетных на 2005 год.
Учитывая сложное положение с обеспечением населения РФ питьевой водой,
Госстрой России совместно с заинтересованными министерствами и ведомствами разработал
проект федерального закона «О питьевой воде», в котором предусматриваются
требования к надежности источников водоснабжения, экономические рычаги
управлением качества водоисточников, гарантии прав граждан на обеспечение
питьевой водой нормативного качества и в нормальном количестве.
Существующие технологии водоподготовки не отвечают современному уровню
загрязнения водоисточников. Для улучшения качества воды требуется отказ от ее
предварительного хлорирования, применение сильных окислителей (перекиси водорода,
озона), новых коагулянтов и флокулянтов, новых фильтрующих материалов.
Критерии качества воды
Достоверность и надежность критериев качества воды зависит от
нескольких факторов:
1. Основополагающей концепции нормирования качества воды
2. Цели использования природной воды:
·
Для питьевого
водопотребления
·
В качестве приемника
сточных вод
·
Для нужд сельского
хозяйства и отраслей промышленности
·
В качестве рекреационного
объекта
·
Для разведения рыб и
гидробионтов
Очевидно, что по мере развития человеческого общества основополагающая
концепция должна эволюционировать в связи с необходимостью давать ответы на
новые вопросы и проблемы.
Основные факторы, определяющие выбор стандартов
качества питьевой воды
В качестве первых санитарно – гигиенических характеристик пресной воды
использовались органолептические показатели, которые были основаны на
интенсивности восприятия органами чувств физических свойств воды. В настоящее
время в эту группу в качестве нормативных характеристик входят:
·
Запах при 20оС
и подогреве до 60оС, балл
·
Цветность по шкале, градус
·
Прозрачность по шкале, см
·
Мутность по стандартной
шкале, мг/дм3
·
Окраска окрашенного
столбца (отсутствие водных организмов и пленки)
В качестве фундаментальной основы для разработки ПДК всех видов
загрязняющих веществ используется концепция порогового воздействия токсикантов
на организм. При проведении систематических биогеохимических исследований было
установлено наличие трех областей на кривой функциональной зависимости между
дозой (концентрацией токсического вещества) и эффектом (негативными
последствиями на организм):
·
При малых количествах
потребления токсиканта либо безвредно для организма, либо стимулирует его
жизнедеятельность
·
В области средних
концентраций существует оптимальный диапазон, в котором организм способен
регулировать взаимодействие с окружающей средой
·
Дальнейший рост
концентрации вещества в воде может стать причиной подавения жизнедеятельности
организма.
Для обеспечения качества воды в водоисточниках и системах
водопотребления используется ряд нормативных документов, основанных на
значениях ПДК, из которых главными являются следующие:
·
ГОСТ 2874-82 «Вода
питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».
·
ГОСТ 2761-84 «Источники
централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические,
технические требования и правила выбора».
·
«Санитарные нормы
предельно-допустимого содержания вредных веществ в воде водных объектов
хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования» СанПиН
42-121-4130-88.
·
«Санитарные правила и
нормы охраны поверхностных вод от загрязнения». СанПиН 4630-88
·
«Водный кодекс РФ», 1997
год
Современное
состояние систем водоснабжения
До 50% речного стока
Мира ежегодно подвергается антропогенному воздействию, в том числе в результате
сброса – 420 км3 сточной жидкости. В настоящее время 100 млн человек
потребляет питьевую водк с высоким содержанием очищенных сточных вод. В России,
в 1992 году в поверхностные водоисточники было сброшено 13,4 км3 сточных вод,
из которых только 7% было очищено до нормативного уровня, а 10% не подвергалось
очистке. По мнению гигиенистов, региональные особенности качества питьевых вод
РФ определяется следующими основными факторами:
·
качеством воды
используемых водоисточников
·
технологиями и режимами
водообработки
·
санитарно-техническим
состоянием водоразводящих сетей
·
уровнем контроля за
качеством
·
объемы инвестирования на
предотвращение загрязнения водоисточников и модернизацию водоочистных
сооружений
·
эффективность
профилактических мероприятий
К началу 90-х годов
на территории РФ насчитывалось 60000 централизованных водопроводов, из которых
13% не отвечали тредованиям нормативных документов.
Таблица
2
Санитарно-гигиенические
показатели централизованных систем водоснабжения в регионах России на 1993 год
|
№
п/п, регион
|
число
проб, не отвечающих требованиям ГОСТа, % по:
|
Число водопроводов, не соответствующих
нормативам, %
|
|
Из-за
отсутствия:
|
Всего
|
|
Санитарно-хими-ческим показателям
|
Бактерио-логичес-
ким показате-
лям
|
Зон санитар-ной
охраны
|
Комплекса очистных сооруже-ний
|
Обеззара-живаю-щих устано-
вок
|
|
РФ в среднем
|
20,5
|
8,5
|
15,6
|
13,2
|
7,3
|
29,3
|
|
Калининградский
|
31,5
|
10,9
|
63,9
|
85,1
|
27,8
|
97,2
|
|
Дальневосточный
|
44,5
|
12,8
|
22,8
|
26,8
|
18,9
|
46,5
|
|
Северо-Западный
|
13,3
|
6,0
|
12,2
|
3,9
|
15,5
|
32,4
|
|
Северо-Кавказский
|
16,9
|
9,0
|
13,2
|
10,6
|
10,6
|
25,3
|
|
Западно-Сибирский
|
16,5
|
7,8
|
17,4
|
19,0
|
7,7
|
29,6
|
|
Волго-Вятский
|
17,4
|
8,5
|
17,3
|
2,3
|
4,6
|
27,4
|
|
Уральский
|
22,5
|
7,6
|
14,6
|
10,1
|
4,0
|
24,9
|
|
Центральный
|
23,7
|
9,8
|
9,7
|
8,4
|
9,9
|
21,0
|
Водозаборы жилищно-коммунального хозяйства забирают более 15 км3/год
пресной воды, из которой в сетях теряется 10%. Всего в 1992 году водопроводами
подано потребителям 21,6 км воды, в том числе на коммунально-бытовые нужды 13,8
км. Среднесуточный уровень водопотребления увеличился до 344 л/сутки-человек,
но в отдельных регионах расход составляет 200 л/сутки. Ежегодный прирост
мощностей водопровода в последние годы оставался в 2 раза ниже требуемых
объемов. Ежегодно на водопроводных сетях происходит 75000 прорывов, отключений
и аварий.
Системы критериев качества пресной воды
С учетом изложенного
выше, возникает необходимость нормирования качества не только питьевой воды, но
и сбрасывания сточной жидкости С этой целью в проектной документации
используется гигиеническая классификация водных объектов по степени загрязнения
с использованием четырех критериев вредности: органолептический,
токсикологический, общесанитарный, и бактериологический (Таблица 3). Четыре
градации свидетельствуют о различных возможностях их эксплуатации в зависимости
от индекса загрязнения:
·
0, без ограничений
·
1, умеренное загрязнение и
частичное нарушение водоиспользования
·
2, характерен для водоемов
с чрезвычайно высокой степенью загрязнения, где даже кратковременный контакт с
водой имеет неблагоприятные последствия для здоровья человека
·
4, по существу, эти воды
соответствуют сточной жидкости.
Таблица
3
Гигиеническая классификация водных объектов
|
Степень загрязне-
ния
|
Оценочные
показатели загрязнения
|
|
Органолеп-
тический
|
Токсико-логичес-
кий
|
Санитарный режим
|
Бактериологи-
ческий
|
Индекс
ния
|
|
Запах,
привкус, балл
|
ПДК
орг.
|
ПДК
токс.
|
О2 в
раст,
мг/дм3
|
БПК,
мг/дм3
|
Количество
лактозоножи-
тельных
палочек
в 1 дм3
|
|
Допусти-
Мая
|
2
|
1
|
1
|
4
|
3 (6)
|
Не более
1*104
|
0
|
|
Умерен-
Ная
|
3
|
4
|
3
|
3
|
6 (8)
|
Более
1*104–
105
|
1
|
|
Высо-
кая
|
4
|
8
|
10
|
2
|
8 (10)
|
Более
1*105 –
1*106
|
2
|
|
Чрезвы-
чайно высокая
|
Больше 4
|
Больше
8
|
100
|
1
|
Больше
8 (10)
|
Более
1*106
|
3
|
Водоем считается загрязненным в результате сброса сточных вод, если
происходит изменение качества воды выше пункта водоиспользования на расстоянии
1 км, которое не соответствует санитарным правилам и нормам (СанПиН)
«Гигиенические требования к качеству воды хозяйственно-питьевого снабжения» и
ГОСТа «Вода питьевая. Контроль качества».
При разработке нового ГОСТа «Вода питьевая. Контроль качества», в
котором учитывались рекомендации ВОЗ о необходимости нормирования по 100
приоритетным показателям, было также проведено группирование характеристик
воды по 5 критериям вредности (Таблица 4).
Таблица
4
Дифференцированные показатели качества питьевой воды
|
Гигиенические характеристики воды
|
Интегральные
показатели
|
Расчетные комплексные показатели
|
|
Органолептические
|
·
запах
·
привкус
·
мутность
·
цветность
|
Отсутствует
|
|
Содержание неорганических компонентов
|
сухой остаток,
соли жесткости,
Общая щелочность,
рН
|
S долей ПДК для металлов,
S долей ПДК для различных форм биогенных
элементов,
S долей ПДК для хлор- и сульфат-ионов,
Индексы коррозионной активности
|
|
Содержание органических компонентов
|
Общий (органический и неорганический)
углерод
|
S долей от ПДК тригалометанов,
S долей от ПДК хлорсодержащих пестицидов,
S долей от ПДК фосфорсодержащих пестицидов,
S долей от ПДК карбонатов,
S долей от ПДК иных веществ однонаправленного
биологического действия
|
|
Содержание радиоизотопов
|
Объемная a-радиоактивность,
объемная b-радиоактивность
|
Эквивалентная поглощенная доза за счет
потребления питьевой воды
|
|
Биологическая активность
|
Суммарная мутагенная активность,
биотестирование на гидробионтах
|
Вероятность появления соматических и
генетических эффектов у отдельных групп населения
|
Из приведенного выше следует, что ПДК является одной из частных форм
выражения экологического риска при постоянной интенсивности воздействия
токсических соединений на организм.
Основные методы водподготовки
Методы водоподготовки, используемые для приготовления питьевой воды,
очень разнообразны. Во всяком случае, применение конкретных методов или их
сочетаний определяется химическим составом воды. Ниже приведены основные методы
водоподготовки.
Предварительня очистка. Если в качестве источникаводоснабжения для
приготовления питьевой воды используются поверхностные воды, требуется
проведение тщательной предварительной очистки. Она включает в себя:
Первичное отстаивание, решетки и сетчатые фильтры с размером ячеекот
0,005 мм до 1 см, коагуляцию, т.е. введение в обрабатываемую воду солей
алюминия или железа, и приопределенных условиях, добавление флокулянта, чтобы
укрупнить взвешенные и коллидные частицы диперсной системы и перевести их в
фильтруемую форму.
Рисунок 1
Схема съемной водоочистной сетки
1 – рама, 2 – подложка,3 - фильтровальная сетка, 4 – петля подъема и
опускания сетки
Фильтрование. Фильтрование воды является важнейщим этапом при
приготовлении питьевой воды и применяется для самых различных целей.
Основы фильтрования. Скорые фильтры объемные,в целях восстановления
задерживающей способности загрузки включаютсяна промывку. Скорость фильтрования
определяется составом воды и составляет, как правило, 10-20 м/ч. В качестве
фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации. Применяется кварцевый
песок, антрацит, активные угли и доломит.
Рисунок 2
Скорый безнапорный фильтр: а – продольный разрез, б – поперечный
разрез, в – вид сверху, г – дренажная система.
1 – корпус, 2 – слой воды, 3 – фильтрующий материал, 4 – гравий, 5 –
дренажная система, 6 – желоб для отвода воды, 7 – карман фильтра, 8 – ввод воды
на фильтр, 9 – труба фильтрованной воды, 10 – подача промывной воды, 11 – отвод
промывной воды, 12 – канализационный лоток.
Кроме того, используется комбинация различных фильтрующих материалов,
применяют также многослойные фильтры. Фильтровальные сооружения для
приготовления питьевой воды используются для решения следующих задач.
Обезжелезивание. Под этим термином понимают удаление ионов железа из
исходной воды. В артезианской воде, не содержащей растворенного
кислорода,железо присутствует в форме бикарбоната. Обезжелезивание производят
следующими способами:
·
аэрация,т.е. нагнетание
воздуха и интенсивный роцесс окисления в водонапорном баке. Расход воздуха для
насыщения воды кислородом составляет 30л/м3.
·
В исключительных случаях с
целью интенсификации процесса окисления добавляются окислиели: озон, хлор,
двуокись хлора, или перманганат калия.
·
Обезжелезивающие фильтры
(песчаные, гравийные или многослойные фильтры)
Деманганация. Деманганация воды – это удаление из нее ионов марганца. Деманганация
производится практически теми же методами, что и обезжлезивание. Однако, в
большинстве случаев следует использовать более сильные окислители. При этом
желательно обеспечивать более высокие значения водородного показателя.
Повышение рН достигается, например, введением в процесс доломитовых материалов.
Нейтрализация. Нейтрализация, или снижение кислотности воды, это
процесс, который не произошел в природных геологических условиях и перенесен на
фильтровальные сооружения. Фильтровальный бак заполняется гранулированным
карбонатом кальция или полуобожженным, содержащим магний, доломитом. При
прохождении воды через этот фильтрующий материал, достигается равновесное
значение водородного показателя.
При более высоких значениях агрессивной углекислоты, наряду с
вышеназванной химической нейтрализацией, имеется возможность удаления
углекислоты с помощью открытых аэрационных установок, или скрубберов. Это
достигается разбрызгиванием артезианской воды через систему форсунок. Воздух,
движущийся от воздуходувки, обеспечивает снижение свободной углекислоты до 10
мг/л. Одновременно в такой «механической нейтрализацией», наступает насыщение
кислородом.
Фильтрация на активных углях. Фильтрование на активных углях является
предпочтительным способом улучшения качества питьевой воды и чаще всего
применяется на последней ступени очистки. Такое дополнительное осветление воды
необходимо в тех случаях, когдатребуется устранить незначительные нарушения
показателей цветности, вкуса и запаха воды. Скорости фильтрования на фильтрах с
активными углями устанавливаются как правилона полупромышленных установках.
Обеззараживание питьевой воды производится в тех случаях, когда
бактериологическими анализами свежей воды устанавливается наличие возбудителей
заболеваний или же повышенное общее содержание бактерий.
Обычными методами оеззараживания являются:
·
Хлорирование путем
добавления гипохлорита натрия
·
Введения в обрабатываемую
воду гипохлорита кальция
·
Добавление в воду двуокиси
хлора или газообразного хлора
·
Озонирование воды
·
Ультрафиолетовое облучение
и дезинфекция воды.
Конкретный способ обеззараживания определяется с учетом производительности
и издержек производства и согласовывается с эксплуатационными службами.
К другим способам обеззараживания следует отнести обработку питьевой
воды солями серебра и ультрафиолетовое облучение. Эти способы обеззарживания
крайне редко применяются в централизованных системах водоснабжения.
Умягчение (снижение содержания нитратов). Централизованные системы умягчения питьевой
воды применяются редко. Действуют несколько водохозяйственных предприятий,
которые осуществляют централизованную декарбонизацию, уменьшение карбонатной
жесткости воды.
В последние годы в связи с ростом концентрации
нитратовв питьевой воде возникла проблема снижения содержания нитратов.
Рекомендации совета ЕЭС ограничивают содержание нитратов max до 50
мг/л и рекомендует их ориентировочные значения на уровне 25 мг/л. В связи с
тем, что указанные значения из-за смешивания воды различных водосборных
бассейнов зачастую превышают нормативы, необходимо осуществлять
централизованную обработку воды.
При выборе конкретного метода обработки воды
обязательно следует проводить экономический анализ и всесторонние специальные
исследования.
Проблема потребления воды
Главным условием существования человека является потребление
достаточного количества воды, источники которой либо загрязнены, либо
ограничены. Совреемнная ситуация обусловлена тем, что в качестве водоисточников
в основном используются поверхностные воды, составляющие только 1% от всех
запасов пресной воды на Земле. Кроме того, установлено, что в течение 1 года
50% мирового речного стока проходят через различные виды человеческой
деятельности, которые включают удовлетворение бытовых потребностей,
промышленное производство и ирригацию сельскохозяйственных культур (таблица
5).
Таблица
5
Потребление воды человеком, км3/год
|
Вид потребления
|
Годы
|
|
1900
|
1950
|
2000
|
|
Жилищно-коммунальное
хозяйство
|
20
|
60
|
480
|
|
Сельское
хозяйство
|
350
|
860
|
7000
|
|
Промышленность
|
30
|
190
|
1700
|
|
Всего*
|
400
|
1100
|
9180
|
*С учетом разбавления
сточных вод – 9000км3/год, общий расход – 18,2*103 км3/год.
На большей части
развития человеческой цивилизации в течение 18 веков, суточная потребность
человека ограничивалась от 5 до 49 литров в день. Основной причиной
ограниченного потребления воды являлось присутствие болезнетворных микробов ,
которые были причиной возникновения эпидемий:
·
Тифа, холеры, дизентерии,
полиомелита, гепатита, гастроэнтерита, вследствие употребления зараженной
питьевой воды.
·
Трахомы, проказы, и других
заболеваний кожи и слизистой оболочки при умывании зараженной водой.
·
Малярии, желтой лихорадки,
вследствие присутствия в воде переносчиков инфекции.
Потребление воды для питьевых нужд резко возросло после появления
первых систем централизованной водоочистки в 18-19 веках в Европе и России и в
настоящее время достигло 200-300 литров в день на человека.
Однако, в 1985 году чистой водопроводной водой на
таком уровне снабжалось только 1,1 млрд человек, тогда как 0,8 млрд человек
получали 110 литров/сутки-человек через водозаборные колонки, а остальная часть
человечества (4 млрд) довольствуется нормрй 50-60 л/сутки-человек. Тем не менее
в целом за 20 век потребление воды человеком возросло в среднем в 20 раз.
Основной расход питьевой воды связан с соблюдением санитарно-гигиенических норм
(таблица 6), что порождает роблему илищно-коммунальных стоков. Рост потребления
воды в промышленности в начале 20 века был связан с применением пара, а затем
с развитием химического производства.
Таблица
6
Структура потребления воды для бытовых целей
городского населения
|
Вид
потребления
|
Доля от
суммарного
потребления, %
|
|
Суточное
потребление (220-320) л/чел-сутки
|
100
|
|
Питье и
приготовление пищи
|
5
|
|
Смывной бачок
в туалете
|
43
|
|
Ванна и душ
|
34
|
|
Мытье посуды
|
6
|
|
Стирка
|
4
|
|
Уборка
помещений
|
3
|
|
Мытье машины
и лужайки
|
5
|
Таким образом, для
обеспечения населения питьевой водой, ( в каждом регионе РФ), небходимо решить
проблему управления качеством воды как
в водоисточниках, так
и на очистных сооружениях. Очевидно, что выбор технологии водоподготовки и
обработки сточных вод будет осуществляться путем сопоставления данных о
качестве воды с их характеристиками.
Заключение
Вода – это великая
ценность для человечества, и в век информационных технологий, развитой
промышленности и постоянного роста численности населения не пора ли задуматься
о том, что все природные блага мы не получаем в наследство от своих предков, а
берем взаймы у своих потомков. И от качества той питьевой воды, которая течет
из под крана напрямую зависит здоровье нас и наших детей.
Список литературы
1.Н.И. Воронцова. «Вода питьевая», 1996 год, 360 с.
2. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды
централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН
2.1.4.1074-01», М.: Минздав России, 2002 год, 103 с.
3.Использованы материалы с сайтов www.mosvodokanal.ru и www.advertology.ru