Опасность вредных примесей в воде

Чем грозят? Вредные примеси в воде портят ее вкус и делают опасной для здоровья. Они могут стать источником разных проблем: от отравления солями тяжелых металлов до холеры, гепатита, почечной недостаточности и других тяжелых заболеваний.

Что делать? Для предотвращения негативных последствий воду из любого источника следует очищать, особенно в промышленных регионах. Доступных способов, к счастью, предостаточно, чтобы выбрать самый лучший. 

Виды примесей в воде

Степень загрязненности воды зависит от того, из какого источника ее берут. Выделяют три вида воды:

1. Сырая — это вода из озер и рек, которая не проходит предварительной очистки. В такой воде содержание вредных примесей самое высокое. Для питья ее можно употреблять только после обеззараживания специальными препаратами, кипячения или фильтрации.

2. Колодезная или скважинная — это вода, которую берут из подземных источников и применяют для индивидуального водоснабжения. По сравнению с водой из открытых водоемов она более чистая, однако в ней содержится много минеральных примесей.

3. Водопроводная — это питьевая вода, которая проходит обеззараживание и очистку от вредных веществ на водоразборных станциях населенных пунктов. Требования к ее качеству регламентируются СанПиН.

Изображение @freepik / magnific.com

Существует несколько категорий вредных примесей, которые могут содержаться в воде. Загрязнение бывает:

1. Химическое. Такие примеси встречаются чаще всего. Они делятся на органические (пестициды, фенолы, инсектициды) и неорганические (соли, щелочи). В воду попадают в результате хозяйственной деятельности человека, например, с отходами от промышленных производств или с удобрениями, используемыми в сельском хозяйстве. 

2. Бактериальное. Это самый опасный вид вредных примесей. В воде из водопровода бактерии и вирусы отсутствуют, так как уничтожаются хлорированием, а в сырой могут встречаться туберкулезная и кишечная палочки, а также другие возбудители опасных заболеваний. В полевых условиях для очистки воды от бактериального загрязнения используются специальные таблетки или кипячение.

3. Тепловое. Такой вид загрязнения, который еще называется цветением воды, распространен в теплых регионах страны. Весной и летом, когда вода сильнее прогревается, в ней размножаются сине-зеленые водоросли и бактерии, выделяющие метан и сероводород.

4. Радиоактивное — это загрязнение воды цезием, ураном, стронцием и другими элементами, которые применяются в ядерной энергетике.

Существует также классификация вредных веществ по степени токсичности.

Согласно СанПиН, они делятся на следующие группы:

• 1 класс — чрезвычайно опасные. Это свинец, бериллий, ртуть, мышьяк. Их наличие не допускается в воде даже в самых малых количествах.
• 2 класс — высокоопасные. Это стронций, кадмий, бор, нитриты.
• 3 класс — опасные. Это марганец, фосфаты, железо, серебро.
• 4 класс — умеренно опасные. Хлориды и сульфаты. В основном они оказывают влияние на органолептические свойства воды.

Основные вредные примеси в воде

Активные неметаллы 

Вода из любого естественного источника всегда содержит вещества неметаллической природы (в таблице Менделеева они расположены в правом верхнем углу). В небольших количествах они нужны организму для обеспечения нормальной работы органов и систем, а высокие концентрации могут приводить к развитию различных заболеваний.

• Фтор. При превышении допустимого количества этого элемента в питьевой воде развивается флюороз (эндемическая патология), который в хронической форме сопровождается деформацией опорно-двигательной системы.
• Хлор. Используется в качестве обеззараживающего агента для подготовки природной воды к употреблению, однако большое количество хлора может вызывать заболевания сердечно-сосудистой системы и отрицательно влияет на иммунитет.
• Бор. Высокие концентрации этого элемента вызывают нарушение функции печени и почек. Качество питьевой воды в этом отношении имеет особое значение для беременных женщин, поскольку интоксикация бором может приводить к нарушению внутриутробного развития ребенка.
• Йод. При избыточном содержании данного элемента в питьевой воде чаще всего развивается гипертиреоз (токсический зоб). Отравление проявляется избыточным слюно- и потоотделением, а также отеком слизистых.
• Мышьяк. Его наличие в питьевой воде чревато заболеваниями поджелудочной железы и сердца. При длительном поступлении мышьяка в организм развиваются злокачественные опухоли кожи.

Изображение @freepik / magnific.com

Металлы 

Эти вредные примеси попадают в воду с промышленными стоками (отходы тепловых электростанций и перерабатывающих заводов), а также в результате затопления шахтных выработок.

• Железо — в норме в питьевой воде его не должно быть больше, чем 0,3 мг/л. Если регулярно пить воду, в которой концентрация железа повышена, возникают аллергические реакции, нарушается работа пищеварительной системы, а также ухудшается функционирование всей эндокринной системы.
• Марганец — этот тяжелый металл попадает в водоемы с грунтовыми и сточными водами, в которых содержатся продукты выщелачивания марганцевых руд, элементы минеральных удобрений, остатки разлагающихся растительных организмов. В водопроводной воде, которая подается централизованно, содержание марганца не должно превышать 0,1 мг/л. Избыток этого элемента приводит к болезни Паркинсона и другим патологиям нервной и костной систем.
• Свинец — в централизованные сети водоснабжения он попадает из свинцовых элементов, находящихся в узлах старых трубопроводов. По СанПиН его концентрация в воде не должна быть выше 0,03 мг/л. Это очень токсичный элемент, и, если регулярно употреблять даже очень маленькие дозы, он накапливается в организме и приводит к сильному отравлению. Первые симптомы — это головокружение, тошнота, головная боль, потеря аппетита. Если вовремя не принять меры, симптомы нарастают и может наступить смерть.
• Соли жесткости — жесткость воды зависит от наличия в ней растворенных солей кальция и магния (щелочноземельных металлов). Содержание Ca2+ и Mg2+ регламентируется СанПиН и не должно быть выше 1,0-2,0 мг-экв/л. При повышенной концентрации солей в воде могут развиться заболевания опорно-двигательной системы, мочекаменная болезнь, снижается иммунная защита кожи.

Микробиологическая опасность

Вредные примеси в воде, в частности, некоторые виды болезнетворных микроорганизмов, могут сохраняться даже после хлорирования, о чем свидетельствуют данные Роспотребнадзора. Каждый год выявляются нарушения микробиологических норм в водопроводной воде (12 % проб), воде из децентрализованных источников (15 % проб), воде из распределительной сети (8 % проб).

Самыми опасными являются следующие микроорганизмы:

• сальмонелла (Salmonella) — возбудители брюшного тифа и сальмонеллеза;
• шигелла (Shigella) — вызывают дизентерию;
• легионелла (Legionella pneumophila) — вызывает легионеллез (тяжелая форма пневмонии);
• холерный вибрион (Vibrio cholerae) — возбудитель холеры;
• кампилобактерии (Campylobacteriosis) — возбудители кампилобактерного энтерита;
• клостридии — сами по себе не являются заразными, но вырабатывают цианотоксины, которые поражают внутренние органы. Накапливаются в застоявшейся воде, где много органических веществ (например, в болотах).

Также в воде могут обнаруживаться такие простейшие, как криптоспоридии или лямблии. Это опасные микроорганизмы, способные образовывать ооциты и цисты, плохо поддающиеся уничтожению хлорированием. Кроме того, в воде могут быть вирусы: ротавирусы, вирус гепатита А, энтеровирусы, аденовирусы, норовирусы. Они более устойчивы к инактивации, по сравнению с бактериями. Обычные гельминты также могут находиться в воде и, попадая с ней в организм, приводить к развитию паразитарных заболеваний.

Способы очистки воды от вредных примесей

Воду очищают механическими, биологическими, химическими и физико-химическими методами, и в отдельную группу выделяют мембранные технологии. Конкретный метод выбирают в зависимости от того, какое качество имеет вода и для чего она будет использоваться (для промышленных целей, употребления в пищу и т. д.). Чтобы спроектировать эффективную систему подготовки воды, необходимо понимать, на чем основан каждый метод очистки.

Изображение @freepik / magnific.com

Механическая очистка

Механическими методами удаляются такие вредные примеси, присутствующие в воде, как ил, окалина, песок, ржавчина, взвешенные частицы, то есть, нерастворенные элементы разной степени дисперсности. 

• Отстаивание

Это подготовительная стадия, которая позволяет уменьшить нагрузку на дальнейшие этапы очистки. На эффективность процесса влияют характер частиц и время отстаивания.

• Фильтрация

Применяются такие фильтрующие материалы, как кварцевый песок, сетки, гравий (наполнитель для засыпных осветлительных фильтров), специальные керамические или полипропиленовые картриджи (устанавливаются в промышленных и бытовых системах). Глубина очистки зависит от размера пор фильтрующего материала (он может составлять от сотен до единиц микрон). Механическая очистка обязательно используется как подготовительный этап перед обратным осмосом и другими сложными методами для того, чтобы не допустить повреждения мембран.

Химические методы

Это методы, подразумевающие применение реагентов, которые помогают обеззаразить воду, изменить химический состав и удалить растворенные примеси.

• Коагуляция и флокуляция

Механическая фильтрация не позволяет удалить очень мелкие частицы, поэтому их дестабилизируют, добавляя коагулянты (реагенты), такие как хлорид железа или сульфат алюминия. В процессе коагуляции частицы утрачивают заряд и соединяются в более крупные элементы.

На следующем этапе осуществляют флокуляцию, то есть, объединение полученных микрохлопьев до таких размеров, когда их можно легко отфильтровать или устранить отстаиванием. Для этого используют флокулянты (специальные добавки).

• Окисление и обеззараживание

Обеззараживание воды проводят с помощью сильных окислителей, которые окисляют марганец, железо, сероводород и другие растворенные примеси, а также разрушают структуры клеток вирусов, бактерий и простейших микроорганизмов. Чаще всего используют:

• Обеззараживание хлором

Экономичный, давно известный метод, основанный на применении газообразного хлора, гипохлорита кальция или натрия. Позволяет надолго избавиться от бактерий в распределительной сети, однако применение хлора сопровождается выделением побочных хлорорганических продуктов и изменением органолептических качеств воды. 

• Обеззараживание озоном

Озон — это очень сильный окислитель, позволяющий устранить вредные примеси в воде. Эффективен против большого количества патогенных микроорганизмов, включая криптостридии и цисты лямблий, которые не поддаются воздействию хлора. Не приводит к образованию опасных хлорорганических соединений, положительно влияет на запах и цветность воды. Недостатком является отсутствие пролонгированного эффекта и необходимость использования озонаторов.

• Обеззараживание ультрафиолетом

УФ-лучи с длиной волны 254 нм способны эффективно очищать воду от вредных микроорганизмов. Они физически воздействуют на ДНК бактерий и вирусов, лишая их возможности размножаться. Этот метод не требует использования специальных реагентов и никак не воздействует на химический состав воды. На эффективность влияет доза облучения, а также прозрачность, поскольку через мутную воду ультрафиолетовые лучи проникают хуже.

Физико-химические методы: сорбция и ионный обмен

Основаны на сочетании химических реакций и физических процессов, позволяющем избавиться от специфических загрязнителей.

• Адсорбция на активированном угле

Адсорбцией называется процесс скопления вещества на поверхности адсорбента (твердого тела). Эффективным адсорбентом является активированный уголь. Он имеет большую удельную поверхность за счет пористой структуры, благодаря чему способен удалить из воды соединения хлора и сам хлор, а также растворенные органические вещества. Кроме того, он улучшает запах и вкусовые качества воды. Угольные фильтры находят широкое применение в бытовых системах очистки и являются основным способом устранения вредных примесей в питьевой воде в домашних условиях.

• Ионный обмен

Этот способ предназначен для устранения конкретных видов солей. Для этого используется ионообменная смола (синтетический полимер), которая отдает в проходящую через нее воду ионы из своей структуры и забирает другие ионы. Так, катионит в Na-форме отдает ионы натрия взамен на ионы кальция и магния, что приводит к снижению жесткости воды. Для деминерализации применяется сочетание анионитов в ОН-форме с катионитами в Н-форме. Ионообменные смолы необходимо регулярно регенерировать солевыми, щелочными или кислотными растворами.

Мембранные технологии

В основе этих методов лежит использование полупроницаемых мембран, которые пропускают воду, но не содержащиеся в ней примеси (растворенные или нерастворенные). Процесс происходит под влиянием разности давлений. Существуют разные мембранные технологии, отличающиеся рабочим давлением и величиной пор мембраны:

• Микрофильтрация — размер пор составляет от 0,1 до 10 мкм. Позволяет удалить бактерии, взвеси и крупные коллоидные частицы.
• Ультрафильтрация — размер пор составляет от 0,01 до 0,1 мкм. Не пропускает вирусы, макромолекулы, коллоидные частицы.
• Нанофильтрация — размер пор составляет от 0,001 до 0,01 мкм. Задерживает красители, многозарядные ионы, такие как соли жесткости, а также некоторые органические элементы.
• Обратный осмос — размер пор составляет от 0,0001 до 0,001 мкм. Предназначен для самой тонкой очистки, позволяет почти полностью удалить растворенные соли (до 99,9 %).

Для обратного осмоса необходимо высокое давление. Этим методом получают максимально обессоленную воду, состав которой приближен к дистиллированной воде.

Часто задаваемые вопросы о вредных примесях в воде

Какие вредные примеси могут находиться в воде из скважины? 

Существует ошибочное мнение об идеальной чистоте подземной воды. Часто в ней обнаруживаются сероводород (проявляется запахом тухлых яиц), железо, органические удобрения (попадают в грунтовые воды с сельскохозяйственных полей), фториды (при их избытке разрушается зубная эмаль).

Какие примеси часто встречаются в водопроводной воде?

Воду из-под крана обеззараживают хлором, который относится к вредным веществам и вступает в реакции с органическими соединениями с выделением хлорорганических канцерогенов. Кроме того, водопроводная вода нередко содержит ил, песок, окалину, которые отрываются от стенок труб.

Как подобрать лучший способ очистки воды?

Ни один из методов очистки не является универсальным, поэтому, выбирая конкретный вариант, нужно учитывать:

• Качество исходной воды. Не зная концентрацию и тип загрязняющих веществ, нельзя подобрать оптимальную технологию.
• Требования к воде после очистки. Они зависят от назначения воды: для производственных целей, для питья, для использования в бытовой технике (котлы, посудомоечные и стиральные машины).
• Производительность системы. Нужно знать, какой объем воды должен очищаться в единицу времени.
• Расходы на эксплуатацию оборудования. Учитывается стоимость электроэнергии, технического обслуживания, картриджей и других расходных материалов.

Несмотря на то, что Роспотребнадзором регулярно осуществляются проверки качества воды, загрязнения не всегда получается выявить оперативно, особенно в тех районах, где инфраструктура сильно изношена. Поэтому меры безопасности никогда не будут лишними.

Автор Волчкова Мария Бренд-менеджер

Понравилась статья? Поделитесь: