Минерализация вод

Общая минерализация воды и методы ее устранения 

Общая минерализация  представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в  воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых твердых  веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся именно в виде солей. К  числу наиболее распространенных относятся  неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое  количество органических веществ, растворимых  в воде.  

Очень часто  общую минерализацию воды путают с сухим остатком. Сухой остаток  определяется путем выпаривания  литра воды и взвешивания того, что осталось. В результате не учитываются  более летучие органические соединения, растворенные в воде. Это приводит к тому, что общая минерализация  и сухой остаток могут отличаться на небольшую величину - как, правило, не более 10%.  

Уровень содержания солей в питьевой воде разный в  разных геологических регионах (вследствие различной растворимости минералов). Кроме природных факторов, на общую  минерализацию воды большое влияние  оказывают промышленные сточные  воды, городские ливневые стоки (особенно когда соль используется для борьбы с обледенением дорог) и т.п.  

В зависимости  от минерализации природные воды можно разделить на следующие  категории:

Уровень приемлемости общего солесодержания в воде сильно варьируется в зависимости от местных условий и сложившихся  привычек. Обычно хорошим считается  вкус воды при общем солесодержании до 600 мг/л. При величинах более 1000-1200 мг/л вода может вызвать нарекания у потребителей. Поэтому по органолептическим показаниям ВОЗ рекомендован верхний предел минерализации воды в 1000 мг/л.  

Вопрос о  воде с низким солесодержанием также  открыт. Считается, что такая вода слишком пресная и безвкусная, хотя многие тысячи людей, употребляющих  обратноосмотическую воду, отличающуюся очень низким солесодержанием, наоборот находят ее более приемлемой.  

"Водная" тематика все чаще звучит в  российской прессе, при этом часто  приводятся рассуждения о достоинствах  или недостатках воды с точки  зрения снабжения организма минералами. В некоторых материалах, опубликованных  в солидных изданиях, достаточно  безапелляционно заявляется: "Как  известно, с водой мы получаем  до 25% суточной потребности химических  веществ". Однако докопаться до  первоисточников не удается. Попробуем  поискать ответ на вопрос: "А  сколько же может среднестатистический  человек получить минеральных  веществ из питьевой воды, отвечающей  санитарным нормам?" В своих  рассуждениях будем руководствоваться  простым житейским здравым смыслом  и знаниями в объеме средней  школы. Результаты сведем в  таблицу. Объясним содержимое  ее колонок, а заодно и ход  рассуждений.

Процесс, используемый для удаления из воды всех минеральных  веществ, называют деминерализацией .  

Деминерализацию, проводимую с помощью ионного  обмена называют деионизацией. В ходе этого процесса вода обрабатывается в двух слоях ионообменного материала  для того, чтобы удаление всех растворенных солей было более эффективным. Используется одновременно или последовательно  катионообменная смола, «заряженная» ионами водорода H + , и анионообменная смола, «заряженная» ионами гидроксила ОH - . Поскольку все соли, растворимые  в воде, состоят из катионов и  анионов, смесь катионообменной  и анионообменной смолы полностью  заменяет их в очищаемой воде на ионы водорода H + , и гидроксила ОH -. Затем в результате химической реакции  эти ионы (положительные и отрицательные) объединяются и создают молекулы воды. Фактически происходит полное обессоливание  воды.  

Деионизированная  вода имеет широкий спектр применения в промышленности. Она используется в химической и фармацевтической отраслях, при производстве телевизионных  электронно-лучевых трубок, при промышленной обработке кож и во многих других случаях.  

Дистилляция основана на выпаривании обрабатываемой воды с последующей концентрацией  пара. Технология является очень энергоемкой, кроме того, в процессе работы дистиллятора на стенках испарителя образуется накипь.  

Электродиализ основан на способности ионов  перемещаться в объеме воды под действием  напряженности электрического поля. Ионоселективные мембраны пропускают через себя либо катионы, либо анионы. В объеме, ограниченном ионообменными  мембранами, происходит снижение концентрации солей.  

Обратный  осмос представляет собой очень  важный процесс, являющийся составной  частью высокопрофессиональной очистки  воды. Первоначально обратный осмос  был предложен для опреснения морской воды. Вместе с фильтрацией  и ионным обменом обратный осмос  значительно расширяет возможности  очистки воды.  

Принцип его  необычайно прост – вода продавливается через полупроницаемую тонкопленочную мембрану. Через мельчайшие поры, имеющие  размеры, сопоставимые с размерами  молекулы воды, способны просочиться  под давлением только молекулы воды и низкомолекулярные газы – кислород, углекислый газ, а все примеси, остающиеся по другую сторону мембраны, сливаются  в дренаж.  

По эффективности  очистки мембранные системы не имеют  себе равных: она достигает практически 97-99,9% по любому из видов загрязнений. В результате получается вода, по всем характеристикам напоминающая дистиллированную или сильно обессоленную воду.  

Проводить глубокую очистку на мембране можно  только с водой, прошедшей предварительную  комплексную очистку. Удаление песка, ржавчины и прочих нерастворимых  взвесей производится механическим картриджем с ячейками до 5 микрон. Картридж на основе высококачественного гранулированного кокосового угля сорбирует растворенные в воде соединения железа, алюминия, тяжелых и радиоактивных металлов, свободный хлор и микроорганизмы. Очень важна последняя стадия предварительного этапа, где происходит окончательная очистка от мельчайших доз хлора и хлорорганических соединений, разрушительно воздействующих на материал мембраны. Она производится картриджем из прессованного кокосового угля.  

После комплексной  предварительной очистки вода подается на мембрану, после прохождения которой  получается питьевая вода самого высокого класса очистки. А чтобы убрать из нее растворенные газы, придающие  неприятный запах и привкус, воду на заключительном этапе пропускают через высококачественный прессованный активированный уголь с добавкой серебра. То обстоятельство, что в  воде после очистки в мембранной системе почти полностью отсутствуют  минеральные соли, уже не один год  вызывает оживленные дискуссии. Хотя необходимое  для организма количество макро- и микроэлементов гораздо эффективнее  получать через пищу (см. выше), но многие настолько привыкли к вкусу, который  придают воде минеральные соли, что  при их отсутствии вода кажется безвкусной и «неживой». Однако полностью удалить  вредные примеси, сохранив минеральные  вещества в полезных концентрациях, оказывается настолько сложно и  дорого, что обычно воду сначала  максимально очищают, а потом  вносят добавки, если это необходимо.  

Домашние  установки обратного осмоса обычно укомплектовываются накопительными баками для очищенной воды, так как  скорость фильтрации воды через мембрану невелика. Накопительный бак, как  правило, общей емкостью 12 л, представляет из себя гидроаккумулятор, разделенный  внутри эластичной силиконовой перегородкой. С одной стороны перегородка  контактирует с очищенной водой, а с другой накачан воздух под  давлением 0,5 атм. Такой бак способен накопить в себе не более 6-8 л очищенной  воды. Обычно для этого требуется  от 2 до 6 часов. Для обеспечения работоспособности  системы при недостаточном давлении в магистрали (менее 2,5 - 2,8 атм) устанавливается  повышающий насос.  

Следует отметить, что если исходная вода очень жесткая, содержит избыточное количество механических или растворенных примесей, то перед  системой обратного осмоса рекомендуется  установка дополнительных систем водоподготовки (обезжелезиватель, умягчитель, системы  обеззараживания, механической очистки  и т. п.).  

Теоретически, мембраны удаляют почти все известные  нам микроорганизмы, в том числе  и вирусы, однако, при использовании  в быту в системах питьевой воды, мембраны не могут обеспечить полную защиту от микроорганизмов. Потенциальные  нарушения герметичности прокладок, производственные дефекты могут  позволить некоторым микроорганизмам  проникнуть в очищенную воду. Именно поэтому небольшие домашние системы  обратного осмоса не должны использоваться в качестве основного средства для  устранения биологического загрязнения.  

Очень важно  понимать, что процесс обратного  осмоса идет только при давлении воды в системе не менее 2,5-2,8 атм. Дело в том, что на полупроницаемой  мембране со стороны очищенной (обессоленной) воды всегда имеется избыточное осмотическое давление, которое препятствует процессу фильтрации. Именно это давление и  необходимо преодолеть.  

ЖЕЛЕЗО (Fe)  

Как правило, железо присутствует в естественных водах в различных формах:  

1. двухвалентные  ионы железа, растворимые в воде (Fe 2+ );

2. трехвалентные  ионы железа, растворимые только  в очень кислой воде (Fe 3+);

3. нерастворимая  гидроокись трехвалентного железа [Fe(OH) 3 ];

4. окись  трехвалентного железа (Fe 2 O 3 ), присутствующая  в виде частиц ржавчины из  труб;

5. в комбинации  с органическими соединениями  или железными бактериями. Железные  бактерии часто живут в воде, содержащей железо. По мере размножения,  эти бактерии могут образовывать  красно-коричневые наросты, которые  могут забивать трубы и снижать  напор воды. Разлагающаяся масса  этих железных бактерий может  быть причиной неприятного запаха  и вкуса воды, а также появления  пятен.  

Железо редко  находят в наземных водоемах. При  попадании на поверхность вода, содержащая растворенное железо, является обычно чистой и бесцветной, с ярко выраженным вкусом железа. Под воздействием воздуха  вода приобретает некую молочную дымку, которая вскоре окрашивается в рыжий цвет (появляется осадок гидроокиси железа). Такая вода оставляет  следы практически на всем. Даже при содержании железа в воде 0.3 мг/л  она оставляет ржавые пятна на любой поверхности.  

Присутствие железа в воде крайне нежелательно. Избыточное железо накапливается в  организме человека и разрушает  печень, иммунную систему, увеличивает  риск инфаркта.  

Удовлетворительным  способом удаления небольших количеств  растворенного железа из воды считается  использование ионообменных умягчителей . Нельзя сразу сказать, сколько железа можно удалить. Ответ на этот вопрос в каждом отдельном случае зависит от конструкции устройства, а также от других конкретных условий. Железо, присутствующее в воде в нерастворенной форме, умягчителями не убирается, более того, оно их портит. Поэтому в случае использования умягчителей для удаления растворенного железа, например, из скважины, ни в коем случае нельзя допустить контакта скважинной воды с воздухом.  

Самым эффективным  способом удаления средних концентраций железа может быть использование  окисляющих фильтров. Такой фильтр должен устанавливаться на водопроводную  трубу перед устройством для  смягчения воды. Окисляющие фильтры  обычно содержат фильтрующее вещество, покрытое двуокисью марганца (MnO 2 ). Это может быть обработанный марганцем  глауконитовый песок, синтетический  материал из марганца, натуральная  марганцевая руда и другие схожие материалы. Окись марганца превращает растворимые ионы двухвалентного железа, содержащиеся в воде, в трехвалентное  железо. Кроме того, соединения марганца являются мощным катализатором процесса окисления двухвалентного железа кислородом, растворенным в воде. Поскольку в  подземной воде кислорода очень  мало, для более эффективного процесса окисления, воду перед фильтром-обезжелезивателем, насыщают кислородом (воздухом). По мере формирования нерастворимой гидроокиси трехвалентного железа, она отфильтровывается  из воды гранулированным материалом, находящимся в фильтре.