БЛОК 4. ОЧИСТКА  
 
Очистные сооружения – совокупность инженерных сооружений в системах водоснабжения и канализации, в которых сточные воды очищаются от содержащихся в них загрязнений.  
 
Сточные воды – воды, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека. Городские сточных вод – смесь бытовых и производственных стоков объектов коммунального хозяйства)  
 
Водоснабжение технологический процесс, забора, подготовка, транспортировка и передача питьевой воды.  
 
Водопроводная сеть – система трубопроводов и сооружений, предназначенная для водоснабжения.  
 
Канализация – водоотведение сточных вод, сбор, очистку и утилизацию очищенных сточных вод.  
 
Канализационная сеть – система трубопроводов, коллекторов, каналов и сооружений для сбора и отведения сточных вод.  
 
Особенности городского водоснабжения  
По данным лаборатории питьевого водоснабжения НИИ экологии человека и окружающей среды РАМН, 90% водопроводных сетей подают в дома воду, не отвечающую санитарным нормам. Главная причина наличия в водопроводной воде вредных для здоровья нитратов, пестицидов, нефтепродуктов и солей тяжелых металлов - это катастрофическое состояние водопроводных и канализационных систем. Соединение канализационных вод с выбросами предприятий  
 
В городских водопроводах для снижения концентрации нитратов до приемлемого для питьевой воды уровня применяется сложный и трудно управляемый комплекс биологических мер. В домашнем водопроводе для снижения уровня нитратов рекомендуется установить фильтр-поглотитель нитратов …  
 
По утверждению специалистов, эффективных методов удаления нитратов из  
воды в условиях децентрализованного водоснабжения практически не  
существует.  
 
проблема питьевой воды усугубляется несовершенством существующих технологий подготовки воды для централизованного водоснабжения, ориентирующихся на нейтрализацию болезнетворных бактерий, осветление и обезжиривание воды. Нейтрализация же или достаточно полное извлечение целого ряда высокотоксичных химических элементов или их композиций, источником которых служат промышленные стоки или смываемые с сельскохозяйственных угодий пестициды и гербициды, в настоящее время возможны только теоретически, но не практически.  
 
Специалисты по технологиям подготовки питьевой воды, подаваемой через центральные сети водоснабжения, утверждают, что в ближайшие годы проблему недостаточной и потому неэффективной работы очистных сооружений технически решить не представляется возможным из-за недостатка средств для строительства или перевооружения этих сооружений, построенных еще в 30-40 годы. То есть придется нам самим искать выход из водопроводного тупика.  
 
Итак, пройдя очистные сооружения, якобы очищенная вода на самом деле не освобождается должным образом от … нитратов, нитритов,  
 
Оборудование устарело  
Традиционные технологии водоочистки, основанные на применении реагентов с последующей обработкой воды в отстойниках, микрофильтрах, осветлителях с взвешенным осадком, скорых фильтрах или контактных осветлителях и обеззараживании хлором, разработанные в 50-60-е годы, в настоящее время не справляются с повышенной антропогенной нагрузкой.  
Практически транзитом проходят водопроводные сооружения такие загрязнители как тяжелые металлы, азотсодержащие соединения, радионуклиды  
 
Кипячение поможет дезинфицировать воду, если она плохого микробиологического состава, но, как известно, не очищает ее от других вредных веществ.  
Кипячение увеличивает концентрацию некоторых нежелательных элементов, например нитратов, которые часто обнаруживаются в воде. То же количество вредных веществ теперь находится в меньшем количестве воды из-за испарения ее части в результате кипячения. Так что вода может быть очищена от одних вредных веществ, но загрязнена другими.  
 
Бутилированная вода.  
В 80-е годы все больше и больше людей стали искать альтернативу воде из-под крана, которая была бы чище и свежее. Это дало толчок расцвету новой отрасли воду стали разливать в бутылки. Каждый год потребность в такой воде возрастает на 30%. Сегодня это самый быстрорастущий сектор рынка и самый прибыльный из разрешенных видов бизнеса. В Европе в настоящее время требования, предъявляемые к воде в бутылках, менее строгие, чем к воде из-под крана.  
Исследование, проведенное по заказу швейцарской природоохранной организации "Всемирный фонд природы", свидетельствует о том, что продающаяся в бутылках вода далеко не всегда полезнее той, что течет из водопроводного крана. В 50% случаев единственным отличием является то обстоятельство, что в бутылки добавляют минералы и соли, от которых вода вовсе не становится более полезной для здоровья.  
 
Ультрафиолетовое обеззараживание, как альтернатива хлорированию, тоже не лишена недостатков из-за образования таких токсичных продуктов фотолиза, в частности из-за того, что в результате ультрафиолетового облучения происходит превращение нитратов в нитриты.  
 
================  
Альтернатива муниципальным системам - современное эффективное индивидуальное оборудование для водоочистки, которое можно установить в доме или на производстве.  
 
Возможный путь разрешения этой непростой ситуации таков: внедрение систем водоподготовки непосредственно у потребителя.  
 
Для промышленных предприятий наличие собственной системы водоснабжения экономически выгоднее в 5-10 раз, чем использование питьевой воды из системы централизованного водоснабжения.  
 
Технологическое применение озона.  
Главное применение озона обеззараживание водопроводной воды. В настоящее время 95% питьевой воды в Европе проходит озонную подготовку. В США идет процесс перевода с хлорирования на озонирование. В России действуют несколько крупных станций (в Москве, Нижнем Новгороде и ряде других городов). Приняты программы перевода на озонирование еще нескольких крупных станций.  
Озон может окислять нитрит в нитрат;  
 
Аммиак:  
Уравнение реакции: NH4 + 4O3 => NO3- +4O2+ H2O + 2 NH + (1)  
2NH3 + 3O3 -- 2NO3- + 3H2O (2)  
Нитриты:  
Доза озона: 1.1 г O3/г NO2  
Уравнение реакции: NO2- + O3 =>NO2 + O2  
 
Нитриты легко могут быть окислены в нитраты. Изучение окисления нитритов хлором показывают, что окисление может происходить только в кислой среде при более высоком значении pH. Нитриты и хлор могут сосуществовать в растворе без быстрого взаимодействия. С помощью озона нитриты окисляются независимо от величины pH.  
 
ФИЛЬТРЫ  
 
Установки водоочистки предназначены для очистки воды централизованных и нецентрализованных источников водоснабжения до требований СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода .  
Принцип очистки воды при помощи систем водоочистки сорбционно-ионообменный. Типовая схема установки включает:  
1. Фильтры грубой и тонкой очистки от взвешенных частиц.  
 
2. Ионообменный или ионообменно-сорбционный блок, представляющий собой композиционный ионообменный фильтр смешанного действия для очистки от растворенных примесей неорганической природы (окисное железо, марганец, аммоний, алюминий, ионы тяжелых металлов, нитраты, нитриты, кремниевую кислоту) и угольный фильтр для очистки воды от растворенных примесей органической природы (фенола, нефтепродуктов, пестицидов), растворенных газов (хлора, сероводорода). Блок может состоять из одного, двух и более модулей, в том числе параллельно работающих, что обеспечивает с одной стороны увеличение производительности и ресурса, с другой - непрерывность работы установки и повышение эффективности регенерации (восстановления) сорбента.  
 
3. Блок финишной доочистки воды,  
 
По механизму подсоединения фильтров к магистрали холодной воды питьевые фильтры подразделяются на 3 группы:  
- устанавливаемые непосредственно на смесителе;  
- устанавливаемые на кухонной мойке или на столешнице;  
- устанавливаемые под мойку с выводом на мойку или столешницу отдельного крана.  
 
По степени фильтрации фильтры разделяются на :  
- угольные. Фильтруют хлор, пестициды, радионуклиды, удаляют запахи;  
- на основе ионообменных смол или ионообменных керамических сеток. Фильтруют ионы тяжелых металлов, железа;  
- мембранные на основе системы обратного осмоса . Фильтруют большинство солей, таких как хлориды, сульфаты, нитраты металлов кальция, магния, железа, марганца, ртути и других металлов;  
- ультрафиолетовые. Уничтожают микроорганизмы, нейтрализуют химически опасные вещества органического происхождения;  
- электросорбционные. Фильтруют большинство органических и неорганических соединений, уничтожает и задерживает микроорганизмы.  
 
Известны две основные технологии по удалению нитратов из воды - ионообмен и обратный осмос.  
При необходимости удаления нитратов из всей используемой воды наилучшим выбором является ионообмен, а если необходима очистка только питьевой воды, лучшим решением является обратный осмос.  
 
Ионообмен  
Анионный обмен фильтр-поглотитель нитратов …на основе регенерируемых смол с хлоридом натрия (поваренной солью). Эти смолы удаляют из воды азотнокислые анионы, замещая их ионами хлоридов, содержащимися в регенерационном растворе (поваренной соли).  
используются сильноосновные анионообменные смолы. В качестве регенеранта используется раствор соли NaCl.  
Стандартные сильноосновные аниониты - это смолы, характеризующиеся избирательностью или относительным сродством по отношению к удаляемым ионам согласно следующему ряду: сульфат, нитрат, хлорид, бикарбонат ионы. Это означает, что реакция обмена между водным раствором и смолой будет протекать, если анион, находящийся в растворе, стоит в этом ряду перед анионом, находящимся на смоле.  
 
Обратный осмос  
– процесс обессоливания воды, в котором из воды на 99% удаляются минеральные соли, органические вещества и микроорганизмы. Для обессоливания или деминерализации воды используются высококачественные осмотические мембраны.  
Принцип работы установки обратного осмоса основан на продавливании воды через полупроницаемые мембраны. В результате чего одна часть воды практически полностью обессоливается и идет на использование, другая же часть, содержащая соли, частью сбрасывается в канализацию, а частью повторно подается на мембраны.  
 
 
 
 
ВОДООЧИСТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГОРОДСКИХ СТОЧНЫХ ВОД  
 
Водоочистное оборудование предназначено для очистки городских сточных вод до нормативов сброса в природные водоемы.  
 
Особое значение очистка стоков имеет для систем оборотного водоснабжения  
 
В состав технологической схемы очистки сточных вод входит четыре основных блока:  
блок механической очистки – для удаления крупных отбросов и песка;  
блок полной биологической очистки – для удаления основной части органических загрязнений и соединений азота;  
блок глубокой доочистки и обеззараживания;  
блок обработки осадков.  
 
Биологическая очистка.  
Биологическая очистка сточных вод – метод очистки, при котором происходит минерализация органических веществ микроорганизмами.  
Аэротенк – емкость с активным илом и устройством распыления воздуха. Обеспечивает очистку сточных вод от органической фракции и ее разложение.  
Активный ил – сообщество бактерий и простейших, обитающих колониями в виде взвешенных в воде хлопьев. В присутствии кислорода микроорганизмы поглощают  
и окисляют органические вещества. После переработки порции этих веществ активный ил надо отделить от очищенной воды и вернуть в загрязненные стоки, где процесс поглощения и, значит, очистки продолжится.  
 
 
 
 
На стадии биологической очистки применяются аэротенки нитри-денитрификаторы, что обеспечивает параллельное удаление органических веществ и соединений азота.  
 
Для удаления азота - очистка с использованием комбинированного процесса нитрификации-денитрификации. Этот процесс обладает большим эффективным потенциалом удаления азота, высокой надежностью и стабильностью, легко поддается контролю, не требует больших площадей и имеет умеренную стоимость.  
 
Нитрификация – процесс удаления из сточных вод аммонийного азота. Происходит за счет жизнедеятельности бактерий, путем постепенного образования азотистой и азотной кислот и их солей – нитритов и нитратов.  
Первоначально аммиак аэробно превращается в нитраты (нитрификация).  
Аэробные бактерии дышат свободным кислородом. Обеспечивают превращение аммиака (после гидролиза азотосодержащих загрязнений) в нитраты (бактерии Nitrosomonas) и нитриты (бактерии Nitrobakter).  
 
Денитрификация – преобразование нитритов и нитратов в бескислородной среде с выделением газообразного азота.  
Затем нитраты (NO3) превращаются сначала в оксид азота (N2О), и в конце концов в газообразный азот который растворяется в атмосфере. (денитрификация). Особенность этих бактерий состоит в том, что им для существования необходима анаэробная среда.  
Анаэробные бактерии используют для дыхания связанный кислород, входящий в состав нитратов, а не кислород воздуха. В результате высвобождается азот, метан и двуокись углерода в виде газов.  
 
 
Нитри-денитрификация необходима для обеспечения нормативов на сброс по соединениям азота, в частности, его окисленным формам (нитритам и нитратам).  
Принцип работы такой схемы основан на рециркуляции части иловой смеси между аэробной и аноксичными зонами. При этом происходит окисление органического субстрата, окисление и восстановление соединений азота  
 
Эта схема реализуется в аэротенках с организацией аноксичных и аэробных зон и с рециркуляцией иловой смеси между ними. Рециркуляция иловой смеси осуществляется из аэробной зоны в зону денитрификации эрлифтами.  
 
 
схема работы аэротенка нитри-денитрификатора  
Исходная сточная вода и возвратный ил из вторичных отстойников поступает в аноксичную зону аэротенка, где также происходит изъятие и деструкция органических загрязнений, аммонификация азотсодержащих органических загрязнений факультативными микроорганизмами активного ила в присутствии связанного кислорода (кислорода нитритов и нитратов, образующихся на последующей стадии очистки) с одновременной денитрификацией. Далее иловая смесь направляется в аэробную зону аэротенка, где происходит окончательное окисление органических веществ и нитрификация азота аммонийного с образованием нитритов и нитратов.  
Часть иловой смеси из аэробной зоны поступает во вторичные отстойники, а другая - вновь возвращается в аноксичную зону аэротенка для денитрификации окисленных форм азота. Осветленная во вторичных отстойниках сточная вода направляется на доочистку, затем на обеззараживание и далее в водоем.  
 
 
Принципиальный вид комбинированного сооружения - аэротенка нитри-денитрификатора представлен на рис. 
 
 
 

Нитраты, природа и человек 

                                  Введение

      Нитраты (соли азотной кислоты) – один из элементов питания растений.

Их содержание в овощах зависит более чем  от 20 самых важных факторов,

половиной из которых  можно управлять. К основным факторам, вызывающим

накопление нитратов в овощах, относятся биологические  особенности и

сортовые признаки растений, уровень плодородия почвы, температура и

влажность почвы  и воздуха, интенсивность и продолжительность  освещения,

технология выращивания  овощных растений.

      С овощами и фруктами в организм  человека поступают до 70 – 80%

нитратов. Сами по себе они не представляют опасности для здоровья, тем

более, что большая  часть этих соединений выделяется с  мочой (65 – 90% за

сутки). Однако часть  нитратов (5-7%) при избыточном их содержании в овощах,

в желудочно-кишечном тракте может перейти в нитриты ( соли азотистой

кислоты ), которые  оказывают вредное воздействие  на организм.

      Вредное воздействие нитратов  и нитритов на организм проявляется  в

следующем.

      Во-первых, попадая в кровь, нитриты  окисляют двухвалентное железо  в

трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, неспособный переносить

кислород к тканям и органам,  в результате чего может наблюдаться удушье.

Угроза для жизни  начинает возникать тогда, когда  уровень метгемоглобина в

крови достигает 20% и выше. Снижается давление крови и нарушаются функции

печени. В результате чего уменьшается физическая и умственная активность

человека.

      Особенно чувствительны к действию  нитритов и нитратов дети раннего

возраста, что связано  со слабым функционированием у них  ферментативной

системы. Именно поэтому  в некоторых странах, например в  Швеции, не

рекомендуется давать детям раннего возраста отдельные  виды овощных

растений, выращенных с применением искусственных  удобрений, если даже

содержание нитратов в них не превышает допустимого уровня.

      К группе повышенной опасности  поражения организма нитратными

соединениями кроме  детей относятся также лица, страдающие заболеваниями

сердечно-сосудистой и дыхательной систем, беременные женщины, пожилые люди,

у которых  и  без воздействия солей азотной или азотистой кислоты

наблюдается недостаточная  обеспеченность кислородом органов  и тканей.

Чувствительность  повышается в горной местности; при  содержании в воздухе

окислов азота, угарного газа, углекислоты. Усиливает их токсичность  также

прием спиртных напитков.

      Во-вторых, опасность поступления  нитратов и нитритов в организм  в

повышенных количествах  связывается с их выраженным канцерогенным  действием. 

      Косвенным подтверждением канцерогенности  нитратов и нитритов остается

тот факт, что у лиц с пониженной кислотностью желудочного сока  более

высокая частота  рака желудка.

      Доказано, что аскорбиновая кислота,  а также витамины А и Е,  являясь

ингибиторами, нейтрализуют вредное действие попавших в организм нитратов и

нитритов. Факт признанный, но все зависит от поступившей дозы нитратов и

нитритов, ведь количества аскорбиновой кислоты в зеленых   растениях,

овощах и фруктах  тоже лимитировано.

      Решить проблему нитратов возможно  за счет нормального внесения  азота

на основе почвенной  и растительной диагностики, применения

медленнодействующих удобрений и ингибиторов нитрификации, выращивания

овощных растений с пониженным уровнем нитратов, сбалансированного  питания

растений  по фосфору, калию и микроэлементам, равномерного внесения по

площади, выравнивания поверхности полей (участка) и др.

      Получить абсолютно безнитратный  урожай овощей практически невозможно,

но возможно максимально  снизить в нем уровень нитратного азота. Кроме того,

употреблять следует  только свежеприготовленные овощные блюда. В совершенно

свежих с виду, но постоявших некоторое время ( пусть  даже в холодильнике)

салатах и других овощных блюдах нитраты преобразуются  в нитриты. Поэтому не

готовьте еду  впрок, на несколько дней вперед. 

                    Допустимые уровни нитратов в овощах.

           Разработка системы контроля  посторонних веществ в сырье  и

готовой продукции  – одна из важнейших задач, имеющих  огромное значение для

повышения качества продукции и главное - безопасности для здоровья людей.

Решение этой весьма важной задачи возможно, в частности, путем принятия

соответствующих постановлений, касающихся ограничений  в содержании

определенных веществ  в овощной продукции.

      В природе нет абсолютно чистых  продуктов питания. Нитраты в  окружающей

среде были и будут. Все дело в том, сколько накапливается их в продуктах.

Нам необходим  такой уровень нитратов, который  не представляет опасности для

здоровья человека.

      Продовольственной и сельскохозяйственной  комиссией ФАО ООН установлено

предельно допустимое количество ( ПДК ) потребления человеком нитратов в

сутки – 500 мг.  В странах СНГ для взрослого  человека допустимая суточная

доза нитратов принята равной 300-325 мг (среднее 312,5 мг), для детей и

рассчитывают исходя из 5 мг нитратов на 1 кг массы тела.

      Поскольку овощи в сыром виде употребляют относительно небольшими

порциями ( на порцию в качестве приправы расходуется 35 г салата,  для

гарнира вместе с  другими продуктами 75г ), то опасность  нитратного

отравления практически  невелика. Токсичной является доза 700 мг нитратов

для взрослого  человека массой 70 кг. Для получения  такой  дозы человек

должен съесть в один прием 1750 г тепличных огурцов, 1165 г капусты, 1750 г

моркови, 777 г свеклы, 875 г редиса или 1000 г салата ( по максимальному

уровню ). Так как эти овощи в таких количествах не употребляются,  это

снижает опасность  нитратного отравления при включении  их в рацион питания.

      Регламенты допустимого содержания  нитратов в продуктах питания

разработаны с  учетом реальных уровней нитратов, обнаруживаемых в овощах

Украины, их суточной нагрузки на население, а также с  учетом возможности

практического  достижения рекомендуемых концентраций. В ряде стран

гигиенические регламенты имеют большие величины. Во всех странах ЕЭС

нормативы установлены  только для листовых и салатных овощей ( до 3000 –

2500 мг/кг ) и для  детского питания, к нему требования  жестче ( 200 мг/кг

).

      Всемирная организация здравоохранения  ( ВОЗ ) при ФАО, установила ПДК

нитратов и нитритов. Суточная допустимая доза составляет 3,7 мг нитратов на

1 кг массы тела, а нитритов – 0,2 мг на кг  массы тела. Это означает, что

человек массой 70 кг может без опасности для  своего организма потреблять до

250 мг нитратов  в сутки ( в пересчете на  нитрат натрия до 350 мг ) и

нитритов до 15 мг в сутки.

      Однако нитраты поступают в  организм не только с овощами.  Определенное

количество их попадает с питьевой водой. Доказано, что влияние нитрат –

ионов, содержащихся в пище, почти на четверть слабее, чем растворенных в

воде. Причем в  воде они в чистом виде, не в связанном, как в растениях, а

именно «чистые» нитраты для организма намного  опаснее. По ГОСТу в одном

литре воды может  содержаться до 45 мг/л нитратов. В  среднем человек

выпивает 2 л воды в сутки. Поэтому на долю растительных и других продуктов

остается до 235 мг. Это количество распределяется на все основные виды

растительных продуктов ( мясные и молочные в расчете  не учитывается,

поскольку содержание нитратов в них незначительно ).

      Исследования показали : избыточное  накопление нитратов отмечено в

продукции защищенного  грунта. Особенно много их обнаружено в тепличном

салате, редисе и  луке зеленом, а в отдельных случаях  – и в огурцах. Это

связано с выращиванием растений на богатых органикой и  азотным питанием