Анализ воды – необходимое условие эффективной водоочистки

Жаворонкова А.М. – кандидат химических наук, руководитель испытательной лаборатории «ИСВОДЦентр», Соркина Т.А. – химик-аналитик

Известно, что вода играет чрезвычайно важную роль в жизни человека. Его организм – это совокупность водных растворов, коллоидов, суспензий и других, сложных по составу водных систем. Для нормальной работы всех систем человеку необходимо как минимум 1,5 литра воды в день. Поэтому первостепенным вопросом нашего питания является постоянное возмещение воды путем введения в организм в свободном виде и как составную часть пищи.

Благодаря аналитической химии на сегодняшний день установлено, что ни одна из естественных вод не обладает составом Н2О. В связи с этим воду следует рассматривать как сложную систему, включающую растворенные, коллоидные и взвешенные химические компоненты, биологические живые объекты, продукты их обмена и отмирания. Обладая свойствами универсального растворителя, вода постоянно несет большое количество самых различных ионов, состав и соотношение которых определяется условиями формирования источника воды, составом водовмещающих пород.

Из естественных вод наиболее важную роль для человека, пожалуй, играют поверхностные (наземные: речные воды и воды прудов пресных озер) и грунтовые воды (подземные: ключи, колодцы, скважины). Состав естественных вод весьма разнообразен и меняется в широких границах, кроме того, зависит от климата и времени года. Большое влияние на состав природных вод оказывает техногенный фактор – поступление в водные объекты промышленных и бытовых сточных вод, сток с сельскохозяйственных полей и др.

Ни для кого не секрет, что качество природной воды довольно часто не соответствует нормативным требованиям СанПин, предъявляемым к питьевой воде. Ведь питьевой считается вода, пригодная к употреблению внутрь и отвечающая критериям качества – то есть вода безопасная и приятная на вкус. Поэтому практически любая вода, как из подземных, так и из открытых источников нуждается в очистке.

Опыт работы нашей лаборатории по анализу качества воды (в т.ч. анализ сточных вод) показал, что к наиболее распространенным загрязнителям воды Московской области (или точнее компонентам, содержание которых превышает нормативы), которые способны ей придавать отрицательные свойства, можно отнести железо, марганец, сульфиды, фториды, соли кальция и магния, органические соединения, др.

Токсичность вышеназванных компонентов не настолько велика, чтобы вызвать острое отравление, но при длительном употреблении воды, содержащей упомянутые вещества в концентрация выше нормативных, может развиться хроническая интоксикация, приводящая в итоге к той или иной патологии. Следует учитывать также, что токсическое воздействие веществ может проявляться не только при поступлении их с водой внутрь, но и при всасывании через кожу в процессе гигиенических (душ, ванна) или оздоровительных (плавательные бассейны) процедур. Таким образом, чтобы ответить на вопрос о пригодности воды для питья и бытовых нужд необходимо оценить образец как минимум по вышеуказанным параметрам, а желательно с помощью расширенного химического и микробиологического анализа, включающий в себя не менее 20-30 параметров.

Для комплексной очистки воды от всех содержащихся в ней загрязнений универсального фильтра не существует. Поэтому процесс очистки воды является многоступенчатым и состав оборудования необходимо подбирать для каждого конкретного случая по результатам анализа воды. Устанавливать фильтры «вслепую», без предварительного анализа воды, дело бесполезное, а в ряде случаев – опасное! Причем, следует отметить, что водоочистные сооружения – это высокотехнологичные устройства, продукт разработки наукоемких технологий, поэтому установка и обслуживание их требует высокого уровня подготовки специалистов. Значит, грамотно подобранное и установленное оборудование будет служить долго (до момента плановой, согласно инструкции по эксплуатации, замены фильтрующей среды).

Следует остановить также внимание на качестве самих фильтров. Ведь любая система очистки воды должна очищать воду от содержащихся в ней примесей и сама ничего не выделять в воду. Однако если фильтры сами по себе низкого качества или не прошли предэксплутационную подготовку (например, промывку консервантов), то они сами являются источником выделения в очищенную воду негативно воздействующих на человека компонентов. Итак, фильтры должны быть не только эффективные (хорошо очищать от определенного загрязнителя), но и безопасные (не загрязнять воду другими веществами).

Особенно важный момент – это ресурс фильтра. В одних условиях он проработает дольше, в других значительно меньше. Следовательно, необходимо контролировать общее качество очистки через определенные промежутки времени. Ведь состав воды может меняться из-за целого ряда причин. Таким образом, анализ воды необходимо делать до установки водоочистки, после установки – на предмет воздействия самих фильтрационных и очистных систем, а также с определенной периодичностью – в процессе использования водоочистного оборудования. По нашему мнению, только индивидуальный подбор фильтров по результатам неоднократного анализа воды в лаборатории есть гарантия того, что установленная система водоочистки будет успешно работать.

В рамках этой статьи позволим себе более подробно осветить некоторые аспекты качестве воды после водоподготовки, и остановиться на проблемах, которые возникают в процессе эксплуатации фильтров и могут приводить к нежелательным последствиям.

Вообще качество воды систем питьевого водоснабжения регламентируется санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами (СанПиН 2.1.4.1074-01), те же требования предъявляются и к воде после очистки. Однако в большинстве своем заказчик предъявляет к качеству очищенной воды более высокие требования, сопоставимые с более жесткими нормативами по бутылированной воде (расфасованной в ёмкости СанПиН 2.1.4.1116-02). И на наш взгляд, это правильно, поскольку качество данной воды наиболее полно соответствует нормативам ее физиологической полноценности.

Как уже указывалось выше, не всегда удается достичь высокой степени очистки исходной воды. Что может быть связано с некорректным подбором оборудования (недостаточное количество показателей при анализе воды – только, например, железо и жесткость), с неправильной пусконаладочной работой и эксплуатацией фильтров или с окончанием срока их службы. Итогом этого может быть недовольство заказчика, его жалобы на запах, привкус, цвет воды.

Одной из проблем, с которой часто обращаются в лабораторию после установки системы водоочистки, является присутствие в воде постороннего запаха (сероводорода, аммония, хлора, органики и др.). Он в большинстве случаев значительно усиливается при нагревании, если недостаточно очищенную воду используют в водонагревательных системах для хозяйственно-бытовых нужд потребителя.

Часто это возникает из-за того, что в первоначальный анализ воды не включают показатели, ответственные за запах, например, сульфиды и сероводород, аммоний и органические соединения, а подбирают водоочистку по значениям железа и общей жесткости. В редких случаях возникновение неприятного запаха происходит при пусконаладочной работе, например, при не соблюдении реагентной обработки сорбента и недостаточной промывке его перед эксплуатацией. Но особенно распространены случаи возникновения запаха в процессе эксплуатации, что может быть связано с нерегулярным потреблением воды, а вследствие этого либо с ее застоем в коммуникационной системе, либо сокращение времени полноценной очистки. В результате на выходе вода с выраженным посторонним запахом (сероводорода, аммиака и др.)

Жители города Москвы для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд используют в основном водопроводную воду, которая поступает из поверхностных водоисточников, проходя предварительно качественную многостадийную очистку. Благодаря централизованной очистке природной воды, из нее устраняются наиболее часто встречающиеся и превышающие нормативы компоненты – железо, марганец, кальций, нитраты, сульфиды, органические соединения, многие из которых имеют высокую биологическую активность, а также могут влиять на органолептические свойства воды (цветность, мутность, запах, привкус).

Наряду с железом и марганцем вклад в органолептические свойства воды вносит хлор, который дозировано вводится в очищенную воду для ее обеззараживания. Это необходимо в условиях мегаполиса, поскольку вода является одной из главных причин заболеваемости в мире и выступает как фактор передачи среди людей патогенных микроорганизмов – возбудителей различных инфекций. Благодаря эффективному обеззараживанию (хлорированию), вода пригодна для питья даже в сыром виде, однако, при высоких концентрациях хлора (на уровне ПДК) вода приобретает характерный ярко выраженный запах и привкус, а также может вызывать появление сухости и аллергических реакций кожи.

В этом случае пользователь осуществляет самостоятельную доочистку водопроводной воды в домашних условиях, например, используют для этих целей сорбционные фильтры с активированным углем, фильтры на основе обратного осмоса.
Активированный уголь широко применяется для улучшения органолептических показателей (устранения постороннего привкуса, запаха, цветности). Благодаря своей высокой адсорбционной способности уголь эффективно поглощает остаточный хлор, растворенные газы, органические соединения. В загородном доме, где заказчик для обеспечения себя и своей семьи питьевой водой использует преимущественно воду скважин, при борьбе с запахом сероводорода монтирует систему дозирования гипохлорита натрия. И если неправильно отрегулирован блок введения этого реагента в воду, то на выходе запах сероводорода сменяется резким запахом хлора. Таким образом, для успешного решения проблемы запаха и привкуса в очищенной воде, рекомендуется проверять в лаборатории не только те показатели, по которым в исходной воде было выявлено превышение нормативов, но и, например, рН, железо, сероводород, хлор, аммоний, перманганатную окисляемость и др.

Для некоторых веществ действует правило: чем его в воде меньше, тем лучше, то для других (pH, общее солесодержание, общая жесткость, фториды) есть рекомендованный диапазон концентраций, так называемые нормативы физиологической.
Так, например, частой проблемой является несоответствие величины общей жесткости очищенной воды требованиям заказчика. Высокие значения общей жесткости приводят к интенсивному накоплению осадка в системе водоснабжения и на сантехнике, мешает работе бытовых приборов. Однако в основном величина общей жесткости в очищенной воде не превышает 0,2 мг-экв/л, что ниже нормативов физиологической полноценности (от 1,5-3,5 мг-экв/л). Такая вода также является коррозионно-активной по отношению к трубам и котлам, способна вымывать отложения в трубах, накапливающиеся при долгом застаивании воды в системе водоснабжения. Это влечет за собой появление неприятного запаха и вкуса воды.

Проблема низкой жесткости неразрывно связана с другой - создание подходящего уровня кислотности среды (pH).
Вклад в величину pH вносят различные растворенные соединения, поэтому при их удалении в процессе водоочистки, происходит изменение уровня кислотности. Так, вода с высоким уровнем солесодержания, прошедшая ионообменную установку для удаления солей жесткости (кальция и магния), содержит большое количество гидрокарбоната натрия и после кипячения (нагревания воды в котлах для обеспечения пользователя горячей водой) pH ее возрастает до очень высоких значений (более 9 ед., максимального допустимого значения по СанПиН). Использование такой воды может приводить к неблагоприятному воздействию на кожу и способствовать возникновению аллергических реакций. Следует также подчеркнуть, что вода с высоким (выше 8,0), как и вода с низким (меньше 6,0) рН обладает повышенным коррозионным воздействием.
Кроме того, корректировка уровня рН необходима для обеспечения оптимального режима эксплуатации систем очистки воды, так как для нормальной работы некоторых видов фильтрующих сред требуется определенный уровень рН.
Контроль уровня кислотности воды (рН) также актуально и после установки обратного осмоса. Данный вид водоочистки сегодня охотно используется населением. Обычно если вода подготовлена достаточно корректно, степень ее обессоливания в процессе обратного осмоса составляет 95-98 %. Но бывают случаи, особенно если потребитель самостоятельно устанавливает данную систему в своем помещении, что осмос не работает. Чтобы проверить работу «свежеустановленной», а также уже давно работающей системы обратного осмоса, рекомендуется провести анализ воды на входе и на выходе хотя бы по трем показателям: рН, общее солесодержание, фториды.

Как было сказано ранее, к наиболее распространенным загрязнителям воды Москвы и Московской области относится железо. Содержание железа в воде выше норматива способствует накоплению осадка в системе водоснабжения, интенсивному окрашиванию сантехнического оборудования. Железо придает воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Высокое содержание железа в воде может приводить к неблагоприятному воздействию на кожу.

Для удаления железа применяют специализированные фильтры – обезжелезиватели на основе метода объемного фильтрования с предварительным окисляется железа, либо окислением в толще загрузки, а также методом ионного обмена. В качестве окислителя часто применяется катализаторы, на основе соединений марганца. Поэтому в воде после фильтров-обезжелезивателей, необходимо контролировать содержания не только железа, но и марганца. В отдельных случаях в воде после очистки содержание марганца может достигать очень высоких значений (3-4 мг/л, при нормативе 0,1 мг/л). Этот пример особенно ярко иллюстрирует тот факт, что установка и сервисное обслуживание фильтров должно осуществляться только квалифицированными специалистами, регулярно контролирующими качество воды.

Из всего выше сказанного следует, что идеально чистая вода в течение всего периода эксплуатации фильтров, т.е. гарантия их успешной работы, – это результат четырех основных составляющих:

- достоверности результатов максимально расширенного анализа исходной воды;

- эффективно подобранного водоочистного оборудования;

- грамотной эксплуатации с регулярным контролем качества очищенной воды;

- своевременного сервисного обслуживания.