какой метод обеззараживания воды считается наиболее прогрессивным на сегодняшний день
Живая вода: пять прогрессивных технологий очистки
По оценкам ООН, к 2050 году на Земле будут жить 9,8 млрд человек. Изменение климата, а также развитие сельского хозяйства и промышленности для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения приведут к серьезному сокращению доступных водных ресурсов.
Согласно исследовательскому проекту WaterAid, 60% населения планеты уже сейчас живет в районах, где водоснабжение не может или скоро прекратит удовлетворять спрос. Водный кризис наиболее болезненно проявляется на Ближнем Востоке, в Центральной Азии и Северной Африке.
Россия в рамках прогнозного горизонта 2040 года находится в зоне низко-среднего риска.
Главные тренды рынка
Как развитые, так и развивающиеся страны сталкиваются с одной общей проблемой — ростом объемов промышленных и городских сточных вод. Это, в свою очередь, побуждает разработчиков из разных стран к поиску новых и все более совершенных технологий очистки воды.
Традиционные методы очистки включают использование адсорбентов, обратного осмоса, ионного обмена и электростатического осаждения. Их недостатки — высокая стоимость, плохая возможность повторного использования и низкая эффективность. Несмотря на прогресс, достигнутый в разработке новых технологий за последнее десятилетие, их использование ограничено в основном из-за свойств материалов и стоимости.
Негативно повлияла на рынок пандемия COVID-19. Но она же привела к появлению новой технологии, которая позволяет обнаружить коронавирус в сточных водах. Метод позволяет измерить присутствие РНК-генетического материала SARS-CoV-2 (рибонуклеиновая кислота) в человеческих фекалиях в системе сбора сточных вод. Исследования в Нидерландах показали связь между объемом вирусного материала в сточных водах и количеством случаев заражения в данном районе и помогают отслеживать эпидемиологическую ситуацию и эволюцию вирусов. Эта методика была также протестирована в 2020 году в более чем 40 штатах Америки, причем в университете Аризоны помогла предотвратить вспышку коронавируса, где выявили двух человек с бессимптомным течением болезни.
Перечислим пять наиболее инновационных, по нашему мнению, технологий очистки воды.
1. Мембранное разделение
Это давний и популярный метод очистки воды от примесей и загрязнителей. Есть много технологий, которые работают как фильтр: пропускают воду через пленку с микроскопическими отверстиями. Вода проходит, а загрязняющие частицы застревают на мембране.
Методы современного мембранного разделения, такие как обратный осмос (удаляет частицы даже размером 0,001-0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители и т.д.), могут очистить воду от 99,5% примесей. Но для этого размер пор должен быть менее микрона. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются).
2. Облучение
Как следует из названия, этот процесс основан на воздействии радиации на сточные воды, чтобы уничтожить органические загрязнители. Источники излучения — от гамма-лучей до ультрафиолетового света.
Облучение обычно используют для обеззараживания, но некоторые методы, например, ионизирующее облучение, в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода улучшают эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы.
Современные системы УФ-обработки предлагают применять светодиодные лампы. Сейчас такие лампы начинают активно внедрять в коммунальном секторе, а также используются NASA в космических разработках агентства.
Второй способ — это гидрооптические технологии. Они позволяют использовать несколько раз энергию фотонов, так как ультрафиолетовые лучи отражаются от стенок кварцевой камеры. Это повышает эффективность дозы УФ-облучения для уничтожения сложных вирусов, например, коронавируса или аденовируса.
Артур Душенко, главный инженер VODACO, Россия:
«Вирусы и бактерии, поступающие в водоемы со сточными водами, в дальнейшем могут попадать в системы коммунального водозабора на том же водоеме. Современные системы реагентной дезинфекции с использованием гипохлорита натрия или жидкого хлора не способны обезвредить все бактерии, так как многие из них, такие как Cryptosporidium или Giardia (криптоспоридии или лямблии. — РБК Тренды), устойчивы к воздействию хлора так же, как и сложные формы вирусов — аденовирус и коронавирус (как яркий пример — SARS-CoV-2).
Системы УФ-дезинфекции на базе технологии HOD UV обеспечивают дозу воздействия на данные микроорганизмы в 120 mJ/cm2 и выше — это необходимое условие для обезвреживания вируса, разрушения цепочки РНК и угнетения способности к восстановлению. В России стандарт воздействия ограничен на законодательном уровне — 30 mJ/cm2».
3. Очистка наночастицами
Люди давно используют такие вещества, как древесный уголь, для очистки воды путем адсорбции. При очистке наночастицами используется та же механика, но с частицами в наномасштабе. Различные типы наноматериалов — металлические наночастицы, наносорбенты, биоактивные наночастицы, нанофильтрационные (NF) мембраны, углеродные нанотрубки (УНТ), цеолиты и глина — оказались эффективными материалами для очистки сточных вод. Их использование устраняет пестициды и тяжелые металлы в воде. Углеродные нанотрубки также рассматривают как прорывную технологию для опреснения морской воды до стадии питьевой. Основной недостаток технологии — стоимость.
4. Биоаугментация
Органический способ очистки представляет собой добавление в воду смеси микроорганизмов, которая разрушает и удаляет загрязнения. Эти микроорганизмы включают ферменты и безопасные бактерии, которые естественным образом разлагают загрязняющие вещества, такие как масла или углеродные продукты. Но биоаугментация может влиять на экосистему микрофлоры и, как следствие, нарушать процесс очистки. Поэтому эту технологию пока нельзя использовать для получения питьевой воды.
5. Мембранная биоаугментация
Мембранные биореакторы (MBR) — гибридная технология, которая включает мембранное разделение и биоаугментацию. Сточные воды после биологической очистки при помощи активного ила подают в емкость, называемую биореактором. В этой емкости располагаются мембраны, которые разделяют сточные воды на два потока — активный ил, используемый повторно для биологической очистки, и чистую воду.
На рынке представлены два основных типа MBR — это системы с вакуумным (или гравитационным) потоком и системы под давлением. Вакуумные системы погружаются в воду и имеют мембраны, установленные либо внутри биореакторов, либо в последующем резервуаре. Второй тип MBR, где поток управляется давлением, представляет собой внутритрубные картриджные системы, расположенные вне биореактора.
Преимущество мембранной биоаугментации — небольшая площадь для биологической очистки. MBR-реакторы увеличивают мощность очистных сооружений без увеличения площади конструкций.
Ольга Рублевская, директор Департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»:
«Нева — это основной источник водоснабжения в Санкт-Петербурге. Благодаря программе прекращения сброса сточных вод без очистки в Неву и Финский залив в 2021 году уровень очистки достиг 99,5%. К 2030 году весь объем стоков будет перерабатываться на очистных сооружениях. Сейчас наша технологическая схема очистных сооружений состоит из механической, химической и биологической очистки.
Так как в Санкт-Петербурге нет дефицита воды, то в городе нет ни вторичного использования очищенной воды, ни планов по применению таких технологий».
Необходимость через отвращение
Повторное использование сточных вод для орошения и других непитьевых целей стало обычным явлением и существует уже не одно десятилетие. Так, например, в Израиле, почти 90% сточных вод страны используется повторно в сельском хозяйстве.
Для доочистки сточной воды до состояния питьевой необходима надежная технологическая схема, которая включает как минимум пять стадий. Повторно используют очищенные сточные воды питьевого качества Австралия, Сингапур, Намибия, Южная Африка, Кувейт, Бельгия, Великобритания и США (штаты Калифорния и Техас). В этих странах очищенной водой пополняют подземные или поверхностные водные источники (плотины).
Речная вода, используемая в различных городах для производства питьевой воды, содержит в себе большие объемы сточных вод. Переработанная вода безопасна для питья, но некоторые люди не могут преодолеть чувство отвращения. Периодически во всем мире проходят акции по преодолению психологических барьеров. Так, основатель Microsoft Билл Гейтс выпил стакан жидкости, которая была переработана из человеческих фекальных масс в питьевую воду по технологии Omniprocessor Фонда Билла и Мелинды Гейтс. А французская компания Veolia запустила в Чехии совместный проект с пивоварней Čížová, которая из переработанных стоков сварила пиво.
Экологическая безопасность. Тема 5. Гидросфера как природный ресурс. Тест для самопроверки
Поможем успешно пройти тест. Знакомы с особенностями сдачи тестов онлайн в Системах дистанционного обучения (СДО) более 50 ВУЗов. При необходимости проходим систему идентификации, прокторинга, а также можем подключиться к вашему компьютеру удаленно, если ваш вуз требует видеофиксацию во время тестирования.
Закажите решение за 470 рублей и тест онлайн будет сдан успешно.
1. Совокупность всех океанов, морей, рек и озер земного шара
гидросфера
Мировой океан
тропосфера
водная оболочка
2. Метод обеззараживания воды, который считается наиболее прогрессивным на сегодняшний день
хлорирование
ультрафиолетовое облучение
йодирование
озонирование
3. Загрязнение воды остатками лесосплава является … загрязнением.
физико-химическим
биологическим
химическим
механическим
4. Самые большие запасы воды на Земле находятся в …
айсбергах
Мировом океане
недрах земли
ледниках
5. Физико-химическим методом очистки сточных вод является …
применение электролиза
добавляют различные химические реагенты
продолжительное отстаивание воды в специальных прудах
фильтрация сточных вод через активированный (порошкообразный) древесный уголь
6. Основные источники загрязнения и засорения водоёмов
недостаточно очищенные сточные воды
отходы жизнедеятельности человека
кислотный дождь
загрязнение вод бактериями и микроорганизмами
7. Практикуется … основных метода очистки сточных вод.
два
пять
четыре
три
8. Водопользование водных объектов, осуществляемое гражданами для удовлетворения их нужд бесплатно
частичное водопользование
специальное водопользование
особое водопользование
общее водопользование
9. Содержание пресной воды по отношению ко всем ресурсам гидросферы
2 %
98 %
25 %
10 %
10. Вид водопользования, когда водные ресурсы используются для нужд обороны и федерального транспорта
частичное
особое
общее
специальное
11. Земельные ресурсы являются … природными ресурсами.
неисчерпаемыми
исчерпаемыми невозобновляемыми
относительно возобновляемыми
возобновляемыми
12. Во всем мире основным потребителем воды является сельское хозяйство (до 70—80%), а в РФ сельское хозяйство расходует только … % потребляемой воды.
20
40
60
50
13. Верхний твердый слой Земли
земная кора
биосфера
литосфера
атмосфера
14. Создание растительного покрова на нарушенных землях — … рекультивация
техническая
строительная
биологическая
предварительная
15. Восстановление нарушенных земель, называется …
рекультивацией
деградацией
мелиорацией
дефляцией
16. Механический метод очистки сточных вод
установление решеток
добавляют различные химические реагенты
фильтрация сточных вод через активированный (порошкообразный) древесный уголь
продолжительное отстаивание воды в специальных прудах
17. Использование водных объектов в течение 4 лет считается … пользованием.
среднесрочным
ограниченным
долгосрочным
краткосрочным
18. Основные загрязнители внутренних водоемов и Мирового океана на современном этапе
органические и неорганические удобрения
сплавы древесины
черная и цветная металлургия
нефть и нефтепродукты
19. Водные ресурсы являются …
неисчерпаемым невозобновимым ресурсом
исчерпаемым невозобновимым ресурсов
неисчерпаемым возобновимым ресурсом
20. Использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием
загрязнение водоемов
водозабор
водопользование
водопотребление
21. Природные ресурсы, которыми являются каменный уголь, нефть и большинство других полезных ископаемых
неисчерпаемые
исчерпаемые невозобновляемые
относительно возобновляемые
исчерпаемые возобновляемые
22. Биологический метод очистки сточных вод
фильтрация сточных вод через активированный (порошкообразный) древесный уголь
продолжительное отстаивание воды в специальных прудах
установление решеток
добавляют различные химические реагенты
23. Использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации
водопользование
сброс сточных вод
водозабор
водопотребление
24. Основные запасы пресной воды находятся в …
ледниках, полярных снегах и айсбергах
мировом океане
реках
озерах
25. Вид водопользования, когда водные ресурсы используются для удовлетворения лечебных и оздоровительных нужд населения
общее
специальное
особое
частичное
26. Самая тонкая (в вертикальном распределении) из сред жизни
воздушная
почвенная
водная и воздушная
водная
27. Ресурсы животного и растительного мира являются … природными ресурсами.
относительно возобновляемыми
неисчерпаемыми
исчерпаемыми невозобновляемыми
возобновляемыми
28. Химический метод очистки сточных вод
фильтрация сточных вод через активированный (порошкообразный) древесный уголь
добавляют различные химические реагенты
установление решеток
продолжительное отстаивание воды в специальных прудах
Как обеззараживают питьевую воду и как сделать это самому: способы и средства
Обеззараживание воды – серьезная процедура, этапы и стандарты проведения которой изложены в специальной документации. Сведения содержатся в ГОСТах, СанПиНах, других нормативных документах. Согласно стандартам, для очистки сточных и питьевых вод используются химические, физические и комбинированные методы.
Когда необходимо обеззараживать воду
К сожалению, качество питьевой воды неустанно ухудшается, а времена, когда делали откачку из колодца или скважины, не беспокоясь о качестве, давно закончились. Виной всему технологический прогресс, влекущий за собой стремительное загрязнение окружающей среды.
Согласно имеющимся сведениям, все источники пресной питьевой воды имеют осадок, содержат в составе болезнетворные микроорганизмы и бактерии, бывают загрязнены химическими соединениями.
Очистка питьевой воды заключается в удалении из жидкости взвешенных частиц (солей, осадка, пыли, других примесей). Этого недостаточно, чтобы назвать ее питьевой – для этого показана дезинфекция.
Основная цель обеззараживания воды – уничтожить различных паразитов, находящихся в ней. Такой подход позволяет избежать массовых вспышек инфекционных болезней, предотвратить пандемию болезней, способных унести жизни миллионов.
Способы обеззараживания воды
Станции центрального водоснабжения имеют в своем арсенале массивные трехступенчатые фильтры, обеспечивающие тонкую химическую и механическую чистку. Обязательным является обеззараживание реагентами, в частности хлором.
В большинстве регионов воду хлорируют 1 раз в год. Этот процесс можно назвать длительным, потому что он занимает около 3 суток. В первый день порцию вещества засыпают в трубопровод, на вторые сутки обеспечивается его распространение, а на заключительном этапе проводится промывка труб. Чаще всего процедуру проводят в мае, чтобы уничтожить патогенные микроорганизмы, способные к активному размножению в теплой воде.
Воду из родников и подземных источников употреблять можно при условии, что они находятся в экологически чистых регионах. Там жидкость сама проходит сквозь песок и пластины извести, постепенно очищаясь и фильтруясь. Такое самоочищение в случае с водопроводной водой невозможно.
Химические методы очистки воды
Современные химические методы обеспечивают обеззараживание питьевой воды за счет уничтожения патогенных микроорганизмов: бактерий, вирусов, грибков. В отдельных случаях бактерицидного действия подобных компонентов бывает недостаточно, потому прибегают к использованию безреагентных методов. Индивидуальные схемы очистки позволяют получить уверенные результаты.
После полного обеззараживания вода не считается питьевой. На следующем этапе показано использование фильтрующих материалов для очистки воды. Установки помогают удалить из жидкости остатки патогенной флоры, вывести токсины, продукты жизнедеятельности, вредные химические соединения.
Чистить воду можно серебром, но этот метод не используется в промышленности. Чистят воду таким способом только в быту и в незначительных объемах. Для обеззараживания применяется небольшое количество металла. Если не придерживаться доз, вещество накопится в организме, что может стать причиной серьезных проблем со здоровьем.
Владельцам частных домов надо знать, что периодическую очистку воды в бассейне можно сделать своими руками. При этом не обязательно использовать радикальную химию для обеззараживания жидкости. Можно использовать хлор, бром или перекись водорода. Такие способы не удобны, потому многие от них отказываются и просто покупают таблетки для бассейна, предназначенные для дезинфекции воды.
Хлорирование
Этот метод считают самым дешевым и одним из наиболее эффективных. Диоксид хлора для обеззараживания питьевой воды часто применяют в очагах с тяжелой эпидемиологической обстановкой, используют в случае аварий, чрезвычайных ситуаций на водопроводах, в прудах отстойниках.
Метод нельзя назвать передовым. Он имеет свои недостатки:
По определению СанПиН, дозы хлора для обеззараживания питьевой воды – 0,5 г на мл спустя 30 минут после внесения. Сложность заключается в том, что изначально объем вещества устанавливают опытным путем, потому добиться высокой точности довольно сложно.
Озонирование
Наиболее современный метод обеззараживания, который обеспечивается прибором, производящим озон. При озонировании в процессе разложения газа выделяется кислород, разрушающий микробы и вирусы. Для достижения результата необходима небольшая доза – 0,5 мг/дм куб. При увеличении доз жидкость начинает неприятно пахнуть.
Главное преимущество в том, что озон не образует канцерогенов и вредных соединений. Его можно использовать для централизованного и индивидуального водоснабжения.
Полимерные реагенты
Такая методика более эффективна в отношении бактерий, нежели озонирование, а также гораздо безопаснее хлорирования. Сейчас используются современные и безопасные вещества:
Для очистки и промывки труб централизованного водоснабжения методика используется крайне редко из-за высокой себестоимости препаратов. Обеззараживание по такой методике часто проводят в частных бассейнах.
Йодирование и бромирование
Активным компонентом, обеспечивающим уничтожение патогенной флоры, выступает бром или йод. Вещества имеют максимальную противомикробную активность, потому они рекомендованы для обеззараживания питьевой воды.
Но такие средства бывают опаснее хлора, особенно для людей с патологиями щитовидной железы или других органов эндокринной системы. Йод и бром способны влиять на работу организма.
Олигодинамия
Суть этой методики обеззараживания заключается во влиянии ионов меди, золота, серебра, свинца и других металлов на патогенные микроорганизмы. Обработка происходит с применением ионаторов. Такие средства эффективно уничтожают:
Физические методы обеззараживания воды
Физические методы обеззараживания – безреагентные. Обеззараживание происходит под действием физических факторов, таких как нагревание, кипячение, воздействие УФ-лучей или обратный осмос. Использовать их рекомендуется совместно с химическими для достижения наиболее надежных результатов.
УФ-излучение
Обеззараживание производят специальными УФ-системами со встроенными лампами, помещенными внутрь герметичной кварцевой трубки. Вода проходит вдоль источника ультрафиолета и обеззараживается. Установки довольно дорогие, агрегат с невысокой мощностью обойдется в 3 тыс. руб.
Такое облучение угнетает активность патогенных микроорганизмов, не влияет на вкус жидкости, не образует опасных соединений. Но для получения питьевой воды обеззараживания ультрафиолетом недостаточно, показана прогонка воды по методу тонкой фильтрации.
Электроимпульсный способ
Методика применяется для очищения и обеззараживания мутной воды, считается действенной и безвредной. Способ не нашел широкого распространения из-за цены оборудования.
Его суть в том, что специализированные аппараты образуют серию электрических зарядов, направляют их в жидкость, в которой образуются ударные и ультразвуковые волны. Они деформируют патогенные клетки. Обеззараженная жидкость сохраняет стерильность долго, в течение 3–4 месяцев.
Ультразвуковое обеззараживание
Оптимальный метод для обеззараживания воды в открытых источниках. Жидкость очищают аппаратами и установками, образующими волны высокой частоты. Оборудование измельчает налет, выводит фрагменты органических загрязнений, споры болезнетворных бактерий. Установки не справляются с вирусами, токсинами, отравляющими веществами.
Термическая обработка воды
Термическое обеззараживание – это классическое кипячение. Метод считается самым дешевым, потому может использоваться в быту, полевых условиях. Для достижения результатов воду кипятят под крышкой в течение 5 минут, а потом отстаивают еще 3–5 часов и процеживают, не сливая жидкость, находящуюся на дне. Этот метод часто применяют хозпредприятия, не имеющие доступов к полноценной фильтрации.
Кипячение показывает неплохие результаты, но качество воды заметно ухудшается. Меняется ее вкус. Кроме того, термическая обработка не защищает от инфекционных болезней, таких как сибирская язва. В жидкости также остаются яды, токсические соединения.
Комбинированные способы
Комбинация физических и химических способов очистки воды помогает добиться лучших результатов. Такие методики считают передовыми, они завоевывают популярность, потому используются в быту, на производстве.
Суть способов в том, что агрегаты и специальные установки уничтожают патогенные микроорганизмы, а химические соединения предотвращают их повторное образование, обеспечивают пролонгированное действие.
Обеззараживание питьевой воды в походных условиях
Самый простой способ обеззараживания воды в полевых условиях – кипячение. Его продолжительность должна быть от 5 до 60 минут – такое условие обеспечивает уничтожение большинства паразитов и патогенных микроорганизмов. Затем показано отстаивание в течение нескольких часов.
Можно использовать примитивные химические методы – например, внести в воду порошок марганцовки. Вещество уничтожит бактерии, продукты распада. Бросают в жидкость всего несколько кристаллов, раствор не должен стать розовым. Жидкость отстаивают в течение часа и ожидают, когда реактив выпадет в осадок.
Употреблять можно только 2/3 воды. Допивать до дна не рекомендуется. Это самый надежный способ обеззараживания питьевой воды в сложных условиях.
Для очистки воды в полевых условиях также используют аптечные препараты: йод, перекись водорода, зеленку. Жидкость настаивают в течение 30 минут, а потом процеживают через активированный уголь. Соблюдая этапы очистки, человек может максимально обезопасить себя.
Нормативные документы водно-санитарного законодательства
Качество питьевой воды контролируется и регулируется нормами законодательства и другими документами. Основное положение, применяемое для оценки качества, изложено в Федеральных законах и Водном кодексе. Но эта документация является только базовой.
Работу систем канализации и водоснабжения, качество подачи воды, другие параметры контролируют различные нормативные документы:
Благодаря существующей документации качество питьевой воды регулярно контролируется и регулируется по требованию за счет ее обеззараживания.
Правила поставки, очистки, обеззараживания изложены в СанПин 2.1.4.2652-10. В том же документе имеются требования к оборудованию и реагентам, используемым для фильтрации.
Компании-поставщики должны регулярно производить обеззараживание питьевой воды для профилактики возникновения вспышек различных кишечных инфекций у населения. Дозы дезинфицирующих составов, методики проведения обеззараживания различаются в зависимости от характера источников, региона.
Какой метод обеззараживания воды вы считаете самым лучшим? Поясните, в чем его преимущество, в комментариях. Не забывайте распространять ссылку на эту статью на страницах ваших социальных сетей – вашим друзьям может быть интересно. Добавляйте страницу в закладки, чтобы сохранить полезную информацию.