Вода, которую мы пьём: этапы очистки и перспективы использования

Воду сразу из-под крана, как правило, пить нельзя. В некоторых странах мира, например, во Франции, Финляндии или на Кипре, вода из крана уже очищенная и пригодная к употреблению. В России до этого пока далеко. Очищенная вода продаётся в бутылках в супермаркетах. Возникает вопрос: как очищать воду, чтобы не бояться её пить?

Для начала узнаем, какие вообще бывают виды загрязнений воды. Их насчитывают пять и различают по причинам появления загрязнений и их последствиям:

1. Химическое, то есть загрязнение вредными химическими веществами, которые опасны для природы в целом и человека в частности.

Это выбросы нефти или загрязнение воды глиной, например. Ещё в воду могут сбрасывать пестициды, а также кислотные осадки, которые образуются в атмосфере из-за попадания оксидов серы и оксидов азота. Это приводит к закислению воды.

2. Физическое, то есть изменение свойств воды вследствие антропогенного (человеческого) воздействия.

Такие воздействия бывают, звуковые, которые приводят к шумовому загрязнению и могут вызвать смерть водных обитателей, тепловые, которые приводят к перегреву воды, а также электромагнитные.

3. Радиационное, то есть, опять же, антропогенное воздействие, но уже ионизирующим излучением (радиацией), которое превышает норму, производимую солнцем и другими космическими лучами.

Норма для водоема – 2,2 беккереля в час. Это количество, при котором вода не требует дополнительной очистки от радиационного загрязнения. В иных случаях вода становится непригодной к употреблению даже после очистки.

4. Биологическое, то есть появление в водоемах чуждых экосистеме организмов, которые размножаются и наносят вред равновесному состоянию водоема. Например, потому что эти организмы поедают растения и животных, проживающих в водоёме.

5. Механическое (тоже зависит от человека), то есть выбросы отходов, мусора, пластмассы, создание свалок в местах водоемов.

В России мониторингом водных объектов занимаются Федеральное агентство водных ресурсов (Росводресурсы) и Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. По данным Росводресурсов, в течение последних пяти лет общий уровень поступления загрязняющих веществ со сточными водами ежегодно составляет около 42 миллионов кубических метров. Наблюдается тенденция к сокращению поступления этих веществ, так как еще в начале «нулевых» поступало в районе 50 миллионов кубических метров в год.

Объём сброса загрязнённых сточных вод также снижается в последние годы: около 14,5 миллиардов кубических метров. Для сравнения: в 2008 году объём составил 17,1 миллиардов

Однако это по-прежнему очень много. Загрязнены сточными водами реки Дон, Волга, Обь, Томь, Северная Двина. Около 30% проб превышают гигиенические нормативы по санитарно-химическим показателям. А около 25% проб превышают нормативы по бактериологическим.

В мире ситуации разнятся в зависимости от страны и континента. Например, европейские страны находятся в числе лидеров по чистоте воды. После них следуют страны Латинской Америки, потом — Азии, а замыкает список Африка. В Южной Америке доступа к чистой воде нет у 32 миллионов жителей (при общем населении около 626 миллионов). Очистке подвергается лишь 30% воды, которую используют в качестве питьевой, при этом реки Ла-Плата и Амазонка являются одними из самых загрязнённых в мире. В Азии постоянного доступа (при населении около четырёх миллиардов) к очищенной питьевой воде не получают 500 миллионов жителей. В Африке не имеют постоянного доступа к чистой питьевой воде около 319 миллионов жителей при общем населении около одного миллиарда 200 миллионов.

Однако и в Европе есть свои проблемы с очисткой воды. Например, Испания считается страной, где вода самая грязная: 33% пресных рек содержат вредные соединения. В Германии реки загрязнены 331 разным видом бактерий, осадков и ядовитых веществ. А в Англии только 17% воды из пресных водоёмов можно потреблять без предварительной очистки.

Image

 Основные методы очистки можно поделить на четыре вида:

  • Механические (или физические), которые используются  на предварительных этапах.
Сточные воды в России чаще всего подвергаются только механической поверхностной очистке

Это фильтрование, процеживание и декантация (отстаивание). Все эти способы можно применить и в домашних условиях. Фильтрование заключается в пропускании воды через специальный фильтр (помните, что картридж необходимо менять). Процеживание – способ очистки от крупных загрязнений путём пропускания воды через решётку или сетку. Отстаивание заключается в том, что неочищенную воду оставляют в ёмкости на время. Сначала загрязнения находятся в «подвешенном» состоянии, а потом оседают на дно.

Есть еще один физический способ — ультрафиолетовая дезинфекция (очистка). Тоже используется для подготовки воды, но уже очищенной. Суть в том, что вода обрабатывается ультрафиолетом спектра света в диапазоне волн от до 200 до 400 нанометров длиной. Так избавляются от микроорганизмов в воде. И этот способ, и другие механические, никак не меняет состав воды. 

  • Химический метод очистки чаще используется в отношении сточных вод и нужен для избавления от различных вредных веществ: хлора, фтора, растворённого сероводорода, нитрат-ионов, ионов бериллия.

Основные способы: нейтрализация при обработке реагентами, отделение растворенных соединений и их дальнейшее обесцвечивание. Сточные воды обеззараживаются. Химические фильтры (например, фильтры ионного обмена) можно установить дома. Они дороже, чем привычные, но требуют смены картриджа всего раз в десять лет, а также очищают воду более полно, позволяют избавиться от тяжёлых металлов путём замены их на нейтральные и стабилизируют уровень pH, делая его подходящим и безопасным для человека. 

  • Физико-химические методы, которые помогают избавить воду от растворённых газов и ионов тяжёлых металлов.

К числу этих методов относятся термические методы, электродиализ и сорбция. Термические связаны с воздействием на воду высоких или низких температур. Выпаривание (воздействие повышенной температуры) позволяет получить очень чистую воду и избавляет её от летучих соединений. Вымораживание же (воздействие пониженной температуры) позволяет отделить кристаллизованную чистую воду от примесей, которые отдельно выпадают в осадок. В домашних условиях воду нужно прокипятить после фильтрования, так как это позволяет избавиться от многих вредных микроэлементов.

Электродиализ — метод, соединяющий электрический и мембранный процессы. Мембраны используются ионоселективные, то есть они пропускают только определённые ионы. Аппарат, с помощью которого осуществляется электродиализ, называется электродиализатор (это несколько камер, которые пропускают поочерёдно то анионы — отрицательно заряженные частицы, — то катионы — положительно заряженные частицы).

Сорбция (сорбционный метод) заключается в том, что загрязнители поглощаются путём адсорбции, то есть в поверхностном слое. Он может реализоваться с помощью физической адсорбции, то есть с силами молекулярного взаимодействия, а может — с помощью химической адсорбции, то есть путём образования химических связей. Так удаляют пестициды, гербициды и фенолы. Используемые адсорбенты: цеолиты, силикагели и даже активированный уголь. Этот метод используется для конечной очистки воды, так как избавляет от мельчайших загрязнителей. 

  • Биологический метод проводится с использованием микроорганизмов.

Они бывают аэробные (те, для жизни которых необходим кислород) и анаэробные (те, для жизни которых кислород не нужен). Второе название для аэробного способа – минерализация органики. Аэробные бактерии могут выполнять свою функцию в биопрудах, полях фильтрации и биологических фильтрах. Например, на полях фильтрации используют почвенных бактерий. Они окисляют вредные органические соединения и образуют воду и углекислый газ. Анаэробный же способ более дешёвый и используется в герметичных контейнерах или биореакторах, которые изготавливаются из пластика, бетона или металла. Не происходит выброса углекислого газа, как при аэробном способе, но бактерии выбрасывают метан.

Сточные воды в России чаще всего подвергаются только механической, поверхностной очистке – около 70% от всех сточных вод. Биологическая очистка используется примерно в 30% случаев, а химические и физико-химические методы пока задействованы только для очистки 5% сточных вод. Ставку планируется сделать на биологические методы, так как они дополнительно улучшают качество воды. Минусы – они дорогостоящие и чаще всего сезонные.

Биологическая очистка в России используется примерно в 30% случаев, а химические и физико-химические методы пока задействованы только для очистки 5% сточных вод

Таким образом, можно сделать вывод, что с каждым годом объёмы очищаемой воды увеличиваются, но есть куда стремиться. Кроме того, не стоит забывать, что профилактика загрязнений – тоже своего рода «способ» очистки. Снижение токсичных выбросов и механического загрязнения позволит сократить использование методов очистки воды и улучшит её качество.

Автор: Анна Горислав