Жёсткость водопроводной воды и способы ее устранения в Ташкенте и Ташкентской области

Человеческий организм не может существовать без воды. Каждая клеточка нашего организма требует воды. Если клетка высыхает, ее работа прекращается. К сожалению, загрязнение водоёмов привело к дефициту чистой питьевой воды. Водопроводная вода, как правило, проходит многоступенчатую очистку и пригодна для питья. Основной недостаток водопроводной воды, ежедневно используемой в быту, её жёсткость. Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

Приведем примеры способов устранения жёсткости воды и методов улучшения её качества, широко используемых на предприятиях по очистке воды в Ташкенте и Ташкентской области. Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2). Кроме катионов кальция и магния, в жёсткой воде могут присутствовать и другие ионы.

Катионы жёсткости	Анионы жёсткости
Кальций (Ca2+)	Гидрокарбонат (НСО 3 -)
Магний (Mg2+)	Сульфат (SO 4 2-)
Стронций (Sr2-)	Хлорид (Cl-)
Железо (Fe2+)	Нитрат (No 3 -)
Марганец (Mn2+)	Силикат (Sio 3 2-)

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. Потребление жёсткой или мягкой воды является опасным для здоровья. Высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечнососудистых заболеваний.

По жесткости вода делится на следующие группы:

Очень мягкая до 1,5 мгэкв/дм3; Мягкая 1,5 – 3,0 мгэкв/дм3; Средняя 3,0 – 6,0 мгэкв/дм3 ; Жесткая 6,0 – 10,0 мгэкв/дм3 ; Очень жесткая более 10 мгэкв/дм3.

Существуют различные методы умягчения воды: термоумягчение, реагентные и безреагентные способы. Термоумягчение (термический способ) – один из методов борьбы с жесткостью, основанный на нагревании воды ее дистилляции или вымораживании. На самом деле, с помощью повышенных температур можно избавиться только от временной жесткости.

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O. Кипячением можно снизить карбонатную кальцевую жесткость. При наличии в воде гикарбоната магния процесс его осаждения происходит только после длительного кипячения:

Mg(HCO 3 ) 2 → MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

MgCO 3 + H 2 O→Mg(OH) 2 + CO 2 .

При этом сульфаты и хлориды кальция и магния так и остаются в растворе.

Безреагентные способы не предполагают использование химических реактивов. К ним относятся: катионирование, обратный осмос, электродиализ. Катионирование основано на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). В процессе обратного осмоса полупроницаемые мембраны задерживают ионы магния и кальция. К недостаткам метода следует отнести необходимость регулярной промывки или замены мембраны. Устранение жесткости воды с помощью электродиализа основано на удалении солей кальция и магния под действием электрического поля. Данный методнаходится еще на этапе подробного изучения. Метод реагентного умягчения основан на добавлении химических реактивов, например, гашеной извести или кальцинированной соды. При этом активные компоненты переводят соли магния и кальция в нерастворимые соединения, которые и выпадают в осадок.

Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O

MgSO 4 + Ca(OH) 2 → Mg(OH) 2 +CaSO 4

При этом снижается карбонатная жесткость. Для снижения общей жесткости в воду добавляют соду: CaSO 4 +Na 2 CO 3 → CaCO 3 ↓+Na 2 SO 4

На сегодняшний день самым эффективным реагентом является ортофосфат натрия, который входит в состав многих умягчителей.

3Ca(HCO 3 ) 2 + 2Na 3 PO 4 → Ca 3 (PO 4 ) 2 ↓ + 6NaHCO 3

3MgSO 4 + 2Na 3 PO 4 → Mg 3 (PO 4 ) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4

Реагентные методы можно считать наиболее эффективными среди существующих способов устранения жесткости. Однако данные методики оправдывают себя только при относительно большом расходе воды, поскольку необходимо точно рассчитывать дозировку реагента и регулярно утилизировать отфильтрованный осадок. Реагентные способы устранения жёсткости воды широко применяются в Ташкенте для умягчения воды из водопроводных сооружений. Водоснабжение города Ташкента осуществляется от семи водозаборных сооружений:

• 1.    Бозсуйские водопроводные сооружения;

• 2.    Кибрайские водопроводные сооружения;

• 3.    Южные водопроводные сооружения;

• 4.    Кадырьинские водопроводные сооружения;

• 5.    Водопроводные сооружения "Кара-Су";

• 6.    Водопроводные сооружения "Сергели";

• 7.    Водопроводные сооружения "Бектемир".

С 1 июля 2000 г. на территории Республики Узбекистан действует УзГОСТ 951:2000 - «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения», который устанавливает гигиенические и санитарнотехнические требования к выбираемым источникам централизованного водоснабжения, а также правила их выбора в интересах здоровья населения. При этом выбор источника водоснабжения должен производиться с учетом его санитарной надежности и возможности получения доброкачественной питьевой воды, отвечающей требованиям УзГОСТ 950:2000 -«Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». Cостав воды выбираемых для централизованного водоснабжения поверхностных и подземных водоисточников должен соответствовать ряду требований: сухой остаток не более 1000 мг/л (по согласованию с органами санэпидслужбыдопускается до 1500 мг/л);

содержание хлоридов — не более 250 мг/л (допускается 350 мг/л);

содержание сульфатов — не более 400 мг/л (допускается до 500 мг/л);

общая жесткость — не более 7 мг-экв/л (допускается до 10 мг-экв/л).

Требования, предъявляемые к качеству воды, используемой на предприятиях

Показатель качества	Предприятие по производству
	Бумаги	Целлюлозы	Вискозы	Текстиля	Краски	Кожи
Общая жесткость (мгэкв/л)	4,3-5,7	0,7	0,2	1,4-2,1	0,2-0,35	0,5

Широко применяемый в Ташкенте метод удаления жёсткости воды – известково-содовый реагентный способ (добавление гашеной извести или кальцинированной соды). Государственное унитарное предприятие "Сувсоз", регулирует не только жёсткость воды, но и следит за соответствием стандартам других показателей качества: прозрачность (см), окисляемость (мг/л), содержание химических элементов (железо, марганец) и соединений (кремниевая кислота, сероводород), концентрация ионов водорода pH. Каждое водопроводное сооружение имеет собственные зоны санитарной охраны. На них предусмотрены трёхступенчатые технологии очистки воды.

Для очищения воды используется жидкий хлор и гипохлорид натрия. На Бозсуйском водопроводном сооружении полностью отказались от жидкого хлора и используют более безопасное и отвечающее современным требованиям вещество - гипохлорид натрия. Хлорирование питьевой воды – самый известный и распространённый механизм для обеззараживания питьевой воды, основанный на способности свободного хлора и его соединений, угнетать ферментные системы микробов. Хлорирование воды - это самое крупное изобретение в медицине XX века, принесшее огромную пользу человеку. Оно остановило распространение кишечных инфекций в городах.

Количество активного хлора, необходимого для обеззараживания воды, должно определяться не по количеству болезнетворных бактерий, а по всему количеству органических веществ и микроорганизмов (а также и неорганических веществ, способных к окислению), которые могут находиться в хлорируемой воде. После процесса хлорирования, свободный хлор из воды улетучивается. Правильное назначение дозы хлора является исключительно важным. Недостаточная доза хлора может привести к тому, что он не окажет необходимого бактерицидного действия; излишняя доза хлора ухудшает вкусовые качества воды и влияет на здоровье.

При контроле обеззараживания воды хлором в системах водоснабжения, независимо от вида источника водоснабжения, концентрацию остаточного хлора определяют не реже одного раза в час, в соответствии с нормативами, приведенными в таблице.

Представленные методы улучшения качества воды широко используются на водопроводных сооружениях, обеспечивающих водой Ташкент и Ташкентскую область. Реагентные способы устранения жёсткости воды, хлорирование воды в целях обеззараживания, трёхступенчатая очистка воды являются эффективными и экономически выгодными методами повышения качества воды, не представляющими при этом опасности для окружающей среды.