Несмотря на огромное количество водных ресурсов, обеспечить население чистой питьевой водой — задача непростая. Источниками питьевой воды становятся поверхностные воды — озера, реки, водохранилища — и подземные воды, которые откачиваются по скважинам. Поверхностные источники быстро возобновляются, что считается их несомненным плюсом, а также поддаются регулированию — их можно концентрировать в специальных водохранилищах. Однако такая вода подвержена загрязнениям.

Подземные же воды, просачиваясь через грунты, минерализованы, содержат больше солей различных металлов. Поэтому водозабор и очистка более затратны. Но при этом вода значительно меньше подвержена химическим и микробиологическим загрязнениям.

Крупные города России в основном обеспечиваются водой из рек и водохранилищ. К тому же требования к качеству питьевой воды постоянно меняются, в связи, с чем всегда актуальны реконструкция и модернизация трубопроводов и системы очистки питьевой воды.

Как очищают воду?

Существуют два основных вида очистки воды — механический и химический. Очистка механическим способом. В его основе — отделение с помощью фильтров нерастворимых загрязнений, в том числе мусора, песка, ила и т.д. Очистка происходит в три этапа: процеживание, отстаивание и фильтрация. Плюсы — дешевизна и простота процесса. Минусы механической очистки — низкая эффективность, всего 60–65%. Поэтому метод, скорее, относится к предварительной очистке воды и используется исключительно в комплексе с другими этапами.

Химическая очистка. Как следует из названия, метод заключается в добавлении в воду химических растворов и газов, убивающих вредные вещества. Очистка с использованием коагулянтов. Коагуляция — процесс осветления и обесцвечивания воды с применением химических реактивов-коагулянтов, которые при взаимодействии с гидрозолями и растворимыми примесями воды образуют осадок. В воду добавляют вещества, которые нейтрализуют посторонние элементы, например NaOH и Nа2HCO3 или слабые органические кислоты, такие как лимонная или серная.
В настоящее время для очистки воды применяется большое разнообразие методов и технологии.

Инновационные методы очистки воды

Мембранное разделение. Сегодня один из самых эффективных способов фильтрации — обратный осмос. Очистка таким методом происходит за счет обратноосмотической мембраны, разделяющей поток на чистую и дренажную воду. Обратный осмос удаляет частицы даже размером 0,001–0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители, — не пропуская никакие примеси, ни растворенные, ни нерастворенные. Это очень эффективно при борьбе с вредными веществами, однако таким образом удаляются и полезные минералы, после чего вода требует дополнительной минерализации. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются). «Система на основе обратного осмоса поможет получить не только питьевую воду из морской воды, но и особо чистую воду для медицины, промышленности и других нужд.

Облучение. В основе метода — воздействие радиации на сточные воды. Излучение, от гамма-лучей до ультрафиолетового света, уничтожает органические загрязнители. А в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода оно улучшает эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы. Применение ионизирующего излучения полностью исключает биологическую чистку и использование химических реактивов. Наиболее эффективный метод очистки сточных вод, которые в большинстве случаев представляют собой водные растворы фенолов, — комплексное действие радиации и УФ-облучения», ­ сказано в исследовании.

Новые сорбционные материалы. Важный этап очистки воды — деминерализация, во время которой происходит удаление марганца и железа, что особенно актуально для подземных источников, расположенных вблизи рудных залежей. Новый композиционный материал на основе смеси полимерных прекурсоров позволит эффективно удалить ионы тяжелых металлов.

Холодное кипячение. Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Китая разработали способ экологичного очищения сточных промышленных вод при помощи кавитатора — прибора, работающего по принципу блендера с вращающимися лопастями. Такой процесс называется кавитационной обработкой. Образовавшиеся пузырьки высвобождают кислород и перекись водорода, которые работают как мощные окислители. Под их воздействием тяжелые металлы меняют форму и образуют осадок.

Поваренная соль. В Красноярске водозаборы «Гремячий лог» и остров Казачий переводят на поваренную соль для обеззараживания питьевой воды. Метод основан на электрохимической реакции: соль подвергается электролизу в специальном электролизном резервуаре, выделяя соединения, содержащие хлор. Путем растворения поваренной соли в воде под воздействием электрического тока образуется гипохлорит натрия. Полученное вещество дезинфицирует воду. «Замена хлора безвредным гипохлоритом натрия — это в первую очередь безопасность горожан и наших сотрудников».

Глина. Новый способ очистки сточных вод с содержанием токсичного хрома разработали ученые Уральского федерального университета и УрО РАН. В процессе очистки воды ученые используют глинистый минерал. Он отличается максимальной сорбционной эффективностью и предназначен для многоразового использования. Применение сорбента не приведет к образованию новых отходов. Специалисты смогли очистить воду до состояния питьевой, а полученные соединения хрома вернуть в производственные процессы.

Хищные бактерии. Интересный метод очистки воды открыли зарубежные ученые. Исследователи из Лундского университета и шведской водопроводной компании из города Варберга перестали добавлять хлор в водопроводную воду и в ходе эксперимента заметили, что сначала количество бактерий возросло, но через три месяца после полного исчезновения хлора безвредные для человека хищные бактерии Bdellovibrio уничтожили большинство патогенов.

Безопасная питьевая вода не должна содержать бактерий и живых организмов. Однако допустимы небольшие концентрации некоторых неорганических веществ, таких как нитраты, фториды, медь, марганец, железо и т.д., которые не вредны для организма человека. Кроме того, не стоит беспокоиться о хлоре в тех концентрациях, которые используются для очистки воды.