Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

14.6: Зробити воду придатною для пиття

  • Page ID
    20676
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Знайте первинні стандарти для різних забруднень у питній воді.
    • Опишіть важливість різних етапів очищення води.
    Швидкі факти про системи громадського водопостачання від CDC США
    • З приблизно 155 693 систем громадського водопостачання в Сполучених Штатах 52,110 (33,5%) є системами громад і 103 583 (66,5%) є негромадськими системами, включаючи 84 744 перехідні системи та 18 839 неперехідних систем 1.
    • Понад 286 мільйонів американців отримують свою водопровідну воду з системи водопостачання громади 1.
    • 8% американських громадських систем водопостачання забезпечують водою 82% населення США через великі муніципальні системи водопостачання 1.
    • Хоча більшість систем водопостачання громад (78%) забезпечуються ґрунтовими водами, більше людей (68%) цілий рік забезпечуються системами водопостачання громад, які використовують поверхневі води.

      Примітка: EPA. Фактоїди: статистика питної води та грунтових вод за 2007 рік. Березень 2008 року, квітень 2008 року.

    Закон про безпечну питну воду

    Аж до 1974 року державне постачання питної води в Сполучених Штатах контролювалося та регулювалося державними та місцевими органами влади. Списки забруднюючих речовин з їх різною концентрацією можуть відрізнятися від штату до штату. У міру зростання хімічної промисловості ці самі державні органи відзначили збільшення присутності існуючих та нових органічних хімічних речовин у системах громадського водопостачання. З метою стандартизації питної води по всій країні Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) прийняло Закон про питну безпечну воду 1974 року.

    AFGE дякує працівникам EPA
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Члени AFGE та екологічні активісти взяли участь у заході у штаб-квартирі EPA у Вашингтоні, округ Колумбія, щоб подякувати працівникам EPA за їхню роботу. (CC НА 2.0; ВІК).

    Закон 1974 року дозволив EPA контролювати та регулювати системи громадського водопостачання, які обслуговують понад 25 осіб. Впровадження та дотримання стандартів питної води все одно буде здійснюватися кожною державою. Що стосується джерел питної води (поверхневих і наземних), то EPA та державні органи також захищають і контролюють їх. Рівні забруднюючих речовин будуть визначені з використанням термінів концентрації Максимальний рівень забруднення (MCL) та Техніка обробки (TT)

    Національні первинні стандарти питної води

    Перший набір норм питної води включав лише 22 хімічні речовини і/або патогенні мікроорганізми. EPA встановило два основних типи забруднюючих речовин: первинні та вторинні. Першим із цих типів (первинних) забруднюючих речовин є речовини (приклади можуть включати Hg, As та U), які можуть бути токсичними в невеликих кількостях. З іншого боку, вторинні забруднювачі є менш токсичними видами (Fe та Zn) і включали б косметичні проблеми (колір, смак та запах) питної води.

    Всі первинні забруднюючі речовини мають допустимі значення концентрації. Для більшості цих забруднюючих речовин EPA перераховує межі концентрації, використовуючи термін Максимальний рівень забруднення (MCL). Якщо постачальник води перевищує даний MCL для токсину, то штрафи та штрафи можуть бути накладені EPA. Деякі патогени (лямблії лямблії та легіонели) використовують позначення методики лікування (ТТ), а не числові концентрації MCL. Вода, яка містить будь-яку кількість цих патогенів, повинна бути негайно санітарна за допомогою стандартизованої процедури EPA.

    Детальний перелік допустимих рівнів різних забруднень за класифікацією EPA можна знайти за посиланням нижче.

    https://www.epa.gov/ground-water-and-drinking-water/national-primary-drinking-water-regulations

    Повна таблиця стандартів наведена нижче.

    https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-06/documents/npwdr_complete_table.pdf

    Таблиця\(\PageIndex{1}\) Таблиця \(\PageIndex{1}\)Норми для різних забруднюючих речовин у питній воді.
    забруднювач MCLG 1 (мг/л) 2 МКЛ або ТТ 1 (мг/л) 2 Потенційні наслідки для здоров'я від довгострокового впливу над MCL (якщо не вказано як короткостроковий) Джерела забруднюючих речовин у питній воді

    Мікроорганізми-

    Криптоспоридій

    нуль ТТ 3 Шлунково-кишкові захворювання (такі як діарея, блювота та судоми) Людські та тваринні фекальні відходи

    Мікроорганізми-

    лямблії лямблії

    нуль ТТ Шлунково-кишкові захворювання (такі як діарея, блювота та судоми) Людські та тваринні фекальні відходи

    Мікроорганізми-

    Загальні коліформи (включаючи фекальну кишкову паличку та кишкову паличку)

    нуль 5,0% Сама по собі не загроза здоров'ю; він використовується для вказівки, чи можуть бути присутніми інші потенційно шкідливі бактерії 5 Коліформи природно присутні в навколишньому середовищі; а також кал; фекальні кишкові палички та кишкова паличка надходять лише з людських та тваринних фекальних відходів.
    Віруси (кишково-кишкові) нуль ТТ Шлунково-кишкові захворювання (такі як діарея, блювота та судоми) Людські та тваринні фекальні відходи

    Неорганічні хімічні речовини

    сурма

    0,006 0,006 Підвищення рівня холестерину в крові; зниження рівня цукру в крові Скидання з нафтопереробних заводів; антипірени; кераміка; електроніка; припій

    Неорганічні хімічні речовини

    Хром (загальний)

    0.1 0.1 алергічний дерматит Скидання з металургійних і целюлозно-целюлозних комбінатів

    Неорганічні хімічні речовини

    Нітрат (вимірюється як азот)

    10 10 Немовлята віком до шести місяців, які п'ють воду, що містить нітрат понад MCL, можуть серйозно захворіти і, якщо не лікувати, можуть померти. Симптоми включають задишку і синдром синьо-дитини. Стік від використання добрив; витік з септиків, стічних вод; розмивання природних відкладень

    Органічні хімічні речовини

    Бензол

    нуль 0,005 Анемія; зниження вмісту тромбоцитів в крові; підвищений ризик розвитку раку Скидання з заводів; вилуговування з газосховищ і полігонів

    Органічні хімічні речовини

    чотирихлористий вуглець

    нуль 0,005 Проблеми з печінкою; підвищений ризик раку Вивантаження з хімічних заводів та інших видів промислової діяльності

    Органічні хімічні речовини

    Стирол

    0.1 0.1 Проблеми з печінкою, нирками або кровоносною системою Скидання з гумових і пластмасових заводів; вилуговування зі звалищ

    Радіонукліди

    Альфа-частинки

    none — нуль 15 пікакурій на літр (PCI/л) Підвищений ризик розвитку раку Ерозія природних відкладень певних мінералів, які є радіоактивними і можуть випромінювати форму випромінювання, відому як альфа-випромінювання


    Нотатки

    1 Визначення:

    • Maximum Contaminant Level Goal (MCLG) - Рівень забруднюючої речовини в питній воді, нижче якого немає відомого або очікуваного ризику для здоров'я. MCLG дозволяють забезпечити запас міцності і не підлягають виконанню цілей охорони здоров'я.
    • Максимальний рівень забруднення (MCL) - найвищий рівень забруднюючої речовини, який дозволений у питній воді. MCL встановлюються максимально наближені до MCLG, наскільки це можливо, використовуючи найкращу доступну технологію лікування та враховуючи вартість. MCL - це стандарти, що підлягають виконанню.
    • Мета максимального залишкового дезінфікуючого засобу (MRDLG) - Рівень дезінфікуючого засобу для питної води, нижче якого немає відомого або очікуваного ризику для здоров'я. MRDLG не відображають переваги використання дезінфікуючих засобів для боротьби з мікробними забрудненнями.
    • Методика лікування (ТТ) - обов'язковий процес, призначений для зниження рівня забруднюючої речовини в питній воді.
    • Максимальний залишковий дезінфікуючий рівень (MRDL) - найвищий рівень дезінфікуючого засобу, дозволеного у питній воді. Є переконливі докази того, що додавання дезінфікуючого засобу необхідно для боротьби з мікробними забрудненнями.
      2 Одиниці знаходяться в міліграмах на літр (мг/л), якщо не зазначено інше. Міліграми на літр еквівалентні частинам на мільйон (PPM).

    Розрахунки частин на мільйон і частин на мільярд

    Крім процентних одиниць, одиницями вираження концентрації надзвичайно розведених розчинів є частини на мільйон (ppm) і частини на мільярд (ppb). Обидві ці одиниці засновані на масі і визначаються наступним чином:

    \[\mathrm{ppm=\dfrac{mass\: of\: solute}{mass\: of\: solution}\times1,000,000} \nonumber \]

    \[\mathrm{ppb=\dfrac{mass\: of\: solute}{mass\: of\: solution}\times1,000,000,000} \nonumber \]

    Подібно до частин на мільйон та частин на мільярд, пов'язані одиниці включають частини на тисячу (ppth) та частини на трильйон (ppt).

    Концентрації мікроелементів в організмі - елементи, які присутні в надзвичайно низьких концентраціях, але, тим не менш, необхідні для життя - зазвичай виражаються частинами на мільйон або частинами на мільярд. Концентрації отрут, забруднюючих речовин і забруднюючих речовин також описані в цих одиницях. Наприклад, кобальт присутній в організмі в концентрації 21 проміле, тоді як Департамент сільського господарства штату Орегон обмежує концентрацію миш'яку в добривах до 9 проміле.

    проміле і ppb

    У водних розчині 1 проміле по суті дорівнює 1 мг/л, а 1 ppb еквівалентно 1 мкг/л.

    \[\text{1 ppm}= \dfrac{\text{1 mg Solute}}{\text{1 L Solution}} \nonumber \]

    \[\text{1 ppb} = \dfrac{1\; \mu \text{g Solute}}{\text{1 L Solution}} \nonumber \]

    Поправка до SDWA 1986

    Ця зміна Закону про безпечну питну воду встановила MCLG та збільшила загальну кількість регульованих забруднюючих речовин до 83. EPA також встановило б більше пристроїв моніторингу для виявлення органічних забруднень. Дослідження проводилися для більш ефективного виявлення патогенів для зменшення захворювання. Нарешті, публічні сповіщення від систем водопостачання споживачам будуть оголошені, якщо виникнуть серйозні проблеми з водою.

    Поправка до SDWA від 1996

    Саме це законодавство передбачало більшу охорону та оцінку водних джерел (озер, річок, струмків). Крім того, водопровідні компанії зобов'язані були надавати споживачам звіт про якість води. Держави могли б шукати федеральні гроші для модернізації своїх процесів якості води. Аналіз витрат і вигод буде зроблений для визначення ризику та винагороди за зниження концентрації забруднювача. Для невеликих регульованих водних компаній буде запропоновано більше фінансової та технічної допомоги, щоб допомогти їм підтримувати стандарти питної води.

    Очищення води (CDC США)

    Постачання питної води в Сполучених Штатах є одними з найбезпечніших у світі. Однак навіть у США джерела питної води можуть забруднюватися, спричиняючи хвороби та захворювання через мікробів, що передаються водою, таких як Cryptosporidium, кишкова паличка, гепатит А, лямблії кишечника та інші патогенні мікроорганізми.

    1A1.jpg
    \(\PageIndex{1}\)Малюнок Загальні етапи очищення води. Джерело: EPA США

    Джерела питної води схильні до забруднення і вимагають відповідного лікування для видалення хвороботворних агентів. Громадські системи питного водопостачання використовують різні методи очищення води для забезпечення безпечної питної води для своїх громад. Сьогодні найбільш поширеними етапами очищення води (рис.\(\PageIndex{1}\)), що використовуються системами водопостачання громад (головним чином, обробка поверхневих вод), є:

    Коагуляція і флокуляція

    Коагуляція і флокуляція часто є першими кроками в очищенні води. У воду додають хімічні речовини з позитивним зарядом. Позитивний заряд цих хімічних речовин нейтралізує негативний заряд бруду та інших розчинених у воді частинок. Коли це відбувається, частинки зв'язуються з хімічними речовинами і утворюють більші частинки, звані флоком. Історично склалося так, що брудна вода очищається шляхом обробки квасцов, Al 2 (SO 4) 3. 12 Н 2 О, і вапно, Са (ОН) 2. Ці електроліти призводять до зміни рН води внаслідок наступних реакцій:

    Ал 2 (СО 4) 3 .12 Н 2 О, -> Аль 3+ (ак) + 3 СО 4 2 - (ак) + 12 Н 2 О
    СО 4 2 - (ак) + Н 2 О -> ГСО 4 - (ак) + ОН - (спричиняє зміну рН)
    Са (ОН) 2 -> Са 2 + (aq) + 2 OH - (спричиняє зміну рН)

    Трохи основна вода викликає осад Al (OH) 3, Fe (OH) 3 і Fe (OH) 2, приносячи дрібні частинки з ними, і вода стає прозорою. Були виявлені деякі записи про те, що єгиптяни і римляни використовували ці прийоми ще в 2000 році до нашої ери.

    Суспензія частинок оксиду заліза та гумінових органічних речовин у воді надає воді жовтий каламутний вигляд. Як частинки оксиду заліза, так і органічні речовини можуть бути видалені з коагуляції та флокуляції. Опис, наведене тут, надмірно спрощено, і при обробці води було застосовано ще багато методик. Коагуляція - основне застосування вапна при очищенні стічних вод.

    Корисні і інші солі, такі як сульфати заліза Fe 2 (SO 4) 3 і FeSO 4, сульфат хрому Cr 2 (SO 4) 3, а також деякі спеціальні полімери. Інші іони, такі як натрій, хлорид, кальцій, магній та калій, також впливають на процес згортання. Так само роблять температуру, рН та концентрацію.

    Однак утилізація коагуляційного шламу викликає занепокоєння.

    осідання

    Під час осідання флока осідає на дно водопроводу, завдяки своїй вазі. Цей процес осідання називається осіданням. Потім частинки флоку видаляються з дна басейнів.

    Аерація

    Приведення повітря в інтимний контакт з водою з метою обміну певними компонентами між двома фазами називається аерацією. Оксигенація - одна з цілей аерації. Інші - видалення летких органічних речовин, сірководню, аміаку та летких органічних сполук

    Фільтрація

    Після того, як зграя осідає на дно водопроводу, чиста вода зверху пройде через фільтри різного складу (пісок, гравій та деревне вугілля) та розмірів пір, щоб видалити розчинені частинки, такі як пил, паразити, бактерії, віруси та хімічні речовини.

    Лікування хлором та/або хлораміном

    Більшість громад використовують або хлор, або хлораміни. Деякі громади переходять туди-сюди між хлором та хлорамінами в різний час року або з інших операційних причин. Рідше комунальні служби використовують інші дезінфікуючі засоби, такі як діоксид хлору. Деякі системи водопостачання, які використовують воду з джерела підземних вод (наприклад, колодязі громад), взагалі не повинні додавати дезінфікуючий засіб.

    Озон дезінфекція

    Дезінфекція озоном або озонування - це нестабільна молекула, яка легко віддає один атом кисню, забезпечуючи потужний окислювач, який є токсичним для більшості водних організмів. Це дуже сильний дезінфікуючий засіб широкого спектру дії, який широко використовується в Європі та в декількох муніципалітетах США та Канади. Це ефективний метод інактивації шкідливих найпростіших, які утворюють кісти. Він також добре працює майже проти всіх інших збудників. Озон виробляється шляхом пропускання кисню через ультрафіолетове світло або «холодний» електричний розряд. Щоб використовувати озон як дезінфікуючий засіб, його потрібно створити на місці та додати у воду шляхом контакту з бульбашками. Деякі з переваг озону включають в себе виробництво менше небезпечних побічних продуктів і відсутність проблем зі смаком і запахом (в порівнянні з). У воді не залишається залишкового озону. За відсутності залишкового дезінфікуючого засобу у воді хлор або хлорамін можуть бути додані по всій системі розподілу для видалення будь-яких потенційних патогенів у розподільному трубопроводі.

    УФ-дезінфекція

    Ультрафіолетова дезінфекція води - це чисто фізичний, безхімічний процес. Навіть такі паразити, як Cryptosporidium або лямблії, які надзвичайно стійкі до хімічних дезінфікуючих засобів, ефективно знижуються. УФ також можна використовувати для видалення видів хлору та хлораміну з води; цей процес називається фотолізом і вимагає більшої дози, ніж звичайна дезінфекція. Відмерлі мікроорганізми не видаляються з води. УФ-дезінфекція не видаляє розчинену органіку, неорганічні сполуки або частинки у воді. Найбільший у світі завод з дезінфекції води лікує питну воду для Нью-Йорка. Установка ультрафіолетової дезінфекції води Catskill-Delaware, введена в експлуатацію 8 жовтня 2013 року, включає в себе загалом 56 енергоефективних УФ-реакторів, що обробляють до 2,2 мільярда галонів США (8 300 000 м 3) на день.

    Ультрафіолет також можна поєднувати з озоном або перекисом водню для отримання гідроксильних радикалів для руйнування слідів забруднюючих речовин за допомогою вдосконаленого процесу окислення.

    Фторування (CDC США)

    Мінеральний фтор зустрічається природним чином на землі і виділяється з гірських порід у ґрунт, воду та повітря. Вся вода містить трохи фтору. Зазвичай рівня фтору у воді недостатньо для запобігання карієсу; однак деякі підземні води та природні джерела можуть мати природний високий рівень фтору.

    Доведено, що фтор захищає зуби від карієсу. Бактерії в роті виробляють кислоту, коли людина їсть солодкі продукти. Ця кислота виїдає мінерали з поверхні зуба, роблячи зуб слабшим і збільшуючи ймовірність розвитку порожнин. Фтор сприяє відновленню і зміцненню поверхні зуба, або емалі. Фторування води запобігає карієсу, забезпечуючи частий і послідовний контакт з низьким рівнем фтору. Зберігаючи зуб міцним і твердим, фтор зупиняє утворення порожнин і може навіть відновити поверхню зуба.

    Фторування води громади - це процес регулювання кількості фтору, що міститься у воді, для досягнення оптимальної профілактики карієсу.

    Незважаючи на те, що інші продукти, що містять фтор, такі як зубна паста, ополіскувачі для рота та дієтичні добавки, доступні та сприяють профілактиці та контролю карієсу, фторування води в громаді було визначено як найбільш економічно ефективний метод доставки фтору всім, зменшуючи карієс на 25% у дітей і дорослих. 1

    Переваги: Сильні зуби (CDC США)

    Фтор приносить користь дітям і дорослим протягом усього життя. Для дітей молодше 8 років фтор сприяє зміцненню дорослих (постійних) зубів, які розвиваються під яснами. Для дорослих питна вода з фтором підтримує зубну емаль, зберігаючи зуби міцними і здоровими. Користь для здоров'я фтору включає:

    • Менше порожнин.
    • Менш важкі порожнини.
    • Менша потреба в пломбуванні і видаленні зубів.
    • Менше болю і страждань через карієсу.

    Фтор у воді сьогодні

    У 2012 році понад 210 мільйонів людей, або 75% населення США, обслуговувалися системами водопостачання громад, які містять достатню кількість фтору для захисту зубів. 5 Однак приблизно 100 мільйонів американців досі не мають доступу до води з фтором. Оскільки це так корисно, Сполучені Штати мають національну мету для 80% американців мати воду з достатньою кількістю фтору для запобігання карієсу до 2020 року.

    https://www.youtube.com/watch?v=0_ZcCqqpS2o&feature=youtu.be

    Резюме

    • Закон про безпечну питну воду (SDWA) (спочатку прийнятий Конгресом у 1974 році) захищає здоров'я населення, регулюючи громадське питне водопостачання країни.
    • Різні етапи очищення води включають флокуляцію, осадження, фільтрацію, аерацію та дезінфекцію або їх комбінації. Фтор також додають в муніципальні системи водопостачання для профілактики карієсу.

    Дописувачі та атрибуція