Класифікація підземних вод

 

Глибина залягання води, м	Характер залягання	Характер циркуляції	Гідравлічний зв’язок горизонтів	Захищеність водоносних горизонтів
до 50	відкритий	тріщино-карстовий	явний	слабка
50 - 300	“гідрологічні вікна”	тріщинуватий	неявний	середня
більше 300	ізольований	поровий	відсутній	надійна

 

Чим більша глибина залягання водоносного горизонту, тим більше він захищений від антропогенних забруднень, і тим менше спостерігається коливання основного сольового складу води.

Використання води у харчовій промисловості як сировини та у підготовчих процесах потребує різної якості в залежності від виду продукту. Якість води – це характеристика складу і властивостей води для використання її у конкретному виді водокористування. Якість води характеризують певними хімічними, фізичними та мікробіологічними показниками.

У спиртовій і лікеро-горілчаній промисловості воду застосовують для приготування затору, настойок, наливок, розбавляння спирту, варіння сиропу, виробництва горілки. Під час виготовлення настойок кальцій, магній та важкі метали, що містяться у воді, реагують з пектином, дубильними речовинами і кислотами, які є у плодах і ягодах. При цьому речовини, що утворюються, випадають в осад. Карбонати і сульфати кальцію і магнію, а також солі феруму можуть зумовлювати помутніння внаслідок зменшення їх розчинності в спиртових розчинах. Тому для виготовлення морсів бажаним є застосування глибоко опрісненої (дистильованої) води, яку готують, наприклад, іонообмінним або мембранним методом. У виробництві сортових видів горілки використовують воду з жорсткістю менше ніж 0,4 ммоль/дм³, для виробництва колеру, цукрового сиропу, медово-цукрових сиропів і горілчаних виробів високої якості, здатних до помутніння,- знесолену (дистильовану) воду.

Під час виготовлення дріжджів технологічна вода застосовується для приготування дріжджового сусла і промивання продукту. Вона має відповідати вимогам до питної води, не містити нітритів, які призупиняють розвиток дріжджів. Наявність заліза та мангану зумовлює потемніння готової продукції, що є небажаним у виробництві пекарських дріжджів.

У цукровому виробництві на дифузію подається вода із жомових пресів, конденсати із випарок і додатково свіжа вода. Остання повинна мати якомога менший сухий залишок, низький вміст сульфату кальцію і хлориду магнію, нітратів, калійних солей і органічних сполук. Високий вміст сухого залишку і нітратів призводить до збільшення виходу меляси і підвищення зольності цукру і жому. Сульфати, хлориди і особливо нітрати гальмують кристалізацію цукру. Солі калію підвищують кольоровість соків. Коричневий відтінок соків зумовлюється також наявністю у воді сульфат- та хлорид-йонів. Органічні сполуки легко зазнають загнивання й ускладнюють процес дифузії. Вторинні технологічні води, які використовують багаторазово, необхідно піддавати додатковій обробці з метою поліпшення їх якості.

У пивоварінні вода є основним компонентом пива, якість якого знач­ною мірою визначається наявними домішками. До технологічної води, окрім звичайних вимог до питної води, ставляться специфічні вимоги щодо лужності, жорсткості та наявності нітратів і силікатів. Загальна лужність має бути низькою, меншою від загальної жорсткості. Неприпустимою є натрієва лужність, яка свідчить про наявність соди (у цьому разі відбувається гальмування ферментативних процесів в заторі ). Несприятливу алкалізуючу дію спричиняють також солі кальцію у вигляді карбонатів. Проте вміст цих металів у вигляді сульфатів і хлоридів діє сприятливо. Наявність магнію підвищує ступінь гіркоти пива. Великі концентрації нітратів і нітритів затримують розвиток дріжджів і негативно впливають на смак пива. Негативно позначається на процесі бродіння і смаку пива наявність заліза. Останнє сприяє також помутнінню пива.

Вода, яку використовують для виробництва прозорих фруктових соків і напоїв, має бути високоякісною, на рівні дистиляту, а вода для консервування зеленого горошку — мати жорсткість менше ніж 7 ммоль/дм³. Проте, коли необхідно виключити можливість помутніння, спричиненого переходом у розчин крохмалю із зерен, застосовують жорстку воду з підвищеним вмістом солей кальцію. В цьому разі утворення нерозчинних пектинатів кальцію на поверхні зерен гальмує перехід крохмалю у водний розчин. Нерозчинні пектинати кальцію також поліпшують консистенцію деяких плодів, наприклад полуниці. Вода для інших технологічних цілей має відповідати кондиції питної води.

Технологічна вода в картоплепереробній промисловості має відпо-відати кондиціям питної води, мати можливо мінімальну температуру, невисоку жорсткість і низьку концентрацію мінеральних солей. Вона не повинна містити солей феруму і мангану. Підвищена температура води стимулює розвиток мікроорганізмів. Висока жорсткість і великий вміст мінеральних солей підвищують зольність крохмалю. Сполуки феруму і мангану сприяють жовтому забарвленню крохмалю, а також утворенню темних плям, що з’являються завдяки виділенню заліза залізофільними бактеріями. Магній, що переходить із води в крохмаль, підвищує його гігроскопічність.

В інших галузях харчової промисловості, зокрема м'ясній, м'ясокон­сервній, рибній, молочній, з переробки птиці, використовують великі кіль­кості технологічної води, яка відповідає вимогам питної води. Крім того, вона повинна мати більшу бактеріологічну чистоту, невисоку жорсткість і зовсім не містити сполук заліза. Наявність останнього навіть у мінімальній кількості може спричинити зміну запаху і смаку виробів.

Вода для питних і господарських потреб. Вода, яку подають централізованими системами водопостачання для питних і господарських потреб (питна вода), повинна відповідати вимогам ГОСТ 2874-82.

Питна вода має бути безпечною в епідеміологічному відношенні, нешкідлива за хімічним складом і мати сприятливі органолептичні властивості.

Якість води визначають її складом і властивостями під час надходження у водопровідну мережу та в місцях водозабору зовнішньої і внутрішньої мереж. Безпечність води в епідеміологічному відношенні визначають кількістю мікроорганізмів і бактерій групи кишкових паличок. Токсикологічні показники якості води характеризують нешкідливість її хімічного складу і передбачають нормативи для речовин, які зустрічаються в природних водах, з'являються внаслідок забруднення джерел водопостачання або додаються у воду в процесі обробки у вигляді реагентів.

Показники, які забезпечують сприятливі органолептичні властивості води, передбачають нормативи для речовин, які містяться в природній воді або потрапляють внаслідок оброблення чи забруднення її. Всього для води господарсько-питного призначення встановлено ГДК для 640 речовин. У 1997р. Міністерство охорони здоров'я України з метою забезпечення санітарного і епідеміологічного благополуччя населення затвердило Державні санітарні правила і норми (ДСанПіН) «Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсь­ко-питного водопостачання», де сформульовано більш жорсткі вимоги щодо вмісту забруднюючих речовин, і які за своїм значенням наближаються до нормативів Всесвітньої організації охорони здоров'я.

Вода, призначена для санітарних потреб, миття обладнання, посуду і приміщень харчових підприємств, водопостачання лабораторій і пиття, має відповідати вимогам, що ставляться до господарсько-питної води. Застосування води з підвищеною жорсткістю чи з підвищеним вмістом мінеральних солей ускладнює миття обладнання, тари та виробничих приміщень. За великого вмісту заліза вода має неприємний присмак, а на вимитих предметах залишаються плями іржі. Наявність у воді агре­сивної вуглекислоти є причиною корозії, що спричинює швидкий знос трубопроводів.

Вода для живлення парових котлів. Вода, яку використовують для живлення парових котлів, повинна бути вивільнена від солей жорсткості, завислих речовин і кисню. Прозо­рість води живлення не повинна бути нижчою ніж 50 см за шрифтом, тобто більшою від прозорості питної води. Ці вимоги передбачають здійснення обробки води живлення, яка надходить на підприєм­ство із поверхневих водойм чи свердловин. Якість води для живлення котлів має відповідати вимогам, які зумовлюються конструкцією котла і облад­нання, що споживає пару. Чим вища напруга поверхні нагрівання кот­ла і чим вищий тиск пари, тим ретельнішою має бути обробка. Мета обробки полягає в тому, щоб виключити можливість утворення накипу, корозії котлів, комунікацій, збірників, а також осадів у перегрівачах, арматурі, на лопатях парових турбін.

Котловий накип утворюється внаслідок вмісту солей жорсткості (суль­фати, хлориди, силікати та гідрокарбонати кальцію і магнію), а також містить оксиди феруму і мангану. Корозію спричиняють розчинені у воді гази (кисень, аміак, діоксид карбону, сірководень) і органічні речо­вини. Розчинений у воді гідрокарбонат натрію (NаНСО₃) і гідроксид натрію обумовлюють старіння котлової сталі та корозію котлової арма­тури, виготовленої з кольорових металів.

Звичайно, вода для живлення котлів з тиском до 1 МПа має бути пом’якшеною. Вода для живлення котлів з тиском більше, ніж 1 МПа, повинна бути демінералізованою.

Теплообмінні води. Основним призначенням теплообмінних вод є відведення теплоти від обладнання. Чим нижча температура води, тим менше її витрата і більша кількість відведеної нею теплоти. Вода, яку використовують для охолодження, не повинна містити завислих речовин. Останні, відкла­даючись на поверхні охолодження, гальмують теплообмін і створю­ють опір потоку води. Вода, яку застосовують для охолодження в хар­човій промисловості, не повинна містити мікроорганізмів. Останні, роз­виваючись у холодильниках, можуть призвести до інкрустацій у виг­ляді слизових мас. Крім того, окремі види мікроорганізмів можуть значно підсилювати корозію теплообмінного обладнання.

Вода для живлення барометричних конденсаторів та випарок, що працюють під зменшеним тиском, має за мікробіологічними показника­ми відповідати вимогам до питної води. За показниками температури, сухого залишку, карбонатної жорсткості і вмісту йонів кальцію вода повинна бути стабільною, тобто не розчиняти відкладень солей жорсткості та не утворювати їх.

 

5.5. Технології очистки води.Коли якість води з природних джерел, поверхневих та підземних, не задовольняє вимог споживача, визначають вибір методів оброблення води. Розробляються різні технологічні схеми, що передбачають перелік очисних споруд для очищення води від домішок із різними фізико-хімічними властивостями. Запропоновано класифікацію домішок за фазово-дисперсним станом, що дає змогу наукового обґрунтування технологічних методів водообробки. Вихідні положення цієї класифікації полягають у наступному:

- фазово-дисперсний стан домішок води зумовлює їх поведінку в процесі водопідготовки;

- кожному фазово-дисперсному стану відповідає певна сукупність ме-тодів водопідготовки, що надає можливість досягти необхідної якості води.

Для видалення з води домішок першої групи — завислих речовин (суспензії та емульсії, а також мікроорганізми і планктон) розміром 10^-2 – 10^-4 см рекомендують такі процеси: механічне розділення в гравітаційному полі або під дією відцентрових сил, а також фільтрування через пористе завантаження і дрібні ґратки; адсорбція з використанням високодисперсних і зернистих матеріалів, а також гідроксидів алюмінію чи феруму і глинистих мінералів; агрегація флокулянтами; флотація домішок та ін.

Під час підготовки питної води, коли забір здійснюється з поверхневих водойм, її зазвичай освітлюють, знебарвлюють і знезаражують. Якщо ці джерела водопостачання підземні, напірні або безнапірні води чи вода чистих озер, її підготовка обмежується лише знезаражуванням. Конструктивне оформлення технологічної схеми визначається потужністю і складом проектованих споруд, рельєфом і гідрогеологією майданчика, кліматичними умовами, а також техніко-економічними розрахунками. За принципом переміщення мас води в очисних спорудах розрізнюють самоплинні і напірні системи. В перших використовують споруди відкритого типу. Очищувана вода протікає в них самоплинно завдяки різниці гідростатичних рівнів як у різних частинах споруд, так і між окремими спорудами. Компонування водопровідних станцій із самоплинними очисними спорудами, які забезпечують освітлення, знебарвлення і знезаражування природної води, подано на рис.5.1.

 

 

 

Рис.5.1. Принципова схема очистки води на водопровідних станціях.

1 - відкрите водоймище; 2 – коагулятор; 3 – збірник коагулянту; 4 – відкритий пісчаний фільтр; 5 – хлораторна; 6 – збірник чистої води; 7 – насос;

 

Для усунення присмаків води, обумовлені органічними домішками, використовують адсорбенти – речовини, які на своїй поверхні адсорбують органічні сполуки. До таких речовин відносяться активоване вугілля, глини, зокрема цеоліт (природний адсорбент), також є цілий ряд синтетичних адсорбентів. Такі речовини використовуються переважно в зернистих фільтрах.

Дуже часто причиною присмаків води можуть бути розчинені гази, аміак, метан, сірководень. Ці гази витісняються при аерації води повітрям, а також окислюються за допомогою окислювачів.

В деяких випадках для усунення стійких неприємних запахів і при­смаків та знищення планктону передбачають подвійне хлорування води з підвищеними дозами хлору, а інколи і дехлорування її. Надлишок хлору видаляють адсорбційними фільтрами, заповненими гранульованим активованим вугіллям.

Освітлення природних вод централізованого водопостачання зазвичай здійснюють у відстійниках, де завислі часточки осаджуються під дією сили гравітації, та фільтрах або в освітлювачах різної конструкції (контактні і з завислим шаром). Сучасні конструкції відстійників є проточними, оскільки осадження завислих речовин у них відбуваєть за безперервного руху води від входу до виходу. Тому швидкість руху води у відстійниках незначна. Вона становить частки міліметрів за 1 с у вертикальних відстійниках і кілька міліметрів за 1 с - в горизонтальних, тонкошарових і радіальних.

Очищення природних вод від колоїдно-дисперсних домішок, які характеризуються високою агрегативною і седиментаційною стійкістю, здійснюють коагуляційним методом під дією коагулянтів, флокулянтівта їх сумішей. Коагулянти – це солі, що гідролізуються у воді з утворенням агрегації часточок, наприклад, сульфати або галогеніди багатозарядних катіонів, переважно алюмінію і феруму. Флокулянти – неорганічні та органічні високомолекулярні сполуки, що сприяють утворенню агрегатів за рахунок об'єднання кількох часточок через макромолекули адсорбованого або хімічно зв'язаного полімеру.Отже, сутність процесу коагуляційного очищення вод від колоїдно-дисперсних речовин полягає в зниженні агрегативної стійкості дисперсних систем за допомогою агрегування часточок дисперсної фази під дією коагуляторів (коагулянтів і флокулянтів) з подальшим відокремленням агрегованих часток відстоюванням, фільтруванням, центрифугуванням та іншими методами. Після такої фільтрації вода не буде містити дісперсних, колоїдних частинок, частково органічних сполук та мікрофлори.

Вода підземних джерел зазвичай не забруднена антропогенними речовинами, але часто її також не використовують без попередньої підготовки. Води підземних джерел часто містять значні концентрації сполук заліза, марганцю, сірководню. Для вилучення цих компонентів застосовують окислення киснем повітря, фільтрування та ультрафіолетове опромінення. На рис. 5.2. надано типову принципову схему підготовки води з підземного джерела.

Вода з підземного джерела насичується киснем повітря у ежекторі 3 і насосом 1 подається у збірник накопичувач 4. В збірнику вода знаходиться протягом 1 - 2 годин для протікання процесу окислення сполук заліза, марганцю, відокремлення вільного сірководню. Потім воду фільтрують через зернисте завантаження у фільтрі 5 для вилучення окислених сполук. Освітлена вода фільтрується через фільтр-уловлювач 6 та фільтр тонкої очистки 7 і проходить знезараження у УФ-лампі 8.

Якщо джерело підземне і хімічний склад води відповідає вимогам нормативних документів та галузевим вимогам, проводять тільки знезараження.

 

 

 

Рис. 5.2. Типова принципова схема підготовки води

з підземного джерела.

1- насос; 2 – повітряний фільтр; 3 – ежектор; 4 – збірник накопичувач води; 5 – механічний фільтр з зернистим завантаженням; 6 – фільтр-уловлювач; 7 – фільтр тонкої очистки; 8 – УФ-лампа; 9 – збірник чистої води;

 

Знезараження:

Найпоширенішим способом знезараження є хлорування. Використовується для хлорування газоподібний хлор та сполуки хлору – гіпохлорити. Суть знезаражуючої дії хлору – дія атомарного кисню, що утворюється при дисоціації розчиненої молекули хлору, на речовини, які входять до складу бактеріальної клітини. Бактерицидний ефект залежить від дози хлору, та тривалості контакту. До переваг цього методу відносять простоту способу, достатній ефект і так званий ефект післядії, який полягає у бактерицидності хлорованої води. Хлор – досить стійка речовина, і невеликі його концентрації зберігаються у воді протягом декількох діб. Недоліком методу хлорування є те, що хлор є сильним окислювачем і окислює різні речовини, що входять до складу води. Насамперед це – органічні сполуки які окислюються з утворенням хлорорганічних речовин, деякі з яких є сильними отрутами. Тому хлорування не рекомендується проводити, коли вода забруднена органічними сполуками.

Озонування.

Озон – це газ слабкоблакитного кольору. Молекула озону складається з трьох атомів кисню. Фактично це – форма існування атомарного кисню у повітрі. Тому озон має більшу окиснюючу активність, ніж хлор. Обробка озоном не надає воді присмаків. Механізм бактерицидної дії озону полягає в руйнуванні ферментних систем бактеріальних клітин. Озон також окислює домішки, які є у воді. Але при окисленні органічних сполук не утворюються хлорорганічні сполуки. Як недолік, треба відмітити, що озон – не стійка сполука, і тому озонована вода зберігає бактерицидний ефект максимум протягом 4 годин. Також для озонування необхідно складне обладнання, щоб одержувати озон з кисню повітря. Крім того, і енергоємність одержання озону значно вища за хлор.

Використання срібла.

Срібло в дуже малих дозах знищує мікроорганізми. Однозначної теорії, щодо дії срібла на мікробну клітину немає, одна з гіпотез – протоплазма бактерії має негативний заряд, притягує позитивно зарджений іон срібла, який негативно впливає на властивості протоплазми. Срібло безпосередньо не вбиває мікроорганізми, а уповільнює їх розвиток. Задають срібло у вигляді солі, або іонів срібла одержаних електролітичним шляхом. Недоліком процесу осрібнення води є можливість накопичення срібла в організмі або харчовій продукції при водоспоживанні.

Знезараження ультрафіолетовим випромінюванням.

Бактерицидну дію має проміння з довжиною хвилі 1500 – 3000 А˚. Суть дії випромінювання заключається в руйнуванні білкових структур бактеріальної клітини. Ультрафіолет не впливає на склад і властивості води. Не надає воді присмаків. Для опромінювання необхідно, щоб вода була ідеально прозора, оскільки дисперсні частинки розсіюють та поглинають промені. Це дуже простий та ефективний метод, але на відміну від хлорування та частково озонування він не має ефекту післядії.

Ультразвукові хвилі.

Ультразвук – механічні коливання, частота яких вище порогу чутливості людського вуха (більше 20000Гц). Джерело ультразвукових хвиль – пластинки з горного кришталю, або кварцу, які генерують ультразвук під впливом змінного струму. Бактерицидна дія – механічне руйнування клітин. Чутливість залежить від форми мікрофлори. Ниткоподібні форми більш чутливі, менш чутливі – кулеподібні форми. Товщина шару води не впливає на ефективність обробки, але вимагає збільшення потужності джерела ультразвуку. Недоліком процесу є важкість контролю результатів обробки. Крім того, обробка води потужніми ультразвуковими коливаннями може призвести до процесів неконтрольованого окислення, коагуляції колоїдів, може викликати зміни структури речовини на молекулярному рівні. Даний спосіб недостатньо вивчений.

Термічне знезараження.

Кип’ятіння води протягом 5 – 10 хвилин призводить до загибелі всіх патогенних бактерій. Процес є енергомістким і не використовується для знезараження великих об’ємів води. Інші безреагентні методи: обробка радіоактивним випромінюванням, або променями Рентгена.