Несмотря на достаточно строгий контроль качества воды, подаваемой в населённые пункты со станций очистки природных вод, нельзя исключать возможность ухудшения её качества в процессе доставки потребителю. Перед тем, как вода попадёт к водоразборным точкам потребителя, она проходит по многокилометровым трубопроводным сетям, часть из которых может находиться в состоянии частичной или полной изношенности.
Наиболее распространёнными причинами вторичного загрязнения воды являются: коррозия металлических трубопроводов, биоплёнка, закреплённая на внутренних стенках труб, инфильтрация загрязнений, обусловленная утратой герметичности сети. Перечисленные факторы ухудшают не только органолептические показатели качества воды, но и обобщённые (возрастает общая минерализация, жёсткость, концентрация железа) и микробиологические. Ситуация усугубляется на участках сети с малой интенсивностью водоразбора (как правило, тупиковых), что характерно для районов новостроек, на участках с частым отключением воды, с большим числом присоединений (что обусловлено повышенными местными сопротивлениями). Учёными доказана взаимосвязь несоответствия питьевой воды санитарно-гигиеническим нормам с эндемическими заболеваниями, патологиями желудочно-кишечного тракта, костно-мышечной и сердечно-сосудистой систем [1, 2].
В отношении наружных сетей причиной вторичного микробиологического загрязнения являются в большинстве случаев железобактерии. Согласно исследованиям [3], толщина биообрастаний на стенках стальных водопроводов может достигать 40 мм за 15 лет эксплуатации. Это приводит не только к негативным изменениям гидравлического режима работы сети (снижению пропускной способности, возрастанию энергозатрат на транспортировку воды), но и риску инфекционных заболеваний среди водопотребителей. Железобактерии, закрепляясь на стенках труб, образуют биоплёнку. Они активно аккумулируют двухвалентное железо, содержащееся в воде даже в малых концентрациях, окисляя его до трёхвалентного. Так образуется биологическая коррозия. При резких изменениях давления в водопроводной сети фрагменты отложений открепляются от стенок труб и транспортируются с потоком воды, ухудшая её качество.
В зоне внутреннего водопровода зданий причиной вторичного микробиологического загрязнения могут стать бактерии Legionella, вызывающие такое крайне опасное заболевание, как легионеллёз. Особую опасность они представляют для систем горячего водоснабжения (в случае «недогрева» воды, подаваемой потребителю, неудовлетворительной циркуляции воды по системе), но, как показывает практика, системы холодного водоснабжения тоже становятся средой обитания таких бактерий. Причиной этому является повышение температуры в системе водопровода холодной воды, обусловленное отсутствием (или неудовлетворительным состоянием) тепловой изоляции, близким расположением стояков и магистралей горячего и холодного водоснабжения, а также застойные участки.
В работе [4] описаны результаты тепловизионного обследования коммуникационной шахты здания, предназначенной для размещения стояков водоснабжения и водоотведения. Согласно зафиксированным результатам, трубопровод холодной воды может нагреваться до +32°C, то есть до температуры, благоприятной для интенсивного развития бактерий. Вполне естественно, что при таких условиях функционирования системы водоснабжения санитарная безопасность воды будет снижаться. Не меньшей проблемой в отношении систем внутреннего водопровода из стальных труб является коррозия, причины которой подробно описаны в работе [5].
В целях улучшения органолептических и санитарно-микробиологических показателей качества воды, снижения жёсткости и концентрации железа многие водопотребители принимают решение об устройстве в своих квартирах установок доочистки воды. В целом, современные бытовые установки доочистки воды отличаются количеством ступеней очистки, разновидностью фильтров (вспененный полипропилен, уголь, нитяные фильтры), наличием или отсутствием мембран (обратноосмотических, нанофильтрационных, ультрафильтрационных) в составе установки, а также постфильтров, выполняющих в том числе функцию минерализатора (табл. 1). В целях обеспечения более высокой производительности установки доочистки воды могут дополнительно комплектоваться гидроаккумуляторами объёмом от 8 л. Стоимость установок составляет от 5 до 30 тыс. руб.
О необходимости устройства минерализатора (постфильтра) в составе мембранных установок доочистки воды споры учёных на сегодняшний день продолжаются: одни настаивают на его необходимости в целях повышения концентрации кальция, магния, калия и рН воды, прошедшей через мембрану, другие склонны полагать, что достаточное количество перечисленных солей содержится в продуктах питания. Наиболее распространённым видом загрузки минерализаторов является активированный кокосовый уголь и кальцит.
Рис. 1. Пурифайер напольный
Новинкой в сфере бытовых систем доочистки воды являются такие приборы как пурифайеры.
Пурифайер — это автомат по приготовлению питьевой воды со встроенными фильтрами и системой подогрева (охлаждения) воды. Приборы могут быть дополнительно укомплектованы ультрафильтрационными или обратноосмотическими мембранами, предполагают напольную (рис. 1) или настольную установку (рис. 2). Пурифайеры подключаются к системе внутреннего водопровода, стоимость их изменяется в широких пределах в зависимости от дополнительных функций (от 18 до 150 тыс. руб.).
Рис. 2. Пурифайер настольный
Производители отмечают, что пурифайеры более выгодны в эксплуатации (по стоимости 1 л подготовленной воды) в сравнении с кулерами, требующими весьма недешёвой систематической доставки бутилированной воды.
Ресурс фильтров бытовых установок доочистки воды составляет от 6 до 20 м³. Приобретение, монтаж, обслуживание и замена такого оборудования требуют немалых материальных вложений от их владельцев. Вместе с тем доказано, что устройство и функционирование централизованных систем, рассчитанных на массовое производство, всегда оказывается дешевле. Такой же принцип имеет место и в отношении водоподготовки в многоквартирных домах.
В настоящее время на этапе проектирования системы внутреннего водопровода жилого здания установки дополнительной водоподготовки предусматриваются скорее в отношении многоквартирных домов повышенной комфортности. Чаще всего в их числе оказываются высотные здания, являющиеся многофункциональными по назначению.
Действующая нормативно-техническая документация в сфере инженерных систем зданий не предъявляет требований в отношении необходимости устройства установок водоподготовки в многоквартирных домах.
Автором выполнен обзор производимых в настоящее время систем дополнительной подготовки воды, предлагаемых для многоквартирных жилых домов, а также отраслей промышленности, предъявляющих повышенные требования к качеству воды, используемой в технологических процессах. Так, в зависимости от конструктивных особенностей установки водоочистки можно классифицировать на мембранные и фильтровальные. Производительность установок различна, для выбора нужного варианта необходимы сведения о водопотреблении в здании. В целом для многоквартирных домов на 100 квартир и более целесообразно рассматривать варианты установок с производительностью от 1,5 м³/ч.
Мембранные высокопроизводительные установки доочистки воды (рис. 3), нацеленные на снижение её солесодержания, работают по принципу обратного осмоса.
Рис. 3. Установка обратного осмоса высокой производительности
Поскольку мембраны чувствительны к повышенной концентрации хлора и мутности воды (допускается не более 1,0 ЕМФ), такие установки рекомендуется эксплуатировать с предварительными фильтрами. Обратноосмотические мембраны поставляются комплектно со всем необходимым оборудованием: насосом, защитной автоматикой, приборами контроля.
Крупным российским производителем промышленных установок обратного осмоса является компания «Гейзер» (Санкт-Петербург), выпускающая продукцию под одноимённой торговой маркой (табл. 2). Цена установок, представленных в табл. 2, составляет от 400 тыс. руб. и возрастает с повышением производительности. Расход концентрата (воды, обогащённой растворёнными солями) составляет не менее 25%. Производитель сообщает о возможности возврата концентрата к точке ввода в установку.
Требования к качеству воды, направляемой на установки водоочистки, представлены в табл. 3.
Согласно данным табл. 3, можно сделать вывод, что качество воды, подаваемой в обратноосмотические установки, должно быть изначально достаточно высоким. Например, вода из централизованного водопровода перед подачей в установку может потребовать снижения показателей мутности, уменьшения содержания нефтепродуктов, а также снижения общей жёсткости и ограничения содержания железа и кремния.
Системы очистки воды на основе обратного осмоса предлагаются компанией Raifil, функционирующей на территории Российской Федерации. Все предлагаемые модели установок (табл. 4) укомплектованы префильтрами в целях увеличения срока службы мембран.
Большое разнообразие промышленных установок обратного осмоса серии «Экодар Осмос» предлагается российской инжиниринговой компанией «Экодар». Производитель гарантирует получение пермеата в количестве от 60 до 80% от очищаемого объёма воды. Модели установок сгруппированы по сериям в зависимости от исходного солесодержания воды и производительности (табл. 5).
Второй тип установок водоочистки, подходящих в том числе для многоквартирных домов, — это установки фильтровального типа.
В состав установок водоочистки фильтровального типа входят фильтры осветления (угольные фильтры), фильтры умягчения (с ионообменными смолами) и установки ультрафиолетового обеззараживания. Производительность установок от 1,5 до 15 м³/ч. Фильтры поставляются в стеклопластиковых ёмкостях (рис. 4), их стоимость составляет от 80 до 900 тыс. руб. Производителем таких установок на территории Российской Федерации является компания Diasel Engineering (ООО «НПК «Диасел»).
Рис. 4. Фильтры для доочистки воды компании Diasel Engineering
В работе [6] отмечается отсутствие выраженного влияния на качество водопроводной воды, подаваемой населению через централизованные сети, новизны труб водопроводной сети на уровне двора или дома. Это даёт основание полагать, что системы внутридомовой водоочистки не утратят своей актуальности до масштабной реновации сетей централизованного водоснабжения.
При этом анализ современных установок доочистки воды показал, что:
- бытовые установки доочистки отличаются числом картриджей, каждый из которых предназначен для выведения из воды определённого показателя (мутности, цветности, солей жёсткости, железа, бактерий и пр.);
- достаточную популярность имеют бытовые установки доочистки воды с мембранами (ультрафильтрации, нанофильтрации или обратного осмоса);
- в основе промышленных установок доочистки воды, как правило, предусматриваются мембраны обратного осмоса или фильтры с зернистой загрузкой — в первом случае может потребоваться предварительная очистка воды на зернистых фильтрах в целях продления срока службы мембран;
- расход концентрата (воды, обогащённой растворёнными солями) при использовании мембран достаточно высок и составляет не менее 20% — такая вода может быть отправлена в канализацию или возвращена в точку ввода в установку доочистки воды (при этом качество пермеата может снижаться).
Также следует отметить, что споры учёных о целесообразности установки минерализаторов (фильтров, повышающих содержание в воде солей) после мембран в составе установок доочистки воды на сегодняшний день продолжаются.
