ПРОЦЕССЫ ПРИРОДНОГО САМООЧИЩЕНИЯ ВОДЫ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ

1 - А.И. Калинин, 2 - М.Я. Семкович, 3 - А.В. Яковлев

1-ЗАО «Руспромремонт», Санкт-Петербург;

2-Научно-исследовательский центр 26 ЦНИИ МО РФ, г. Санкт-Петербург;

3-ГлавКЭУ МО РФ, г. Москва.

О дефиците питьевой воды на планете написано достаточно. В России, самой богатой водными ресурсами стране, только один процент исходной воды поверхностных источников питьевого водоснабжения соответствует нормативам качества. В Карелии, стране рек и озер, где обеспеченность водными ресурсами превосходит среднероссийские показатели в 2-3 раза, - около 70% проб воды, поступающей в разводящие сети населенных пунктов, не отвечают гигиеническим требованиям, предъявляемым к питьевой воде (Водные ресурсы…, 2006). Во многом это объясняется интенсивной техногенной и агропромышленной деятельностью, направленной прежде всего на удовлетворение сиюминутных потребностей человечества и недостаточным вниманием к сбережению водных ресурсов для последующих поколений. Несовершенство технологий очистки загрязненных вод, которые существенно не менялись на протяжении столетий, вносят свой вклад в проблему. Поэтому так актуальны сегодня поиски новых подходов и разработка новых дешевых и эффективных технологий питьевого водоснабжения.

Современные технологии очистки и доочистки воды основаны на «индустриальных» методах, связанных с технологиями получения сверхчистых полупроводниковых материалов, обогащением и разделением изотопов для атомной промышленности. Основными из них являются: сорбционные, ионообменные, мембранные и дистилляционные. Для обеззараживания воды применяется обработка хлором или хлорсодержащими реагентами; реже – озонирование и УФ-облучение.

Каждый из этих методов имеет существенные недостатки, влияющие на качество обработанной воды.

Метод дистилляции используется для обессоливания воды в тех регионах, где пресная вода вообще отсутствует. Для этой цели сооружают даже атомные станции (п-ов Мангышлак, г. Шевченко). Вода после дистилляции полностью обессолена и даже после добавления определенного количества солей – она остается «искусственной». То же самое относится к другим упомянутым методам: очищая воду от присутствующих в ней опасных загрязнений мы получаем искусственную воду, в которой нарушена природная структура и солевой баланс макро- и микроэлементов.

Промышленные сорбенты, мембраны и другие компоненты современных технологий очистки воды сами часто являются источниками загрязнения воды (хотя и в малых количествах) токсичными веществами, т.к. изготавливаются химической промышленностью, часто из чрезвычайно токсичного сырья (например, ионообменные смолы и мембраны – это, как правило, сополимеры полистирола и дивинилбензола).

Широко применяемый в очистке воды активированный уголь при взаимодействии с водой, содержащей хлор (например, водопроводной водой) может образовывать высоко токсичные хлорорганические соединения (Скоробогатов и др., 2003). Поэтому ВОЗ рекомендует исключить применение активированного угля в процессах водоподготовки.

Обеззараживание с помощью озона и УФ-облучения нарушает структуру воды и связано с образованием в воде активных радикалов (оксидантов).

Нельзя забывать о том, что производство синтетических сорбентов, основанное на химических энергоемких процессах с большим водопотреблением, дает в результате большое количество токсичных отходов, загрязняющих окружающую среду.

В природе постоянно идут процессы самоочищения. Если бы их не было, мы давно утонули бы в отходах производств и жизнедеятельности. В одних местах на Земле эти процессы идут более интенсивно, в других - менее. Изучение механизмов самоочищения и способов их интенсификации может, на наш взгляд, решить многие проблемы экологии и сбережения водных ресурсов на планете.

Вода, как известно, находится в кругообороте. Почти на всех стадиях кругооборота происходит ее самоочищение. Основной, глобальный механизм – дистилляция (испарение-конденсация) происходит в гидросфере (моря, океаны, озера, реки – атмосфера). Выпадающие осадки на поверхности земли подвергаются биологической очистке в реках, болотах и водоемах, с участием микробов, бактерий микро- и макрофлоры. Атмосферные осадки собираются в поверхностных водоемах, из которых, благодаря фильтрации через горные породы и минералы, образуются подземные водные запасы. На этапе фильтрации происходят наиболее интересные процессы самоочищения. Здесь можно различить и мембранные (капиллярные) механизмы, и ионный обмен, и обеззараживание. В зависимости от того, какие породы и минералы участвуют в процессе формирования подземных вод, их состав будет различным по химическим и органолептическим показателям. Считается, что подземные воды наиболее защищены от поверхностных загрязнений и антропогенной деятельности. Однако, вблизи больших промышленных центров с производственными отходами, а также в районах интенсивного ведения сельскохозяйственной деятельности, наблюдается загрязнение даже подземных запасов пресной воды (Водные ресурсы…, 2006).

Изучая и моделируя природные процессы самоочищения, происходящие в поверхностных источниках, питающихся подземными водами (родники, скважины) и зная состав пород на которых формируются эти воды, можно смоделировать природные технологии и использовать их для очистки любых, даже сильнозагрязненных вод. Иллюстрацией этому служит изучение и моделирование легендарного источника «Царевин Ключ», расположенного в Заонежье, вблизи Зажогинского месторождения шунгитов. Авторы досконально изучили механизм образования воды для данного источника, что позволило смоделировать процессы в лабораторных условиях и создать устройства для очистки и кондиционирования питьевой воды. Более подробное описание результатов проведенных исследований содержится в монографии (Скоробогатов и др., 2003).