Методы обеззараживания воды

Для дезинфекции  сточных вод применяются хлорирование, озонирование, ультрафиолетовое облучение.

Хлорирование. Для  обеззараживания сточной воды хлорированием  используют хлорную известь, хлор и  его производные, под действием которых бактерии, находящиеся в сточной воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток.

Несмотря на высокую эффективность в отношении  патогенных бактерий, хлорирование при  дозе остаточного хлора 1,5 мг/л не обеспечивает необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов. Другим негативным свойством хлорирования является образование хлорорга-нических соединений и хлораминов. Хлорорганические соединения обладают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью, способны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и в конечном счете попадать в организм человека.

Для канализационных  очистных сооружений, расположенных  в приморских населенных пунктах, могут  быть рекомендованы электролизные установки для получения дезинфицирующих соединений из морской воды. Высокое бактерицидное действие активного хлора, получаемого электролизом воды Каспийского моря, является результатом наличия в морской воде значительного количества сульфат-ионов, вследствие чего, помимо гипохлорита натрия, образуются серосодержащие соединения, также обладающие бактерицидным действием. При электролизе этой воды оптимальной является температура 60-80°С. При получении гипохлорита натрия из морской воды, расход которой составляет 4 л на 1 м3 сточной воды, затрачивается до 3 кВт-ч электроэнергии.

Обработка сточной  воды гипохлоритом натрия по стоимости  практически равноценна обработке  хлором и в 1,5-2 раза дешевле, чем обеззараживание  хлорной известью.

Выбор метода обеззараживания сточной воды производят, руководствуясь расходом и качеством обрабатываемой воды, эффективностью ее предварительной очистки, условиями поставки, транспорта и хранения реагентов, возможностью автоматизации процессов и механизации трудоемких работ.

Количество активного  хлора, вводимого на единицу объема сточной воды, называется дозой хлора  и выражается в граммах (г/м3).

Для снижения Coli-форм на 99,9% требуются следующие дозы хлора, г/м3: – после механической очистки 10; – после химической очистки 3-10; – после полной и неполной биологической очистки З-5 – после фильтрования на песчаных фильтрах 2-5

Хлор, добавленный  к сточной воде, должен быть тщательно  перемешан с ней, а затем находиться в контакте со сточной водой не менее чем 30 мин, после чего количество остаточного хлора должно быть не менее 1,5 г/м3.

Установка для  хлорирования газообразным хлором имеет  хлора-торную, смеситель, контактные резервуары. После испарителя газообразный хлор проходит грязевик, фильтр и затем  подводится через хлораторы ЛОНИИ-СТО (рис. 14.18) к эжекторам индивидуального изготовления, в которые насосами-повысителями подается водопроводная вода. После этого хлорная вода отводится из хлораторной потребителю. Для обеззараживания сточных вод хлорная вода подается в одну точку. Предусмотрен также вариант подачи потребителю газообразного хлора.

Рис. 14.18. Хлоратор ЛОНИИ – СТО: 
1 – запорный вентиль; 2 – фильтр; 3 – мембранная камера; 4 и 7 – манометры;5 – редукционный клапан; б – тройник; 8 – регулирующий вентиль; 9 и 11 – соединительные трубки; 10 – ротаметр; 12 – смеситель хлоргаза с водой

В ОАО ЦНИИЭП инженерного оборудования разработан проект хлораторной для обеззараживания сточных вод производительностью 25 кг/ч товарного хлора. Установку для хлорирования сточной ВОДЫ хлорной известью применяют на небольших станциях при расходе сточных вод до 1000м3/сут.

ОАО НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды совместно с ПКБ АКХ разработаны электролизные установки для получения обеззараживающего хлорагента гипохлорита натрия на месте потребления из обычной технической соли (табл. 14.3), который основан на получении хлора и его взаимодействии со щелочью в одном и том же аппарате – электролизере.

Серийно выпускаются  электролизные установки ЭН непроточные  с графитовыми электродами пропускной способностью до 100 кг/сут по активному  хлору (рис. 14.19).

Рис. 14.19. Схема  электролизной установки непроточного типа: 
1 – растворный бак для соли; 2 – электролизёр; 3 – бак-накопитель гипохлорита натрия; 4 – выпрямительная установка; 6 – распределительная решётка; 7 – поплавок; 8 – трубопровод для подачи рассола; ВГВ2 – вентили

Достаточная эффективность  обеззараживания очищенной сточной  воды гипохлоритом натрия наступает  обычно при его концентрации 1,5-3,5 мг/л (в зависимости от хлоропоглощаемости); содержание избыточного хлора при этом составляет 0,3-0,5 мг/л. Эффективность обеззараживания сточной воды зависит от температуры лишь при введении малых доз гипохлорита натрия. Продукты электролиза в некоторой степени способствуют ускорению процессов коагулирования и осаждения взвешенных веществ. В настоящее время этот метод применяют для обработки небольших объемов сточных вод на станциях, удалённых от мест производства хлора.

При проектировании электролизной установки можно  использовать проекты, разработанные Гипрокоммунводоканалом для очистных сооружений с расходом хлора 1 -200 кг/сут.

Контактные резервуары (рис. 14.20) предназначены для обеспечения  расчетной продолжительности контакта очищенных сточных вод с хлором или гипохлоритом натрия, их следует проектировать как первичные отстойники без скребков; число резервуаров принимается не менее 2. Допускается барботаж воды сжатым воздухом при интенсивности 0,5 м /м ч.

При обеззараживании  сточных вод после биологических  прудов допускается выделять отсек  для контакта сточных вод с хлором.

Рис. 14.20. Контактные резервуары шириной 6 м (две секции): 
1 – распределительная камера; 2 – впускной лоток; 3 – струенаправляющий щит; 4 – приямок осадка; 5 – сборный лоток; 6 – трубопровод опорожнения; 7 – воздухопровод

Осадок удаляется  периодически после слива отстоенной воды. Размеры типовых контактных резервуаров приведены в табл. 14.4.

Кроме соединений хлора, для очистки сточных вод могут быть использованы соединения брома и йода, например, хлорид брома. Взаимодействие хлорида брома в воде сходно с поведением хлора. Иод также не находит применения в процессах очистки сточной воды из-за высокой стоимости: при сравнении эффективности дезинфекции одинаковых сточных вод дезинфекция йодом стоит в 15-20 раз дороже, чем дезинфекция хлором.

Озонирование. Наиболее распространенным химическим методом  обеззараживания воды с использованием соединений кислорода является озонирование (озон-аллотропная модификация кислорода). Озон обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззараживания воды даже по отношению к спорообразующим бактериям. Благодаря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мембраны и стенки. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень очистки и обезвредить различные токсичные соединения.

Исследования  по токсикологической оценке озонирования показали отсутствие негативного воздействия обеззараженной воды на организм теплокровных животных и человека.

Эффект озонофлотации  позволяет отказаться от применения фильтров доочистки перед озонированием  и снизить затраты на проведение процесса.

В настоящее  время в отечественной практике применяются трубчатые озонаторы различной конструкции (озонаторы типа ОПТ изготовляются Курганским заводом химического машиностроения). Они работают при частоте тока 50 Гц. Озонаторы комплектуются необходимыми средствами управления и контроля, автоматическими блоками компремирования воздуха, осушителями воздуха, водоотделителями, автоматическими блоками с озоном или с его водными растворами, которые изготовлены из устойчивых противокоррозионных материалов – нержавеющей стали, алюминия или пластических масс.

Основные факторы, сдерживающие и затрудняющие широкое использование озона, обусловлены относительно высокой его себестоимостью, что определяется невысоким качеством озонаторных установок промышленного типа, пропускной способностью 10-50 кг/ч и малой степенью использования (50 – 70%) озона в существующих конструкциях смесителей с водой.

Ультрафиолетовое  обеззараживание. Предлагаемый способ не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах  воды и действует не только на бактериальную  флору, но и бактериальные споры. Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следовательно, вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать непосредственно в систему оборотного водоснабжения или в водоем. Из числа возможных альтернатив хлорирования в технологической схеме очистки сточных вод предпочтение можно отдать применению ультрафиолетовых лучей, так как дезинфекция с их помощью не оказывает токсического влияния на водные организмы и не приводит к образованию вредных для здоровья химических соединений.

Эффект обеззараживания  основан на воздействии ультрафиолетовых лучей с длиной волны 200-300 нм на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы  микробных клеток. Бактерицидный  эффект зависит от прямого воздействия  ультрафиолетовых лучей на каждую бактерию. Обработанная ультрафиолетовым излучением вода должна иметь достаточную прозрачность, поскольку в загрязненных водах интенсивность проникновения УФ-лучей быстро затухает, что ограничивает использование УФ установок для обеззараживание сточных вод. Обеззараживание воды происходит вследствие фотохимического воздействия на бактерии ультрафиолетовой бактерицидной энергией, излучаемой специальными лампами.

Установки УФ-обеззараживания  комплектуются ртутными лампами  двух типов: высокого и низкого давления. Достоинство аргон-ртутных ламп низкого давления состоит в том, что основное излучение их совпадает с энергией максимального бактерицидного действия. В ртутном разряде низкого давления (3-4 мм рт ст.) около 70% всей излучаемой мощности приходится на область ультрафиолетовых лучей.

Однако относительно небольшая потребляемая электрическая  мощность (15-60 Вт) ограничивает их применение в установках небольшой производительности для обеззараживания воды (до 20-30 м3/ч).

Исследования  показали, что для обеззараживания воды могут быть использованы аргон-ртутные лампы низкого давления (так называемые “бактерицидные”) и ртутно-кварцевые лампы высокого давления.

Лампы высокого давления (по сравнению с лампами  низкого давления) обладают более  высокой мощностью УФ-излучения, но и более низким энергетическим коэффициентом полезного использования излучения. Влияние УФ-установок на сточные воды зависит от типа ламп. Лампы с высокой энергией излучения и “размытым” спектром излучаемых волн наряду с бактерицидным эффектом обладают эффектом окислительного воздействия. Механизм такого воздействия заключается в образовании свободных радикалов и пероксида водорода при фотолизе. Распад пероксида водорода в сточной воде сопровождается образованием вторичных свободных радикалов, вовлечением кислорода и растворенных в воде ионов металлов в процессы окисления загрязняющих веществ. Негативным последствием “размытого” спектра является процесс интенсивного потемнения кварцевых чехлов под действием излучения, что снижает КПД и срок использования ламп.

Ртутно-кварцевые  лампы высокого давления (400-800 мм рт. ст.) имеют потребляемую мощность 1000-2500 Вт и излучают большое количество концентрированной бактерицидной  энергии, поэтому они вполне применимы  для обезвреживания больших масс воды, имеющей небольшое бактериальное загрязнением и хорошие санитарно-химические показатели. Максимально допустимый срок службы ламп установлен 4500-5000 часов фактической продолжительности горения.

На рис. 14.21 приведена  установка ультрафиолетового обеззараживания. Конструкция установки, получившая название «Лит», разработана для обеззараживания воды совместным воздействием Уф-облучения и фо-толитического озона. Установка состоит из эжектора специальной конструкции, установленного на входе в блок обеззараживания, трубопроводов с запорной арматурой и пускорегулирующей аппаратуры.

Рис. 14.21. Установка  ультрафиолетовой дезинфекции сточных  вод

При расчете  установок для обеззараживания воды интенсивность бактерицидного излучения необходимо определять на расстоянии 1 м от центра ламп. Расчетная величина бактерицидного потока ламп должна приниматься на 30% ниже номинала, так как именно на эту величину происходит ослабление потока в конце срока службы ламп. Надо учитывать коэффициент поглощения водой бактерицидного излучения а, который зависит от санитарно-химических показателей обрабатываемой воды. Наибольшее поглощение вызывает цветность воды, тогда как содержание в воде солей жесткости оказывает на поглощение малое влияние при обработке питьевой воды. То же можно отнести и к сточной воде, чем выше загрязненность по взвешенным веществам и БПК, тем меньше коэффици-ент поглощения, который следует в каждом конкретном случае определять экспериментально.

Например, для  питьевой воды, отвечающей принятому  ГОСТу, коэффициент поглощения облучаемой воды принимается для подземных  глубоких вод – 0,1 см-1, для родниковой, грунтовой, инфильтрационной -0,15 см-4, для  обработанной воды поверхностных источников – 0,3 см-1.

Немаловажное  значение при обработке воды бактерицидными лампами является сопротивляемость бактерий воздействию излучения. Находящиеся  В воде микроорганизмы обнаруживают различную сопротивляемость действию бактерицидных лучей. Критерием стойкости различных видов микроорганизмов может служить количество бактерицидной энергии, необходимой для заданной степени обеззараживания воды, выраженной отношением конечного количества бактерий Р к их начальному количеству Р° в единице объема воды. Это отношение называется степенью обеззараживание.

Коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий характеризует  количество бактерицидной энергии  и зависит от вида бактерий. Эффект обеззараживания воды определяется по количеству оставшихся в живых бактерий кишечной палочки, т.к. они имеют повышенную сопротивляемость воздействию бактерицидных лучей по сравнению с патогенными неспорообразующими бактериями. Коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий в мквт-с/см2 – принимается равным 2500.

Применение источников бактерицидного излучения для обеззараживания  воды возможно как при размещении их в воздухе над свободной  поверхностью облучаемой воды, так  и при погружении в воду в кварцевых  чехлах, защищающих лампы от влияния  температуры воды.

Опыт эксплуатации УФ установок за рубежом показал, что самые значительные эксплуатационные затраты обусловливаются необходимостью замены ультрафиолетовых ламп и возможной их чистки в период работы.

Другие методы обеззараживания. Перманганат калия. Этот реагент взаимодействует с органическими и неорганическими веществами, что препятствует его дезинфицирующему действию, в результате оно оказывается намного ниже, чем у хлора и озона. Дезинфицирующее действие пи-роксида водорода также проявляется при высоких дозах.

Известь. Известкование  применяется обычно в сочетании  с удалением аммонийного азота  из сточных вод отдувкой. Необходимый  гигиенический эффект при обработке  сточных вод достигается при  использовании больших доз реагентов, что сопровождается образованием огромного количества осадка. Этот факт, так же как и высокая стоимость обеззараживания этим методом, существенно ограничивает применение известкования и делает его неприемлемым для использования на малых, средних и крупных станциях аэрации.

Феррит натрия. Твердая соль, содержащая железо в степени окисления (+6), служит одновременно окислителем и коагулянтом. Это один из самых эффективных неорганических дезинфектантов, однако его использование связано с проблемами синтезирования реагента и не вышло из стадии лабораторных испытаний. Мало распространенным реагентом является перуксусная кислота. Опытно-промышленные испытания в Англии показали ее эффективность.

Радиационное  обеззараживание. Гамма-установки типа РХУНД работают по следующей схеме: сточная вода поступает в полость сетчатого цилиндра приемно-разделительного аппарата, где твердые включения (бинты, вата, бумага и т.п.) увлекаются вверх шнеком, отжимаются в диффузоре и направляются в бункер-сборник. Затем сточные воды разбавляются условно чистой водой до определенной концентрации и подаются в аппарат гамма-установки, в котором под действием гамма-излучения изотопа Со60 происходит процесс обеззараживания. Обработанная вода сбрасывается в канализационную систему городских сточных вод.

Статьи  по теме: 
Депонирование осадков сточных вод 
Утилизация осадков бытовых сточных вод 
Сжигание осадков сточных вод 
Термическая сушка осадков сточных вод 
Механическое обезвоживание осадков сточных вод 
Иловые площадки и иловые пруды 
Песковые площадки 
Обеззараживание осадков сточных вод 
Реагентная и биотермическая обработка осадков сточных вод 
Стабилизация осадков сточных вод и активного ила в анаэробных и аэробных условиях