По данным ВОЗ до 80% заболеваний передается водным путем и с ростом антропогенной нагрузки на окружающую среду актуальность возведения барьера на пути их распространения возрастает. Основным источником микробного загрязнения объектов водопользования, поверхностных и морских вод, почвы, подземных водоносных горизонтов, хозпитьевой воды являются хозяйственно - бытовые сточные воды.
Для таких вод характерен высокий уровень микробного загрязнения на фоне значительной концентрации взвешенных и органических веществ. В сточных водах населенных пунктов обнаруживаются многие виды патогенных бактерий, вирусов и паразитов. Болезни, вызываемые этими микроорганизмами, весьма различны и могут приводить к серьезным последствиям для здоровья человека.
Средством предотвращения распространения инфекционных болезней и защиты поверхностных и подземных водоемов от заражения является обеззараживание сточных вод. Современные станции очистки сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загрязнений, но и от патогенной микрофлоры. Совершенствование систем очистки позволяет в большей степени снизить бактериальную загрязненность и повысить качество воды. Однако даже самые высокоэффективные очистные сооружения не обеспечивают дезинфекции стоков без специальных устройств обеззараживания.
Обеззараживание хлорированием
В настоящее время промышленными методами, прошедшими проверку на крупных действующих сооружениях очистки воды, являются хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое (УФ) облучение. Несмотря на технические сложности при транспортировке, хранении и дозировании хлор-газа, его высокую коррозионную активность, потенциальную опасность возникновения чрезвычайных ситуаций, процесс хлорирования широко применяется до настоящего времени.
При всей распространенности метода хлорирования ему присущи и существенные технологические недостатки, в частности, недостаточная эффективность в отношении вирусов. После хлорирования при дозах остаточного хлора 1,5 мг/л в пробах остается очень высокое содержание вирусных частиц [1], поэтому даже хлорированные сточные воды остаются эпидемически опасными в отношении энтеровирусных заболеваний.
Другим серьезным недостатком является образование в воде под действием хлора хлорорганических соединений: хлороформа (ПДК = 0,2 мг/л), четыреххлористого углерода (ПДК = 0,006 мг/л), бромдихлорметана (ПДК = 0,03 мг/л), хлорфенола, хлорбензольных и хлорфенилуксусных соединений, хлорированных пиренов и пиридинов, хлораминов и др. Хлорорганические соединения по данным многочисленных исследований обладают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью.
Хлорирование сточных вод приводит к тому, что хлорпроизводные и остаточный хлор, попадая в естественные водоемы, оказывают отрицательное воздействие на различные водные организмы, вызывая у них серьезные физиологические изменения и даже их гибель, что приводит к нарушению процессов самоочищения водоемов.
Хлорорганические соединения способны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и, в конечном счете, по трофическим цепям попадать в организм человека. Содержание хлорированных углеводородов в рыбе, водорослях и планктоне находится в тесной корреляции с содержанием их в донных отложениях. Положение осложняется еще и тем, что существует опасность возможного неблагоприятного воздействия образующихся в процессе хлорирования галогенпроизводных углеводородов на здоровье населения через включение этих продуктов в пищевые цепи, например водоросли (планктон) - ракообразные - рыбы - человек, а также использование водоема в качестве источника водоснабжения.
Образование хлораминов также является крайне нежелательным явлением.Эти вещества по данным исследований многочисленных авторов, даже при очень низких концентрациях ядовиты для рыб. Исследования, проведенные в Нижнем Новгороде, показали высокую токсичность хлорированной воды для всего состава биоценоза водоема. Беспокойство, вызванное повышенной токсичностью следов остаточного хлора и хлораминов, привело к принятию администрацией многих штатов США (в частности, Калифорнии и Мериленда) требований, ограничивающих остаточную концентрацию хлора до 0,1 мг/л.
И, наконец, как уже было отмечено, существенным недостатком хлорирования является высокая токсичность хлора. При его транспортировании, хранении и использовании необходимо соблюдение специальных мер по обеспечению безопасности обслуживающего персонала, окружающей природной среды и населения. Запасы жидкого хлора на хлорных складах систем водоснабжения и канализации, зачастую размещенных в пределах селитебной застройки, представляют потенциальную опасность в плане возможности возникновения чрезвычайных аварийных ситуаций.
Особую опасность представляют хлорные хозяйства больших городов и крупных промышленных предприятий, на которых сосредоточены большие запасы жидкого хлора. Наличие больших хлорных хозяйств также открывает возможность для организации террористических актов. В связи с этим в последние годы разработаны и утверждены нормативные документы, существенно ужесточающие требования, относящиеся к процессам, связанным с применением хлора.
СаНПиН 2.1.4.027-95 увеличивает минимально допустимый размер санитар-но-защитной зоны до жилых и общественных зданий до 300 м вместо 100 м, ранее установленных СНиП 204.02-84. Между тем увеличение этих расстояний для действующих сооружений на практике часто не представляется возможным.
Новые "Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении жидкого хлора" (ПБХ-93,99) определяют необходимость внедрения ряда отсутствовавших ранее организационных и технических мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности хлораторных.
Выполнение комплекса дополнительных мероприятий требует реконструкции действующих хлора-торных и, как следствие, необходимости существенных капитальных вложений и дополнительных эксплуатационных расходов на обслуживание.
Обеззараживание сточных вод УФ излучением
Неудовлетворенность традиционной технологией хлорирования привела к тому, что в конце 60 - х и 70 - х годах начались активные работы, направленные на поиски новых методов обеззараживания сточных вод. В конце 70 - х годов в ряде развитых стран Европы и Северной Америки были созданы программы по развитию альтернативных хлорированию технологий обеззараживания природных и сточных вод (например, Программа Агентства защиты окружающей среды США в 1976 - 1984 гг.).
В результате работы по этим программам на основе серьезных достижений в области света и электротехники было создано оборудование по обеззараживанию природных и сточных вод ультрафиолетовым излучением, по своим технико-эксплуатационным показателям приемлемое для станций большой производительности. В нашей стране также велись аналогичные работы.
Так, на Курьяновской станции аэрации в 1958 - 1959 гг. проводились экспериментальные paботы по выявлению эффективности ультрафиолетового излучения. К сожалению, из-за недостаточного опыта была неправильно определена требуемая доза и, в следствие, была достигнута невысокая эффективность обеззараживания - 60 - 80%. На основании этих результатов был сделан вывод о недостаточной эффективности ультрафиолетового излучения для обеззараживания сточных вод, что привело к приостановке работы направленных на разработку установок УФ обеззараживания сточных вод.
За рубежом ситуация складывалась более благоприятно. Количество внедренных систем ультрафиолетового облучения для обеззараживания сточных вод растет с каждым годом. В руководстве по обеззараживанию сточных вод (США, 1996) приведены данные, что в Северной Америке в 1986 году только 50 очистных сооружений использовали системы ультрафиолетового обеззараживания (большинство с производительностью не более 158 м3/ч), в 1990 году уже было более 500 очистных сооружений (из них значительная часть производительностью более 1580 м3/ч), а к моменту издания руководства более 1000 сооружений использовали данный метод обеззараживания.
Уже в 1998 год* сообщается, что в мире ультрафиолетовые системы! действуют более чем на 2000 очистных сооружений для очистки сточных вод. Общий расход обрабатываема УФ облучением сточных вод составляет более 1 млн. м3/ч. В 1998 г. сообщалось, что во Франции, начиная с 1994 г., УФ обеззараживание внедрено на 30 станциях в Великобритании внедрено более чем на 100 станциях.
Применение УФ облучения для обеззараживания не имеет ограничений по производительности coopyжений - крупные УФ станции имеют производительность более 30 000 м3/ч на сооружениях в г. Квебеш (Канада), г. Миннеаполис (США).
Метод ультрафиолетового обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование, озонирование):
- УФ облучение летально для большинства водный бактерий, вирусов, спор. Оно уничтожает возбудителей! таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;
-
обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;
-
в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;
-
в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определние содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;
-
время обеззараживания при УФ облучении составляет 1 - 10 секунд в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;
-
достижения последних лет в светотехнике и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ комплексов. Современные УФ лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним выпускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;
-
для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и тем более озонировании, эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии (в 3 - 5 раз меньшими, чем при озонировании); отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах: жидком хлоре, гипохлорите натрия или кальция, а также отсутствием необходимости в реагентах для дехлорирования;
-
отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;
-
ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ.
Конструкция большинства современных установок для ультрафиолетового облучения воды основана на применении полностью погруженных в поток воды источников излучения. Бактерицидные лампы в установках расположены внутри кварцевых чехлов для защиты ламп от контакта с водой и обеспечения их оптимального температурного режима работы. При конструировании и эксплуатации ультрофиолетового оборудования следует учитывать, что поверхность кварцевых чехлов, имеющая контакт с водой, подвержена обрастанию. Обрастание может быть как органической природы (биопленка), так и неорганической природы (отложение солей). Степень обрастания зависит от температуры источника излучения и от показателей качества воды, таких как жесткость, щелочность, содержание железа, наличие маслянистых веществ и др.
Образование биопленки усиливается при отключении ультрофиолетовых ламп или при малой дозе облучения. На работающих УФ станциях обрастание чехлов связано, в основном, с отложением солей. Соли металлов находятся на кварцевых чехлах в аморфном состоянии, поэтому их можно легко удалить слабым раствором кислоты. В практике обслуживания УФ станций обеззараживания сточных вод широкое применение для очистки кварцевых чехлов нашли растворы фосфорной, щавелевой и лимонной кислоты, обеспечивающие эффективное удаление обрастания с их поверхности.
Период между промывками определяется качеством подающихся на обеззараживание сточных вод и может сильно варьироваться. Опыт эксплуатации указанных выше установок выявил большое различие в скоростях обрастания чехлов. В период эксплуатации установки на очистных сооружениях Курьяновской станции аэрации интенсивность ультрафиолетового излучения в камере облучения из-за обрастания чехлов снижалась на 30% за 2 - 3 месяца. При эксплуатации на очистных сооружениях Зеленоградской станции аэрации не было обнаружено заметного спада излучения за период более полугода. Таким образом, период между промывками для различных очистных сооружений может колебаться от месяца до года.
Эффективная работа УФ оборудования может быть обеспечена только при правильном выборе типа и количества ультрафиолетовых установок, грамотной их эксплуатации. Кроме того, в России применение ультрафиолета для обеззараживания регламентируется методическими указаниями МУ 2.1.5.732-99 "Санитарный надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением".
В этом документе указывается, что установки должны быть оснащены:
- датчиками измерения интенсивности ультрафиолетового излучения в камере обеззараживания;
-
системой автоматики, гарантирующей звуковой и световой сигналы при снижении минимальной заданной дозы;
-
счетчиками времени наработки ламп и индикаторами исправности каждой лампы;
-
системой механической или химической очистки кварцевых чехлов, позволяющей производить процесс очистки без разборки и демонтажа установки;
-
кранами для отбора проб воды на бактериологический анализ.
Если УФ оборудование не имеет указанных элементов, то контроль за эффективностью обеззараживания невозможен и эксплуатация такого оборудования недопустима.
ВЫВОДЫ
На различных очистных сооружениях в ходе проведения технологических обследований были выявлены общие закономерности и связи между физико-химическими показателями качества сточных вод и величиной УФ дозы, необходимой для достижения нормативных микробиологических требований.
Результаты работы УФ систем на многих сооружениях в различных городах России выявили высокую эффективность и надежность использования данной технологии для полномасштабного применения на крупных очистных сооружениях. Таким образом, на основании обширных научных и технологических исследований выработан комплексный подход к внедрению технологии ультрафиолетового обеззараживания сточных вод.
Однако эти исследования также показали, что не существует однозначной зависимости между этими параметрами для разных очистных сооружений. Следовательно, для обеспечения эффективности обеззараживания с помощью ультрафиолетового излучения и выбора оптимального количества и типа УФ оборудования необходимо проведение технологического обследования ОСК. Кроме этого, для крупных УФ станций с целью отработки технологического регламента эксплуатации рекомендуется проведение опытно-промышленных испытаний.
Эффективное обеззараживание и контроль за этим процессом возможен лишь при соответствии характеристик и конструкции УФ оборудования нормативным требованиям МУ.2.1.5.732-99.
Опыт многочисленных НИР и ОКР многолетний практический опыт эксплуатации на крупных коммунальных объектах водоснабжения и канализации, наличие универсальных проектных решений, разработанных проектными институтами, налаженный серийный выпуск широкой номенклатуры УФ оборудования на уровне лучших мировых образцов позволяют в настоящее время осуществлять крупномасштабное внедрение этой технологии в России.
Меню
