Магистерская диссертация на тему Достоинства и недостатки обеззараживания природной воды методом ультрафиолетового облучения. Магистерская про УФО. Достоинства и недостатки обеззараживания природной воды методом ультрафиолетового облучения
 Скачать 2.2 Mb.
|
|
2.5 Выводы по 2 главе 1. Понимая, что все моря, реки и озера - все источники водоснабжения отличаются друг от друга по содержащимся в них веществам, в нашем случае это загрязнения различного характера, говорит что мы должны индивидуально подходить к очистке каждого из них. 2. Ультрафиолетовое обеззараживание на станциях водоснабжения в системах водоподготовки, относительно остальных стадий очистки воды, может быть использовано на предварительном или заключительном этапах обеззараживания воды: 3. На стадии предварительного этапа очистки воды ультрафиолетовое обеззараживание чаще всего используется как метод, альтернативный первичному хлорированию, если конечно параметры исходной воды позволяют это сделать. Также возможно комплексное использование УФ- облучения с химическими методами, при котором можно будет сократить дозу реагента. 4. Требуемая степень обеззараживания на предварительном этапе прописывается в техническом регламенте, индивидуально для каждой конкретной станции водоподготовки, в зависимости от источника водоснабжения на основе исследований и опыта работы других станций с похожими условиями. 5. На стадии заключительного этапа очистки воды ультрафиолетовое обеззараживание используется как отдельно, так и в сочетании с химическими методами обеззараживания. Потому что, в любой даже практически самой совершенной системе водоподготовки, в которой может присутствовать такие методы очистки как мембранная фильтрация или обратный осмос, ультрафиолетовое облучение включают как конечный гарант безопасности. 6. При выборе схемы обеззараживания отталкиваются в основном от анализа параметров источника водоснабжения (цветность, мутность воды, содержание различных веществ, техническое состояние сетей и т.д. и т.п.). 73 7. На всех рассмотренных, и не только, станциях водоснабжения отмечается повышение эффективности очистки и качества воды с применением в системах водоподготовки этапа УФ-обеззараживания. 74 3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДОПОДГОТОВКИ 3.1 Интенсификация процесса обеззараживания воды технологией совмещения ультрафиолета и ультразвука В ходе работы установок ультрафиолетового обеззараживания выявлено, что защитные кварцевые чехлы ламп подвержены обрастанию отложениями органического и минерального состава. Данное явление будет постепенно ограничивать эффективность обеззараживания. Что в итоге приводит к остановке процесса работы оборудования для очистки поверхности стекол. Введение в зону обработки упругих колебаний достаточной мощности с ультразвуковой частотой позволяет получить уровни обеззараживания, достижение которых только лучевой энергией невозможно. Причем достижение нужных уровней инактивации может быть обеспечено при более низких суммарных уровнях энергии, что обуславливает невысокую себестоимость обеззараживания воды при стабильном результате. В воде под действием различных ультразвуковых частот происходит разрушение микроорганизмов, разделение бактериальных кластеров и преобразование органических фаз. Параллельно при этом одновременно с ультразвуковым воздействием происходит бактерицидное воздействие ультрафиолетового облучения. Эти процессы происходят совместно в одной камере, ударяя комплексным действием. Колебания ультразвуковой частоты распространяются по воде, заставляя колебаться все внутренние поверхности камеры УФ- реактора, что, собственно вкратце, и препятствует биообрастанию и соляризации поверхности, как стенок камеры реактора, так и, что самое главное, защитных чехлов ультрафиолетовых ламп. Таким образом, благодаря ряду процессов, происходящих одновременно, поддерживается стабильный уровень обеззараживания воды в течении всей работы установки. В итоге по статистическим данным это позволяет повысить эффективность обработки воды в целом при сопоставимой мощности УФ-облучения до 10 3 раз (см. рис. 3.1) и практически полностью уничтожить (фотохимическая очистка) любые микроорганизмы. 75 Рисунок 3.1 – Логарифм инактивации эндоспор Bacillus sutillis Совместное использование технологии «Ультразвук + Ультрафиолет» для обеззараживания воды с традиционными технологиями позволяет существенно уменьшить использование химических средств дезинфекции. Например, использование «Ультразвук + Ультрафиолет» для бассейнов позволяет исключить «цветение» воды, а также снизить концентрацию хлора. Так использование технологии «Ультразвук + Ультрафиолет» в бассейнах с жесткой водой на бассейновых объектах в Англии (Ливерпуль, Манчестер) позволило снизить концентрацию активного хлора с 3,6÷3,4 мг/л до 0,05÷0,1 мг/л, а также расход флокулянтов и коагулянтов в 2-3 раза. При этом обеспечивалось высокое качество воды. Побочные продукты, образующиеся при обеззараживании питьевой воды и сточных вод в результате химических реакций между средствами дезинфекции и молекулами органических веществ, присутствующими в воде, могут быть причиной возникновения неприятного вкуса и запаха воды, либо образования в воде токсичных или канцерогенных веществ. Поэтому технология «Ультразвук + Ультрафиолет» реализованная в бактерицидных установках успешно используется для обеззараживания воды как в системах индивидуального использования, так и в промышленных масштабах. Как пример можно привести результаты длительного исследования 76 обеззараживающих свойств бактерицидных установок «Лазурь», проведенного одной из крупнейших в мире компаний по производству средств водоочистки Rand Water Board в Южно-Африканской Республике в 1998 – 2003 г.г. По заключению специалистов этой компании, использование данного способа обеззараживания воды, по сравнению с традиционными УФ методами (при промышленных производительностях установок), эффективнее в 100–1000 раз, а экономические затраты на обработку 1 м 3 в 2…3 раза ниже (см. табл. 3.1 и рис. 3.2). Таблица 3.1 – Сравнение эффективности бактерицидных установок «Лазурь» с традиционными УФ-установками других производителей Входная концентрация (орг/мл) Выходная концентрация (орг/мл) УФ УФ+УЗ 1. Тест: E. Coli 2•106 99,99 99,9999 2. Тест Aspergollus niger * 8•106 8•105 6,6•103 * (самая сильная из известных спора плесени). Этот вид спор плесени эффективно не уничтожается ни ультрафиолетом, ни озоном. Рисунок 3.2 – Сравнение эффективности бактерицидных установок «Лазурь» с традиционными УФ-установками других производителей В диапазоне ультрафиолетового излучения 250 - 270 нм происходит эффективная инактивация ооцист криптоспоридий, поэтому для 77 обеззараживания воды могут использоваться лампы низкого и среднего давления. В России методы обеззараживания и действующие нормы по дозам ультрафиолетового облучения в 16-25 мДж/см2 для питьевой воды и 30 мДж/см2 для хозяйственно-бытовых и промышленных не обеспечивают необходимой инактивации патогенной микрофлоры. Более того, следует учесть естественный процесс эволюции и повышение устойчивости микроорганизмов к воздействию популярных методов обеззараживания, таким как хлор, озон и ультрафиолет. Ведущие научные центры в своих отчетах дают понять, что за последние девятилетия устойчивость микроорганизмов к хлору повысилась в 5 раз, к озону - в 2-3 раза, к ультрафиолету - в 4 раза. Отсюда может следовать только, что с учетом дальнейшего повышения устойчивости микроорганизмов к распространенным методам обеззараживания, необходимо будет при проекты будущих оборудований закладывать уровни воздействия с учетом динамики роста сопротивляемости микроорганизмов. Поэтому на сегодняшний день в развитых странах в нормах уже учтен данный нюанс и минимальная доза ультрафиолетового облучения составляет 40 мДж/см 2 , а для проектируемых станций закладывается доза ультрафиолетового облучения уже в 70…100 мДж/см 2 . Поэтому производители оборудования, из-за необходимости увеличения себестоимости изготовления, не спешат учитывать современные требования. Иногда для борьбы с конкурентами составляются псевдонаучные отчеты публикуются статьи, подписываемые учеными, чьи научные интересы даже не пересекались с обсуждаемой темой. Особую озабоченность вызывает то пренебрежение к читателям, с которым мы сталкиваемся, читая публикации где эти авторы, предполагая, что никто не захочет переводить текст с иностранного языка, производят прямой подлог результатов исследования зарубежных ученых с положительных на отрицательные. Так по данным Blume T., Neis Г., которые провели большой объем исследований в рамках своей работы «Стерилизация вод ультразвуком в комбинации с обычными процессами дезинфекции», проведенной с 78 01.11.2000г. по 31.10.2004 г. в Technische Universitat Hamburg-Harburg подтверждено, что: «…комбинация процесса «Ультразвук + Ультрафиолет» не только эффективна, но и энергетически предпочтительнее, чем только ультрафиолетовое облучение» (см. рис. 3.3). Мы видим, что после 5 сек. ультразвука и 10 сек. УФ облучения получается степень инактивации, недостижимая даже после 30 сек. обработки среды только ультрафиолетом. Но и эти 30 сек. только УФ облучения не достаточны для достижения необходимого уровня дезинфекции, предписанного директивными документами. Рисунок 3.3 – Результаты исследований воздействия УФ + УЗ Одним мифом о вредности ультразвука является то, что его механическое воздействие увеличивает общее число микроорганизмов в воде. На самом деле количество микроорганизмов не изменяется, но при существующей методике измерений тщательное перемешивание влияет на их количество в заборной пробе. После механической очистки частота выделения вирусов может незначительно возрастать за счет дезагрегирования крупных конгломератов и реадсорбции вирусов. Высокие технико-эксплуатационные показатели выпускаемого оборудования, обеспечивают промышленную востребованность технологии 79 «Ультразвук + Ультрафиолет» и современный уровень развития УФ- технологии, что в целом создает благоприятные условия для многочисленного применения данных установок различных больших городах и крупных промышленных предприятиях. В настоящее время несколько ведущих производителей оборудования для гарантированно качественной обработки воды ведут научные разработки и предлагают технологию совмещенной обработки: Один из них - германская фирма «Grunbeck Wasseraufbereitung» еще 11 лет назад предложила систему «GRUNBECK GENO Break System IV», основанную на комбинации блоков ультразвукового и ультрафиолетового излучения и позволяющую уничтожать легионелл и их промежуточных хозяев амеб. Ими выпускаются несколько модификаций этой установки. В последние годы интенсивно разрабатывает и внедряет комбинированную «Ультразвук + Ультрафиолет» обработку воды международный консорциум «Atlantium». Созданы и успешно внедряются установки серии «RZ 104». Применение ультразвука позволяет достичь приведенной дозы по ультрафиолету до 120 мДж/см 2 Фирма называет этот метод «гидрооптической дезинфекцией воды». Они уже внедряют свои установки в России на заводах корпораций по розливу напитков «The Pepsi Bottling Group», «Coca-Cola» и московском пивобезалкогольном комбинате «Очаково» с 2008г.. Коллектив российских ученых различных направлений более 10 лет проводил работы по оценке эффективности губительного воздействия в воде на яйца гельминтов, цисты патогенных кишечных простейших, с помощью только УФ и «Ультразвук + Ультрафиолет» методов обеззараживания воды, врезультате которых смогли дать оценку данным методам в санитарно- паразитологическом отношении. Экспериментальные исследования технологии совместного воздействия ультрафиолетового излучения и ультразвука по определению паразитоцидного эффекта с использованием биотестирования в различных гидродинамических 80 режимах эксплуатации установки показали, что полный паразитоцидный эффект наступает при использовании всех гидродинамических режимов, и только при комплексном воздействии технологии «Ультразвук + Ультрафиолет». В связи с тем, что ультразвук является прекрасным диспегатором, внесение окислителя даже в небольших количествах усиливает паразитоцидный эффект комплексного воздействия технологии «Ультразвук + Ультрафиолет», что позволяет увеличить скорость потока воды и снизить экономические затраты при использовании данной технологии очистки воды. Примерная доля затрат энергии, идущая на обеспечение ультразвуковой компоненты, составляет в установках до 10 м 3 /час менее 10% от общей, в установках с большими производительностями менее 2%. Приведенная доза по ультрафиолету превышает в этом случае 65 мДж/см 2 , при том, что реальная доза только УФ составляет 40-45 мДж/см2. В пример можно поставить ультрафиолетовое оборудование, выпускаемое ЗАО «Сварог». При оптимальной стоимости которое соответствует современным требованиям к оборудованию для водоподготовки и нормативным документам, регламентирующим его применение: в оборудовании реализована оптимально рассчитанная доза облучения, которая гарантирует достижение нормативных санитарно-бактериологических и паразитологических показателей качества обрабатываемой воды; используются бактерицидные ртутные лампы низкого давления, с рабочей температурой поверхности до 110°С. Высокий КПД излучения в бактерицидном диапазоне и длительный срок службы (до 16 тыс.ч.); камеры обеззараживания были спроектированы для обеспечения малых потерь напора. Специальные различные модификации оборудования позволяют включить этап совместного обеззараживания воды ультрафиолетом и ультразвуком практически в любую схему водоподготовки; для сборки бактерицидных установок используются качественные материалы: корпус камеры из нержавеющей стали, защитные чехлы - из кварцевого стекла; 81 ультразвуковые излучатели, помещенные внутри камеры ультрафиолетовой обработки, работают и как стиральная машина, тщательно отмывающая поверхности корпуса и защитного кварцевого кожуха ультрафиолетового излучателя, что предотвращает их биообрастание и соляризацию. При правильной эксплуатации установок работы по очистке внутренней части фотохимического реактора и кварцевых трубок минимальны. все обеззараживающие установки «Лазурь» соответствуют требованиям ГОСТ 12.2.051-80 «Оборудование технологическое ультразвуковое. Требования безопасности», что позволяет их использовать в составе любой технологической цепочки без специальных ограничений. на пульт управления установкой вынесены индикация о режиме ее работы, состоянии загрязнения кварцевых чехлов, счетчик выработки ламп по времени, сигнализация на случай аварийных ситуаций. При разработке установок особое внимание уделялось простоте и удобству их обслуживания. Не вдаваясь в подробности, еще раз кратко отметим следующее: в большинстве случаев в качестве химического метода обеззараживания используют хлорирование. Для чего необходимо иметь где-то запасы хлора поблизости, который в свою очередь экологически опасен. А разлагаясь в воде, хлориды химические соединения вредные человека. Остаточный хлор приводит к преждевременному разрушению системы трубопроводов. озонирование. Озон является мощным средством дезинфекции, имеет высшие оценки по органолептическим характеристикам воды, однако включение процесса озонирования в схему накладывает более высокие затраты по стоимости и энергии сложностью оборудования, его обслуживанием, и отсутствием должного отечественного. Другое дело, обеззараживание питьевой воды ультрафиолетовым излучением, является наиболее современным и эффективным средством. Таблица 3.2 – Технико-экономические показатели установок обеззараживания воды с применением ультрафиолетового облучения № Модель, страна, л/м Стоимост Соляризация, Бактер Споры Вирусы 82 область применения ин ь очистки 1м 3 воды, USD биообрастание ии ед/л ед/л ед/л 1 MITA-Kian-200, Франция, Госпрограмма экстремальной медицины 7,2 0,83 Значительная с 10 6 до 10 2 с 10 6 до 10 5 не эффекти вно 2 PROTERM (KSI 1-7), Франция, опреснение морской воды, NATO (COSRAM) 40. 0 1.3 Значительная с 10 6 до 10 2 с 10 6 до 10 4 не эффекти вно 3 BIM-T, Великобритания, Совместная программа США- Британия "Проблема Выживания" 6.8 0.9 Значительная с 10 6 до 10 4 не эффекти вно не эффекти вно 4 KOROS-VP-11, Великобритания – Швеция, производство лекарственных препаратов 43. 0 1.6 Значительная с 10 6 до 10 3 не эффекти вно не эффекти вно 5 Hydro-TOR, США , NASA (COSRAM) 7.3 0.6 Нет данных, малый ресурс работы (до 300 часов) с 10 6 до 10 2 с 10 6 до 10 4 не эффекти вно 6 Hydro-Flow, США , серия UV-6 1.0 (spe cifi c 200 ) 0.4 Значительная с 10 6 до 10 3 нет данных нет данных 7 Лазурь М-1К 16. 7 0.04 Отсутствует с 10 6 до 0 с 10 6 до 0 с 10 6 до 0 8 Лазурь М-3К 50. 0 0.02 Отсутствует с 10 6 до 0 с 10 6 до 0 с 10 6 до 0 9 Лазурь М-10 170 0.01 Отсутствует с 10 6 до 0 с 10 6 до 0 с 10 6 до 0 1 0 Установка УОВ0395.05-02, (лампа ДРБ-40-1), АО "ЕГА+ EGA Ltd", С.-П. 8.3 0.3 Значительная с 10 6 до 3 нет данных нет данных Подобная эффективность бактерицидных установок с технологией «Ультразвук + Ультрафиолет» дает практически безусловный гарант надежности в обеззараживании воды на ближайшие десятилетия. В этой связи, 83 сравнивания бактерицидные установки «Лазурь» компании ЗАО «Сварог» и ОС-36А; ОС-72А; УДВ-288 - компании «ЛИТ», хочется отметить, что по всем основным показателям (вес, габариты, стоимость, энергопотребление, затраты на эксплуатацию) именно установки серии «Лазурь» имеют реальное превосходство на практике. Дополнительно можно учесть в плюс более низкие требования к прозрачности воды, количеству взвешенных в воде частиц, а также благодаря ультразвуку отпадает необходимость столь периодической очистки кварцевых защитных чехлов ламп от отложений. 84 3.2 Выводы по 3 главе 1. Внедрение технологии совмещения работы ультрафиолета и ультразвука будет эффективно в тех случаях, где УФ-обеззараживание происходит на предварительном этапе. На котором, как раз, хорошо выявляются минусы УФ-обеззараживания относительно загрязнения защитных стекол, и при высокой мутности воды. 2. Технология совмещения работы ультрафиолета и ультразвука дает баланс между обеспечением достаточной чистоты стёкол и повышенным износом очистных систем. 3. Технология «Ультразвук + Ультрафиолет» позволит получить уровни обеззараживания, достижение которых только лучевой энергией невозможно. И притом достижение нужных уровней инактивации может быть обеспечено при более низких суммарных уровнях затрат энергии. 4. Одновременная работа ультрафиолета и ультразвуковых устройств в корпусе бактерицидной установки для обеззараживания воды позволит еще больше снизить количество химических реагентов, если они применяются по технологии. 5. Бактерицидные установки для обеззараживания воды с технологией «Ультразвук + Ультрафиолет» имеют характеристики по облученности микрофлоры, соответствующие международным стандартам, что обеспечивает высокую степень дезинфекции на ближайшие 30 лет, с учетом постоянной адаптации микрофлоры к ультрафиолетовому излучению. |