Инструкция по обеззараживанию питьевой воды и очищенных сточных вод
 Скачать 1.26 Mb.
|
4.2.2. Физические методы обеззараживания водыУльтрафиолетовое излучение. Из физических методов обеззараживания наибольшее применение нашёл ультрафиолетовый метод обработки. Ультрафиолетом (УФ) называют невидимую глазом часть спектра электромагнитных волн, имеющих энергию большую, чем у видимого фиолетового света. УФ-излучение охватывает диапазон с длиной волны от 100 до 400 нм. Колебания с длиной волны от 100 до 200 нм называют жёстким или вакуумным ультрафиолетом. Их энергии достаточно для разрушения органических молекул. Колебания с длиной волны от 200 до 400 нм генерируются в специальных ртутных, амальгамных или ксеноновых лампах и широко применяются для обеззараживания воды и воздуха от различных микроорганизмов. Создание мощных источников излучения, новые конструктивные решения УФ-установок, снабжённых чувствительными датчиками, позволяющими измерять и контролировать интенсивность излучения в обрабатываемой воде и обеспечивать автоматическое регулирование интенсивности в зависимости от качества обрабатываемой воды, сделали этот метод конкурентоспособным, сравнимым по стоимости с хлорированием. Проникновение УФ лучей в воду сопровождается их поглощением, как самой водой, так и веществами, находящимися в воде в растворённом или взвешенном состоянии. Поглощающая способность воды характеризуется коэффициентом поглощения, цифровое выражение которого указывает долю бактерицидного излучения, поглощённого слоем воды толщиной 1 см. Дозы УФ-излучения колеблются в зависимости от качества обрабатываемой воды и её назначения. Опыт эксплуатации промышленных УФ-систем на различной воде показал, что приемлемыми с эксплуатационной и энергетической точек зрения являются воды с содержанием взвешенных частиц не более 30 мг/дм3, цветностью не более 500-600 град., содержанием железа не более 2-3 мг/дм3. Эти характеристики определяют границу конкурентоспособности УФ-технологии обеззараживания. УФ-установки обеззараживания воды выпускаются большим числом производителей за рубежом. Их производительность колеблется от литров в час для бытовых систем, устанавливаемых «под мойку», до несколь-ких тысяч м3/ч для городских систем. Обработка воды ультрафиолетовым излучением относится к числу безреагентных, физических методов водоподготовки. Различают два метода облучения ультрафиолетом - импульсное, с широким спектром волн, и постоянное, в выбранном диапазоне волн. Обеззараживающий эффект УФ-излучения в первую очередь обусловлен происходящими под его воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекул ДНК и РНК, приводящими к их необратимым повреждениям. Кроме того, действие УФ-излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Всё это в конечном итоге приводит к их гибели. С одной стороны, УФ излучения не изменяют химический состав воды, её благоприятные органолептические свойства, с другой стороны, в тех случаях, когда потребление воды не происходит непосредственно после её обеззараживания, необходимо добавлять в воду химическое вещество (например, малые дозы хлорреагента) для её консервации при транспортировке к потребителю. УФ-облучение воды инактивирует микроорганизмы. Эффективность обеззараживания воды (доля погибших под действием УФ облучения микроорганизмов) пропорциональна средней интенсивности облучения (мВт/см2) и времени его воздействия (с). Произведение этих двух величин называется дозой облучения (мДж/см2) и является мерой бактерицидной энергии, сообщённой микроорганизму. Минимальная доза УФ-облучения, регламентируемая методическими указаниями Минздрава РФ (43) для обеззараживания питьевой воды, - 16 мДж/см2. Она обеспечивает снижение содержания патогенных бактерий в воде не менее чем на 5 порядков, а по индикаторным бактериям на 2-6 порядков. Такая доза снижает содержание вирусов на 2-3 порядка. Фотохимические процессы практически не зависят от рН и температуры воды, незначительно зависят от её химсостава. Наличие взвесей должно обязательно учитываться при выборе режима работы, поскольку они экранируют загрязнения и поглощают часть излучения. Проведённые в НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана (РФ) исследования влияния обобщённых показателей качества воды (цветность, мутность, окисляемость, ХПК, БПК) на эффективность УФ-обеззараживания показали, что колебания состава речной воды в диапазоне: цветность - 20-50 градусов, мутность - 1-30 мг/л, перманганатная окисляемость - 6-14 мг О2/л, ХПК - 29-63 мг/л, БПК - 5-10 мг/л не влияют на дозу облучения, необходимую для достижения нормативных показателей по коли-индексу и ОМЧ. Опыт работы мировых лидеров в области УФ обеззараживания, показал, что при мутности 145 мг/л и коли-индексе 3000000 после УФ-облучения достигается отсутствие колиформных бактерий. Важнейшим качеством УФ-обработки воды является отсутствие изменения её физических и химических характеристик даже при дозах, намного превышающих практически необходимые. Широкая распространённость метода УФ-обеззараживания воды объясняется такими его достоинствами, как: универсальность и эффективность воздействия на различные микроорганизмы в воде; экологичность, безопасность для жизни и здоровья человека; невысокие эксплуатационные расходы; простота обслуживания установок. УФ-установки обеззараживания воды должны комплектоваться: датчиками измерения интенсивности УФ-излучения в камере обеззараживания; системой автоматики, сигнализирую-щей о снижении минимальной поглощённой дозы; счётчиками времени наработки ламп и индикаторами их исправности; пробоотборниками и системой очистки кварцевых чехлов. Стоимость этих устройств достаточно высока и их применение на установках малой производительности резко увеличивает их цену. Рекомендуется смену ламп производить при наработке ими гарантийного ресурса. Количество ламп в установке зависит от её производительности, предназначения, типа и качества обрабатываемой воды. Длина корпуса определяется типом применяемых ламп. Поскольку для зажигания ртутных/амальгамных ламп необходимо создание специальных условий, все установки содержат пускорегулирующее устройство, а крупные - специальный блок управления и контроля. Для обеспечения высокой надёжности работы, учитывая незначительное энергопотребление ламп, предпочитают их эксплуатацию при постоянном горении. Очистка кварцевых труб осуществляется либо механическим способом, либо химической промывкой, либо их сочетанием. После выработки ресурса УФ лампы заменяют. Возможны различные варианты расположения УФ-устано-вок на сооружениях очистки воды, как в начале, так и в конце технологической цепочки водоподготовки. Выбор оптимального места определяется по результатам технологических исследований на конкретных очистных сооружениях. Учитывая, что действие УФ-излучения ограничивается объёмом аппарата, для большинства случаев обработку воды целесообразно проводить в конце процесса, перед её подачей потребителю. Введение незначительных доз активного хлора обеспечивает эффект последействия, т. е. отсутствие повторного обсеменения воды. Эффективность УФ-обеззараживания воды может быть дополнительно повышена путём сочетания с другими методами обеззараживания и с физическими воздействиями. Так, одновременная обработка воды кавитацией (ультразвуком) и ультрафиолетом при УФ-обработке позволяет повысить надёжность обеззараживания, вследствие разрушения взвешенных веществ, находящихся в воде (как следствие - в сточной воде), при этом дозы УФ-излучения сохраняются практически такими же. Аналогичный эффект даёт обработка воды серебром, медью, йодом. Однако, возможность применения этих технологий в системах ВиВ РК требует дополнительного рассмотрения и изучения. Жёсткое УФ-излучение в области 100–200 нм вызывает образование озона из молекул растворённого в воде кислорода и непосредственно воздействует на молекулы органических соединений. При использовании мощных импульсных ксеноновых ламп это создаёт возможность глубокой фотохимической очистки воды от загрязнения нефтепродуктами, пестицидами, токсическими и мутагенными циклическими органическими соединениями, но, в тоже время, приводит к образованию высокотоксичных органических веществ, таких, как броматы и формальдегид, вследствие чего необходим более жёсткий контроль воды по данным параметрам. При использовании УФ-обеззараживания необходимо учитывать все факторы, влияющие на процесс обеззаражи-вания. В настоящее время накоплен обширный материал по воздействию УФ-излучения на различные виды микроорганизмов, которые по устойчивости к ультрафиолету располагаются в ряд: вегетативные бактерии > цисты простейших > вирусы > бактериальные споры. При этом установлено, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор. УФ-облучение, в отличие от окислительных технологий, не меняет химический состав воды. Степень УФ-обеззараживания не линейно, а экспоненциально растёт с увеличением дозы УФ-излучения, поэтому незначительное увеличение УФ-мощности при заданном расходе обрабатываемой воды в несколько раз повышает степень обеззараживания. Ультрафильтрация и другие физические методы обеззараживания воды. Ультрафильтрация воды – это способ очистки воды, при котором вода под давлением продавливается сквозь мембрану с величиной пор 0,002-0,1 мкм. Широкое распространение получили ресурсосберегающие капиллярные ультрафильтрационные мембраны (половолоконные), обладающие следующими преимущественными экономическими и качественными отличиями от альтернативных технологий: эффективная ультратонкая фильтрация воды при низком рабочем давлении 1-2 атм.; снижение себестоимости очищенной питьевой воды в 5 раз; уменьшение занимаемой площади в 3 раза; уменьшение количества используемых реагентов более чем в 10 раз; снижение расходов потребляемой воды в 2 раза; уменьшение энергозатрат в 2 раза; простая автоматизация; полное удаление взвешенных веществ; дезинфекция (удаление 99,99% бактерий и вирусов); осветление воды (снижение мутности и цветности воды); высокая степень очистки воды от железа и марганца; эффективное удаление коллоидного кремния и органических веществ; ультратонкая очистка воды (степень фильтрации 0,01 микрон); ультрафильтрация позволяет сохранить солевой состав природной воды; снижаются капзатраты на строительство здания для размещения нового оборудования. При дезинфекции воды стандартные модули ультрафильтрации обеспечивают удаление бактерий и вирусов на уровне не менее 99,99 %, показывая высокую технологическую и санитарную надёжность данного метода. Если сравнивать с традиционными методами дезинфекции воды (ультрафиолетовое обеззараживание, хлорирование, озонирование, дозация диоксида хлора и т.д.), то при ультрафильтрации происходит физическое устранение микроорганизмов из воды. Это объяснимо тем, что диаметр пор в ультрафильтрационной мембране значительно меньше размеров вирусов или бактерий (вирус – 0,02…0,4 мкм, бактерия – 0,4…1,0 мкм, пора – 0,01 мкм). Находящиеся в воде микроорганизмы не в состоянии протиснуться через такой барьер. Таким образом, первичное хлорирование воды не требуется, а обеззараживание осуществляется уже непосредственно перед подачей воды потребителю. Ультрафильтрация применяется одновременно как для осветления, так и для обеззараживания воды. При ультрафильтрации из воды удаляются нерастворимые примеси. Бактерии, вирусы, споры бактерий, паразиты, яйца паразитов - всё это отсеивается на мембране ультрафильтрации, как на сите. Перечисленные микробиологические агенты по размерам крупнее, чем ячейки мембраны ультрафильтрации и не проходят через неё геометрически. То есть, ультрафильтрация - исключительно физический способ очистки воды без постоянного применения химических реагентов. По сравнению с ультрафиолетовым излучением обеззараживание воды ультрафильтрацией более эффективно в том плане, что степень обеззараживания меньше зависит от сопутствующих факторов. Так, если вода, которая просвечивается ультрафиолетовым излучением, содержит механические примеси, хотя бы соразмерные бактериям, то бактерии могут прятаться в тени, которую отбрасывают эти механические примеси. Соответственно, эффективность обеззараживания в этом случае ниже, т.е. по сути, ультрафиолетовое излучение в ряде случаев (при сильном загрязнении воды микроорганизмами) только дополняет ультрафильтрацию, но, ни в коем случае не заменяет её без длительной предварительной подготовки воды, которую, в частности, осуществляет ультрафильтрация. На протяжении последних лет ведутся разработки электроимпульсных методов обеззараживания жидкостей, основанных на осуществлении высоковольтного разряда в жидкости. Импульсный разряд в жидкости способствует возникновению кавитационных явлений, гипохлорит-ионов, активных радикалов, а также УФ-излучения из канала разряда. Несмотря на достаточно длительную историю изучения данного метода обеззараживания, его реализация до сих пор не вышла из стадии стендовых испытаний. Другие физические методы обеззараживания, такие как обработка воды ускоренными электрическими зарядами, электрическими разрядами малой мощности, переменным электрическим током, магнитная обработка, термообработка, обработка ультразвуком, микрофильтрование, радиационное обеззараживание используются редко из-за высокой энергоёмкости или сложности аппаратуры, а также из-за не изученности образующихся в процессе обработки воды соединений. Многие из них находятся на стадии чисто научных разработок. |