Методы обеззараживания сточных вод

     Из практики очистки сточных вод известно, что при первичном отстаивании количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП) сокращается на 30-40%, а после вторичных отстойников на 90-95%. Следовательно, для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов необходимо применение специальных методов обеззараживания.

     Для дезинфекции сточных вод применяются хлорирование, озонирование, ультрафиолетовое облучение [5, 6].

     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 хлорорганических 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.

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.

Узел получения хлорной воды при применении газообразного хлора включает хлораторную, смеситель, контактные резервуары. В хлораторной после баллонов - испарителей газообразный хлор проходит грязевик, фильтр и затем подводится через хлораторы ЛОНИИ-100 к эжекторам индивидуального изготовления, в которые насосами-повысителями подается водопроводная вода. Хлорная вода из хлораторной подается по закрытому хлоропроводу в смеситель перед контактным резервуаром.

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. Йод 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.

Наиболее распространенным химическим методом обеззараживания воды с использованием соединений кислорода является озонирование. Озон обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззараживание 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.

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 является наиболее прогрессивным методом в существующей технологии обеззараживания, обеспечивающим не только высокий бактерицидный эффект, но и большую производительность. 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 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.

Исследования показали, что для обеззараживания воды могут быть использованы аргон-ртутные лампы низкого давления (ЛНД) так называемые "бактерицидные" и ртутно-кварцевые лампы высокого давления (ЛВД). В данном случае имеется в виду давление внутри лампы при котором происходит испарение металлов (ртути и соединений), приводящее к излучению определенных длин УФ волн. Спектр излучения ЛНД – 254нм, ЛВД 200-800нм.

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.

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.

В настоящее время наиболее эффективными и надежными в эксплуатации являются установки ультрафиолетового обеззараживания НПО «Лит», разработаные для обеззараживания воды совместным воздействием Уф-облучения и фотолитического озона. Установка состоит из эжектора специальной конструкции, установленного на входе в блок обеззараживания, трубопроводов с запорной арматурой и пускорегулирующей аппаратуры

При расчете установок для обеззараживания воды интенсивность бактерицидного излучения необходимо определять на расстоянии 1м 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 a, 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 коэффициент поглощения, который следует в каждом конкретном случае определять экспериментально.

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 обеззараживания.

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, так как они имеют повышенную сопротивляемость воздействию бактерицидных лучей по сравнению с патогенными