Сравнение методов обеззараживания сточных вод

NH4OH + НОС1 = NH2C1 + 2Н2О

или

NH4OH + 2НОС1 = NHC12 + 3Н2О.

Хлорамины изменяют характер взаимодействия хлора с фенолами и препятствуют образованию хлорфенольных запахов. В то же время они в известной мере ослабляют бактерицидное действие хлора, но удлиняют период этого действия. Соотношение доз аммиака и хлора зависит от физико-химических свойств воды и устанавливается в каждом случае опытным путем.

При аммонизации должен быть обеспечен контакт воды с хлором продолжительностью не менее 1 ч, т. е. более длительный, чем при использовании одного хлора.

Для введения и дозирования аммиака применяют дозаторы (ам-монизаторы), подобные хлораторам, но выполненные из материалов, устойчивых по отношению к аммиаку, и имеющие некоторые конструктивные особенности. Газообразный аммиак доставляется на станцию в баллонах. Кроме аммиака для аммонизации используют также сульфат аммония (NH4)2SO4.

Применение хлорирования с аммонизацией является также эффективным средством борьбы с развитием бактериальной жизни в трубах водопроводной сети и, в частности, с железобактериями, вызывающими зарастание труб [1].

 

Озонирование.

Использование озона для обработки воды, в частности для ее обеззараживания, получает в настоящее время широкое распространение.

Озонирование осуществляется пропуском через воду озонированного воздуха, т. е. воздуха, в котором кислород частично переведен в трехатомную форму (Оз).

Озон обладает высокой бактерицидностью и обеспечивает надежное обеззараживание воды  (после ее осветления). Он обладает рядом преимуществ по сравнению с хлором — получается непосредственно на станции очистки воды, не ухудшает вкусовых качеств воды, не ведет к возникновению в ней запахов.

Озон токсичен: предельно допустимое содержание его в воздухе помещений, где находятся люди, составляет 0,00001 мг/л. В связи с этим в озонаторных установках должны быть приняты все меры по предотвращению возможности проникновения озона в помещение.

Доза озона для обеззараживания воды колеблется в пределах от 0,6 до 3,5 мг/л (в зависимости от свойств обрабатываемой воды).

Атмосферный воздух, забираемый для производства озона, должен быть очищен от пыли, а также осушен.

Упрощенная схема озонаторной установки показана на рис.2.

 

 

Рис.2. Озонаторная установка.

 Воздух забирается через фильтр и компрессором 2 подается в охладитель 3, проходит через устройства для осушения 4 и поступает в озонаторы 5. Охлаждение и осушение воздуха осуществляются различными методами. Озон получается в результате тихого электрического разряда в воздухе. Ток подается к озонаторам через трансформаторы 6. Генераторы озона различных систем серийно изготовляются промышленностью.

Для смешения воды с озоном служат смесители (контактные резервуары) 7. Озон (вместе с воздухом) подается туда по трубопроводу 8 через распределительную систему 9. Подача озона в воду может осуществляться через систему пористых труб, эжекторами и др. Обрабатываемая вода поступает в смеситель по трубе 10. Контакт воды с мельчайшими пузырьками озона происходит в условиях противотока.

Озонированная вода поступает в карман (отсек) и отводится по трубе 12 в резервуар чистой воды.

Расход электроэнергии на производство озона колеблется в широких пределах и в значительной степени зависит от применения и степени осушения воздуха. При хорошо осушенном воздухе расход энергии составляет 13—29 квт-ч на 1 кг озона; при отсутствии осушения он возрастает в 2—3 раза.

Проведенные исследования и опыт показывают возможность использования озона для борьбы с вирусами. Озонирование успешно используется также для обесцвечивания воды, борьбы с запахами и привкусами в ней.

В ряде  случаев  применение  озона   является  целесообразным: для комплексного решения указанных задач— обеззараживания, обесцвечивания, борьбы с привкусами и запахами.

Наконец, озонирование может использоваться для удаления из воды солей железа и марганца[1].

 

Ультрафиолетовое обеззараживание.

Уничтожение бактерий, находящихся в воде, может быть достигнуто путем обработки воды ультрафиолетовыми лучами. Бактерицидным действием обладают в основном ультрафиолетовые лучи с длиной волны в промежутке 2200—2800 А.

Различные виды бактерий имеют различную степень сопротивляемости действию бактерицидных лучей, что учитывается коэффициентом сопротивляемости бактерий, определяемым в результате исследований.

Процесс обеззараживания воды бактерицидными лучами осуществляется на специальных установках, в которых вода относительно тонким слоем обтекает источники бактерицидного излучения — ртутно-кварцевые или аргонно-ртутные лампы. Вода, подвергаемая облучению, должна обладать наибольшей проницаемостью для бактерицидных лучей, т. е. быть возможно более прозрачной.

Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова разработаны технологические схемы, методы расчета и ряд аппаратов для обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами (для станций небольшой производительности).

Обеззараживающие установки устраиваются напорными и безнапорными.

На рис.3 представлено схематическое устройство напорной обеззараживающей установки, состоящей из нескольких (двух—пяти) камер 1, по которым последовательно проходит обрабатываемая вода. В каждой камере установлена ртутно-кварцевая лампа 2, заключенная в цилиндрический кварцевый кожух 3. Вода, попадая в камеру, направляется радиально расположенными перегородками 4, обеспечивающими ее перемешивание и прохождение вблизи ламп.

Рис.3.Напорная УФ-обеззараживающая установка.

Метод обеззараживания воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ по сравнению с методом хлорирования: относительная простота эксплуатации, отсутствие необходимости введения в дезинфицируемую воду каких-либо реагентов, отсутствие ухудшения вкусовых качеств воды.

Расход электроэнергии на облучение составляет для подземных вод 10—15 Вт-ч/м3, для осветленных    поверхностных вод — до 30 Вт-ч/м3.

Стоимость обеззараживания воды бактерицидными лучами не превышает стоимости хлорирования.

К недостаткам метода следует отнести отсутствие простых и надежных способов контроля за эффектом обеззараживания и невозможность использования метода для обеззараживания вод, отличающихся повышенной мутностью и цветностью[1].

 

 

 

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В результате исследований был выявлен ряд достоинств и недостатков вышеперечисленных методов.

Обеззараживание воды хлорированием.

Метод обеззараживания воды путем добавления в нее хлора используется в нашей стране с давнего времени как наиболее дешевый способ. Добавление хлора в воду приводит к химическим реакциям с веществами, находящимися в воде. Обеззараживание микроорганизмов (их отравление) происходит в результате химических реакций взаимодействия хлора с органическими веществами, из которых состоят микроорганизмы. Концентрации хлора в воде для обеззараживания от различных видов микроорганизмов отличаются в 50 раз.

Достоинства хлорирования воды:

1. Простота метода;
2. Эффективность хлорирования;
3. «Попутное» удаление неприятного привкуса и запаха воды;
4. Предотвращение роста водорослей и биообрастание фильтров;
5. Высокая экономичность метода (по сравнению с озонированием).

Недостатки метода обеззараживания воды хлором:

1. Наличие хлорорганических веществ в питьевой воде, являющихся результатом взаимодействия хлора с органическими  веществами, что весьма опасно и может приводить, в частности, к канцерогенным заболеваниям.
2. Хлор в допустимых дозах убивает не все виды микроорганизмов. Стойкими к хлору являются, например, вирусы. Если выбирать дозу хлора для уничтожения всех микроорганизмов, то превышение допустимых концентраций остаточного хлора будет опасным и для здоровья человека.
3. Хлорированная вода подается потребителю по трубам от места хлорирования. Трубопровод вносит дополнительное заражение, что требует повышение доз хлорирования.
4. Эффективность обеззараживания хлором зависит от рН и температуры воды.
5. Экологическую опасность для обслуживающего персонала и окружающих представляет реагентное хозяйство, подвоз и хранение хлора.

 

Обеззараживание воды озонированием.

Для обеззараживания воды используются озонаторы, создающие озон в результате высоковольтного разряда. Озон уничтожает микроорганизмы в результате повреждения их клеточных оболочек.

Достоинства обеззараживания воды озоном:

1. Экологичность. После использования газ сам распадается на молекулы кислорода и не оказывает пагубного воздействия на окружающую среду;
2. Отсутствие дополнительных запахов и вкусов. Обладая специфическим запахом, озон не передает его обрабатываемой среде;
3. Сильные окислительные свойства. Озон способен уничтожать бактерии, вирусы, плесневые грибы патогенные микроорганизмы. Он эффективен даже при условии его невысокой концентрации в обрабатываемом пространстве;
4. Не требует транспортировки. Озон, в отличие от других химических дезинфекторов, не требует транспортировки и вырабатывается непосредственно на месте его применения.

Недостатки технологии обеззараживания воды озонированием:

1. Использование опасного высоковольтного (до 3 кВ) и сложного оборудования.
2. Высокая стоимость озонаторов.
3. Воду нельзя употреблять сразу. В течение одного-двух часов в воде сохраняется остаточный озон.
4. При наличии в воде растворенной органики могут образовываться так называемые «озониды», некоторые из которых опасны для здоровья.

 

Обеззараживание УФ облучением.

В отличие от приведенных выше методов обеззараживания, этот метод является физическим. Вода проходит через камеру обеззараживания установки, в которой подвергается воздействию бактерицидного УФ облучения. Гибель микроорганизмов происходит в результате поражения структуры ДНК, ответственной за наследственные механизмы.

Особенности УФ обеззараживания воды:

1. Все виды микроорганизмов, включая вирусы, уничтожаются УФ излучением. Безвредно для потребителя применяются большие дозы УФ облучения воды для уничтожения самых устойчивых форм микроорганизмов.
2. Обладает мгновенным действием - не требует контактных резервуаров. Обеззараженная УФ излучением вода пригодна к использованию сразу же.
3. Размещая установку УФ обеззараживания непосредственно перед потреблением воды, исключается проблема зараженного водопровода.
4. Эффективность УФ обеззараживания не зависит от рН и температуры воды.
5. УФ технология обеззараживания воды является экологически чистой, поскольку УФ обработка воды, в отличие от хлорирования и озонирования, не изменяет ее химический состав.
6. Установки УФ обеззараживания воды безвредны для обслуживающего персонала и не требуют постоянного присутствия людей. Это экономичный метод, не требующий реагентов и содержания соответствующего хозяйства.

УФ обеззараживание воды – эффективный, экологически чистый, экономичный метод. Единственным недостатком УФ обеззараживания воды является отсутствие последействия. Поэтому важным условием адекватного применения УФ технологии является размещение установок непосредственно перед потреблением воды.

В тех случаях, когда УФ установки не удается разместить непосредственно перед потреблением воды, применяют совместное действие УФ облучения и хлорирования. При этом применяются небольшие дозы хлора (в несколько раз меньшие, чем при использовании только хлорирования), что позволяет избежать проблем, связанных с появлением в воде хлорорганики благодаря практическому отсутствию избыточного хлора в воде.

Аналогично, распространяется использование озонирования, при котором уничтожается микрофлора и часть органических загрязнений, с последующим щадящим хлорированием, обеспечивающим отсутствие вторичного биозагрязнения воды. При этом резко сокращается образование токсичных хлорорганических веществ.

 

 

 

 

 

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

 

Для наглядного представления сравнительных характеристик методов обеззараживания сточных вод, а именно: хлорирования, озонирования и УФ облучения, приведу несколько таблиц и графиков.

 

Сравнение методов обеззараживания.

 

График показывает дозы УФ, хлора и озона необходимые для получения одинакового уровня обеззараживания относительно Esherichia Coli -1 по оси ординат.  2 – Salmonella, 3 – Staphylococcus, 4 – Polyvirus type1, 5 – Coxsackievirus, 6-  Adenovirus type3.

Как видно из графика, лучшим обеззараживающим действием обладает ультрафиолет.

 

 

 

 

 

 

В следующей таблице приведены в сравнении данные по эксплуатационным затратам при функционировании блока обеззараживания производительностью 1 млн.м3/ сутки (согласно данным НПО «ЛИТ»).

 

 

Согласно данным таблицы, наиболее экономичным способом обеззараживания является применение ультрафиолета.

 

 

 

 

 

 

 

Сравнение способов обеззараживания по механизму воздействия, его эффекту и результатам.

 

Способ обеззараживания сточных вод	Механизм воздействия	«Побочный» эффект от воздействия	Результат
Хлорирование	Повреждение оболочки клетки, разрушение нуклеиновой кислоты	Образуются хлорорганические соединения, обладающие токсичностью, мутагенностью, канцерогенностью	Продолжительное действие
Озонирование	Разрушение протоплазмы, стенок и мембран бактерий, протеиновых оболочек	Образуется мало вредных веществ	Кратковременное  действие
УФО	Повреждение структуры ДНК и РНК, нарушение проницаемости мембран	Не образуется токсичных продуктов	Кратковременное  действие