Специальные методы очистки сточных вод

Коэффициент пропускания воды определяет долю УФ излучения с длиной волны 254 нм, пропускаемую слоем воды толщиной в 1 см, и составляет обычно 40-70% для  очищенных сточных вод и 50-80% для  доочищенных сточных вод. При  неизменной интенсивности ламп чем больше коэффициент пропускания, тем больше средняя интенсивность ультрафиолетового излучения и, следовательно, больше доза УФ–облучения, выше эффект обеззараживания.

Результаты исследований и опыт эксплуатации оборудования показывают, что ультрафиолетовое облучение может обеспечивать высокую эффективность обеззараживания на сточных водах, имеющих содержание взвешенных веществ до 50 мг/л и более. Следует отметить, что по совокупности большого количества экспериментов в области изменения взвешенных веществ от 2 мг/л до 30 мг/л для разных объектов наблюдается широкий разброс значений доз, необходимых для достижения требуемого уровня обеззараживания при одинаковых величинах взвешенных веществ. Тем не менее, в более широком диапазоне изменения содержания взвешенных частиц от 2 мг/л до 500 мг/л наблюдается положительная корреляция между необходимой дозой и содержанием взвешенных частиц.

Это указывает на то, что существуют дополнительные факторы, определяющие достигаемый уровень обеззараживания. Поэтому, для конкретных сточных вод с их составом микробиологического и физико-химического загрязнения выбор типа и количества УФ оборудования должен производиться либо в результате проведения модельных испытаний, либо в результате опытно-промышленных испытаний ультрафиолетовых установок малой производительности.

Для проведения модельных испытаний  используется прибор для ультрафиолетового  облучения в лабораторных условиях. По результатам микробиологических анализов проб воды, облученных различными дозами, строится кривая обеззараживания. Требуемая доза ультрафиолетового облучения для достижения нормативного требования определяется по кривой обеззараживания (рис.1).

При проведении опытно-промышленных испытаний измеряется эффективность  обеззараживания при различных режимах работы ультрофиолетовой установки. Доза ультрафиолетового облучения изменяется посредством варьирования режимов работы установки (расход, количество работающих ламп). В ходе опытно-промышленных испытаний выявляются технологически важные в эксплуатации параметры, такие как обрастание чехлов и степень влияния переменного качества сточных вод.

В настоящее время существует целый  ряд воплощенных в оборудование конструктивных решений, позволяющих  применять УФ излучение для обеззараживания  сточной воды. Ультрафиолетовые установки различаются: по способу размещения ламп — навесные или погружные, с гравитационным течением воды или напорные, корпусные или в виде отдельных модулей, размещаемых в лотках, с большим или меньшим расстоянием между лампами и другими деталями. Лампы, применяемые в разных установках, могут различаться по типу и способу ориентации относительно потока воды (параллельно или перпендикулярно к нему).

Выбор типа оборудования для ультрафиолетового  обеззараживания и его количества осуществляется на основе данных о производительности очистных сооружений, результатов модельных и/или опытно-промышленных испытаний, измерения коэффициента пропускания ультрафиолетовых лучей и определения дозы, которая обеспечит достижение требуемого уровня обеззараживания.

При рекомендации УФ оборудования необходимо учитывать все факторы, которые  могут приводить к уменьшению дозы ультрафиолетового облучения  в камере обеззараживания, Например, такие, как спад интенсивности излучения  из-за обрастания чехлов (обычно 30%) или из-за выработки ресурса работы самой ультрафиолетовой лампы (15-35% для РЛНД).

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 (более 70-ти объектов) 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.

Ультрафиолетовое обеззараживание  воды 
Ультрафиолетовым называется электромагнитное излучение в пределах длин волн от 10 до 400 нм.  
Для обеззараживания используется «ближняя область»: 200–400 нм (длина волн природного ультрафиолетового излучения у поверхности земли больше 290 нм). Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 200–315 нм и максимальным проявлением в области 260±10 нм. В современных УФ-устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм. Метод УФ-дезинфекции известен с 1910 г., когда были построены первые станции для обработки артезианской воды во Франции и Германии. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекулы ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу механизма воспроизводимости живых организмов. Результат этих реакция – необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Всё это в конечном итоге приводит к их гибели. 
Технология проведения  
ультрафиолетовая лампа представляет собой металлический корпус, внутри которого находится бактерицидная лампа. Она, в свою очередь, помещается в защитную кварцевую трубку. Вода омывает кварцевую трубку, обрабатывается ультрафиолетом и, соответственно, обеззараживается, для предотвращения загрязнения кварцевой трубки и в следствии помутнения необходимо устанавливать лампу после механического фильтра, а в случае наличия растворённого железа в воде необходима очистка воды от железа. В одной установке может быть несколько ламп. У нас производится как обслуживание фильтров, так и обслуживание UV ламп. Основной параметр, определяющий эффективность обеззараживания воды – доза УФ-излучения (D, мДж/см2) – произведение интенсивности потока бактерицидных лучей на продолжительность облучения: 
D = E • t (4.91) (Е – интенсивность потока УФ-излучения, мВт/см2; t – время воздействия, с).  
Степень инактивации или доля погибших под воздействием УФ-излучения микроорганизмов пропорциональны интенсивности излучения и времени воздействия. Процесс отмирания бактерий описывается уравнением: 
р=роехр (– Е • Т), k где р – число бактерий, оставшихся в живых после бактерицидного облучения, в единице объема; 
р0 – начальное число бактерий в единице объема;  
Е – интенсивность потока бактерицидных лучей;  
T – время воздействия; k – коэффициент сопротивляемости бактерий.  
Соответственно количество обезвреженных (инактивированных) микроорганизмов экспоненциально растет с увеличением дозы облучения. Из-за различной сопротивляемости микроорганизмов доза ультрафиолета, необходимая для инактивации, например 99,9%, сильно варьируется от малых доз для бактерий до очень больших доз для спор и простейших. При прохождении через воду УФ-излучение ослабевает вследствие эффектов поглощения и рассеяния. Для учета этого ослабления вводится коэффициент поглощения водой, значение которого зависит от качества воды, особенно от содержания в ней железа, марганца, фенола, а также от мутности воды. При отсутствии экспериментальных данных можно пользоваться значениями, см-1: для бесцветных, не требующих обезжелезивания, подземных глубокого залегания вод – 0,1;  
для родниковой, грунтовой и инфильтрационной воды – 0,15;  
для поверхностной обработанной (очищенной) воды – 0,2–0,3. 
Условия применения метода  
Обеззараживание УФ-излучением рекомендуется применять для обработки воды, соответствующей требованиям:  
мутность – не более 2 мг/л (прозрачность по шрифту . 30 градусов);  
цветность – не более 20 градусов платино-кобальтовой шкалы;  
содержание железа (Fe) – не более 0,3 мг/л (по СанПиН 2.1.4.1074-01) и 1 мг/л (по технологии установок УФ);  
коли-индекс – не более 10 000 шт./л.  
Для оперативного санитарного и технологического контроля эффективности и надежности обеззараживания воды ультрафиолетом, как и при хлорировании и озонировании, применяется определение бактерий кишечной палочки (БГКП). Их использование для контроля качества воды, обработанной ультрафиолетом, основывается на том, что основной вид этой группы бактерий Е-коли обладает одним из самых больших коэффициентов сопротивляемости к этому типу воздействия в общем ряду интеробактерий, в том числе и патогенных.  
Опыт применения ультрафиолета показывает:  
если в установке доза облучения обеспечивается не ниже определенного значения, то гарантируется устойчивый эффект обеззараживания. В мировой практике требования к минимальной дозе облучения варьируются в пределах от 16 до 40 мДж/см2.  
Минимальная доза, соответствующая российским нормативам, – 16 мДж/см2.  
Положительные и отрицательные качества метода  
Достоинства:  
наименее «искусственный» – ультрафиолетовые лучи;  
универсальность и эффективность поражения различных микроорганизмов – УФ-лучи уничтожают не только вегетативные, но и спорообразующие бактерии, которые при хлорировании обычными нормативными дозами хлора сохраняют жизнеспособность; 
физико-химический состав обрабатываемой воды сохраняется;  
отсутствие ограничения по верхнему пределу дозы;  
не требуется организовывать специальную систему безопасности, как при хлорировании и озонировании;  
отсутствуют вторичные продукты;  
не нужно создавать реагентное хозяйство;  
оборудование работает без специального обслуживающего персонала;  
в соотношении «качество обеззараживания цена» метод лучше других.  
Недостатки:  
падение эффективности при обработке плохо очищенной воды (мутная, цветная вода плохо «просвечивается»);  
периодическая отмывка ламп от налетов осадков, требующаяся при обработке мутной и жесткой воды;  
отсутствует «последействие», то есть возможность вторичного (после обработки излучением) заражения воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. СНиП 2.04.03-85  ˝ КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ ˝
2. Яковлев С.В.  Канализация .Учебник для вузов.Изд. 5-е перераб.и доп. М.,стройиздат,1975.-632с.
3. Ласков Ю.М. Примеры расчета канализационных сооружений:учеб. Пособие для вузов. Изд. 2-е перераб.и доп. М.,стройиздат,1987.-255с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹ [ 1 ] , таблица № 2.