Альтернативные методы обеззараживания воды

Содержание:

Введение          3

1. Методы применяемые для обеззараживания воды   4
2. Химические методы        5
3. Физико – химические методы      9
4. Физические методы        11
5. Естественные биоценозы       12

Заключение          13

Литература          14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Известно, что практически  во всех типах сточных вод содержатся патогенные микроорганизмы - возбудители  таких заболеваний как холера, дизентерия, брюшной тиф, паратиф  А и В, сальмонеллезы, вирусные гепатиты А и Е, полиомиелиты 1-3 типов, энтеровирусные и аденовирусные заболевания, амебиоз, лямблиоз, лептоспироз, бруцеллез, туберкулез, туляремия, гельминтозы, кампилбактериозы.

Болезни, вызываемые этими  микроорганизмами, различны и в неблагоприятных  случаях могут приводить к  серьезным последствиям для человека. По данным ВОЗ, уже в 70-х годах  структура заболеваемости двух третей населения земного шара свидетельствовала  о явном, преобладании инфекционных заболеваний, обусловленных загрязнением водоемов.

Действительно, с точки  зрения здоровья людей обеззараживание  самая важная стадия обработки сточных  вод. Так, например, согласно немецким стандартам по степени опасности  воды делятся на 5 классов:

1. в воде отсутствуют  токсические вещества, вредные для  здоровья и придающие воде  привкусы и запахи.

2. вода имеет привкус,  запах и окраску.

3. вода содержит небольшое  количество вредных веществ.

4. вода    содержит    ядовитые   или   очень   ядовитые,      канцерогенные или радиоактивные вещества.

5. вода содержит возбудителей  инфекционных заболеваний. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Методы применяемые  для обеззараживания воды

При анализе материалов, характеризующих эффективность  обеззараживания на очистных сооружениях  канализации, их работа оценивается  как удовлетворительная, когда 85% проб за каждый 30-дневный период не превышают  указанные нормативы. [3]

Современные станции очистки  сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загрязнений, но и от патогенной микрофлоры. Однако, даже самые  высокоэффективные очистные сооружения не обеспечивают дезинфекции стоков без специальных устройств обеззараживания. Вместе с тем, в ряде случаев из-за отсутствия, малой мощности и неэффективной  работы очистных сооружений происходит сброс в водные объекты неочищенных  или недостаточно очищенных сточных  вод. Зачастую на очистных сооружениях  системы обеззараживания отсутствуют  вовсе.

Органы санитарного надзора  обеспокоены существующим положением по вопросу обеззараживания сточных  вод и обусловленной этим фактором инфекционной заболеваемости, в том  числе энтеровирусной инфекцией. Углубленные  микробиологические исследования сточных  вод показали, что в месте их сброса после городских очистных сооружений канализации и контрольных  створах водоемов и водотоков, принимающих  очищенные сточные воды, в 100% проб выявлено превышение норм по колииндексу  и количеству бактериофагов. При  микробиологическом анализе очищенных  сточных вод сальмонеллы выделялись в 70% проб, также были обнаружены энтеровирусы.

Учитывая высокую эпидемическую  опасность сточных вод, технологическая  схема очистных сооружений должна включать специальную стадию обеззараживания.

Методы, применяемые для  обеззараживания сточных вод (СВ) условно можно разделить на

1. химические (применение различных соединений хлора, озона, перекиси водорода и др.)
2. физические (термические, с использованием различных излучений, электрические, электромагнитные)
3. физико-химические (флотация, коагуляция, электрофильтрование, сорбция)
4. обеззараживание в условиях искусственных и естественных биоценозов

Эффективность применения каждого  метода и затраты на его реализацию зависят от общего содержания органических и концентрации взвешенных веществ  в обрабатываемой воде, температуры  и рН, начальной концентрации бактерий и вирусов. Каждый из методов характеризуется  определенной интенсивностью воздействия  на обрабатываемую воду – дозой  реагентов или излучений. [1]

2 Химические методы

Среди химических методов  обеззараживания наиболее распространенным в настоящее время является хлорирование. Хлорирование – наиболее экономичный  метод обеззараживания. В практике могут использоваться газообразный хлор Сl2, диоксид хлора ClО2, гипохлорит натрия NaCIO и гипохлорит кальция Ca(CIO)2, а также хлорные агенты, получаемые методом электролиза на месте  потребления. Хлорная известь, гипохлорит кальция в настоящее время  применяются незначительно и  только для обеззараживания малых  объемов сточных вод, т.к. дезинфекция  с использованием этих хлорсодержащих соединений попутно сопровождается загрязнением обрабатываемой воды различными веществами.

Из хлорсодержащих дезинфектантов в настоящее время широко используется диоксид хлора (преимущественно  для обеззараживания питьевых вод), обладающий сильными окислительными свойствами, которые обуславливают его довольно высокую бактерицидную и вирулицидную активность по сравнению с другими  хлорактивными соединениями. Недостатками применения ClO2 при обработке воды является, с одной стороны, образование  побочных продуктов - хлоритов и хлоратов, по данным ВОЗ отнесенным к метгемоглобинобразующим  соединениям, с другой стороны, сложность  и дороговизна получения диоксида хлора, его взрывоопасность. [1]

Несмотря на высокую эффективность  в отношении патогенных бактерий, отсутствие после обработки повторного роста этих бактерий, хлорирование при дозе остаточного хлора 1,5 мг/дм3 не обеспечивает необходимой эпидемической  безопасности в отношении вирусов, цист простейших и лямблий. Известно существование хлоррезистентной микрофлоры: хлорустойчивых форм E.coli, Pseudoтoпodaceae, Klebsiellae, Рrоtеае, относящихся к условнопатогенным  и патогенным микроорганизм - являющихся стабильными контаминантами городских  систем водоснабжения и водоотведения. Негативным свойством хлорирования также является образование хлорорганических соединений: тригалогенметанов, хлорфенолов, п-нитрохлорбензолов, хлораминов, а  также диоксидов, образующихся при  взаимодействии природных фенольных  соединений, находящихся в воде с  хлором, вводимым в нее. Хлорорганические соединения, по данным многочисленных исследователей, по отношению к человеку обладают высокой токсичностью, мутагенностью  и канцерогенностью. Недавно выделены и идентифицированы новые соединения, такие как хлордибензопарадиоксины, фураны, обладающие высокой токсичностью к живым организмам, источниками  загрязнения которыми являются промышленные производства, предприятия бытового обслуживания населения (химчистки), использующие продукцию хлорорганических производств. Диоксины и фураны являются биологически неокисляемыми веществами и не подвергаются очистке на действующих в настоящее время коммунальных и промышленных очистных сооружениях.

В настоящее время известны методы дезинфекции воды, сочетающие лучшие свойства известных дезинфектантов (хлора, диоксида хлора, озона). К таким  методам относится технология обеззараживания  воды раствором смеси оксидантов, вырабатываемой в установках АКВАХЛОР. Однако при применении этой технологии следует учитывать описанные  свыше негативные стороны, свойственные входящим в состав смеси дезинфецирущим агентам. К тому же, как показал  опыт эксплуатации этих установок, для  их эффективной работы требуется  использование поваренной соли высокой  степени очистки.

Кроме соединений хлора, в  практике обезвреживания сточных вод  могут быть использованы соединения брома и йода, обладающие окислительной  активностью. Несмотря на обилие литературы, имеются противоречивые сведения о  бактерицидной активности данных галогенов. Высокими окислительными свойствами обладают межгалоидные соединения. Химическое поведение хлорида брома в  воде сходно с поведением хлора. ВгСl в течение миллисекунд реагирует  с водой, образуя гипобромовую кислоту, которая быстро соединяется с  аммиаком, образуя при этом бромамины. Они далеко превосходят хлорамины  в бактерицидной и противовирусной  активности. В настоящее время  препараты брома применяются  для обеззараживания воды плавательных бассейнов, йод в качестве самостоятельного средства используется для обеззараживания  воды в замкнутых системах, в частности, в системе жизнеобеспечения космических  станций. Несмотря на перспективность  использования соединений брома  и йода для дезинфекции сточных  вод, они не нашли широкого применения, с одной стороны, из-за высокой  стоимости, с другой стороны - возможности  образования йод- и бромпроизводных, обладающих токсичным действием  и отдаленными эффектами. [4]

Наиболее распространенным химическим методом обеззараживания  с использованием соединений кислорода  является озонирование. Основателем  технологии озонирования является Франция, которая в 1997 г. отметила столетие эффективного использования озона в водоподготовке. Расширяется применение O3 в качестве окислителя вместо Сl2 при обработке  питьевой воды и промышленных сточных  вод в США и Японии. В США  получило распространение применение озона на сооружениях доочистки  СВ после их биохимической очистки. Озон обладает более сильным бактерицидным, вирулицидным и спороцидным действием. Благодаря высокому окислительному потенциалу озон вступает во взаимодействие со многими минеральными и органическими  веществами, разрушает клеточные  мембраны и стенки, окислительно-восстановительную  систему бактерий и их протоплазму, приводя к инактивации микроорганизмов. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет  получить более высокую степень  их очистки, обезвредить различные  токсичные соединения. [2]

Однако, как показывают данные большинства исследователей для  инактивации вирусов в сточной  воде, требуются значительно более  высокие дозы озона чем для  тех же микроорганизмов в чистой воде. Обеззараживание сточных вод  озоном целесообразно применять  после ее очистки на фильтрах или  после физико-химической очистки, обеспечивающей снижение содержания взвешенных веществ  не менее чем, до 3 -5мг/дм3 и БПКполн  до 10 мг/дм3. Принципиальные трудности  при обеззараживании озоном связаны  с образованием токсичных побочных продуктов, низкой растворимостью озона  в воде, его собственной высокой  токсичностью и взрывоопасностью. Сведения по токсичности продуктов озонолиза  органических соединений в воде весьма ограничены и противоречивы, т.к. идентифицирована только небольшая их часть. Озонирование сточных вод может способствовать вторичному росту микроорганизмов, вследствие образования биоразлагаемых органических соединений в воде, являющихся доступными источниками углерода для  бактерий. Кроме химического воздействия, озон проявляет себя и в качестве флокулянта, что позволяет применять  его уже на стадии механической обработки  воды для коагулирования взвешенных частиц. [4]

Недавно на рынке появилась  ПАВ-озонная технология - технология очистки сильно- и среднезагрязненных вод, сочетающая одновременно три процесса: окисление, коагулирование и флотацию. Сущность технологии заключается в  тонкой флотации загрязнений озоно-воздушной  смесью.

Необходимо отметить, что  при колебании в широких пределах концентрации взвешенных веществ и  БПК в сточной воде, поступающей  на обработку методом ПАВ-озонной  технологии, снижается степень очистки  по аммонийному и нитратному азоту, ионам тяжелых металлов, нефтепродуктам. Расходование значительной части озона  на взаимодействие со взвешенными веществами и продуктами их окисления, сказывается  на глубине окисления загрязнений, свойственных сточной воде химической промышленности, эффекте обеззараживания. В тоже время, при использовании  озона на больших станциях водоподготовки и водоочистки возникают проблемы технического и экономического характера, потребности в больших производственных площадях. Значительные эксплуатационные расходы при работе станции озонирования определяются, главным образом, высокой  энергоемкостью процесса синтеза озона (12 - 22 кВт.ч/кг производимого озона), вспомогательного оборудования (суммарное  потребление электроэнергии станцией достигает 30 – 40 кВт.ч/кг озона и  более), а так же значительными  затратами на содержание обслуживающего персонала.

Вторым по распространенности кислородсодержащим реагентом является перманганат калия. Этот реагент  взаимодействует с органическими  и неорганическими веществами, что  препятствует его дезинфицирующему действию, в результате оно оказывается  намного ниже, чем у хлора и  озона.

В настоящее время возрос интерес и к пероксиду водорода, как обеззараживающему агенту, обеспечивающему  осуществление экологически чистых процессов без образования токсичных  продуктов как при обработке  сточной воды, так и питьевой воды. Однако установлено, что Н202 оказывает  инактивирующее действие на бактерии только в довольно высоких концентрациях. Такие дозы приводят как к высоким  затратам на дезинфекцию, так и к  сбросу сточных вод с повышенным содержанием пероксида водорода, для которого установлены жесткие  предельно допустимые концентpации: 0,1 и 0,01 мг/дм3 в водоемах культурно-бытового и рыбохозяйственного назначения соответственно. Анализ литературных источников показал, однако, отсутствие опыта применения перманганата калия и перекиси водорода на коммунальных очистных сооружениях, как в нашей стране, так и  за рубежом.

Из щелочных реагентов  ограниченное применение для обеззараживания  сточных вод нашла известь. Известкование  применяется обычно в сочетании  с удалением аммонийного азота  из сточных вод отдувкой. Необходимый  гигиенический эффект при обработке  сточных вод достигается при  использовании больших доз реагентов, что сопровождается образованием огромного  количества осадка. Этот факт, также  как и сравнительно медленное  действие на микрофлору, существенно  ограничивает применение известкования  и делает его неприемлемым для  использования на средних и крупных  станциях аэрации.

Мало распространенным реагентом  является перуксусная кислота. Опытно промышленные испытания в Англии показали ее достаточно низкую эффективность, до сих пор метод не нашел промышленного  внедрения.

К химическим методам обеззараживания  следует отнести и использование  металлов, обладающим олигодинамическим  эффектом, прежде всего ионов серебра  и меди. Бактерицидностью обладает ряд соединений меди, которые находят  применение для обеззараживания  сточной воды, борьбы с биологическими обрастаниями в системах оборотного водоснабжения, предотвращении цветения воды в широком диапазоне концентраций ( 3-500 мг/дм3).

Комбинируя различные  дезинфектанты, можно как усиливать  их действие при одновременном снижении концентрации, так и получать дополнительные эффекты. Стоимость обработки воды при этом, как правило, снижается. Установлено, что для интенсификации обеззараживающего действия хлора  его используют совместно с ионами металлов, при этом наблюдается синергетический  эффект, что дает возможность сократить  продолжительность обработки воды в 5-10 раз. Комплексное использование  Н2О2 с ионами Cu (II) в качестве катализатора разложения перекиси водорода, позволяет  активизировать процесс обеззараживания  воды при снижении необходимых доз  реагентов при обработке воды. [4]