Альтернативные методы обеззараживания воды

 

3 Физико – химические методы

Необходимо учитывать повышение устойчивости микрофлоры к воздействию хлора, озона и ультрафиолета. Это естественный процесс эволюции. Микробиологи ведущих научных центров Америки, Азии и Европы показывают в своих отчетах, что за последние 15-20 лет устойчивость патогенной микрофлоры к хлору повысилась в 5-6 раз, к озону в 2-3 раза, к ультрафиолету в 4 раза. А это означает, что с учетом дальнейшего повышения устойчивости микроорганизмов спор, вирусов и простейших к перечисленным выше методам дезинфекции воды и стоков необходимо при проектировании закладывать уровни воздействия с учетом динамики роста сопротивляемости объекта воздействия. Именно поэтому, сейчас в экономически развитых странах минимальная доза воздействия ультрафиолетового излучения определена в 40 мДж/см2, а во всех проектируемых станциях по обработке воды и стоков закладывается доза ультрафиолетового излучения 70-100 мДж/см2.

В этом случае наиболее перспективными являются методы комбинированного воздействия  на воду различных дезинфицирующих  средств и способов.

Одним из таких методов  является одновременное воздействие  на воду ультразвука и ультрафиолета, применяемого в новой технологии обеззараживания воды под названием  «Лазурь». В ее основе непрерывная  обработка воды ультрафиолетовым излучением, с плотностью потока не менее 40 мДж/см2. и длиной волны 253,7 нм и 185 нм с одновременным  ультразвуковым воздействием плотностью около 2 вт/см2 и акустическими колебаниями. В процессе обработки проходящего  потока воды ультразвуком от излучателя, размещаемого непосредственно в  корпусе камеры фотохимического  реактора, в воде образуются короткоживущие парогазовые «каверны». Они возникают  в момент локального разряжения в  воде и взрываются при сжатии воды в объеме модуля установки на неоднородностях  с частотой в несколько десятков килогерц. При этом, за счет резкого  изменения давления и температуры, в воде практически полностью  уничтожается патогенная микрофлора, образуются активные радикалы ОН, так  как в роли неоднородностей выступают  споры грибков, бактерии, собственно и являющиеся мишенями обработки. Радикалы ОН являются мощнейшим катализатором, который на несколько порядков увеличивает  воздействие ультрафиолетового  излучения. Помимо этого, под воздействием ультразвуковых колебаний в объеме обрабатываемой жидкости, в модуле установки возникает процесс  объемной дегазации – появление  многочисленных, микроскопических воздушных  пузырьков.

В настоящее время накоплен обширный материал по воздействию УФ-излучения  на различные виды микроорганизмов, которые по устойчивости к ультрафиолету  располагаются в ряд: вегетативные бактерии  вирусы  бактериальные  споры  цисты простейших. При этом установлено, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор. Эффект обеззараживания при УФ-дезинфекции основан на воздействии ультрафиолетовых лучей с длиной волны 200-300 нм на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, он обусловлен фотохимическим реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК и других структур клетки. Бактерицидный эффект зависит от прямого воздействия ультрафиолетовых лучей на каждую бактерию. Интенсивное внедрение УФ-дезинфекции воды на средних и больших объектах связано со многими преимуществами данной технологии.

Безреагентный и экологически чистый ультрафиолетовый метод обработки  в сравнении с озонированием  требует в два раза меньше капиталовложений и в пять раз меньше эксплуатационных затрат. Это связано с небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз  меньшими, чем при озонировании); отсутствием необходимости в  специальном обслуживающем персонале; с отсутствием организации специальных  мер безопасности. УФ-облучение, в  отличие от окислительных технологий, не меняет химический состав воды. Степень  УФ-дезинфекции не линейно, а экспоненциально  растет с увеличением дозы УФ-излучения, поэтому незначительное увеличение УФ-мощности при заданном расходе  обрабатываемой воды в несколько  раз повышает степень дезинфекции.

Многочисленные исследования показали отсутствие вредных эффектов после облучения воды даже при  дозах, намного превышающих практически  необходимые.

Обеззараживаемая ультрафиолетом вода должна иметь достаточную прозрачность, поскольку в загрязненных водах  интенсивность проникания УФ-лучей  быстро затухает. Степень влияния  мутности и цветности воды на эффект обеззараживания УФ-лучами оценивается  по коэффициенту пропускания (поглощения) воды в ультрафиолетовой области. В  зависимости от качества обрабатываемой воды, её назначения, колеблются дозы УФ-излучения.

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, содержанием железа не более 2 - 3 мг/дм3. Эти характеристики определяют границу конкурентоспособности  УФ-технологии дезинфекции [5]

Также существует технология дезинфекции воды раствором оксидантов, вырабатываемым в установках АКВАХЛОР.

В установках типа АКВАХЛОР впервые решены вопросы рационального  сочетания положительных свойств  известных оксидантов – хлора, диоксида хлора и озона и устранены  отрицательные моменты, присущие каждому  из названных реагентов в отдельности, т.е., исключено образование побочных продуктов хлорирования и озонирования. Установки АКВАХЛОР являются альтернативным и безопасным в эксплуатации источником хлора и могут использоваться в качестве замены баллонов и контейнеров с жидким хлором на станциях очистки воды хозяйственно-питьевого водоснабжения любой производительности, на сооружениях очистки бытовых и промышленных сточных вод, в системах очистки воды плавательных бассейнов.

Рис. 1 Блок – схема установки АКВАХЛОР

 

Принцип работы установок  АКВАХЛОР состоит в электрохимическом  синтезе влажной газообразной смеси  оксидантов - хлора, диоксида хлора  и озона из водного раствора хлорида  натрия концентрацией 200 – 250 г/л под  давлением в диафрагменных модульных  электрохимических элементах ПЭМ-7, каждый из которых является отдельной  ячейкой электрохимического реактора. [1]

4 Физические методы

На протяжении последних 30 лет в России 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 дезинфекции, 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 энергоемкости  или сложности аппаратуры, а также  из-за не изученности образующихся в процесс е обработки воды соединений. Многие из этих методов находятся на стадии чисто научных разработок.

В настоящее время ведётся  разработка считающихся перспективными окислительных технологий, которые  охватывают обширный диапазон физических и химических методов, способных  удалять из воды примеси до очень  низких концентраций. Сюда относятся  методы- УФ+О3, УФ+Н2О2, УФ+О3+Н2О2 и др. С  помощью этих методов ожидается  достижение очень высокой эффективности  обеззараживания, обусловленная синергетическим  эффектом, т.е. взаимоусилением отдельных  воздействий от каждого из применяемых  средств. [4]

5 Естественные  биоценозы

Все физико-химические и  сорбционные методы сами по себе или  в сочетании не обеспечивают необходимого уровня очистки воды от микроорганизмов. Только сочетание их с химическими  дезинфектантами или физическими  методами обеззараживания позволяет  достигнуть нужных результатов.

Довольно часто экологами  для обеззараживания сточных  вод предлагается использовать естественные биоценозы, в частности, биопруды, где  обеззараживание происходит за счет природного ультрафиолета и альгофлоры. Установлено, что свободноплавающее  на поверхности растение, такое как  ряска хорошо растет на СВ свиноводческих комплексов, городских СВ. Дезинфекция  СВ птицефабрик возможна при прохождении  сточной жидкости через серию  рыбоводно-биологических прудов с  адаптированным альгологическим комплексом из диатомовых, зеленых и протококковых  водорослей. Однако вce эти виды воздействий крайне слабы и имеют сезонный характер. Даже в летний период биопруды со временем пребывания в них воды 30 суток дают сокращение количества БГКП только на 99 %, что недостаточно для выполнения требований санитарных органов. Методы обеззараживания в естественных биоценозах могут быть использованы только для небольших объемов. [4]

 

 

 

 

 

 

Заключение

Анализ зарубежного и  отечественного опыта обеззараживания  сточных вод показал, что в  настоящее время интенсивно разрабатываются  экологически более чистые и безопасные методы обеззараживания воды, альтернативные хлорированию. Многие из числа известных  методов находятся пока на стадии научных разработок, лабораторных и  производственных испытаний, внедряются на небольших очистных сооружениях. Реально работающими технологиями, прошедшими поверку на очистных сооружениях, являются озонирование и УФ-облучение. Однако при сопоставлении этих методов  обеззараживания предпочтение все  же отдано УФ-облучению по следующим  соображениям.

Озон обладает сильным  дезинфицирующим действием в  отношении бактерий и вирусов, характеризующихся  высоким окислительным потенциалом. Побочными продуктами озонирования являются альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, фенолы и другие гидроксилированные и аллоратические ароматические  далеко не безвредные соединения. Кроме  того, частичная деструкция органических соединений приводит к их трансдеформации  в биоразлагаемую форму. Они, являясь  питательным субстратом, могут вызвать  размножение микроорганизмов в  водоеме, что в конечном итоге  приводит к снижению санитарной надёжности воды.

УФ-дезинфекция же, в силу физико-химического механизма обеззараживания, не вызывает образования побочных продуктов  и может быть отнесена к экологически чистым методам дезинфекции. Кроме  того, существенное значение имеет  и то обстоятельство, что этот метод  отличается более низкими эксплуатационными  расходами.

Однако следует отметить, что обеспечить надежный уровень  подавления патогенной микрофлоры можно  только лишь при тщательном соблюдении рекомендованного регламента обработки. На территории СНГ наибольший опыт применения обеззараживания сточных  вод накоплен в России, который  может быть использован при обосновании  метода обеззараживания сточных  вод в других регионах. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцкий В.И. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. - М.: ВНИИИМТ, 2001. - 176 с.; - ил.
2. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т. 1. Рекомендации. - ВОЗ. - Женева, 1994. - 255 с.
3. Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды. –М.: ВНИИИМТ, 1999. – 84 с; - ил.
4. http://www.o8ode.ru/
5. http://www.svarog-uv.ru/