4996

11

Таблица 1

Эффективность обеззараживания хлором патогенных бактерий, вирусов и простейших в лабораторных условиях

Обеззараживание воды озоном

Зарубежный и отечественный опыт применения озона в водоподготовке загрязненных поверхностных и подземных вод свидетельствует о его комплексном воздействии на очищаемую воду, включая и обеззараживание.

Для обеспечения эффективной инактивации как вегетативных, так и споровых бактерий, а также вирусов необходимо предварительное глубокое

12

обесцвечивание воды до 8-10 град, осветление до менее 1 мг/л и отсутствие частиц взвеси с крупностью более 5 мкм.

Обеззараживающая доза озона составляет порядка 5 мг/л при продолжительности контакта 5-10 мин и при величине остаточного озона

0,3-0,4 мгО3/л.

Несмотря на то, что О3 является очень сильным обеззараживающим агентом, использование его на конечной стадии водоподготовки не исключает последующего риска загрязнения микроорганизмами. Так, остаточный О3 в количестве 0,4 мг/л разлагается менее чем за 1 час. Это может привести к тому, что в очищенной воде после разложения озона будет наблюдаться усиление активности бактерий и рост их числа в протяженных водоводах и распределительных сетях.

Озон значительно уменьшает дозу хлора для обеззараживания и пролонгирует его действие. Необходимое время контакта озоно-воздушной смеси с водой – не менее 20-30 минут.

Озонирование как специальный метод обеззараживания питьевых вод осуществляется в сочетании с другими методами: хлорированием уменьшенными дозами и мембранной технологией.

Метод озонирования целесообразно применять для обеззараживания любых расходов очищенных поверхностных, подрусловых и подземных вод, загрязненных устойчивыми к инактивации видами патогенных спорообразующих бактерий и энтеровирусов. В технологии водоподготовки обеззараживание частично осуществляют на этапе преозонирования и окончательно – на этапе дезинфекции.

Озонаторная установка может работать на атмосферном воздухе и жидком кислороде. В первом случае установка включает:

-блок осушки и подготовки воздуха;

-воздушный компрессор;

-генератор озона;

-блок водяного охлаждения генератора;

-реактор;

-повышающий трансформатор;

-пульт управления;

-блок контроля озоно-воздушной смеси.

Работа установки автоматизирована. Во втором случае исключается блок подготовки и осушки воздуха.

Расчет производительности озонаторной установки производят по суммарной дозе озона qоз на указанных стадиях обработки и расчетному часовому расходу озонируемой воды qчас.

При предварительном озонировании озон расходуется на удаление органических и неорганических веществ прежде, чем он будет затрачиваться на инактивацию патогенных бактерий и вирусов.

Ориентировочно на преозонирование воды из поверхностного источника (до коагуляционной обработке) дозу озона принимают от 0,5 до 5 гО3/м3, в зависимости от загрязненности исходной воды. Продолжитель-

13

ность контакта озоно-воздушной смеси с водой – от 2-6 до 10 мин. Максимальные дозы озона 3-5 гО3/м3 в течение года колеблются по сезонам:

- в осеннее-зимний период – 3-4 гО3/м3;

В каждом случае требуется экспериментальное определение дозы озона. Очищенная вода на стадии окончательного обеззараживания должна

иметь мутность не более 1,5 мг/л, дисперсные примеси не более 5 мкм, цветность – до 20 град, суммарное количество железа и марганца не более 0,1 мг/л, коли-индекс не более 1000 кл/л, ОМЧ – не более 10 кл/см3, отсутствие цист простейших.

Окончательное обеззараживание рекомендуется производить в контактных резервуарах с двумя последовательными камерами. В первой обеспечивается химическая потребность воды в озоне с остаточной концентрацией С = 0,4 мг/л, во второй – эта концентрация поддерживается в течение требуемого времени Т = 4 мин. Эффект обеззараживания по патогенным бактериям и вирусам, включая наиболее устойчивые вирусы гепатита и полиомиелита – 99,99-100%.

Концентрация озона в озоно-воздушной смеси – до 20 гО3/м3. Коэффициент использования озона – не менее 0,9. Время разложения остаточного озона в воде, прошедшей дезинфекцию – менее 20 мин.

В России имеется ряд производителей озонаторного оборудования: ОАО «Курганхиммаш» (г. Курган), завод им. М.В. Хруничева (г. Москва), НПП «Техозон» (г. Дзержинск Нижегородской обл.), предприятие «КБ Химавтоматика» (г. Воронеж).

Современные методы обеззараживания питьевой воды

Известно, что недостатками этого относительно простого метода обеззараживания являются пониженная инактивирующая способность по отношению к спорообразующим кишечным бактериям и вирусам, а также способность вступать в реакцию с органическими веществами и образовывать побочные, токсичные для человека вещества, обладающие канцерогенной и мутагенной активностью. Опасность ситуации усугубляется тем, что в связи с практически повсеместным антропогенным загрязнением воды, как в поверхностных, так и в подземных источниках водоснабжения дозу хлора при обеззараживании приходится увеличивать, а это, помимо образования токсичных хлорорганических соединений, ухудшает вкус и запах воды. Необходимо также учитывать, что перевозки на значительные расстояния и постоянное хранение больших количеств жидкого хлора служат источником экологической опасности для близлежащих населенных пунктов.

Современные традиционные альтернативные методы обеззараживания - УФ-излучение и озонирование - отличаются более высокой эффективностью по инактивации спорообразующих бактерий и

14

энтеровирусов, а также отсутствием побочных хлорорганических продуктов, но не имеют консервирующего эффекта хлора.

К новым методам обеззараживания относятся ультра- и нанофильтрация через поливолоконные мембраны, низко- и высоковольтные разряды токов высокой частоты, облучение ускоренными электронами, гамма-облучение, лучи лазера и другие. Однако, они пока не нашли широкого применения на водопроводах.

В схемах очистки загрязненных поверхностных и подземных вод в России, странах Европы и США находит сочетание методов озонирования, УФ-облучения с исключением первичного хлорирования и использованием консервирующего эффекта обеззараживания хлором с уменьшенной дозой для очищенной воды.

Рациональный выбор метода обеззараживания питьевой воды должен производиться с учетом качества воды в источнике водоснабжения, схемы и производительности станции водоподготовки, состояния водоводов и распределительной сети.

Физико-химические методы интенсификации процессов обеззараживания

К числу перспективных физических методов интенсификации процессов обеззараживания воды, разработанных в НИИ РАН, институте коллоидной химии и химии воды АН Украины и других научноисследовательских организациях относятся:

∙усиление антимикробного эффекта катионов путем наложения электрического поля;

∙использование ультразвука;

∙применение электродиализа;

∙прямой электролиз хлоридов, содержащихся в природных водах (особенно высокоминерализованных);

∙совместное воздействие УФ-облучения и перекиси водорода;

∙использование посеребренного активированного угля.

Теоретические основы бактерицидного воздействия постоянного электрического поля объясняется повышением чувствительности микробных клеток к антимикробным агентам. Действие постоянного электрического поля с напряженностью от 30 до 10 В/см на бактерии E-coli, осуществляемое в электролизере с графитовыми электродами, наиболее сильно проявляется при наличии в воде катионов серебра, меди, цинка, железа (рис. 38.13) с их концентрацией до 0,1 мг-ион/л и усиливается с увеличением продолжительности обработки воды до 60 и более секунд.

При более низких концентрациях (0,002-0,005) антимикробный эффект катионов в условиях наложения электрического поля проявляют только ионы серебра.

15

Значительно повысить дезинфицирующее действие малых доз хлорреагентов, перекиси водорода, УФ-облучения можно добиться посредством ультразвука (УЗ). Этот метод особенно перспективен в случаях обеззараживания недостаточно очищенных вод. Гибель микробов Ecoli при ультразвуковой обработке воды возрастает с увеличение экспозиций до 10 и более минут. Так, при действии ультразвука с частотой 820 кГц и напряженностью поля 30 В/см2 при содержании кишечной палочки в воде до 104 мг/мл гибель микробов возрастала от 0,5% при времени воздействия 0,5 минут до 80% при времени воздействия 10 минут.

Рис. 3. Эффективность бактерицидного воздействия ионов металлов во времени

Всвязи с широким применением первичного и вторичного хлорирования воды в коммунальном водоснабжении в системах подготовки и транспортировки хлорированной воды могут оставаться хлоррезистентные микроорганизмы, сохраняющие свою жизнедеятельность (см. табл.1).

Вэтих условиях повышение бактерицидной надежности очищенной воды можно достичь применением электролитических растворов серебра. Положительные результаты испытаний этого метода были получены в институте коллоидной химии и химии воды АН Украины и институте медикобиологических проблем России.

Механизм действия серебра на микробную клетку заключается в сорбировании серебра клеточной оболочкой, проникновением ионов серебра внутрь клетки и блокировки им бактериальных ферментов. В результате последнего клетка погибает. Опытами установлено, что вода, обработанная серебром в концентрации 0,1 мг/л, может сохранять высокие санитарногигиенические свойства в течение года.

Обеззараживание и консервирование питьевой воды осуществляют в ионаторах, конструктивно состоящих из электролизера с анодным

16

растворением серебряных электродов, датчиков расходов воды и системы управления трубопроводами и блока автоматики. Блок автоматики контролирует и обеспечивает требуемую продолжительность работы ионатора, переключение полярности питающего электроды напряжения через 10-20 минут, отключения его работы при прекращении подачи воды.

Оптимальные характеристики работы ионаторов серебра ЛК-34(с) приведены в табл. 2.

Примечание. Р - общее солесодержание.

Помимо серебряных электродов в электролизерах электрорастворение серебра осуществляют с поверхности угольных электродов. Приготовление серебряной воды в малых водоочистных устройствах осуществляют с использованием посеребренного активированного угля.

В Новочеркасской государственной мелиоративной академии разработана технология обеззараживания воды на основе комбинирования УФ-облучения, пероксида водорода и обработки ионами серебра, позволяющая в ряде случаев исключить применение хлора на финишной стадии подготовки питьевой воды. В результате этого снижается уровень экологической опасности системы водоподготовки в целом (табл. 3).

Введение ионов в воду, подвергаемую в дальнейшем бактерицидной обработке пероксидом водорода и УФ-лучами, сопровождается значительным (на порядок и более) повышением интегрального уровня обеззараживания. Это явление вызвано собственными относительно высокими бактерицидными свойствами указанных ионов и их длительным бактерицидным действием, а также ускорением процессов химического и фотохимического разложения пероксида водорода и отчасти воды, приводящих к образованию суперактивных в бактерицидном отношении радикалов ОН и вероятным образованием обладающих аналогичными свойствами частиц Ag2+.

Вполне очевидно, что последние могут существовать только в сильно окислительной среде, создаваемой совместно молекулами Н2O2, частицами ОН и УФ-воздействием. После прекращения УФ-облучения и разложения Н2O2 условия для существования частиц Ag+ исчезают, и они вновь переходят в стабильное состояние, т.е. Ag+. Нахождение последних в воде

Рис. 4. Схема методов обеззараживания сточных вод

В 1995 г. по результатам обобщения отечественного и зарубежного опыта МГУП «Мосводоканалом» в ходе разработки «Концепции по обеззараживанию сточных вод на московских станциях аэрации» была

проведена ранговая экспертная оценка (по 5-ти бальной системе). Для сравнительной оценки было выбрано 15 основных известных промышленных методов обеззараживания. Оценка осуществлялась по 24 показателям, среди которых:

-частота применения на крупных станциях;

-длительность апробации метода;

-развитость производства в России;

-отсутствие возможности возникновения чрезвычайных ситуаций;

-воздействие на вирусы и другие патогенны;

-экологическая безопасность;

-отсутствие большого объема капитальных затрат;

-низкий расход электроэнергии и др.

Были выполнены технологические и технико-экономические расчеты. Проведенная работа позволила сделать вывод, что ни один из известных реагентных методов обеззараживания не может быть применен по техническим или экономическим и экологическим соображениям. Данные ранговой экспертной оценки по 9 методам обеззараживания по ряду основных