Усовершенствование процесса обеззараживания

 

 

Вода, являясь хорошим растворителем, содержит питательные вещества для развития микроорганизмов. Биологическое население водоемов содержит патогенные (возбудители болезней) микробы и их антагонистов. Последних больше. Однако, человек своей деятельностью нарушает это равновесие, загрязняя воду источников (повышение температуры, снижение растворенного кислорода и т.п.), при этом увеличивается опасность развития патогенных микробов.

Патогенные микроорганизмы могут быть извлечены из воды в процессе обычной физико-химической обработки: коагуляцией-флокуляцией, контактным осветлением, фильтрованием с предварительным отстаиванием или флотацией и т.п. С другой стороны их инактивация может быть достигнута окислением в процессе обработки воды хлором, двуокисью хлора, гипохлоритом натрия и хлораминами, УФ излучением и озоном. Эффективность извлечения патогенных микроорганизмов зависит от их происхождения, а некоторые из них достаточно хорошо извлекаются, главным образом, в процессе осветления воды различными способами. (табл. 1, един?)

 

Таблица 1

Технология обработки	Эффективность извлечения
криптоспоридии	микроводоросли
Микропроцеживание	-	0,2-0,5
Прямое фильтрование	2-3	1-1,7
Отстаивание-фильтрование	1,5-3,5	1,3-3
Отстаивание-фильтрование-озон-ГАУ	4-6,5	3-4
Микрофильтрация	> 3	> 3
Ультрафильтрация	> 6	> 6

 

Существуют микроорганизмы, которые особенно чувствительны к окислительным способам обработки воды (например, бактерии и вирусы). В табл.2 приведены значения известного параметра эффективного обеззараживания СТ (С – остаточная концетрация окислителя, Т – время контакта) для вирусов и цист джиардиа при t воды 10⁰ С и рН=6-9

 

Таблица 2. Данные USEPA

Обеззараживающий реагент	Значение СТ для инактивации
вирусов	Цист Giardia
2 log (99%)	3 log (99%)	2 log (99%)	3 log (99%)
Хлор
Хлорамин
Двуокись хлора	4,2	12,8
Озон	0,5	0,8	0,95	1,43

 

В качестве основного параметра оценки технологии обработки воды сегодня применяют мутность и число частиц. Однако во Франции после проведения длительных испытаний пришли к выводу, что нет корреляции между значениями этих параметров и эффективностью обеззараживания, особенно, в отношении криптоспоридий.

Причиной эпидемий в США в 1971-1995 явились:

8,7 % - вирусы; 14,7 % - бактерии; 21,6 % - простейшие одноклеточные.

Сегодня отмечена эволюция патогенных микроорганизмов (шигелла, эсчеричиа коли, и др., их инфицирующие дозы лишь 10-100 цист), идентифицированных в качестве ответственных за эпидемии водного происхождения. Поэтому актуальна задача внесения соответствующих изменений в практику питьевой водоподготовки как с целью повышения эффективности процессов осветления и окисления, так и для гарантированного обеспечения глубокого обеззараживания.

Вирусы не имеют клетчатой структуры, состоят из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой оболочкой. Вирусы – внутриклеточные паразиты. Они не размножаются на искусственных средах, отсюда трудности при их анализе, необходимы специальные лаборатории.

Энтеровирусы устойчивее бактерий к стандартным дезинфектантам – хлору и УФ.

Контроль процесса обеззараживания:

Микробиологические показатели: ОМЧ (не более 100 кл/см3), коли –индекс ( не более 3), индекс ФК (фекальные колиформы), кл/100см3, (отсутствие), количество патогенных микроорганизмов, кл/дм3, (отсутствие), количество колифагов, кл/дм3, (отсутствие).

Паразитологические показатели (клетки и цисты-лямблии, криптоспоридии, дизентерийные амебы, балактидии, хламидии, гельминты): количество патогенных кишечных простейших, кл/25дм3, (отсутствие), количество кишечных гельминтов, кл,яйца,личинки/25дм3, (отсутствие).

В 1986 г. в США введен обобщающий критерий СТ для определения потребных доз дезинфектанта. СТ – это произведение дозы дезинфектанта в мг/л на время контакта воды с реагентом от точки ввода до первого потребителя в мин. Например, по ГОСТ 2874-84 остаточный хлор 0,5 при времени 1ч. Если при этом доза хлора составляла 2 мг/л, то критерий СТ равен 2х60=120. При увеличении времени контакта до 150 мин можно сократить дозу до 120/150 = 0,8 мг/л.

Наиболее распространен способ обеззараживания хлорированием. На большинстве станций применяют двойное хлорирование: для поддержания санитарного состояния сооружений и предварительного окисления органических веществ хлор вводят перед смесителем и для обеззараживания – перед РЧВ.

Опыт эксплуатации показал:

1) в связи с загрязнением источников синтетическими и естественными органическими веществами при первичном хлорировании образуются постпродукты – ТГМ, которые обладают канцерогенным воздействием;

2) при наличии споровых форм микроорганизмов эффективность обеззараживания хлором снижается, требуется суперхлорирование;

3) наблюдается повторный рост бактерий в очищенной воде, остаточный хлор не является надежным барьером вторичного загрязнения воды в сети.

Опыт водоканала г.Ярославля показал, что необходимая степень очистки от колифагов и энтеровирусов достигается при глубокой очистке по мутности и цветности и использовании хлора при максимальных дозах. Концентрация вирусов снижалась на 80-93%.

Наблюдаются следующие тенденции в технологии обеззараживания:

- отказ от первичного хлорирования;

- изменение точки ввода хлора, дробное хлорирование;

- переход на другие окислители: двуокись хлора, озон, гипохлориты;

- хлораммонизация;

- развитие других способов обеззараживания: электролиз, бактерицидные материалы для загрузки фильтров, УФ лампы.

МосводоканалНИИпроект, 2006, об альтернативных способах обеззараживания:

- в условиях России на стадии окончательной обработки воды может быть использовано исключительно хлорсодержащее средство, обладающее пролонгированным бактерицидным эффектом;

- УФ, озон и др. методы успешно применяются для интенсификации процесса обеззараживания и снижения вероятности повышения хлорорганики, но не обеспечивают остаточный бактерицидный эффект и не могут применяться при финишной обработке при подаче в сеть;

- применение диоксида хлора ограничивается дефицитом и высокой стоимостью, экологической опасностью размещения производства токсичного реагента на территории станции и несоответствием метода обеззараживания нормативной базе (получение избыточного содержания в воде хлорит-иона);

- применение гипохлорита натрия обладает комплексными преимуществами в сравнении с др. альтернативными методами обеззараживания. Рекомендуется поваренная соль и мембранный электролиз.

Выбору способа и технологии обеззараживания должно предшествовать проведение тщательных микробиологических, химических, токсикологических и эпидемиологических исследований для оценки спектра воздействия реагента, вносимого в воду, на человека.

Хлорирование. По данным международного центра раковых исследований (90-е г. ХХ в) нет оснований утверждать, что, употребляя хлорированную воду, люди рискуют заболеть раком. Поэтому хлор остается наиболее распространенным дезинфектантом.

В связи с опасностью образования галогенорганики рекомендуется перед хлорированием воду максимально очистить. Хлорирование производить после фильтров перед РЧВ с дозой за точкой перелома. Однако, есть сведения о том, что отказ от первичного хлорирования приводит к ухудшению эффекта очистки от железа, марганца, снижается сорбционная емкость гидроокиси алюминия, сокращается фильтроцикл /США/. Отмечено, что резкое снижение вирусов происходит между стадиями отстаивания и фильтрования /Франция/. Рекомендуется вводить хлор между отстойниками и фильтрами. В Архангельске применено дробное хлорирование с уменьшением дозы первичного хлорирования. В последние годы находит применение УФ облучение на стадии первичной дезинфекции /Рублевская ст. г.Москвы/.

При споровых формах микроорганизмов скорость обеззараживания снижается, требуется большее время контакта либо большие дозы. Е.Д.Бабенков рекомендует обеззараживание проводить во взвешенном слое. При этом вода подвергается комплексному физико-химическому и гидродинамическому воздействию. Реактор-интенсификатор обеззараживания с использованием легких (шлак, горелые породы, полистирол) и тяжелых (песок, клиноптилолит) загрузок дан на рис.5.42.

Озонирование.

К недостаткам озонирования, кроме сложности оборудования, относят:

- озон также образует постпродукты: альдегиды, кетоны, карбоксидные смолы, обладающие токсичным действием;

- споровые формы бактерий устойчивы и к озонированию;

- выше требования по технике безопасности.

 

 

Рис.5.42 Реактор – интенсификатор обеззараживания.

 

Озонаторные станции – высоковольтное электрооборудование, Необходима деструкция озоновоздушной смеси при неполном поглощении. Отмечается активная коррозия труб.

Опыт внедрения в г.Ярославле /ВиСТ,2003,№4/ : при первичном озонировании повторный рост микроорганизмов может привести к интенсивным биологическим обрастаниям в очистных сооружениях, особенно, в загрузке скорых фильтров, что требует периодической обработки сооружений высокими дозами хлора. Необходим тщательный подбор доз озона, здесь не более 2 мг/л.

Опыт Восточной станции г.Москвы также подтверждает увеличение числа зооплактона в воде, обработанной озоном; не снижается окисляемость. Однако, увеличивается срок службы ГАУ, достигается обесцвечивание воды.

Испытания озонирования в г.Волгограде /ВиСТ,2000,№9/: фирма «Трелигаз»: обеззараживание удовлетворительное. Однако, образуются постпродукты- броматы, альдегиды и др. Метод взрывопожароопасен, а также токсичен при эксплуатации. Требует значительных финансовых затрат (при ТЭО более экономичным явилось прмименение УФ НПО «Лит»).

Накопленный опыт позволяет рекомендовать следующее:

- озон следует вводить до хлора;

- место ввода сильно зависит от качества воды – необходима гибкая схема с варьированием точек ввода;

- при озонировании наблюдается флотация взвеси, что может привести к нарушению работы отстойников и осветлителей со слоем взвешенного осадка, может оказаться целесообразным перевод первой ступени на флотацию;

- после озонирования необходима сорбционная очистка на ГАУ;

- озон и хлор не конкуренты, а дополняющие друг друга реагенты;

- выбор места ввода и доз следует делать путем пилотных исследований.

 

Обеззараживание водными растворами хлора – гипохлориты натрия или кальция.

Гипохлориты получают путем электролиза растворов соли – направленного движения ионов при погружении в раствор положительно и отрицательно заряженных электродов. На аноде (+) происходит разряд ионов Cl ^- , на катоде (-) выделяется водород и образуется щелочь, диффундирующая к аноду и образующая с Cl гипохлорит натрия NaClO. NaClO можно получить из естественных растворов – воды, содержащей не менее 20 мг/л NaCl. Этот процесс называют прямым электролизом. Принципиальная схема электролизера приведена на рис.5.43.

В настоящее время на рынке имеются установки различных фирм. Фирма «Визави» распространяет установки «Дулькадос» с баками емкостью 60, 140, 250 л, производительностью по воде 10-110 м3/ч, 25-80 кг гипохлорита.

Опыт Мосводоканала /ВиСТ,2004,№8/. Антитеррористическая устойчивость – изотермический способ хранения хлора при температуре –34⁰С. В этом случае при проливе хлора не происходит его мгновенного испарения и, следовательно, меньше опасность поражения.

 

Рис.5.43 Принципиальная схема электролизера.

 

 

Рис. 5.44 Установка «Дулькадос»

 

Характеристика гипохлорита натрия по технологическим и санитарно-гигиеническим показателям

Если сравнить процессы, происходящие при введении в обрабатываемую воду гипохлорита натрия и хлора:

NaCIO + H2O= НCIO + NaOH CI2 + H2O = HCIO + HCI

HCIO=CIO- + H+ HCIO = CIO- + H+,

то видно, что в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные агенты - HClO и СlО. Соотношение недиссоциированной хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона зависит от рН воды.

Очевидно, что основные особенности, присущие хлорированию воды жидким хлором, должны сохраняться и при применении электролитического гипохлорита натрия. Так, при прочих равных условиях независимо от вида используемого хлорреагента требуемая степень обеззараживания достигается при одной и той же дозе по активному хлору. Величина свободного остаточного хлора, равная 0,3—0,5 мг/л для питьевой воды, как в случае применения жидкого хлора, так и при использовании гипохлоритов является гарантированным показателем бактериальной надежности обрабатываемой воды. Эффективность обеззараживания гипохлоритом натрия существенно зависит от активной реакции среды, степени очистки воды, ее инициальной зараженности.

По бактерицидному действию электролитический гипохлорит натрия при обеззараживании воды с высокой инициальной зараженностью не только не уступает хлору, но и нередко превосходит его. Например, при применении гипохлорита натрия полное обеззараживание наступает при дозе по активному хлору 0,8 мг/л, тогда как при такой же дозе в случае обычного хлорирования бактерицидный эффект был неполным и составлял 97-98 %. Это объясняется, по-видимому, тем, что в природных электролитах имеются соединения йода, брома и др., которые при электролизе образуют сильные окислители, способствующие течению процесса обеззараживания.

Растворы гипохлорита натрия во времени распадаются и несколько теряют свою активность.

Достоинства:

эффективен против большинства болезнетворных микроорганизмов;

относительно безопасен при хранении и использовании;

при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов.

Недостатки:

неэффективен против цист (Giardia, Cryptosporidium), а также вирусов;

при увеличении величины рН воды снижается эффективность ГХН как дезинфектанта, так как снижается доля хлорноватистой кислоты и увеличивается доля гипохлорит-иона, а его эффективность как дезинфектанта в 20 раз ниже;

опасность выделения газообразного хлора при хранении;

теряет активность при хранении (потеря активной части до 30 % за 10 суток);

увеличение объема реагента в 7-8 раз, увеличение склада;

замерзание при температуре -25⁰С и выпадение осадка летом;

увеличивается себестоимость очистки /ВиСТ,2004, Мосводоканалпроект/.

образует побочные продукты дезинфекции, включая тригалометаны (в том числе хлороформ и бромоформ) и броматы в присутствии бромидов;

Сравнительная оценка высоко– и низкоконцентрированного гипохлорита натрия для дезинфекции питьевых вод

Гипохлорит натрия (ГХН) – NaOCl относится к поколе­нию реагентов-дезинфектантов, используемых в качестве альтернативы газообразному хлору, обеспечивает эффек­тивное обеззараживание и за­щиту от всех известных пато­генных (болезнетворных) бак­терий, вирусов, грибковых инфекций и простейших. Ги­похлорит натрия применяется обычно в двух формах: товар­ный (технический) - высоко­концентрированный раствор с высоким значением рН, про­изводимый на химических за­водах; - раствор с бо­лее низкой концентрацией, производимый на месте ис­пользования в нужном коли­честве путем электролиза рас­твора пищевой соли (система OSEC).

Свойства гипохлорита натрия

Разложение ГХН происхо­дит двумя путями:

преобразование в хлорат и хлорид:

3NaOCl –> NaClO₃ + 2NaCl;

преобразование в кислород и хлорид:

2NaOCl –> O₂ + 2 NaCl.

Первая из этих реакций за­висит от концентрации: чем выше исходная концентрация ГХН, тем быстрее происходит разложение. Скорость разло­жения возрастает также с по­вышением температуры. Катализатором второй ре­акции является ряд металлов (никель или медь).

Разложение ГХН до хлора­та имеет два недостатка. Во-первых, происходит потеря продукта, что приводит к уве­личению расходов; во-вто­рых, в воду, подвергаемую обработке, попадают нежела­тельные побочные продукты, например хлораты.

ГХН, получаемый с помо­щью системы OSEC, разлага­ется гораздо медленнее бла­годаря низкой исходной кон­центрации. Обычно он произ­водится на месте потребления по мере необходимости, что обеспечивает минимальное время хранения по сравнению с техническим ГХН.

Еще одной проблемой по­бочных продуктов является присутствие в ГХН бромата. Бромат является результатом окисления бромида в соли, используемой для производ­ства ГХН. Из-за потенциально канцерогенных свойств бро­мата в странах ЕС существует ограничение, согласно кото­рому содержание этого со­единения не должно превы­шать 10 мг/л. Водопроводные компании стран ЕС, Англии, США, Японии и др. старают­ся закупать технический ГХН с пониженным содержанием бромата, чтобы избежать ука­занной проблемы. Для производства ГХН OSEC с низким содержанием бромата реко­мендуется использовать соль с низким содержанием броми­да.

Технический ГХН имеет высокое значение рН, что не­обходимо для обеспечения стабильности продукта. При введении его в воду с повы­шенным содержанием каль­ция и магния возможно обра­зование отложений нераство­римых карбонатов и гидроксидов. Это, в свою очередь, может вызвать серьезные проблемы с обслуживанием, поскольку потребуется часто демонтировать и чистить эжекторные устройства. Низ­кое значение рН ГХН, произ­водимого системой OSEC, сводит проблему накипи до минимума. Система OSEC английской фирмы «Wallace & Tiernan» производит ГХН концентра­цией до 0,8 % в зависимости от области применения или от типа используемой установки. Следует заме­тить, что при концентрации менее 1 % ГХН классифици­руется в Англии как неопас­ный реагент, хотя и очень эффективный дезинфектант. Единственным побочным продуктом реакции является газообразный водород, кото­рый отводится в атмосферу в безопасной концентрации.

В Украине существуют следующие компании, предоставляющие услуги по продаже гипохлорита натрия:

- компания Плазма, ООО г. Харьков;

- предприятие Днепразот, ОАО г. Днепродзержинск;

- предприятие Химпром, Первомайское ГП;

- предприятие Кремнийполимер ГП, г. Запорожье.

 

Аммонизация Весьма эффективным методом борьбы с образованием ТГМ является аммонизация воды. В зарубежной литературе рекомендуют использовать монохлорамины для борьбы с повторным ростом бактерий в сети.

Обеззараживающее действие хлора объясняется взаимодействием хлорноватистой кислоты и гипохлорит-ионов с веществами, входящими в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего они гибнут. Бактерицидный эффект хлора в значительной степени зависит от его начальной дозы и продолжительности контакта с водой. Введение в воду хлора вызывает появление в ней специфических хлорных запахов и привкусов, которые ощущаются уже при концентрации хлора 0,3-0,4 мг/л.

При аммонизации процесс хлорирования протекает несколько иначе. При взаимодействии аммиак или его водного раствора NH₄OH с хлорноватистой кислотой HOCl, образующейся при хлорировании воды, получаются хлорамины. Они изменяют характер взаимодействия хлора с фенолами и препятствуют образованию хлорфенольных запахов. В то же время хлорамины в известной мере ослабляют бактерицидное действие хлора, но удлиняют период его действия, т.е. достигается стабилизация остаточного хлора в воде во всех участках распределительной сети. Соотношение доз аммиака и хлора зависит от физико-химических свойств воды и устанавливается в каждом случае опытным путем на основании пробного хлорирования.

Связанный хлор имеет значительно меньшую реакционную способность и слабо взаимодействует с органическими веществами. Установлено, что при обработке природных вод связанным активным хлором ТГМ образуются значительно меньше, чем при хлорировании свободным активным хлором (рис. 5.45). При аммонизации хлоропоглощаемость воды снижается, хлор не расходуется на снижение окисляемости воды, в основном, расходуется на обеззараживание (рис.5.46) .

Рис.5.45 Концентрация ТГМ при обработке связанным и свободным активным хлором: 1 – преаммонизация воды; 2 – постаммонизация; 3 – хлорирование свободным хлором.

Рис.5.46 1- аммонизация связанного хлора; 2 – аммонизация свободного хлора.

 

 

Процесс аммонизации не требует дополнительных затрат, поскольку прибыль от экономии хлора значительно перекрывает расходы на аммонизацию. При использовании аммиака процесс осуществляется на оборудовании существующих хлораторных, при работе с аммиачной водой можно использовать цех коагуляции.

В качестве реагентов используют аммиак, сульфат аммония. Недостатки использования сжиженного аммиака по опыту Мосводопровода: в случае утечки аммиака поражается обслуживающий персонал и население прилегающих территорий. Аммиак взрывопожароопасен. В 1996 перешли на использование товарной аммиачной воды 25% концентрации. Она не горюча и не взрывоопасна, но токсична. Необходимо специальное аммиачное хозяйство.

Хлораммонизация рекомендуется для продления срока действия хлора, особенно при длинных водоводах (более 5 км), длительном пребывании воды в распределительной сети (более 2-3 ч), при высокой хлоропоглощаемости и применении высоких доз хлора (более 5 мг/л). При большой протяженности водоводов рекомендуется поэтапное хлорирование по трассе водоводов.

Анапа: из-за большой протяженности водовода и высокой хлоропоглощаемости в водоводе остаточный хлор не сохранялся до концевых участков. Увеличение дозы в начале водовода не дало эффекта, так как остаточный хлор весь был в свободном виде и быстро расходовался на окисление, в т.ч. на коррозионные процессы. Введено трехэтапное хлорирование малыми дозами до 1 мг/л. Эффект есть, но дорого. Использование хлораммонизации позволило при том же расходе хлора обеспечить в сети остаточный хлор. В качестве реагента использован сульфат аммония. Соотношение аммиака и хлора – 1:4 – 1:8. Аммиачная вода вводилась перед смесителем. При температуре менее 10⁰С уменьшается раскисление хлора в водоводах и аммонизация не нужна.

Испытания технологии постаммонизации на сооружениях МУП «Водоканал» Екатеринбурга / ВиСТ-2000-№11/.

Аммонизацию применяли на 2 станциях.

Рис. 5.47 Применение постаммонизации в г. Екатеринбурге

 

Качество исходной воды: М=1-6 мг/л, Ц=30-70, сухой остаток 100-220 мг/л, рН=7-7,6, Ж=0,3-1,4, Окисл=7-12, взв.в-ва 3-12, Коли-индекс 20-600.

Проблемы возникали при транспортировке по сети: протяженность сети 280 км, время пребывания 15 ч. Свободный хлор на станции 0,3-0,5, связанный 0,8-1,2. В сети суммарный хлор 0,25-0,3 при отсутствии свободного хлора. Дополнительное хлорирование на НС-3 со свободным хлором до 1-1,5. Ухудшение органолептических показателей и повышение агрессивности воды. Повышение содержания железа в отдаленных точках сети. Регулярно проводятся гидропневматические промывки сети.

Связанный хлор обладает меньшей бактерицидной активностью, чем свободный, поэтому преаммонизация в ряде случаев снижает эффективность инактивации болезнетворных микроорганизмов, содержащихся в природной воде. Установлено, что связанный хлор оказывает очень слабое действие на цисты лямблий, в связи с этим было решено отрабатывать технологию постаммонизации воды с использованием сульфата аммония. Применение этого реагента, в отличие от газообразного аммиака и аммиачной воды, более технологично и безопасно, позволяет внедрять аммонизацию воды на сооружениях без изменения существующей технологии с максимально простым приготовлением рабочего раствора и дозированием.

Оценку эффективности производили по следующим параметрам:

Параметр	Контроль	Точка отбора проб	Периодичность отбора
Перевод активного хлора в связанную форму и фиксация его содержания во времени	Хлор остаточный свободный, хлор остаточный связанный	Подача ГСВ	Ежечасно
Распределительная сеть	Ежедневно
Изменение содержания аммония в питьевой воде	Аммоний солевой	Подача ГСВ	Ежечасно
Распределительная сеть	Ежедневно
Бактерицидный эффект аммонизации	ОМЧ, ОКБ, ТКБ	Подача ГСВ
Распределительная сеть
Колифаги, ВАГА	1 раз в неделю
Влияние на процесс образования ТГМ в питьевой воде	Хлороформ	Подача ГСВ	Ежедневно
Изменение коррозионной активности воды	Скорость равномерной коррозии	Распределительная сеть (НС-3)
Влияние на органолептические свойства воды	Запах при 20 и 600 С, привкус	Подача ГСВ
Распределительная сеть

 

 

Рабочий раствор концентрацией 0,25-0,5 % по иону аммония готовили аналогично коагулянту. Дозирование осуществляли щелевым дозатором, подачу к месту ввода эжектором 0,1-0,2 мг/л по иону аммония, соотношение аммоний : хлор = 1:8-1:10. Вторичный хлор и аммоний вводились одновременно. Снижение расхода хлора на 5%.

Содержание хлороформа снизилось в среднем на 20%, что объясняется увеличением доли связанного хлора и уменьшением свободного. Отмечено, что до аммонизации образование хлорорганики продолжается и в очищенной воде на стадии вторичного хлорирования.

Через сутки после введения аммонизации содержание связанного хлора стабилизировалось по всем точкам сети. Отказались от хлорирования на НС-3.

Постаммонизация позволила снизить коррозионную активность (прибор коррозиометр) в среднем на 13%.

По отзывам населения снизилась интенсивность хлорного запаха и привкуса.

Ярославль: лучшие результаты при предаммонизации.

Достоинства аммонизации:

- экономия хлора и стабилизация его в воде;

- предотвращение образования канцерогенных веществ;

- уменьшение коррозии стальных труб;

- снижение интенсивности запаха и привкуса хлора, особенно ощутимого летом.

Недостатки: снижается бактерицидное действие.

 

УФ лампы. Бактерицидное действие УФ лучей с длиной волны 240-280 нм известно с 1877г. УФ вызывает фотохимические изменения в структуре микроорганизмов. Доза облучения – произведение интенсивности облучения на время, это мера бактерицидной энергии, переданной микроорганизму, размерность мДж/см²./ВСТ, 2003, №3/

Одним из определяющих показателей при выборе УФ-оборудования является величина коэффициента УФ-пропускания (К_уф) воды при длине волны 254 нм. К_уф характеризует ослабление УФ-излучения при прохождении его через воду вследствие эффектов поглощения и рассеивания, и определяется как доля потока излучения, прошедшего через слой воды толщиной 1 см от его начального значения, выраженная в %. Его величина определяется совокупностью содержащихся в воде органических и минеральных веществ, обуславливающих поглощение и рассеивание УФ-излучения.

Питьевая вода в России и Украине, как правило, содержит значительное количество растворенных органических веществ, не представляющих токсикологической или санитарной опасности, но влияющие на способность воды пропускать УФ-излучение в бактерицидном спектре. По России по данным НПО «ЛИТ» К_уф =67-85% для поверх. вод; для подземных 38-98%. Чем меньше К_уф , тем требуется большее количество ламп и выше стоимость установки. Следует учитывать также и колебания расходов.

Необходимы технологические обследования: производительность сооружений, максимальные расходы, показатели качества воды за несколько лет, определяется наиболее целесообразная для конкретных условий модификация УФ-оборудования и место его размещения. Проводится пробная обработка воды и определяются дозы облучения. /ВСТ,1998,№11 ВСТ,2000,№2/

В последние годы разработан и предлагается разными фирмами широкий ассортимент оборудования с УФ лампами, рассчитанного на обработку подземных и поверхностных вод в широком диапазоне производительностей.

УФ облучение обеспечивает вирулицидный эффект. Доза облучения 16 – 40 мДж/см². При использовании УФ не изменяется химический состав воды. Оборудование компактное, в ряде случаев возможна установка бактерицидных ламп прямо в водоводе.

Дозирующие установки( пропорционально расходу воды) фирмы GENODOS DM-T и УФ фирмы GENO-UV. Необходимый уровень излучения для уничтожения 99,99% содержащихся в воде бактерий и вирусов составляет не менее 400 Дж/м², при этом максимальный эффект достигается при длине волны 253,7 нм. Важным показателем является трансмиссия воды (светопропускание). Снижение трансмиссии обуславливает необходимость снижения расхода обрабатываемой воды для обеспечения требуемой интенсивности излучения.

Однако, необходимо предотвращать возможность повторного загрязнения в сети. Поэтому необходимо поддерживать соответствующее санитарно-техническое состояние сети.

2003г. Реконструкция очистной станции г. Нижнекамска: вместо первичного хлорирования ввели УФ. Первичное хлорирование проводят периодически дозой не более 2 мг/л совместно с УФ.

Испытания НПО «Лит» в г.Волгограде: дозы облучения 10-80, принята оптимальной 60 мДж/см2. Снижена перманганатная окисляемость. Рекомендовано комбинированное использование реагентов.

На Рублевской станции г. Москвы используют УФ вместо первичного хлорирования.

Есть сведения о совместном использовании озона и УФ (рис. 5.48)./Медриш/. В узкий зазор между стенками ртутной лампы и кварцевого чехла подают воздух. За счет фотохимических реакций под действием УФ лучей из кислорода образуется озон (фотолиз озона световой волной длиной 1000-2000 А).

Обеззараживание воды диоксидом хлора

Использование двуокиси хлора ClO₂ относится к обеззараживанию методом хлорирования. Это один из хлорреагентов. В ряду реагентов для хлорирования: жидкий хлор, гипохлорит натрия и кальция, диоксид хлора – последний обладает самым высоким окислительно-восстановительным потенциалом и самой высокой бактерицидностью.

Диоксид хлора – газ желто-зеленого цвета с запахом более интенсивным, чем у хлора, легко растворяется в воде, взрывоопасен. Его можно получить взаимодействием:

- хлорита натрия с хлором;

- хлорита натрия с соляной кислотой;

 

 

Рис.5.48 УФ-лампа с озонированием (Медриш): 1 – водомер; 2 – эжектор; 3 – ротаметр; 4 – сборник озона; 5 – УФ лампа с озоном; 6 – сушильный аппарат.

 

 

- хлорита натрия или калия с метанолом, щавелевой кислотой, древесными опилками в сернокислой среде;

- хлорита натрия с озоном.

В промышленности распространен, в основном, метод хлорирования водного раствора хлорита натрия, как наиболее технологичный (рис.5.49).

В СССР исследования двуокиси хлора как дезинфицирующего агента велись с 1937 г. Было подтверждено высокое дезодорирующее и бактерицидное действие двуокиси хлора, при этом вода не приобретала посторонних привкусов и запахов.

Однако, двуокись хлора легко взрывается от электрической искры, при прямом солнечном освещении или нагревании до 60⁰С, при соприкосновении со многими органическими веществами; исходный реагент – хлорит натрия токсичен, легко воспламеняется. Это создает определенные технологические трудности в его применении в водообработке. В СССР диоксид хлора входил в состав дезинфектанта для индивидуальных пакетов воды.

Механизм бактерицидного действия у жидкого хлора и диоксида хлора представляется одинаковым. Но химизм процесса хлорирования разный: ClO₂ мало гидролизуется. Считают, что бактерицидное действие оказывают молекулы ClO₂.

 

 

Рис.5.49 Установка обеззараживания диоксидом хлора: 1 – баллон с хлором; 2 – эжектор; 3 – бак с хлоритом натрия NaClO₂ ; 4 – насос-дозатор; 5 – реактор; 6 – сборник двуокиси хлора.

 

ClO₂ сильный окислитель, близкий по действию к озону. Этим объясняют более глубокое окисление органических веществ, фенолов без образования посторонних запахов. Дозы хлора и диоксида хлора, необходимые для обеззараживания, примерно одинаковы 0,25 – 2,0 мг/л. Однако, время контакта у диоксида меньше: диоксид – 0,5 ч, хлор – 1 ч.

Дозы остаточного хлора различны. Пороговые концентрации определяют по влиянию на запах и привкус воды, степени поглощения в полости рта и желудка, а также по токсикологическому признаку. Для свободного активного хлора эта доза по запаху и привкусу – 0,5 мг/л; по токсикологии для хлора – 2 мг/л, для диоксида хлора – 0,5 мг/л.

Следует отметить большую стабильность остаточного хлора при обработке воды диоксидом хлора, остаточный хлор сохраняется во всей распределительной сети, т.е. последействие его более длительное, чем у хлора.

Целесообразно применение диоксида хлора для вод, содержащих фенолы, органические вещества, аммонийные соли, железо, марганец, обладающих высокой природной щелочностью.

Используется на 150 очистных станциях США, 500 станций ФРГ, во Франции и Швейцарии (данные 1985 г.).

Преимущества:

- сильный окислитель (приближается к озону);

- не образует хлорфенольных запахов;

- меньше время контакта;

- не реагирует с аммонийными солями;

- большая стабильность остаточного хлора;

- на эффект обеззараживания не влияет увеличение рН среды;

- не образует постпродуктов, обладающих канцерогенными свойствами и мутагенной активностью.

Недостатки:

- высокая стоимость оборудования и реагентов;

- технологические трудности;

- возможность использования только на месте получения;

- не имеет преимуществ при обработке вод, загрязненных веществами биологического происхождения, нефтью, СПАВ, полиспиртами;

- не уменьшает землистые и тинные запахи;

- оказывает отрицательное влияние на щитовидную железу и может служить причиной острых токсикозов;

- возможность восстановления диоксида хлора веществами, находящимися в воде до исходного токсичного хлорита натрия;

- низкая пороговая концентрация;

- требуется высокая точность дозирования.

Постпродукты и выбор метода хлорирования /ВиСТ, 2002, №2/

При оценке метода дезин­фекции следует принимать во внимание следующие факто­ры: безопасность, образова­ние побочных продуктов, эко­номичность, независимость от поставщиков, место располо­жения и обслуживание, уста­новка оборудования и общие издержки, гарантии и многое другое.

К органическим соединениям, ответственным за образование ЛГС (летучие галогенорганические соединения), относятся оксосоединения - гумусовые вещества и нефтепродукты, влияет также планктон.

Процесс образования ЛГС зависит от дозы хлора, времени его контакта с водой и рН. Нарастание концентрации ЛГС при наличии в ней свободного хлора наблюдается до двух недель, однако, более 50% ЛГС образуются в первые 4-5 ч.

Применение гипохлорита не устраняет проблему.

Диоксины – высокотоксичные вещества, образуются при наличии фенольных соединений: гуминовые и фульвокислоты, лигнины и др. органические вещества природного происхождения. Отмечено преобразование хлорфенолов в диоксины в водопроводной сети.

Применение диоксида хлора – образуются хлорит и хлорат ионы, обладающие такими же токсичными свойствами, как и ЛГС.

Стоимость в 3-20 раз выше, чем хлор. Низкий уровень ПДК.

Совместное использование озона и диоксида. Озон – первичная обработка-удаление органики. Диоксид – окончательное.

Озон применяется для глубокой очистки воды, окисления специфических органических загрязнений антропогенного происхождения, позволяет улучшить процесс коагуляции, уменьшить дозу хлора и коагулянта, снизить концентрацию ЛГС, улучшить качество по органолептическим и микробиологическим показателям. Целесообразно его применение совместно с сорбционной очисткой.

Побочные продукты: альдегиды ( ПДК 0,05 и 0,25 мг/л) Контроль по формальдегиду – 0,05. Канцерогенны, способствуют биологическому обрастанию труб, увеличивается опасность вторичного микробиологического загрязнения воды в сети. На образование альдегидов влияет рН (лучше рН выше), концентрация органических веществ, ООУ

	исходная вода	после озонир.дозами мг/л	после озонир. и хлораммон.
	1,3	1,7	опыт1	опыт2
формальдегид	нет	6,9	7,3	9,5	10,9	9,5

 

Сорбция на ГАУ не эффективна из-за низкой емкости ГАУ. Эффект получен на биофильтре (зарядка около 10 дней).

 

Требования к качеству питьевой воды по постпродуктам

соединения	ВОЗ	US EPA	СанПиН (СНГ)	Канада	СанПиН
Хлороформ
Дихлорбромметан
Дибромхлорметан
Бромоформ
Тетрахлорметан
THM

 

Чем выше ХПК и величина цветности, обусловленная присутствием гумусовых веществ, тем выше концентрация хлороформа в хлорированной воде.

Повторное загрязнение воды в распределительной сети

 

Повсеместно отмечается повторный рост микроорганизмов в очищенной воде при ее транспортировании по водоводам и сетям.

Вторичный рост бактерий наблюдается через часов: при хлорировании - 11, при озонировании – 5, при УФ – 2,7, при хлораммонизации 14, перекись водорода – 13.

Вторичный рост бактерий:

Хлор – через 20 мин., озон и УФ – 2ч, хлорамин – до 7 дн.

Хлор, монохлорамин, озон и УФ обычно эффективны для уничтожения БГКП и начального уменьшения гетеротрофных бактерий.

Факторы, влияющие на рост бактерий:

1. Температура влияет на эффект очистки на водопроводных очистных станциях, на обеззараживание, наличие остаточного дезинфектанта, скорость коррозии, гидравлику распределительных систем, скорость потребления воды. Активность микробов усиливается при температуре более 15⁰С.

2. Дождь. После дождя в сырой воде увеличивается содержание ООУ.

3. Нитритные бактерии. Материалом для их развития являются фосфор, нитраты, углерод.

4. Фосфор.

5. Все виды азота: органический азот, аммоний, нитриты, нитраты - нежелательны в воде. Аммоний является электронным донором для бактерий.

6. Углерод является источником энергии (диссимиляция) и материалом для клетки (ассимиляция). Если в воде АОУ более 50 мг/л, то имеется возможность роста бактерий. Способствует росту резина, силикон, полиэтилен, битум. Отмечен рост микробов на полимерных материалах. В опытах с битумным покрытием установлено 48 органических веществ. Потребовалась доза хлора 30 мг/л, чтобы уменьшить ОМЧ.

7. Неорганические источники энергии: железо, водород-газ, сера, марганец, аммоний, нитриты.

8. Коррозия и осадки. Наличие биопленки затрудняет процесс борьбы с ростом бактерий.

9. Загрязнения, попадающие в сети при повреждениях.

10. Развитие планктонных бактерий.

11. Природа и концентрация биоразлагаемых соединений в свежеприготовленной питьевой воде.

12. Материал труб.

13. Время пребывания в сети.

14. Наличие остаточного дезинфектанта. Наличие остаточного хлора не дает гарантии против повторного роста бактерий, хотя существенно влияет на его снижение.

Скорость движения воды предпочтительна высокая. Чем выше скорость, тем меньше рост бактерий. При высокой скорости происходит отрыв биопленки, лучшее распределение по сети дезинфектанта.

ВиСТ,3003,№5 рекомендуется при проектировании сети принимать скорости при пожаротушении 2,5 м/с, в противном случае, сеть эксплуатируется с низкими скоростями движения воды, что приводит к застою воды и ухудшению качества. Кратность обмена воды в сети в 1976г. – 2,93 , в 2001 – 1,56. При проектировании необходимо предусматривать выпуски для промывки.

Рекомендации:

- регулярная промывка и механическая очистка сети;

- периодическая дезинфекция, предпочтительнее монохлораминами;

- при длинных водоводах повторная дезинфекция в сети, использование хлораммонизации;

- ингибиторы коррозии;

- предпочтительна биологическая обработка воды: озон + ГАУ, озон + биофильтры.

Учитывая тенденцию снижения водопотребления и соответственно уменьшение скорости движения в сетях, П.А.Грабовским, ОГАСА, предложено вводить дополнительное обеззараживание в узлах сети.

Использование пластмассовых водопроводных труб, выделяющих в воду НОСL или OCL^-. Такие «растворимые» трубы размещаются в конечных участках сети, где концентрация остаточного хлора близка к нулю. Возможные варианты:

o Отдельные трубы.

o Вставки из «растворимых» труб монтируются в специальных колодцах, что позволяет их заменять без раскопок.

- Использование растворимых вставок из гипохлорита кальция (или другого материала). Варианты:

o Вставка на основном трубопроводе.

o Вставка на байпасе.

o Автоматическое дозирование жидкого реагента в зависимости от содержания остаточного хлора.

o Ввод жидкого реагента аналогично жидкому стеклу.

- Микроволновое излучение (возможно, потребуется дополнительное введение окислителей, но меньшими дозами).

 

 

 

Рис. 5.50 Схемы хлорирования на сети