Обеззараживание – важный и, чаще всего, заключительный этап в процессе обработки сточных вод на очистных сооружениях. Согласно п.9.2.11.1 [1, с. 10] хозяйственно-бытовые сточные воды и их смеси с производственными сточными водами, сбрасываемые в водные объекты, либо используемые для технических целей, должны подвергаться обеззараживанию. Эти действия направлены на поддержание экологической безопасности окружающей среды, так как сточные воды могут представлять большую опасность для человека, являясь средой, которая может нанести большой вред здоровью. Это происходит из-за большого содержания загрязнений, содержащихся в воде, которые могут быть как органическими, так и неорганическими. В настоящее время есть множество способов обеззараживания сточных вод, однако не все способы можно применять исключительно для бытовых стоков. В данной статье будут рассмотрены методы хлорирования и ультрафиолетового излучения.
Практически все сточные воды от населенных пунктов содержат возбудителей опасных заболеваний: вирусы, бактерии, грибки, споры и т.п. В процессе очистки сточных вод удаляется до 90-95% различных бактерий, а оставшиеся микроорганизмы при попадании в водный объект потенциально способны оказать негативное влияние на здоровье человека, привести к таким заболеваниям как: дизентерия, сальмонеллёз, вирусных инфекции и многих других.
Чаще всего, когда речь идёт о хозяйственно-бытовых сточных водах, большое внимание приковывается к бактериям брюшного тифа (Salmonella typhi), поражающих желудочно-кишечный тракт. С целью выявления присутствия в воде патогенных микроорганизмов проводится анализ. Определяют коли-индекс (количество кишечных палочек в литре жидкости) или коли-титр (наименьший объем воды, в котором обнаруживается кишечная палочка). Хоть сама кишечная палочка и не является болезнетворной бактерией, но её наличие указывает на возможность присутствия опасных для здоровья человека бацилл[1, с. 12].
Ультрафиолетовое излучение.
Согласно [2, с. 6], суть данного метода заключается в способности излучаемого потока проникать внутрь клетки и воздействовать на нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, которые теряют способность делиться, происходит инактивация (теряется способность к размножению). Вода обеззараживается, проходя внутри установки вдоль кварцевого кожуха с работающей УФ-лампой. Для обеззараживания сточных вод необходима доза излучения не менее 30 мДж/см2, а эпидемическая безопасность воды по паразитологическим показателям достигается при дозе не менее 65 мДж/см2.
Хлорирование.
Это химический метод обеззараживания, заключающийся во введении в стоки определенного количества хлорсодержащих реагентов таких как: Cl, ClO2, белильная известь, хлорноватистокислый натрий и кальций[3, с. 5].
Открытие данного метода обеззараживания воды без преувеличения можно назвать историческим событием, поскольку именно это изобретение в профилактической гигиене ХХ века позволило остановить распространение различных кишечных инфекций. Введение хлорсодержащих реагентов приводит к протеканию процессов окисления органических веществ и смертельно для микроорганизмов.
Недостатки методов.
Одним из недостатков хлорирования воды является образование побочных продуктов – галогенсодержащих соединений (ГСС), большую часть которых составляют тригалометаны (ТГМ): хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Образование тригалометанов обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения. Процесс образования тригалометанов растянут во времени до нескольких десятков часов, а их количество при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Поэтому применение гипохлорита натрия или кальция для дезинфекции воды вместо молекулярного хлора не снижает, а значительно увеличивает вероятность образования тригалометанов.
На эффективность функционирования бактерицидных установок, работающего по принципу обеззараживания воды ультрафиолетом, огромное влияние оказывает наличие в воде взвешенных частиц различных загрязнителей. Если в воде присутствует крупнодисперсная примесь, то она может сыграть роль своеобразного щита для болезнетворных микробов, которые впоследствии не получат необходимую дозу облучения и, соответственно, не будут обезврежены. Становится ясным, что чем выше уровень содержания в воде механических примесей, тем выше вероятность недостаточной эффективности влияния УФ излучения на отдельные микроорганизмы. Таким образом необходимым условием для полноценного функционирования установки обеззараживания воды становится применение дополнительных этапов водоочистки, предшествующих обеззараживанию воды ультрафиолетом и своей целью имеющих удаление из воды механических и других примесей.
Не меньшим по значению недостатком УФ обеззараживания воды служит отсутствие последействия дезинфицирующих мер. Ультрафиолет — излучение и, следовательно, оно не остается в воде после выхождения ее из корпуса бактерицидной установки. Действие ультрафиолетового обеззараживания одноразовое и прекращается сразу после потери контакта излучения с водой.
Из этого следует, что комбинирование двух методов является очень эффективным. Растворенный в воде хлор образует хлорноватистую кислоту (HOCl), вступающую в реакцию с аммиаком, содержащимся в сточных водах. и образует монохлорамин (NH2Cl). Дальнейшие реакции с хлорноватистой кислотой могут привести к образованию ди- и трихлораминов. При УФ-облучении возможно протекание двух процессов, приводящих к снижению хлораминов: прямое разрушение УФ-лучами (фотолиз) связи N-Cl в молекуле хлорамина и образование различных радикалов-окислителей, которые уже в свою очередь разрушают хлорамины.
Рисунок 1. Сравнение эффективности обработки сточных вод против сапрофитов хлором и УФ – излучением.
Для оценки эффективности первого процесса необходимо учитывать кривые поглощения различных хлораминов. Из [3, с. 27] известно, что максимум поглощения, а значит и максимум разрушения, у монохлораминов приходится на длине волны 245 нм, у ди- и трихлораминов – на 297 и 340 нм соответственно.
При образовании радикалов-окислителей происходит разрушение не только хлораминов, но и различных углеводородных молекул. Дополнительным, но немаловажным эффектом от применения УФ-облучения является тот факт, что ультрафиолет не только позволяет снизить содержание хлораминов, но и обеспечивает обеззараживание воды в отношении всего спектра патогенных микроорганизмов, включая устойчивых к хлорированию вирусов и цист простейших (например, Cryptosporidium и Giardia). Благодаря отличному обеззараживающему эффекту УФ-излучения снижается и дозировка хлорреагентов.
Если рассматривать недостатки ультрафиолетового излучения, то можно отметить, что хлор эффективнее справляется с рядом кишечных палочек и патогенных микробов, к примеру, сальмонелла.
Совместное применение УФ-излучения и хлорирования обеспечивает высокий бактерицидный эффект в отношении споровых и хлороустойчивых форм бактерий и вирусов[4, с. 35].
Так же можно взять во внимание тот факт, что при транспортировке воды, которая была обеззаражена ультрафиолетовым излучением, может возникнуть повторное загрязнение из-за неудовлетворительного состояния трубопроводов. Наличие коррозии и биопленок в трубах полностью разрушает всю эффективность метода. Добавление малых доз хлора перед транспортировкой исключает повторное заражение вод, тем самым компенсируя недостатки метода УФ-обеззараживания. Это называется «метод мультибарьерности».
Рисунок 2. Инактивация E.coli после УФ-облучения мощностью 50-70 Дж/м2, за которым следует обработка ClO2 с концентрацией 0-1 мг/л.
Рисунок 3. Инактивация E.coli после обработки ClO2 с концентрацией 0-1 мг/л, за которой следовало УФ-облучение мощностью 70 Дж/м2.
Рисунок 4. Инактивация E.coli после одновременной обработки ClO2 сконцентрацией 0-1 мг/л и УФ-облучением мощностью 70 Дж/м2.
Заключение.
Комбинирование методов хлорирования и ультрафиолетового излучения является очень эффективным. В зависимости от состояния исходной воды и целей обеззараживания можно рассматривать различные комбинации. Ультрафиолет хорошо справляется почти со всеми загрязнителями и не изменяет органолептических свойств воды, а хлор может удалить из воды те примеси, с которыми не справляется УФ-излучение, а так же обеспечить транспортировку воды, не теряя ее качество после процессов обеззараживания.
Библиографический список
- СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85 (с Изменениями N 1, 2) - 72 с.
- МУ 2.1.4.719-98. Санитарный надзор за применением ультрафиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды: Научно-производственное объединение “ЛИТ” – М., 1998
- МУ 2.1.5.800-99. Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод. Методические указания.: М., 2000.
-
Справочник перспективных технологий водоподготовки и очистки воды с использованием технологий, разработанных организациями оборонно-промышленного комплекса и учетом оценки риска здоровью населения.
Количество просмотров публикации: Please wait