7841

10

компрессорами ВК-25 в автоматическом режиме с давлением 2-3 кгс/см2 предварительно очищенного воздуха в тенки, а затем в сосуд мерник. Из него жидкий хлор по полимерным коррозионно устойчивым трубопроводам поступает в испарители, откуда хлор-газ по наземным (преимущественно) или подземным хлоропроводам (диаметром 57 мм с толщиной стенки 6 мм) поступает в хлорораздаточные. В них хлораторами осуществляют его дозирование, смешение с водой. Затем хлорная вода поступает в смеситель и контактный резервуар.

Применяют два вида испарителей: проточные змеевиковые производительностью 200-400 кг/ч, находящиеся на расходных складах, и емкостные испарители объемом 360, 400, 2000 л, находящиеся в хлораторных на очистных сооружениях.

Для дозирования в воду хлора также используют хлораторы, главным образом вакуумного типа. Контроль дозирования хлора осуществляют автоматическими системами.

Расчетный расход обеззараживаемой воды определяют для суток максимального водопотребления (Qp м3/сут). Часовой расход, м3/ч, обеззараживаемой воды равен:

q4 = Qp/24.

На рис. 1 приведены принципиальные схемы дозирования и общие виды хлоратора АХВ-1000, в том числе с системой автоматического регулирования расхода газообразного хлора (САР-РХ) фирмы «Кравт».

Рис. 1. Принципиальная схема (а) и общий вид (б) хлоратора АХВ-1000 специализированного предприятия КРАВТ

1 – кран запорный; 2 – кран регулирующий; 3 – фильтр; 4 – камера мембранная; 5 – манометр; 6 – ротаметр; 7 – рефлектор; 8 – смеситель; 9 – клапан;

10 – эжектор; 11 – ввод хлора; 12 – подача нехлорированной воды; 13 – хлорированная вода; 14 – дренаж

11

Ранее выпускались и широко применялись на станциях водоподготовки хлораторы ЛОНИИ СТО (производительностью по хлору от 0,08 до 20 кг/ч) и ЛК (производительностью по хлору от 0,04 до 20 кг/ч).

Технологическая схема хлорирования воды хлоратором АХВ-1000 с системой автоматического регулирования расхода газообразного хлора (САРРХ) приведена на рис. 2.

Рис. 2. Технологическая схема хлорирования воды хлоратором АХВ-1000 с САР-

РХ

1, 2, 6, 7, 15, 16, 17 – вентили; 3 – АСХВ; 4 – манометр; 5 – фильтр; 8 – вакуумный регулятор; 9 – ротаметр; 10 – ЭМДВ; 11 – обратный клапан; 12 – динамический клапан (смеситель); 13 – водяной затвор; 14 – эжектор; 18 – коллектор; 19 – блок контроля аварийных ситуаций; 20 – пульт (компьютер) диспетчера; 21 – аварийная сигнализация

2.2.Применение озона в технологиях водоподготовки

2.2.1. Влияние озона на различные загрязнители и микроорганизмы

Озон (О3) - аллотропная модификация кислорода. Озон обладает высокой окислительной и бактерицидной активностью и обеспечивает надежное окисление загрязнителей, а также обеззараживание воды даже по отношению к спорообразующим бактериям и вирусам. Благодаря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мембраны и стенки и органические соединения. Обработка сточных вод озоном на предварительном

изаключительном этапах позволяет получить более высокую степень очистки

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

12

2.2.2.Технология озонирования

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

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-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.

13

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.

2.2.3. Оборудование озонаторных станций

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.

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).

3. Альтернативные методы обеззараживания питьевой воды

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

14

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.

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.

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.

15

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 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.

16

П р и м е ч а н и е . 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 придает ей способность длительно сопротивляться вторичному бактериальному загрязнению. Это обстоятельство является дополнительным аргументом в пользу применения ионов серебра и меди в процессах обеззараживания воды, основанных на использовании дезинфектантов химической природы.

17

Таблица 3

Эффект обеззараживания воды при различных комбинациях бактерицидов, включая ионы серебра с концентрацией 0,02 мг/л (N0 = 108 кл/см3)

Сравнительный анализ разных технологий обеззараживания воды с учетом как экономических, так и экологических затрат, проведенный по критерию эквивалентных затрат, приведены в табл. 4.

Таблица 4

Эквивалентные затраты на реализацию различных технологий обеззараживания воды применительно к ОСВ НчГРЭС

Из анализа полученных результатов следует, что по среднегодовым эквивалентным затратам наиболее перспективной может считаться технология, основанная на использовании УФ-облучения и ионов серебра, полученных путем растворения сульфата серебра.

18

4. Применение окислителей в процессах очистки сточных вод

4.1. Сравнение методов обеззараживания сточных вод

Обеззараживание сточных вод – заключительный этап обработки сточных вод – производится для уничтожения содержащихся в них патогенных микробов и устранения заражения водоема при спуске в него очищенных сточных вод. Обеззараживание – чрезвычайно важный этап очистки сточных вод, направленный на предотвращение распространения инфекционных заболеваний и защиту поверхностных и подземных водоемов от заражения.

Нормативными документами, регламентирующими процесс обеззараживания сточных вод являются:

1)МУ 2.1.5.800-99 Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод.

2)МУ 2.1.5.732-99 Санитарно-эпидемиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением.

3)МУК 4.3.2030-05 «Санитарно-вирусологический контроль эффективности обеззараживания питьевых и сточных вод УФ облучением».

Индикаторными микробиологическими показателями эффективности обеззараживания являются:

-общие колиформные бактерии (кишечные палочки - БГКП);

-колифаги, как индикаторы вирусного загрязнения хозяйственно-бы- товых сточных вод.

Известно, что в сточных водах, прошедших полную биологическую очистку, количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП) сокращается на 90-95 %. Патогенные микроорганизмы не удаляются полностью и в процессе доочистки сточных вод. Поэтому для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов перед сбросом в водоем необходимо применение специальных методов обеззараживания.

В мировой практике известно большое количество методов обеззараживания. Практически их можно разделить на две группы: химические (реагентные) и физические (безреагентные) (см. рис 3).

Основными критериями приемлемости того или иного метода обеззараживания являются:

-в процессе обеззараживания не должно происходить вторичного загрязнения воды вследствие образования побочных продуктов;

-удаление патогенных микроорганизмов должно обеспечиваться до значений, регламентируемых санитарными нормами;

-метод должен быть приемлемым с экономической точки зрения, прост

вэксплуатации оборудования, а также безопасным.

В настоящее время реальными практическими технологиями дезинфекции сточных вод являются: хлорирование, озонирование и УФ – обеззараживание и их сочетание. Перспективными являются – ультразвуковая обработка, электроимпульсный разряд, гамма-излучение и др.

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