Ультрафиолетовое обеззараживание сточных вод

Проблема очищения и обеззараживания воды – одна из глобальных проблем человечества. С развитием промышленности и всё более глубокого проникновения деятельности человека в природу этот вопрос становится всё более острым. Разберемся, что такое сточные воды, какие они бывают и какими способами их очищают и обеззараживают.

Что такое сточные воды? Определение, виды

Сточные воды –  воды, образованные в результате бытовой и промышленной деятельности человека, которые собираются на водосборной площадке и в дальнейшем отводятся для утилизации.  Атмосферные осадки в зависимости от места их выпадения могут относиться, а могут и не относиться к сточным водам.

Сточные воды по происхождению классифицируются следующим образом:

• Поверхностные – сточные воды от выпадения атмосферных осадков, таяния снегов, которые стекают по асфальту, дорогам, крышам домов. Эти воды включают в себя различные загрязнения – резиновую крошку, стройматериалы и грунты, копоть, нефтепродукты - капли масел, мазута, топлива, проливы технологических жидкостей, соли и окислы металлов, в том числе цветных и тяжёлых - из выхлопных газов, выбросов ТЭЦ
• Хозяйственно-бытовые – они образуются в результате жизнедеятельности человека. Это экскременты, отмершие покровы, пищевые остатки и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Биогенные загрязнители представляют собой набор белков, жиров, углеводов, макро- и микроэлементов и продуктов их распада
• Промышленные - отличаются своим многообразием и опасностью. Они наполнены сильнодействующими ядовитыми веществами (цианиды, ртуть, фосфорорганические и полихлорированные ксенобиотики, радиоактивные отходы), которые могут даже в минимальных количествах полностью уничтожить надолго живые организмы на широких территориях

Методы обеззараживания сточных вод

Обеззараживание – важный и, чаще всего, заключительный этап в процессе обработки сточных вод на очистных сооружениях.

Существует несколько способов обеззараживания воды, которые отличаются по принципу действия, эффективности, надежности и степени опасности. Широкое применение получили физико-химические процессы: применение раствора гипохлорита натрия, ультрафиолетового излучения, мембранных технологий очистки, озонирование, обработку серебром и другие.

Выбор метода обеззараживания стоков зависит от ряда факторов, а именно от:

• объекта использования
• типа и объема стока
• санитарных нормативов по сбросу

Методы микробиологического обезвреживания стоков подразделяются на:

• химические
• физические
• физико-химические
• биологические

Основа химических методов  - добавление в воду реагентов-биоцидов.  Широкое распространение получили хлор и соединения, выделяющие его в процессе разложения, например, гипохлорит натрия. Также применяются озон, пероксиды, перманганаты, органические дезинфектанты, например, полигексаметиленгуанидины.

Достоинство этих методов:

• Дешевизна

Недостатки:

• Меняется химический состав воды, возможно образование потенциально токсичных соединений
• Многие микробы устойчивы к дезинфектантам

Физические методы - совокупность воздействия на стока физических явлений. Наиболее применимый способ - ультрафиолетовое обеззараживание. Кроме того, существует термический и радиационный метод. Достоинства метода:

• Не меняется состав воды
• Меньшая привыкаемость микроорганизмов к воздействию

Недостатки метода:

• Высокая стоимость оборудования
• Энергозатратность

Наиболее эффективный метод – радиационное обеззараживание, но здесь высокие затраты на обеспечение безопасности и необходимость соблюдать формальные требования.

Физико-химические  методы - флотация, коагуляция и сорбция – это введение реагентов, ускоряющих тот или иной физический процесс, непосредственно приводящий к обеззараживанию. Это дополнительные вспомогательные методы, поскольку только их использование не приведет к результату, соответствующему требованиям нормативов

Биологический метод  основан на самоочистке в искусственных прудах, где живые микроорганизмы воздействуют на патогенные загрязнения. Для России это редкий метод, поскольку климатические условия не позволяют его применять повсеместно.

УФ-обеззараживание сточных вод

УФ-обеззараживание (УФ) стал одним из самых широко распространенных и на сегодняшний день остается наиболее перспективным методом, удовлетворяющим потребности действующих нормативов к качеству вод, сбрасываемых в открытые водоемы, по микробиологическим показателям. После предварительной очистки исходной воды, хозяйственно-бытовых стоков или природной, устанавливается оборудование УФ. Применение технологий дезинфекции актуально и для традиционной схемы обработки природной воды.

Данная технология обеззараживания  успешно применяется для дезинфекции воды:

• на коммунальных предприятиях водоснабжения
• в аквапарках, бассейнах
• в школах, детских садах, организациях здравоохранения
• в автономных системах водообеспечения (колодцы, скважины)

При подготовке питьевой воды данный способ нейтрализации бактериологических загрязнений является одним из наиболее эффективных мероприятий для нейтрализации вирусов и цист патогенных простейших, а также создаёт условия для изменения регламента хлорирования в целях снижения содержания хлорорганических соединений в питьевой воде. Внедрение УФ-оборудования для обеззараживания очищенных стоков позволяет исключить хлораторное оборудование на очистных сооружениях, тем самым помогает устранить потенциальную опасность для населения и окружающей среды. В отличие от хлорирования с использованием хлора или хлорсодержащих реагентов, УФ-облучение не оказывает влияния на физико-химические показатели обрабатываемой воды, не приводит к образованию побочных продуктов дезинфекции и, таким образом, не нарушает экологию природных водоёмов – приёмников сточных вод. В то же время УФ-обеззараживание высокоэффективно в отношении бактериального, вирусного и паразитарного загрязнения.

Преимущества метода УФ-обеззараживания

• Ультрафиолет убивает большое количество бактерий и вирусов, а также губительно влияет на грибки и споры. Уничтожаются возбудители многих инфекционных заболеваний ( тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др.)
• Вызывает в клетках простейших микроорганизмов фотохимические реакции, несовместимые с их жизнью
• Данный метод не оказывает влияние на качество воды – не образуются побочные продукты реакции, не нарушается органолептика воды. Нет эмиссии токсинов в воздух. Таким образом, не наносится ущерб водным объектам и их жителям
• Высокая скорость обработки воды – всего за 5-10 секунд УФ-лучи проникают через весь объем жидкости. Это самая быстрая технология очистки

• Сокращение затрат по сравнению с обработкой озоном или хлором, т.к. не требуются затраты на приобретение, транспортировку и хранение веществ, подлежащих соблюдению особых мер экологической безопасности, а также более низкие затраты на электроэнергии
• Компактность оборудования не требует больших площадей для обеззараживания, процесс введения в эксплуатацию возможен без остановки водоснабжения и водоотведения, строительно-монтажные работы минимальны
• При передозировке нет отрицательных последствий, в отличие от окислительных технологий. Не требуется проведение анализа на определение в воде концентрации дезинфектанта
• Высокий эксплуатационный ресурс УФ-ламп, надежность оборудования

Состав установок УФ-обеззараживания

Источником ультрафиолетовых лучей в промышленном оборудовании служат специальные лампы, наполненные смесью паров ртути и инертных газов, которые излучают в УФ-спектре под действием электрического тока сверхвысокой частоты.

Данные лампы собираются в модули и помещаются в защитные чехлы. Их располагают в потоке обеззараживаемой жидкости, которая обтекает их со всех сторон.

Обычно защитные чехлы производятся из кварцевого стекла, их предназначение – стабилизация температурного режима ламп и защита их от прямого контакта с водой.

Следует иметь в виду, что контактирующая с водой поверхность чехлов подвергается обрастанию. Оно бывает органическое (биопленка) и неорганическое (отложение солей). На степень обрастания влияют температура источника излучения и показатели качества воды – жесткость, щелочность, содержание железа, наличие маслянистых веществ  и иные. При отключении УФ-ламп или при их малой дозе облучения образование биопленки возрастает. Обычно обрастание чехлов на работающих установках связано с отложением солей. Соли металлов находятся в аморфном состоянии, поэтому легко удаляются слабым раствором кислоты. Обычно применяют растворы фосфорной, щавелевой или лимонной кислоты.

Частота промывок сильно зависит от качества подаваемых на обеззараживание сточных вод. На одних очистных сооружениях можно наблюдать снижение интенсивности излучения до 30% за 2-3 месяца, в то время как на других станциях оно может работать без потери качества больше полугода. Таким образом, разброс промывок варьируется в диапазоне от 1 месяца до 1 года.

Ультрафиолетовое излучение имеет длину волны от 10 до 400 нм и подразделяется на следующие участки спектра:

• ближний ультрафиолет — УФ-A (315–400 нм)
• средний — УФ-B (280–315 нм)
• дальний — УФ-C (100–280 нм)
• экстремальный — УФ (10–100 нм) 

Самым губительным действием по отношению к бактериям, грибам и вирусам обладает участок УФ-С. Установлено, что наибольшая эффективность достигается при значении 254 нм.

Основой метода УФ-обеззараживания является необратимое повреждение молекул ДНК и РНК микроорганизмов под фотохимическим воздействием лучистой энергии. Это лишает бактерии и вирусы возможности размножаться, происходит их инактивация.

Советы по выбору системы УФ-обеззараживания

Крайне важным условием качественной очистки сточных вод является грамотный выбор оборудования и методики обеззараживания. Следует иметь в виду, что для применения некоторых обеззараживающих установок необходимо соблюдать определенные показатели качества исходной воды (ХПК, БПК, содержание железа и взвешенных веществ и пр.) После химического анализа можно понять, какой вид простейших преобладает в исходных стоках и осуществить подбор установки УФ-обеззараживания с оптимальным уровнем излучения.

Следует учесть перечисленные ниже параметры:

• Производительность установки. Она зависит от скорости протекания жидкости через блок обеззараживания, поскольку процесс облучения протекает без остановки
• Интенсивность УФ-облучения. Доза зависит от присутствующих в воде бактерий и целей обеззараживания. По российскому стандарту (МУ 2.1.5.732–99) для сточных вод следует применять дозу не менее 30 мДж/см2. С ужесточением норм качества (МУК 4.3.2030-05),которые регламентируют применение УФ-излучения для контролирования паразитарных и вирусологических показателей, доза может достигать от 30 до 65 мДж/см2
• Количество и тип ламп. Широкое распространение получили лампы среднего и низкого давления. Лампы бывают ртутные и амальгамные. Их принято считать наиболее энергоэффективными и безопасными.

Эффективная работа оборудования с ультрафиолетовым излучением может быть достигнута только при грамотном подборе типа и количества установок, правильной их эксплуатации. В России существует регламент применения ультрафиолета для обеззараживания стоков -  МУ 2.1.5.732-99 «Санитарный надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением».

Данный документ утверждает перечень необходимого оборудования, входящего в состав установок:

• Датчики измерения интенсивности УФ-излучения в камере обеззараживания
• Система автоматики, выдающая световой и звуковой сигнал при снижении дозы излучения
• Счетчики времени наработки ламп и индикаторы исправности каждой лампы
• Система механической или химической очистки кварцевых защитных чехлов
• Краны для отбора проб воды на бактериологический анализ

Если УФ-оборудование не имеет перечисленных выше составляющих, то невозможно контролировать эффективность обеззараживания и не допускается эксплуатация такого оборудования.

Выводы

УФ-обеззараживание сточных вод является наиболее перспективным промышленным методом обеззараживания, который позволяет обеспечить и эпидемиологическую, и экологическую безопасность сточных вод, сбрасываемых в водоёмы. Кроме того, этот метод обеззараживания с использованием амальгамных ламп низкого давления является наиболее приемлемым по техническим и экономическим соображениям.

Компания ООО «НПО «Агростройсервис» профессионально занимается очисткой и обеззараживанием сточных вод с 1992 года. За этот период был построен не один объект и разработана не одна технологическая схема очистки загрязненных вод. Накопленный опыт дает нам право быть экспертами в области строительства и ввода в эксплуатацию очистных систем для промышленных предприятий, водоканалов и т.д. Готовы решать сложные проблемы с водоочисткой. Обращайтесь по бесплатному номеру 8-800-222-45-62 и получайте бесплатную консультацию наших специалистов.