Обеззараживание сточной воды ультрафиолетом: принцип работы, оборудование, эффективность

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ (УФ) ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ


Ультрафиолетовое обеззараживание воды, УФ обеззараживание воды, обеззараживание воды ультрафиолетом.

Сегодня одним из наиболее распространенных методов обеззараживания воды считается ультрафиолетовое (УФ) обеззараживание воды. Основным применением УФ обеззараживания воды считается начальная стадия очистки воды от болезнетворных организмов. Так, к примеру, обеззараживание воды ультрафиолетом может быть применено в сочетании с обеззараживанием воды хлором и гипохлоритом, причем хлорирование обязательно производится после обработки воды ультрафиолетом.

Столь широкое распространение ультрафиолетовое обеззараживание воды получило за счет своей безреагентной основы. Это не только исключает попадание в воду побочных продуктов и реагентов, но и никаким образом не сказывается на физико-химических свойствах обеззараживаемой воды.

Что такое бактерицидное излучение?

Ультрафиолет — это электромагнитное излучение с длиной волны от 10 до 400 нм. Ультрафиолетовые волны располагаются на границе видимости и рентгеновских лучей, причем само ультрафиолетовое излучение делится на три вида:

Для УФ обеззараживания воды используется бактерицидное излучение, то есть средний ультрафиолет с длиной волн от 200 до 400 нм. Максимальная эффективность обеззараживания воды ультрафиолетом достигается при использовании волны, чья длина находится в достаточно узких рамках — от 250 до 270 нм. Установки УФ обеззараживания, как правило, используют волны с длиной около 260 нм.

Основы ультрафиолетового обеззараживание воды.

Для УФ обеззараживания воды сегодня применяются волны довольно узкого диапазона — от 250 до 270 нм. В этих рамках бактерицидное воздействия ультрафиолета приобретает свое максимальное значение. Большая часть установок по обеззараживанию воды ультрафиолетом использует лампы низкого ртутного давления, которые производят излучение длиной в 260 нм, то есть оптимальную длину волны. При работе на этой длине волны происходит умягчение воды.

Ультрафиолетовое обеззараживание воды происходит при помощи способности УФ излучения проникать сквозь стенки клетки, добираясь до ее информационного центра — нуклеиновых кислот ДНК и РНК. В ДНК живой клетки хранится вся информация, которая контролирует процесс развития и нормального функционирования в клетке. Ультрафиолетовое обеззараживание воды заключается в поглощении лучей излучения нуклеиновыми кислотами. При поглощении излучения ДНК и РНК теряют способность делится, вследствие чего теряется способность клетки к размножению, так как именно в разделении нуклеиновых кислот заключается репродукция клетки.

Болезнетворные микроорганизмы способны нанести вред человеческому организму только в случае их размножения в организме, при обеззараживании воды ультрафиолетом эта способность утрачивается и, как следствие, любой негативный эффект микроорганизмов исключается.

Установки УФ обеззараживания воды.

Установки обеззараживания воды ультрафиолетом обладают достаточно простой конструкцией и представляют собой металлические трубки, в которых размещаются ультрафиолетовые лампы. Обязательным элементов фильтров УФ обеззараживания воды являются кварцевые чехлы, в которых располагаются лампы.

Основным элементом установок ультрафиолетового обеззараживания воды является лампа — источник ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение образуется в процессе испарения в корпусе лампы того или иного металла. Наиболее распространенным материалом для ламп является ртуть, которая и используется для УФ обеззараживания воды. Разумеется, для уничтожения болезнетворных микроорганизмов необходимо контролировать длину излучаемых лампами волн. Основным фактором, определяющим длину волн, является давление, под которым в лампе находятся пары ртути.

Разделяют три типа ламп ультрафиолетового излучения: лампы высокого, среднего и низкого давления. Для обеззараживания воды ультрафиолетом могут быть использованы только два типа ламп: лампы среднего и низкого давления. Наибольшее распространение сегодня имеют лампы низкого давления, так как они производят излучение длиной около 260 нм, чего достаточно для полного обезвреживания микроорганизмов, и, к тому же, обладают большим сроком службы и при работе употребляют меньше энергии.

Условия эффективности УФ обеззараживания воды.

Как и любой другой метод, обеззараживание воды ультрафиолетом имеет целый ряд ограничений, которые способны существенно затруднить полноценную работу установок ультрафиолетового обеззараживания воды.

Первым и одним из самых важных факторов, влияющих на качество водоочистки, является необходимая доза УФ облучения. Доза необходимого для проведения обеззараживания воды ультрафиолета рассчитывается на основе интенсивности облучения и его продолжительности. По сути, доза УФ облучение — это произведение интенсивности на продолжительность. Доза необходимого для эффективного обеззараживания воды ультрафиолетом облучения рассчитывается с учетом характером находящихся в воде микроорганизмов. В зависимости от вида и типа болезнетворных организмов меняется их устойчивость к облучение, что приводит к простому выводы: чем выше устойчивость, тем дольше должно быть время воздействия. Конечно, для эффективного УФ обеззараживания воды достаточно было бы всего лишь увеличить интенсивность излучения, однако с учетом однотипности ультрафиолетовых ламп, излучающих волны определенной длины и интенсивности, с увеличением устойчивости организмов растет время нахождения воды в реакционной камере. Не меньшее значения при расчеты необходимой дозы имеет количество бактерий и микробов, находящихся в воде.

Также огромное значения для успешного функционирования установок УФ обеззараживания воды имеют ее свойства, в особенности состав и количество содержащихся в ней примесей. Существуют определенные нормативы содержания в воде железа, крупнодисперсных загрязнителей, а также цветности, при превышении которых дальнейшее обеззараживание воды ультрафиолетом становится если не бесполезным, то малоэффективным. Крупнодисперсные примеси и частицы железа действуют на манер щита для какой-то части бактерий и микробов, находящихся в воде, в следствии чего последние не получают необходимой дозы облучения и, тем самым, негативно сказываются на качестве УФ обеззараживания воды, поэтому сначала необходимо провести обезжелезивание воды.

Эффективность ультрафиолетового обеззараживания воды определяется по уровню содержания в ней бактерий кишечной палочки — организма, который обладает наибольшей устойчивостью к УФ облучению. Контроль над установками УФ обеззараживания воды производится методом выявления в воде кишечной палочки и определению уровню ее содержания.

Преимущества УФ обеззараживания воды.

Ультрафиолетовое обеззараживание воды считается одним из наиболее чистых методов очистки воды, так как ультрафиолет по своей сути представляет собой чистое, природное излучение, которое может каким-либо негативным образом сказаться на организме человека только при условии длительного действия на непосредственно на организм человека. УФ обеззараживание воды никаким образом не сказывается на физико-химических свойствах воды, что также исключает возможность косвенного влияний.

Не меньшим преимуществом по праву считается универсальность ультрафиолетового обучения воды, которое обезвреживает большую часть вредоносных микроорганизмов. В эффективности УФ обеззараживание воды уступает озонированию, однако в тех случаях, когда в воде не содержатся какие-либо особо устойчивые бактерии, применение УФ обеззараживания воды считается оптимальным методом в силу своей экономичности по сравнению с озонированием и другими дорогостоящими методами обеззараживания воды.

Не меньшую ценность при использовании УФ обеззараживания воды представляет собой высокая скорость реакции. Обеззараживание воды ультрафиолетом происходит в считанные секунды даже при условии использования максимальной дозы облучения.

УФ обеззараживание воды в силу своей безреагентной основы допускает использование сколь угодно высоких доз облучения, что невозможно в случаях с иными методами обеззараживания воды, где превышение верхней границы дозы грозит возможностью попадания реагента в воду.

Обеззараживание воды ультрафиолетом также может быть использовано в качестве предварительной меры обеззараживания. За счет своей достаточно высокой способности к дезинфекции УФ обеззараживание воды позволяет существенно сократить расходы химических реагентов-дезинфекторов или же расходы энергии на обеззараживание воды озонированием и любыми другими способами.

Недостатки УФ обеззараживания воды.

Основным недостатком обеззараживания воды ультрафиолетом считается его не универсальность в отношении некоторых микроорганизмов, которые обладают высокой устойчивостью к УФ излучение. Подобные микроорганизмы встречаются довольно редко, однако в тех случаях, когда вода содержит большое количество тех или иных стойких бактерий или вирусов УФ обеззараживание воды может быть использовано только в качестве предварительной меры.

Необходимость контролировать уровень железа и при необходимости проводить очистку воды от железа.

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.

УФ обеззараживание воды сегодня применяется как в качестве самостоятельного метода очистки воды, так и в сочетании с другими методами дезинфекции.

Различия установок УФ обеззараживания воды.

Системы, в которых используются установки обеззараживания воды ультрафиолетом, различаются по многим критериям. Суть любой установки УФ обеззараживания воды не меняется — всегда используются ультрафиолетовые лампы в кварцевых чехлах, которые облучают воду, однако некоторые факторы позволяют утверждать, что не каждая системы ультрафиолетового обеззараживания воды универсально подойдет для работы в любых условиях.

На выбор установки УФ обеззараживания воды в первую очередь влияет производительность системы. В силу того, что установки УФ обеззараживания воды обладают принципом непрерывного действия, на производительность влияет часовая скорость пропуская воды через установку, т.е. расход воды. Накопительные баки могли бы увеличить производительность системы, однако в установках обеззараживания воды ультрафиолетом их применение недопустимо, так как УФ излучения не обладает последействием и, следовательно, допускает повторное заражение воды.

Не меньшее влияние на выбор установки оказывает коэффициент пропускания УФ излучения водой, который напрямую зависит от качеств самой воды. При высоком уровне мутности воды, при большом содержании в воде крупнодисперсных примесей коэффициент уменьшается, и следовательно, возникает необходимость в увеличении дозы облучения.

Последним параметром установок УФ обеззараживания является их мощность, то есть используемая при обеззараживании воды ультрафиолетом доза облучения. Необходимая доза УФ излучения определяется характером и количеством микроорганизмов, которые находятся в воде. В зависимости от вида бактерий и микробов меняется их устойчивость к облучению, и тем самым диктуется условия обеззараживания воды ультрафиолетом.

Наиболее простым параметром при выборе установки УФ обеззараживания воды является – производительность, для определения же коэффициента пропускания и дозы облучения необходимо проводить полный химический анализ воды.

Компании ЗАО “Сварог” в сфере ультрафиолетового обеззараживания воды.

Микробиологи ведущих научных центров Америки, Азии и Европы показывают в своих отчетах, что за последние 15 – 20 лет устойчивость патогенной микрофлоры к хлору повысилась в 5 раз, к озону – в 2 – 3 раза, к ультрафиолету – в 4 раза. Это означает, что с учетом дальнейшего повышения устойчивости микроорганизмов спор, вирусов и простейших, к перечисленным выше методам дезинфекции (обеззараживания) воды, необходимо при проектировании закладывать уровни воздействия с учетом динамики роста сопротивляемости объекта воздействия. Именно поэтому, сейчас в экономически развитых странах минимальная доза воздействия ультрафиолетового излучения определена в 40 мДж/см 2 , а во всех проектируемых станциях по обеззараживанию воды закладывается доза ультрафиолетового излучения 70-100 мДж/см 2 . В этом случае наиболее перспективными являются методы комбинированного воздействия на воду различных дезинфицирующих средств и способов.

Одним из комбинированных методов для обеззараживания воды, разработанным в середине 90-х годов ХХ века, является метод, использующий одновременное воздействие на воду ультрафиолета и ультразвука. Используя этот метод, была разработана новая технология обеззараживания воды под названием «Лазурь». В ее основе непрерывная обработка воды ультрафиолетовым излучением, с плотностью потока не менее 40 мДж/см 2 и длиной волны 253,7 нм и 185 нм с одновременным ультразвуковым воздействием плотностью около 2 Вт/см 2 и акустическими колебаниями. Предлагаемая технология «Лазурь» для обеззараживания питьевой и сточной воды успешно реализована и апробирована в бактерицидных установках модульного исполнения серии «Лазурь – М».

Дополнительным преимуществом этих установок ультрафиолетового обеззараживания с ультразвуком является более низкие требования к прозрачности воды (до 60%), количеству взвешенных в воде частиц (до 20 мг/л), а также отсутствие необходимости периодической очистки защитных чехлов ламп от биообрастания и соляризации.

2002 © ЗАО “СВАРОГ”

Тел./Факс: 8 800 100-123-7 (Звонки по России бесплатно); +7(495)617-19 -45,-46,-47,-48; +7(499)795-77-86;

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Назначение стерилизаторов воды

В большинстве поверхностных и подземных вод обитают микроорганизмы, способные вызывать различные заболевания. Нахождение этих микроорганизмов в воде делает ее опасной для здоровья человека, причем как при приеме внутрь, так и при мытье или купании и даже при вдыхании водных паров или аэрозолей.

Поэтому обеззараживание воды является необходимым процессом системы водоподготовки.

Методы обеззараживания воды

По способу воздействия на микроорганизмы выделяют две основных группы методов обеззараживания воды:

  • реагентные (химические) методы обеззараживания воды
  • безреагентные (физические) методы обеззараживания воды

К химическим методам обеззараживания относят обработку окислителями:

  • обеззараживание хлором
  • обеззараживание озоном
  • обеззараживание йодом и т.п.

К физическим методам обеззараживания относят:

  • обеззараживание кипячением
  • обеззараживание ультрафиолетом
  • обеззараживание ультразвуком

Обработка воды ультрафиолетовым излучением считается сегодня наиболее безопасной технологией из безреагентных способов обеззараживания.

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Метод обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением получил широкое распространение за последние 20 лет во всем мире.

Одной из основных мотиваций применения этого метода послужил обнаруженный в 70-х годах XX века факт, что хлорирование воды приводит к образованию опасных побочных продуктов. Анализ альтернативных хлорированию методов дезинфекции воды показал, что все окислительные технологии обеззараживания приводят к форматированию тех или иных побочных продуктов, большинство из которых представляют опасность для здоровья людей.

Вторым важным фактором в продвижении УФ технологии явилась недостаточная эффективность хлорирования в отношении ряда микроорганизмов.

Ультрафиолетовое обеззараживание оказалось идеальным решением обеих этих проблем, что и стало причиной бурного развития УФ технологий во всем мире.

Области применения УФ стерилизаторов

Обеззараживание воды ультрафиолетом используется в настоящее время в различных областях.

Сферы применения ультрафиолетовых стерилизаторов воды:

  • обеззараживание питьевой воды
  • обеззараживание сточной воды
  • обеззараживание технической воды
  • обеззараживание воды бассейнов

С развитием технологий сфера применения УФ стерилизаторов постоянно расширяется. Установки обеззараживания воды ультрафиолетом используются в системах:

  • водоснабжения городов и поселков
  • очистки питьевого водоснабжения жилых домов, коттеджей
  • очистки водоснабжения в детских садах, школах, лагерях
  • очистки водоснабжения учреждений здравоохранения
  • подготовки воды пищевых производств
  • обеззараживания воды бассейнов, аквапарков (технического, в том числе оборотного водоснабжения)
  • обеззараживания сточных вод

Принцип действия УФ стерилизаторов

Установлено, что наибольшим бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 200 до 295 нм. Эта область ультрафиолетового облучения называется бактерицидной. Максимум бактерицидного действия располагается около длины волны в 254 нм.

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекулы ДНК и РНК, кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это в конечном итоге приводит к их гибели.

Основной характеристикой процесса УФ обеззараживания, определяющей степень снижения количества микроорганизмов в процессе облучения, является произведение интенсивности излучения (мВт/см 2 ) и времени облучения (с), называемое дозой облучения (мДж/см 2 ). Доза облучения определяет количество энергии ультрафиолетового излучения, сообщаемое микроорганизмам.

УФ облучение обладает очень высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам. Исследования показали, что для инактивации большинства бактерий на 1-4 порядка достаточной является доза 10-16 мДж/см 2 . Достижение более значительной степени обеззараживания по вирусам обеспечивается дозой 40 мДж/см 2 (более 4 порядков). В отношении наиболее устойчивых к обеззараживанию цист лямблий и ооцист криптоспоридий требуемая доза УФ-облучения зависит от исходной концентрации этих микроорганизмов: при концентрации до 10000 экз/мл доза 16 мДж/см 2 обеспечивает инактивацию на 2-4 порядка, доза 40 мДж/см 2 обеспечивает отсутствие жизнеспособных цист.

Поскольку УФ излучение поглощается растворенными в воде веществами, доза, сообщаемая обрабатываемой воде, зависит от коэффициента пропускания воды УФ излучения на длине волны 254 нм.

Точное измерение коэффициента пропускания и проведение модельного облучения позволяют подобрать оптимальное оборудование, отвечающее конкретным условиям. При этом, в отличие от химических реагентов, при применении УФ обеззараживания отсутствует необходимость в ограничении верхнего предела дозы облучения.

Устройство УФ стерилизаторов

Ультрафиолетовые стерилизаторы представляют собой камеру из нержавеющей стали (камеру обеззараживания) с расположенными внутри ультрафиолетовыми лампами, заключенными в прочные кварцевые чехлы, которые исключают контакт УФ лампы с водой.

Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, который убивает все находящиеся в воде микроорганизмы (бактерии, вирусы, простейшие и т.д.). Установки обеспечивают надежное обеззараживание в широком диапазоне качества обрабатываемой воды за счет предусмотренного запаса УФ дозы.

Установки УФ обеззараживания комплектуются пультом управления, контролирующим работу УФ лампы и сигнализирующим о неисправностях.

Кроме того, в УФ установках может предусматриваться система очистки кварцевых чехлов, т.к. в процессе их работы на внутренней поверхности бактерицидных ламп накапливаются отложения органического и минерального происхождения. Системы очистки в современных УФ стерилизаторах позволяют производить удаление отложений не вынимая ламп, что делает эти устройства безопасными и удобными в использовании.

Особенности УФ стерилизаторов (отличия, плюсы и минусы)

Основное преимущество УФ стерилизаторов перед установками хлорирования и озонирования – УФ обеззараживание не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и не образует вредные для организма хлорорганические соединения.

Помимо этого существует также ряд особенностей ультрафиолетовых стерилизаторов, касающихся эффективности, практичности и экономичности их использования.

Достоинства

  • универсальность и эффективность поражения различных микроорганизмов – УФ лучи уничтожают не только вегетативные, но и спорообразующие бактерии, которые при хлорировании обычными нормативными дозами хлора сохраняют жизнеспособность;
  • физико-химический состав обрабатываемой воды сохраняется;
  • отсутствие ограничения по верхнему пределу дозы;
  • сокращение времени технологических процессов – бактерицидное облучение действует почти мгновенно, и вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать непосредственно в систему водоснабжения;
  • компактность и универсальность применения – УФ оборудование легко вписывается в типовые технологические схемы;
  • простота технологического оборудования;
  • не требуется организовывать специальную систему безопасности, как при хлорировании и озонировании;
  • не требуется проведения значительных строительных работ на существующих сооружениях;
  • отсутствуют вторичные продукты;
  • не нужно создавать реагентное хозяйство;
  • оборудование работает без специального обслуживающего персонала;
  • экономическая целесообразность.

Недостатки

  • падение эффективности при обработке плохо очищенной воды (мутная, цветная вода плохо “просвечивается”);
  • периодическая отмывка ламп от налетов осадков, требующаяся при обработке мутной и жесткой воды;
  • отсутствует “последействие”, то есть возможно вторичное (после обработки излучением) заражение воды.

Условия применения УФ стерилизаторов

Использование ультрафиолетового облучения в качестве обеззараживания рекомендуется для воды, уже прошедшей очистку по цветности, мутности и содержанию железа.

Поэтому ультрафиолетовое обеззараживание воды наиболее применимо для локальных установок водоподготовки на завершающей стадии обработки воды для обеспечения ее надлежащего качества.

Обеззараживание питьевой воды УФ излучением рекомендуется применять для обработки воды, соответствующей требованиям:

  • мутность – не более 2 мг/л (прозрачность по шрифту 30 градусов);
  • цветность – не более 20 градусов;
  • содержание железа (Fe) – не более 0,3 мг/л (по СанПиН 2.1.4.1074-01) и 1 мг/л (по технологии установок УФ);
  • коли-индекс – не более 10 000 шт/л.

При обеззараживании сточной воды, исходная вода должна отвечать следующим требованиям:

  • взвешенные вещества – не более 12 мг/л;
  • БПК5 О2/л – не более 10 мг;
  • ХПК О2/л – не более 50 мг;
  • число термотолерантных колиформных бактерий в 1 л – не более 5х106;
  • колифаги БОЕ/л – не более 5х104.

Дозы бактерицидного облучения, обеспечиваемые УФ оборудованием, составляют не менее 16 мДж/см 2 для питьевой и 30 мДж/см 2 – для сточной воды, что соответствует требованиям современных нормативных документов и мировым стандартам.

Новости

Блестящий выбор

Современные требования к металлическим изделиям, которые используются в строительстве (сантехнические приборы, фурнитура, кровельные материалы и т.д.) уходят намного дальше таких понятий, как прочность, надежность, долговечность. С каждым годом все более актуальными становятся вопросы дизайна, цвета, формы изделий.

Применение метода уф-облучения для обеззараживания сточных вод

Основным источником микробного загрязнения объектов водо­пользования, поверхностных и морских вод, почвы, подземных во­доносных горизонтов, хозяйственно-питьевой воды являются хозяйственно-бытовые сточные воды. Для таких вод характерен вы­сокий уровень микробного загрязнения на фоне значительной кон­центрации взвешенных и органических веществ. В сточных водах населенных пунктов обнаруживаются многие виды патогенных бак­терий, вирусов и паразитов. Болезни, вызываемые этими микро­организмами, весьма различны и могут приводить к серьезным последствиям для здоровья человека. Средством предотвращения распространения инфекционных болезней и защиты поверхност­ных и подземных водоемов от заражения является обеззаражива­ние сточных вод.

Современные станции очистки сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загряз­нений, но и от патогенной микрофлоры. Совершенствование систем очистки позволяет в большей степени снизить бактериальную загрязненность и повысить качество воды. Однако даже самые высокоэффективные очистные сооружения не обеспечивают дезин­фекции стоков без специальных устройств обеззараживания.

Обеззараживание хлорированием

В настоящее время промышленными методами, прошедшими проверку на крупных действующих сооружениях очистки воды, яв­ляются хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое (УФ) облучение.

Несмотря на технические сложности при транспортировке, хра­нении и дозировании хлор-газа, его высокую коррозионную актив­ность, потенциальную опасность возникновения чрезвычайных си­туаций, процесс хлорирования широко применяется до настояще­го времени.

При всей популярности метода хлорирования ему присущи и су­щественные технологические недостатки, в частности недостаточ­ная эффективность в отношении вирусов. После хлорирования при дозах остаточного хлора 1,5 мг/л в пробах остается очень высокое содержание вирусных частиц, поэтому даже хлорированные сточ­ные воды остаются эпидемически опасными в отношении энтерови-русных заболеваний. Другим серьезным недостатком является об­разование в воде под действием хлора хлорорганических соедине­ний: хлороформа (ПДК = 0,2 мг/л) , четыреххлористого углерода (ПДК = 0,006 мг/л), бромдихлорметана (ПДК = 0,03 мг/л), хлорфенола, хлорбензольных и хлорфенилуксусных соединений, хлорированных пиренов и пиридинов, хлораминов и др.

Хлорорганические соединения, по данным многочисленных исследований, обладают высо­кой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью.

Хлорирование сточных вод приводит к тому, что хлорпроизвод-ные и остаточный хлор, попадая в естественные водоемы, оказыва­ют отрицательное воздействие на различные водные организмы, вызывая у них серьезные физиологические изменения и даже их гибель, что приводит к нарушению процессов самоочищения водо­емов. Хлорорганические соединения способны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и, в конечном счете, по трофическим цепям попадать в организм человека. Содержание хло­рированных углеводов в рыбе, водорослях и планктоне находится в тесной корреляции с содержанием их в донных отложениях. Поло­жение осложняется еще и тем, что существует опасность возможно­го неблагоприятного воздействия образующихся в процессе хлори­рования галопроизводных углеводородов на здоровье населения через включение этих продуктов в пищевые цепи, например водо­росли (планктон) – ракообразные – рыбы – человек, а также исполь­зование водоема в качестве источника водоснабжения.

Образование хлораминов также является крайне нежелатель­ным явлением. Эти вещества, по данным многочисленных иссле­дований, даже при очень низких концентрациях ядовиты для рыб. Исследования, проведенные в Нижнем Новгороде, показали высо­кую токсичность хлорированной воды для всего состава биоценоза водоема. Беспокойство, вызванное повышенной токсичностью сле­дов остаточного хлора и хлораминов, привело к принятию админи­страцией многих штатов США (в частности Калифорнии и Мери­ленда) требований, ограничивающих остаточную концентрацию хлора до 0,1 мг/л.

И, наконец, как уже было отмечено, существенным недостатком хлорирования является высокая токсичность хлора. При его транс­портировании, хранении и использовании необходимо соблюдение специальных мер по обеспечению безопасности обслуживающего персонала, окружающей природной среды и населения. Запасы жид­кого хлора на хлорных складах систем водоснабжения и канализа-ции, зачастую размещенных в пределах селитебной застройки, представляют потенциальную опасность в плане возможности возникно­вения чрезвычайных аварийных ситуаций. Особую опасность пред­ставляют хлорные хозяйства больших городов и крупных промыш­ленных предприятий, на которых сосредоточены большие запасы жидкого хлора. Наличие больших хлорных хозяйств также открывает возможность для организации террористических актов.

В связи с этим в последние годы разработаны и утверждены нормативные документы, существенно ужесточающие требования, относящиеся к процессам, связанным с применением хлора. Но­вый СаНПиН 2.1.4.027-95 увеличивает минимально допустимый размер санитарно-защитной зоны до жилых и общественных до 300 м вместо 100 м, ранее установленных СНиП 204.02-84. Между тем, увеличение этих расстояний для действующих сооружений на практике часто не представляется возможным. Новые «Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении жидкого хлора» (ПБХ-93,99) определяют необходимость внедрения ряда, отсутствовавших ранее, организационных и тех­нических мероприятий, направленных на повышение эксплуатаци­онной надежности хлораторных. Выполнение комплекса дополни­тельных мероприятий требует реконструкции действующих хлора­торных и, как следствие, необходимости существенных капиталь­ных вложений и дополнительных эксплуатационных расходов на обслуживание.

Обеззараживание сточных вод УФ-излучением

Неудовлетворенность традиционной технологией хлорирования привела к тому, что в конце 60-х и 70-х годах начались активные работы, направленные на поиски новых методов обеззараживания сточных вод.

В конце 7 0-х годов в ряде развитых стран Европы и Северной Америки были созданы программы по развитию альтернативных хло­рированию технологий обеззараживания природных и сточных вод (например, Программа Агентства защиты окружающей среды США в 1976-1984 гг.) . В результате работы по этим программам, на осно­ве серьезных достижений в области свето- и электротехники было создано оборудование по обеззараживанию природных и сточных вод ультрафиолетовым излучением, по своим технико-экс-плуата-ционным показателям приемлемое для станций большой произво­дительности. В нашей стране также проводились аналогичные ра­боты. Так, на Курьяновской станции аэрации в 1958-1959 гг. прово­дились экспериментальные работы по выявлению эффективности УФ-излучения. К сожалению, из-за недостаточного опыта была неправильно определена требуемая доза, и как следствие была дос­тигнута невысокая эффективность обеззараживания около 60-80%. На основании этих результатов был сделан вывод о недостаточной эффективности УФ-излучения для обеззараживания сточных вод, что привело к приостановке работ, направленных на разработку установок УФ-обеззараживания сточных вод.

За рубежом ситуация складывалась более благоприятно. Коли­чество внедренных систем УФ-облучения для обеззараживания сточных вод растет с каждым годом. В Руководстве по обеззараживанию сточных вод (США, 1996 г.) приведены данные, что в Се­верной Америке в 198 6 г. только 50 очистных сооружений исполь­зовали системы УФ-обеззараживания (большинство производитель­ностью не более 158 м 3 /ч) , в 1990 г. уже было более 500 очистных сооружений (из них значительная часть производительностью более 1580 м 3 /ч), а к моменту издания руководства более 1000 сооруже­ний использовали данный метод обеззараживания. Уже в 1998 г. сообщается, что в мире УФ-системы действуют более чем на 2000 очистных сооружениях очистки сточных вод. Общий расход обра­батываемых УФ-облучением сточных вод составляет более 1 млн. м 3 /ч. В 1998 г. сообщалось, что во Франции, начиная с 1994 г., УФ-обеззараживание внедрено на 30 станциях, в Великобрита­нии внедрено более чем на 100 станциях. Применение УФ-облуче­ния для обеззараживания не имеет ограничений по производитель­ности сооружений – крупные УФ-станции имеют производитель­ность более 30 тыс. м 3 /ч на сооружениях в Квебек (Канада) , г. Ми­не апполис (США).

Метод УФ-обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хло­рирование, озонирование):

– УФ-облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор и протозоа. Оно уничтожает возбудителей таких ин­фекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный ге­патит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирова­ние, особенно в отношении вирусов;

– обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фото­химических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эф­фективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реаген­тами. В частности, на воздействие УФ-излучения на микроорга­низмы не влияют рН и температура воды;

– в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не об­наруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;

– в отличие от окислительных технологий в случае передози­ровки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значи­тельно упростить контроль за процессом обеззараживания и не
проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;

– время обеззараживания при УФ-облучении составляет 1-10 с в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в созда­нии контактных емкостей;

– достижения последних лет в свето- и электротехнике позво­ляют обеспечить высокую степень надежности УФ-комплексов. Со­временные УФ-лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним вы­пускаются серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;

– для обеззараживания УФ-излучением характерны более низ­кие, чем при хлорировании и тем более озонировании, эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими зат­ратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонирова­нии) и отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах (жид­ком хлоре, гипохлорите натрия или кальция), а также в отсутствии необходимости в реагентах для дехлорирования;

– отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надеж­ность систем водоснабжения и канализации в целом;

– УФ-оборудование компактно, требует минимальных площа­дей, его внедрение возможно в действующие технологические про­цессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ.

Факторы, влияющие на эффективность обеззараживания УФ-излучением

НПО «ЛИТ» занимается разработкой, производством и внедре­нием УФ-оборудования для обеззараживания сточных вод, начи­ная с 80-х годов. Накопленный опыт показал, что при попытке адап­тирования зарубежного опыта к условиям нашей страны возникает ряд проблем. В первую очередь это связанно с более строгими требованиями российских нормативов на микробиологические по­казатели сбрасываемых в водоемы сточных вод (табл. 23) .

Технологические и технические особенности метода обеззараживания воды ультрафиолетом

Экология потребления.Технологии:По данным Всемирной организации здравоохранения, основное негативное воздействие при употреблении воды человеком или при его контакте с ней связано не с наличием неприемлемых органолептических свойств или неудовлетворительного химического состава, а с бактериальной загрязненностью водной среды.

По данным Всемирной организации здравоохранения, основное негативное воздействие при употреблении воды человеком или при его контакте с ней связано не с наличием неприемлемых органолептических свойств или неудовлетворительного химического состава, а с бактериальной загрязненностью водной среды, являющейся идеальным местом для существования большого количества микроорганизмов, в том числе возбудителей тифа, вирусного гепатита, холеры и т. д. Поэтому основным этапом водоподготовки и водоочистки является обеззараживание.

Технологии обеззараживания воды

Самым распространенным химическим методом обеззараживания питьевой воды является обработка хлором или хлорсодержащими реагентами. Однако основной недостаток этих технологий – образование высокотоксичных хлорорганических соединений, обладающих мутагенным и канцерогенным действием, способных вызвать ряд серьезных заболеваний [1]. Именно поэтому государственные нормативные документы РФ устанавливают жесткие требования к предельно допустимой концентрации (ПДК) этих веществ в воде. Современный тренд развития нормативной базы предполагает дальнейшее ужесточение этих нормативов.

Вирусы и цисты простейших обладают высокой устойчивостью (резистентностью) к хлору [2], для их инактивации требуется увеличение дозы подаваемого реагента, что, в свою очередь, приводит к изменению в худшую сторону органолептических свойств обрабатываемой воды – появляется резкий запах, ощущается вкус хлора.

Технология хлорирования подразумевает наличие небезопасных хлорных хозяйств. Таким хозяйствам присваивается высокий класс опасности, что обусловливает наличие специальных конструкций хлораторных и санитарно-охранной зоны.

Рисунок 1. Спектр излучения и кривая бактерицидной чувствительности микроорганизмов и вирусов

Еще одним химическим методом обеззараживания воды является озонирование. Озон (О3) – аллотропная модификация кислорода (O2), является сильным окислителем, а технология очистки воды, основанная на применении этого вещества, направлена на окисление и устранение вредных органических примесей. Обеззараживание здесь, по сути, является дополнительным, второстепенным эффектом. Стоит отметить, что озон относится к самому высокому классу опасности вредных веществ: он индуцирует появление токсичных галогенсодержащих соединений, таких как броматы, пероксиды [3]. Технология обеззараживания является крайне энергозатратной и дорогостоящей, что связано с этапом получения озона. Оборудование для озонирования технически сложное, требует наличия грамотной системы контроля и автоматического регулирования, которая стоит немалых денег. По природе своей озон не обладает эффектом последействия, необходимым для поддержания надлежащего санитарного состояния коммуникаций и оборудования, находящегося после ступени озонирования. Существенным преимуществом озонирования перед хлорированием является отсутствие необходимости хранения опасных реагентов (хлор в жидком или газообразном состоянии). Однако озонирование требует повышенного внимания и дополнительных затрат на обеспечение техники безопасности, так как озон является опасным газом, требующим отдельных помещений, оборудованных системами приточно-вытяжной вентиляции и специализированными датчиками. Вместе с этим стоит отметить высокую обеззараживающую способность озона в отношении вирусов и цист простейших.

Альтернативным «бесхимическим», или физическим, методом является обеззараживание воды ультрафиолетом.

Особенности технологии УФ-обеззараживания воды

За последние десятилетия технология ультрафиолетового (УФ) обеззараживания воды заняла ведущее место в ряду других технологий обеззараживания. Помимо водоснабжения и канализации УФ-обеззараживание также широко используется в различных отраслях промышленности – пищевой, фармакологической, электронной, а также в оборотном водоснабжении, аквакультуре и других. Ультрафиолетовое излучение – электромагнитное излучение, занимающее диапазон между рентгеновским и видимым излучением (диапазон длин волн от 100 до 400 нм). Различают несколько участков спектра ультрафиолетового излучения, имеющих разное биологическое воздействие: УФ-A (315–400 нм), УФ-B (280–315 нм), УФ-C (200–280 нм), вакуумный УФ (100–200 нм).

Из всего УФ-диапазона участок УФ-С часто называют бактерицидным из-за его высокой обеззараживающей эффективности по отношению к бактериям и вирусам. Максимально эффективным является ультрафиолетовое излучение с длиной волны 254 нм.

УФ-излучение – это физический метод обеззараживания, основанный на фотохимических реакциях, которые приводят к необратимым повреждениям ДНК и РНК микроорганизмов и вирусов, в результате чего теряется способность к размножению (происходит инактивация).

Бактерицидное УФ-излучение эффективно в отношении вирусов и простейших, стойких к воздействию хлорсодержащих реагентов. УФ-обработка воды не приводит к образованию вредных побочных продуктов, даже если доза излучения превышена многократно. Органолептические свойства воды не ухудшаются после установок обеззараживания УФ-излучением. Обеззараживание ультрафиолетом является своеобразным барьером, действует в месте установки и не носит пролонгированного характера в отличие от хлора. Поэтому при применении ультрафиолета на этапе водоподготовки возможно вторичное микробиологическое загрязнение воды, подаваемой потребителю, вызванное неудовлетворительным санитарным состоянием водораспределительных сетей и появлением биопленок на внутренних поверхностях труб. Решением этой проблемы является совместнoe применениe УФ-обеззараживания и хлорирования, обеспечивающего последействие. Такой принцип обеззараживания при водоподготовке носит название «принцип мультибарьерности». Наиболее оптимальным при этой схеме обеззараживания считается применение хлораминов в качестве агента с пролонгированным действием. Вследствие более длительного сохранения в сетях и более активного, чем хлор, действия на биопленки в трубах [4] хлорамины находят все большее применение в практике водоподготовки.

Рисунок 2. Механизм обеззараживания УФ-излучением

Для обеззараживания сточных вод достаточно применения только УФ без каких-либо дополнительных дезинфицирующих реагентов. Применение хлорирования вследствие наличия последействия, являющегося преимуществом в процессах водоподготовки, при обеззараживании сточных вод нежелательно из-за негативного влияния на биоценоз водоемов, куда сбрасываются стоки. Также нельзя полностью исключить хлорирование и при обеззараживании воды для плавательных бассейнов. Здесь важным аспектом остается микробиологическая безопасность воды в чаше бассейна. При применении комбинированного метода обеззараживания УФ + хлор содержание свободного остаточного хлора должно находиться в пределах 0,1–0,3 мг/л, тогда как при хлорировании без УФ-обеззараживания – в пределах 0,3–0,5 мг/л, соответственно затраты на реагент снижаются в 2–3 раза [5].

Высокая эффективность действия на различные типы микроорганизмов, отсутствие вредных побочных продуктов позволяют рассматривать облучение ультрафиолетом как реальный и уже хорошо зарекомендовавший себя практический метод обеззараживания.

Технологические и технические особенности применения технологии УФ-обеззараживания

Возможность применения технологии обеззараживания УФ-излучением определяется качеством воды, поступающей на обеззараживание. Диапазон физико-химических показателей качества воды, рекомендуемых для применения метода УФ-обеззараживания, является достаточно широким. На процесс УФ-обеззараживания не оказывают влияние pH и температура воды. Присутствие в воде ряда органических и неорганических веществ, поглощающих УФ-излучение, приводит к снижению фактической дозы облучения, обеспечиваемой УФ-установками. Влияние качества воды на пропускание излучения должно быть учтено при выборе УФ-оборудования.

При превышении хотя бы одного из показателей рекомендуется проведение дополнительных исследований.

Важнейшим критерием работы установок УФ-обеззараживания является эффективность обеззараживания. Основной характеристикой эффективности, кроме непосредственно микробиологических показателей в обеззараженной воде, является доза УФ-облучения. В соответствии с законодательством РФ для обеззараживания сточных вод доза должна быть не менее 30 мДж/см2 [6], а для питьевой воды – е менее 25 мДж/см2 для безопасности воды по вирусологическим показателям [8]. Установки УФ-обеззараживания обеспечивают требуемые дозы при применении оборудования в пределах рекомендуемых производителем технических параметров.

Основными промышленно применяемыми источниками УФ-излучения являются ртутные лампы высокого, а также низкого давления, в том числе их новое поколение – амальгамные. Лампы высокого давления обладают высокой единичной мощностью (до нескольких десятков кВт), но более низким КПД (9–12 %) и меньшим ресурсом, чем лампы низкого давления (КПД 40 %), единичная мощность которых составляет десятки и сотни ватт. УФ-системы на амальгамных лампах чуть менее компактны, но гораздо более энергоэффективны, чем системы на лампах высокого давления. Поэтому требуемое количество УФ-оборудования, а также тип и количество используемых в нем УФ-ламп зависят не только от требуемой дозы УФ-облучения, расхода и физико-химических показателей качества обрабатываемой среды, но и от условий размещения и эксплуатации.

Комплектация и оснащенность УФ-установок могут изменяться и зависят от конкретного случая применения. Счетчик времени наработки лампы, например, является важнейшим инструментом и должен присутствовать в каждой установке. По истечении срока службы лампы подается сигнализация, которая позволяет вовремя заменить лампы на новые. Для защиты от перегрева мощных УФ-ламп должна быть предусмотрена аварийная индикация, своевременно предупреждающая о росте температуры внутри камеры. Перечисленные выше функции – необходимый минимум для стабильной и эффективной работы УФ-системы. Если качество воды, определяемое коэффициентом пропускания, и расход меняются в широких пределах – целесообразно использовать систему регулировки мощности. Система регулировки мощности позволяет снижать мощность ламп при изменении одного из параметров, тем самым уменьшая расходы на электроэнергию. Для контроля работы УФ-установки необходимо иметь датчик ультрафиолетового излучения, селективно измеряющий интенсивность УФ-излучения на длине волны 254 нм. При снижении интенсивности ниже порогового значения сработает аварийная сигнализация, предупреждающая пользователя о необходимости принять меры по предупреждению или устранению неполадки.

ПоказательРазмерностьРекомендуемые уровни,
не более
Питьевая вода
Цветностьград.50
Мутностьмг/л30
Окисляемость*мг/л20
Сточные воды
Взвешенные веществамг/л10 (max 35)
БПК5мгО210
ХПКмгО250

* – согласно рекомендациям производителей.

Таблица 1
Критерии качества сточной и питьевой воды, поступающей на УФ-обеззараживание

Для подтверждения эффективности обеззараживания ультрафиолетовым излучением за рубежом, например, распространена практика биовалидации установок обеззараживания питьевой и сточной воды, балластной воды судов. Например, в основе процесса сертификации систем для обеззараживания воды лежат реальные тесты, проверяющие способность установок УФ-обеззараживания инактивировать бактерии (например, Bacillus Subtilis), имеющие низкую чувствительность к ультрафиолету по сравнению с другими микроорганизмами и вирусами, в том числе болезнетворными. После прохождения всех этапов сертификации на установку выдается сертификат, подтверждающий ее эффективность. В нем приведен список технологических параметров (максимальный расход при определенном коэффициенте пропускания), соблюдение которых гарантирует обеззараживание.

Самыми распространенными стандартами биовалидации систем УФ-обеззараживания являются нормативы, выпущенные такими организациями, как DVGW (Германия), ONORM (Австрия), US EPA (США). Получение общепризнанных мировых сертификатов подтверждает правильность выбранных технологических решений и высокое качество производимого оборудования.

Выбор типа оборудования и его оснащенности во многом зависит от области применения. Однако немаловажным общим критерием является наличие базовых инструментов (температурный датчик, датчик УФ-интенсивности), которые гарантируют эффективность обеззараживания за счет постоянного мониторинга основных технических параметров, обеспечивая бесперебойную работу и возможность своевременного устранения неполадок. Гарантией эффективного обеззараживания и высокого качества самого оборудования в целом является прохождение реального биотестирования.

За счет достаточной простоты технологии УФ-обеззараживания, эффективности ультрафиолета в отношении вирусов и простейших этот метод получил широкое распространение, а совершенствование конструкции оборудования и систем мониторинга является на данный момент приоритетной задачей разработчиков систем УФ-обеззараживания воды. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Ультрафиолетовое обеззараживание воды

Содержание статьи

1 Для чего используется ультрафиолетовое обеззараживание воды?

Обеззараживание ультрафиолетом – это один из необходимых этапов при подготовке качественной питьевой воды. Как правило, и в поверхностных, и в большинстве подземных вод живут вредные для человека бактерии, которые не всегда в полном объеме могут быть устранены обычными способами фильтрации.

Существует несколько способов обеззараживания воды:

– химическое обеззараживание, осуществляемое с использованием реагентов (хлор, йод, озон и т.п.),

– физические методы (кипячение, обеззараживание ультразвуком и ультрафиолетом).

Обеззараживание воды ультрафиолетом получило широкое применение, благодаря отсутствию необходимости использовать дополнительные вещества. Данное обстоятельство позволяет производить очистку воды, не вводя в ее состав вспомогательных химических элементов, сохраняя ее полезные свойства.

Рис. 1 – Установка ультрафиолетовый обеззараживатель воды

Ультрафиолетовое обеззараживание распространенная на сегодняшний день методика и ее успешно реализуют во многих отраслях человеческой деятельности:

– детские сады, школы, здравоохранительные учреждения,

– производство пищевых продуктов,

– установки по очистке сточных вод,

– бассейны и аквапарки,

– обеззараживание воды из скважин.

Ультрафиолет представляет собой электромагнитные волны, находящиеся на рубеже между видимым и рентгеновским излучениями, длина которых расположена в диапазоне от 100 до 400 нм. Ультрафиолетовые лучи могут быть ближними (100-200 нм), средними (200-280 нм) и дальними (280-400 нм).

С целью обеззараживания устанавливают фильтры с ультрафиолетовыми волнами среднего диапазона. Причем наибольший бактерицидный эффект можно достичь при генерации волны длиной от 250 до 270 нм.

Ультрафиолетовые лучи способны проникать в клеточную структуру бактерий и нейтрализовать излучение нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), функциями которых является контроль бесперебойной работоспособности клетки. В результате поглощения лучами ультрафиолета излучения ДНК и РНК клетка лишается способности к репродукции. Таким образом, пресекается процесс размножения вредных микроорганизмов.

2 Ультрафиолетовые обеззараживатели воды

2.1 Устройство и принцип действия ультрафиолетовых обеззараживателей воды

Обеззараживающие приборы, работающие на ультрафиолетовом излучении, обычно имеют следующую конструкцию:

– датчик плотности потока ультрафиолета,

– ультрафиолетовые лампы, расположенные в кварцевые чехлы,

– блок промывки чехлов.

Схема работы фильтрующей установки: протекая в полости корпуса фильтра, вода обтекает кварцевый чехол, в результате облучаясь ультрафиолетом. Кварцевые чехлы защищают лампу от контактирования с водой.

Ультрафиолетовая лампа – самый важный элемент описываемого прибора, так как является источником бактерицидного излучения. Корпус лампы наполнен металлом (обычно, ртуть), который при нагревании начинает испаряться. За счет процесса испарения возникают ультрафиолетовые волны, обеззараживающие воду.

Длина волны, обеспечивающая уничтожение бактерий, определяется давлением в корпусе лампы, которое воздействует на ртутные пары.

Ультрафиолетовые лампы различают нескольких видов: низкого, среднего и высокого давления. Для обеззараживания нужны лампы низкого давления, поскольку именно оно создает волны длиной около 260 нм – как раз необходимой для максимального бактерицидного эффекта. Лампы низкого давления экономны в потреблении электроэнергии и характеризуются длительным сроком эксплуатации.

Рис. 2 – Установка ультрафиолетового обеззараживателя воды

2.2 Область применения

Как уже говорилось, выше области применения ультрафиолетовых обеззараживателей довольно разнообразны и востребованы во многих сферах:

– обеззараживание сточных вод,

– подготовка воды для социальных учреждений (детские сады, школы, спортивные комплексы),

– в пищевом производстве,

– обеззараживание воды в аквапарках и бассейнах,

– подготовка воды в медицинских учреждениях,

– подготовка питьевой воды в частных домах, коттеджах,

– а также, очистка воды в централизованных водопроводных системах в городах.

2.3 Преимущества и недостатки обеззараживания воды ультрафиолетом

По сравнению с прочими методами обеззараживания, ультрафиолетовый метод обладает рядом существенных преимуществ, определяющих его популярность.

Преимущества

– Ультрафиолет не меняет физико-химический состав воды, исключая тем самым косвенное негативное влияние на здоровье человека.

– Ультрафиолетовое излучение экологично по своей природе.

– Широкий охват и эффективность бактерицидного воздействия: с помощью данного способа устраняется большая часть микроорганизмов, как вегетативного типа, так и спорообразующих бактерий, остающихся жизнеспособными при воздействии хлором в безопасных для человека нормах.

– Высокая скорость обработки воды – обеззараживание осуществляется за считанные секунды, и чистая вода может сразу же быть направлена в потребительскую систему водоснабжения.

– Отсутствие побочных продуктов в результате ультрафиолетового воздействия, не требуется прибегать к регенерационным мерам.

– Оборудование имеет простую конструкцию и работает без обслуживающего персонала.

– Нет ограничений по дозам облучения, так как ультрафиолетовые обеззараживатели работают без использования реагентов, превышение дозы которых в соответствующих методах фильтрации может привести попаданию реагентов в воду, делая ее непригодной.

– С учетом вышеперечисленных факторов, ультрафиолетовые приборы выгодны из экономических соображений.

– Обеззараживание воды при помощи ультрафиолетового излучения может использоваться также и как предварительная мера по водоподготовке, в случаях, когда особенно высоки требования к качеству и для очистки применяются несколько методов фильтрации.

Недостатки

– Ультрафиолет не влияет на уровень железа в воде, поэтому при его повышенной концентрации требуются дополнительные меры по обезжелезиванию.

– Если исходная вода мутная или содержит мелкодисперсные взвези вредных веществ, ультрафиолетовое обеззараживание становится не таким эффективным, так как часть микроорганизмов скрывается за взвешенными элементами, как за щитом, и лучи лампы не доходят до них.

– При обработке жесткой воды на кварцевых чехлах образуются солевые отложения, также снижающие продуктивность обеззараживания. Необходимо принимать меры по удалению осадков.

– Поскольку ультрафиолет облучив воду, уходит из нее, т.е. имеет одноразовое воздействие, то после очистки вода может быть подвергнута повторному бактерицидному заражению.

– Несмотря на то, что основное количество микроорганизмов погибает под действием ультрафиолетовых волн, существуют особо устойчивые к ультрафиолетовому излучению бактерии и вирусы. Несмотря на то, что они встречаются нечасто, в таких ситуациях ультрафиолетовое обеззараживание может быть реализовано только как мера предварительной очистки воды.

3 Сравнительные характеристики ультрафиолетовых обеззараживателей

Технико-экологическая оценка при выборе технологии обеззараживания природных и сточных вод

I. Обеззараживание воды хлорированием

Метод обеззараживания воды путем добавления в нее хлора используется в нашей стране с давнего времени как наиболее дешевый способ. Добавление хлора в воду приводит к химическим реакциям с веществами, находящимися в воде. Обеззараживание микроорганизмов (их отравление) происходит в результате химических реакций взаимодействия хлора с органическими веществами, из которых состоят микроорганизмы. Основная форма дезинфектанта – гипохлорид в форме кислоты или натриевой соли (HCIO, NaClO). Концентрации хлора в воде для обеззараживания от различных видов микроорганизмов отличаются в 50 раз.

Недостатки метода обеззараживания воды хлором:

  1. Наличие хлорорганических веществ в питьевой воде, являющихся результатом взаимодействия хлора с органическими веществами, весьма опасно и может приводить, в частности, к канцерогенным заболеваниям.
  2. Хлор в допустимых дозах убивает не все виды микроорганизмов. Стойкими к хлору являются, например, вирусы. Если выбрать дозу хлора для уничтожения всех микроорганизмов, то превышение допустимых концентраций остаточного хлора будет опасным и для здоровья человека.
  3. Вода хлорированная вода подается потребителю по трубам от места хлорирования. Трубопровод вносит дополнительное заражение, что требует повышенных доз хлорирования.
  4. Эффективность обеззараживания хлором зависит также от рН и температуры воды.
  5. Экологическую опасность для обслуживающего персонала и окружающих представляет реагентное хозяйство, подвоз и хранение хлора.

После применения хлорирования в воде имеется остаточный хлор, который не допускает быстрого вторичного размножения микроорганизмов. Хлор эффективен против Giardia Lamblia. Однако, простейшие живут в поверхностных источниках воды, которые часто загрязнены азотистыми соединениями. Это снижает эффективность хлорирования в отношении Giardia Lamblia, поскольку хлор в такой воде, тратится на реакции образования хлораминов. Кроме того, в воде с растворенной органикой, образуются новые токсичные соединения: органические хлориды общего вида или тригалометаны (ТГМ), равновесие между которыми зависит от рН воды.

II. Обеззараживание воды озонированием

Для обеззараживания воды используются озонаторы, создающие озон в результате высоковольтного разряда. Озон уничтожает микроорганизмы в результате повреждения их клеточных оболочек.

Недостатки технологии обеззараживания воды озонированием:

  1. Использование опасного высоковольтного (до 3 кВ) и сложного оборудования.
  2. Высокая стоимость озонаторов.
  3. Воду нельзя употреблять сразу. В течение одного-двух часов в воде сохраняется остаточный озон.
  4. При наличии в воде растворенной органики могут образовываться т.н. «озониды», некоторые из которых опасны для здоровья.

III. Метод обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением

В отличие от приведенных выше химических методов обеззараживания этот метод обеззараживания воды – физический. Вода проходит через камеру обеззараживания установки, в которой подвергается воздействию бактерицидного УФ облучения. Гибель микроорганизмов происходит в результате поражения структуры ДНК, ответственной за наследственные механизмы.

Особенности УФ обеззараживания воды:

  1. Все виды микроорганизмов, включая вирусы, уничтожаются УФ излучением. Безвредно для потребителя применяются большие дозы УФ облучения воды для уничтожения самых устойчивых форм микроорганизмов. При тестировании воды, обработанной УФ облучением в нереально большой дозе 120 МДж/см2санитарно-показательным организмом Dafnia.
  2. Обладает мгновенным действием – не требует контактных резервуаров. Обеззараженная УФ излучением вода пригодна для использования сразу же.
  3. Размещая установку УФ обеззараживания непосредственно перед потреблением воды, исключаем проблему зараженного водопровода.
  4. Эффективность УФ обеззараживания не зависит от рН и температуры воды.
  5. УФ технология обеззараживания воды является экологически чистой, поскольку УФ обработка воды, в отличие от хлорирования и озонирования, не изменяет ее химический состав.
  6. Установки УФ обеззараживания воды безвредны для обслуживающего персонала и не требуют постоянного присутствия людей. Это экономичный метод не требует реагентов и содержания соответствующего хозяйства.

УФ обеззараживание воды – эффективный, экологически чистый, экономичный метод. Единственным недостатком УФ обеззараживания воды является отсутствие последействия . Поэтому важным условием адекватного применения УФ технологии является размещение УФ установок непосредственно перед потреблением воды.

В тех случаях, когда УФ установки не удается разместить непосредственно перед потреблением воды, и при водоподготовке воды в бассейнах, применяют совместное действие УФ облучение и хлорирования. При этом применяются небольшие дозы хлора (в несколько раз меньшие, чем при использовании только хлорирования), что позволяет избежать проблем, связанных с появлением в воде хлорорганики благодаря практическому отсутствию избыточного хлора в воде.

На рис.1 представлены результаты микробиологического эксперимента /1/ по эффективности по Е-Coli в водопроводной воде рассматриваемых методов. Линия 1 (сплошная) представляет эффективность воздействия УФ облучения, Линии 2 и 3 (пунктирные линии) представляют эффективность совместного действия УФ излучения и хлорирования воды в концентрации 1 мг/л. Линии 2 отличается от линии 3 очередностью воздействия УФ и хлора. На рис.1а воздействие хлора продолжалось 10 мин, на рис 1б – 20 мин. Очевидно, эффективность обеззараживания при использовании комбинированного воздействия по сравнению с применением одного УФ обеззараживанием повышается.

В табл. 1 представлены результаты экспериментов по эффективности УФ обеззараживания воды, искусственно зараженной вирусами полиомелита,и такими трудно уничтожимыми микроорганизмами, как клостридии, лямблии (цисты).

Таблица 1. Снижение заражения воды УФ облучением, lg(N0/N)

Вид зараженияДоза УФ облучения, мДж/см^2
1220304050607090
Вирус полиомелита1,051,852,012,82
Клостридии1,01,641,902,813,85
Лямблии (цисты)0,030,310,61

В приведенных испытаниях степень инактивации цист лямблей определялась по стандартной методике, требующей отсутствие (разрушение) цист в поле зрения микроскопа. В поле зрения микроскопа инактивированные цисты не отличаются от активных. В литературе приводится информация о том, что цисты лямблей уже при дозах УФ облучения

30 мДж/см^2 теряют способность к активации (превращаться в лямблии).

Нами были проведены исследования, аналогичные представленным на рис.1. В таблице 2 представлены результаты экспериментов по эффективности обеззараживания искусственно зараженной воды совместным действием УФ облучения и хлорирования в небольших дозах.

Таблица 2. Снижение заражения воды совместным действием УФ облучения и хлорирования, lg(N0/N)

Вид зараженияДоза УФ мДж/см^2Концентрация хлора, мг/л
1357
Вирус полиомелита302,013,113,47
Клостридии601,901,472,023,52
Лямблии (цисты)700,310,370,601,89

Результаты наших экспериментов показывают значительное повышение эффективности обеззараживания воды по вирусу полиомелита совместным действием УФ облучения и хлора даже при малых дозах хлорирования.

IV. Установки УФ обеззараживания воды

Установки обеззараживания воды с помощью ультрафиолетового облучения производят США, Канада, Германия, Франция, Италия, Великобритания, Голландия, Финляндия, Израиль, Корея и, в последние десять лет, Россия.. Итак, сопоставление различных технологий обеззараживания воды по критериям эффективности, стоимости и экологической чистоты приводит к выбору технологии УФ обеззараживания воды. В настоящее время в России и странах СНГ применение экологически чистой технологии УФ обеззараживания воды становится традиционным.

Эффективность УФ установок определяется дозой УФ облучения микроорганизмов в воде. Доза УФ облучения определяется бактерицидной составляющей мощности УФ облучателей установки и временем облучения.

Зарубежные фирмы, используют высококачественные УФ облучатели, производимые в США, Канаде, Германии и Голландии, но производительность установок (штатный режим) они задают для микробиологического загрязнения исходной воды, традиционного для их стран. При эксплуатации зарубежных УФ установок в России и странах СНГ, в условиях гораздо большего микробиологического загрязнения исходной воды, зарубежные установки в штатном режиме оказываются недостаточно неэффективными. Приходится значительно увеличивать дозу УФ облучения, путем увеличения времени УФ облучения воды, то есть использовать установки в режиме меньшей, по сравнению с указываемой фирмами, производительности. Как следствие, стоимость обеззараживания воды становится достаточно высокой, особенно, если учесть в два-три раза большую стоимость установок и запасных частей к ним.

Установки УФ обеззараживания производства НПО “ЭНТ” учитывают степень микробиологического загрязнения исходной воды, традиционную для России и стран СНГ. Их производительность в штатном режиме обеспечивает большие дозы УФ облучения по сравнению с зарубежными и отечественными аналогами. Они эффективны не только против бактерий и вирусов, но также против споровых форм и микобактерий (дрожжей).

Одним из ведущих российских производителей УФ обеззараживания воды является НПО “ЭНТ”. Установки НПО “ЭНТ” эффективно работают в различных отраслях в разных регионах России, Белоруссии, Казахстана и Украины.

Читайте также:  Выгребная яма из покрышек: устройство, расчеты, материалы и монтаж
Ссылка на основную публикацию