Определение сточных вод

Известно, что практически во всех типах сточных вод содержатся патогенные микроорганизмы - возбудители таких заболеваний как холера, дизентерия, брюшной тиф, паратиф А и В, сальмонеллезы, вирусные гепатиты А и Е, полиомиелиты 1-3 типов, энтеровирусные и аденовирусные заболевания, амебиоз, лямблиоз, лептоспироз, бруцеллез, туберкулез, туляремия, гельминтозы, кампилбактериозы.

Болезни, вызываемые этими микроорганизмами, различны и в неблагоприятных  случаях могут приводить к  серьезным последствиям для человека. По данным ВОЗ, уже в 70-х годах  структура заболеваемости двух третей населения земного шара свидетельствовала  о явном, преобладании инфекционных заболеваний, обусловленных загрязнением водоемов.

Действительно, с точки зрения здоровья людей обеззараживание самая  важная стадия обработки сточных  вод. Так, например, согласно немецким стандартам по степени опасности  воды делятся на 5 классов:

1. в воде отсутствуют токсические  вещества, вредные для здоровья  и придающие воде привкусы  и запахи.

2. вода имеет привкус, запах  и окраску.

3. вода содержит небольшое количество  вредных веществ.

4. вода содержит ядовитые или  очень ядовитые, канцерогенные или  радиоактивные вещества.

5. вода содержит возбудителей инфекционных заболеваний.

В Республике Беларусь микробиологическое качество сбрасываемых сточных вод  регламентируется следующими показателями (СанПиН № 10-7-2003г.):

• вода не должна содержать возбудителей инфекционных заболеваний

• коли - индекс в сточных водах  не должен превышать 1000 Кл./л

• содержание колифагов (БОЕ) должно быть не более 1000 БОЕ/л

• Для сточных вод, используемых в открытых системах промышленного  водоснабжения, коли-индекс должен составлять не более 100 Кл./л, индекс колифагов не более 100 БОЕ/л.

При анализе материалов, характеризующих  эффективность обеззараживания  сточных вод на очистных сооружениях  канализации, их работа оценивается  как удовлетворительная, когда 85% проб за каждый 30-дневный период не превышают  указанные нормативы.

Современные станции водоочистки  сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загрязнений, но и от патогенной микрофлоры. Однако, даже самые  высокоэффективные водоочистные сооружения не обеспечивают дезинфекции стоков без специальных устройств обеззараживания. Вместе с тем, в ряде случаев из-за отсутствия, малой мощности и неэффективной  работы водоочистных сооружений происходит сброс в водные объекты Республики неочищенных или недостаточно очищенных  сточных вод. Зачастую на водоочистных сооружениях системы обеззараживания  отсутствуют вовсе.

Органы государственного санитарного  надзора Республики Беларусь обеспокоены  существующим положением по вопросу  обеззараживания сточных вод  и обусловленной этим фактором инфекционной заболеваемости, в том числе энтеровирусной инфекцией. Углубленные микробиологические исследования сточных вод в городе Минске показали, что в месте их сброса после городских водоочистных сооружений канализации и контрольных  створах водоемов и водотоков, принимающих  очищенные сточные воды, в 100% проб выявлено превышение норм по колииндексу  и количеству бактериофагов. При  микробиологическом анализе очищенных  сточных вод сальмонеллы выделялись в 70% проб. В результате вирусологических исследований реки Свислочь ниже сброса Минской станции аэрации, были обнаружены энтеровирусы.

Учитывая высокую эпидемическую  опасность сточных вод, технологическая  схема водоочистных сооружений должна включать специальную стадию обеззараживания.

Методы, применяемые для обеззараживания  сточных вод (СВ) условно можно  разделить на следующие группы:

• химические (применение различных  соединений хлора, озона, перекиси водорода и др.)

• физические (термические, с использованием различных излучений, электрические, электромагнитные)

• физико-химические (флотация, коагуляция, электрофильтрование, сорбция)

• обеззараживание в условиях искусственных  и естественных биоценозов

Эффективность применения каждого  метода и затраты на его реализацию зависят от общего содержания органических и концентрации взвешенных веществ  в обрабатываемой воде, температуры  и рН, начальной концентрации бактерий и вирусов. Каждый из методов характеризуется  определенной интенсивностью воздействия  на обрабатываемую воду – дозой  реагентов или излучений.

Среди химических методов обеззараживания  наиболее распространенным в настоящее  время является хлорирование. Хлорирование – наиболее экономичный метод обеззараживания. В практике могут использоваться газообразный хлор Сl₂, диоксид хлора ClО₂, гипохлорит натрия NaCIO и гипохлорит кальция Ca(CIO)₂, а также хлорные агенты, получаемые методом электролиза на месте потребления. Хлорная известь, гипохлорит кальция в настоящее время применяются незначительно и только для обеззараживания малых объемов сточных вод, т.к. дезинфекция с использованием этих хлорсодержащих соединений попутно сопровождается загрязнением обрабатываемой воды различными веществами.

Из хлорсодержащих дезинфектантов в настоящее время широко используется диоксид хлора (преимущественно  для обеззараживания питьевых вод), обладающий сильными окислительными свойствами, которые обуславливают его довольно высокую бактерицидную и вирулицидную активность по сравнению с другими  хлорактивными соединениями. При  обработке воды ClO₂ процент оставшихся жизнеспособных клеток бактерий на порядок меньше, чем при применении хлора в той же концентрации при одинаковом времени контакта. Высокий антимикробный эффект ClO₂ проявляется в дозах от 0,1 до 0,5 мг/дм³, в зависимости от концентрации взвешенных веществ. Однако увеличение загрязненности воды органическими соединениями во взвешенном и растворенном состоянии уменьшает инактивирующее действие диоксида хлора и для более надежной дезинфекции воды требуется повышение дозы реагента в 2-4 раза. Недостатками применения ClO₂ при обработке воды является, с одной стороны, образование побочных продуктов - хлоритов и хлоратов, по данным ВОЗ отнесенным к метгемоглобинобразующим соединениям, с другой стороны, сложность и дороговизна получения диоксида хлора, его взрывоопасность.

Несмотря на высокую эффективность  в отношении патогенных бактерий, отсутствие после обработки повторного роста этих бактерий, хлорирование при дозе остаточного хлора 1,5 мг/дм³ не обеспечивает необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов, цист простейших и лямблий. Известно существование хлоррезистентной микрофлоры: хлорустойчивых форм E.coli, Pseudoтoпodaceae, Klebsiellae, Рrоtеае, относящихся к условнопатогенным и патогенным микроорганизм - являющихся стабильными контаминантами городских систем водоснабжения и водоотведения. Негативным свойством хлорирования также является образование хлорорганических соединений: тригалогенметанов, хлорфенолов, п-нитрохлорбензолов, хлораминов, а также диоксидов, образующихся при взаимодействии природных фенольных соединений, находящихся в воде с хлором, вводимым в нее. Хлорорганические соединения, по данным многочисленных исследователей, по отношению к человеку обладают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Недавно выделены и идентифицированы новые соединения, такие как хлордибензопарадиоксины, фураны, обладающие высокой токсичностью к живым организмам, источниками загрязнения которыми являются промышленные производства, предприятия бытового обслуживания населения (химчистки), использующие продукцию хлорорганических производств. Диоксины и фураны являются биологически неокисляемыми веществами и не подвергаются очистке на действующих в настоящее время коммунальных и промышленных очистных сооружениях.

Существенным недостатком хлорирования (особенно для крупных и средних  водоочистных сооружений) является необходимость  обеспечения высокой степени  безопасности и надежности хлорного хозяйства.

В последние годы поднимается вопрос о необходимости полного отказа от хлорирования сточных вод при  их очистке. Согласно санитарных правил и норм 2.1.20.12-33-2005 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод от загрязнения» сточные воды, сбрасываемые в водоемы, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний бактериальной, вирусной и паразитарной природы, опасные  по эпидемическому критерию, должны быть обеззаражены, а количество остаточного  хлора в них не должно превышать 1,5 мг/дм³. Но даже небольшое количество остаточного хлора, как показали исследования, проведенные в Мосводоканал НИИпроекте, токсично для фауны водоемов, приводит к практически полному прекращению процессов их самоочищения. Беспокойство, вызванное повышенной токсичностью следов остаточного хлора и хлораминов, привело к принятию администрацией многих штатов США в конце 70-х гг. требований, ограничивающих остаточную концентрацию хлора до 0,1 мг/дм³.

В настоящее время известны методы обеззараживания воды, сочетающие лучшие свойства известных дезинфектантов (хлора, диоксида хлора, озона). К таким  методам относится технология обеззараживания  воды раствором смеси оксидантов, вырабатываемой в установках АКВАХЛОР. Однако при применении этой технологии следует учитывать описанные  свыше негативные стороны, свойственные входящим в состав смеси дезинфецирущим агентам. К тому же, как показал  опыт эксплуатации этих установок, для  их эффективной работы требуется  использование поваренной соли высокой  степени очистки.

Кроме соединений хлора, в практике обеззараживания сточных вод  могут быть использованы соединения брома и йода, обладающие окислительной активностью. Несмотря на обилие литературы, имеются противоречивые сведения о бактерицидной активности данных галогенов. Высокими окислительными свойствами обладают межгалоидные соединения. Химическое поведение хлорида брома в воде сходно с поведением хлора. ВгСl в течение миллисекунд реагирует с водой, образуя гипобромовую кислоту, которая быстро соединяется с аммиаком, образуя при этом бромамины. Они далеко превосходят хлорамины в бактерицидной и противовирусной активности. В настоящее время препараты брома применяются для обеззараживания воды плавательных бассейнов, йод в качестве самостоятельного средства используется для обеззараживания воды в замкнутых системах, в частности, в системе жизнеобеспечения космических станций. Несмотря на перспективность использования соединений брома и йода для обеззараживания сточных вод, они не нашли широкого применения, с одной стороны, из-за высокой стоимости, с другой стороны - возможности образования йод- и бромпроизводных, обладающих токсичным действием и отдаленными эффектами.

Наиболее распространенным химическим методом обеззараживания с использованием соединений кислорода является озонирование. Основателем технологии озонирования является Франция, которая в 1997г. отметила столетие эффективного использования озона в водоподготовке. Расширяется применение O₃ в качестве окислителя вместо Сl₂ при обработке питьевой воды и промышленных сточных вод в США и Японии. В США получило распространение применение озона на сооружениях доочистки СВ после их биохимической очистки. Озон обладает более сильным бактерицидным, вирулицидным и спороцидным действием. Благодаря высокому окислительному потенциалу озон вступает во взаимодействие со многими минеральными и органическими веществами, разрушает клеточные мембраны и стенки, окислительно-восстановительную систему бактерий и их протоплазму, приводя к инактивации микроорганизмов. Обеззараживание сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень их очистки, обезвредить различные токсичные соединения.

Однако, как показывают данные большинства  исследователей для инактивации  вирусов в сточной воде, требуются  значительно более высокие дозы озона чем для тех же микроорганизмов  в чистой воде. Обеззараживание сточных  вод озоном целесообразно применять  после ее очистки на фильтрах или  после физико-химической очистки, обеспечивающей снижение содержания взвешенных веществ  не менее чем, до 3 -5мг/дм³ и БПКполн до 10 мг/дм³. Принципиальные трудности при обеззараживании озоном связаны с образованием токсичных побочных продуктов, низкой растворимостью озона в воде, его собственной высокой токсичностью и взрывоопасностью. Сведения по токсичности продуктов озонолиза органических соединений в воде весьма ограничены и противоречивы, т.к. идентифицирована только небольшая их часть. Озонирование сточных вод может способствовать вторичному росту микроорганизмов, вследствие образования биоразлагаемых органических соединений в воде, являющихся доступными источниками углерода для бактерий. Кроме химического воздействия, озон проявляет себя и в качестве флокулянта, что позволяет применять его уже на стадии механической обработки воды для коагулирования взвешенных частиц.

Недавно на белорусском рынке появилась  отечественная ПАВ-озонная технология - технология очистки сильно- и среднезагрязненных вод, сочетающая одновременно три процесса: окисление, коагулирование и флотацию. Сущность технологии заключается в  тонкой флотации загрязнений озоно-воздушной  смесью. Данная схема внедрена на водоочистных сооружениях г. Могилева для доочистки и обеззараживания биологически очищенных сточных вод перед сбросом в р. Днепр.

Необходимо отметить, что при  колебании в широких пределах концентрации взвешенных веществ и  БПК в сточной воде, поступающей  на обработку методом ПАВ-озонной  технологии, снижается степень очистки  по аммонийному и нитратному азоту, ионам тяжелых металлов, нефтепродуктам. Расходование значительной части озона  на взаимодействие со взвешенными веществами и продуктами их окисления, сказывается  на глубине окисления загрязнений, свойственных сточной воде химической промышленности, эффекте обеззараживания. В тоже время, при использовании  озона на больших станциях водоподготовки и водоочистки возникают проблемы технического и экономического характера, потребности в больших производственных площадях. Значительные эксплуатационные расходы при работе станции озонирования определяются, главным образом, высокой  энергоемкостью процесса синтеза озона (12 - 22 кВт.ч/кг производимого озона), вспомогательного оборудования (суммарное  потребление электроэнергии станцией достигает 30 – 40 кВт.ч/кг озона и  более), а так же значительными  затратами на содержание обслуживающего персонала.