Определение сточных вод

Вторым по распространенности кислородсодержащим реагентом является перманганат калия. Этот реагент взаимодействует с органическими и неорганическими веществами, что препятствует его дезинфицирующему действию, в результате оно оказывается намного ниже, чем у хлора и озона.

В настоящее время возрос интерес  и к пероксиду водорода, как обеззараживающему агенту, обеспечивающему осуществление экологически чистых процессов без образования токсичных продуктов как при обработке сточной воды, так и питьевой воды. Однако установлено, что Н₂0₂ оказывает инактивирующее действие на бактерии только в довольно высоких концентрациях. Такие дозы приводят как к высоким затратам на дезинфекцию, так и к сбросу сточных вод с повышенным содержанием пероксида водорода, для которого установлены жесткие предельно допустимые концентpации: 0,1 и 0,01 мг/дм³ в водоемах культурно-бытового и рыбохозяйственного назначения соответственно. Анализ литературных источников показал, однако, отсутствие опыта применения перманганата калия и перекиси водорода на коммунальных очистных сооружениях, как в нашей стране, так и за рубежом.

Из щелочных реагентов ограниченное применение для обеззараживания  сточных вод нашла известь. Известкование применяется обычно в сочетании с удалением аммонийного азота из сточных вод отдувкой. Необходимый гигиенический эффект при обработке сточных вод достигается при использовании больших доз реагентов, что сопровождается образованием огромного количества осадка. Этот факт, также как и сравнительно медленное действие на микрофлору, существенно ограничивает применение известкования и делает его неприемлемым для использования на средних и крупных станциях аэрации.

Мало распространенным реагентом  является перуксусная кислота. Опытно промышленные испытания в Англии показали ее достаточно низкую эффективность, до сих пор метод не нашел промышленного внедрения.

К химическим методам обеззараживания  следует отнести и использование  металлов, обладающим олигодинамическим  эффектом, прежде всего ионов серебра и меди. Бактерицидностью обладает ряд соединений меди, которые находят применение для обеззараживания сточной воды, борьбы с биологическими обрастаниями в системах оборотного водоснабжения, предотвращении цветения воды в широком диапазоне концентраций ( 3-500 мг/дм³).

Комбинируя различные дезинфектанты, можно как усиливать их действие при одновременном снижении концентрации, так и получать дополнительные эффекты. Стоимость обработки воды при  этом, как правило, снижается. Установлено, что для интенсификации обеззараживающего  действия хлора его используют совместно  с ионами металлов, при этом наблюдается  синергетический эффект, что дает возможность сократить продолжительность  обработки воды в 5-10 раз. Комплексное  использование Н₂О₂ с ионами Cu (II) в качестве катализатора разложения перекиси водорода, позволяет активизировать процесс обеззараживания воды при снижении необходимых доз реагентов при обработке воды.

Из физических методов обеззараживания  наибольшее применение нашел ультрафиолетовый (УФ) метод обработки. Создание мощных источников излучения, новые конструктивные решения УФ-установок, снабженных чувствительными датчиками, позволяющими измерять и контролировать интенсивность излучения в обрабатываемой воде и обеспечивать автоматическое регулирование интенсивности в зависимости от качества обрабатываемой воды, сделали этот метод конкурентоспособным, сравнимым по стоимости с хлорированием.

Начиная с 80-х годов эта технология интенсивно развивается для водоочистки  и водоподготовки питьевых и сточных  вод. В настоящее время только в Северной Америке более 1500 муниципалитетов  используют ультрафиолетовое облучение  для обеззараживания очищенных  СВ. Крупнейшая в мире УФ-станция, производительностью  более 1 млн. м³/сут., расположена в г.Калгари (Канада). Ожидается, что в ближайшие 10 лет около 25% сточных вод в США будет обеззараживаться ультрафиолетом. Технология УФ обеззараживания СВ начала активно применяться и в России.

Действующие в России нормативы  по дозе ультрафиолетового излучения  в 16-20 мДж/см² для питьевой воды и 28-30 мДж/см² для хозяйственно - бытовых и промышленных стоков не обеспечивают достаточной инактивации патогенной микрофлоры.

Более того, необходимо учитывать  повышение устойчивости микрофлоры к воздействию хлора, озона и  ультрафиолета. Это естественный процесс  эволюции. 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 5-6 раз, к  озону в 2-3 раза, к ультрафиолету  в 4 раза. А это означает, что с  учетом дальнейшего повышения устойчивости микроорганизмов спор, вирусов и  простейших к перечисленным выше методам обеззараживания воды и  стоков 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/см², а во всех проектируемых станциях по обеззараживанию воды и стоков закладывается доза ультрафиолетового излучения 70-100 мДж/см². В этом случае наиболее перспективными являются методы комбинированного воздействия на воду различных дезинфицирующих средств и способов.

Одним из таких методов является одновременное воздействие на воду ультразвука и ультрафиолета, применяемого в новой технологии обеззараживания воды под названием «Лазурь». В ее основе непрерывная обработка воды ультрафиолетовым излучением, с плотностью потока не менее 40 мДж/см². и длиной волны 253,7 нм и 185 нм с одновременным ультразвуковым воздействием плотностью около 2 вт/см² и акустическими колебаниями. В 1996 г. метод запатентован с приоритетом России. Предлагаемая на его базе технология «Лазурь» успешно реализована и апробирована с 1997 г. в бактерицидных установках модульного исполнения серии «Лазурь–М». В процессе обработки проходящего потока воды ультразвуком от излучателя, размещаемого непосредственно в корпусе камеры фотохимического реактора, в воде образуются короткоживущие парогазовые «каверны». Они возникают в момент локального разряжения в воде и взрываются при сжатии воды в объеме модуля установки на неоднородностях с частотой в несколько десятков килогерц. При этом, за счет резкого изменения давления и температуры, в воде практически полностью уничтожается патогенная микрофлора, образуются активные радикалы ОН, так как в роли неоднородностей выступают споры грибков, бактерии, собственно и являющиеся мишенями обработки. Радикалы ОН являются мощнейшим катализатором, который на несколько порядков увеличивает воздействие ультрафиолетового излучения. Помимо этого, под воздействием ультразвуковых колебаний в объеме обрабатываемой жидкости, в модуле установки возникает процесс объемной дегазации – появление многочисленных, микроскопических воздушных пузырьков.

В Республике Беларусь так же имеется  некоторый опыт эксплуатации установок  по УФ-обеззараживанию сточных вод. На водоочистных сооружениях Мозырьского  нефтеперерабатывающего завода производительностью 54 тыс. м³/сут., осуществляющих водоочистку сточных вод НПЗ и хозяйственно-бытовых стоков в 2003г. была внедрена технология УФ-обеззараживания биологически очищенных сточных вод. По результатам лабораторных исследований, за период эксплуатации комплекса промышленного УФ-обеззараживания (2003-2006г.г.) большинство проб по числу общих колиформных бактерий, колифагов соответствовали требованиям (Санитарные правила и нормы 2.12.12-33-2005 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод от загрязнения», «Санитарные правила для систем водоотведения населенных пунктов»). Однако, наблюдались и отдельные случаи превышения допустимых норм, что, возможно, связано с колебаниями величины расхода сточной воды и концентрации взвешенных веществ в установке.

Данные факты свидетельствуют  о том, что при использовании  УФ-обеззараживания необходимо учитывать  все факторы, влияющие на процесс  дезинфекции. В настоящее время  накоплен обширный материал по воздействию  УФ-излучения на различные виды микроорганизмов, которые по устойчивости к ультрафиолету  располагаются в ряд: вегетативные бактерии вирусы бактериальные споры цисты простейших. При этом установлено, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор. Эффект обеззараживания при УФ-дезинфекции основан на воздействии ультрафиолетовых лучей с длиной волны 200-300 нм на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, он обусловлен фотохимическим реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК и других структур клетки. Бактерицидный эффект зависит от прямого воздействия ультрафиолетовых лучей на каждую бактерию. Интенсивное внедрение УФ-обеззараживании воды на средних и больших объектах связано со многими преимуществами данной технологии.

Безреагентный и экологически чистый ультрафиолетовый метод обработки  в сравнении с озонированием  требует в два раза меньше капиталовложений и в пять раз меньше эксплуатационных затрат. Это связано с небольшими затратами электроэнергии (в 3-5 раз  меньшими, чем при озонировании); отсутствием необходимости в  специальном обслуживающем персонале; с отсутствием организации специальных  мер безопасности. УФ-облучение, в  отличие от окислительных технологий, не меняет химический состав воды. Степень  УФ-дезинфекции не линейно, а экспоненциально  растет с увеличением дозы УФ-излучения, поэтому незначительное увеличение УФ-мощности при заданном расходе  обрабатываемой воды в несколько  раз повышает степень дезинфекции.

Многочисленные  исследования показали отсутствие вредных  эффектов после облучения воды даже при дозах, намного превышающих  практически необходимые.

Обеззараживаемая  ультрафиолетом вода должна иметь достаточную  прозрачность, поскольку в загрязненных водах интенсивность проникания УФ-лучей быстро затухает. Степень  влияния мутности и цветности  воды на эффект обеззараживания УФ-лучами оценивается по коэффициенту пропускания (поглощения) воды в ультрафиолетовой области. В зависимости от качества обрабатываемой воды, её назначения, колеблются дозы УФ-излучения.

Опыт  эксплуатации промышленных УФ-систем на различной воде показал, что приемлемыми  с эксплуатационной и энергетической точек зрения являются воды с содержанием  взвешенных частиц не более 30 мг/дм³, цветностью не более 500 - 600, содержанием железа не более 2 - 3 мг/дм³. Эти характеристики определяют границу конкурентоспособности УФ-технологии дезинфекции. Необходимо отметить, что в 2004 г. в Беларуси впервые разработана и утверждена Инструкция 2.1.5.11-10-7-2004 «Санитарный надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением».

На  протяжении последних 30 лет в России ведутся разработки электроимпульсных методов обеззараживания жидкостей, основанных на осуществлении высоковольтного разряда в жидкости. Импульсный разряд в жидкости способствует возникновению кавитационных явлений, гипохлорит-ионов, активных радикалов, а также УФ-излучения из канала разряда. Несмотря на достаточно длительную историю изучения данного метода обеззараживания, его реализация до сих пор не вышла из стадии стендовых испытаний.

Другие физические методы обеззараживания, такие как обработка воды ускоренными электрическими зарядами, электрическими разрядами малой мощности, переменным электрическим током, магнитная обработка, термообработка, обработка ультразвуком, микрофильтрование, радиационное обеззараживание используются редко из-за высокой энергоемкости или сложности аппаратуры, а также из-за не изученности образующихся в процессе обработки воды соединений. Многие из этих методов находятся на стадии чисто научных разработок.

В настоящее время ведётся разработка считающихся перспективными окислительных  технологий, которые охватывают обширный диапазон физических и химических методов, способных удалять из воды примеси  до очень низких концентраций. Сюда относятся методы- УФ+О₃, УФ+Н₂О₂, УФ+О₃+Н₂О₂ и др. С помощью этих методов ожидается достижение очень высокой эффективности обеззараживания воды, обусловленная синергетическим эффектом, т.е. взаимоусилением отдельных воздействий от каждого из применяемых средств.

Современные методы обеззараживания воды с применением  окислителей, излучений недостаточно эффективно инактивируют вирусы, споровые формы, цисты простейших, для удаления которых рекомендуется сочетать процессы обеззараживания с процессами снижения мутности - коагуляцией, отстаиванием, фильтрацией.

Удаление  из воды микроорганизмов, в частности  цист гельминтов и крупнейших бактерий, относящихся к грубодисперсным  примесям, достигается чаще всего осаждением и фильтрованием. Вирусы и бактерии малого размера, относящиеся к мелкодисперсным примесям воды, могут быть переведены в грубодисперсную фазу коагуляцией и флокуляцией, с последующим осаждением полученных агломератов фильтрацией.

В отношении вирусов наиболее эффективным  является метод фильтрования. По данным исследований, проведенных на водопроводных  станциях Франции, в течении двух лет, вирусы удаляются на 77 - 99 % при  использовании песчаных фильтров с  размером частиц 0,5 - 0,6 мм, высотой фильтрующего слоя 50 - 70 см и скоростью фильтрования 5 м/ч. Совместное применение коагулянтов (40-50мг/дм³) и флокулянтов (1 мг/дм³) усиливает эффект удаления вирусов. Степень удаления из воды вирусов повышается от 55 - 60 % до 80 - 90%, если в воду добавляют катионные флокулянты, и не изменяется при добавлении анионных флокулянтов. Присутствие неионогенных ПАВ значительно снижает эффективность удаления вирусов. Установлено, что инактивация вирусов в воде может произойти и в процессе устранения жесткости.

Все физико-химические и сорбционные  методы сами по себе или в сочетании  не обеспечивают необходимого уровня очистки воды от микроорганизмов. Только сочетание их с химическими дезинфектантами  или физическими методами обеззараживания  воды позволяет достигнуть нужных результатов.

Довольно  часто экологами для обеззараживания  сточных вод предлагается использовать естественные биоценозы, в частности, биопруды, где обеззараживание происходит за счет природного ультрафиолета и альгофлоры. Установлено, что свободноплавающее на поверхности растение, такое как ряска хорошо растет на СВ свиноводческих комплексов, городских СВ. Обеззараживание СВ птицефабрик возможна при прохождении сточной жидкости через серию рыбоводно-биологических прудов с адаптированным альгологическим комплексом из диатомовых, зеленых и протококковых водорослей. В Узбекистане разработана эффективная биотехнологическая водоочистка СВ свиноферм, птицефабрик и др. производств путем культивирования в них высшего водного растения - пистии телорезовидной. Установлено, что пистия способна интенсифицировать процессы бактериального очищения воды от органических веществ и является хорошим антагонистом сапрофитных и кишечных бактерий.