Сравнительный анализ методов обеззараживания питьевой воды

Введение
1. КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЕЕ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЮ
2. МЕТОДЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
3. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ХЛОРСОДЕРЖАЩИМИ РЕАГЕНТАМИ
4. ТЕХНОЛОГИЯ ХЛОРИРОВАНИЯ ВОДЫ РЕАГЕНТАМИ
5. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ОЗОНОМ
6. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ УФ-ИЗЛУЧЕНИЕМ
7. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ЭХА-РАСТВОРАМИ
8. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ
Список Литературы

Лампы низкого давления имеют потребляемую мощность 2-200 Вт и рабочую температуру 40-150 °С, а лампы высокого давления — мощность в пределах 50—10 000 Вт при рабочей температуре 600-800 °С. Бактерицидная мощность ламп низкого давления не превышает 30 %, а ламп высокого давления — 10 % потребляемой мощности. К концу срока службы ламп (обычно 5-15 тыс. ч) их бактерицидная мощность уменьшается, что следует учитывать в расчетах.
Для обработки воды УФ-излучением применяют установки с погружными и непогружными источниками излучения, а также комбинированные установки.
Наиболее простые и маломощные установки напорного типа состоят из корпуса, в котором размещена УФ-лампа, заключенная в защитный кварцевый чехол.
Установки с погружными источниками УФ-излучения обеспечивают более высокую эффективность использования бактерицидного излучения, однако конструктивно более сложны, к тому же при их эксплуатации нельзя допускать загрязнения защитного кварцевого чехла.
Установки лоткового типа более просты по конструкции и в эксплуатации, но имеют более низкую эффективность использования бактерицидной мощности, а их глубина ограничивается толщиной слоя воды, прозрачного для УФ-излучения. Комбинированные установки сочетают достоинства установок с погружными и непогружными источниками излучения.
Расчет и конструирование УФ-установки сводится к определению ее необходимой бактерицидной мощности, необходимого числа бактерицидных ламп и их размещения в контактной камере.
В условиях Санкт-Петербурга наиболее приемлемым, безопасным и относительно недорогим в реализации решением проблемы обеззараживания воды представляется применение на стадии первичного обеззараживания гипохлорита натрия, а на стадии вторичного обеззараживания (перед подачей чистой воды в городскую сеть) — УФ-облучения. Такая технология позволит сочетать достоинства и недостатки этих методов при сравнительно небольших затратах.
7. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ ЭХА-РАСТВОРАМИ
Поиск альтернативных методов для обеззараживания воды ведется постоянно. И в этой связи нельзя обойти вниманием продукты электрохимической активации (ЭХА) воды, в частности анолит.
Обеззараживание с использованием ЭХА обладает большим рядом преимуществ по сравнению с другими методами.
В соответствии с рекомендациями ВНИИ Профилактической токсикологии и дезинфекции (Россия) активированный нейтральный анолит с содержанием оксидантов 0,03 % (то есть при концентрации действующих веществ в 160 раз меньшей) применяется не только для дезинфекции, но и для стерилизации. При этом стерилизация с помощью нейтрального анолита занимает, как правило, в 4-5 раз меньше времени, чем посредством препарата «Сайдекс» (щелочной глутаровый альдегид), который во многих странах оценивается специалистами как один из лучших стерилизующих растворов. На основе многочисленных наблюдений ориентировочно можносчитать, что биоцидная активность анолита в 100-300 раз выше, чем таковая у гипохлоритного раствора.
Электрохимическая активация воды — это отечественное открытие, сделанное в 1975 г. в результате исследований по электрохимическому регулированию свойств буровых растворов.
Принцип действия установок СТЭЛ заключается в электрохимическом преобразовании низкоминерализованного раствора хлорида натрия в ме-тастабильный раствор с малой концентрацией биоцидных компонентов — активированный раствор анолита, нейтрального катодного (АН К), прошедшего катодную обработку.
По механизму биоцидного действия электрохимически активированный раствор (анолит АНК) подобен газовой плазме, а продуктом его деградации является исходное вещество, то есть слабоминерализованная вода.
Установки СТЭЛ автоматизированы, надежны, просты и удобны в эксплуатации, не требуют участия оператора, работают по заданной программе, синтезируют растворы с высокостабильными параметрами, обладают хорошими динамическими характеристиками, то есть выдают раствор с заданными свойствами уже через 10 с после включения.
Для функционирования установок необходимы напорный источник воды, пищевая соль любого качества и электроэнергия, а также небольшой запас раствора соляной, лимонной или уксусной кислоты (из расчета 1 л 3%-ной кислоты в неделю для электрохимического реактора (РПЭ), состоящего из 10 проточных электрохимических модулей (ПЭМ-3) для периодической очистки катодной камеры электрохимического реактора от отложений гид-роксидов щелочно-земельных металлов).
Продукты ЭХА и их обеззараживающие свойства в настоящее время активно изучаются как в России, так и за рубежом. Электрохимически активированные растворы производятся посредством катодной или анодной (униполярной) электрохимической обработки воды в диафрагменном электрохимическом реакторе. Суть ЭХА заключается в том, что разбавленные водные растворы минеральных солей, к которым относится также и обычная питьевая вода, в результате такой обработки переходят в метастабильное состояние. Это состояние характеризуется аномальными и релаксирующими (изменяющимися во времени) физико-химическими параметрами и свойствами, достигающими стабильных значений спустя длительное время — от нескольких минут до сотен часов. Электрохимически активированные растворы проявляют каталитическую активность и повышенную реакционную способность в окислительно-восстановительных и других сопряженных с ними реакциях.
Полученным в результате электрохимической активизации растворам дали название анолит и католит. Механизм их действия при обеззараживании воды до конца не выяснен, однако считается, что физико-химическую активность анолита и католита обусловливают следующие факторы:
образование щелочей, кислот, других стабильных продуктов электро-химических реакций, которые с успехом заменяют традиционные химические добавки;
образование высокоактивных неустойчивых (метастабильных) продуктов электрохимических реакций, время жизни которых ограничено несколькими часами. Они значительно усиливают проявление кислотных, окислительных, щелочных и восстановительных свойств анолита и католита. Получение их в воде растворением химических реагентов, как правило, невозможно;
возникновение и существование в течение некоторого времени диссипативных структур, сформированных в области объемного заряда у поверхности электродов как свободных, так и в виде гидратных оболочек ионов, молекул, радикалов, атомов. Это придает анолиту и католиту свойства катализатора самых различных химических реакций, в том числе биохимических, так как способствует изменению активационных энергетических барьеров между взаимодействующими компонентами.
Первый фактор активации — синтез устойчивых веществ в традиционных процессах электролиза — в основном связан с показателем рН. Синтезированные в современных электрохимических активаторах растворы классифицируются именно по этому показателю: А — кислотный анолит (рН = = 5); АН — нейтральный анолит (рН = 6); АНК — щелочной анолит (рН = 7-8); КН — нейтральный католит (рН = 7-8); К — щелочной католит (рН > 8).
В результате катодной обработки вода приобретает щелочную реакцию (от исходного рН = 7 до рН = 7,5-12), в ней снижается содержание растворенных кислорода, хлора, азота, возрастает концентрация водорода, свободных гидроксильных групп.
Анодная электрохимическая обработка способствует увеличению кислотности воды (от исходного значения рН = 7 до рН = 1 и ниже), сильному возрастанию содержания растворенного хлора, кислорода, уменьшению концентрации водорода, азота, изменению структуры воды. К устойчивым продуктам анодных электрохимических реакций относятся серная, соляная и азотная кислоты. Последняя образуется из примесей
По нашему мнению, этот нетрадиционный метод обеззараживания воды обладает следующими преимуществами:
использование в качестве дезинфектанта обыкновенной воды из водопроводных сетей, прошедшей лишь электрохимическую обработку, что позволяет получать обеззараживающие растворы прямо на станции очистки;
электрохимическое воздействие не влечет за собой увеличения содержания ионов в растворах, не загрязняет их посторонними веществами, так как происходит исключительно благодаря обмену электронами между раствором и электродом;
обеззараживающее действие производит не один элемент, а сразу комплекс элементов, который включает и традиционные хлорные соединения, и озон, и многие другие окислители;
высокоактивные неустойчивые продукты, время жизни которых ограничено несколькими часами, значительно усиливают дезинфицирующие свойства анолита;
по имеющимся данным, ЭХА-растворы во много раз активнее обычных веществ, применяемых для дезинфекции в системах водоснабжения и канализации.
Кафедрой ВиВ ПГУПС и ЗАО «ЭХА-МАГ» разработана и внедрена в ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» технология аэрозольной дезинфекции сооружений водопровода (РЧВ, трубопроводов и фильтров) аэрозолями ЭХА-растворов. Аэрозольный комплекс (рис. 11.29), выпускаемый кафедрой ВиВ ПГУПС и ЗАО «ЭХА-МАГ», прошел испытания в Сестрорецком филиале ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и рекомендован к широкому внедрению.
Безусловно, все свойства ЭХА-растворов еще не изучены, работы в этой области продолжаются, и есть все основания полагать, что в недалеком будущем использование анолита для обеззараживания на предприятиях водоснабжения займет свое достойное место.
8. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ
В последние годы интенсивно развивается технология ультрафильтрации, которая позволяет полностью удалить микробные и вирусные загрязнения, При необходимости снизить содержание растворенных в воде сложных органических веществ перед ультрафильтрацией вводят порошкообразный активированный уголь, на котором сорбируются растворенные вещества. Частицы угля затем задерживаются на ультрафильтрационной мембране и удаляются при ее промывке. Рабочее давление перед подачей воды на ультрафильтрации составляет ок. 2 атм.
При этом размер пор мембраны выбран таким образом, что не задерживаются молекулы растворенных солей (как, например, в случае нано-фильтрации на модулях с меньшими размерами пор).
Окисляемость очищенной воды уменьшается до 0,45 мг/л. При этом содержание растворенного органического углерода в воде составляет менее 5 мг/л, что создает дополнительную защиту сетей от вторичного биологического загрязнения, поскольку в воде отсутствуют органические соединения, служащие питательной средой для микробов. Сокращается и расход хлора для обеззараживания воды перед ее подачей в распределительную сеть.
Метод ультрафильтрации может найти применение на существующих сооружениях с контактными осветлителями на завершающей стадии очистки воды.
Список Литературы
ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора.
Бойцов А. Г., Козлова Н. С. Сальмонеллы в воде реки Невы, Невской губы и совершенствование методов их выделения / Гигиенические вопросы изучения биологического загрязнения (сб.): Материалы X Всесоюзной конференции. М., 1988.
СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы. М.: ИИЦ Госкомсанэпиднадзора России, 2000.
МУК 4.2.1018-01. Методы санитарно-бактериологического анализа питьевой воды. М.: Минздрав России, 2001.
Кашкарова Г. П. Микробиологический контроль питьевой воды // Жилищное и коммунальное хозяйство. 1998. № 1.
Храменков С. В., Кашкарова Г. П., Ахапкина Е. К, Канторович В. Б., Дородников А. И. Значение коли-фагов в оценке вирусного загрязнения воды // Водоснабжение и сан. техника. 2002. № 10.
Кулъский Л. А., Гороновский И. Т., Когановский А. М., Шееченко М. А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Киев: Наукова думка, 1980.
Славинская Г. В. Влияние хлорирования на качество питьевой воды // Химия и технология воды. 1991. Т. 13. № 11.
Хабаров О. С. Безреагентная интенсификация очистки сточных вод. М.: Металлургия, 1982.
ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора.
Бойцов А. Г., Козлова Н. С. Сальмонеллы в воде реки Невы, Невской губы и совершенствование методов их выделения / Гигиенические вопросы изучения биологического загрязнения (сб.): Материалы X Всесоюзной конференции. М., 1988.
СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы. М.: ИИЦ Госкомсанэпиднадзора России, 2000.
МУК 4.2.1018-01. Методы санитарно-бактериологического анализа питьевой воды. М.: Минздрав России, 2001.
Кашкарова Г. П. Микробиологический контроль питьевой воды // Жилищное и коммунальное хозяйство. 1998. № 1.
Храменков С. В., Кашкарова Г. П., Ахапкина Е. К, Канторович В. Б., Дородников А. И. Значение коли-фагов в оценке вирусного загрязнения воды // Водоснабжение и сан. техника. 2002. № 10.
Кулъский Л. А., Гороновский И. Т., Когановский А. М., Шееченко М. А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Киев: Наукова думка, 1980.
Славинская Г. В. Влияние хлорирования на качество питьевой воды // Химия и технология воды. 1991. Т. 13. № 11.
Хабаров О. С. Безреагентная интенсификация очистки сточных вод. М.: Металлургия, 1982.
2