Методы обеззараживания 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:
-
в воде отсутствуют токсические вещества, вредные для здоровья и придающие воде привкусы и запахи;
-
вода имеет привкус, запах и окраску;
-
вода содержит небольшое количество вредных веществ;
-
вода содержит ядовитые или очень ядовитые, канцерогенные или радиоактивные вещества;
-
вода содержит возбудителей инфекционных заболеваний.
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 неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод. Зачастую на водоочистных сооружениях системы обеззараживания отсутствуют вовсе.
В связи с высокой опасностью сточных вод, технологическая схема водоочистных сооружений обязанна включать обеззараживающую стадию.
Методы, применяемые для обеззараживания сточных вод (СВ) условно можно разделить на следующие группы:
-
химические (применение различных соединений хлора, озона, перекиси водорода и др.) методы обеззараживания сточных вод;
-
физические (термические, с использованием различных излучений, электрические, электромагнитные);
-
физико-химические (флотация, коагуляция, электрофильтрование, сорбция);
-
обеззараживание сточных вод в условиях искусственных и естественных биоценозов.
Необходимость использования различных методов очистки зависит от конкретного содержания органических веществ в анализируемой воде, рН и температуры,а также различных концентраций вирусов и бактерий. Каждый из методов уникален и характеризуется определенной степенью воздействия на обрабатываемую пробу воды – дозой излучений или реагентов.
Среди химических методов обеззараживания наиболее распространенным в настоящее время является хлорирование.
Хлорирование – самый экономичный метод обеззараживания.
В практике могут использоваться диоксид хлора, ClО2 газообразный хлор Сl2, гипохлорит кальция Ca(CIO)2 и гипохлорит натрия NaCIO, а также хлорные агенты. Гипохлорит кальция и хлорная известь незначительно применяются, только для обеззараживания небольших объемов сточных вод, так как дезинфекция воды с использованием данных соединений сопровождается загрязнением различными веществами обрабатываемой воды.
Диоксид хлора, сейчас широко используется ( для обеззараживания питьевых вод), данное соединения обладает сильными бактерицидными свойствами. При обработке воды ClO2 процент оставшихся жизнеспособных клеток бактерий на порядок меньше, чем при применении хлора в той же концентрации при одинаковом времени контакта. В случие загрязнения воды органическими соединениями в растворенном и во взвешенном состоянии инактивирующее действие диоксида хлора уменьшается и для более надежной дезинфекции требуется увеличение дозы реагента в 2 - 4 раза. Образование хлоратов и хлоритов, как побочный процесс, является недостатками применения ClO2.
Хлорирование при дозе остаточного хлора 1,5 мг/дм3 не обеспечивает необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов, цист простейших и лямблий, даже несмотря на высокую эффективность в отношении патогенных бактерий, отсутствие после обработки повторного роста этих бактерий. Существуют хлорустойчивые формы такие как Klebsiellae, E.coli, Рrоtеае, Pseudoтoпodaceae, относящиеся к патогенным и условнопатогенным, а также являющиеся стабильными контаминантами городских систем водоотведения и водоснабжения.
Образование хлорорганических соединений также является негативным свойством хлорирования (тригалогенметанов, хлораминов, хлорфенолов, п-нитрохлорбензолов, диоксидов).
Хлорорганические соединения, по отношению к человеку обладают мутагенностью, токсичностью, и канцерогенностью. Недавно идентифицированы новые соединения фураны, хлордибензопарадиоксины, обладающие высокой токсичностью к живым организмам, промышленные производства, предприятия бытового обслуживания населения, использующие продукцию хлорорганических производств, как правило являются источниками загрезнений.
Необходимость обеспечения высокой степени безопасности и надежности хлорного хозяйства, является существенным недостатком хлорирования.
В настоящие время 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.
Сейчас 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. 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.
В практике обеззараживания сточных вод могут быть использованы соединения йода и брома, помимо соединений хлора, также обладающие окислительной активностью. Высокими окислительными свойствами обладают межгалоидные соединения. ВгСl в течение миллисекунд реагирует с водой, образуя гипобромовую кислоту, которая быстро соединяется с аммиаком, образуя при этом бромамины, таким образом химическое поведение хлорида брома в воде сходно с поведением хлора. В наши дни препараты брома применяются для обеззараживания воды плавательных бассейнов, для обеззараживания воды в замкнутых системах, используется йод. Несмотря на перспективность использования соединений брома и йода для обеззараживания сточных вод, они не нашли широкого применения. Во первых из-за высокой стоимости, во вторых из-за возможности образования йод- и бромпроизводных, обладающих токсичным действием.
Наиболее распространенным химическим методом обеззараживания с использованием соединений кислорода является озонирование.
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.
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.
Пероксид водорода, как обеззараживающий агент.
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 Н2O2 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.
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.
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. 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. 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. 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.
Такие физические методы обеззараживания сточных вод, как обработка воды ускоренными электрическими зарядами, электрическими разрядами малой мощности, переменным электрическим током, магнитная обработка, термообработка, обработка ультразвуком, микрофильтрование, радиационное обеззараживание используются достаточно редко из-за высокой энергоемкости или сложности аппаратуры.