Альтернативные методы обеззараживания воды
Содержание:
Введение 3
- Методы применяемые для обеззараживания воды 4
- Химические методы 5
- Физико – химические методы 9
- Физические методы 11
- Естественные биоценозы 12
Заключение 13
Литература 14
Введение
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. [2]
1 Методы применяемые для обеззараживания воды
При анализе материалов, характеризующих эффективность обеззараживания на очистных сооружениях канализации, их работа оценивается как удовлетворительная, когда 85% проб за каждый 30-дневный период не превышают указанные нормативы. [3]
Современные станции очистки
сточных вод в значительной мере
освобождают воду не только от механических
и химических загрязнений, но и от
патогенной микрофлоры. Однако, даже самые
высокоэффективные очистные сооружения
не обеспечивают дезинфекции стоков
без специальных устройств
Органы санитарного надзора
обеспокоены существующим положением
по вопросу обеззараживания
Учитывая высокую
Методы, применяемые для обеззараживания сточных вод (СВ) условно можно разделить на
- 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. [1]
2 Химические методы
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
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
В настоящее время известны методы дезинфекции 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 обезвреживания 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
Наиболее распространенным
химическим методом обеззараживания
с использованием соединений кислорода
является озонирование. Основателем
технологии озонирования является Франция,
которая в 1997 г. отметила столетие эффективного
использования озона в
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
Недавно на рынке появилась 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.
Необходимо отметить, что
при колебании в широких
Вторым по распространенности
кислородсодержащим реагентом является
перманганат калия. Этот реагент
взаимодействует с
В настоящее время возрос
интерес и к пероксиду
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
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
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
3 Физико – химические методы
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 дезинфекции 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 обработке 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 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 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-дезинфекции 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
Многочисленные исследования
показали отсутствие вредных эффектов
после облучения воды даже при
дозах, намного превышающих
Обеззараживаемая
Опыт эксплуатации промышленных
УФ-систем на различной воде показал,
что приемлемыми с
Также существует технология дезинфекции воды раствором оксидантов, вырабатываемым в установках АКВАХЛОР.
В установках типа АКВАХЛОР
впервые решены вопросы рационального
сочетания положительных
Рис. 1 Блок – схема установки АКВАХЛОР
Принцип работы установок
АКВАХЛОР состоит в электрохимическом
синтезе влажной газообразной смеси
оксидантов - хлора, диоксида хлора
и озона из водного раствора хлорида
натрия концентрацией 200 – 250 г/л под
давлением в диафрагменных
4 Физические методы
На протяжении последних
30 лет в России ведутся разработки
электроимпульсных методов
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 процесс е 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, обусловленная синергетическим эффектом, т.е. взаимоусилением отдельных воздействий от каждого из применяемых средств. [4]
5 Естественные биоценозы
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
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. Дезинфекция СВ птицефабрик возможна при прохождении сточной жидкости через серию рыбоводно-биологических прудов с адаптированным альгологическим комплексом из диатомовых, зеленых и протококковых водорослей. Однако вce эти виды воздействий крайне слабы и имеют сезонный характер. Даже в летний период биопруды со временем пребывания в них воды 30 суток дают сокращение количества БГКП только на 99 %, что недостаточно для выполнения требований санитарных органов. Методы обеззараживания в естественных биоценозах могут быть использованы только для небольших объемов. [4]
Заключение
Анализ зарубежного и
отечественного опыта обеззараживания
сточных вод показал, что в
настоящее время интенсивно разрабатываются
экологически более чистые и безопасные
методы обеззараживания воды, альтернативные
хлорированию. Многие из числа известных
методов находятся пока на стадии
научных разработок, лабораторных и
производственных испытаний, внедряются
на небольших очистных сооружениях.
Реально работающими
Озон обладает сильным
дезинфицирующим действием в
отношении бактерий и вирусов, характеризующихся
высоким окислительным
УФ-дезинфекция же, в силу
физико-химического механизма
Однако следует отметить, что обеспечить надежный уровень подавления патогенной микрофлоры можно только лишь при тщательном соблюдении рекомендованного регламента обработки. На территории СНГ наибольший опыт применения обеззараживания сточных вод накоплен в России, который может быть использован при обосновании метода обеззараживания сточных вод в других регионах. [4]
Литература
- Бахир В.М., Задорожний Ю.Г., Леонов Б.И., Паничева С.А., Прилуцкий В.И. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. - М.: ВНИИИМТ, 2001. - 176 с.; - ил.
- Руководство по контролю качества питьевой воды. Т. 1. Рекомендации. - ВОЗ. - Женева, 1994. - 255 с.
- Бахир В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды. –М.: ВНИИИМТ, 1999. – 84 с; - ил.
- http://www.o8ode.ru/
- http://www.svarog-uv.ru/

- Альтернативные методы получения энергии
- Альтернативные методы проектирования. Композиционно-тектонический потенциал объекта
- Альтернативные модели поведения человека
- Альтернативные моторные топлива
- Альтернативные (нефтепродуктам) виды топлива
- Альтернативные предложения переработки отходов
- Альтернативные системы выборов
- Альтернативные источники энергии. Солнечная энергетика
- Альтернативные источники энергии. Финансовые аспекты альтернативных источников энергии
- Альтернативные источники энергии. Энергия ветра
- Альтернативные комплексные технологии переработки попутных нефтяных газов
- Альтернативные концепции пространства и времени
- Альтернативные методики определения меры экономического неравенства
- Альтернативные методы введения сельского хозяйства