Введение
1. Характеристика природных вод
2. Очистка воды для промышленных предприятий. Промышленные станции очистки воды
3. Эффективный метод обеззараживания воды - ультрафиолетовое излучение
4. Установки для обеззараживания питьевой воды
4.1 Характеристика установок
4.2 УФ-обеззараживание сточных вод
5. Основы процессов и классификация методов умягчения воды
Задача
Выводы
Список литературы
Введение
Качество воды, поступающей на производственные нужды, должно соответствовать техническим требованиям с учетом ее влияния на технологический процесс и выпускаемую продукцию. Важным показателем качества воды является жесткость. Так как в природных водах преобладают в основном ионы кальция и магния, то под общей жесткостью чаще всего подразумевают сумму их концентраций.
К достоинствам мягких вод можно отнести возможность их использования при минимальной обработке в технологии изготовления искусственного и синтетического волокна, пластмасс, кинопленки, каолина, кожи, а также для производств пищевой, радиоэлектронной промышленности, в теплоэнергетике, коммунальном хозяйстве и перед мембранным обессоливанием. Экономически целесообразно применение мягких вод для приготовления растворов мыла, красителей, кислот и щелочей, а также при получении диоксида титана и пигментов.
Природные воды в основном не удовлетворяют требованиям промышленных предприятий по содержанию солей жесткости (0,01–0,001 мг-экв/л), поэтому их следует обязательно подвергать предварительной обработке, которая определяется физико-химическими свойствами примесей воды и их фазово-дисперсным состоянием.
1. Характеристика природных вод
Природные воды представляют собой сложные системы, содержащие растворенные вещества в виде ионов и молекул, минеральные и органические соединения в форме коллоидов, суспензий и эмульсий.
Химический состав природных вод представлен в основном ионами К+
, Na+
, Са2+
, Mg2+
, SO4
2–
, НСО3
–
, CO3
2–
, Сl–
, железа, алюминия, кремнекислоты и органических веществ. Кроме того, имеются соединения азота (NH3
+, NO3
–
, NO2
–
). Эти компоненты присутствуют во всех природных водах, и их содержание составляет 90–95% общего количества ионов. Органические вещества присутствуют в виде эмульсий минеральных масел и нефтепродуктов, попадающих в водоемы со сточными водами, а также в виде гумусовых соединений и микроорганизмов, придающих воде цветность. Жесткость воды колеблется в широких пределах – от нескольких десятых до десятков мг-экв/л. Например, для реки Москвы жесткость у истока составляет 0,5–0,9 мг-экв/л, а в месте впадения реки Можайки – 6–7 мг-экв/л. Величина показателя рН природных вод обычно варьируется в пределах 6,5–8,5. Технология подготовки природных вод предполагает электрохимическую коррекцию рН очищаемой воды и электрофлотационное разделение жидкой и твердой фаз. На рисунке представлена технологическая схема электрохимической подготовки природных вод. Вода поступает в сборник-отстойник (1) для выделения тяжелых минеральных примесей (главным образом песка) и грубодисперсных частиц (структурных примесей растительного и животного происхождения). После предварительной очистки сток подается в катодную камеру (2а) электрокорректора рН, из которой под действием электрического тока анионы мигрируют через анионообменную мембрану в анодную камеру (2б), где происходит подкисление среды. В катодной камере в процессе электролиза воды раствор подщелачивается до рН=10–11, что сопровождается образованием частиц гидроксидов и карбонатов смешанного состава. Далее сток поступает в камеру грубой очистки (3а) и тонкой очистки (3б) электрофлотатора, где в результате электролиза воды происходит образование пузырьков газов водорода и кислорода, которые, поднимаясь вверх, сталкиваются с частицами примесей (гидроксиды и карбонаты металлов, эмульсии, дисперсные органические вещества), флотируют их на поверхность, образуя устойчивый пенный слой – флотошлам, периодически удаляемый шламосборным устройством. После осветления умягченная вода направляется в анодную камеру (2б) электрокорректора рН, где происходит нейтрализация воды до величины показателя рН, практически не отличающейся от величины рН исходной воды. После обработки умягченная и очищенная вода поступает на технологические нужды.
В таблице представлены результаты, полученные при электрохимической обработке речной и артезианской воды по данной схеме. Забор речной воды осуществлялся по водоводу из водозаборного узла "Заозерье" (река Москва), артезианской – из скважины, расположенной на территории МП "Теплоцентраль" (г. Жуковский Московской обл.).
Удельный расход электроэнергии при электрофлотационной обработке составляет 0,3–0,5 кВт•ч/м3
, электрохимическом корректировании 1–2 кВт•ч/м3
. Модуль производительностью 5 м3/ч занимает площадь 25 м2
.
Таблица 1
| Показатели | Речная вода | Артезианская вода | ||
| до очистки | после очистки | до очистки | после очистки | |
| Жесткость, мг-экв/л | 3,7 | 0,01 | 9,0 | 0,05 |
| ХПК, мгО2
/л |
76,8 | 1,15 | 22,5 | 0,5 |
| Содержание, мг/л | ||||
| Ca2+
|
52,5 | 0,1 | 145,0 | 0,3 |
| Mg2+
|
12,5 | 1,5 | 25,5 | 2,0 |
| Fe3+
|
8,3 | 0,01 | 10,1 | 0,02 |
| NH4
+ |
1,8 | 0,01 | 2,7 | 0,01 |
| Cl–
|
60,0 | 10,0 | 100,0 | 15,5 |
Проведение процесса в щелочной области рН обеспечивает умягчение воды за счет образования труднорастворимых соединений кальция, магния и других тяжелых металлов, разложение ионов аммония с образованием газообразного аммиака. Обезвреживание растворенных органических соединений происходит за счет процессов электрохимической деструкции и сорбции, при этом уменьшаются мутность и цветность воды.
Данные бактериологических анализов свидетельствуют о дезинфицирующем действии электрохимического способа. В результате электролиза природной воды, содержащей хлорид-ионы, образуются бактерицидные агенты: гипохлориты, хлорноватистая кислота, которые легко взаимодействуют с присутствующими в воде аммиаком и аммонийными солями. При этом образуются хлорамины, также обладающие обеззараживающим действием. Это дает возможность при использовании мягких вод в качестве подпиточных в системах оборотного водоснабжения снижать дозы биоцидов.
Рис. 1. Технологическая схема электрохимической подготовки природных вод
Применение электрохимического метода по сравнению с реагентной обработкой позволяет исключить увеличение общего солесодержания умягченной воды; избежать повышения остаточной жесткости воды и производить одновременно стабилизационную обработку воды и тем самым предотвратить отложение карбоната кальция, которое происходит при известковом умягчении и вынуждает проводить стабилизацию воды продувкой углекислотой; отказаться от использования химических реагентов и реагентного хозяйства и, следовательно, сократить производственные площади, необходимые для размещения очистных сооружений.
Разработанная электрохимическая технология и запроектированное оборудование дает возможность варьировать степень очистки в зависимости от исходного состава и требований, предъявляемых к качеству очищаемой воды без изменения технологической схемы и конструктивного оформления процесса.
2. Очистка воды для промышленных предприятий. Промышленные станции очистки воды
Станции "Астра-Феррум" производят:
комплексную очистку воды из артезианских и поверхностных источников: обезжелезивание, осветление, умягчение, обессоливание, опреснение, обеззараживание, улучшение органолептических свойств воды с целью получения воды высшей категории качества
глубокую очистку воды методом нанофильтрации
добавление в воду недостающих веществ (фтор, йод, кальций, магний и т.п.)
доочистку воды из централизованных источников водоснабжения от свободного хлора и хлорорганических соединений, железобактерий, биозагрязнений и других загрязнений в распределительных сетях водоснабжения.
Оборудование разработано с применением современных достижений и передовых технологий в этой области и предназначено для подготовки питьевой воды, соответствующей требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 и СанПиН 2.1.4.1116-02; подготовки воды специального технологического назначения, для пищевых, спиртовых, ликеро-водочных, мясомолочных, машиностроительных, металлургических, оборонных, фармацевтических, парфюмерных, и др. предприятий; водоподготовки и умягчения воды для ГЭС, ГРЭС, ТЭЦ, тепловых пунктов и котельных различного назначения; для обеспечения доброкачественной питьевой водой речных и морских судов, пассажирского железнодорожного и авиационного транспорта; а также для загородных объектов, дачных кооперативов, коттеджей, поселков, гостиниц, санаториев, бассейнов и для доочистки воды городского централизованного водоснабжения.
Состав станции из сборочных единиц по назначению и их количество определяется в зависимости от нормативных требований по качеству очищенной воды и производительности. В комплект станции могут входить сборочные единицы: 1. Насосная станция подачи исходной воды. 2. Бак аэрации и дегазации исходной воды. 3. Система предварительной очистки исходной воды. 4. Система осветления. 5. Система обезжелезивания реагентная. 6. Система обезжелезивания по методу упрощенной аэрации. 7. Система ионообменная катионитовая. 8. Система ионообменная анионитовая. 9. Система ионообменная универсальная. 10. Система обесфторивания. 11. Система сорбционная. 12. Нормализатор фтора, йода, кальция. 13. Бак накопитель. 14. Система обеззараживания. 15. Фильтр специального назначения "Серебряный ручей". 16. Установка нанофильтрации. 17. Станция озонирования воды. 18. Модуль тонкой очистки. 19. Счетчик воды. 20. Блок автоматического управления. 21. Система дозировки реагентов. 22. Станция регенерации.
Станции серии КАСОВ промышленного назначения состоят из модулей, имеющих унифицированную конструкцию: корпус фильтра из нержавеющей стали пищевого назначения, фильтрующий материал, автоматический или ручной блок управления.
Большое разнообразие фильтрующих загрузок обеспечивает большую гибкость в построении системы очистки воды. Особенностью наших систем с зернистой (гранулированной) загрузкой является периодическое восстановление свойств фильтрующего материала за счет регенерации (промывки) в автоматическом или ручном режиме, при этом накопившиеся в фильтре загрязнения вместе с раствором реагента и промывной водой сбрасываются в канализацию. Благодаря этому система водоочистки такого типа не требует замены фильтрующего материала в течение 5-7 лет. По истечении указанного срока производится досыпка фильтрующего материала до первоначального объема (уровня)
Достоинства наших станций очистки воды
Высокая производительность (от 10 до 5000 м3/час комплектуемой единицы фильтра), долговечность, обусловленная применением нержавеющей стали (не менее 50 лет), способность работать с водой практически любой степени загрязненности, низкие эксплутационные затраты.
Сегодня, когда любое предприятие может пользоваться практически бесплатной артезианской водой, имеется уникальная возможность сэкономить огромные финансовые средства тем предприятиям, которые вместо централизованного водоснабжения используют для своих нужд артезианскую воду из скважины, очищая ее на специальном оборудовании по водоподготовке. В таких условиях, экономя на платежах за воду, затраты на покупку станции очистки воды окупятся за 6-8 месяцев. Кроме того Ваше предприятие может с помощью оборудования и технологий, предложенных нашей компанией, пойти по пути создания системы водоснабжения замкнутого цикла, что высвободит еще более значительные финансовые средства для Вашего предприятия.
К числу наиболее часто встречающихся проблем с водой в различных отраслях производственной деятельности, коммунального хозяйства, и т.д., требующих своего решения с помощью фильтров, относятся:
Наличие нерастворенных механических примесей;
Растворенные в воде железо и марганец;
Жесткость;
Наличие привкуса, запаха, цветности;
Осадочные фильтры - осветлители
Предназначены для удаления из воды механических частиц , песка, взвесей, ржавчины а также коллоидных веществ. В качестве фильтрующего материала используется зернистая загрузка, проверенная на испытательном стенде по специальной программе. Обеспечивающая осаждение частиц от 20 микрон.
Обезжелезивание воды. Фильтры - обезжелезиватели
Фильтры этого класса предназначены главным образом для удаления из воды железа (обезжелезивание воды) и марганца, находящиеся в растворенном состоянии по реагентным и безреагентым методам, исходя из характеристики исходной воды. Адекватно формам, количеству железа и буферным свойствам исходной воды производятся оптимальный выбор зернистой загрузки: природного происхождения, модифицированной, синтетической и комбинированной.
Как правило, каждый вид загрузки был испытан в производственных условиях на специальном стенде по широкому числу параметров: ресурс, скорость фильтрирования, условия отмывки и промывки регенерации и т.д.
В составе обезжелезивающих систем используются скорые одно- и двухслойные фильтры с оптимальным размером зерен загрузки, толщиной фильтрующего слоя и скоростью фильтрирования
Фильтры ионообменные
Обширный класс фильтров, предназначенных для снижения жесткости, опреснения и обессоливания воды. Благодаря применению специальных загрузок фильтры этого типа обладают комплексным действием и способны также удалять из воды определенные количества железа, марганца, нитратов, сульфатов, фторидов, бора, брома, стронция, лития, солей тяжелых металлов, органических соединений.
В качестве фильтрующей загрузки используются ряд ионообменных смол, соответствующих самым строгим нормам для использования в пищевой промышленности. Их основными характеристиками являются высокая рабочая и обменная емкость и эффективность регенерации.
Фильтры сорбционные
Применяются для удаления взвешенных в воде веществ, органических примесей, хлора и его соединений, неприятного вкуса и запаха, цветности органического характера. Фильтры оснащаются ручным управлением или электронным управляющим клапаном. Отличаются компактной конструкцией, так как не требуют дополнительного оборудования для регенерации.
В качестве фильтрующего материала используется активированный уголь, обладающий высокой прочностью и большой сорбционной емкостью.
Элементом новизны и "ноу-хау" ОАО "Конверсия" является внедрение сорбента угольного, являющегося универсальным средством физико-химической очистки воды от нерастворимых и растворенных органических высокомолекулярных соединений фенолов и катионов металлов, аммония, железа общего, нефтепродуктов, взвешенных веществ, мутности, цветности, ионов тяжелых металлов. Ресурс эксплуатации сорбента при соблюдении технологической инструкции не менее трех лет. Грязеемкость сорбента до 3-5% от его веса. Применение фильтра сорбента с разными угольными фильтрующими материалами обеспечивает эффективное решение многих задач технологии очистки воды.
3. Эффективный метод обеззараживания воды - ультрафиолетовое излучение
Начиная с 70-х годов ХХ века, за рубежом наметилась тенденция по сокращению объемов применения хлора и хлорсодержащих реагентов в водопроводно-канализационных хозяйствах в результате выявления их негативного воздействия на живые организмы и биоценоз водоемов. Это получило отражение в массовом создании станций дехлорирования обеззараженных сточных вод и сокращении использования хлора в хозяйственно-питьевом водоснабжении на основе применения других технологий обеззараживания. Одной из технологий, получивших широкое промышленное внедрение, является обеззараживание ультрафиолетовым (УФ) излучением, позволяющее обеспечить необходимый эффект при отсутствии образования побочных веществ, обладающих негативным воздействием на живые организмы. В мире эксплуатируется более 3000 станций УФ-обеззараживания воды различного назначения и производительности, в том числе крупные, производительностью более 1 млн. м3
/сут.
Введение новых нормативных документов в области водного хозяйства в последние несколько лет определили необходимость модернизации большинства очистных систем. Одной из наиболее актуальных задач является совершенствование схем обеззараживания, поскольку она напрямую связана со здоровьем человека.
Несмотря на несомненные успехи профилактической и лечебной медицины, эпидемиологическая роль водного фактора остается актуальной и в наши дни. Развитие гигиенической науки и обострение проблемы загрязнения окружающей среды приводят к тому, что как в мировой практике, так и в России постоянной является тенденция, направленная на ужесточение гигиенических требований к качеству воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, а также гигиенических и рыбохозяйственных требований к качеству очищенных сточных вод. Так, СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству ...", принятые в России, устанавливают контрольный показатель вирусного и паразитарного загрязнения, а также жестко ограничивают содержание в питьевой воде токсичных, мутагенных и канцерогенных хлорорганических соединений (ХОС), продуцируемых в основном на самих очистных сооружениях подготовки воды при ее хлорировании. Решение задачи повышения качества обеззараживания воды, требующее увеличения доз хлора, вступает в противоречие с необходимостью ограничения содержания хлорорганических соединений, образующихся при хлорировании.
Такие же проблемы существуют при хлорировании очищенных сточных вод в связи с высокой токсичностью остаточного хлора, хлорорганических соединений и хлораминов для всего биоценоза водоемов-приемников сточных вод. Методические указания МУ 2.1.5.800-99 "Организация санитарно-эпидемиологического надзора за обеззараживанием сточных вод" регламентируют исследование продуктов трансформации, образующихся при хлорировании, и требуют дехлорирования сточных вод перед выпуском их в водоемы. В гигиенических нормах ГН 2.1.5.689-98 "Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования" предписывается полное отсутствие активного хлора в составе выпускаемых сточных вод.
Кроме того, наличие больших запасов хлора в городах и на территории промышленных предприятий для целей обеззараживания природных и сточных вод создает реальную опасность для окружающей природной среды и населения в связи с высокой аварийностью хлорных хозяйств и токсичностью хлора, снижает устойчивость водопроводных и канализационных систем в целом. Постоянно ужесточающиеся требования надзорных органов предписывают проводить дорогостоящую реконструкцию и дооснащение действующих хлорных хозяйств. Увеличиваются нормативные размеры санитарно-защитных зон для хлораторных в системах водоснабжения и канализации, что в условиях застроенных территорий не всегда может быть реализовано.
Таким образом, основной промышленный метод обеззараживания, распространенный в России - хлорирование хлором или хлорсодержащими реагентами, не в состоянии обеспечить всю совокупность современных гигиенических и экологических требований. Для выполнения современных нормативных требований неизбежным является разработка новых методов и оборудования по обеззараживанию воды, обеспечивающих высокоэффективное удаление микроорганизмов, отсутствие опасных побочных продуктов и имеющих удовлетворительные технико-эксплуатационные и экономические показатели.
Наиболее перспективным в этих условиях промышленным методом является обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением. Применение УФ-метода для обеззараживания в системах подготовки питьевой воды и очистки сточных вод оптимально решает возникшие проблемы.
С 1989 года Московским НПО "ЛИТ" в сотрудничестве с ведущими технологическими и санитарными научными организациями проводятся широкомасштабные работы по развитию и внедрению УФ-обеззараживания в России. Были разработаны высокоэффективные источники УФ-излучения и создано современное отечественное оборудование нового поколения для обеззараживания воды.
Принцип УФ-обеззараживания заключается в прямом воздействии излучения на нуклеиновые кислоты, входящие в состав ДНК и РНК всех живых организмов. Уже в первых работах по исследованию воздействия УФ-излучения на микроорганизмы был обнаружен оптимум длин волн для уничтожения бактерий, находящийся в области 250 - 266 нм. Действие ультрафиолета на разные типы микроорганизмов имеет одинаковую природу. Входящие в состав ДНК пирамидиновые основания - тимин и цитозин, отличающиеся высокой фотохимической активностью в области 250 - 280 нм, образуют под воздействием облучения сшивки (димеры). Этот фотопродукт обнаружен при использовании коротковолнового УФ-излучения в биологических дозах у самых различных объектов. Многочисленные факты свидетельствуют об определяющей роли димеров в летальном, мутагенном и других эффектах УФ-излучения. При этом внешняя структура микроорганизма оказывает минимальное влияние на эффективность УФ-излучения. Ультрафиолетовое облучение является летальным для большинства микроорганизмов, в том числе и для устойчивых к окислительным методам вирусов и цист простейших.
Основной характеристикой процесса УФ-обеззараживания, определяющей степень снижения количества микроорганизмов данного типа в процессе облучения, является произведение интенсивности излучения - I [мВт/см2] и времени облучения - t [с]. Произведение I x t называется дозой облучения - D [мДж/см2]. Доза облучения определяет количество энергии ультрафиолетового излучения, сообщаемое микроорганизмам.
УФ-облучение обладает высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам. Исследования, проведенные НПО "ЛИТ" на более чем 120 объектах водоснабжения и канализации, показали, что для инактивации большинства бактерий на 1 - 4 порядка достаточной является доза 10 - 16 мДж/см2. Лабораторные исследования, проведенные НПО "ЛИТ" совместно с Институтом медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е. И. Марциновского ММА им. И. М. Сеченова; НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, показали, что доза облучения 16 мДж/см2 обеспечивает снижение содержания вирусов (коли-фаги и энтеровирусы) на 1,8 - 2,9 порядка. Достижение более значительной степени обеззараживания по вирусам обеспечивается дозой 40 мДж/см2 (более 4 порядков). В отношении наиболее устойчивых к обеззараживанию цист лямблий и ооцист криптоспоридий требуемая доза УФ-облучения зависит от исходной концентрации этих микроорганизмов: при концентрации до 10000 экз/мл доза 16 мДж/см2 обеспечивает инактивацию на 2 - 4 порядка, доза 40 мДж/см2 - обеспечивает отсутствие жизнеспособных цист (рис. 1).
Поскольку УФ-излучение поглощается рядом растворенных в воде веществ, доза, сообщаемая обрабатываемой воде, зависит от коэффициента пропускания воды УФ-излучения на длине волны 254 нм.
В 1995 - 1997 годах специалистами НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана был проведен цикл работ по определению влияния обобщенных показателей качества воды (цветность, мутность, окисляемость, ХПК, БПК) на эффективность УФ-обеззараживания. Эти исследования, а также анализ данных, полученных при обследовании реальных объектов, проведенные специалистами НПО "ЛИТ", показали принципиальную возможность обеззараживания УФ-облучением воды с различными характеристиками физико-химических показателей. Кроме того, накопленные данные позволяют делать прогноз коэффициента пропускания воды на основании данных физико-химического качества.
Точное измерение коэффициента пропускания и проведение модельного облучения позволяют подобрать оптимальное оборудование, отвечающее конкретным условиям. При этом, поскольку в отличие от химических реагентов при применении УФ-обеззараживания отсутствует необходимость в ограничении верхнего предела дозы облучения, ее всегда можно выбрать достаточной для конкретных условий. Обеспечение в промышленных условиях доз УФ-облучения 40 и 80 мДж/см2 является вполне реальным с технической и экономической точек зрения.
На основе многочисленных исследований, многолетнего опыта практической эксплуатации промышленных станций УФ-обеззараживания различного назначения в различных отраслях промышленности ведущими гигиеническими институтами России (НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, НИИ ЭЧиГОС им. А. С. Сысина) разработаны санитарно-гигиенические нормативные документы, регламентирующие применение УФ-метода для обеззараживания природных и сточных вод.
В их числе такие документы, как Методические указания МУ 2.1.4.719-98 "Санитарный надзор за применением ультрафиолетового излучения в технологии подготовки питьевой воды"; МУ 2.1.5.732-99 "Санитарно-эпидемиологический надзор за обеззараживанием сточных вод ультрафиолетовым излучением"; МУ 2.1.2.694-98 "Использование ультрафиолетового излучения при обеззараживании воды плавательных бассейнов".
В этих документах нормативно установлены минимальные эффективные дозы УФ-излучения, соответствующие мировым с
Современные строительные нормативы разработаны также с учетом уровня развития УФ-технологии. В новую редакцию СНиП 40-03-99 "Канализация. Наружные сети и сооружения" внесены рекомендации по применению УФ-метода для обеззараживания сточных вод, что позволяет регламентировать проектирование и строительство УФ-обеззараживания.
Высокие технико-эксплуатационные показатели выпускаемого УФ-оборудования и современный уровень развития УФ-технологии в целом создали условия для масштабного применения ультрафиолета в различных областях коммунального хозяйства и проблем больших городов и крупных промышленных предприятий.
УФ-оборудование, выпускаемое НПО "ЛИТ", соответствует современным требованиям к промышленному оборудованию для водного хозяйства и нормативным документам, регламентирующим его применение, так как:
в оборудовании реализована предварительно рассчитанная доза облучения, которая гарантирует достижение нормативных санитарно-бактериологических показателей качества обрабатываемой воды;
используются бактерицидные ртутные лампы низкого давления, которые были специально разработаны и выпускаются НПО "ЛИТ" для установок обеззараживания воды. Их отличает высокий к. п. д. излучения в бактерицидном диапазоне - 30% - 35% (что в 5 - 6 раз выше, чем у ламп предыдущих поколений), большой срок службы (10000 - 12000 часов), низкая рабочая температура поверхности ламп (30°С - 40°С);
конструкция камеры обеззараживания позволяет обеспечить малые потери напора, поэтому эти установки могут успешно применяться как в напорных, так и в самотечных схемах. Разработаны различные конструктивные модификации оборудования, которые позволяют включить этап УФ-обеззараживания практически в любую схему очистных сооружений;
в установках используются высококачественные конструкционные материалы: корпус камеры обеззараживания изготовлен из нержавеющей стали, защитные чехлы - из стойкого кварцевого стекла, двойные уплотнения выполнены из долговечной резины. В установках применяется наиболее удобный и экономичный способ регламентной очистки: химическая промывка слабыми растворами пищевых кислот. Для этого установки комплектуются специальным блоком промывки. На пульт управления вынесены индикация о режиме работы установки, загрязнения кварцевых чехлов, счетчик времени наработки ламп и сигнализации об аварийных ситуациях. Особое внимание при разработке установок уделяется простоте и удобству обслуживания.;
конструктивное исполнение УФ-оборудования обеспечивает его длительную и безаварийную эксплуатацию в тяжелых климатических и технологических условиях реальных зданий и сооружений.
Выпускаются установки трех типов, предназначенные для обеззараживания питьевой, поверхностной, сточной очищенной и доочищенной воды.
4. Установки для обеззараживания питьевой воды
4.1 Характеристика установок
Установки для обеззараживания питьевой воды имеют производительность от 1 до 3000 м3
/ч и рассчитаны на рабочее давление до 10 атм. Оборудование этого типа применяется также для обеззараживания оборотной воды плавательных бассейнов, морской воды. Для обеззараживания поверхностной воды выпускается оборудование единичной производительностью от 120 до 2000 м3
/ч. Для обеззараживания сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, изготавливаются установки производительностью от 5 до 2500 м3
/ч как в безнапорном (погруженные лотковые модули), так и в напорном исполнении (рабочее давление до 10 атм.). Единичное оборудование при необходимости может соединяться последовательно или параллельно для реализации конкретных компоновочных решений, что позволяет комплектовать УФ-станции производительностью от единиц до миллионов кубических метров в сутки.
Дозы бактерицидного облучения, обеспечиваемые УФ-оборудованием, составляют не менее 16 мДж/см2
для питьевой и 30 мДж/см2
- для сточной воды, что соответствует требованиям современных нормативных документов и мировым стандартам.
Обеззараживание подземных вод является традиционной областью применения ультрафиолетового излучения. Целый ряд УФ-комплексов большой производительности эксплуатируются в системах водоснабжения городов и промпредприятий, использующих подземные источники водоснабжения.
Применение УФ-излучения в схемах подготовки питьевой воды из поверхностных водоисточников - относительно новое направление, однако разработанные технологические схемы и опыт эксплуатации показывают, что применение ультрафиолета в практике водоподготовки позволяет успешно решать актуальные проблемы и в этой области. Теоретически блок УФ-обеззараживания можно расположить на любом этапе очистки питьевой воды. Исходя из экономических соображений размещение УФ-оборудования в конце сооружений является более предпочтительным, поскольку отсутствие взвешенных и растворенных в воде веществ позволяет снизить требования к мощности излучения. Однако хотя применение УФ-оборудования на заключительном этапе обработки воды является предпочтительным, это не является единственно возможным техническим решением. Схема, в которой УФ-облучение в качестве основного метода обеззараживания применяется совместно с традиционными этапами физико-химической очистки и подачей небольших доз хлорреагентов перед сетями, является наиболее распространенной. В первую очередь это связано с тем, что отказ от первичного хлорирования позволяет значительно сократить суммарный расход хлора и снизить образование хлорорганических соединений. В ряде случаев для того, чтобы не производить значительных работ по реконструкции очистных сооружений, может быть выбрано другое место расположения УФ-установок.
На практике выбор места осуществляется по результатам технологических обследований на конкретных очистных сооружениях. В ходе технического обследования определяются возможности размещения УФ-оборудования исходя из задач, которые необходимо достигнуть внедрением этапа УФ-обеззараживания, технических возможностей размещения оборудования и физико-химического качества воды на различных этапах водоподготовки. УФ-обеззараживание применяется на десятках объектов водоподготовки из поверхностных источников. Более 10 лет эксплуатируются УФ-станции в городе Отрадный (75000 м3/сут.), а также в г. Тольятти (рис. 2) производительностью 405000 м3/сут.).
Крупнейший в мире УФ-комплекс обеспечивает обеззараживание питьевой воды в г. Санкт-Петербурге и состоит из нескольких блоков, расположенных в насосных станциях. Первый блок УФ-станции в МОN 5 Главной водопроводной станции был введен в эксплуатацию в мае 2003 года, к концу 2007 г. вся водопроводная вода в городе будет обеззараживаться УФ-облучением. Суммарный объем обрабатываемой воды составит 220 000 м3/час.
4.2 УФ-обеззараживание сточных вод
УФ-обеззараживание сточных вод - одно из наиболее перспективных направлений применения УФ-метода. Сточные воды - основной источник микробного загрязнения окружающей среды, поверхностных и морских вод, подземных водоносных горизонтов, питьевой воды и почвы, что является фактором риска распространения возбудителей инфекций. Согласно действующим нормативам, сточные воды перед сбросом в водные объекты должны в обязательном порядке подвергаться обеззараживанию. Применение УФ-излучения позволяет не только обеспечить эффективное обеззараживание сточных вод, а также ликвидировать с территории очистных сооружений хлорное хозяйство и исключить из состава сточных вод токсичные для водоемов хлор и хлорорганические соединения.
Обеззараживание при использовании воды из артезианских скважин. В последние годы и промышленные предприятия, и застройщики частного сектора повсеместно ведут бурение скважин, решая проблему обеспечения водопотребления на объектах с помощью артезианской воды. Действительно, такое решение представляется выгодным как по удобству эксплуатации, так и с точки зрения минимизации расходов на водообеспечение объектов.
К сожалению, довольно часто вода, получаемая из скважин, не соответствует нормативным требованиям, например СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования ...". Качество добываемой из скважины воды определяется глубиной залегания водоносного горизонта окружающими его породами, способностью окружающих пород задерживать загрязнения с поверхности. За редким исключением, артезианская вода характеризуется высокой жесткостью и содержанием железа. Концентрации этих примесей достигают нескольких мг/л, а иногда и десятков или даже нескольких десятков мг/л. И если в последнем случае - очень загрязненной воды - выгоднее искать другой источник водоснабжения, то в случае, когда жесткость воды и содержание в ней железа не превышают 10 мг/л, разумнее оборудовать скважину системой водоподготовки.
Типичная система очистки воды из скважины состоит из нескольких ступеней: фильтра грубой очистки для удержания крупных включений, взвешенных веществ, песка; блока обезжелезивания; блока умягчения и системы обеззараживания. Обычно у пользователя нет возражений по системам очистки воды от железа и содержания солей, и во то же время возникает явное недопонимание необходимости оснащения скважины системой обеззараживания. Это обусловлено тем, что отложения солей жесткости и железа легко заметны при эксплуатации бытового и нагревательного оборудования, а сами вещества легко определяются в ходе анализа воды.
В то же время бактериологический анализ воды из скважины обычно показывает отсутствие микробиологического загрязнения. Оценивая результаты разового анализа, потребитель считает, что с микробиологией в потребляемой воде все в порядке, и ради экономии отказывается от системы обеззараживания. Однако в силу того, что механизмы микробиологического загрязнения артезианской воды принципиально отличаются от механизмов загрязнения железом и солями, сэкономив на системе обеззараживания, потребитель рискует попасть в опасную ситуацию.
Пути проникновения микроорганизмов в воду, получаемую из артезианских скважин, следующие: 1) заражение воды непосредственно на комплексе водоочистки происходит следующим образом: когда в воде высокое содержание железа, то для его удаления необходимо перевести его из двухвалентной формы (FeII) в трехвалентную (FeIII), которая затем осаждается на загрузке фильтра, или, говоря проще, окислить имеющееся в воде железо. Но для окисления необходим кислород, и поэтому в схеме водоподготовки организуют зону аэрации, либо устраивая разрыв струи, либо вводя в технологическую цепочку аэратор. Вот с забортным воздухом и попадают в артезианскую воду микроорганизмы; 2) микробиологические загрязнения могут обнаруживаться в артезианской воде даже когда нет разрыва струи и вирусам вроде как нет возможности проникнуть в воду. Попадают они туда вместе с инфильтрационным пополнением водоносного горизонта, т. е. медленно проходя сквозь породу. Такой способ загрязнения наиболее характерен для неглубоких скважин и скважин, пробуренных вблизи поверхностных водоемов. Осадочные породы хорошо удерживают бактерии, но вирусы, обладая много меньшими размерами, легко проникают на значительную глубину и могут приводить к вирусному заражению водоносного горизонта. А так как обычно вирусы обладают высокой способностью к длительному сохранению своих вирулентных свойств, то их проникновение в скважную воду представляет эпидемиологическую угрозу.
В настоящее время существует много специальных способов обеззараживания воды: хлорирование и йодирование, обработка воды озоном и диоксидом хлора, ультрафиолетовое излучение. Какой же метод более эффективен? Ответ прост: каждый из них может обеспечить барьерную роль, защищая потребителя от проскока патогенных микроорганизмов. Какой же метод наиболее предпочтителен для воды, добываемой из скважины? Более чем 15-летний опыт работы с УФ-технологией показал, что этот метод одновременно самый надежный, простой и дешевый.
Аттестация УФ-систем методом биодозиметрии. Критерием надежности УФ-обеззараживания является доза облучения, обеспечиваемая во всем объеме обрабатываемой воды. В условиях идеальной модели доза облучения зависит от УФ-интенсивности, расхода и пропускания воды на длине 254 нм. Однако на практике распределение дозы облучения в зоне обеззараживания неоднородно. Расстояние между УФ-лампами, геометрия зоны облучения оказывают значительное влияние на дозу облучения, т. е. на эффективность обеззараживания. УФ-установки, имеющие одинаковое количество УФ-ламп и равнозначную мощность, могут обеспечивать разную дозу облучения за счет конструктивных отличий.
Для определения фактической дозы облучения УФ-систем в Европе и Америке используется метод биодозирования. Суть метода заключается в определении дозы облучения по достигаемой степени инактивации микроорганизмов.
В настоящее время существует несколько протоколов проведения аттестационных тестов биодозирования, разработанных Австрийским институтом стандартов (ONORM M 5873-2), Агентством по защите окружающей среды США US EPA (Draft 6/03), Германской ассоциацией по проблемам воды и газа (DVGW). Протоколы имеют некоторые различия в обработке результатов и проведении процедуры, однако в целом сопоставимы.
В 2006 г. серия оборудования НПО "ЛИТ" на амальгамных лампах успешно прошла процедуру аттестации по протоколу ONORM M 5873-2, подтвердив высокий уровень своей продукции в соответствии с мировыми стандартами. Аттестация серии оборудования УДВ-А проводились на базе испытательного стенда Венского института гигиены и микробиологии (Австрия).
В процессе тестирования проверяется соответствие заявленных технических параметров оборудования при минимальном, среднем и максимальном расходах воды, в условиях снижения мощности УФ-ламп и снижения коэффициента пропускания воды в рамках границ, указанных производителем.
Для проведения испытаний производитель оборудования представляет зависимость дозы облучения от расхода и коэффициента пропускания воды и диапазон допустимых условий эксплуатации, при которых будет обеспечиваться заданная доза облучения. Также производитель представляет данные о снижении мощности УФ-ламп к концу срока службы.
Испытания проводятся в проточном режиме эксплуатации, в процессе которого на установку УФ-обеззараживания подается вода, зараженная тест-микроорганизмом в концентрации порядка 106 - 107 КОЕ/л. В качестве тест-микроорганизма используются споры бактерий Bacillus subtilis. Кривая инактивации спор B. subtilis позволяет производить количественное определение дозы облучения эквивалентной снижению концентрации спор в диапазоне от 20 до 60 мДж/см2
.
Определение дозы облучения производится калибровочной кривой чувствительности микроорганизмов, полученной в лабораторных условиях идеальной модели УФ-системы.
Процедура определения дозы облучения биодозиметрией может быть использована как для сточной, так и для питьевой воды. Однако в случае обеззараживания питьевой воды аттестации УФ-систем уделяется особое внимание. При обеззараживании сточных вод доза облучения по степени инактивации микроорганизмов может быть определена в любой момент, так как на УФ-обеззараживание постоянно поступает вода, содержащая высокие концентрации микроорганизмов, которые после УФ-обеззараживания не должны превышать установленного нормами уровня. Снижение дозы облучения на станции УФ-обеззараживания сточных вод будет заметно по снижению эффективности обеззараживания.
Аттестация УФ-систем на соответствие дозы облучения является обязательной процедурой для оборудования, применяемого для обеззараживания питьевой воды в странах Европейского союза и США. В России практика аттестации УФ-систем не используется. Тем не менее заказчик должен учитывать, что наличие у производителя оборудования аттестации на соответствие дозы облучения является объективным подтверждением надежности УФ-системы. В России применение УФ-оборудования регламентировано и рекомендовано Министерством природных ресурсов РФ, Главгосэкспертизой России, НТС Госстроя России, Российской ассоциацией водоснабжения и водоотведения, НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана, территориальными органами соответствующих федеральных служб и ГЦСЭН.
НПО "ЛИТ" также выпускает УФ-оборудование для обеззараживания воздуха и поверхности: облучатели открытого типа, рециркуляторы воздуха закрытого типа, бактерицидные УФ-модули для систем вентиляции и кондиционирования и др. Они эффективно применяются в промышленности, медицинских, образовательных, спортивных и общественно-культурных учреждениях и т. п.
5. Основы процессов и классификация методов умягчения воды
Устранение из воды или снижение содержания солей жесткости называется ее умягчением. Воду умягчают для технологических нужд целого ряда производств (текстильного, искусственного волокна, химического, бумажного, производства пластмасс и др.), где необходима вода жесткостью не более 0,01 мг-экв/л. Умягчение воды требуется при подготовке питательной воды для котельных установок, для банно-прачечного производства. Известны три основных способа умягчения воды: реагентный, катионитовый и термический. При реагентном способе в качестве реагентов могут быть применены известь либо совместно известь и кальцинированная сода, едкий натр и др. В первом случае способ умягчения воды называют известкованием, во втором - известково-содовым, в третьем - едконатровым способом. Катионирование - фльтрование воды через слой катионита, сопровождающееся ионным обменом. Термический способ устранения жесткости основан на уменьшении растворимости углекислоты при нагревании воды и нарушении углекислотного равновесия. Этот способ применяют для умягчения вод, содержащих преимущественно бикарбонатную и карбонатную жесткость и используемых для питания котлов низкого давления и на предприятиях коммунального хозяйства.
Термическое умягчение воды. При нагревании воды растворенная в ней равновесная свободная углекислота выделяется, что ведет к нарушению углекислотного равновесия и к распаду содержащихся в ней двууглекислых солей кальция и магния, теряющих половину связанной углекислоты.
Реакция образования осадка гидроксида магния протекает очень медленно, ускорить ее можно, ведя процесс при температуре кипячения воды. Термическое умягчение воды осуществляют в водоумягчителях-кипятильниках. Однако этот метод устранения жесткости в настоящее время самостоятельного значения не имеет. При реагентном умягчении воды для питания котлов термический метод умягчения используют для предварительного умягчения с целью снижения расхода реагентов.
Реагентов умягчение воды. Реагентное умягчение воды состоит в том, что при введении в воду специальных реагентов катионы кальция и магния, растворенные в ней, переходят в практически нерастворимые соединения, выводимые в осадок. В зависимости от вида применяемых реагентов различают следующие методы умягчения: известковый, известково-содовый, едконатровый, фосфатный и бариевый. Известковый метод используют для частичного устранения карбонатной жесткости воды (для снижения ее щелочности). Самостоятельного распространения этот метод не получил, обычно его сочетают с содовым или катионитовым методом. Введение в воду гашеной извести в виде известкового молока или раствора, в первую очередь, вызывает нейтрализацию свободной углекислоты с образованием малорастворимого карбоната кальция, выпадающего в осадок.
Добавление извести в количестве большем, чем необходимо для нейтрализации свободной углекислоты, вызывает распад бикарбонатов с выделением из воды карбоната кальция.
Дальнейшее введение в воду извести приводит к гидролизу магниевых солей и образованию малорастворимого гидроксида магния Mg (ОН)2, который при рН>10,2- 10,3 декантирует.
Известкованием устраняют из воды и некарбонатную магниевую жесткость при условии, что рН воды будет не ниже 10,2-10,3.
Приведенные уравнения показывают, что магниевая жесткость устраняется, но величина общей жесткости остается неизменной, так как магниевая жесткость заменяется кальциевой, некарбонатной. Следовательно, известкованием воды может быть в той или иной мере устранена карбонатная и магниевая жесткость воды, но не может быть снижена некарбонатная жесткость. Для устранения некарбонатной жесткости в воду кроме извести вводят соду.
После добавления в воду извести и соды мгновенно происходит образование коллоидных соединений карбоната кальция и гидроксида магния. Переход же от коллоидного состояния в грубодисперсное, при котором СаС03 и Mg(ОН)2 выпадают в осадок, занимает длительное время, измеряемое часами.
Для ликвидации тормозящего действия органических примесей на процесс умягчения воды кроме извести и соды в нее вводят коагулянт, достигая при этом удаления из воды органических соединений и вызывая укрупнение мельчайших кристаллов, карбоната кальция и гидроксида магния, что обеспечивает более высокий эффект работы тонкослойных отстойников или осветлителей со взвешенным слоем. В первом случае коагулянт следует вводить до введения извести и соды, во втором - после. Если применение коагулянта вызвано как необходимостью укрупнения коллоидных соединений карбоната кальция и гидроксида магния, так и необходимостью удаления органических соединений, замедляющих процесс водоумягчения, то коагулянт вводят в воду дважды: первый раз - до введения извести, а второй - после.
Задача
При крашении одежды в темно-синий цвет ее последовательно выдерживают в двух ваннах с раствором красителя, состав которых в граммах слудующий (из расчета на 8 кг одежды):
Краситель свежая ванна вторая ванна
Прямой синий
Поваренная соль
Кальцинированная сода
Рассчитайте массовую концентрацию компонентов каждой ванны в отдельности по отношению в одежде и укажите сколько каждого компонента в совокупности по двум ваннам потребуется для крашения 1 тонны одежды.
Решение
Найдем содержание компонентов свежей ванны по отношению к одежде:
А) Краситель бордо
8000 г – 100 %
375 г – х
х = 4,687 %
б) Поваренная соль
8000 г – 100 %
500 г – х
х = 6,25 %
в) Кальцинированная сода
8000 г – 100 %
50 г – х
х = 0,625 %
Рассчитаем также для второй ванны:
А) Краситель бордо
8000 г – 100 %
265 г – х
х = 3,31 %
б) Поваренная соль
8000 г – 100 %
300 г – х
х = 3,75 %
в) Кальцинированная сода
8000 г – 100 %
25 г – х
х = 0,312 %
2. Найдем сколько каждого компонента в совокупности по каждой ванне потребуется на 1000 кг одежды:
А) Краситель бордо 4,687 + 3,31 = 7,99 %
1000 кг – 100 %
х кг – 7,99 %
х = 79,9 кг
б) Поваренная соль 6,250 + 3,750 = 10 %
1000 кг – 100 %
х кг – 10 %
х = 100 кг
в) Кальцинированная сода 0,625 + 0,312 = 0,781 %
1000 кг – 100 %
х кг – 0,937 %
х = 9,37 кг
Ответ: для крашения 1000 кг одежды необходимо красителя бордо – 79,9 кг, поваренной соли – 100 кг, кальцинированной соды – 9,37 кг.
Выводы
Проблема очистки воды, используемой для бытовых и промышленных целей, от различных загрязнений имеет огромное значение. С одной стороны, постоянно повышаются требования к качеству воды, особенно в промышленности и энергетике, а с другой - происходит прогрессирующее загрязнение водных источников, которое затрудняет работу существующих систем очистки.
Водоподготовка воды - это изменение ее физико-химических свойств, в соответствии с требованиями, предъявляемыми в каждом конкретном случае. В зависимости от назначения воды используются различные технологии ее подготовки. Основным критерием выбора технологии водоподготовки являются показатели качества воды, поэтому изначально необходимо провести лабораторные исследования проб воды. От правильно проведенных лабораторных исследований зависит выбор технологии водоподготовки и эффективность работы систем водоочистки. При подготовке воды следует учитывать европейские и местные нормативы, требования производителя эксплуатируемого оборудования и параметры, которым должна соответствовать вода для хозяйственно-питьевых нужд и вода для технологических целей.
Список литературы
1. Банников А.Г., Рустамов А.К., Вакулин А.А. Охрана природы. - М.: Агропромиздат, 1987 – 245 с.
2. Боков ВЛ., Лущик А.В. Основы экологической безопасности. - Симферополь: Сонат, 1998. - 224 с.
3. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1985. – 298 с.
4. Капинос П.И., Панесенко Н.А. Охрана природы. - Киев: "Вища школа", 1991. – 210 с.
5. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. / Под редакцией О.А. Юшманова. - М.: Агропромиздат, 1985 – 234 с.
6. Крисаченко В.С. Екологічна культура: теорія і практика. - К.: Заповіт, 1996. - 108 с.
7. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения. / Под редакцией И.К. Гавич. - М.: Агропромиздат, 1985. – 320 с.
8. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология. - Уфа: Восточный университет, 1998. - 256 с.
9. Охрана окружающей природной среды. / Под редакцией Г.В. Дуганова. - Киев: "Выща школа", 1990. – 300 с.
10. Охрана производственных сточных вод и утилизация осадков. / Под редакцией В.Н. Соколова. - М.: Стройиздат, 1992. – 260 с.
11. Туровский И.С. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1984. – 120 с.
12. Экология города: Учебник. / Под ред. Ф.В.Стромберга. – К.: Либра, 2000. – 464 с.