4.10. Обеззараживание сточных вод

Для уничтожения патогенных микроорганизмов и исключения заражения ими водоемов сточные воды перед спуском должны быть обеззаражены. Оценку эффективности обеззараживания сточных вод производят по коли-индексу – показателю, представляющему количество бактерий кишечной палочки, содержащихся в 1 л сточной воды. Обычно обеззараживание считается достаточным, если коли-индекс равен 1000.

В соответствии с [1] обеззараживание следует проводить хлором или хлорсодержащими реагентами. Однако на практике в последние годы находят применение и другие методы – с использованием озона и УФ-облучения.

При обеззараживании сточных вод рекомендуется использовать жидкий хлор или гипохлорит натрия, получаемый непосредственно на станциях водоочистки в электролизных установках. При расходах сточных вод до 1000 м³/сут. могут использоваться хлорная известь и гипохлорит кальция [12].

Установка для обеззараживания сточных вод хлором состоит из следующих элементов: склада расходного хлора, узла испарения жидкого хлора, дозирования газообразного хлора и образования хлорной воды. Для небольших установок хлор испаряют в той таре, в которой он хранится. Если расход хлора превышает 30 кг/ч, то применяют испарители с искусственным подогревом.

Под действием тепла хлор в баллонах постепенно испаряется и в виде газа поступает в промежуточный баллон, где освобождается от капель жидкого хлора и механических примесей. Далее хлоргаз поступает в хлоратор-дозатор, откуда направляется в эжектор, где перемешивается с рабочей водой и направляется в предварительно очищенные стоки для дезинфекции. Выход газообразного хлора зависит от вида тары, в которой он поставляется и может быть принят по табл. 4.14.

Таблица 4.14

Выход газообразного хлора при температуре 10 ºС без подогрева

Тара	Площадь наружной поверхности тары, м2	Средний выход хлора, кг/(м2 · ч)
Баллоны вместимостью 40 л, установленные вертикально	0.99	0.7
То же, наклонно под углом 20º	0.9	2
Контейнеры вместимостью 800 л	4.7	3÷4
Танк вместимостью 40 м3	77	2÷3

Серийно выпускаемые хлораторы регулируются на производительность по хлору 1.28÷8.1 и 2.05÷12.8 кг/ч. Хлоргаз проходит через хлоратор под разрежением, создаваемым эжектором, что исключает проникновение токсичного газа в помещение хлораторной.

Расчетные дозы активного хлора, г/м³, при дезинфекции сточных вод составляют:

– после механической очистки – 10;

– после механохимической очистки при эффективности отстаивания свыше 70 % и неполной биологической очистки – 5;

– после полной биологической, физико-химической и глубокой очистки – 3.

Для смешения хлорной воды со сточной жидкостью применяют смесители различного типа. Наиболее простым является ершовый смеситель, применяемый при расходах до 1400 м²/сут. При бóльших расходах обычно применяются смесители типа «лоток Паршаля». Непосредственно обеззараживание воды происходит в контактных резервуарах, рассчитанных на продолжительность пребывания сточных вод в течение 30 минут. Размеры типовых контактных резервуаров указаны в приложении 30.

Контактные резервуары (рис. 4.43) конструктивно аналогичны первичным отстойникам. Количество выпадающего в них осадка принимается на 1 м³ обрабатываемой воды: 1.5 л – после механической очистки, 0.5 л – после биологической очистки. Влажность осадка – 98 %. Осадок удаляется 1 раз в 5÷7 суток, скребками для удаления осадка контактные резервуары оборудовать необязательно. При удалении осадка из контактных резервуаров иногда используется барботаж воздухом с интенсивностью 0.5 м³/(м² · ч). Количество контактных резервуаров на очистных сооружениях – не менее двух.

По сравнению с хлором озон обладает более высоким бактерицидным действием. Он оказывает универсальное действие, проявляющееся в том, что одновременно с обеззараживанием воды происходит улучшение физико-химических и органолептических показателей воды.

Рис. 4.43. Контактные резервуары: 1 – подвод воды; 2 – сборный канал; 3 – воздуховод; 4 – отвод воды; 5 – трубопровод технической воды; 6 – струенаправляющий щит; 7 – распределительный канал

Озонирование для обеззараживания целесообразно применять:

– при недопустимо высоком содержании остаточного хлора в очищенных сточных водах и необходимости дехлорирования, удорожающего процесс обеззараживания;

– при наличии в сточной жидкости компонентов, образующих при обработке хлором вещества более токсичные, чем исходные, или усиливающие цветность и запах воды (паратион, манолонитрил, карбофос и др.);

– при наличии в сточной жидкости патогенных вирусов и споровых форм бактерий;

– при комплексном применении озона для обеззараживания стоков и устранения вредных веществ, которые другими способами устранить невозможно или экономически нецелесообразно;

– при невозможности разместить склады хлора на станции очистки ввиду близости жилой застройки.

Озонаторные установки состоят из следующих основных элементов: озонаторов для синтеза озона, оборудования для подготовки и транспортирования воздуха, оборудование высоковольтного электропитания, камер контакта озона с обрабатываемой водой и оборудования для утилизации остаточного озона.

Озон получают из кислорода воздуха или технического кислорода с использованием тлеющего высоковольтного разряда (напряжение между электродами 5÷29 кВ [13]). Для получения 1 кг озона по различным данным требуется от 50÷60 м³ [18] до 70÷80 м³ [13] воздуха, расход технического кислорода примерно на порядок меньше.

Наибольшее распространение получили трубчатые озонаторы, в которых озон получают при движении воздуха между концентрическими трубчатыми электродами, разделенными стеклянными диэлектриками (рис. 4.44).

а) 4 5 6 7 3 8 2 9 1 10 11 б) 12 13 14 15 16 воздух Рис. 4.44. Принципиальная схема озонатора трубчатого типа большой производительности: а) схема озонатора; б) схема трубчатого разрядного элемента: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – смотровые окна; 4 – выход озоно-воздушной смеси; 5 – трубчатый элемент; 6 – отвод охлаждающей воды; 7 – подвод осушенного воздуха; 8 – электрические контакты; 9 – разделительная стенка корпуса; 10 – подвод электроэнергии; 11 – подвод охлаждающей лили; 12 – центрирующее устройство; 13 – электрический контакт; 14 – высоковольтный электрод – металлизированный слой на внутренней стенке стеклянной трубки; 15 – диэлектрик – стеклянная трубка; 16 – низковольтный электрод – металлическая трубка

При приготовлении озона из сжатого воздуха большое внимание уделяется предварительной подготовке воздуха, заключающейся в очистке его от твердых частиц, масел и влаги. Для осушки воздуха используются адсорбционные фильтры, загруженные силикагелем или алюмогелем. При производительности озонаторов свыше 6 кг/ч применяется предварительная осушка воздуха путем искусственного его охлаждения.

Технические характеристики отечественных озонаторов указаны в приложении 31.

Подача озоно-воздушной смеси в обрабатываемую воду и смешение ее с водой может осуществляться при помощи механических, эжекторных или барботажных смесителей. Обработка воды производится в контактных камерах, выполняемых в зависимости от расхода воды и продолжительности контакта в виде колонн или прямоугольных закрытых резервуаров. Доза озона принимается равной 6÷10 г/м³ при продолжительности контакта 8÷10 мин. Если озонированию подлежат сточные воды, прошедшие неполную биологическую очистку (БПК_полн ≥ 15 мг/л), то доза озона увеличивается до 15÷30 г/м³, а продолжительность контакта до 0.3÷0.5 ч.

Основным недостатком метода является его высокая энергоемкость. Для выработки 1 кг озона с учетом работы вспомогательного оборудования требуется 20÷30 (до 40) кВт · ч электроэнергии. Кроме того, озонаторное оборудование достаточно громоздко и требует высококвалифицированного обслуживания.

В установках УФЛ-обеззараживания используются ультрафиолетовые лучи с длиной волны 220÷280 нм, действующие губительно на бактерии. Источником ультрафиолетовых лучей в бактерицидных установках данного типа являются ртутно-аргонные или ртутно-кварцевые лампы, устанавливаемые в трубчатом кварцевом чехле соосно внутри трубчатого металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает УФ-лучи. Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии излучения на микроорганизмы.

Преимущества данного метода состоят в том, что излучение действует мгновенно, поэтому отпадает необходимость в контактных резервуарах. Бактерицидные установки не нуждаются в реагентах, они компактны и потребляют мало энергии, просты в управлении и могут быть легко автоматизированы. К недостаткам УФЛ-установок следует отнести малый срок службы бактерицидных ламп и необходимость тщательной очистки воды от взвешенных веществ, поглощающих ультрафиолетовое излучение. Необходима также периодическая чистка наружной поверхности кварцевого чехла от осаждающихся на его поверхности соединений.