14.5. Методы обеззараживания сточных вод

Из практики очистки сточных вод известно, что при первичном от­стаивании количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП) сокра­щается на 30-40 %, а после вторичных отстойников на 90-95 %. Следова­тельно, для полного освобождения сточных вод от патогенных бактерий и вирусов необходимо применение специальных методов обеззараживания.

Для дезинфекции сточных вод применяются хлорирование, озони­рование, ультрафиолетовое облучение.

Хлорирование. Для обеззараживания сточной воды хлорировани­ем используют хлорную известь, хлор и его производные, под действием которых бактерии, находящиеся в сточной воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток.

Несмотря на высокую эффективность в отношении патогенных бактерий, хлорирование при дозе остаточного хлора 1,5 мг/л не обеспечи­вает необходимой эпидемической безопасности в отношении вирусов. Дру­гим негативным свойством хлорирования является образование хлорорга-нических соединений и хлораминов. Хлорорганические соединения обла­

дают высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью, способ­ны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и в ко­нечном счете попадать в организм человека.

Для канализационных очистных сооружений, расположенных в приморских населенных пунктах, могут быть рекомендованы электролиз­ные установки для получения дезинфицирующих соединений из морской воды. Высокое бактерицидное действие активного хлора, получаемого электролизом воды Каспийского моря, является результатом наличия в морской воде значительного количества сульфат-ионов, вследствие чего, помимо гипохлорита натрия, образуются серосодержащие соединения, также обладающие бактерицидным действием. При электролизе этой воды оптимальной является температура 60-80°С. При получении гипохлорита натрия из морской воды, расход которой составляет 4 л на 1 м³ сточной воды, затрачивается до 3 кВт ч электроэнергии.

Обработка сточной воды гипохлоритом натрия по стоимости прак­тически равноценна обработке хлором и в 1,5-2 раза дешевле, чем обезза­раживание хлорной известью.

Выбор метода обеззараживания сточной воды производят, руково­дствуясь расходом и качеством обрабатываемой воды, эффективностью ее предварительной очистки, условиями поставки, транспорта и хранения реа­гентов, возможностью автоматизации процессов и механизации трудоем­ких работ.

Количество активного хлора, вводимого на единицу объема сточ­ной воды, называется дозой хлора и выражается в граммах (г/м³).

Для снижения Coli-форм на 99,9% требуются следующие дозы хло­ра, г/м³:

после механической очистки 10;

после химической очистки 3-10;

после полной и неполной биологической очистки Зи5

после фильтрования на песчаных фильтрах 2-5

Хлор, добавленный к сточной воде, должен быть тщательно пере­мешан с ней, а затем находиться в контакте со сточной водой не менее чем 30 мин, после чего количество остаточного хлора должно быть не менее 1,5 г/м³.

Установка для хлорирования газообразным хлором имеет хлора-торную, смеситель, контактные резервуары. После испарителя газообраз­ный хлор проходит грязевик, фильтр и затем подводится через хлораторы ЛОНИИ-СТО (рис. 14.18) к эжекторам индивидуального изготовления, в которые насосами-повысителями подается водопроводная вода. После это­го хлорная вода отводится из хлораторной потребителю. Для обеззаражи­вания сточных вод хлорная вода подается в одну точку. Предусмотрен так­же вариант подачи потребителю газообразного хлора.

В

Таблица 14.2

Производительность хлора горных

Производи­тельность хлоратор-ной, кг/ч	Вместимость склада хлора-торной, т	Тара для доставки жидкого хлора
2 5	1,1 3,6	Баллоны
12,5 25	10 18	Контейнеры
50	36	Железнодорожные цистерны с розливом в контейнеры вместимостью 500; 800 и 1000 л

ОАО ЦНИИЭП инженерного оборудования разработан проект хлораторной для обеззараживания сточных вод производительностью 25 кг/ч товарного хлора. Установку для хлорирования сточной ВОДЫ хлор­ной известью применяют на небольших станциях при расходе сточных вод до 1000 м'7 сут.

ОАО НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды совме­стно с ПКБ АКХ разработаны электролизные установки для получения обеззараживающего хлорагента гипохлорита натрия на месте потребления из обычной технической соли (табл. 14.3), который основан на получении хлора и его взаимодействии со щелочью в одном и том же аппарате - элек­тролизере.

Таблица .- }

Технические характеристики электролизных установок

Параметры	Значения параметров электролизе				ров
	ЭН-1,2	ЭН-5	ЭН-25	«Поток»	«Каскад»
Производитель­ность по активному хлору, кг/сут	1,2	5	25	-	-
То же, м^/ч	-	-	-	15-150	2-2,5
Сила тока.А	55-65	55-65	130-140	600	30
Напряжение, В	40-42	40-42	55-65	6-12	6-12
Номинальная мощ­ность, кВт	ДоЗ	ДоЗ	До 8,4	До 7	До 3,5
Концентрация ак­тивного хлора в растворе, г/л	6-7	7-8	12-14	-	-
Расход на 1 кг ак­тивного хлора: соли, кгэлектроэнергии, кВт ч	12-15 7-9	12-15 7-9	8-10 8-10	-	-
Объем ванны, м3	0,035	0,35	1	1,28	0,18
Производительность активного хлора за один цикл, кг	0,5-0,25	2,4-2,6	10-12	-	-
Продолжительность цикла, ч	0,75-0,9	7-8	10-12	-	-
Число циклов в сутки	2-4	2	2	-	-

С ерийно выпускаются электролизные установки ЭН непроточные с графитовыми электродами пропускной способностью до 100 кг/сут по ак­тивному хлору (рис. 14.19).

Достаточная эффективность обеззараживания очищенной сточной воды гипохлоритом натрия наступает обычно при его концентрации 1,5-3,5 мг/л (в зависимости от хлоропоглощаемости); содержание избыточ­ного хлора при этом составляет 0,3-0,5 мг/л. Эффективность обеззаражива­ния сточной воды зависит от температуры лишь при введении малых доз гипохлорита натрия. Продукты электролиза в некоторой степени способст­вуют ускорению процессов коагулирования и осаждения взвешенных ве­ществ. В настоящее время этот метод применяют для обработки небольших объемов сточных вод на станциях, удалённых от мест производства хлора.

При проектировании электролизной установки можно использо­вать проекты, разработанные Гипрокоммунводоканалом для очистных со­оружений с расходом хлора 1-200 кг/сут.

Контактные резервуары (рис. 14.20) предназначены для обеспече­ния расчетной продолжительности контакта очищенных сточных вод с хло­ром или гипохлоритом натрия, их следует проектировать как первичные отстойники без скребков; число резервуаров принимается не менее 2. До­пускается барботаж воды сжатым воздухом при интенсивности 0,5 м³/м²ч.

При обеззараживании сточных вод после биологических прудов допускается выделять отсек для контакта сточных вод с хлором.

Количество осадка в л, выпадающего в контактных резервуарах, следует принимать на 1 м³ сточной воды при влажности 98% равным:

после механической очистки 1,5

неполной биологической очистки в аэротенках 0,5

полной биологической очистки:

на биофильтрах 0,5

в аэротенках 0,25

Осадок удаляется периодически после слива отстоенной воды. Размеры типовых контактных резервуаров приведены в табл. 14.4.

К

Таблица 14.4

Размеры типовых контактных резервуаров

Пропуск­ная спо­собность тыс. м3/сут	Расчетный объем, м3	Число отделе­ний	Размеры отделения		, м
			ширина	длина	глубина
35	972	3	6	18	3,2
50	1350	3	6	24	3,2
50	1382	4	6	18	3,2
70	1729	3	6	30	3,2
70	1843	4	6	24	3,2
100	2534	4	6	33	3,2
140	3200	3	9	36	3,3
200	4200	3	9	48	3,3

роме соединений хлора, для очистки сточных вод могут быть ис­пользованы соединения брома и йода, например, хлорид брома. Взаимодей­ствие хлорида брома в воде сходно с поведением хлора. Иод также не нахо­дит применения в процессах очистки сточной воды из-за высокой стоимо­сти: при сравнении эффективности дезинфекции одинаковых сточных вод дезинфекция йодом стоит в 15-20 раз дороже, чем дезинфекция хлором.

Озонирование. Наиболее распространенным химическим методом обеззараживания воды с использованием соединений кислорода является озонирование (озон-аллотропная модификация кислорода). Озон обладает высокой бактерицидной активностью и обеспечивает надежное обеззара­живания воды даже по отношению к спорообразующим бактериям. Благо­даря сильной окислительной способности озон разрушает клеточные мем­браны и стенки. Обработка сточных вод озоном на заключительном этапе позволяет получить более высокую степень очистки и обезвредить различ­ные токсичные соединения.

Исследования по токсикологической оценке озонирования показа­ли отсутствие негативного воздействия обеззараженной воды на организм теплокровных животных и человека.

Эффект озонофлотации позволяет отказаться от применения фильтров доочистки перед озонированием и снизить затраты на проведение процесса.

В настоящее время в отечественной практике применяются трубча­тые озонаторы различной конструкции (озонаторы типа ОПТ изготовляют­ся Курганским заводом химического машиностроения). Они работают при частоте тока 50 Гц. Озонаторы комплектуются необходимыми средствами управления и контроля, автоматическими блоками компремирования воз­духа, осушителями воздуха, водоотделителями, автоматическими блоками с озоном или с его водными растворами, которые изготовлены из устойчи­вых противокоррозионных материалов - нержавеющей стали, алюминия или пластических масс.

Основные факторы, сдерживающие и затрудняющие широкое ис­пользование озона, обусловлены относительно высокой его себестоимо­стью, что определяется невысоким качеством озонаторных установок про­мышленного типа, пропускной способностью 10-50 кг/ч и малой степенью использования (50 - 70%) озона в существующих конструкциях смесителей с водой.

У

Таблица 14.5

Номенклатура оборудования для обеззараживания

Наименование	Производительность, не более	Энергопотребление, не более
Для очищенной сточной воды
УДВ-6/6	6м3/ч	0,5 кВт
УДВ-250/144	250 м-7ч	12,8кВт
УДВ-500/288	500 м5/ч	26,0 кВт
УДВ-1000/432	1000 м3/ч	38,0 кВт

льтрафиолетовое обеззараживание. Предлагаемый способ не требует введения в воду химических реагентов, не влияет на вкус и запах воды и действует не только на бактериальную флору, но и бактериальные споры. Бактерицидное облучение действует почти мгновенно и, следова­тельно, вода, прошедшая через установку, может сразу же поступать непо­средственно в систему оборотного водоснабжения или в водоем. Из числа возможных альтернатив хлорирования в технологической схеме очистки сточных вод предпочтение можно отдать применению ультрафиолетовых лучей, так как дезинфекция с их помощью не оказывает токсического влия­ния на водные организмы и не приводит к образованию вредных для здо­ровья химических соединений.

Эффект обеззараживания основан на воздействии ультрафиолето­вых лучей с длиной волны 200-300 нм на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток. Бактерицидный эффект зависит от прямо­го воздействия ультрафиолетовых лучей на каждую бактерию. Обработан­ная ультрафиолетовым излучением вода должна иметь достаточную про­зрачность, поскольку в загрязненных водах интенсивность проникновения УФ-лучей быстро затухает, что ограничивает использование УФ установок для обеззараживание сточных вод. Обеззараживание воды происходит

вследствие фотохимического воздействия на бактерии ультрафиолетовой бактерицидной энергией, излучаемой специальными лампами.

Установки УФ-обеззараживания комплектуются ртутными лампа­ми двух типов: высокого и низкого давления. Достоинство аргон-ртутных ламп низкого давления состоит в том, что основное излучение их совпада­ет с энергией максимального бактерицидного действия. В ртутном разряде низкого давления (3-4 мм рт ст.) около 70% всей излучаемой мощности приходится на область ультрафиолетовых лучей.

Однако относительно небольшая потребляемая электрическая мощность (15-60 Вт) ограничивает их применение в установках небольшой производительности для обеззараживания воды (до 20-30 м³/ч).

Исследования показали, что для обеззараживания воды могут быть использованы аргон-ртутные лампы низкого давления (так называе­мые "бактерицидные") и ртутно-кварцевые лампы высокого давления.

Лампы высокого давления (по сравнению с лампами низкого дав­ления) обладают более высокой мощностью УФ-излучения, но и более низ­ким энергетическим коэффициентом полезного использования излучения. Влияние УФ-установок на сточные воды зависит от типа ламп. Лампы с высокой энергией излучения и "размытым" спектром излучаемых волн на­ряду с бактерицидным эффектом обладают эффектом окислительного воз­действия. Механизм таког о воздействия заключается в образовании сво­бодных радикалов и пероксида водорода при фотолизе. Распад пероксида водорода в сточной воде сопровождается образованием вторичных свобод­ных радикалов, вовлечением кислорода и растворенных в воде ионов ме­таллов в процессы окисления загрязняющих веществ. Негативным послед­ствием "размытого" спектра является процесс интенсивного потемнения кварцевых чехлов под действием излучения, что снижает КПД и срок ис­пользования ламп.

Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (400-800 мм рт. ст.) имеют потребляемую мощность 1000-2500 Вт и излучают большое количе­ство концентрированной бактерицидной энергии, поэтому они вполне при­менимы для обезвреживания больших масс воды, имеющей небольшое бак­териальное загрязнением и хорошие санитарно-химические показатели. Максимально допустимый срок службы ламп установлен 4500-5000 часов фактической продолжительности горения.

На рис. 14.21 приведена установка ультрафиолетового обеззаражи­вания. Конструкция установки, получившая название «Лит», разработана для обеззараживания воды совместным воздействием Уф-облучения и фо-толитического озона. Установка состоит из эжектора специальной конст­рукции, установленного на входе в блок обеззараживания, трубопроводов с запорной арматурой и пускорегулирующей аппаратуры.

1

Рис. 14.21. Установка ультрафиолетовой дезинфекции сточных вод

При расчете установок для обеззараживания воды интенсивность бактерицидного излучения необходимо определять на расстоянии 1 м от центра ламп. Расчетная величина бактерицидного потока ламп должна приниматься на 30% ниже номинала, так как именно на эту величину про­исходит ослабление потока в конце срока службы ламп. Надо учитывать коэффициент поглощения водой бактерицидного излучения а, который зависит от санитарно-химических показателей обрабатываемой воды. Наи­большее поглощение вызывает цветность воды, тогда как содержание в воде солей жесткости оказывает на поглощение малое влияние при обра­ботке питьевой воды. То же можно отнести и к сточной воде, чем выше загрязненность по взвешенным веществам и БПК, тем меньше коэффици­ент поглощения, который следует в каждом конкретном случае определять экспериментально.

Например, для питьевой воды, отвечающей принятому ГОСТу, ко­эффициент поглощения облучаемой воды принимается для подземных глубоких вод - 0,1 см"¹ , для родниковой, грунтовой, инфильтрационной -0,15 см"⁴, для обработанной воды поверхностных источников - 0,3 см"¹ .

Немаловажное значение при обработке воды бактерицидными лампами является сопротивляемость бактерий воздействию излучения. На­ходящиеся В воде микроорганизмы обнаруживают различную сопротив­ляемость действию бактерицидных лучей. Критерием стойкости различных видов микроорганизмов может служить количество бактерицидной энер­гии, необходимой для заданной степени обеззараживания воды, выражен­ной отношением конечного количества бактерий Р к их начальному коли­честву Р° в единице объема воды. Это отношение называется степенью обеззараживание.

Коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий характери­зует количество бактерицидной энергии и зависит от вида бактерий. Эф­фект обеззараживания воды определяется по количеству оставшихся в жи­вых бактерий кишечной палочки, т.к. они имеют повышенную сопротив­ляемость воздействию бактерицидных лучей по сравнению с патогенными

несгюрообразующими бактериями. Коэффициент сопротивляемости облу­чаемых бактерий в мквт с/см² - принимается равным 2500.

Применение источников бактерицидного излучения для обеззара­живания воды возможно как при размещении их в воздухе над свободной поверхностью облучаемой воды, так и при погружении в воду в кварцевых чехлах, защищающих лампы от влияния температуры воды.

Опыт эксплуатации УФ установок за рубежом показал, что самые значительные эксплуатационные затраты обусловливаются необходимостью замены ультрафиолетовых ламп и возможной их чистки в период работы.

Расчет установок для обеззараживания воды производится сле­дующим образом.

Расчетный бактерицидный поток; f_p в Вт определяется по формуле:

„ q-a-k-lglp/P⁰ )

f =2 S-i (14.6)

^р 1563,4-_Л„-Л₀

где q - расчетный расход обеззараживаемой воды, м³/ч; а - коэффициент поглощения облучаемой воды; к - коэффициент сопротивляемости облуче­нию, принимается равным 2500 мквт-с/м²; Р° - коли-индекс воды до облу­чения, максимальное расчетное бактериальное загрязнение неочищенной сточной воды принимается равным коли-индексу Р = 1 ООО (то есть коли-титр равен 1); Р - коли-индекс воды после облучения; принимается не бо­лее 3 (т. е. коли-титр не менее 330). Таким образом, Р/ Р° - степень обезза­раживания должна быть в пределах 1/1000-3/1000; Г|„- коэффициент ис­пользования бактерицидного потока, для установки с погруженным источ­ником излучения принимается равным 0,9; для установки с непогруженным

источником излучения - 0,75; Tjo - коэффициент использования бактери­цидного излучения, зависящий от толщины слоя воды, ее санитарно-химических показателей и конструктивного типа установки, Tjo следует принимать 0,9.

Число ламп (камер) определяется по формуле:

f_n

п= — ; (14.7)

где: Р_л - расчетный бактерицидный поток одной лампы в Вт после 4500­5000 ч горения, принимается в соответствии с характеристикой лампы. Расход электроэнергии на обеззараживание воды S, Вт-ч/м :

о N-n

S = ; (14.8)

Я

где 7Y- мощность, потребляемая одной лампой, Вт.

Потери напора (погружной источник излучения), м;

h = 0,000022 -n-q. (14.9)

Длина рабочей части канала установки (при применении безнапор­ной установки) L, м;

L = L_n-n, (14.10)

где L„ - расстояние между лампами (камерами).

Исходя из производительности установок, рассматриваемый метод обеззараживания воды в настоящее время может применяться на сооруже­ниях пропускной способностью до 10 тыс. м /сут.

Другие методы обеззараживания. 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. Дезинфицирующее действие пи-роксида водорода также проявляется при высоких дозах.

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, так же как и высокая стоимость обеззараживания этим методом, существенно ограничивает ггрименение известкования и де­лает его неприемлемым для использования на малых, средних и крупных станциях аэрации.

Феррит натрия. Твердая соль, содержащая железо в степени окис­ления (+6), служит одновременно окислителем и коагулянтом. Это один из самых эффективных неорганических дезинфектантов, однако его исполь­зование связано с проблемами синтезирования реагента и не вышло из ста­дии лабораторных испытаний. Мало распространенным реагентом является перуксусная кислота. Опытно-промышленные испытания в Анг лии пока­зали ее эффективность.

Радиационное обеззараживание. Гамма-установки тина РХУНД работают по следующей схеме: сточная вода поступает в полость сетчатого цилиндра приемно-разделительного аппарата, где твердые включения (бин­ты, вата, бумага и т.гг.) увлекаются вверх шнеком, отжимаются в диффузоре и направляются в бункер-сборник. Затем сточные воды разбавляются ус­ловно чистой водой до определенной концентрации и подаются в аппарат гамма-установки, в котором под действием гамма-излучения изотопа Со⁶⁰ происходит процесс обеззараживания. Обработанная вода сбрасывается в канализационную систему городских сточных вод.