№4|2011

ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

bbk 000000

УДК 628.166

Журба М. Г., Говорова Ж. М., Бахир В. М., Ульянов А. Н.

К обоснованию методов обеззараживания природных вод

Аннотация

Обоснование метода обеззараживания природных вод связано с необходимостью оценки влияния множества факторов (качественный состав воды, свойства дезинфектантов и характеристики технических средств обеззараживания и пр.), а также проведения предварительных технологических испытаний по выбору дезинфектанта, отвечающего следующим требованиям: пролонгированное антимикробное действие; безопасность для человека и животных; отсутствие образования сопутствующих балластных солей, трансформируемых органических веществ, тригалогенметанов; экономическая выгода. Приведены результаты сравнительных исследований эффективности различных дезинфектантов для реагентной обработки воды рек Дона и Томи на экспериментальных стендах производительностью 1–1,5 м3/ч.

Ключевые слова

, , , , ,

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Выбор метода обеззараживания природных вод в полном цикле их подготовки для хозяйственно-питьевых целей зависит от степени бактериальной загрязненности воды, физико-химических и антимикробных свойств применяемых реагентов, технологических и энергетических характеристик технических средств.

Необходимость обеспечения санитарно-эпидемиологической безопасности питьевой воды в системах подачи и распределения, износ которых достигает в настоящее время ~ 65–70%, обусловливает обязательное обеззараживание воды хлорсодержащими реагентами на финишной стадии обработки. Традиционно применяются газообразный или жидкий хлор, а в последнее время гипохлорит натрия. В единичных случаях используют диоксид хлора, хлорамины. В последние годы в технической литературе развернулась острая дискуссия о необходимости замены хлора другими реагентами (гипохлоритом натрия, диоксидом хлора, раствором оксидантов). Однако при использовании жидкого хлора бесспорной является только проблема его безопасной транспортировки через населенные пункты и хранения на водоочистных станциях, расположенных в их черте [1–7].

Сложность обеспечения эпидемиологической безопасности систем водоснабжения обусловлена способностью патогенных и условно патогенных бактерий восстанавливать свою жизнедеятельность после обеззараживания [8]. За последние 15 лет устойчивость патогенной микрофлоры повысилась не только по отношению к хлору (в 5–6 раз), но и к действию ультрафиолетовых лучей (в 4 раза) и озона (в 2–3 раза). Поэтому современная мировая концепция в области повышения санитарно-гигиенической надежности методов обеззараживания воды предусматривает (при наличии патогенной микрофлоры, в частности колифагов) комплексное обеззараживание питьевой воды на финишной стадии обработки УФ-облучением или озоном с последующим хлорированием, обеспечивающим пролонгированное действие дезинфектанта в системе распределения и подачи воды в разветвленных водопроводных сетях большой протяженности.

Анализ результатов многочисленных исследований показывает, что в каждом конкретном случае, в зависимости от степени бактериального загрязнения и физико-химических свойств очищаемых водных суспензий, требуется предварительное проведение технологических изысканий по выбору и экономическому обоснованию наиболее рационального метода обеззараживания. Применительно к реагентным методам результат этих изысканий должен быть положен в основу выбора дезинфектанта, который отвечал бы следующим основным требованиям:

  • пролонгированное антимикробное действие;
  • безопасность для человека и животных в течение всего периода приготовления, применения и возможной биодеградации в живых организмах;
  • отсутствие образования сопутствующих балластных солей и трансформируемых органических веществ;
  • отсутствие интенсивного образования тригалогенметанов в воде, содержащей большое количество органических загрязнений, что является важным фактором при возросших требованиях к их концентрации в питьевой воде [9];
  • экономическая выгода по сравнению с другими реагентами.

Натурные сравнительные испытания позволяют не только оценить антимикробные свойства используемых реагентов по всему тракту движения воды (от входа на очистные сооружения до резервуаров чистой воды и далее, после подачи ее насосами второго подъема в распределительную водопроводную сеть), но и изучить их влияние на коагулируемость и флокуляцию коллоидных примесей и их последующую седиментацию [10]. Кроме того, такие испытания позволяют выявить динамику образования и трансформации тригалогенметанов по тракту движения воды до потребителя в зависимости от места ввода хлорсодержащего реагента перед разными сооружениями. Спектр разрешенных реагентов ограничен собственно жидким хлором [1; 4], диоксидом хлора [7], гипохлоритом натрия [2; 6] и раствором оксидантов, вырабатываемым в установках «Аквахлор», серийно производимых ООО «Лаборатория электротехнологии» (ООО «ЛЭТ») [3].

Результаты исследований зарубежных и отечественных специалистов на воде разных водоисточников показывают, что обеспечить выполнение требуемых нормативов по содержанию хлороформа в питьевой воде (до 60 мкг/л) можно следующими методами: снижением дозы первичного хлора до 1 мг/л; предварительной аммонизацией; дробным хлорированием по тракту движения воды технологической цепи сооружений и в промежуточных контактно-регулирующих резервуарах [11–14].

При первичном хлорировании высокоцветных вод доза хлорсодержащего реагента должна назначаться с учетом двух факторов – необходимости окисления органических веществ, обеспечивающего частичное снижение цветности, и предотвращения чрезмерного образования тригалогенметанов. При возможности снижения (с технологической точки зрения) первичных доз хлора или гипохлорита натрия до 1 мг/л необходимость в преаммонизации воды зачастую отпадает.

На станциях с двухступенчатой очисткой поверхностных вод, содержащих в теплые периоды года большое количество органических веществ, концентрация остаточного хлора в воде перед фильтрами оказывается недостаточной из-за большой хлорпоглощаемости в отстойниках. В этом случае приходится увеличивать дозу первичного хлора до 3–6 мг/л и более. При этом без предварительной аммонизации осуществить достижение нормативов по содержанию хлороформа и других тригалогенметанов в питьевой воде значительно труднее.

Исследования, выполненные на разных по физико-химическому и бактериологическому составу водах рек Дона и Томи, позволили сопоставить эффективность обеззараживания с использованием хлора (Cl2), гипохлорита натрия (NaOCl), полученного химическим путем (ООО ПО «Химпром») и на электролизных установках НПФ «ЭКОФЕС», а также раствора оксидантов, получаемого на установке «Аквахлор».

В процессе исследований донской воды изучалась эффективность первичного обеззараживания, осуществляемого в местах водоотбора, как с последующей транспортировкой этой воды на дальние расстояния (до 18 км) к месту расположения очистных станций, так и непосредственно на входе в очистные сооружения перед вводом коагулянта и флокулянта. В первом случае вода из рукава Большая Каланча реки Дона обрабатывалась параллельно растворами гипохлорита натрия (производства НПФ «ЭКОФЕС») с концентрацией 0,5–0,6 г/л и дозами от 0,5 до 2,5 г/м3 по общему хлору и оксидантов (производства ООО «ЛЭТ») с концентрацией 0,8–1 г/л и аналогичными дозами.

04_04_tabl_01

04_04_tabl_02

После четырехчасового контакта воды с этими хлорсодержащими реагентами в резервуаре-смесителе, моделирующем процесс транспортировки воды по водоводам от насосной станции первого подъема до очистных сооружений, вода подвергалась санитарно-бактериальному анализу и оценке образования в ней летучих хлорорганических соединений. В результате анализов, выполненных в августе–сентябре 2008 г. в аттестованной лаборатории ОАО «ПО Водоканал» г. Ростова-на-Дону и в Центре гигиены и эпидемиологии Ростовской области, выявлено, что донская вода имела следующие показатели: мутность 6,4–9,6 мг/л, цветность 35–50 град, перманганатная окисляемость 3,9–4,4 мг/л, рН 7,7–8,1, общая жесткость 6,1–6,2 мг-экв/л, общая минерализация 656–724 мг/л, содержание фитопланктона до 30–40 млн. кл/л. Бактериальная загрязненность природной и подмутненной илом воды характеризовалась следующими показателями: общее микробное число (ОМЧ) – 130–300 КОЕ/мл, общие колиформные бактерии (ОКБ) – 430–93 КОЕ/100 мл, термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ) – 210–900 КОЕ/100 мл, колифаги – 4–29 БОЕ/100 мл, споры сульфитредуцирующих бактерий – 5–20 ед/20 мл.

Исследования показали, что при одинаковой бактериальной загрязненности донской воды (рН 7,6–7,9) при первичном хлорировании в равных дозах (в пределах 2,5 мг/л) эффективность обеззараживания раствором оксидантов по ОМЧ, ОКБ, ТКБ и колифагам оказалась выше по сравнению с гипохлоритом натрия (табл. 1). Вода становилась безопаснее в бактериальном отношении после обработки раствором оксидантов и после фильтрования на фильтре с плавающей загрузкой первой и второй ступеней скорого фильтра. Вторичное хлорирование с дозами до 1 мг/л и обработка воды ультрафиолетовым облучением и ультразвуком обеспечивали полное обеззараживание воды в течение всего периода испытаний независимо от степени бактериальной загрязненности исходной воды и режимов реагентной обработки на очистных сооружениях. В то же время сопоставление эффективности обеззараживания воды на первой стадии ее обработки жидким хлором, гипохлоритом натрия и раствором оксидантов показало, что хлорирование воды жидким хлором не уступает, а в ряде случаев и превышает бактерицидную эффективность гипохлорита натрия и раствора оксидантов. Причем это превышение возрастает с увеличением степени бактериальной загрязненности исходной воды.

Сравнение действия гипохлорита натрия и раствора оксидантов по количеству галогенорганических соединений, образующихся после первичного и вторичного хлорирования донской воды, показало преимущество второго реагента (табл. 2, рис. 1).

04_04_ris_01

Снижение общей продолжительности прохождения предварительно хлорированной воды через очистные сооружения за счет сокращения времени пребывания ее в механических камерах хлопьеобразования, отстойниках с тонкослойными модулями и фильтрах позволяет снизить содержание тригалогенметанов в воде перед вторичным хлорированием (рис. 2).

04_04_ris_02

При первичном хлорировании воды р. Томи, осуществляемом на действующей станции, дозы жидкого хлора составляли от 1,48 до 3,38 мг/л по свободному остаточному хлору, хлорпоглощаемость воды – соответственно от 0,81 до 1,52 мг/л по остаточному хлору в смесителе.

Исследования, проведенные в 2009–2010 годах на воде реки Томи, показали, что ее бактериальная загрязненность в паводковые периоды (апрель–май 2010 г.) характеризуется значительным количеством ОКБ и ТКБ (от 1035 до 7000 КОЕ/100 мл). В отдельные сутки в воде, поступающей на экспериментальный стенд, помимо общего микробного числа фиксировалось наличие колифагов и спор сульфитредуцирующих клостридий.

В периоды низких значений мутности и цветности воды выбор режимов первичного хлорирования может производиться с учетом возможного отказа от коагулирования воды (если мутность исходной воды не превышает 3–5 мг/л, а цветность менее 10–15 град).

Первичное хлорирование воды жидким хлором, гипохлоритом натрия или раствором оксидантов с дозами не более 1–1,5 мг/л оказалось достаточным для поддержания должного уровня санитарной надежности сооружений станции в условиях незначительного органического загрязнения исходной воды и образования хлороформа при первичной ее обработке любым из этих реагентов.

В период холодных осенних дождей 2009 г. и весеннего паводка 2010 г. на воде реки Томи в районе Драгунского водозабора проводилась сравнительная оценка эффективности предварительной обработки исходной воды 0,1- и 1-процентным растворами гипохлорита натрия, получаемого химическим путем, и оксидантов при дозах 0,6; 1,8; 1; 3; 5 мг/л. Оценивались следующие параметры: динамика образования хлорорганических соединений; бактерицидная эффективность хлорреагентов по отношению к микроорганизмам группы кишечной палочки и вирусам; пролонгированное действие реагентов по отношению к блокам всей технологической схемы при разных гидравлических нагрузках.

04_04_ris_03

Использование растворов гипохлорита натрия и оксидантов при низких концентрациях хлороформа в исходной воде в обоих случаях приводит к меньшему образованию хлороформа в воде после первичного хлорирования. В то же время его количество возрастает с увеличением доз этих реагентов (рис. 3). Обработка воды
гипохлоритом натрия с дозами до 1 мг/л не обеспечивала полного обеззараживания по тракту ее движения до лампы УФ-излучения. В случае использования на первой стадии обработки раствора оксидантов обеззараживание исследуемой воды в этот период наблюдений даже при его дозе ~ 1 мг/л было достаточным.

И в первом, и во втором случаях, помимо обеззараживания воды, происходило окисление органических веществ, препятствующее возникновению защитного действия устойчивой коллоидной системы и способствующее улучшению процессов коагуляции. Об этом свидетельствовал и рост значений окислительно-восстановительного потенциала от 203,55 до 626,7 мВ. Одновременно с обеззараживанием происходило обесцвечивание воды. С увеличением дозы гипохлорита натрия с 1 до 5 мг/л по активной части эффективность обесцвечивания возрастала от 5–8 до 60%, а при применении раствора оксидантов – от 10 до 55%. Эффективность снижения перманганатной окисляемости с гипохлоритом натрия не превышала в среднем 8–10%, а при обработке воды раствором оксидантов с увеличением дозы хлорреагента более 2 мг/л и перманганатной окисляемости в исходной воде менее 4 мг/л – не более 3–5%.

Эффективность применения раствора оксидантов по отношению к спорам сульфитредуцирующих клостридий и общему микробному числу при дозах 1–2 мг/л была выше, чем при использовании гипохлорита натрия. Длительные испытания на водах рек Дона и Томи показали также, что обработка воды после фильтров небольшими дозами хлора (до 1 мг/л) и УФ-облучением совместно с ультразвуком [15] позволяет не только достичь надежного обеззараживания питьевой воды, но и предотвратить возможность превышения нормативов по содержанию в ней тригалогенметанов.

Выводы

1. В периоды низкой бактериальной загрязненности и низких температур забираемой из реки воды (от 0,5 до 5°С) процесс водоподготовки может осуществляться без первичного хлорирования, но при обязательном финишном обеззараживании воды УФ-облучением (с дозами не более 30–40 мДж/см2) и ультразвуковой обработке (не более 2 Вт/см2) с последующим вторичным хлорированием с дозами до 1 мг/л.

2. В периоды более высокого бактериального загрязнения воды должно производиться первичное хлорирование. С целью обеспечения пролонгированного обеззараживающего действия перед подачей в распределительную сеть вода должна подвергаться совместной обработке УФ-облучением и ультразвуком, а также хлорированием жидким хлором, гипохлоритом натрия или раствором оксидантов.

3. При выборе конкретного хлорсодержащего реагента определяющим фактором является безопасность доставки и применения его на водопроводной станции, а также экономические показатели. Причем в технико-экономических расчетах должны обязательно учитываться не только затраты электроэнергии, но и возможная утилизация образующихся побочных продуктов, сроки сохранения рабочих характеристик реагентов во времени (концентрация действующих веществ), воздействие их на окружающую среду и обслуживающий персонал.

 

 

Список цитируемой литературы

  1. Ягуд Б. Ю. Проблемы химической безопасности хлорных объектов ЖКХ: Материалы III Междунар. научно-произв. конф. «Промышленная безопасность на взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектах». – Уфа, 2009.
  2. Фесенко Л. Н., Игнатенко С. И. Обеззараживание воды низкоконцентрированным гипохлоритом натрия: от дискуссии к внедрению // Водоснабжение и канализация. 2009. № 3.
  3. Бахир В. М. Дезинфекция питьевой воды: анализ и перспективы // Питьевая вода. 2007. № 3.
  4. Кожевников А. Б., Петросян О. П., Баранов А. А. Можно ли в России остановить противников хлора? // Водоснабжение и канализация. 2009. № 3.
  5. Педашенко Д. Д., Божко Л. Н., Скрябин А. Ю. и др. Сравнительная оценка хлорсодержащих дезинфектантов на донской воде // Водоснабжение и канализация. 2009. № 3.
  6. Селезнев Г. М., Лыков С. М., Буракова Ю. В. и др. Новые технологии и оборудование для дезинфекции воды – альтернатива хлору // Безопасность труда в промышленности. 2007. № 2.
  7. Веселовская Т. Г., Ласыченков Ю. Я., Антюфеев М. А. Альтернатива хлору и ГХН в системах водоподготовки – новый высокоэффективный комбинированный дезинфектант «диоксид хлора и хлор» // Водоснабжение и канализация. 2009. № 3.
  8. Артемова Т. З., Недачин А. Е., Жолдакова З. И. и др. Проблема реактивации микроорганизмов в оценке эффективности средств обеззараживания воды // Гигиена и санитария. 2010. № 1.
  9. Журба М. Г. Требования к современным технологиям водоподготовки мировых стандартов качества воды // Экологический вестник России. 2010. № 4.
  10. Журба М. Г., Говоров О. Б., Говорова Ж. М. Предпроектные испытания технологий водоподготовки и их влияние на обоснование инвестиций // Водоснабжение и канализация. 2010. № 3.
  11. Miltner R. J. Pilot-scale treatment for control of disinfection by-product. Strategies and Technologies for Meeting SDWA Requirements. Technomic. – Lancasters–Basel, 1993.
  12. Арутюнова И. Ю., Ягунков С. Ю. Исследование различных технологических режимов очистки воды, направленных на снижение содержания хлорорганических соединений в питьевой воде: Сб. науч. тр. Проекты развития инфраструктуры города. 2008. Вып. 8.
  13. Беляк А. А., Касаткина А. Н., Гонтовой А. В. и др. К вопросу об использовании растворов гипохлорита натрия в водоподготовке // Питьевая вода. 2007. № 2.
  14. Лебедев Д. Н. Совершенствование технологий хлорирования природных вод в целях повышения качества питьевой воды (на примере г. Волгограда): Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пенза, ПГСУ, 2008.
  15. Журба М. Г., Ульянов А. Н. Комплексное обеззараживание питьевых вод с применением ультрафиолета и ультразвука // Водоснабжение и канализация. 2009. № 3.

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения

ecw18 vst 200

Banner konferentciia itog 200x100

VAK2

bajkal forum 100x100

Трубопроводная арматура АБРАДОКС, АБРА, ABRADOX, ABRA

Авторизация

Внимание! Рекомендуется просматривать сайт максимально свежими версиями браузеров. Некоторые устаревшие версии (IE 8) не смогут корректно скачать материалы номеров журнала.