Автоматизация очистных сооружений ливневых сточных вод.

Практически все сточные воды от населенных пунктов и предприятий содержат органические загрязнения, которые вызывают зарождение болезнетворных бактерий, поэтому на таких объектах требуется применять обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод.

Целью обеззараживания (дезинфекции) сточных вод является уничтожение патогенных микроорганизмов для предотвращения их попадания в водоем. Наибольшую опасность представляют болезнетворные микроорганизмы, когда они с течением водоема могут попасть в места купания или питьевого водозабора.

Обеззараживание (дезинфекцию) воды можно производить различными способами, которые сильно различаются по принципу действия, эффективности, надежности и степени опасности. Выбор способа очистки зависит от объекта использования, объема и типа стока, санитарных нормативов по сбросу стоков в водоприемник (озеро, реку, городской коллектор) и др. Для обеззараживания сточных вод применяют методы хлорирования, озонирования и ультрафиолетового облучения.

В отечественной практике во второй половине XX в. традиционно использовалась обработка сточных вод хлором и хлорсодержащими агентами. Это был наиболее распространенный способ обеззараживания в нашей стране.

При всей распространенности метода хлорирования ему присущи существенные технологические недостатки, в частности, недостаточная эффективность в отношении вирусов. Хлорирование сточных вод приводит к тому, что хлорпроизводные и остаточный хлор, попадая в естественные водоемы, оказывают отрицательное воздействие на различные водные организмы, вызывая у них серьезные физиологические изменения и даже их гибель, что приводит к нарушению процессов самоочищения водоемов. Хлорорганические соединения способны аккумулироваться в донных отложениях, тканях гидробионтов и по трофическим цепям попадать в организм человека.

Компания Grundfos (Дания) в качестве дезинфицирующего средства в своих разработках использует диоксид хлора, который является крайне эффективным средством против всех типов микробов и имеет длительный пролонгированный эффект. Большим преимуществом диоксид хлора перед иными дезинфицирующими средствами является его эффективность против биопленок. Так, компания разработала систему производства диоксида хлора Oxiperm Pro OCD-162 как решение в целях борьбы с легионеллой и прочими микроорганизмами, возникающими в питьевой воде, но эта система может быть использована и в очистке сточных вод (рис. 8.23). Она производит диоксид хлора, используя разбавленные растворы хлорита натрия (NaC10₂ — 7,5%) и соляной кислоты (НС1 — 9%).

Системы обеззараживания хлором (раствором гипохлорита натрия) разрабатываются также компанией Labko (Финляндия). Это системы Labko DES, которые состоят из следующих компонентов: емкости для хранения реагента, слаботочного насоса-дозатора с системой управления, напорного химического трубопровода и контактного резервуара, в котором сточная вода смешивается с реагентом, а также обеспечивается время контакта.

Следует отметить, что при разработке и эксплуатации систем обеззараживания хлором должны строго соблюдаться правила безопасности. Необходимо учитывать, что для обеззараживания сточных вод хлором обязательно следует применять специальные изолированные камеры-реакторы. Пары хлора при неправильном

Рис. 8.23. Устройства для получения диоксида хлора Oxiperm Pro OCD-162

Grundfos (Дания) использовании могут повредить дыхательные пути человека или вызвать ожоги. Материалы, из которых изготавливается оборудование, должны быть устойчивыми к агрессивному воздействию хлора.

Несмотря на технические сложности при транспортировке, хранении и дозировании хлора в виде газа, его высокую коррозионную активность, потенциальную опасность возникновения чрезвычайных ситуаций, процесс хлорирования широко применяется в настоящее время.

Озонирование — процесс очистки сточных вод посредством окисления органических и минеральных веществ, а также их дезинфекции, осуществляемый путем смешения воды с озоно-воздушной или озоно-кислородной смесью в аппаратах различной конструкции (реакторах). Озонирование — перспективный экологически чистый метод очистки производственных сточных вод методом окисления, поскольку при его использовании не применяют химические реагенты, которые приводят к так называемому вторичному загрязнению воды.

Основными факторами, влияющими на процесс очистки сточных вод озонированием, являются значения pH сточной воды и химическая природа окисляемых веществ.

Озонирование широко распространено и является эффективным методом окислительной деструкции следующих веществ, содержащихся в сточных водах: фенола и его производных (хлор-, нитро-, аминофенолов), полифенолов, сложных соединений фенольного характера (гидролизного лигнина, лигносульфоновых кислот, водорастворимых резольных смол, гидролизуемых и конденсируемых таннидов, гумминоподобных веществ и др.), СПАВ, красителей и др.

Исследованы возможности использования озона для обезвреживания сточных вод, содержащих цианистые соединения. При окислении цианидов протекают следующие реакции:

Методом озонирования можно удалять из сточных вод сероводород; при этом на первой стадии наблюдается выделение серы, а на второй — окисление непосредственно до серной кислоты:

Реакции протекают одновременно, но при избытке озона преобладает вторая.

В процессе озонирования воды возможно одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и насыщение ее кислородом.

Преимущества озонирования:

• 1) озон уничтожает все известные микроорганизмы: вирусы, бактерии, грибки, водоросли, их споры, цисты простейших и т.д.;
• 2) озон действует очень быстро — в течение секунд;
• 3) озон удаляет неприятные запахи и привкус;
• 4) озон не образует токсичных побочных продуктов;
• 5) остаточный озон быстро превращается в кислород;
• 6) озон вырабатывается на месте, не требуя хранения и перевозки;
• 7) озон уничтожает микроорганизмы в 300—3000 раз быстрее, чем любые другие дезинфекторы.

Основной проблемой обеззараживания сточных вод озонированием считается скорость распада. Из-за высокой скорости распада в некоторых случаях озон не успевает до конца окислить некоторые органические соединения. Также озон — нестойкий газ, поэтому хранить и транспортировать его нерационально; более целесообразно получать озон на месте его применения, что влечет за собой высокие капитальные затраты. Чаще всего через источник тлеющего разряда пропускают атмосферный воздух, в некоторых случаях используют чистый кислород. Эффективность получения озона в значительной степени зависит не только от конструкции генератора, но и от влажности пропускаемого воздуха.

Ультрафиолетовое обеззараживание имеет много преимуществ по сравнению с окислительными обеззараживающими методами (хлорированием, озонированием).

Ультрафиолетовым (УФ) называется электромагнитное излучение с длинами волн от 10 до 400 нм. Для обеззараживания используется «ближняя область» — 200—400 нм (длина волн природного УФ-излу- чения у поверхности земли — больше 290 нм). Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 200—315 нм и максимальным проявлением в области 260 ± 10 нм. В современных УФ-устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм.

Метод УФ-дезинфекции известен с 1910 г., когда были построены первые станции для обработки артезианской воды во Франции и Германии. Бактерицидное действие УФ-лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекул ДНК и РНК, составляющих универсальную информационную основу механизма воспроизводимости живых организмов. Результат этих реакций — необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие УФ-излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это в конечном итоге приводит к их гибели.

Основные преимущества ультрафиолетового обеззараживания:

• 1) ультрафиолетовое облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор;
• 2) обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами;
• 3) в обработанной ультрафиолетом воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;
• 4) для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны более низкие, чем при хлорировании и тем более озонировании, эксплуатационные расходы;
• 5) отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих реагентов, требующих соблюдения специальных мер технической и экологической безопасности, что повышает надежность систем водоснабжения и канализации в целом;
• 6) ультрафиолетовое оборудование компактно, требует минимальных площадей, его внедрение возможно в действующие технологические процессы очистных сооружений без их остановки, с минимальными объемами строительно-монтажных работ;
• 7) ультрафиолет не придает воде запаха или привкуса;
• 8) бактерицидная установка не нуждается в реагентах, управление ее работой можно легко автоматизировать.

В России разработкой, производством и внедрением оборудования для ультрафиолетового обеззараживания сточных вод с 1980-х гг. занимается ряд фирм-разработчиков (см. разд. I), в том числе НПО «ЛИТ» (рис. 8.24).

Рис. 8.24. Группа корпусного (напорного) оборудования с расположением ламп вдоль обрабатываемого потока воды (УДВ) НПО «ЛИТ»

Накопленный разработчиками опыт показал, что имеется ряд проблем. Прежде всего это связано со строгими требованиями российских нормативов на микробиологические показатели сбрасываемых в водоемы сточных вод. В ходе многочисленных исследований компанией разработан и выпущен в производство широкий спектр оборудования, которое делится на четыре группы: УДВ, УДВ Pro, МЛП и МЛ В. В каждой из групп оборудование делится на серии: Л, В, Е, К, G, F, N — в зависимости от качества обрабатываемой воды, прежде всего, ее прозрачности в УФ-диапазоне. Оборудование каждой серии оптимально применять в указанных для него диапазонах прозрачности (т) обрабатываемой воды с точки зрения максимальной эффективности использования УФ-излучения и минимизации потерь напора.

Сточные воды, прошедшие предварительную очистку от загрязняющих веществ на очистных сооружениях, через входной патрубок попадают в герметичный блок обеззараживания ультрафиолетом. Внутри блока обеззараживания находятся УФ-лампы с излучением в ультрафиолетовом диапазоне. Их излучение эффективно разрушает протоплазму микроорганизмов в обеззараживаемой воде. Обеззараженная вода самотеком направляется в выходной патрубок. Во время ремонтных работ сток может перенаправляться через байпас, минуя блок обеззараживания.