Применение метода уф-облучения для обеззараживания сточных вод

     Основным источником микробного загрязнения объектов водо­пользования, поверхностных и морских вод, почвы, подземных во­доносных горизонтов, хозяйственно-питьевой воды являются хозяйственно-бытовые сточные воды. Для таких вод характерен вы­сокий уровень микробного загрязнения на фоне значительной кон­центрации взвешенных и органических веществ. В сточных водах населенных пунктов обнаруживаются многие виды патогенных бак­терий, вирусов и паразитов. Болезни, вызываемые этими микро­организмами, весьма различны и могут приводить к серьезным последствиям для здоровья человека. Средством предотвращения распространения инфекционных болезней и защиты поверхност­ных и подземных водоемов от заражения является обеззаражива­ние сточных вод.

     Современные станции очистки сточных вод в значительной мере освобождают воду не только от механических и химических загряз­нений, но и от патогенной микрофлоры. Совершенствование систем очистки позволяет в большей степени снизить бактериальную загрязненность и повысить качество воды. Однако даже самые высокоэффективные очистные сооружения не обеспечивают дезин­фекции стоков без специальных устройств обеззараживания.

Обеззараживание хлорированием

     В настоящее время промышленными методами, прошедшими проверку на крупных действующих сооружениях очистки воды, яв­ляются хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое (УФ) облучение.

     Несмотря на технические сложности при транспортировке, хра­нении и дозировании хлор-газа, его высокую коррозионную актив­ность, потенциальную опасность возникновения чрезвычайных си­туаций, процесс хлорирования широко применяется до настояще­го времени.

     При всей популярности метода хлорирования ему присущи и су­щественные технологические недостатки, в частности недостаточ­ная эффективность в отношении вирусов. После хлорирования при дозах остаточного хлора 1,5 мг/л в пробах остается очень высокое содержание вирусных частиц, поэтому даже хлорированные сточ­ные воды остаются эпидемически опасными в отношении энтерови-русных заболеваний. Другим серьезным недостатком является об­разование в воде под действием хлора хлорорганических соедине­ний: хлороформа (ПДК = 0,2 мг/л) , четыреххлористого углерода (ПДК = 0,006 мг/л), бромдихлорметана (ПДК = 0,03 мг/л), хлорфенола, хлорбензольных и хлорфенилуксусных соединений, хлорированных пиренов и пиридинов, хлораминов и др. 
     
     Хлорорганические соединения, по данным многочисленных исследований, обладают высо­кой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью.

     Хлорирование сточных вод приводит к тому, что хлорпроизвод-ные 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, в конечном счете, по трофическим цепям попадать в организм человека. Содержание хло­рированных углеводов в рыбе, водорослях и планктоне находится в тесной корреляции с содержанием их в донных отложениях. Поло­жение осложняется еще и тем, что существует опасность возможно­го неблагоприятного воздействия образующихся в процессе хлори­рования галопроизводных углеводородов на здоровье населения через включение этих продуктов в пищевые цепи, например водо­росли (планктон) - ракообразные - рыбы - человек, а также исполь­зование водоема в качестве источника водоснабжения.

     Образование хлораминов также является крайне нежелатель­ным явлением. Эти вещества, по данным многочисленных иссле­дований, даже при очень низких концентрациях ядовиты для рыб. Исследования, проведенные в Нижнем Новгороде, показали высо­кую токсичность хлорированной воды для всего состава биоценоза водоема. Беспокойство, вызванное повышенной токсичностью сле­дов остаточного хлора и хлораминов, привело к принятию админи­страцией многих штатов США (в частности Калифорнии и Мери­ленда) требований, ограничивающих остаточную концентрацию хлора до 0,1 мг/л.

     И, наконец, как уже было отмечено, существенным недостатком хлорирования является высокая токсичность хлора. При его транс­портировании, хранении и использовании необходимо соблюдение специальных мер по обеспечению безопасности обслуживающего персонала, окружающей природной среды и населения. Запасы жид­кого хлора на хлорных складах систем водоснабжения и канализа-ции, зачастую размещенных в пределах селитебной застройки, представляют потенциальную опасность в плане возможности возникно­вения чрезвычайных аварийных ситуаций. Особую опасность пред­ставляют хлорные хозяйства больших городов и крупных промыш­ленных предприятий, на которых сосредоточены большие запасы жидкого хлора. Наличие больших хлорных хозяйств также открывает возможность для организации террористических актов.

     В связи с этим в последние годы разработаны и утверждены нормативные документы, существенно ужесточающие требования, относящиеся к процессам, связанным с применением хлора. Но­вый СаНПиН 2.1.4.027-95 увеличивает минимально допустимый размер санитарно-защитной зоны до жилых и общественных до 300 м вместо 100 м, ранее установленных СНиП 204.02-84. Между тем, увеличение этих расстояний для действующих сооружений на практике часто не представляется возможным. Новые «Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении жидкого хлора» (ПБХ-93,99) определяют необходимость внедрения ряда, отсутствовавших ранее, организационных и тех­нических мероприятий, направленных на повышение эксплуатаци­онной надежности хлораторных. Выполнение комплекса дополни­тельных мероприятий требует реконструкции действующих хлора­торных и, как следствие, необходимости существенных капиталь­ных вложений и дополнительных эксплуатационных расходов на обслуживание.

Обеззараживание    сточных    вод    УФ-излучением

     Неудовлетворенность традиционной технологией хлорирования привела к тому, что в конце 60-х и 70-х годах начались активные работы, направленные на поиски новых методов обеззараживания сточных вод.

     В конце 7 0-х годов в ряде развитых стран Европы и Северной Америки были созданы программы по развитию альтернативных хло­рированию технологий обеззараживания природных и сточных вод (например, Программа Агентства защиты окружающей среды США в 1976-1984 гг.) . В результате работы по этим программам, на осно­ве серьезных достижений в области свето- и электротехники было создано оборудование по обеззараживанию природных и сточных вод ультрафиолетовым излучением, по своим технико-экс-плуата-ционным показателям приемлемое для станций большой произво­дительности. В нашей стране также проводились аналогичные ра­боты. Так, на Курьяновской станции аэрации в 1958-1959 гг. прово­дились экспериментальные работы по выявлению эффективности УФ-излучения. К сожалению, из-за недостаточного опыта была неправильно определена требуемая доза, и как следствие была дос­тигнута невысокая эффективность обеззараживания около 60-80%. На основании этих результатов был сделан вывод о недостаточной эффективности УФ-излучения для обеззараживания сточных вод, что привело к приостановке работ, направленных на разработку установок УФ-обеззараживания сточных вод.

     За рубежом ситуация складывалась более благоприятно. Коли­чество внедренных систем УФ-облучения для обеззараживания сточных вод растет с каждым годом. В Руководстве по обеззараживанию сточных вод (США, 1996 г.) приведены данные, что в Се­верной Америке в 198 6 г. только 50 очистных сооружений исполь­зовали системы УФ-обеззараживания (большинство производитель­ностью не более 158 м³/ч) ,  в 1990 г.  уже было более 500 очистных сооружений (из них значительная часть производительностью более 1580 м³/ч), а к моменту издания руководства более 1000 сооруже­ний использовали данный метод обеззараживания. Уже в 1998 г. сообщается, что в мире УФ-системы действуют более чем на 2000 очистных сооружениях очистки сточных вод. Общий расход обра­батываемых УФ-облучением сточных вод составляет более 1 млн. м³/ч. В 1998 г. сообщалось, что во Франции, начиная с 1994 г., УФ-обеззараживание внедрено на 30 станциях, в Великобрита­нии внедрено более чем на 100 станциях. Применение УФ-облуче­ния для обеззараживания не имеет ограничений по производитель­ности сооружений - крупные УФ-станции имеют производитель­ность более 30 тыс. м³/ч на сооружениях в Квебек (Канада) , г. Ми­не апполис    (США).

     Метод УФ-обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хло­рирование,   озонирование):

-     УФ-облучение  летально для  большинства  водных  бактерий, вирусов,   спор и протозоа.  Оно уничтожает возбудителей таких ин­фекционных болезней,  как тиф,  холера,  дизентерия,  вирусный ге­патит,   полиомиелит  и  др.   Применение  ультрафиолета  позволяет добиться   более   эффективного   обеззараживания,   чем хлорирова­ние,   особенно в отношении вирусов;

-     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. В частности, на воздействие УФ-излучения на микроорга­низмы не  влияют рН и температура воды;

-     в   обработанной ультрафиолетовым излучением воде  не   об­наруживаются   токсичные  и  мутагенные   соединения,   оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;

-     в отличие от окислительных технологий в случае передози­ровки отсутствуют отрицательные эффекты.   Это позволяет значи­тельно  упростить   контроль   за  процессом  обеззараживания  и  не
проводить  анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;

-     время обеззараживания при УФ-облучении составляет 1-10 с в проточном режиме,  поэтому отсутствует необходимость в созда­нии контактных емкостей;

-     достижения последних лет в свето- и электротехнике позво­ляют обеспечить высокую степень надежности УФ-комплексов.  Со­временные  УФ-лампы и  пускорегулирующая   аппаратура  к  ним вы­пускаются серийно,   имеют высокий эксплуатационный ресурс;

-     для обеззараживания УФ-излучением характерны более низ­кие,  чем при хлорировании и тем более озонировании,   эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими зат­ратами электроэнергии (в 3-5 раз меньшими, чем при озонирова­нии) и отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах (жид­ком хлоре, гипохлорите натрия или кальция), а также в отсутствии необходимости в реагентах для дехлорирования;

-        отсутствует необходимость создания складов токсичных хлорсодержащих   реагентов,    требующих   соблюдения   специальных   мер технической и экологической безопасности,   что повышает надеж­ность  систем водоснабжения и канализации в целом;

-        УФ-оборудование   компактно,    требует   минимальных   площа­дей,   его внедрение возможно в действующие технологические про­цессы   очистных   сооружений   без   их   остановки,    с   минимальными объемами   строительно-монтажных   работ.

Факторы,     влияющие    на    эффективность    обеззараживания УФ-излучением

     НПО «ЛИТ» занимается разработкой, производством и внедре­нием УФ-оборудования для обеззараживания сточных вод, начи­ная с 80-х годов. Накопленный опыт показал, что при попытке адап­тирования зарубежного опыта к условиям нашей страны возникает ряд проблем. В первую очередь это связанно с более строгими требованиями российских нормативов на микробиологические по­казатели сбрасываемых в водоемы сточных вод   (табл.   23) .

Таблица 23

     Эти и другие сложности побудили нас вести независимые ши­рокомасштабные научно-исследовательские и опытно-конструктор­ские работы по определению и разработки основных принципов применения УФ-метода для обеззараживания сточных вод. В ходе этих работ кроме лабораторных проводились полевые исследова­ния и опытно-промышленные испытания. Специалистами НПО «ЛИТ» проведено более 70 технологических обследований объектов по всей территории России, проведено около десятка долгосрочных опытно-промышленных испытаний, подготовлено более 50 проект­ных решений и накоплен большой опыт многолетней эксплуатации реальных комплексов УФ-оборудования на различных очистных сооружениях.

     Проведенные нами работы позволили выявить основные факто­ры,    влияющие   на   эффективность   метода   УФ-обеззараживания.

     Известно, что бактерицидное действие УФ-излучения немонотонно зависит от длины волны и имеет максимум в области 250-260 нм. Наи­более оптимальными источниками излучения являются ртутные лампы низкого давления, излучающие на длине 253,7 нм. Кроме длины волны важной характеристикой является доза облучения - D [мДж/см²] , кото­рая определяет степень обеззараживания в процессе облучения. Для лабораторных культур наблюдается строгая убывающая экспоненциаль­ная зависимость выживших микроорганизмов от дозы облучения. Од­нако непосредственные измерения, проведенные на реальных сточных водах, показали, что наблюдается отличие от экспоненциального зако­на убывания числа микроорганизмов. Было обнаружено, что, начиная с некоторой пороговой концентрации, снижение числа микроорганизмов прекращается. Значение остаточной концентрации выходит на «плато». Характеристика, отражающая зависимость уменьшения концентрации микроорганизмов от дозы облучения, называется кривой обеззараживания. 

     Значение концентрации микроорганизмов на «плато» определя­ется предшествовавшей обеззараживанию технологии очистки сто­ков. Кривые обеззараживания, полученные для стоков на ОСК г. Тольятти и на Зеленоградской станции аэрации, показаны на рис. 99. Эти кривые отражают экспериментальную зависимость для сточ­ных вод, прошедших соответственно очистку и доочистку.

     «Плато» кривой обеззараживания достигается обычно при до­зах облучения 2 0-30 мДж/см². Таким образом, для достижения мак­симальной эффективности обеззараживания требуется обеспечить в установках обеззараживания такую дозу облучения, при которой количество микроорганизмов после облучения будет определять­ся величиной N .

     Отличие кривой обеззараживания для реальных сточных вод от обеззараживания лабораторных культур объясняется, во-первых, тем, что в естественных условиях микроорганизмы имеют очень широкий видовой состав и обладают различной степенью сопро­тивляемости. Во-вторых, взвешенные вещества, находящиеся в воде, экранируют микроорганизмы от излучения или, более того, содержат микроорганизмы внутри себя (связанные с частицами бактерии). К тому же микроорганизмы часто образуют конгломе­раты различной величины. Так как УФ-излучение не всегда может проникнуть внутрь частиц или конгломерата, появляется часть не подвергающихся облучению бактерий. Известно, что аналогичный эффект наблюдается при применении любых технологий обезза­раживания, например хлорирования и озонирования. Величина N определяется, главным образом, количеством микроорганизмов, связанных с взвешенными веществами.

     В настоящее время в ходе исследований и промышленной экс­плуатации УФ-систем установлено, что основными показателями, влияющими на эффективность обеззараживания, являются содержание взвешенных веществ и коэффициент пропускания сточных вод на длине 254 нм.

     Кроме концентрации взвешенных частиц, необходимо учитывать функцию распределения частиц по размеру (ФРЧР) в очищенных сточных водах, подающихся на УФ-обеззараживание. Влияние взве­шенных веществ и ФРЧР сказывается в том, что с увеличением содержания взвешенных веществ и среднего размера частиц рас­тет число бактерий, находящихся внутри и на поверхности частиц. Такие бактерии с трудом поддаются обеззараживанию любым де-зинфектантом, так как доступ дезинфектанта внутрь частиц зат­руднен .

     Как уже упоминалось выше, другим важным показателем явля­ется поглощение УФ-излучения рядом растворенных в воде веществ. При этом интенсивность излучения резко падает по мере проник­новения луча в глубь жидкости. Ослабление интенсивности излу­чения описывается законом Бугера-Ламберта-Бера:

1=1„е

где I₀ - интенсивность УФ-излучения, падающего на поверхность воды; I - интенсивность на глубине h, ос - коэффициент поглощения водой УФ-излучения.

     Коэффициент пропускания т (т = е") воды определяет долю УФ-излучения с длиной волны 254 нм, пропускаемую слоем воды тол­щиной в 1 см, и составляет обычно 40-70% для очищенных сточных вод и 50-80% для доочищенных сточных вод. При неизменной ин­тенсивности ламп, чем больше коэффициент пропускания, тем боль­ше средняя интенсивность УФ-излучения и, следовательно, боль­ше   доза  УФ-облучения,   выше   эффект   обеззараживания.

     Результаты исследований и опыт эксплуатации оборудования показывают, что УФ-облучение может обеспечивать высокую эф­фективность обеззараживания на сточных водах, имеющих содержание взвешенных веществ до 50 мг/л и более. Следует отме­тить, что по совокупности большого количества экспериментов в области изменения взвешенных веществ от 2 до 30 мг/л для раз­ных объектов наблюдается широкий разброс значений доз, необ­ходимых для достижения требуемого уровня обеззараживания, при одинаковых величинах взвешенных веществ. Тем не менее, в бо­лее широком диапазоне изменения содержания взвешенных час­тиц от 2 до 500 мг/л наблюдается положительная корреляция между необходимой  дозой  и  содержанием  взвешенных   частиц.

     Это указывает на то, что существуют дополнительные факторы, определяющие достигаемый уровень обеззараживания. Поэтому для конкретных сточных вод с ее составом микробиологического и физико-химического загрязнения, выбор типа и количества УФ-оборудования должен устанавливаться либо в результате прове­дения модельных испытаний, либо в результате опытно-промыш­ленных испытаний установок малой производительности.

     Для проведения модельных испытаний используется прибор для облучения в лабораторных условиях, разработанный НПО «ЛИТ». По результатам микробиологических анализов проб воды, облу­ченных   различными   дозами,    строится   кривая   обеззараживания.

     Требуемая доза облучения для достижения нормативного требова­ния определяется по кривой обеззараживания.

     При проведении опытно-промышленных испытаний измеряет­ся эффективность обеззараживания при различных режимах ра­боты установки. Доза УФ-облучения изменяется посредством варьирования режимов работы установки (расход, количество рабо­тающих ламп) . В ходе опытно-промышленных испытаний выявля­ются технологически важные в эксплуатации параметры, такие как обрастание чехлов и степень влияния переменного качества сточ­ных вод.

     В настоящее время существует целый ряд воплощенных в обо­рудование конструктивных решений, позволяющих применять УФ-излучение для обеззараживания сточной воды. УФ-установки раз­личаются по способу размещения ламп - навесные или погружные, с гравитационным течением воды или напорные, корпусные или в виде отдельных модулей, размещаемых в лотках, с большим или меньшим расстоянием между лампами и другими деталями. Лам­пы, применяемые в разных установках, могут различаться по типу и способу ориентации относительно потока воды (параллельно или перпендикулярно к нему).

     Выбор типа оборудования для ультрафиолетового обеззаражи­вания и его количества осуществляется на основе данных о произ­водительности очистных сооружений, результатов модельных и/или опытно-промышленных испытаний, измерения коэффициента про­пускания и определения дозы, которая обеспечит достижение тре­буемого уровня обеззараживания.

     При рекомендации УФ-оборудования необходимо учитывать все факторы, которые могут привести к уменьшению дозы облучения в камере обеззараживания, например такие, как спад интенсивнос­ти излучения из-за обрастания чехлов (обычно 30%) или выработ­ки ресурса работы самой лампы   (15-35%  для  РЛНД).

Опыт применения УФ-оборудования для обеззараживания сточных   вод

     В существующих нормативных документах допускается примене­ние УФ-излучения для воды с показателями качества сточных вод: взвешенных веществ до 10 мг/л; ХПК до 50 мг/л. Однако опыт эксп­луатации УФ-комплексов, накопленный в НПО «ЛИТ», показывает, что эти границы могут быть существенно расширены. В табл. 2 4 представлены некоторые объекты, на которых либо введено в эксп­луатацию оборудование НПО «ЛИТ», либо проходили долгосрочные опытно-промышленные испытания по применению УФ-метода. Дли­тельность работы систем, указанных в таблице, составляла от полу­года до трех лет.

     За весь период эксплуатации УФ-оборудования на всех объек­тах было обеспечено надежное обеззараживание по коли-индексу. Величина коли-индекса после обеззараживания не превышает 1000 ед./л, при значениях коли-индекса в исходных водах 106 КОЕ/л и более. Высокая эффективность УФ-метода обеспечивается и высокими техническими характеристиками используемого обору­дования. Применяемое оборудование выполнено в корпусном ва­рианте и может работать как в самотечном, так и в напорном ре­жиме, обеспечивая дозу, с учетом необходимых технологических запасов,   от  35 до  75 мДж/см² при номинальном расходе.

     Благодаря большому опыту эксплуатации и многочисленным опытно-промышленным испытаниям был выявлен ряд факторов, которые необходимо учитывать при выборе УФ-оборудования и разработке технологического регламента его эксплуатации.

     На основании результатов опытно-промышленных испытаний, выполненных на ОСК г. Тольятти, была построена и введена в экс­плуатацию крупнейшая в Европе станция УФ-обеззараживания сточ­ных вод,  рассчитанная на производительность 290 тыс.м³/сут.

     Конструкция большинства современных установок для УФ-об­лучения воды основана на применении полностью погруженных в поток воды источников излучения. Бактерицидные лампы в уста­новках расположены внутри кварцевых чехлов для защиты ламп от контакта с водой и обеспечения их оптимального температурного режима работы. При конструировании и эксплуатации УФ-обору­дования следует учитывать, что поверхность кварцевых чехлов, име­ющая контакт с водой, подвержена обрастанию. Обрастание мо­жет быть как органической природы (биопленка), так и неоргани­ческой природы   (отложение  солей).   Степень  обрастания  зависит от температуры источника излучения и показателей качества воды, таких как жесткость, щелочность, содержание железа, наличие маслянистых веществ и др. Образование биопленки усиливается при отключении УФ-ламп или при малой дозе облучения. На рабо­тающих станциях обрастание чехлов связано, в основном, с отло­жением солей. Соли металлов находятся на кварцевых чехлах в аморфном состоянии, поэтому их можно легко удалить слабым ра­створом кислоты. В практике обслуживания УФ-станций обеззара­живания сточных вод широкое применение для очистки кварцевых чехлов нашли растворы фосфорной, щавелевой и лимонной кис­лот, обеспечивающие эффективное удаление обрастания с их по­верхности.

     Период между промывками определяется качеством подающихся на обеззараживание сточных вод и может сильно варьироваться. Опыт эксплуатации указанных выше установок выявил большое различие скорости обрастания чехлов. В период эксплуатации ус­тановки на очистных сооружениях Курьяновской станции аэрации интенсивность излучения в камере облучения из-за обрастания чехлов снижалась на 30% за 2-ьЗ месяца. При эксплуатации на очи­стных сооружениях Зеленоградской станции аэрации не было об­наружено заметного спада излучения за период более полугода. Таким образом, период между промывками для различных очист­ных сооружений может колебаться от месяца до года.

     Эффективная работа УФ-оборудования может быть обеспечена только при правильном выборе типа и количества УФ-установок, грамотной их эксплуатации. Кроме того, в России применение УФ для обеззараживания регламентируется методическими указания­ми МУ 2.1.5.732-99 «Санитарный надзор за обеззараживанием сточ­ных вод ультрафиолетовым излучением». В этом документе указы­вается, что установки должны быть оснащены:

-         датчиками измерения интенсивности УФ-излучения в каме­ре обеззараживания;

-      системой автоматики, гарантирующей звуковой и световой сигналы при снижении минимальной заданной дозы;

-        счетчиками времени наработки ламп и индикаторами исправ­ности каждой лампы;

-        системой механической или химической очистки кварцевых чехлов, позволяющей производить процесс очистки без разборки и демонтажа установки;

-        кранами для отбора проб воды на бактериологический ана­лиз.

     Если УФ-оборудование не имеет указанных элементов, то конт­роль за эффективностью обеззараживания невозможен и эксплуа­тация такого оборудования недопустима.

Выводы

     На различных очистных сооружениях (более 70-ти объектов) в ходе проведения технологических обследований были выявлены общие закономерности и связи между физико-химическими показателями качества сточных вод и величиной УФ-дозы, необходи­мой для достижения нормативных микробиологических требова­ний.

     Результаты работы УФ-систем производства НПО «ЛИТ» на мно­гих сооружениях в различных городах России выявили высокую эффективность и надежность использования данной технологии для полномасштабного применения на крупных очистных сооружениях. Таким образом, на основании обширных научных и технологичес­ких исследований, специалистами НПО «ЛИТ» выработан комплек­сный подход к внедрению технологии УФ-обеззараживания сточ­ных вод.

     Однако эти исследования также показали, что не существует однозначной зависимости между этими параметрами для разных очистных сооружений. Следовательно, для обеспечения эффективности обеззараживания с помощью УФ-излучения и выбора оп­тимального количества и типа УФ-оборудования необходимо про­ведение технологического обследования ОСК, так как проведен­ные исследования показали, что для разных очистных сооруже­ний не существует однозначной зависимости между характерис­тиками воды и необходимой УФ-дозой. Кроме того, для крупных УФ-станций в целях отработки технологического регламента экс­плуатации рекомендуется проведение опытно-промышленных ис­пытаний.

     Эффективное обеззараживание и контроль за этим процессом возможен лишь при соответствии характеристик и конструкции УФ-оборудования нормативным требованиям МУ 2.1.5.732-99.

     Опыт многочисленных НИР и ОКР, многолетний практический опыт эксплуатации на крупных коммунальных объектах водоснаб­жения и канализации, наличие универсальных проектных решений, разработанных проектными институтами, налаженный серийный выпуск широкой номенклатуры УФ-оборудования на уровне луч­ших мировых образцов позволяет в настоящее время осуществ­лять масштабное внедрение этой технологии в России.

Материал   предоставлен   НПО   «ЛИТ»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ     ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ     СТОЧНЫХ     ВОД

Е.М.   Крючихин, А.Н.   Николаев,

Н.А. Жильникова, Н.Ю. Большаков

ЗАО «КРЕАЛ», Санкт-Петербург, Россия

     Российская Федерация - одна из наиболее богатых природными водами стран мира. Значение водных ресурсов неоценимо для обес­печения социально-экономического развития России. Однако состо­яние многих водохозяйственных систем и гидротехнических соору­жений неудовлетворительно, в ряде случаев является аварийным, физический износ их очень большой. Анализ состояния водных объек­тов показывает, что практически все водоисточники как поверхностные, так и подземные подвергаются антропогенному и техногенно­му воздействию с различной степенью интенсивности.

     Основной проблемой водных экосистем на сегодняшний момент является сброс сточных вод в водные объекты.

     По данным Государственного водного кадастра, в 2003 г. в по­верхностные водные объекты сброшено 19 млрд. м³ загрязненных сточных вод, что составляет 3 6,2% общего объема стоков.

     Значительные объемы загрязненных (недостаточно очищенных и без очистки) сточных вод сбрасывают в водные объекты пред­приятия жилищно-коммунального хозяйства, промышленности и сельского хозяйства.

     На предприятия жилищно-коммунального хозяйства приходится более 8 0% общего объема сброса в водные объекты страны в со­ставе сточных вод таких загрязняющих веществ, как фосфор общий (85,4%), азот аммонийный (83,3%), нитраты (82,0%), более трех четвертей объема сброса азота общего (77,4%).

     Из промышленных отраслей основными загрязнителями водных объектов являются предприятия химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности.

     Наибольшую сложность в области очистки сточных вод пред­ставляет достижение нормативных требований на сброс в водо­емы. Обеспечение соответствующей глубины очистки стоков тре­бует применения современных высокоэффективных технологий и оборудования.

     В этой связи основные усилия научно-производственных при­родоохранных компаний направлены на совершенствование суще­ствующих технологий очистки сточных вод в целях обеспечения требований российских экологических стандартов.

     Компанией «Креал» (Санкт-Петербург), специализирующейся на очистке сточных вод от органических веществ, азота, фосфора и доочистке стоков от взвешенных веществ, разработана эксклюзивная концепция по развитию технологии биологической очистки го­родских сточных вод. Современные оригинальные технологии и оборудование, составляющие основу этой концепции, выполнены на базе проводимой научно-исследовательской работы.

     Оборудование включает в себя пористые и перфорированные трубчатые аэраторы.

     Пористые аэраторы выполняются в виде трубы, изготовленной из стеклоткани, пропитанной композицией из термореактивных смол с последующей ее полимеризацией и имеющей упорядоченную микропористую структуру с заданным расстоянием между по­рами. Пористые аэраторы обеспечивают мелкопузырчатую аэра­цию с высокой эффективностью массопередачи кислорода из воз­духа в воду.

     Перфорированные аэраторы используются как перемешиваю­щие устройства для создания в аэротенке аноксидных зон, необхо­димых для удаления нитратов в процессе денитрификации. Они изготовляются из тех же материалов и имеют те же размеры, что и пористые трубчатые аэраторы, но стенки перфорированных аэра­торов непроницаемы для воздуха и имеют отверстия. Эффектив­ность массопередачи кислорода в 3-3,5 раза ниже, чем для порис­тых аэраторов. При низкой интенсивности аэрации (2-2,5 м³/м²-ч) это позволяет создавать в аэротенке практически бескислородные условия (С₀ < 0,05 мг О₂/л) , необходимые для реализации совре­менных биотехнологий очистки от азота и фосфора.

     Размещение аэраторов в аэротенках производится в составе аэрирующих модулей, которые располагаются в несколько рядов с интервалом до 1,1 м, образуя широкую аэрируемую полосу, отвечающую ширине аэрируемого сооружения, что дополнительно по­вышает эффективность использования кислорода аэрирующего воздуха и позволяет поддерживать активный ил во взвешенном состоянии даже при низкой интенсивности аэрации (до 2 м³/ч воз­духа на 1 м² площади поверхности аэротенка).

     Изменение шага между аэраторами и интервала между модуля­ми позволяет изменять интенсивность аэрации в широком диапа­зоне, обеспечивая оптимальный кислородный режим в аэротенке.

     Образованная таким образом система аэрации (рис. 100) дела­ет возможным создание в аэротенке аэробных, аноксидных и ана­эробных зон с помощью двух типов аэраторов «Креал» и различной интенсивности аэрации. На этой основе разработаны и успешно внедряются технологии очистки сточных вод от азота и фосфора (технологии нитриденитрификации и биологической дефосфотации) при одновременном сокращении расхода воздуха на аэрацию.

                                         

Рис. 100. Аэрационная система «Креал» в аэротенке Центральной станции аэрации Санкт-Петербурга

     Компания «Креал» была одной из первых фирм, взявшихся за реконструкцию аэротенков очистных сооружений Санкт-Петербурга для повышения эффективности биологической очи­стки и снижения затрат на ее осуще­ствление.

     В период с 1994 по 2 004 гг. осуще­ствлена реконструк­ция очистных со­оружений Цент­ральной станции аэрации, Северной станции аэрации, г . Пушкина, Колпи-но, Кронштадта, Петродворца и др. с внедрением систе­мы мелкопузырчатой аэрации на базе аэраторов «Креал» и техно­логии нитриденитрификации и биологической дефосфотации.

     В результате существенно улучшено качество очищенных сточ­ных вод и сокращены затраты на аэрацию, в частности:

-   на Центральной станции аэрации  (производительность 1,5 млн. м³/сут.) модернизация существующей аэрационной систе­мы позволила вдвое сократить расход сжатого воздуха и почти в
2 раза уменьшить сброс по азоту, достигнув требований Хелкома 10 мг/л);

-  на Петродворцовой станции аэрации в результате внедре­ния аэрационной системы «Креал» общий расход воздуха на аэра­цию сокращен в 1,2 раза при одновременном увеличении концент­
рации кислорода в очищенной воде в 3,7 раза и снижении сброса азота (сброс аммонийного азота снижен в 8,2 раза; нитритного азота - в 2,9 раза) .

     В начале 2005 г. на Центральной станции аэрации внедрена новая технология ЗАО «Креал», предназначенная для эффективной био­логической очистки сточных вод от азота и фосфора.

     Данная технология имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с традиционной технологией нитриденитрификации и биологической дефосфотации:

-      вместо перемешивающих устройств и циркуляционных насо­сов (оборудование западных компаний) используются перфориро­ванные аэраторы «Креал» и высокопроизводительные эрлифты;

-      интенсифицируется процесс биологической очистки (допус­тимая гидравлическая нагрузка на аэротенк выше на 20-50% в срав­нении с традиционной технологией);

- стоимость реконструкции аэротенка ниже в 5 раз.

     В результате внедрения только в одной из шести секций аэро­тенка первой очереди схемы нитриденитрификации и биологичес­кой дефосфотации по технологии ЗАО «Креал» достигнуто увели­чение эффекта очистки от фосфатов с 10% до 30-40% по всей пер­вой очереди очистных сооружений ЦСА при одновременном обес­печении нормативного сброса азота и сокращении расхода возду­ха на аэрацию более чем на 20%.

     Нормативная очистка сточных вод по взвешенным и органичес­ким веществам невозможна без доочистки стоков на фильтрах с зернистой загрузкой. Фирмой «Креал» предложено принципиально новое технологическое решение, предусматривающее реконструк­цию существующих вторичных отстойников в отстойники-фильтры вместо строительства отдельных дорогостоящих сооружений до­очистки. Реконструкция предусматривает размещение в проточной зоне отстойника-фильтра с плавающей зернистой полимерной заг­рузкой, работающего в режиме медленного безнапорного фильт­рования с периодической промывкой загрузки, без останова пода­чи сточных вод. Разработанная конструкция отстойника-фильтра успешно реализована в промышленном масштабе на очистных со­оружениях производительностью 12 0 тыс. м³/сут. одного из предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (рис. 101). Раз­мещение во вторичных радиальных отстойниках диаметром 4 0 м фильтров с плавающей зернистой полимерной загрузкой позволи­ла в 5 раз снизить содержание взвешенных веществ в очищенных сточных водах без увеличения эксплуатационных расходов и при капитальных затратах в 10 раз ниже, чем в случае строительства отдельной фильтровальной станции.

     Рассмотренные выше технологии нашли применение в модуль­ных, блочно-модульных и сборных установках БТФ и широко ис­пользуются на городских сооружениях. Разработаны различные модификации модульных установок в зависимости от состава сточ­ных вод и климатических условий .

     Модульные установки производительностью от 10 до 150 м³/сут. отвечают современным гигиеническим нормам и предназначены для очистки бытовых и близких к ним по составу производственных сточных вод до требований на сброс в водоемы хозяйственно-пи­тьевой, культурно-бытовой и рыбохозяйственной категорий водо­пользования .

     Базовая модель установки БТФ обеспечивает механобиологи-ческую очистку, фильтрационную доочистку и обеззараживание сточной воды. Сточная вода очищается от грубодисперсных взвешенных и эмульгированных примесей в отстойнике, который одно­временно служит уплотнителем образующегося осадка, откачива­емого эрлифтом на обработку. Основная часть растворенных орга­нических веществ, азот и фосфор удаляются из стоков в биореак­торе с плоскостной загрузкой, который может работать в режиме биотенка или затопленного аэрофильтра. В режиме биотенка про­исходит непрерывная откачка осадка из вторичного отстойника на вход установки, и в биореакторе наряду с биопленками развивает­ся активный ил. При низком содержании в стоках органических ве­ществ используется режим затопленного аэрофильтра, при кото­ром откачка идет периодически, и он задерживается в первичном отстойнике, не поступая в биореактор. Соответственно, активный ил практически отсутствует, биологическую очистку обеспечивают только микроорганизмы биопленок. Доочистка стоков осуществля­ется в отстойнике-фильтре, а обеззараживание - на установках ультрафиолетового облучения. При необходимости установка БТФ комплектуется модулем обработки осадка.

     При объеме сточных вод свыше 150 м³/сут. из отдельных моду­лей собираются блочно-модульные очистные сооружения.

     Научно-исследовательский подход к совершенствованию тех­нологий очистки сточных вод позволяет находить широкое приме­нение разработкам компании «Креал» в различных регионах России на очистных сооружениях предприятий ЖКХ, целлюлозно-бу­мажной промышленности и др. отраслей.

Список литературы

1. Патент на полезную модель № 32487. Пористый аэратор и аэрирующий модуль  (варианты). Описание полезной мо­дели.

2. Патент на полезную модель № 38167. Система аэрации в аэротенке для очистки сточных вод. Описание полезной мо­дели.

3. Положительное решение ФИПС от 14.04.2005 о выдаче па­тента на изобретение. Система аэрации в аэротенке для очи­стки сточных вод. Описание изобретения.

4. Положительное решение ФИПС от 14.04.2005 о выдаче па­тента на изобретение. Способ аэрации в аэротенке системы очистки сточных вод. Описание изобретения.

5. Свидетельство на полезную модель № 29053. Установка для очистки сточных вод. Описание полезной модели.

6.  Патент на полезную модель № 32775. Модульная установка для очистки сточных вод. Описание полезной модели.

 

Назад в раздел