УФ-оборудование

 

Система обеззараживания питьевой воды

 

Автоматическая система механической фильтрации и обеззараживания воды

 

Установка обеззараживания воды УОВ-УФТ-П-30

Обеззараживание питьевой воды УФ-излучением

Обеззараживание питьевой воды УФ-излучением Водоснабжение №12-96
В. М. БУТИН, С. В. ВОЛКОВ, С. В. КОСТЮЧЕНКО, Н. Н. КУДРЯВЦЕВ, А. В. ЯКИМЕНКО

История УФ-облучения как метода уничтожения бактерий насчитывает более 100 лет. Способность УФ-излучения дезактивировать бактерии была впервые определена еще в 1877 г. Основы УФ-технологии были заложены в начале XX в. после создания газоразрядных ламп с парами ртути в 1901 г. и их помещения в кварцевый кожух для устранения влияния температурных изменений. Было установлено влияние интенсивности и времени облучения на степень обеззараживания, а также ограничения, связанные с прозрачностью воды. В 1910 г. первые УФ-установки по очистке воды были пущены в Германии и Франции.

В нашей стране УФ-дезинфекция эффективно внедрялась в 50-60-х гг. в первую очередь благодаря работам, проделанным в АКХ им. К. Д. Памфилова [1]. Однако из-ча низких технико-эксплуатационных показателей первых промышленных УФ-установок предпочтение было отдано хлорированию. До последнего времени уровень развития этой технологии в России оставался практически на уровне достижений тех лет (идеологические и технические подходы к конструкции установок типа ОВ и БАКТ были разработаны еще в конце 40-х годов).

С конца 70-х годов в ряде развитых стран Европы и в США в результате поисков альтернативы хлорированию возрос интерес к ультрафиолету. В первую очередь это было связано с проблемами обеззараживания сточной воды. Необходимость повлекла за собой стимуляцию научных изысканий и вложение средств в развитие этой технологии. Благодаря значительному улучшению качества источников излучения и конструкции реакторов, а также их удешевлению УФ-технология достигла стадии, когда стало возможным создание экономичных и эффективных установок УФ-обеззараживания [2]. Все это позволило с новой точки зрения взглянуть на проблемы обеззараживания при водоподготовке и серьезно рассматривать возможность широкого применения УФ-облучения на крупных станциях очистки питьевой воды [3]. В связи

с актуальностью задач обеззараживания питьевой воды и принятием новых документов, нормирующих ее качество, вопрос об эффективном применении УФ-технологии в России заслуживает самого серьезного рассмотрения. Предметами обсуждения должны быть: разработка рекомендаций по применению УФ-технологии; совершенствование нормирования и методов контроля; определение факторов, влияющих на эффективность процесса обеззараживания; разработка требований, предъявляемых к УФ-оборудованию.

Значительные различия в микробиологическом составе подземных и поверхностных вод требуют различного подхода к их очистке и обеззараживанию.

Подземные воды традиционно считаются свободными от микробных загрязнений в результате фильтрации через почву. Поэтому они либо не обеззараживаются, либо в крайнем случае слабо хлорируются перед подачей в распределительную систему водопровода. Исследования показали, что хотя подземные воды свободны от крупных микроорганизмов (таких как протозоа или гельминты), более мелкие микроорганизмы (вирусы) могут проникать сквозь почву в подземные источники воды [4]. Поэтому даже если бактерии не обнаружены в воде, оборудование для обеззараживания должно быть установлено как фактор безопасности в тех местах, где есть возможность сезонного или аварийного заражения. Для обеззараживания подземной воды УФ-оборудование может быть наилучшим выбором. В отличие от химических реагентов процесс облучения абсолютно не изменяет вкусовых качеств воды.

Поверхностные воды обычно подвержены большему загрязнению и имеют химические и физические параметры, меняющиеся в широких пределах. Кроме бактерий и вирусов, в них присутствуют возбудители паразитарных заболеваний. Очистка воды из таких источников традиционно включает в себя первичное хлорирование, коагуляцию, отстаивание, фильтрацию и заключительное хлорирование. На практике эффективность обеззараживания в ряде случаев пытаются обеспечить за счет увеличения доз хлора (главным образом, первичного хлорирования) до значений намного больших, чем требуется по нормам. Однако и такие меры зачастую не обеспечивают необходимой степени инактивации вирусов и простейших [5], а подача первичного хлора в чрезмерно больших количествах является причиной возникновения хлорсодержащих органических соединений [6].

В настоящее время в мировой практике наметилась тенденция по полной либо частичной замене хлорирования на УФ-облучение [7-8]. Более того, поскольку ультрафиолет не образует побочных продуктов реакции, его доза может быть увеличена до значений, обеспечивающих эпидемиологическую безопасность как по бактериям, так и по вирусам.

Эффективность воздействия на микроорганизмы. Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 240-280 нм. Поглощаясь внутри микроорганизмов молекулами ДНК и РНК, оно вызывает фотохимические изменения в их структуре.

Степень инактивации, или доля погибших под действием УФ-излучения микроорганизмов, пропорциональна интенсивности излучения (мВт/см2) и времени облучения (с). Произведение интенсивности излучения на время называется дозой облучения (мДж/см2) и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизму.

Сопротивляемость различных типов микроорганизмов к УФ-радиации значительно изменяется: от малых доз для бактерий до очень больших для спор и простейших. Значения доз облучения, необходимых для инактивации 99,9 % микроорганизмов в лабораторных условиях, приведены в таблице. Следует отметить, что штаммы бактерий, развивающиеся в природных условиях, отличаются от культивируемых в лабораториях в сторону повышенной сопротивляемости к внешним воздействиям. Тем не менее, приведенные в таблице данные позволяют сравнить относительную сопротивляемость микроорганизмов к УФ-облучению.

Известно, что УФ-излучение действует на вирусы намного эффективнее, чем хлор [9]. Проведенные на реальной воде исследования по обеззараживанию зараженной вирусами подземной воды показали, что УФ-облучение при дозе 25 мДж/см2 является более вируцидным, чем хлорирование, даже если доза остаточного хлора составляет 1,25 мг/л при времени контакта 18 мин [4]. Применение УФ-обеззараживания при подготовке питьевой воды позволяет, в частности, во многом решить проблему удаления вирусов гепатита А, которая не всегда решается при традиционной технологии хлорирования.

Следует подчеркнуть, что по отношению к цистам патогенных простейших полную степень очистки не обеспечивает ни один из методов обеззараживания (в реальных для практики дозах). Для удаления этих микроорганизмов рекомендуется сочетать процессы обеззараживания с коагуляцией, отстаиванием, фильтрацией.

Нормирование и методы контроля. Для оперативного санитарного и технологического контроля эффективности и надежности обеззараживания воды УФ-излучением, как и при хлорировании и озонировании, может применятся определение бактерий группы кишечной палочки (БГКП) [1]- Использование БГКП для контроля качества воды, обработанной УФ-излучением, основывается на том, что основной вид этой группы бактерий E.coli обладает одним из самых высоких коэффициентов сопротивляемости в общем ряду энтеробактерий, в том числе и патогенных, к данному фактору воздействия (таблица).

Поскольку нормативы по БГКП основывались на обобщении практики хлорирования, важным представляется сравнить дозы, необходимые для инактивации бактерий и вирусов при хлорировании и УФ-облучении, с дозами, необходимыми для инактивации E.coli. В работе [7] показано, что при дозах УФ-об-лучения и хлора, обеспечивающих одинаковый эффект обеззараживания по колииндексу, воздействие ультрафиолета на вирусы будет сильнее, чем в случае применения хлора (рисунок).

Несмотря на многолетнюю практику применения в России ультрафиолета для обеззараживания воды, единственным критерием при его использовании является бактериологический анализ. И хотя этот тип анализа остается наиболее надежным и корректным способом оценки качества обеззараживания, для контроля необходимо иметь оперативный показатель, аналогичный остаточной концентрации реагента при хлорировании и озонировании. Для УФ-технологии таким показателем является доза облучения.

Опыт применения ультрафиолета в мировой практике показывает, что если в установке обеспечивается доза облучения не ниже определенного значения, то при этом гарантируется устойчивый эффект обеззараживания. Одними из первых норму по дозе облучения приняли США в 1966 г. Минимальная доза облучения, согласно требованиям NSF, должна быть не менее 16 мДж/см2. Впоследствии нормы дозы обеззараживания были приняты и рядом других стран. Для сравнения доза облучения в выпускаемых в России установках БАКТ-5 и ОВ-50 составляет 6 и -10 мДж/см2, что позволяет говорить о надежной их эксплуатации лишь при расходах воды, существенно (в разы) ниже паспортных. Более современные системы серии УДВ (НПО "ЛИТ") соответствуют критерию по дозе >16мДж/см2.

Контроль за эффективностью работы. При обеззараживании воды контроль за выполнением норм подачи дезинфектанта является обязательным требованием. Если для химических реагентов существующие нормы определяют как нижний, так и верхний предел разрешенной концентрации реагента, то передозировка в УФ-облучении не является проблемой в связи с отсутствием негативных явлений в отличие от технологии хлорирования и озонирования.

Практика применения установок УФ-облучения показывает, что основными причинами снижения дозы облучения в УФ-реакторе являются: выход из строя ламп – контролируется по напряжению или току на одной или группе ламп; снижение их интенсивности за счет старения – современные УФ-источники обладают стабильным временем работы порядка 1 года, и их ресурс может определяться по счетчику времени наработки; загрязнение кварцевых чехлов или резкое ухудшение качества воды (коэффициента поглощения ультрафиолета водой) – определяется по показаниям ультрафиолетового селективного фотодатчика.

Необходимость слежения в современных УФ-установках только за электрическими параметрами позволяет легко автоматизировать процесс контроля за дозой облучения и обеспечить отклик на ее снижение ниже установленного "худшего" предела начиная от вывода световой и звуковой сигнализации на центральный пульт диспетчера и до автоматического включения дополнительных секций обеззараживания и перекрытия потока воды.

Эффект последействия. Иногда выдвигается тезис о принципиальном ограничении применения УФ-обеззараживания, как и озона, из-за отсутствия эффекта "последействия", что не позволяет обеспечить пролонгированный обеззараживающий (бактерицидный) эффект в разводящих сетях. В то же время часто неверно трактуется представление о защитной барьерной роли остаточного хлора против вторичного заражения воды.

Экспериментальными и натурными исследованиями установлено, что в общем случае остаточный хлор в концентрациях, регламентируемых ГОСТ "Вода питьевая" (0,3-0,5 мг/л), не является барьером при вторичном заражении питьевой воды [10]. Учитывая это, ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством" не требует обязательного наличия остаточного хлора в распределительной сети. Более того, в соответствии с буквой нормативного подхода, показатель остаточного хлора (0,3-0,5 мг/л) является лишь оперативным показателем правильности осуществления технологического процесса обеззараживания воды непосредственно на очистных сооружениях водопровода перед подачей воды в сеть. Истинным нормативным показателем при этом продолжает оставаться только бактериальный анализ.

Поэтому следует подчеркнуть, что единственным надежным гарантом предупреждения вторичного загрязнения и бактериального заражения питьевой воды может служить лишь надлежащее санитарно-техническое состояние водопроводной сети и связанного с нею оборудования (колонки, вантузы, гидранты), а также готовность соответствующих служб к проведению необходимых организационно-технических мероприятий по оперативному предотвращению повторного загрязнения, что должно рассматриваться как аварийная ситуация. В этом смысле поддержание высокой концентрации остаточного хлора в сетях (зачастую выше нормы) необходимо рассматривать как одну из временных мер. Если же это принимается за обоснованную практику, то об этом стоит лишь сожалеть.

Возвращаясь к проблеме внедрения УФ-технологии в системах с протяженными групповыми водоводами, целесообразно осуществлять процесс УФ-обеззараживания как перед подачей воды в сеть (после очистных сооружений, накопительных резервуаров, насосных станций), так и непосредственно перед потребителем (разводящая сеть). Все вышеизложенные тезисы подтверждаются отечественным и зарубежным опытом как в области очистки воды, так и в области эксплуатации сетей. Известно, что в России и за рубежом в ряде крупных городов (населением в сотни тысяч человек) не применяют хлорирование при подаче воды в сети, обеспечивая высокий уровень сани-тарно-технического состояния очистных сооружений водопровода и сетей.

Следует подчеркнуть, что применение любой из технологий обеззараживания (хлорирование, озонирование, УФ-обработка) должно быть экологически и экономически обоснованным с учетом конкретных местных условий, опираясь на опыт и мнение санитарно-эпидемиологических органов и служб эксплуатации.

Выводы

Практическая эффективность обеззараживания воды ультрафиолетом, отсутствие отрицательных побочных эффектов УФ-излучения, наличие надежных методов технологического и санитарного контроля за процессом, отечественный и зарубежный опыт эксплуатации УФ-установок обеззараживания воды, а также серийный выпуск отечественных установок, соответствующих требованиям международных стандартов, позволяют рекомендовать более широкое использование УФ-излучения для обеззараживания питьевой воды как из подземных, так и из поверхностных источников водоснабжения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколов В. Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами. – М.: Стройиздат, 1964.
2. Progress in waste water disinfection technology // Proceedings of the national symposium, Cincinnati, Ohio, September 18-20, 1978.
3. Largest UV water treatment plant succeeds in U.K. // Water and Wastewater International, 1988. V. 3. №. 2.
4. Wolfe R. L. Ultraviolet disinfection of potable water // Envir. Sci. Technol.
1990. V. 24. 5. Романеи ко НА. Изучение барьерной роли сооружений водопроводных станций в отношении возбудителей паразитарных заболеваний // Второй международный конгресс "Вода: экология и технология": Тез. докл. -М, 1996.
6. Новые решения в подготовке питьевых вод / М. Г. Журба, Т. Н. Любина, Е. А. Мезенева и др. // Водоснабжение и сан. техника. 1994. № 1.
7. Потапченко Н. Г., Савлук О. С. Использование ультрафиолетового излучения в практике обеззараживания воды // Химия и технология воды. Т. 13. № 12.
8. Gibsоn P. The case for UV // World Water and Environmental Engineer. 1991. March.
9. Bosch A. Comparative resistance of bacteriophages active against Bacteroides fragilis to inactivation by chlorination or ultraviolet radiation // Water Science and Technology. 1989. V. 21. №. 3.
10. Рекомендации по технологии хлорирования для устранения биологических факторов ухудшения качества воды в протяженных водоводах. – М.: ОНТИ АКХ, 1982.

UV-TECH: обеззараживание бассейнов, бактерицидные установки, обеззараживание питьевой воды

 

Rambler's Top100 АкваЭксперт.ру: рейтинг сайтов водной тематики Яндекс цитирования UV-TECH - полный цикл водоочистки и водоподготовки, УФ обеззараживание Рейтинг