Сравнение существующих методов обеззараживания воды

В настоящее время в большинстве населенных пунктов Российской Федерации имеются проблемы с обеспечением населения питьевой водой, соответствующей действующим санитарным нормам.

Проблемы очистки воды и её обеззараживания с каждым годом приобретают всё более важное значение. Рост числа бытовых и промышленных отходов в крупных городах отрицательно влияет на окружающую экосистему, неблагоприятно сказываясь на качестве воды у конечного потребителя. Значительно ухудшается здоровье и самочувствие людей, что ведет к сокращению средней продолжительности жизни населения вследствие преждевременной смерти от хронических заболеваний, связанных с потреблением некачественной воды.

Для того, чтобы очистить природную воду, централизованные станции водоподготовки применяют различные методы, в том числе и химические. Особенно весной, когда вода особенно сильно загрязнена, так как во время таяния снега в источники питьевой воды попадает большое количество вредных веществ. На её очистку в этот период требуется гораздо большее количество реагентов. Именно с этим связан неприятный запах и вкус водопроводной воды, которые потребитель может ощущать.

Что такое питьевая вода? Питьевой считается вода, пригодная к употреблению внутрь и отвечающая критериям качества — то есть, вода, безопасная для здоровья человека и приятная на вкус. В мире эти критерии были утверждены Европейским Сообществом, а затем приняты с некоторой адаптацией каждой из стран. В нашей стране с 1 января 2002 года действует федеральный нормативный документ — «Сан-ПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды».

Ради сохранения здоровья большая часть населения городов стремится быть ближе к природе – наблюдается активный рост числа загородной недвижимости, строятся целые коттеджные посёлки, активно покупаются земельные участки, строятся дома, обустраивается автономное водоснабжение. Однако «сырая» вода из скважины или колодца в большинстве случаев не гарант пользы для здоровья. Загрязнения микробиологического характера могут встречаться и за городом – земли, имеющие непосредственную близость к сельхозугодиям, свалкам и т.д. вбирают в себя такие загрязнения как:

- нитраты;

- аммониты;

- тяжелые металлы;

- болезнетворные бактерии;

- вирусы;

- грибки и прочие загрязнители.

Мы привыкли слышать слово «патогенные» Что оно означает? Термин «патогенный» главным образом относиться к микроорганизмам. Патогенными называются микроорганизмы в воде, распространяющие инфекции, от самых простых до смертельно-опасных. Вода вбирает патогенных распространителей инфекций от бытовых отходов и стоков, которые попадают в источник напрямую или через просачивание через слой почвы.

Бактерии кишечной палочки являются самыми известными и распространенными у большинства населения. Количественно они выражаются коли – индексом (количество бактерий в литре воды). В пробе воды общее количество бактерий выражается показателем – общее микробное число.

Одним из самых распространенных методов обеззараживания воды является обеззараживание хлорированием. Метод, применяющийся как основной для обеззараживания питьевой воды, он же самый первый из открытых. На сегодняшний день самым распространённым оборудованием для хлорирования является – дозирование газообразного хлора хлораторами. Вещество содержится в баллонах под давлением и хранится в на станциях водоочистки в отдельных помещениях. Метод обеззараживания применим к станциям водоподготовки крупных городов и метод пропорционального дозирования насосами – дозаторами.

При хлорировании воды на водопроводных станциях на выходе воду обязательно проверяют на концентрацию остаточного хлора, и показатель коли – титр (кишечная палочка) При высоком содержании свободного хлора воду прогоняют через напорные фильтры с угольной загрузкой, которая имеет повышенную адсорбционную способность. Недостатком такого метода обеззараживания являются эксплуатационные расходы (содержание хлорного хозяйства, периодическая чистка хлораторов и насосов – дозаторов)

Обеззараживание хлором сегодня производится как сборными модульными станциями так и отдельными хлораторами. Наиболее известен на рынке хлоратор марки ЛОНИИ (усовершенствован из более ранних моделей) На мобильных станциях хлорирования обустраиваются операторные, помещения хранения хлора в баллонах под давлением и обязательно газо-анализаторные устройства.

Крупнейшим недостатком метода обеззараживания воды путем хлорирования является способность хлора образовывать новые, более ядовитые вещества и с другим характером действия. Хлорорганические вещества являются устойчивыми и могут оказывать длительное неблагоприятное действие, вследствие повторного нарушения функций организма человека. Современными исследованиями установлено, что 80% всех веществ, образующихся в воде при ее хлорировании, составляет хлороформ. Хлороформ может поступать в организм человека через органы дыхания, желудок, а также кожу и слизистые оболочки. В современных условиях делаются попытки заменить хлор другими реагентами, например, озоном.

Первое применение озона для обеззараживания воды нашло во Франции, как и УФ в начале 20 века. Первые озонаторные установки появились именно там. Озон представляет собой газ голубого цвета, в водной среде является хорошим окислителем. Доза озона в зависимости от загрязнённости воды меняется. Для воды прошедшей предварительную водоподготовку доза озона для обеззараживания не более 1 мг – 1,5 мг/л., для сточной доза для обеззараживания составит уже 5 мг/л.

В сравнении с УФ обеззараживанием оборудование для получения озона довольно громоздкое и энергозатратно. Применяются специальные генераторы озона. Если сравнивать с хлорированием воды, то озон более сильный окислитель и скорость уничтожения бактерий выше во много раз. Доказано, если для уничтожения бактерий полиомиелита требуется хлорировать воду около 1,5 час дозой хлора 0,8 мг/л., то озонирование справляется с такой задачей за 1,5 минуты при минимальной дозе 0,4 мг/л. При озонировании хлороформ не образуется, в этом проявляется его преимущество перед хлорированием но возникают другие вещества – продукты окислительной деструкции, такие как формальдегид, которые ухудшают качество воды, оказывая вредное воздействие на организм человека.

Кроме того, описанные выше реагентные методы обеззараживания воды требуют постоянного лабораторного контроля содержания в воде реагентов и побочных продуктов их использования, что повышает стоимость каждого обработанного кубометра воды.

УФ – обеззараживание

В отличие от хлорирования данный метод имеет минимальные технико-экономические затраты как на этапе внедрения на объект так и при дальнейшей эксплуатации. Рынок предложения по оборудованию гораздо шире, нежели аппаратов хлорирования. Производителей больше, и качество установок везде разное. Установки производителя «Новотех–ЭКО» отличаются долговечностью, лёгкостью эксплуатации (установки со встроенными ультразвуковыми кавитаторами почти полностью исключают обслуживание как таковое). Применение УФ – обеззараживания установками производителя Новотех–ЭКО помогают снизить привкус и запах хлора – доза хлора при совместной работе с уф – обеззараживанием, может быть снижена до минимального порога.

Спектр применения установок гораздо выше из – за компактности оборудования. Первые установки обеззараживания были применены во второй половине 20 века в Германии и Франции. В ходе исследования выявились необратимые повреждения структуры молекул ДНК и РНК как основы воспроизводства живых организмов.

Обеззараживание УФ имеет ограничения по качеству подаваемой воды по:

- цветности; - мутности; - общему железу; - нефтепродуктов.

Поэтому чаще всего данный метод ставится в схему водоподготовки как завершающая стадия.

Главные недостатки метода обеззараживания ультрафиолетом – зарастание кварцевых чехлов, в которые помещаются лампы.

Компания «Новотех–ЭКО» решила данную проблему совместив работу ультразвука и ультрафиолета, зарастание кварцевых чехлов полностью исключается как их своевременная очистка.

Предлагаемый нами оригинальный безреагентный метод обработки воды в едином светозвуковом поле позволяет избежать недостатков, свойственных реагентным методам, и сохранить при этом их положительные свойства. При использовании данного метода качество получаемой воды по химическому составу не ухудшается, а улучшается: из воды удаляется вредное железо, оказывающее повреждающее действие на кожу, к тому же, более токсичные соединения, такие как нитриты, превращаются в менее токсичные нитраты.

В предлагаемом нами методе используется совмещенная обработка воды ультразвуком и ультрафиолетом, что позволяет усилить обеззараживающее действие каждого из этих факторов. Совместная работа ультразвука и ультрафиолета в единой установке позволяет избежать основного недостатка ультрафиолетовой обработки воды – обрастания кварцевых чехлов, что сохраняет результативность обработки в течение длительного времени и исключает частые перерывы в работе, направленные на очистку чехлов. Указанные преимущества позволяют вести непрерывную обработку воды по замкнутому циклу при нахождении в бассейне людей, без вывода бассейна из эксплуатации.

Имеется большой опыт эксплуатации установок, работающих по принципу совмещенного действия ультразвука и ультрафиолета в едином светозвуковом поле, для обеззараживания питьевой воды, воды плавательных бассейнов, сточных хозяйственно-бытовых вод. Особенностью данных установок является модульный принцип их организации: могут работать единично, параллельно, последовательно и смешанно, в зависимости от выполняемых задач.

Для обслуживания установок не требуется постоянный специально обученный персонал. Обслуживание может проводиться штатным электриком учреждения. Установки изготавливаются из материалов, допущенных к контакту с питьевой водой и отвечают предъявляемым к ним санитарно-гигиеническим требованиям. За период эксплуатации меняются только ультрафиолетовые лампы.

В сводной таблице собран анализ различных методов обеззараживания воды.

Показатель Жидкий хлор Гипохлорит Озон Ультрафиолет Ультрафиолет+Ультразвук
Квалификация персонала высокая средняя высокая низкая низкая
Стадии обеззараживания: приготовление/дозирование/смешение +/+/+ +/+/+ +/+/+ +/-/-1 +/-/-1
Недостатки токсичен токсичен, обрастание электродов токсичен обрастание кварцевых чехлов УФ-ламп НЕТ2
Прямые эксплуатационные затраты4 высокие высокие высокие низкие низкие3
Капитальные затраты 5 высокие высокие высокие низкие низкие
Срок окупаемости большой большой большой низкий низкий
Себестоимость 1м3 воды от 7 руб. от 5 руб. от 6 руб. от 2,5 руб. от 3 руб.

1 внутри ультрафиолетовых установок проходят все необходимые стадии для обеззараживания сточных и питьевых вод;

2 не происходит вторичного загрязнения воды токсичными соединениями, образующимися при обеззараживание озоном и различными хлорными окислителями;

3 не требует строительства складских помещения для хранения обеззараживающего реагента, емкостей для приготовления, и оборудования для дозирования и смешения со сточной водой;

4 прямые эксплуатационные затраты включают в себя: затраты на содержание штата, на текущий ремонт, на электроэнергию, на отопление и освещение, на реагенты, прочие неучтенные затраты;

5 капитальные затраты включают в себя: затраты на строительство складского помещения, основного здания, на прокладку реагентапровода и пр.