Pexels
У каждого девятого жителя планеты нет доступа к чистой воде рядом с домом. И ситуация постоянно ухудшается. Спасут ли человечество технологии очистки и вторичное использование воды?
По оценкам ООН, к 2050 году на Земле будут жить 9,8 млрд человек. Изменение климата, а также развитие сельского хозяйства и промышленности для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения приведут к серьезному сокращению доступных водных ресурсов.
Согласно исследовательскому проекту WaterAid, 60% населения планеты уже сейчас живет в районах, где водоснабжение не может или скоро прекратит удовлетворять спрос. Водный кризис наиболее болезненно проявляется на Ближнем Востоке, в Центральной Азии и Северной Африке.
Россия в рамках прогнозного горизонта 2040 года находится в зоне низко-среднего риска.
Институт мировых ресурсов
Как развитые, так и развивающиеся страны сталкиваются с одной общей проблемой — ростом объемов промышленных и городских сточных вод. Это, в свою очередь, побуждает разработчиков из разных стран к поиску новых и все более совершенных технологий очистки воды.
Традиционные методы очистки включают использование адсорбентов, обратного осмоса, ионного обмена и электростатического осаждения.
Их недостатки — высокая стоимость, плохая возможность повторного использования и низкая эффективность.
Несмотря на прогресс, достигнутый в разработке новых технологий за последнее десятилетие, их использование ограничено в основном из-за свойств материалов и стоимости.
Согласно аналитическому агентству Mordor Intelligence, в 2020 году объем мирового рынка технологий очистки воды оценивался на уровне $50,5 млрд. До 2026-го рынок ежегодно будет расти примерно на 7% из-за быстро сокращающихся ресурсов пресной воды во всем мире. Спрос растет также со стороны разработчиков месторождений сланцевых углеводородов, производителей биотоплива и др.
Негативно повлияла на рынок пандемия COVID-19. Но она же привела к появлению новой технологии, которая позволяет обнаружить коронавирус в сточных водах. Метод позволяет измерить присутствие РНК-генетического материала SARS-CoV-2 (рибонуклеиновая кислота) в человеческих фекалиях в системе сбора сточных вод.
Исследования в Нидерландах показали связь между объемом вирусного материала в сточных водах и количеством случаев заражения в данном районе и помогают отслеживать эпидемиологическую ситуацию и эволюцию вирусов.
Эта методика была также протестирована в 2020 году в более чем 40 штатах Америки, причем в университете Аризоны помогла предотвратить вспышку коронавируса, где выявили двух человек с бессимптомным течением болезни.
Перечислим пять наиболее инновационных, по нашему мнению, технологий очистки воды.
1. Мембранное разделение
Это давний и популярный метод очистки воды от примесей и загрязнителей. Есть много технологий, которые работают как фильтр: пропускают воду через пленку с микроскопическими отверстиями. Вода проходит, а загрязняющие частицы застревают на мембране.
Методы современного мембранного разделения, такие как обратный осмос (удаляет частицы даже размером 0,001-0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители и т.д.), могут очистить воду от 99,5% примесей. Но для этого размер пор должен быть менее микрона. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются).
2. Облучение
Как следует из названия, этот процесс основан на воздействии радиации на сточные воды, чтобы уничтожить органические загрязнители. Источники излучения — от гамма-лучей до ультрафиолетового света.
Облучение обычно используют для обеззараживания, но некоторые методы, например, ионизирующее облучение, в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода улучшают эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы.
Современные системы УФ-обработки предлагают применять светодиодные лампы. Сейчас такие лампы начинают активно внедрять в коммунальном секторе, а также используются NASA в космических разработках агентства.
Второй способ — это гидрооптические технологии. Они позволяют использовать несколько раз энергию фотонов, так как ультрафиолетовые лучи отражаются от стенок кварцевой камеры. Это повышает эффективность дозы УФ-облучения для уничтожения сложных вирусов, например, коронавируса или аденовируса.
Артур Душенко, главный инженер VODACO, Россия:
«Вирусы и бактерии, поступающие в водоемы со сточными водами, в дальнейшем могут попадать в системы коммунального водозабора на том же водоеме.
Современные системы реагентной дезинфекции с использованием гипохлорита натрия или жидкого хлора не способны обезвредить все бактерии, так как многие из них, такие как Cryptosporidium или Giardia (криптоспоридии или лямблии.
— РБК Тренды), устойчивы к воздействию хлора так же, как и сложные формы вирусов — аденовирус и коронавирус (как яркий пример — SARS-CoV-2).
Системы УФ-дезинфекции на базе технологии HOD UV обеспечивают дозу воздействия на данные микроорганизмы в 120 mJ/cm2 и выше — это необходимое условие для обезвреживания вируса, разрушения цепочки РНК и угнетения способности к восстановлению. В России стандарт воздействия ограничен на законодательном уровне — 30 mJ/cm2».
3. Очистка наночастицами
Люди давно используют такие вещества, как древесный уголь, для очистки воды путем адсорбции. При очистке наночастицами используется та же механика, но с частицами в наномасштабе.
Различные типы наноматериалов — металлические наночастицы, наносорбенты, биоактивные наночастицы, нанофильтрационные (NF) мембраны, углеродные нанотрубки (УНТ), цеолиты и глина — оказались эффективными материалами для очистки сточных вод. Их использование устраняет пестициды и тяжелые металлы в воде.
Углеродные нанотрубки также рассматривают как прорывную технологию для опреснения морской воды до стадии питьевой. Основной недостаток технологии — стоимость.
4. Биоаугментация
Органический способ очистки представляет собой добавление в воду смеси микроорганизмов, которая разрушает и удаляет загрязнения.
Эти микроорганизмы включают ферменты и безопасные бактерии, которые естественным образом разлагают загрязняющие вещества, такие как масла или углеродные продукты.
Но биоаугментация может влиять на экосистему микрофлоры и, как следствие, нарушать процесс очистки. Поэтому эту технологию пока нельзя использовать для получения питьевой воды.
Бациллы. Используются в нефтепереработке для очистки от хинолина ( Mauritius Images / Science Source / Nano Creative)
5. Мембранная биоаугментация
Мембранные биореакторы (MBR) — гибридная технология, которая включает мембранное разделение и биоаугментацию. Сточные воды после биологической очистки при помощи активного ила подают в емкость, называемую биореактором. В этой емкости располагаются мембраны, которые разделяют сточные воды на два потока — активный ил, используемый повторно для биологической очистки, и чистую воду.
На рынке представлены два основных типа MBR — это системы с вакуумным (или гравитационным) потоком и системы под давлением. Вакуумные системы погружаются в воду и имеют мембраны, установленные либо внутри биореакторов, либо в последующем резервуаре. Второй тип MBR, где поток управляется давлением, представляет собой внутритрубные картриджные системы, расположенные вне биореактора.
Преимущество мембранной биоаугментации — небольшая площадь для биологической очистки. MBR-реакторы увеличивают мощность очистных сооружений без увеличения площади конструкций.
Мембранные биореакторы для очистки сточных вод ( Американская ассоциация мембранных технологий)
Ольга Рублевская, директор Департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»:
«Нева — это основной источник водоснабжения в Санкт-Петербурге. Благодаря программе прекращения сброса сточных вод без очистки в Неву и Финский залив в 2021 году уровень очистки достиг 99,5%. К 2030 году весь объем стоков будет перерабатываться на очистных сооружениях. Сейчас наша технологическая схема очистных сооружений состоит из механической, химической и биологической очистки.
- Механическая очистка включает решетки, песколовки, отстойники, в том числе прессование и отмыв отбросов (дополнительное поступление органических веществ в стоки) и преферментацию сырого осадка на стадии отстаивания (увеличение летучих жирных кислот).
- Биологическая очистка основана на технологических схемах UCT (технология Кейптаунского университета) и JHB (технология Йоханнесбургского университета).
- Химическая обработка применяется для удаления фосфатов. Используемый реагент — сульфат алюминия.
Так как в Санкт-Петербурге нет дефицита воды, то в городе нет ни вторичного использования очищенной воды, ни планов по применению таких технологий».
Необходимость через отвращение
Повторное использование сточных вод для орошения и других непитьевых целей стало обычным явлением и существует уже не одно десятилетие. Так, например, в Израиле, почти 90% сточных вод страны используется повторно в сельском хозяйстве.
Для доочистки сточной воды до состояния питьевой необходима надежная технологическая схема, которая включает как минимум пять стадий.
Повторно используют очищенные сточные воды питьевого качества Австралия, Сингапур, Намибия, Южная Африка, Кувейт, Бельгия, Великобритания и США (штаты Калифорния и Техас).
В этих странах очищенной водой пополняют подземные или поверхностные водные источники (плотины).
Речная вода, используемая в различных городах для производства питьевой воды, содержит в себе большие объемы сточных вод. Переработанная вода безопасна для питья, но некоторые люди не могут преодолеть чувство отвращения. Периодически во всем мире проходят акции по преодолению психологических барьеров.
Так, основатель Microsoft Билл Гейтс выпил стакан жидкости, которая была переработана из человеческих фекальных масс в питьевую воду по технологии Omniprocessor Фонда Билла и Мелинды Гейтс.
А французская компания Veolia запустила в Чехии совместный проект с пивоварней Čížová, которая из переработанных стоков сварила пиво.
Чешское пиво Erko, сваренное с использованием переработанных сточных вод ( Veolia)
К вопросу выбора технологии обеззараживания сточных вод
Ключевые слова: сточные воды, обеззараживание, хлорирование, дехло- рирование, ультрафиолет, плата за сбросы.
Защита окружающей среды и создание благоприятных условий для жизни и работы человека всегда является одной из главных задач любого развитого государства или социума.
Для актуализации задач экологического развития и обеспечения экологической безопасности президентом Российской Федерации был подписан указ о проведении Года экологии в 2017 году.
Обеспечение поддержания водных объектов в экологически благоприятном безопасном для водопользования состоянии и является как раз одной из таких задач.
Коммунальные сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний различной природы, представляют собой источник эпиде6 миологической опасности и не могут сбрасываться в водный объект без соответствующей очистки и обеззараживания до определенных индикаторных показателей [1].
То есть стадия обеззараживания является обязательной при очистке сточных вод, что нашло отражение не только в природоохранном законодательстве, но и в правилах для проектирования и строительства сооружений канализации (Свод правил СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения.
Актуализированная редак6 ция СНиП 2.04.03685»).
Методы обеззараживания сточных вод
Существует несколько основных принципиальных методов обеззараживания сточных вод:
1. Обеззараживание хлорсодержащими реагентами:- хлором (жидкий хлор или хлор-газ);- гипохлоритом.2. Обеззараживание ультрафиолетовым излучением.3. Обеззараживание нехлорсодержащими реагентами.
4. Озонирование.
Озонирование не нашло практического применения для обеззараживания коммунальных сточных вод, так как является весьма затратным методом, требующим как сложного комплекса оборудования, так и высоких энергозатрат.
Результаты многолетних исследований, проведенных МГУП «Мосводоканал», показали, что для выполнения требований государственных российских нормативов необходимо использование озона дозой не менее 12 мг/л для доочищенных и 18620 мг/л для очищенных сточных вод [2].
Использование нехлорных реагентов также мало распространено, к тому же и применяется только для небольших сооружений [3], так как применение сильных окислителей, входящих в состав таких реагентов, приводит к образованию различных побочных продуктов, в том числе и таких, на которые отсутствуют гигиенические нормативы и методики их определения. А, в соответствии с п. 4.1.1 СанПиН 2.1.5.980600, сброс сточных вод, содержащих такие вещества, запрещен [1].
В связи с этим предлагается обсудить две основные технологии обеззараживания сточных вод — обеззараживание различными хлорреагентами и обеззараживание УФ-излучением.
Аспекты обеззараживания хлорсодержащими реагентами
Для обеззараживания хлорреагентами в подавляющем большинстве случаев используется один из двух реагентов — жидкий хлор (хлор-газ) или гипохлорит натрия. Положительные и отрицательные аспекты обеззараживания хлорреагентами в целом уже не раз освещались в литературе [4, 5], поэтому в рамках данной статьи рассмотрим аспект влияния хлорирования на состояние окружающей среды.
В настоящее время в РФ обеззараживание хлорсодержащими реагентами применяется практически на двух третях очистных сооружений, на которых десятки тысяч тонн хлора и гипохлорита натрия в год расходуются на обеззараживание сточных вод.
Все эти хлорагенты в результате попадают в реки, озера, подземные горизонты, так как на подавляющем большинстве сооружений, насколько известно авторам статьи, не производится дехлорирование обеззараженных хлорреагентами сточных вод. Законодательно сточные воды, прошедшие хлорирование, должны пройти стадию дехлорирования. Это указывается в МУ 2.1.5.
800699 «Организация госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод. Методические указания» и в уже упомянутом Своде правил СП 32.13330.2012.
В качестве экономического рычага для перехода на современные, эффективные и безопасные технологии существует система штрафов за выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду.
Если взглянуть на хронологическую последовательность принятия законодательных и подзаконных актов, то становится понятно, что в будущем вопросу взимания штрафов будет уделяться гораздо больше внимания, нежели ранее.
В постановлении Правительства Российской Федерации №344 от 12 июня 2003 года был установлен норматив платы за сброс одной тонны хлора, равный чуть более 27,5 млн. руб. В 2015 году (через 12 лет) утверждается новый перечень контролируемых загрязняющих веществ.
Этот перечень приведен в распоряжении Правительства РФ №13166р от 8 июля 2015 года «Об утверждении перечня загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды».
Здесь к хлору уже добавляются хлорорганические соединения, показывающие то, что государство начинает активную политику по ужесточению сброса различных побочных продуктов обеззараживания, связанных с применением хлора и хлорсодержащих реагентов.
И в подтверждение этому в 2016 году публикуется постановление Правительства РФ №913 от 13 сентября 2016 года «О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах», заменяющее ПП РФ №344, и в котором устанавливаются ставки платы за загрязнение веществами, приведенными в перечне 2015 года.
Величина платы косвенным образом характеризует, насколько опасным и вредным считается данный загрязнитель для окружающей среды. Плата за сброс одной тонны «хлора свободного, растворенного и хлорорганических соединений» по ПП РФ№913 составляет 73 553 403 руб.
Это самая высокая ставка во всем документе, аналогичная плата взимается, например, за сброс одной тонны чистой ртути.
По нашему частному мнению, величина штрафа является крайне завышенной, так как в одну штрафную ставку объединены совершенно разные по вредности воздействия вещества, а их методическая неопределенность (например, хлорорганические соединения — какие?) может создавать почву для манипуляций со стороны контролирующих органов.
Необходимо отметить, что нормирование по хлорорганическим соединениям, введенное в перечень в 2015 году, будет актуально при использо6 вании обоих хлорсодержащих реагентов, так как и хлор, и гипохлорит при попадании в сточную воду образуют хлорорганические соединения как побочные продукты обеззараживания. Причем дехлорирование не устраняет возможность начисления штрафов, так как удаляет только остаточный хлор, но не уже образовавшуюся хлорорганику.
УФ-обеззараживание
Ультрафиолетовое излучение для обеззараживания сточных вод (УФ- обеззараживание) уже давно и широко применяется и в мире, и на территории нашей страны. По нашим данным, более 20% очистных сооружений канализации в РФ используют станции УФ-обеззараживания.
Достоинствами УФ-обеззараживания являются:
1. Эффективное обеззараживание в отношении всех типов индикаторных и патогенных микроорганизмов, в то время как хлорсодержащие реагенты зачастую не обеспечивают достаточной эффективности по вирусам и простейшим.2.
При обеззараживании УФ-излучением не образуются побочные продукты — нет негативного воздействия на водные объекты, а значит, нет и штрафов.3. Нет опасности передозировки.4. Легкий и простой контроль над процессом обеззараживания — нет необходимости в системе дозирования и дополнительным системам контроля.5.
Независимость эффекта обеззараживания при колебаниях качества сточных вод в пределах проектных параметров — не требует постоянной подстройки под текущее качество сточных вод.6. Минимальная занимаемая площадь — нет нужды в дополнительных сооружениях (таких как контактный резервуар для дехлорирования).7.
Возможность «вписаться» в уже существующие здания или сооружения — например, при модернизации ОСК и замене хлорирования на УФ-обеззараживание.
8. Низкие эксплуатационные расходы — только на замену ламп раз в полтора-два года и электроэнергию.
При обеззараживании сточных вод даже условные недостатки УФ-обеззараживания (отсутствие эффекта «последействия») становятся достоинствами — нет никакого воздействия на биоценоз водоема и окружающую среду в целом.
Выбор метода обеззараживания
Исходя из реальной ситуации, при выборе метода обеззараживания для новых очистных сооружений альтернатива невелика: либо гипохлорит, либо ультрафиолет.
Жидкий хлор, в силу своей опасности и связанными с этим требованиями Ростехнадзора, в основном используется на уже действующих сооружениях как изначально заложенная в них технология.
При модернизации существующих сооружений в большинстве своем переходят на УФ-обеззараживание, что отмечено в справочнике НДТ для городских очистных сооружений [3].
Справочник ИТС 1062015 по применению НДТ, который и был создан для облегчения выбора применяемых технологий при очистке сточных вод, в качестве наилучшей доступной технологии для обеззараживания приводит именно использование ультрафиолета. УФ-облучение — это технология, в полной мере отвечающая требованиям и определениям наилучшей доступной технологии: она универсальна, эффективна, без воздействия на окружающую среду и уже применяется на территории России.
Нормы для проектирования СП 32.13330.2012 также предписывают использование УФ-обеззараживания, В п. 9.2.11.
2 которых указано: «Обеззараживание сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, рекомендуется производить ультрафиолетовым излучением».
Далее указывается, что допускается обеззараживание хлорсодержащими реагентами «при обеспечении обязательного дехлорирования обеззараженных сточных вод перед сбросом в водный объект».
Учитывая рост интереса со стороны контролирующих органов за сбросом хлорорганических соединений, связанный, в том числе, и с потенциальными колоссальными штрафами за загрязнение окружающей среды, видится правильным использовать технологию, не допускающую образования таких соединений, то есть УФ- обеззараживание.
Экономическое сравнение двух методов обеззараживания (применение гипохлорита или УФ-излучения) также показывает значительную эксплуатационную выгоду при внедрении УФ-обеззараживания. Годовая экономия в эксплуатационных расходах составляет 50% и более при сопоставимых капитальных затратах [5].
Еще большую динамику по тотальному отказу от хлорирования сточных вод и переходу на физические методы обеззараживания мы наблюдаем в последние десятилетия в США, Европе и индустриально развитых странах Азии.
Так, в США более 70% действующих и практически все проектируемые очистные сооружения канализации применяют УФ-обеззараживание. В Южной Корее успешно завершилась государственная программа по отказу от хлорирования сточных вод и переходу на УФ-обеззараживание.
Сейчас все очистные сооружения канализации в стране оснащены станциями УФ-обеззараживания.
Решение не только технологических, но и экологических задач при проектировании и строительстве очистных сооружений канализации становится все более актуальным в нашей стране.
Природоохранное законодательство фокусируется на применении экологически безопасных технологий, в том числе и при обеззараживании сточных вод.
В таких условиях именно переход на использование бесхлорных технологий обеззараживания, не приводящих к образованию хлорорганических загрязнителей, является адекватным решением.
Литература:1. Санитарные правила и нормы СанПин 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. — М., Минздрав России, 2000.2. Загорский В. А., Козлов М. Н., Данилович Д. А. Методы обеззараживания сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 1998. №23.
Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 10-2015. Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов. — М., Бюро НДТ, 2015.4. Бреслов Б. Е., Бивалькевич А. И., Смирнов А. Д., Стрелков А. К.
Эффективность и экономическая целесообразность промышленных методов обеззараживания сточных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. №1
5. Бивалькевич А. И., Смирнов А. Д. Ультрафиолетовая технология — самый актуальный способ обеззараживания сточных вод. // Водоснабжение и канализация. 2015. №1.
About the choosing of wastewater disinfection technology
Tightening environment protection legislation for chlorine and chlorine by-products discharge drives to implement modern environment-safe and effective chlorine-free technologies for wastewater disinfection. UV disinfection is effective and environment friendly technology for wastewater disinfection. Its implementation eliminates fees for discharge of chlorine and chlorine by-products.
Keywords: wastewater, disinfection, chlorination, dechlorination, ultraviolet, fee for discharge.
Alexander Smirnov, Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher, ECC NII VODGEO 119435, Russia, Moscow, B. Savvinsky per., 9, p. 1.E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Alexander Strelkov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department «Water Supply and Wastewater», Samara State University of Architecture and Civil Engineering 443001, Russia, Samara, Molodogvardeyskaya Str., 194. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Andrey Tkachev, Deputy General Director for Technology, LIT, 107076, Russia, Moscow, Krasnobogatyrskaya ul., 44. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Журнал «Вода Magazine», №10 (122), 2017 г.
Самые популярные способы обеззараживания и очистки сточных вод — список
Обеззараживание сточных вод предотвращает распространение кишечных инфекций. Дезинфекцию проводят химическими веществами, кислородом, ультразвуком. После обработки стоки сливают в водоемы или используют повторно.
Для чего нужна очистка стоков
Цель обеззараживания сточных вод — уничтожение болезнетворных микроорганизмов и предотвращение распространения кишечных инфекций. Дезинфекция — заключительный этап обработки сточных вод.
Предварительная очистка уничтожает до 95 % болезнетворных микробов. Но даже малое количество бактерий, попавших в водоемы, может вызвать вспышку кишечной инфекции.
Дезинфекцию проводят перед выводом канализации в крупные водоемы — реки, озера. Используемые повторно для технических нужд стоки также подвергаются обязательной дезинфекции. Обеззараживание стоков направлено на сохранение экологической безопасности.
Какие бывают стоки
Стоки бывают:
- хозяйственно-бытовые — из домов, дач, санаториев, пищевых организаций, культурных зданий, магазинов;
- промышленно-бытовые — от различных предприятий;
- от медицинских организаций, в том числе инфекционных больниц;
- от предприятий животноводства и птицеводства;
- стоки шахт, карьеров;
- ливневые;
- дренажные.
Хозяйственно-бытовые стоки сильно загрязнены микроорганизмами, органическими частицами. Перед дезинфекцией их очищают механическим и биологическим методом. Состав промышленных стоков зависит от особенностей работы предприятия.
Наиболее опасны в плане инфицирования сточные воды от инфекционных больниц, животноводческих и птицеводческих учреждений. Наименьшим загрязнением отличаются дренажные, ливневые стоки.
К просмотру познавательный сюжет:
Методы обеззараживания сточных вод
Наличие болезнетворных микроорганизмов в канализации определяют с помощью анализа под названием коли-титр или коли-индекс. Суть анализа — определение наименьшего объема воды, в котором обнаруживается кишечная палочка. Сама она относится к условно-патогенной флоре и заболеваний не вызывает. Но ее наличие указывает на возможное присутствие патогенной флоры.
Необработанные сточные воды запрещается сбрасывать в водные объекты. Сначала нужно провести их дезинфекцию до достижения следующих критериев:
- общие колиформные бактерии — менее 500 КОЕ на 100 мл;
- термолабильные колиформные бактерии — менее 100 КОЕ на 100 мл;
- колифаги — менее 100 КОЕ на 100 мл.
Обеззараживание проводится физическими, химическими, биологическими методами:
- Химические методы основаны на добавлении в сточные воды дезинфицирующих средств — хлора, марганца, аминов. Это дешевый способ обеззараживания, но при этом ухудшаются качества воды. Высок риск образования токсичных соединений, формирования устойчивости микроорганизмов к хлору.
- Физические методы включают обработку стоков озоном, ультрафиолетом, ультразвуком. Вода при этом не изменяет состав, сохраняется ее безопасность для последующего использования, нет риска выработки устойчивости микробов. Но физические методы обеззараживания требуют больших затрат, наличия специальных установок.
- Биологические методы применяются крайне редко. Обеззараживание проводится путем слива канализации в специально созданные пруды, где на них воздействуют живые организмы — микроскопические рачки, полезные бактерии. Способ затратный, требует много времени.
Дополнительно читайте статью про обеззараживание питьевой воды.
Хлорирование
Экономически выгодный способ обеззараживания. В сточные воды добавляют соединения, выделяющие активный хлор:
- оксид хлора;
- известь;
- хлорноватистый кальций, натрий.
В начале XX века этот метод остановил вспышки кишечных инфекций. Под действием хлора нарушается структура микроорганизмов, они погибают. В хлораторах готовят раствор хлора необходимой концентрации и подают его в стоки.
Виды хлораторов:
- непрерывного действия — постоянно подают установленные дозы хлора;
- порционные — выдают установленную порцию хлора через равные промежутки времени;
- регулирующие — автоматически изменяют дозу реагента с учетом количества сточных вод.
Хлорсодержащие вещества вредны для здоровья человека, работать с ними можно только в защитной одежде. Постоянное использование хлоридов ведет к коррозии металлических поверхностей. В хлорированной воде гибнут живые обитатели водоемов.
Йод и бром
Йод и бром обладают окисляющим действием, разрушая оболочку микроорганизмов. Отличаются большей эффективностью обеззараживания по сравнению с хлором, так как сильнее действуют на вирусы. Йод используют в замкнутых водных системах — например, на космических станциях.
Однако йодирование и бромирование сточных вод не получает широкой распространенности. Стоимость этих соединений значительно выше, чем хлорных.
Озонирование
Озон — сильный окислитель, разрушает микроорганизмы путем повреждения их оболочки. Обеззараживание сточных вод озонированием экологически безопасно.
Озон разлагается за полчаса, образуя кислород, не оставляет запаха. Поэтому сточные воды после озонирования можно использовать повторно. Эффективность обеззараживания озоном достигает 100 %.
Но быстрое разложение озона является одновременно и недостатком. После его распада до кислорода снова появляется риск инфицирования стоков. Активный кислород вызывает коррозию металлических поверхностей. Частое озонирование приводит к быстрому изнашиванию канализационных труб, арматуры.
Установки для озонирования массивные, требуют много места. Устанавливать их может только специалист. Поэтому обеззараживание озоном затратно.
Ультразвук
Ультразвуковые волны уничтожают микроорганизмы, создавая вокруг них область повышенного давления. Действует преимущественно на бактерии. Область распространения ультразвука небольшая, обеззаразить можно тонкий слой воды. Поэтому метод для дезинфекции стоков практически не применяется.
Ультрафиолетовое обеззараживание
Ультрафиолетовое облучение губительно воздействует на микроорганизмы, нарушая их способность делиться. Для обеззараживания воду пропускают через трубу с кварцевыми лампами. Ультрафиолет уничтожает вирусы, бактерии, грибы, споры.
Обеззараживание УФ-лучами не изменяет качественный состав воды, безопасно для живых организмов в водоемах. Установка для ультрафиолетового обеззараживания небольшая, легко монтируется. Сам процесс не требует больших затрат ресурсов.
Комбинированные методы очистки стоков
Для достижения наибольшей экономической выгоды и экологической эффективности обеззараживания применяют комбинированные методы. Ультразвуковые волны сочетают с ультрафиолетовым облучением, что позволяет добиться полного уничтожения патогенных микробов в больших объемах канализации.
С ультрафиолетовым облучением также сочетают озонирование. С любым методом сочетается предварительное нагревание воды.
Обеззараживание сточных вод — заключительный этап их обработки перед сливом в водоемы или повторным использованием. Процедура регулируется законами «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», «Об охране окружающей среды».
- Смотрите видео про системы очистки:
-
-
Сбор и обработку сточных вод осуществляют на очистных сооружениях. Дезинфекция проводится методом хлорирования, озонирования или обработкой ультрафиолетом.
Что вы знаете о методах обеззараживания стоков? Оставляйте комментарии к статье, не забывайте делиться полезной информацией с друзьями из социальных сетей.
Способы обеззараживания сточных вод
Сточные воды (стоки) несут в себе потенциальную опасность заражения патогенными микроорганизмами и химическими веществами, которые могут иметь как неорганическое, так и органическое происхождение.
Поэтому обеззараживание стоков – это актуальная проблема для всех времен.
Если не проводить эффективное очищение от болезнетворных бактерий и вредных веществ, это может вызвать развитие эпидемий – многие инфекционные заболевания с легкостью передаются через воду.
Все типы неочищенных сточных вод содержат возбудителей холеры, дизентерии, брюшного тифа, сальмонеллезы, вирусных гепатитов А и Е, полиомиелитов 1-3 типов, энтеровирусных и аденовирусных заболеваний, лямбиоза, лептоспироза, бруцеллеза, туберкулеза, гельминтозы и еще многих других заболеваний. Болезни, которые вызывают эти микроорганизмы, могут приводить к очень серьезным последствиям для людей. По данным ВОЗ еще в 70-ых годах 2/3 населения земного шара пострадали от загрязнений водоемов.
Обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод проводят для уничтожения патогенных микроорганизмов, чтобы исключить опасность заражения водоемов при спуске в них уже очищенных сточных вод.
Какие бывают сточные воды?
Сточные воды делятся на две группы: стоки производственные и хозяйственно-бытового назначения.
- В бытовых сточных водах содержится огромное количество разнообразных микроорганизмов.
- В производственных стоках микробов обычно меньше, а вот количество веществ (органических и неорганических), которые пагубно действуют на окружающую среду – больше.
Современные методы дезинфекции делятся на:
- химические способы с использованием реагентов (хлор, йод и бром, озон, перманганат калия и пр.);
- физические способы (например, облучение ультрафиолетом).
Все эти методы можно применять, как в комплексе, так и по отдельности. Применение этих методов дезинфекции и очистки позволяет значительно снизить бактериальное загрязнение и повысить качественный уровень воды, которая сбрасывается в водоемы.
Дезинфекция сточных вод хлорированием
Это наиболее применяемый метод обеззараживания. Такая его популярность объясняется:
- хорошей эффективностью;
- доступностью;
- дешевизной.
Но у этого метода есть и ряд значительных недостатков:
- Малая активность хлора по отношению к вирусам. После того, как вода очищена методом хлорирования, она все равно опасна с точки зрения энтеровирусных заболеваний.
- Еще один аргумент против хлорирования – способность хлора (а это галоген) образовывать разнообразные хлорорганические соединения (четыреххлористый углерод, хлороформ, хлорфенол, бромдихлорметан и пр.). Если эти вещества попадают в естественный водоем, то это негативно воздействует на жизнь водных обитателей.
- Кроме того, хлорорганические соединения склонны накапливаться в водорослях, планктоне и в илистых отложениях. А, перейдя по пищевой цепочке, эти соединения попадают в организм человека и наносят вред здоровью.
- Существенный недостаток этого метода – довольно высокая токсичность самого реагента (хлора), что приводит к проблемам при его перевозке, затрудняет хранение на складах и требует строгого соблюдения техники безопасности при его использовании.
Особо опасны очистные сооружения в крупных городах, ведь в них вынужденно созданы огромные запасы хлора. Если в таком хранилище жидкого хлора случится авария, то возникнет серьезная угроза жизни населения.
Дезинфекция бромом и йодом
Соединения брома и йода, используемые в качестве дезинфицирующих веществ, имеют значительную окислительную активность. Этот метод не получил широкого распространения.
При контакте с водой образуются бромамины с высокой бактерицидностью и способностью уничтожать вирусы (в отличие от хлора). Бромамины используют для дезинфекции в бассейнах, а соединения йода – в закрытых системах жизнеобеспечения (например, на космической станции).
Недостатки метода:
- Главное препятствие для широкого применения – высокая стоимость реагентов.
- В процессе может образоваться производное вещество, имеющее токсическое действие.
Дезинфекция сточных вод при помощи озона
Такой метод очистки стоков распространен в США, во Франции и еще некоторых странах Европы. Достоинства метода:
- Озон – газ с более выраженными бактерицидными качествами, чем хлор, так как он очищает воду от вирусов, спор и грибков.
- Этот способ наиболее эффективен, если его использовать на завершающей стадии очистки. До этого воды должны пройти через фильтр и физико-химическую очистку, которая обеспечит снижение количества взвеси в жидкости.
Недостатки:
- Плохая растворимость озона в воде.
- Токсичность и взрывоопасность реагента (озона).
- В процессе возможно образование высокотоксичных побочных продуктов.
В этом материале приведен договор на прием сточных вод в систему канализации населенного пункта.
Как происходит переработка стоков, подробно описано здесь: /ochistka-vody/sv/pererabotka-stochnyh-vod.html.
Дезинфекция стоков с применением других реагентов
1. Иногда в качестве реагента применяют перманганат калия, в народе более известный как марганцовка, которая губительно влияет на микробы и вирусы, но при использовании соединяется с разными веществами, а это быстро снижает дезинфицирующие свойства.
2. Хорошими обеззараживающими качествами обладает пероксид водорода. Он совершенно не образует токсичных веществ, то есть экологически безопасен.
Как видим, это существенно отличает этот реагент от всех предыдущих. К сожалению, эффективная очистка с использованием пероксида водорода возможна, только если он присутствует в высоких концентрациях.
А это сильно повышает стоимость очистки стоков.
3. Еще один эффективный, но дорогой метод очистки – с использованием ионов серебра и меди. Эти реагенты обладают высоким бактерицидным действием.
Дезинфекция сточных вод с применением ультрафиолета
Все выше описанные методы обеззараживания базируются на химическом воздействии. А есть еще и физические способы очистки, а самый распространенный – воздействие ультрафиолетом. Метод имеет целый ряд преимуществ:
- Ультрафиолетовое излучение губительно воздействует на вирусы, бактерии и споры грибков.
- Ультрафиолет стимулирует прохождение фотохимических реакций в клетке микроорганизма, который в результате гибнет.
- При этом на качество воды не оказывается никакого воздействия.
- Если воздействовать на стоки ультрафиолетом, то в воде не образуется никаких токсичных соединений, которые могли бы навредить обитателям водоема.
- Чтобы очистить воду достаточно и краткосрочного воздействия ультрафиолетовых лучей, поэтому воздействие может быть осуществлено в проточном режиме.
- Этот метод экономически выгоден, он дешевле, чем озонирование или хлорирование.
- Установка для ультрафиолетового излучения компактна, то есть этот метод не требует обширных площадей.
- Не нужно строить склад для хранения реагентов, которые могут при неправильном хранении или халатности нанести вред здоровью людей.
Современные высокоэффективные установки могут создавать ультрафиолетовые излучения широкого спектра интенсивности. Чувствительные датчики автоматически меняют настройки установки в зависимости от того, какого качества сточные воды, поступающие на очистку.
Комбинированные методы очистки стоков
Можно сделать вывод, что физические методы обеззараживания экологически безопасны и экономически более выгодны, чем химические.
Например, сейчас производят установки, проводящие ультрафиолетовое обеззараживание сточных вод, которое дополнено действием ультразвуковых волн. Такая установка для дезинфекции практически на 100% уничтожает всю патогенную микрофлору. Есть и установки, сконструированные так, что используют одновременно химические и физические методы воздействия.