Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

8306
За последние десятилетия ультрафиолетовое (УФ) обеззараживание воды в коммунальном хозяйстве и промышленности заняло прочное место в ряду других методов обработки и из развивающейся технологии превратилось в традиционную. Такая интенсивная динамика связана как с новым качественным развитием данного метода (его технологическими и экономическими показателями), так и с началом второй технологической революции в области подготовки питьевой воды и очистки сточных вод, которую мы сейчас переживаем. Сама революция вызвана осознанием в 1980-1990-е гг. глобальных экономических, эпидемиологических и медицинских проблем, с которыми столкнулись все индустриально развитые и развивающиеся страны.

За последние десятилетия ультрафиолетовое (УФ) обеззараживание воды в коммунальном хозяйстве и промышленности заняло прочное место в ряду других методов обработки и из развивающейся технологии превратилось в традиционную. Такая интенсивная динамика связана как с новым качественным развитием данного метода (его технологическими и экономическими показателями), так и с началом второй технологической революции в области подготовки питьевой воды и очистки сточных вод, которую мы сейчас переживаем. Сама революция вызвана осознанием в 1980-1990-е гг. глобальных экономических, эпидемиологических и медицинских проблем, с которыми столкнулись все индустриально развитые и развивающиеся страны.

Технология УФ-обеззрараживания: выход на лидирующие позиции

Новые требования к качеству хозяйственно-питьевой воды и отводимых сточных вод сделали применяемые технологии более взаимосвязанными, а достижение требуемых микробиологических показателей любой ценой неприемлемым. Так, на ряде крупных станций очистки сточных вод до недавнего времени были вынуждены не использовать запроектированное хлорирование и сбрасывать необеззараженные сточные воды, так как присутствующие в воде продукты хлорирования нанесут глобальный экологический ущерб водоемам - приемникам сточных вод. Негативное влияние, оказываемое на здоровье людей побочными продуктами дезинфекции, образующимися в результате нерационального применения окислительных технологий (хлорирования, озонирования), а также их недостаточная эффективность по отношению к ряду микроорганизмов (вирусам, цистам простейших, спорам и т. д.) инициировали развитие таких технологий, как мембранная очистка, сорбция, обеззараживание ультрафиолетовым излучением и др., позволяющих сочетать химические окислительные и физические методы обеззараживания воды. В рамках такого подхода УФ-обеззараживание как самый безопасный и в то же время максимально эффективный в отношении всего спектра микроорганизмов метод стало применяться практически во всех схемах подготовки питьевой воды, а его единственный недостаток - отсутствие последействия - в случае необходимости компенсируется сочетанием с другими технологиями. За последние годы технология УФ-обеззараживания сточных вод заняла лидирующие позиции в индустриально развитых странах мира. В США она применяется более чем на 50% крупных и средних действующих станций аэрации с производительностью свыше 100 000 м3/сут, а на строящихся и проектируемых станциях ее запланированная доля составляет более 90%. Интенсивно идет отказ от хлорирования сточных вод в пользу ультрафиолета на действующих станциях. В Южной Корее принята государственная программа по отказу от хлорирования сточных вод и переходу на УФ-метод. В Китае с 2005 г. ежегодно вводятся в строй десятки станций аэрации производительностью свыше 50 000 м3/сут, при этом на подавляющем большинстве применяется метод УФ-обеззараживания. Использование ультрафиолета при обеззараживании сточных вод превалирует и в Западной Европе. Страны бассейна Средиземноморья (Франция, Италия, Испания, Израиль) однозначно делают выбор в пользу УФ- технологии при обеззараживании сточных вод, отводимых в акватории своих побережий и используемых для полива сельскохозяйственных культур. Отдельным, динамично развивающимся направлением для регионов с засушливым климатом и дефицитом пресной воды (Ближний Восток, Калифорния, Австралия и т. д.) является повторное использование сточных вод, прошедших глубокую доочистку. В этой области применение УФ-метода практически не имеет альтернативы в части экологии, экономии и гигиены. В настоящее время применение любой технологии хлорирования для обеззараживания сточных вод требует обязательного дехлорирования. Кроме того, наметившийся переход к применению более безопасных в эксплуатации реагентов (гипохлорита натрия / кальция) также значительно удорожает эту технологию. Как у нас, так и за рубежом указанные факторы сделали ее более дорогостоящей по сравнению с УФ-обеззараживанием.

Технология УФ-обеззараживания находит все более широкое применение в схемах подготовки питьевой воды. В зависимости от поставленных задач и техно­логической схемы УФ-облучение может использоваться в различных точках технологической цепи. В России накопился значительный положительный опыт применения ультрафиолета в системах централизованного водоснабжения, а по ряду позиций в реализации достигнут приоритет по сравнению с ведущими западными странами.

На предприятиях Западной Европы и США УФ-облучение применяют для достижения требуемой степени защиты от возбудителей паразитарных и вирусных инфекций. Даже при приемлемом исходном качестве воды в водоисточнике и отсутствии в питьевой воде нормируемых индикаторных показателей схема водоподготовки должна обеспечивать удаление вирусов и цист простейших на три-четыре порядка для обеспечения гарантированной безопасности. С учетом жестких ограничений по широкому спектру побочных продуктов достижение такой степени защиты каким-либо одним методом невозможно, поэтому модернизация водопроводных сооружений в этих странах, как правило, осуществляется путем наращивания ступеней очистки и применения комбинированных методов обеззараживания. УФ-облучение хорошо вписывается в концепцию множественных барьеров благодаря высокой эффективности в отношении ооцист крипто- споридий, контролю над которыми в Европе и США уделяется большое внимание, а также благодаря отсутствию образования побочных продуктов. Даже в многоступенчатых схемах очистки, включающих сорбцию и/или мембранную фильтрацию и обратный осмос, УФ-облучение применяется в качестве конечного гаранта безопасности воды. Согласно данным французской компании "Дегремон Технолоджи" в ближайшие годы в США по абсолютным финансовым затратам объем внедрения УФ-технологий при водоподготовке превысит объем озоновых технологий, и это с учетом того, что стоимость УФ-метода на 1 м3 обрабатываемой воды в несколько раз дешевле озонирования. Россия не копирует опыт других стран, а развивает собственную практическую и исследовательскую базу. Работы, проведенные ФГУН ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана, Московской медицинской академией имени И.М. Сеченова, Институтом медицинской паразитологии и тропической медицины им. Е.И. Марциновского, ГУ НИИ ЭЧ и ГОС им. А.Н. Сысина, ВНИИ ВОДГЕО, МФТИ, Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, позволили создать нормативную базу по применению УФ-обеззараживания в различных отраслях коммунального хозяйства и промышленности. Благодаря совместным усилиям ведущих водоканалов России в Москве, Санкт- Петербурге, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Уфе и других городах, отраслевых и проектных институтов (НИИ ВОДГЕО, "Ростовводоканалпроект", "Мосводоканал НИИпроект"), Главгосэкспертизы, а также ведущего российского производителя УФ-систем НПО "ЛИТ" в нашей стране накоплен большой практический опыт применения технологии обеззараживания воды ультрафиолетом.

Опыт эксплуатации УФ-станций на очистных отечественных водопроводных сооружениях показывает, что внедрение дополнительной стадии обеззараживания существенно повышает надежность системы питьевого водоснабжения в отношении распространения эпидемиологических заболеваний. Как уже упоминалось, при подготовке питьевой воды УФ-облучение применяется прежде всего для обеспечения обеззараживания в отношении устойчивых к хлорированию микроорганизмов: вирусов и цист простейших. При этом наиболее эффективным является сочетание УФ- облучения и хлораммонизации, которое также позволяет снизить концентрацию хлорорганических соединений в воде, что часто представляет собой приоритетную задачу.

В настоящее время технология УФ-обеззараживания находит все более широкое применение в различных областях: пищевой промышленности, оборотном водоснабжении, фармакологической и электронной отраслях, рыбном хозяйстве и др. Основными направлениями совершенствования УФ-оборудования, а также комплексов и станций являются максимальная автоматизация, улучшение гидродинамики и достижение максимальных показателей источников УФ-излучения: КПД, мощности и ресурса.

УФ-обеззараживание воды, поступающей из подземных водоисточников

Традиционная схема использования УФ-облучения в системах водоснабжения из подземных водоисточников предполагает размещение блока УФ-обеззараживания как можно ближе к потребителю, т. е. на насосной станции, подающей воду в городские распределительные сети. В данном случае хлорирование осуществляется по усмотрению органов Роспотребнадзора и определяется в первую очередь санитарным состоянием и протяженностью разводящих сетей. Системы питьевого водоснабжения, использующие для обеззараживания только УФ-облучение, эксплуатируются в городах Надым (26 400 м3/сут), Кировск (28 000 м3/сут), Нефтекамск (35 000 м3/сут), Димитровград (46 800 м3/сут), Железногорск Курской области (40 000 м3/сут) и др. В Новокуйбышевске для водоснабжения используется подземная вода, качество которой и состояние сетей позволяют не проводить хлорирование для ее консервации. Применение УФ-оборудования на ВНС-1 (50 000 м3/сут) и ВНС-2 (24 000 м3/сут) позволило ликвидировать хлорное хозяйство (рис. 1).

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 1. Станция УФ-обеззараживания подземной воды "ВНС-2", г. Новокуйбышевск

Опыт внедрения УФ-оборудования на зарубежных предприятиях водоснабжения свидетельствует о тенденции к расширению применения метода УФ-обеззараживания в системах подготовки питьевой воды, поступающей из подземных водоисточников. УФ-облучение используется либо как единственный метод обеззараживания, либо в сочетании с хлорированием или озонированием. Различные типы УФ-оборудования той или иной производительности (от 350 до 1600 м3/ч) внедрены на действующих водопроводных станциях Австрии, Испании, Польши, Румынии, Франции, Чехии.

Уф-обеззараживание воды, поступающей из поверхностных водоисточников

В России имеется опыт применения УФ-обеззараживания на этапе первичной обработки природной воды, а также на промежуточных стадиях водоподготовки. В условиях приемлемого качества исходной воды для использования УФ-обеззараживания возможен вариант размещения УФ-блока на этапе предварительной обработки. Такая схема использования УФ-облучения позволяет не только повысить эффективность обеззараживания, но и создать условия для снижения образования хлорорганических соединений в питьевой воде вследствие снижения дозы первичного хлора или периодического его применения для поддержания санитарного состояния сооружений. Первая промышленная станция УФ-обеззараживания питьевой воды производительностью 405 000 м3/сут, работающая по такой схеме, была построена на водопроводной станции в городе Тольятти. В отличие от традиционного применения УФ-облучения на этапе заключительной обработки воды эта схема требует более тщательного обоснования и интеграции с последующими этапами очистки. Применение такого технологического решения позволило сократить потребление хлора на станции в два раза и значительно снизить концентрацию хлороргани­ческих соединений в питьевой воде. Более чем десятилетний опыт эксплуатации этой станции способствовал переходу на аналогичную схему водоподготовки в ряде других городов.

На одной из водопроводных станций города Череповца оборудование для УФ-обеззараживания используется в середине схемы водоподготовки. Качество речной воды не позволяло использовать УФ-облучение на этапе пер­вичного обеззараживания, а проблема образования хлорорганических соединений стояла достаточно остро, поэтому УФ-блок производительностью 125 000 м3/сут (рис. 2) был размещен после осветлителей-рециркуляторов перед фильтрами. В результате этой модернизации потребление хлора снизилось на 40%, концентрация хлороформа в питьевой воде - на 30%. В большинстве случаев УФ-оборудование рационально располагать в конце очистных сооружений, с тем чтобы облучению подвергалась вода, имеющая наиболее высокий коэффициент пропускания УФ- излучения.

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 2. Станция УФ-обеззараживания поверхностных вод, г. Череповец

Удачным решением является сочетание УФ-обеззараживания и хлораммонизации, так как связанный хлор в меньшей степени способствует образованию хлорорганических соединений и дольше сохраняется в сети, а его недостаточно высокая эффективность в отношении устойчивых микроорганизмов полностью компенсируется УФ-обеззараживанием. Примером такого решения служат водопроводные станции Санкт-Петербурга. В 2003-2008 гг. ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга" реализовало комплексную модернизацию системы обеззараживания питьевой воды с целью создания мультибарьерности при водоподготовке в рекордно короткие для России сроки (всего за пять лет). Итогом модернизации стало создание крупнейшего в мире действующего комплекса УФ-станций на базе оборудования производства НПО "ЛИТ", который охватывает водоснабжение Санкт-Петербурга и его пригородов. Максимальная производительность УФ-комплекса составляет более 5,5 млн м3/сут. УФ-обеззараживанию подвергается вода, прошедшая полный цикл очистки, состоящий на разных станциях из одно- или двухступенчатой очистки и обеззараживания хлораминами. Все блоки УФ-обеззараживания размещаются в насосных станциях, подающих воду в городские распределительные сети (рис. 3).

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 3. Блок УФ-обеззараживания, Северная водопроводная станция, г. Санкт-Петербург

Комплекс мероприятий, проведенных на станциях во­доподготовки Санкт-Петербурга, - применение гипохлорита натрия с сульфатом аммония в технологии хлораммонизации в сочетании с УФ-обеззараживанием - позволил ощутимо снизить заболеваемость гепатитом А в городе. По данным Роспотребнадзора по Санкт-Петербургу, с 2004 г. этот показатель снизился в семь раз. Аналогичный подход к построению технологической схемы обеззараживания воды, поступающей из поверхностного источника, будет применен на водопроводных станциях Нью-Йорка (США), где максимальная производительность УФ-комплекса составит более 10 млн м3/сут.

Крупнейший в ЕС проект станции УФ-обеззараживания поверхностной воды реализован в Будапеште (Венгрия). УФ-станция производительностью 600 000 м3/сут предназначена для обеззараживания инфильтрационной воды, поступающей в распределительную сеть города, и позволяет повысить барьерную роль водоочистных сооружений в отношении устойчивых к хлорированию микроорганизмов (рис. 4).

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 4. Станция УФ-обеззараживания поверхностной воды, г. Будапешт (Венгрия)

В России на Слудинской водопроводной станции в городе Нижний Новгород впервые реализована схема водоподготовки, обеспечивающая многоступенчатую очистку и обеззараживание питьевой воды на основе совместного использования современных технологий хлорирования, озонирования и УФ-облучения. Предварительная обработка воды хлораминами минимизирует образование хлорорганических соединений и поддерживает санитарное состояние сооружений. Озонирование повышает эффективность последующей очистки воды, позволяет снизить расход коагулянта и хлора, обеспечивает первичный барьер от микробного загрязнения. Применение озонирования также позволяет добиться высокой прозрачности воды для УФ-излучения, что делает применение УФ-обеззараживания более экономичным. Блок УФ-обеззараживания располагается на заключительном этапе подготовки воды перед подачей в сеть и позволяет обрабатывать до 120 000 м3/сут (рис. 5).

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 5. Станция УФ-обеззараживания поверхностной воды, г. Нижний Новгород

Совместное обеззараживание гипохлоритом натрия и УФ-облучением в конце технологической схемы водоподготовки создает надежный барьер для любых инфекций и гарантирует сохранение эпидемиологической безопасности питьевой воды. В 2011 г. закончилась модернизация водопроводной станции "Малиновая Гряда" в Нижнем Новгороде с применением тех же технологических решений, что и на Слудинской станции: первичной хлораммонизации, озонирования, УФ-обеззараживания, обработки гипохлоритом натрия. Максимальная производительность станции составляет 200 000 м3/сут.

Уф-обеззараживание сточной воды

Для обеззараживания сточных вод применяется УФ-оборудование двух типов - корпусное и лотковое. Каждое имеет свои конструктивные особенности. Корпусные установки могут использоваться как в напорных, так и в безнапорных системах водоотведения. УФ-оборудование лоткового типа предназначено для использования в безнапорных системах водоотведения. Лотковые УФ-системы состоят из устанавливаемых в каналах ламповых блоков (модулей), системы управления и контроля, встроенной в модули системы автоматической механической очистки, и системы регулирования уровня воды в канале: статической или динамической (автоматический регулируемый щитовой затвор). Модули могут иметь разное количество ламп, расположенных вертикально или горизонтально. Устанавливаются модули в поперечном сечении канала и образуют одну или несколько последовательных секций. В настоящее время в России эксплуатируется более 100 станций УФ-обеззараживания сточных вод. Одна из первых промышленных УФ-станций с оборудованием корпусного типа производительностью 290 000 м3/сут была введена в эксплуатацию в городе Тольятти в 2000 г. Долгое время она являлась крупнейшей УФ-станцией в Европе. При проектировании УФ-станции на основе оборудования корпусного типа для существующих очистных сооружений во многих случаях можно обойтись без строительства нового здания, поскольку оборудование может быть размещено в помещении хлораторной. Проектирование лотковых систем является более сложной задачей, поскольку подразумевает строительство в зоне облучения каналов строго определенного сечения. Для размещения лоткового оборудования могут использоваться сооружения, предназначенные для хлорирования, например контактные резер­вуары. Станции УФ-обеззараживания сточных вод лоткового типа различной производительности от 3000 до 1 000 000 м3/сут внедрены как в России, так и за рубежом (в Болгарии, Венгрии, Ираке, Китае, Южной Корее, Польше, Румынии, Турции, Франции, Южной Африке и др.).

Разнообразие климатических условий определяет различное техническое исполнение оборудования УФ- станций. Так, в странах с мягким климатом и непродолжительным зимним периодом успешно эксплуатируются УФ-системы лоткового типа с размещением всего оборудования на открытом воздухе. При этом предусматривается специальное закрытое исполнение шкафов с электрооборудованием и системами управления и контроля (рис. 6).

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 6. УФ-станция лоткового типа наружного ис­полнения, г. Чхильгок (Южная Корея)

Такие УФ-станции успешно эксплуатируются на озере Балатон (18 240 м3/сут) в Венгрии, в городах Канне (20 880 м3/сут) и Шатоле (8400 м3/сут) во Франции, Ушак в Турции (21 600 м3/сут), Чхильгок (20 000 м3/сут) и Гуми (330 000 м3/сут) в Южной Корее, Суджоу (260 000 м3/сут) в Китае и др. В тяжелых климатических условиях, характерных для большей части территории России, с продолжительными снежными зимами и низкими температурами, исходя из обеспечения нормальных условий эксплуатации, УФ-станции с использованием лоткового УФ-оборудования проектируются в закрытых помещениях. Последним достижением в области УФ-обеззараживания стал один из крупнейших в мире комплексов на Люберецких очистных сооружениях Москвы максимальной производительностью 1 350 000 м3/сут (рис. 7).

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Рис. 7. УФ-станция лоткового типа, Люберецкие очистные сооружения, Москва

Его запуск в эксплуатацию состоялся в 2007 г. Блок УФ-обеззараживания состоит из восьми каналов, в каждом из которых последовательно расположены четыре секции в составе двух УФ-модулей вертикального типа, установлен­ных поперек канала. УФ-комплекс включает автоматизированную систему поддержания уровня сточных вод в каждом канале, что обеспечивается посредством изменения положения регулирующего щитового затвора при изменении уровня сточных вод в канале. В комплект каждого модуля также входит автоматическая система механической очистки кварцевых чехлов. УФ-станция эксплуатируется в автоматическом режиме.

* * *

Высокая эффективность УФ-облучения в отношении таких показателей, как вирусы и цисты простейших, делает этот метод незаменимым элементом современной системы подготовки питьевой воды, поступающей из подземных и поверхностных водоисточников. В зависимости от качества воды, этапов очистки и схемы водоподготовки возможны разные варианты размещения УФ-комплекса. Применение УФ-облучения актуально как для традиционной двухступенчатой схемы обработки природной воды, так и в комбинации с этапами глубокой очистки. Прогрессивный подход к обеспечению эпидемиологической безопасности питьевой воды подразумевает использование многоступенчатой схемы очистки и обеззараживания. Использование УФ-облучения на этапе первичного обеззараживания позволяет создать условия для сокращения первичного хлорирования и снижения хлорорганических соединений в питьевой воде. В результате применения связанного хлора в виде хлораминов вместо свободного хлора удается минимизировать образование хлорорганических соединений и максимально стабилизировать остаточную концентрацию хлора в распределительных сетях. Недостаточная эффективность обеззараживания хлораминами компенсируется использованием УФ-облучения на этапе первичного или заключительного обеззараживания. Таким образом, дополнение схемы подготовки питьевой воды этапом УФ обеззараживания - одно из наиболее эффективных мероприятий в направлении обеспечения повышения барьерной роли сооружений в отношении вирусов и цист простейших, создающее условия для корректировки регламента хлорирования с целью снижения хлорорганических соединений.

Обеззараживание сточных вод УФ-излучением представляет собой наиболее перспективный промышленный метод обеззараживания, позволяющий соблюсти баланс между эпидемиологической и экологической безопасностью сточных вод, сбрасываемых в водоемы. В отличие от хлорирования УФ-облучение не влияет на физико-химические показатели обрабатываемой воды, не приводит к образованию побочных и остаточных продуктов дезинфекции и в итоге не нарушает экологию природных водоемов, приемников сточных вод. В то же время УФ-обеззараживание эффективно в отношении бактериального, вирусного и паразитарного загрязнения. Внедрение УФ-оборудования для обеззараживания сточных вод позволяет ликвидировать хлорное хозяйство, которое представляет собой потенциальную опасность для населения и окружающей среды.



Ваша персональная подборка

    Подписка на статьи

    Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

    Рекомендации по теме

    Мероприятия

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Посмотреть

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией




    Обновлено 14.08.2017
    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЭЛЕКТРОННЫЙ КАТАЛОГ
    НАШИ ПАРТНЁРЫНАШИ ПАРТНЁРЫ




    © Актион-МЦФЭР, 2006-2017. Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-68225 от 27.12.2016. Все права защищены.

    По вопросам подписки обращайтесь по телефонам: 
    Москва: 8 (495) 775-48-44 
    Другие регионы: 8 (800) 775-48-44 

    Получите техническую поддержку: 
    по телефону: +7 (495)-937-90-82 
    e-mail: sd@mcfr.ru 

    Политика обработки персональных данных

    
    • Мы в соцсетях
    Сайт использует файлы cookie. Они позволяют узнавать вас и получать информацию о вашем пользовательском опыте. Это нужно, чтобы улучшать сайт. Если согласны, продолжайте пользоваться сайтом. Если нет – установите специальные настройки в браузере или обратитесь в техподдержку.
    Вы - работник сферы ЖКХ? Зарегистрируйтесь!

    Регистрация бесплатная и займет всего 1 минуту!
    После регистрации вы сможете:

    • читать любые статьи сферы ЖКХ на нашем сайте!
    • бесплатно подписаться на ежедневные новости по жилищно-коммунальному и городскому хозяйству
    • оставлять комментарии к материалам
    • задавать вопросы экспертам

    Оставайтесь с нами!
    с заботой о Вас, портал Городское хозяйство и ЖКХ
    По всем вопросам обращайтесь по номеру: +7 (800) 775-48-44

    У меня есть пароль
    напомнить
    Пароль отправлен на почту
    Ввести
    Я тут впервые
    И получить доступ на сайт Займет минуту!
    Введите эл. почту или логин
    Неверный логин или пароль
    Неверный пароль
    Введите пароль