Н. Горєлова
Один із способів знезараження води - обробка ультрафіолетовим випромінюванням. Вона застосовується в різних сферах для водопідготовки, а також при очищенні стічних вод
УФ-опромінення найбільш перспективний метод знезараження води з високою ефективністю по відношенню до патогенних мікроорганізмів, що не приводить до утворення шкідливих побічних продуктів. УФ-обладнання легко вписується в типові технологічні схеми, не потрібно проведення значних будівельних робіт на існуючих спорудах.
Принцип дії
Метод УФ-дезінфекції води вперше був випробуваний ще на початку ХХ століття. У перших роботах по дослідженню впливу ультрафіолетового випромінювання на живі організми було виявлено оптимум довжин хвиль для інактивації мікроорганізмів, що знаходиться в області 250-266 нм, і побудована крива бактерицидного дії (рис. 1). Встановлено, що найбільшим бактерицидну дію мають ультрафіолетові промені з довжиною хвилі від 200 до 295 мкм. Максимум ефективності розташовується близько 254 мкм.
Мал. 1. Крива бактерицидного дії УФ-променів
Розуміння механізму УФ-знезараження було досягнуто в 1960-х рр. при зіставленні дії ультрафіолету з реакціями, що відбуваються в молекулах. Так, встановлено, що інактивація бактерій відбувається в основному за рахунок незворотних ушкоджень ДНК. Іншим впливом УФ-опромінення на мікроорганізми є пошкодження клітинних мембран. Формула для обчислення ступеня знезараження виглядає наступним чином:
де No - кількість клітин до опромінення;
N - кількість клітин після опромінення;
I - інтенсивність УФ-випромінювання;
t - час опромінення;
k - коефіцієнт, що залежить від виду мікроорганізмів.
Опірність багатьох типів мікроорганізмів до УФ-випромінювання значно змінюється: від малих доз (для бактерій) до порівняно великих (для спор). У більшості випадків мікроорганізми за ступенем опірності до УФ-випромінювання розташовуються в такий спосіб: вегетативні бактерії <цисти найпростіших <віруси <бактеріальні спори.
Доза опромінення D або кількість енергії, що повідомляється мікроорганізмам, є головною характеристикою установки УФ-знезараження. Вона дорівнює добутку середньої інтенсивності (I) опромінення на середній час перебування під опроміненням (t):
D = I • t.
Оскільки, на відміну від варіантів з використанням хімічних реагентів, при застосуванні УФ-знезараження відсутня необхідність в обмеженні верхньої межі дози опромінення, можна завжди вибрати оптимальну дозу для конкретних умов. Рекомендується забезпечення в промислових умовах доз УФ-опромінення 25-40 мДж / см2, в залежності від якості піддається знезараженню води в епідемічної ситуації.
Час знезараження при УФ-опроміненні становить 1-10 с в проточному режимі (відсутня необхідність створення контактних ємностей). При цьому сучасні УФ-лампи мають високий експлуатаційний ресурс.
джерела випромінювання
Основний елемент установки УФ-знезараження - лампа, яка служить джерелом ультрафіолетового випромінювання. Існує два основних види бактерицидних ламп: ртутні, газорозрядні низького (НД) і високого (ВД) тиску. Лампи низького тиску мають високий ККД перетворення електричної енергії в випромінювання і порівняно невисоку (до 200 Вт) одиничну потужність, найчастіше - від 15 до 30 Вт (табл.).
Таблиця. Характеристики ламп низького і середнього тиску
параметр
лампи НД
лампи СД
ККД перетворення електричної енергії в бактерицидну,%
до 40
до 20
Одинична потужність лампи
До 350 Вт
До 10 кВт
Робоча температура поверхні, ° C
40-140
понад 600
Термін служби, год
До 16 000
до 8000
Спад інтенсивності випромінювання до кінця терміну експлуатації,%
15-30
30-50
УФ-лампи високого тиску володіють великою (до 10 кВт) потужністю, що дозволяє скоротити їх число і зменшити габарити установки, але меншим енергетичним ККД використання випромінювання. В спектрі цих ламп є короткохвильове випромінювання, здатне призводити до утворення озону.
Всі лампи для зниження втрат енергії виконані з увіолевого скла (скло, що володіє підвищеним пропусканням ультрафіолетового випромінювання) і мають інтенсивне випромінювання в області від 200 до 300 нм з максимумом при довжині хвилі 253 нм. В процесі роботи потужність УФ-лампи падає. Важливі динамічні характеристики УФ-лампи - швидкість зміни потужності і термін служби джерела випромінювання.
Вплив якості води на ефективність роботи УФ-установок залежить від типу ламп. При використанні ламп з високою енергією випромінювання і «розмитим» спектром випромінюваних хвиль (СД) поряд з антибактеріальним ефектом існує ймовірність утворення побічних продуктів, наприклад, нітритів. У зв'язку з цим, в Західній Європі нормативними документами заборонено використання ламп, що мають в своєму спектрі випромінювання довжину хвиль нижче 240 нм. Крім того, внаслідок високої температури лампи СД, кварцовий чохол сильно схильний до забруднення.
В даний час частіше використовують амальгамні лампи низького тиску підвищеної (до 350 Вт) потужності.
Відомими виробниками УФ-ламп є: Atlantic Ultraviolet (США), UV-technik (Німеччина), Philips (Голландія), Hanovia (Великобританія).
устаткування
Для знезараження води найбільшого поширення набули установки проточного типу (рис. 2), які складаються з камери опромінення і щита управління. Як правило, камера опромінення є циліндричний корпус з нержавіючої сталі, в якому розташовуються один або кілька кварцових «чохлів» для УФ-ламп. У корпусі є два штуцери для протоку води. Основні характеристики камери - продуктивність і доза опромінення, виражена в кількості світлової енергії, що падає на одиницю площі (мДж / см2) водяного потоку.
Мал. 2. Установки для УФ-знезараження
У світовій практиці вимоги до мінімальної дозі опромінення варіюються від 16 до 40 мДж / см2: не менше 25 мДж / см2 для води поверхневих джерел і не менше 40 мДж / см2 для будь-якого типу вод (при несприятливу епідемічну ситуацію).
Доза визначається інтенсивністю потоку променевої енергії, часом знаходження потоку в зоні опромінення (зазвичай 1-3 с) і прозорістю оброблюваної води. Справа в тому, що прозорість води впливає на кількість поглиненої світлової енергії, яка не витрачається на знезараження, і залежить також від товщини водного шару.
Тому реальні величини дози опромінення пропорційні коефіцієнту пропускання ультрафіолетових променів. Для води з підземного джерела він становить 0,95-0,80, для води з річки - 0,85-0,70, а для стічної води - 0,40-0,60.
Слід звернути особливу увагу, що багато виробників УФ-обладнання вказують дозу опромінення, розраховану для коефіцієнта пропускання 0,9-0,96, що відповідає воді з високою прозорістю, і в реальних умовах такі установки можуть проводити недостатньо ефективну обробку.
Як правило, щоб знезараження води проходило ефективно, її прозорість в УФ-діапазоні повинна бути не нижче 70% (для питної води); кількість зважених часток - не більше 1,5 мг / л; жорсткість - менше 7 ммоль / л; загальний вміст заліза - не більше 0,3 мг / л; марганцю - не більше 0,1 мг / л; сірководню - не більше 0,05 мг / л; твердих суспендованих частинок - менше 10 мг / л; каламутність - не більше 2 мг / л по каоліну; кольоровість - не більше 35 градусів; число бактерій групи кишкової палички - не більше 10000 в 1 л.
Звичайно, УФ-обробці можна піддавати і воду, якщо вона має значні домішки, але в цьому випадку необхідно враховувати, що частина енергії буде втрачено. Крім прозорості води, на ефективність опромінення впливають конструкція і розташування кварцових кожухів УФ-ламп: наявність турбулентності потоку дозволяє продовжити час впливу на воду. У проточній камері можливо і виникнення застійних зон.
Форма потоку залежить від кількості ламп, їх розміщення, діаметра і розташування патрубків, а також власне форми і розмірів камери опромінювача. Електрична частина УФ-знезаражування включає пускорегулюючі апарати, що забезпечує запалювання лампи, пульт управління і датчик контролю ультрафіолетового випромінювання, який відкалібрований на максимум ефективного випромінювання, відповідний довжині хвилі 254 нм.
особливості застосування
Виходячи з економічних міркувань, УФ-обладнання найбільш раціонально розташовувати в кінці очисних споруд, щоб опромінення піддавалася вода, що має найбільш високий коефіцієнт пропускання УФ-променів. Але це не єдиний варіант. Застосування ультрафіолетового опромінення на різних етапах водопідготовки дозволяє (крім основного завдання - підвищення бар'єрної ролі) попутно вирішувати й інші завдання, пов'язані із знезараженням.
У ряді випадків використання УФ-опромінення на етапі первинного знезараження дозволяє створити умови для скорочення хлорування і зниження, таким чином, утворення хлорорганічних сполук в ще неочищеної воді. За результатами досліджень і досвіду експлуатації УФ-станцій на воді поверхневого джерела під впливом опромінення загальне мікробне число знижується не менше ніж на 2 порядки.
Застосування УФ-знезараження на етапі первинної обробки води поверхневих вододжерел знижує навантаження на наступні етапи водопідготовки, підвищує бар'єрну роль споруд щодо забезпечення епідеміологічної безпеки, в тому числі, щодо стійких до хлорування мікроорганізмів. При цьому якість води, прийнятною для УФ-знезараження, має досить широкий діапазон.
У тих випадках, коли параметри рідини не дозволяє використовувати УФ-опромінення на етапі первинного знезараження, можливий варіант розміщення блоку ультрафіолетового знезараження в середині схеми водопідготовки (після освітлення).
УФ-опромінення на заключному етапі водопідготовки забезпечує надійне знезараження за всіма показниками, в тому числі і по відношенню до вірусів і збудників паразитарних захворювань. Однак це не виключає необхідності застосування хлорвмісних реагентів перед подачею води в мережу.
Вдалим рішенням є поєднання УФ-знезараження і хлораммонізаціі. Пов'язаний хлор в меншій мірі сприяє утворенню хлорорганічних сполук і довше зберігається в мережі, а його недостатньо висока ефективність відносно стійких мікроорганізмів повністю компенсується УФ-опроміненням.
Застосування схем глибокого очищення (озоносорбціі і мембранної фільтрації) також не виключає використання УФ-опромінення. В таких схемах УФ-знезараження, поряд із забезпеченням додаткового бар'єру щодо збудників захворювань, вирішує проблему збільшення загального мікробного числа після вугільних фільтрів.
Таким чином, сучасний підхід до забезпечення епідеміологічної безпеки питної води має на увазі використання багатоступінчастої схеми очищення та знезараження, а застосування ультрафіолету дозволяє забезпечити відповідність обробленої води необхідним нормативним значенням за мікробіологічними показниками і, в ряді випадків, вирішити ряд експлуатаційних задач, а також проблему освіти побічних продуктів дезінфекції.
В УФ-установках повинна передбачатися очищення кварцових чохлів (без виїмки з камери знезараження), тому що в процесі їх роботи накопичуються відкладення органічного і мінерального походження на внутрішній поверхні бактерицидної лампи. На практиці застосовуються системи очищення двох типів: механічна і хімічна. У першому випадку очищення проводиться за допомогою щіток і електроприводу, у другому - шляхом циркуляції через установку води з додаванням невеликих доз харчових кислот за допомогою промивного насоса, що входить в комплектацію УФ-установки (рис. 3).
Мал. 3. УФ-установка з блоком промивки
Крім пристроїв для очищення кварцових чохлів, установки великої продуктивності рекомендується оснащувати: датчиками вимірювання інтенсивності УФ-випромінювання в камері знезараження; системою автоматики, яка гарантує звуковий і світловий сигнали при зниженні мінімальної заданої дози; лічильниками часу напрацювання ламп і індикаторами справності кожної лампи; кранами для відбору проб води на бактеріологічний аналіз.
При виборі схеми знезараження необхідно враховувати можливість повторного росту мікроорганізмів в мережах. Справа в тому, що вода після знезараження на очисних спорудах не є стерильною, і в ній залишається деяка кількість мікроорганізмів. У ряді випадків в розподільних мережах можливе виникнення умов (наприклад, несприятливе технічний і санітарний стан), що сприяють їх активного розмноження.
Заходи, спрямовані на запобігання такого повторного зростання мікроорганізмів, включають в себе видалення з води в процесі очищення органічних речовин і додавання хімічних реагентів, які забезпечують «консервує» ефект перед подачею води в розподільну мережу і періодичну обробку потенційно небезпечних ділянок розподільної мережі.
Як консервують хімічних речовин зазвичай застосовують хлор і хлорсодержащие з'єднання. Концентрації вмісту реагентів у воді потрібні значно нижче, ніж для видалення патогенних мікроорганізмів, проте важлива тривалість їх наявності.
В Україні метод ультрафіолетового знезараження при підготовці питної води поки не знайшов широкого застосування в великих масштабах. На ряді водоканалів, наприклад, в Києві в районі Бортничі, такі проекти знаходяться в стадії реалізації, або підготовлені проекти.
У той же час установки застосовуються на невеликих водоканалах і на промислових підприємствах, у фермерських господарствах, як для водопідготовки, так і при очищенні стоків.
Так, системи продуктивністю понад 200 м3 / год води кілька років використовуються на станції водопостачання м Вознесенськ (Миколаївська обл.). Вони знезаражують воду за допомогою спільної дії УФ-променів і гіпохлориту натрію. Вплив ультрафіолету також застосовується на водоканалах населених пунктів Снятин, Красилів, Надвірна та ін.
Впровадження проектів УФ-знезараження визнано Інститутом гігієни та медичної екології АМН України ім. А. Н. Марзєєва доцільним в якості альтернативного методу знезараження питної води і приводить, за результатами досліджень вчених, до підвищення її безпеки і якості.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm . Підписуйтесь!
Вас може зацікавити:
Вам також може сподобатися
Замовлення було відправлено, з Вами зв'яжеться наш менеджер.
