Особенности технологии УФ-обеззараживания воды

Какие методы обеззараживания существуют? Их достоинства и недостатки?

В настоящее время широкое распространение получили технологии обеззараживания, основанные на физических (УФ-обеззараживание) или химических (хлорирование, озонирование) методах.

Самым распространенным химическим методом обеззараживания питьевой воды является обработка хлором или хлорсодержащими реагентами. Основной недостаток метода — образование высокотоксичных хлорорганических соединений, обладающих мутагенным и канцерогенным действием, способных вызвать ряд серьезных заболеваний [1]. Именно поэтому государственные нормативные документы РФ устанавливают жесткие требования к ПДК этих веществ в воде. Примерами таких соединений, нормативы содержания которых в питьевой воде опубликованы в Дополнении №1 к ГН 2.1.5.1315-03 в виде перечня ПДК ГН 2.1.5.2280-07, служат: хлороформ — 0,06 мг/л; четыреххлористый углерод (тетрахлорметан) — 0,002 мг/л; дихлор- бромметан — 0,03 мг/л; хлордибромме- тан — 0,03 мг/л [2]. Причем современный тренд развития нормативной базы предполагает дальнейшее ужесточение этих нормативов.

Также известно о высокой резистив- ности вирусов и цист простейших к хлору [3], что приводит к увеличению доз подаваемого реагента и, как следствие, к ухудшению органолептических свойств обрабатываемой воды.

Самым распространенным химическим методом обеззараживания питьевой воды является обработка хлором или хлорсодержащими реагентами. Основной недостаток метода — образование высокотоксичных хлорорганических соединений, обладающих мутагенным и канцерогенным действием, способных вызвать ряд серьезных заболеваний

Ещё одним химическим методом обеззараживания воды является озонирование. Озон О₃ — аллотропная форма кислорода O₂ — является сильным окислителем, а технология очистки воды, основанная на применении этого вещества, направлена на окисление и устранение вредных органических примесей. Обеззараживание является дополнительным, второстепенным эффектом. Стоит отметить, что озон относится к самому высокому классу опасности вредных веществ. Озон индуцирует появление токсичных галогенсодержащих соединений, таких как броматы и пероксиды [4]. Технология обеззараживания является крайне энергозатратной и дорогой, что связано с процессом получения озона. При этом стоит отметить высокую обеззараживающую способность озона в отношении вирусов и цист простейших.

Альтернативным «бесхимическим», или физическим, методом стало обеззараживание воды УФ-излучением.

Бактерицидное УФ-излучение эффективно в отношении вирусов и простейших, стойких к воздействию хлорсодержащих реагентов. УФ-обработка воды не приводит к образованию вредных побочных продуктов, даже если доза превышена многократно. Обработка воды ультрафиолетом не приводит к изменению органолептических свойств, но, в отличие от хлорирования и обработки хлорсодержащими реагентами, обеззараживание УФ-лучами не носит пролонгированного характера. Поэтому при применении ультрафиолета при водоподготовке возможно вторичное микро биологическое загрязнение воды, подаваемой потребителю. Решением этой проблемы явилось совместное применение УФ-обеззараживания и хлорирования, обеспечивающего последействие. Наиболее оптимальным считается применение хлораминов. Вследствие более длительного сохранения в сетях и более активного, чем хлор, действия на биопленки в трубах [5] хлорамины находят всё большее применение в практике водоподготовки.

Для обеззараживания сточных вод достаточно применения только ультрафио- летвого излучения без каких-либо дополнительных дезинфицирующих реагентов. В то же время полностью исключить хлорирование при обеззараживании воды плавательных бассейнов нельзя. Здесь важным аспектом остается микробиологическая безопасность воды. При применении комбинированного метода обеззараживания «УФ + хлор» содержание свободного остаточного хлора должно находиться в пределах 0,1-0,3 мг/л, тогда как без УФ обеззараживания — в пределах 0,3-0,5 мг/л [6].

Высокая эффективность действия на различные типы микроорганизмов, отсутствие вредных побочных продуктов позволяют рассматривать ультрафиолетовое облучение как реальный практический метод обеззараживания.

Одним из важнейших, и во многих случаях определяющих критериев выбора метода обеззараживания воды является стоимость оборудования и его эксплуатации.

Какова стоимость применения ультрафиолета?

Сотрудниками МГУП «Мосводоканал» в ходе разработки «Концепции по обеззараживанию сточных вод на московских станциях аэрации» была проведена ранговая экспертная оценка 15 известных методов обеззараживания сточных вод по 24 показателям, выполнены технологические и технико-экономические расчеты по 17 вариантам технологических схем обеззараживания. Проведенная работа позволила сделать вывод, что ни один из известных реагентных методов обеззараживания не может быть применен по техническим, экономическим и экологическим соображениям.

В то же время по совокупности показателей наиболее приемлемым был признан метод обеззараживания ультрафиолетовым излучением, как высокоэффективный в эпидемическом отношении и не сопровождающийся образованием побочных продуктов, негативно влияющих на окружающую природную среду и здоровье человека.

На рис. 1, 2 и 3 приведены результаты экономического сравнения трех основных методов обеззараживания.

Принимая во внимание полученные результаты, можно сделать вывод, что применение УФ-оборудования на лампах низкого давления является наиболее перспективным в практике обеззараживания стоков и питьевой воды. Косвенным подтверждением являются данные о широком применении УФ-обеззараживания за рубежом.

Какие тенденции применения УФ прослеживаются?

В 1970-х годах в ряде развитых стран Европы и в США начался поиск альтернативы хлорированию, и отметилось возрастание интереса именно к методу УФ-обеззараживания, имеющему ряд вышеназванных преимуществ.

В связи с проведением исследований и разработкой оборудования с конкурентоспособными параметрами, такими как энергосбережение, энергоэффективность, безопасность и высокая надежность, активное внедрение оборудования началось с 1980-х годов.

За последние 30 лет в Европе и США построены и эксплуатируются тысячи УФ-станций обеззараживания сточных вод производительностью до 3,1 млн м³/сут. и питьевой воды производительностью до 8,7 млн м³/сут. Растет спрос на применение УФ-систем малой производительности для обеззараживания воды в бассейнах и частных хозяйствах. В России компанией НПО «ЛИТ» за последние пять лет поставлено свыше 5000 таких УФ-установок.

По состоянию на текущий момент с начала внедрения УФ на территории России прослеживается экспоненциальный рост объемов обрабатываемой УФ-излучени- ем воды (рис. 4).

Однако, несмотря на возросший интерес, всё ещё существуют мифы по поводу применения ультрафиолета.

Миф №1. Ультрафиолет изменяет физико-химические свойства и состав воды

Ошибочно считается, что при обработке воды УФ-лучами с целью обеззараживания изменяются её физико-химические свойства и состав. Однако при применении УФ-оборудования для обработки сточной и питьевой воды никакого влияния на органолептические свойства и химический состав не наблюдается.

Миф №2. Обеззараживать воду из скважин не нужно

Основной причиной возникновения и роста спроса на системы обеззараживания малой производительности стало осознание людьми необходимости обеззараживания воды из скважин. Бытует неверное мнение, что из скважины поступает чистая в эпидемиологическом плане вода, не требующая обеззараживания. Однако нельзя исключать возможность проникновения вирусологического и бактериологического загрязнения в питающие подземные водоносные горизонты с грунтовыми водами или через стоки септиков. В связи с осознанием этого факта продолжает расти понимание того, что обеззараживание при подаче питьевой воды из скважин является необходимым этапом.

Миф №3. Качество воды не влияет на эффективность УФ-обеззараживания

Основной причиной возникновения и роста спроса на системы обеззараживания малой производительности стало осознание людьми необходимости обеззараживания воды из скважин. Бытует неверное мнение, что из скважины поступает чистая в эпидемическом плане вода, не требующая обеззараживания

Диапазон физико-химических показателей качества воды, рекомендуемых для применения метода УФ-обеззараживания, является достаточно широким. На процесс УФ-обеззараживания не оказывают влияние pH и температура воды. Присутствие в воде ряда органических и неорганических веществ, поглощающих УФ- излучение, приводит к снижению фактической дозы облучения, обеспечиваемой УФ-установками. Влияние качества воды на пропускание излучения должно быть учтено при выборе УФ-оборудования. При превышении хотя бы одного из показателей рекомендуется проведение дополнительных исследований.

Миф №4. Эффективность работы УФ-установок нельзя контролировать

Для контроля работы УФ-установки необходимо иметь в установке УФ-датчик. При снижении интенсивности ниже порогового значения сработает аварийная сигнализация, предупреждающая пользователя о необходимости принять меры по предупреждению или устранению неполадки.

За рубежом также распространена практика сертификации установок обеззараживания питьевой воды, балластной воды судов. После прохождения всех этапов сертификации на установку выдается сертификат, подтверждающий её способность обеззараживать. В нем приведен список технологических параметров, соблюдение которых гарантирует обеззараживание.

Получение общепризнанных мировых сертификатов подтверждает правильность выбранных технологических решений и высокое качество производимого оборудования. Среди всех российских производителей УФ-оборудования сертификацию оборудования в соответствии с нормативами ONORM (Австрия), DVGW (Германия), EPA (США) провела только компания НПО «ЛИТ»