Размещено на http://www.allbest.ru/

Современное состояние проблемы обеззараживания воды: безопасность и надежность очистки

Введение

Безопасность питьевой воды, подаваемой потребителю, является одной из основных проблем, стоящих перед водопроводным хозяйством. Данная проблема касается как стадии водоподготовки, так и подачи воды через распределительную сеть.

Еще в 1854 году было замечено, что существует связь между потреблением воды из источника и распространением эпидемии холеры. С тех пор для охраны здоровья населения было предусмотрено удаление из воды, используемой для питьевых целей, патогенных микроорганизмов.

На начальных этапах это обеззараживание выражалось в очистке воды при помощи медленных песчаных фильтров. С начала 20-го века по всему миру широкое распространение получило обеззараживание с применением хлора. За короткий срок практика хлорирования питьевой воды позволила избавиться от водных патогенов и вирусных заболеваний во многих частях света.

Хлорирование для дезинфекции питьевой воды всегда оставалось гарантированным средством в борьбе с водными патогенными микроорганизмами. В большинстве случаев хлорирование наиболее дешевое и, зачастую, самое лучшее средство дезинфекции, применяемое при водоподготовке, позволяющее контролировать рост бактерий в распределительной системе.

Однако, в последних десятилетиях 20-го века проводилось множество дискуссий в отношении потенциальной возможности образования в процессе хлорирования нежелательных побочных продуктов, представляющих вред для здоровья. В 1974 году ученые установили взаимосвязь между хлорированием и наличием в питьевой воде галогенорганических соединений. В последующие годы было открыто еще несколько побочных продуктов, некоторые из которых, как показал тест на животных, обладают канцерогенными свойствами. В свете этих исследований, в 1980 году многие страны установили лимит на тригалометановые группы хлорированной органики, и с тех пор были разработаны нормы на другие типы побочных продуктов дезинфекции. По всему миру проходили исследования, в ходе которых рассматривались положительные и отрицательные стороны применения хлора в процессе водоподготовки и возможность применения альтернативных методов дезинфекции.

Следует обратить внимание на фундаментальное отличие между скоротечным действием, связанным с возможностью эпидемии от водных патогенов и длительным действием на здоровье побочных продуктов, как показали тесты на животных, мутагенных. Хотя дезинфекция хлором является критически важным процессом в водоподготовке развивающихся стран, многие развитые страны стараются отказаться от хлорирования для избежания потенциального риска, связанного с образованием побочных продуктов хлорирования, а также хлорного привкуса и запаха очищенной воды, не приемлемых для потребителей. Важно, чтобы внесение изменений в процесс дезинфекции не отразилось на эффективности удаления из воды потенциальных патогенов поскольку эффективное обеззараживание было и должно остаться приоритетом номер один питьевой водоподготовки.

Проблемы, возникающие при недостаточно эффективном обеззараживании, можно было наблюдать даже в конце 20-го столетия, когда человечество столкнулось с эпидемией холеры в Африке и Латинской Америке, а также эпидемией криптоспоридиоза в Миллуоки (США), охватившей 50% населения.

Как показывает мировой опыт, обеззараживание воды поверхностных источников не может рассматриваться в изоляции от прочих процессов очистки воды. Сегодня невозможно представить прямое обеззараживание поверхностных вод без предварительной их обработки. Практически всегда присутствующие в воде микрочастицы являются «убежищем» для многих микроорганизмов, а многие споры водорослей и бактерий, яйца и цисты микробеспозвоночных сами являются коллоидами, обладают стойкостью к действию окислителей и способны к активному развитию в водопроводной сети. Поэтому перед проведением процесса обеззараживания необходимо предварительно провести обработку с целью удаления взвеси. Как указывают зарубежные специалисты, мутность воды, подаваемой на обеззараживание должна составлять менее 1 мг/л.

Конечно, проще достичь необходимого качества воды, соответствующего требованиям потребителя, при использовании подземных источников высокого качества, чем при использовании поверхностных источников. Однако с ростом населения и ограниченностью подземных источников водоснабжения, поверхностные источники обеспечивают основную долю питьевой воды.

Исключительно важна роль органических загрязнений, характеризуемых показателями общего органического углерода и особенно биоразлагаемого растворенного органического углерода. Без максимального снижения этих показателей в процессе водоподготовки трудно рассчитывать на сохранение в распределительной сети требуемой остаточной концентрации дезинфектанта и, следовательно, на отсутствие биологической активности в ней.

Вода, подаваемая в распределительную сеть должна быть не только безопасной, но и биологически стабильной, что позволит предотвратить повторный рост микроорганизмов на стадии распределения воды, а соответственно, и позволит подать потребителю безопасную воду. На основании сказанного, можно утверждать, что безопасность воды достигается не только обеззараживанием с помощью реагентов или физических методов, но и всей цепочкой технологического процесса.

Проблема современного обеззараживания находится на стыке надежности и безопасности, т.е. достижение требуемого уровня дезинфекции при отсутствии или поддержании низких уровней образования побочных продуктов дезинфекции.

Обеззараживание включает две стадии, соответствующие двум разным функциям обеззараживающего реагента: общее бактерицидное, вирулицидное и биоцидное действие, определяемое его способностью разрушать на первой стадии обработки нежелательные микроорганизмы, и так называемое последействие, определяемое наличием в воде остаточной концентрации дезинфектанта, гарантирующего сохранение микробиологического качества распределяемой воды и защиту сети. Такое последействие основано на общем бактериостатическом действии дезинфектанта, на его бактерицидном действии на точечные биозагрязнения в сетях, а также на профилактике колонизации сетей микробеспозвоночными.

На сегодняшний день существуют два способа обеззараживания: физический и физико-химический.

Физические способы обеззараживания:

УФ-облучение

Ультрафильтрация

К данной категории относятся методы, основанные на безреагентной обработке воды. обеззараживание дезинфекция хлорирование озон

Физико-химические способы обеззараживания

Существует большое количество реагентов, позволяющих осуществлять дезинфекцию с той или иной степенью эффективности. Наиболее распространены следующие:

Хлор

диоксид хлора

озон

перманганат калия

озон / перекись водорода

хлорамин

Главная проблема современного обеззараживания является находится на стыке надежности и безопасности дезинфекционной обработки питьевой воды, т.е. достижение требуемого уровня дезинфекции при отсутствии или поддержании низких уровней образования побочных продуктов дезинфекции. Однако соблюдение условий по образованию побочных продуктов не должно идти в разрез с требованиями по дезинфекции.

При этом надо отметить, что в то время как последствия недостаточно эффективного обеззараживания проявляются сразу, влияние побочных продуктов дезинфекции имеет накопительный характер. Таким образом, конечное влияние побочных продуктов дезинфекции для организма человека может оказаться не менее опасным, чем присутствие в питьевой воде патогенных микроорганизмов.

Глобальной стратегией в решении проблем дезинфекции должно стать стремление к максимально возможному снижению применения дезинфицирующих реагентов, добиваясь требований по дезинфекции в значительной степени за счет повышения эффективности основных технологических процессов.

Перспективным представляется использование мембранных технологий, позволяющих достигать 100% удаления патогенных микроорганизмов. Стоимость данной технологии не сегодняшний день очень высока. Однако интенсивное развитие в данной области в ближайшем будущем позволит на основании технологии ультрафильтрации строить практически лишенные недостатков системы обеззараживания.

1. Алгоритм выбора способа дезинфекции

При проведении оценки существующего положения в отношении дезинфекции, следует провести подготовку по следующему алгоритму:

Усовершенствование процесса в данной диаграмме подразумевает оптимизацию обработки, изменение точек ввода дезинфектанта, увеличение дозы дезинфектнта, увеличение времени контакта, регулирование рН и прочие изменения в существующем процессе

Алгоритм выбора первичного дезинфектанта

Основные свойства дезинфектантов

Условия	Хлор	Озон	Диоксид хлора	Перманганат калия	Хлорамин	Озон/перекись	Ультрафиолет
В присутствии ООУ образует ТГМ Образует окисленную органику Образует галогенсодержащую органику Образует неорганические ПП Образует биоразлагаемые органические вещества Максимальный остаточный уровень Влияние умягчения известью Влияние мутности Инактивация Giardia <99% Инактивация Giardia >99% Инактивация Crypto <99% Инактивация Crypto >99% Инактивация вирусов <99% Инактивация вирусов >99% Применимость для вторичной дезинфекции Уровень персонала (1-низкий, 5-высокий) Применимость для крупных станций Применимость для малых станций	Д И Д Н И Д Д Н Д Н Н Н Д Д Д 1 Д Д	И Д И И Д Н Н И Д Д Д Д Д Д Н 5 Д Д	Н И Н Д И Д Н Н Д Д Д Н Д Д И 5 Д Д	Н И Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н 1 Д Д	Д Н Д Н Н Д Д Н Н Н Н Н Н Н Д 2 Д Д	И Д И И Д Н Н И Н Н Н Н Н Н Н 5 Д Д	Н И Н Н Н Н Д Д Н Н Н Н Д Д Н 3 Д Д

2. Хлор

Преимущества

- окисляет растворенные железо, марганец и сульфиды

- улучшает удаление цветности

- улучшает привкус и запах

- может улучшить коагуляцию и фильтрование взвеси

- эффективный биоцид

- простой и недорогой способ дезинфекции вне зависимости от размеров системы

- наиболее широко используемый метод дезинфекции и, потому, известный наилучшим образом

- доступен в виде гипохлорита натрия или кальция. Использование этих решений имеет преимущество для малых систем чем использование газообразного хлора поскольку они просты в использовании, более безопасны, требуют меньшей номенклатуры оборудования чем при работе с газообразным хлором

- обеспечивает остаточную концентрацию

Недостатки

- может вызвать ухудшение в коагуляции/фильтрации растворенных органических веществ

- образует галогенсодержащие побочные продукты

- обработанная вода может иметь привкус и запах в зависимости от качества вода и дозы

- газообразный хлор опасен для здоровья и коррозионно-активен

- при работе с газообразным хлором могут понадобиться специальные защищающие от утечек и газоочистительные сооружения

- обычно гипохлорит натрия или кальция более дороги, чем газообразный хлор

- гипохлорит натрия ухудшается со временем при воздействии света

- гипохлорит натрия - коррозионно-активный реагент

- гипохлорит кальция должен храниться в холодном, сухом месте, поскольку реагирует во влажных условиях и под воздействием света

- в растворе гипохлорита кальция может образоваться осадок по причине наличия примесей, поэтому может потребоваться антинакипин реагент

- более высокие концентрации раствора гипохлорита нестабильны и могут образовывать хлорат

- уменьшение эффективности при высоких рН

- образует oxygenated побочные продукты, которые биоразлагаемы и которые могут улучшить последующий биологический рост если не поддерживается остаточная концентрация хлора

- высвобождает компоненты, связанные в распределительной системе (например, мышьяк) за счет изменения окислительно-восстановительного состояния

Хлор

Параметры	Описание
Генерация	Хлорирование может производится газообразным озоном или прочими хлорсодержащими реагентами, которые могут в жидкой или твердой форме. Газообразный хлор может вырабатываться многими способами, включая электролиз щелочного раствора или соляной кислоты, в результате реакции между хлоридом натрия и азотной кислотой или окисления соляной кислоты. Поскольку хлор является стабильным соединением, газообразный хлор, гипохлорит натрия и гипохлорит кальция обычно производятся не на месте использования на химическом производстве.
Основные цели применения	Основной функцией хлорирования является дезинфекция. Хлор также служит как окисляющий агент для удаления привкуса и запаха, предотвращения повторного роста водорослей, поддержания в чистоте фильтрующей загрузки, удаления железа и марганца, разрушения сероводорода, удаления мутности, поддержания качества воды в распределительной системе и улучшения коагуляции.
Эффективность инактивации	Повышение сложности дезинфекции хлором в следующем порядке: бактерии, вирусы, простейшие. Хлор является предельно эффективным дезинфектантом для инактивации бактерий и имеет высокую эффективность инактивации вирусов. Однако хлор менее эффективен для инактивации цист Giardia. Ооцисты Cryptosporidium обладают высокой стойкостью к воздействию хлора.
Образование побочных продуктов	При попадании в воду, свободный хлор вступает в реакцию с органическими веществами естественного происхождения и бромидом с образованием ТГМ, некоторых галогенуксусных кислот и прочих
Ограничения
Точки ввода	Исходная вода, перед коагуляцией / после резервуара исходной воды, перед отстаиванием / после коагуляции, после отстаивания / перед фильтрованием, после фильтрования (дезинфекция) или в распределительной сети.
Примечания	Поскольку хлор является сильным окислителем и имеет высокую коррозионную активность, следует предусмотреть специальные условия для его хранения и применения при планировании станции водоподготовки. Кроме того, важным вопросом является применение хлора с точки зрения опасности его эксплуатации.

Диоксид хлора

Преимущества

- диоксид хлора более эффективен чем хлор и хлорамины для инактивации вирусов, Cryptosporidium и Giardia

- окисляет железо, марганец и сульфиды

- может улучшить процесс осветления

- позволяет регулировать привкусы и запахи, вызванные водорослями, разлагающейся растительностью, так же как и фенольных соединений

- при правильных условиях производства (например, без излишков хлора) не образуются галогенсодержащие побочные продукты

- прост в производстве

- биоцидные свойства не зависят от рН

- диоксид хлора обеспечивает остаточную концентрацию

Недостатки

- применение диоксида хлора приводит к образованию специфических побочных продуктов: хлорита и хлората

- эффективность генератора и сложность оптимизации может вызвать излишки хлора в точке ввода, что потенциально может вызвать образование галогеносодержащих ППД

- стоимость включает подготовку персонала, отбор проб и лабораторные исследования по определению концентрации хлорита и хлората

- оборудование обычно арендуется и стоимость хлорита натрия высока

- измерение объема диоксида хлора связано со взрывоопасностью поэтому он должен производиться на месте

- диоксид хлора разлагается под действием солнечного света

- диоксид хлора должен производиться на месте использования

- приводит к образованию неприятных запахов в некоторых системах

Диоксид хлора

Параметры	Описание
Генерация	Диоксид хлора должен производиться на месте применения. В большинстве случаев подготовки питьевой воды, диоксид хлора изготавливается по мере необходимости и напрямую вводится в разбавляющий поток. Доступны генераторы, позволяющие производить диоксид хлора из хлорита натрия и различного сырья, наподобие газообразного хлора, гипохлорита натрия, серной или соляной кислоты. Небольшое количество произведенного раствора, до 1 процента (10 г/л) диоксида хлора могут храниться в сохранности в темных, холодных (<5С) и не имеющих невентилируемых пространств местах.
Основные цели применения	Диоксид хлора используется как первичный или вторичный дезинфектант, для регуляции запахов и привкусов, снижения ТГМ/HAA, регуляции концентрации железа и марганца, удаления цветности, разрушения сульфидов и фенолов, удаления Zebra mussel.
Эффективность инактивации	Диоксид хлора позволяет быстро инактивировать большинство микроорганизмов в широком диапазоне рН. Он более эффективен чем хлор (для патогенов) и не имеет зависимости от рН в пределах рН 5-10, но имеет меньшую эффективность чем озон.
Образование побочных продуктов	При введении в воду, диоксид хлора вступает в реакцию со многими органическими и неорганическими соединениями. В качестве конечных продуктов этих реакций образуются хлориты и хлораты (соединения, потенциально имеющие влияние на организм в виде гемолитической анемии и прочих заболеваний). Ион хлората доминирует в дальнейших реакциях между остаточным хлоритом и свободным хлором, который используется в распределительной системе. Диоксид хлора не вызывает образования ТГМ. Диоксид хлора применяется для снижения образования ТГМ и HAA, окисляя предшественников и позволяя точке хлорирования сместиться далее по течению потока после коагуляции, отстаивания, фильтрации снижающих количество природных органических веществ.
Точки ввода	На обычных станциях водоподготовки, диоксид хлора, используемый для окисления, вводится в исходную воду, отстойники, или после отстаивания. Для снижения потребности в окислителе и соответственном снижении дозы диоксида хлора и образования хлорита, обычно вводят диоксид хлора после отстаивания. Отношение диоксида хлора к возможному возникновению запахов и привкусов ограничивают использование диоксида хлора в качестве вторичного дезинфектанта пере подачей в распределительную сеть. Следовательно системы водоснабжения, рассматривающие использование диоксида хлора для окисления и первичной дезинфекции могут рассмотреть возможность использования в качестве вторичного дезинфектанта хлорамины.
Примечания	Следует провести исследование с целью определения приблизительной дозы диоксида хлора для получения требуемого дезинфицирующего значения СТ. В дополнение к токсичности хлора, диоксид хлора взрывоопасен при уровне >10% в воздухе. Доза диоксида хлора не может превышать 1,4 мг/л для ограничения общей комбинированной концентрации ClO2, ClO2-, ClO3-, до максимального 1,0 мг/л. В условиях норматива на ППД, максимальный остаточный уровень дезинфектанта для диоксида хлора составляет 0,8 мг/л, а максимальный уровень для хлорита - не более 1,0 мг/л (амер). Нормативы на использование диоксида хлора различны в различных штатах.

3. Результаты испытаний диоксида хлора на Рублевской водопроводной станции

Результаты испытаний использования диоксида хлора для дезинфекции воды р.Москвы, проведенные в 1999 г., показали, что:

диоксид хлора обладает близким бактерицидным эффектом по сравнению с традиционными режимами обеззараживания воды с использованием хлора;

при дезинфекции воды диоксидом хлора концентрации тригалогенметанов были значительно ниже, чем при использовании хлора в качестве дезинфектанта;

однако, при обработке воды диоксидом хлора образуются другие побочные продукты - хлорит-ионы в количестве, превышающем ПДК в несколько раз;

для удаления побочных продуктов необходимо включение дополнительной стадии в технологию очистки воды (сорбционные методы с использованием активированных углей);

по предварительной оценке только замена первичного хлорирования на двуокись хлора приведет к повышению себестоимости обработки воды в 3-4 раза за счет применения сорбционных методов очистки как наиболее дорогих в настоящее время;

затраты на строительство и эксплуатацию завода по производству диоксида хлора на водопроводной станции на порядок выше, чем при использовании хлора.

4. Озон

Преимущества

- Озон имеет более высокую эффективность, чем хлор, хлорамин и диоксид хлора с точки зрения инактивации вирусов Cryptosporidium и Giardia

- Озон позволяет окислять железо, марганец и сульфиды.

- В некоторых случаях озон позволяет повысить эффективность осветления воды и удаления мутности

- Озон позволяет контролировать цветность, привкусы и запахи

- Являясь одним из наиболее сильных дезинфектантов, озон требует очень короткого времени контакта

- В присутствии бромида не образуются галогенсодержащие побочные продукты дезинфекции

- При разложении, единственным остаточным веществом является растворенный кислород

- Биоцидная активность озона не зависит от уровня рН

Недостатки

- Образование побочных продуктов, в частности броматов и бромозамещенных ароматические углеводородов в присутствии бромида, а также альдегидов, кетонов и т.д.

- Высокая строительная стоимость озонаторного оборудования

- Генерация озона требует значительных затрат энергии и должна производится на месте

- Озон обладает высокой коррозионной активностью и токсичностью

- Для удаления ассимилируемого органического углерода, а также биоразлагаемых побочных продуктов дезинфекции, требуется применение биологически активных фильтров

- При высоких значениях рН и температуры, озон подвержен быстрому разложению

- Озон не обладает пролонгированным действием

- Применение озонирования требует высококвалифицированного обслуживания и эксплуатации

Озон

Параметры	Описание
Генерация	По причине нестабильности озон должен производиться на месте применения. Озон может быть произведен из воздуха или из кислорода высокой очистки. Исходный газ должен быть сухим и чистым и иметь максимальную току росы -60С. Генератор озона потребляет электроэнергию от 8 до 17 кВт-ч/кг О3. Генерация на месте сохраняет складские пространства
Основные цели применения	Первоочередными целями применения озона являются первичная дезинфекция и химическое окисление. В качестве окислителя, озон может использоваться для увеличения биоразлагаемости органических соединений, удаляет привкусы и запахи и снижает уровень образования побочных продуктов дезинфекции хлором. Озон не может применяться для вторичной дезинфекции, поскольку имеет высокую реакционную активность и не сохраняет остаточную концентрацию необходимо продолжительное время в распределительной сети
Эффективность инактивации	Озон является одним из наиболее сильных гермицидов, используемых при водоподготовке. Он эффективен в отношении бактерий, вирусов и цист простейших. Эффективность инактивации бактерий и вирусов озоном не зависит от уровня рН, находящегося в пределах 6-9. При повышении температуры воды, дезинфицирующая эффективность озона увеличивается.
Образование побочных продуктов	Сам озон не вызывает образования галогенсодержащих побочных продуктов; однако в присутствии ионов бромида в исходной воде или при использовании хлора в качестве вторичного дезинфектанта, возможно образование галогеносодержащих побочных продуктов, включая ион бромата. Побочные продукты озонирования включают органические кислоты и альдегиды.
Ограничения	Генерация озона является относительно комплексным процессом. Хранение сжиженного кислорода (если кислород применяется в качестве исходного газа) является объектом Строительного и Пожарного Кодексов.
Точки ввода	Для первичной дезинфекции озон должен вводится до биофильтрации/фильтрации и после отстаивания. Для окисления, озон может вводиться перед коагуляцией/отстаиванием или фильтрацией в зависимости от характера веществ, требующих окисления.
Меры безопасности	Озон является токсичным газом и сооружения производства и применения озона должны проектироваться с учетом обеспечения безопасности персонала. Контроль содержания озона должен осуществляться непрерывно

Перманганат калия

Преимущества

перманганат калия позволяет окислять железо и марганец

окисляет привкусо- и запахообразующие соединения

легко транспортируется, хранится и легок в эксплуатации

полезен для регуляции ТГМ и прочих побочных продуктов

позволяет регулировать нежелательные микроорганизмы

имеет небольшое влияние на технологические процессы

проверенно эффективен в инактивации некоторых вирусов

Недостатки

необходимо продолжительное время контакта

имеет тенденцию придавать воде розовый оттенок

токсичен и вызывает раздражение кожи слизистых оболочек

не образует побочных продуктов, если перед применением подготавливается раствор, однако эти темные пурпурные/черные кристаллы могут вызвать серьезные повреждения глаз, раздражения кожи и дыхательных путей и могут привести к фатальному исходу при попадании внутрь перорально. Передозировка опасна и может вызвать такие проблемы, как химическая желтуха и падение кровяного давления.

Перманганат калия

Параметры	Описание
Генерация	Продукт поставляется в сухом виде в ведрах, бочках или навалом. Приготовление раствора на месте требует использования химического смешения и соответствующего оборудования.
Основные цели применения	Позволяет регулировать привкусы и запахи, удалять цветность, регулировать биологический рост, позволяет удалять железо и марганец.
Эффективность инактивации	Не является эффективным дезинфектантом. Может служить в качестве альтернативы хлору или другим дезинфектантам когда необходимо химическое окисление.
Образование побочных продуктов	Нет литературных данных относительно образования побочных продуктов в результате использования непосредственно перманганата калия. Предварительная обработка перманганатом в сочетании с вторичным хлорированием вызывает снижение концентрации побочных продуктов которые могут образоваться при традиционном прехлорировании.
Ограничения	Не является эффективным дезинфектнатом. Основное применение - предварительная обработка для снижения дозы хлора и образования побочных продуктов.
Точки ввода	При обычной технологической схеме: ввод в исходную воду, в смеситель одновременно с коагулянтом, в осветлители перед фильтрами. При прямой фильтрации: в исходную воду. Во всех случаях перманганат может вводиться в воду до фильтров.
Примечания	Следует предотвращать передозировку. Больше исследований следует произвести для определения свойств дезинфекции и побочных продуктов окисления

Хлорамины

Преимущества

хлорамины не вступают в реакцию с органикой с образованием побочных продуктов, как это происходит со свободным хлором

растворенный монохлорамин более стабилен и имеет более продолжительное действие, чем свободный хлор или диоксид хлора, обеспечивая тем самым лучшую защиту от повторного бактериального роста в системах с большими резервуарами и тупиковыми зонами. Однако излишек аммиака в распределительной системе может вызывать образование биопленки.

Поскольку хлорамины не имеют тенденции к вступлению в реакцию с органическими соединениями, во многих системах меньше случаев присутствия привкусов и запахов при использовании хлораминов

Стоимость хлораминов невысока

Хлорамины легки в производстве

Недостатки

дезинфекционные свойства хлораминов не так сильны как у прочих дезинфектантов, таких как хлор, озон и диоксид хлора

хлорамины не позволяют окислять железо, марганец и сульфиды

при использовании хлорамина в качестве вторичного дезинфектанта, может появляться необходимость в периодическом преобразовании в свободный хлор для контроля биопленки в распределительной сети

излишки аммиака в распределительной системе могут привести проблеме нитрификации, особенно в тупиковых зонах и прочих местах с низкой концентрацией остаточного дезинфектанта

Параметры	Описание
Генерация	Хлорамины производятся при последовательном вводе хлора (хлорноватистой кислоты) и аммиака в соотношении Cl2 и NH3 от 3:1 до 5:1. Хлор и аммиак могут вводиться в любой последовательности. Хлор обычно вводится первым чтобы обеспечить первичную дезинфекцию и после 10-30 минут вводится аммиак для предотвращения дальнейшего образования побочных продуктов. Наиболее распространенные введения хлора включают газообразный хлор используя системы разбавления с водой или прямое введение раствора гипохлорита (обычно 12%) Наиболее распространенные сооружения введения аммиака включают безводный ввод аммиака напрямую или с помощью систем разбавления с водой или прямого ввода водного раствора аммиака (обычно 20%)
Основные цели применения	Монохлорамин в первую очередь используется в качестве вторичного дезинфектанта для обеспечения остаточной концентрации в распределительной системе. Он используется в тех случаях когда потенциал образования побочных продуктов в воде высок настолько, что при применении в качестве вторичного дезинфектанта свободного хлора уровень образования побочных продуктов в распределительной системе будет высок. Обнаружено, что монохлорамин более эффективен чем свободный хлор в регуляции образования биопленки и колиформных бактерий в системах с продолжительны пребыванием из-за меньшей скорости разложения хлорамина. Монохлорамин имеет меньшую тенденцию к вступлению в реакцию с органическими соединениями и следовательно приводит к меньшему образованию привкусо- и запахообразующих соединений.
Эффективность инактивации	При рН на уровне 7 и ниже, свободный хлор в 200, 200, 50 и 2,5 раза более эффективен в инактивации соответственно бактерий, вирусов, спор и цист по сравнению с монохлорамином.
Образование побочных продуктов	Монохлорамин в значительной мере снижает образование побочных продуктов, но в некоторой степени все же приводит к их образованию.
Ограничения	Монохлорамин значительно используется в качестве вторичного дезинфектанта для обеспечения остаточного в распределительной системе по причине низкой скорости разложения чем свободный хлор и меньшей тенденцией к образованию ППД. С осторожностью следует использовать монохлорамин в распределительной системе, где водный источник, использующий остаточный свободный хлор также используется. Высокое соотношение Cl2 и N может произойти в тех случаях когда используются различные остаточные реагенты, приводя к возможному образованию привкусов и запахов, вызываемых дихлорамином и треххлористым азотом. В некоторых случаях остаточный может быть полностью удален реакцией точки разрыва.
Точки ввода	Монохлорамин обычно производится введением аммиака в хлорированную воду. Аммиак обычно вводится перед подачей в распределительную сеть. В некоторых случаях, аммиак вводится перед clearwell для минимизации образования ППД остаточным свободным хлором.
Примечания	Нитрификация и образование бактериального роста может произойти, когда Cl2 и N соотношение слишком низкое и условия благоприятны для роста нитрифицирующих бактерий. Было обнаружено, что минимальный остаточный монохлорамин в 2,0 мг/л эффективен для контроля нитрификации в большинстве систем.

Пероксон (озон/перекись водорода)

Преимущества

окисление более активное и более быстрое по сравнению с молекулярным озоном

эффективен в окислении трудноудалимой органики, такой как привкусо- и запахообразующие соединения

показано, что процесс пероксон эффективен в окислении галогенсодержащих органических соединений

тенденция трансформации соединений органического углерода в более биоразлагаемую форму может быть увеличена при введении перекиси водорода

насосы, используемые для подачи перекиси не очень большие поэтому требования к пространству не значительны

Параметры	Описание
Генерация	По причине нестабильности озон должен производиться на месте использования. Перекись водорода приобретается у поставщиков реагентов. Перекись водорода может храниться на месте, однако имеет тенденцию к ухудшению при хранении.
Основные цели применения	Первичное использование включает химическое окисление. В качестве окислительного агента, пероксон может использоваться для удаления синтетических органических загрязнений и увеличивать биоразлагаемость органических соединений. Пероксон является эффективным дезинфектантом, однако его СТ не может быть установлено. Он очень реактивен и не оставляет достаточной концентрации для определения СТ. Пероксон может быть сложен в использовании по причине невозможности определения остаточной концентрации озона.
Эффективность инактивации	Пероксон является одним из самых сильных и эффективных гермицидов, используемых при водоподготовке. Он чуть более эффективен чем озон в инактивации бактерий, вирусов и цист простейших.
Образование побочных продуктов	Сам пероксон не приводит к образованию галогенсодержащих побочных продуктов; однако в присутствии бромида или если хлор вводится в качестве вторичного дезинфектанта, галогенсодержащие побочные продукты, включая бромат, могут быть сформированы. Другие побочные продукты включают органические кислоты и альдегиды.
Ограничения	В идеальных условиях озон должен использоваться в качестве первичного дезинфектанта перед процессом пероксоном.
Точки ввода	Для дезинфекции процесс пероксон осуществляется после озонирования. Контакт с озоном должен предшествовать введению перекиси водорода. Для окисления пероксон может предшествовать коагуляции/отстаиванию или фильтрации в зависимости от того какие соединения требуется окислить.
Примечания	Производство озона является достаточно сложным процессом. Хранение сжиженного кислорода для производства озона является объектом строительного и пожарного Кодексов. Озон является высокотоксичным газом и сооружения производства и применения озона должны подвергаться мониторингу на предмет обнаружения озона в окружающей атмосфере. Перекись водорода - это опасный для здоровья реагент, требующий вторичной защиты для сооружений хранения.

Недостатки

перекись является сильным окислителем и контакт с ней опасен

перекись может храниться на месте, но ее качество снижается даже при правильном хранении

пероксон является процессом дезинфекции при котором не обеспечивается измеряемый остаточный уровень дезинфектанта. Поэтому невозможно определить СТ, как это делается для прочих дезинфектантов

способность данного процесса к окислению железа и марганца ниже чем у чистого озонирования

Пероксон (озон/перекись водорода)

5. УФ-излучение

Обработка ультрафиолетовым облучением с длиной волны в 253,7 нм, которое воздействует на уровне органических молекул (нуклепротеинов) и обеспечивает (в случае адаптированных условий применения) разрушение большинства бактерий и вирусов.

Обеззараживающее действие ультрафиолета основано на необратимых повреждениях ДНК РНК микроорганизмов, находящихся в воде, разрыве и нарушении связи химических связей под действием фотохимической лучистой энергии.

К недостаткам можно отнести полное отсутствие «последействия» или иначе сохранения остаточной концентрации дезинфектанта, гарантирующего вторичное биозагрязнение в сети, а также особенно высокие требования к предварительной подготовке воды, заключающееся в необходимости глубокого удаления взвешенных и коллоидных веществ. Применение такого способа на средних и крупных станциях питьевой воды с поверхностными источниками остается экономически проблематичным с неясными технологическими последствиями и сохранением (по некоторым данным) проблемы цист Giardia и Cryptosporidium.

УФ-излучение

Параметры	Описание
Генерация	Доступны УФ-лампы низкого и среднего давления
Основные цели применения	В первую очередь физический дезинфектант; требует вторичного физического дезинфектанта для поддержания остаточной концентрации в распределительной сети.
Эффективность инактивации	Очень высокая эффективность в отношении бактерий и вирусов при низких дозах (5-25 мВтсек/см2 для 99% удаления и 90-140 мВтсек/см2 для 99,99% удаления). Гораздо более значительные дозы требуются для инактивации Cryptosporidium и Giardia (100-8.000 мВтсек/см2 для 99% удаления).
Образование побочных продуктов	Минимальное количество побочных продуктов
Ограничения	Ограниченный опыт эксплуатации с расходами более 200 GPM. Обработка воды с высокой концентрацией железа, кальция, мутности и фенолов может быть неэффективна с использованием УФ-излучения.
Точки ввода	Перед распределительной системой
Примечания	Экстремально высокие дозы для инактивации Cryptosporidium и Giardia могут сделать обработку поверхностных вод непрактичной.

6. Ультрафильтрация

Обработка на волоконных ультрафильтрационных мембранах с размером пор порядка 0,1 мкм, что обеспечивает 100%-ое обеззараживание воды за счет задерживания вредных для здоровья человека микроорганизмов, имеющих размер, превышающий размеры пор. Существующие сегодня технические средства для такой обработки обеспечивают ее экономическую обоснованность во многих случаях. Значительный гарантированный срок службы таких мембран (порядка 10 лет), надежность и высокая функциональность соответствующих установок привели к возможности многих десятков станций, в том числе нескольких производительность более 100.000 м3/сут. Также как и в случае с УФ-облучением, отсутствует эффект «последействия».

Положение на московских водопроводных станциях

На водопроводных станциях г. Москвы применяется двухстадийное хлорирование. При хлорировании в две стадии хлор сначала дозируется перед смесителями (предварительное хлорирование), а затем - в фильтрованную воду, перед резервуаром чистой воды. Предварительное хлорирование необходимо для начальной дезинфекции воды, прекращения метаболизма водорослей, предотвращения слизистых образований на поверхностях очистных сооружений. Вторичное хлорирование выполняется с целью окончательного обеззараживания перед подачей воды в городскую сеть в соответствии с требованиями нормативных документов. Для продления бактерицидного действия хлора в воду вводят также аммиак или аммиачную воду. При этом образуются хлорамины, гидролиз которых протекает довольно медленно. Окислительное действие хлораминов ниже, чем хлора, но длительность бактерицидного действия значительно больше, в связи с чем аммонизацию воды применяют при длительном ее пребывании в резервуарах, водоводах и городской сети. (при протяженности сети более 9 000 тысяч километров).

Применение на московских водопроводных станциях двухстадийного хлорирования обусловлено также довольно высокой бактериальной загрязненностью воды, поступающей на очистку (особенно, р.Москвы), интенсивным развитием фито- и зоопланктона. Содержание бактерий группы кишечной палочки может иногда превышать 50 тыс.шт. в литре. постоянно отмечается наличие клостридий, колифагов, развитие планктона достигает 100 тыс.кл/мл. В таких условиях предварительное хлорирование является обязательной составной частью технологии подготовки питьевой воды на москворецких станциях (ЗВС и РВС). Дозы хлора не превышают 3 мг/л.

Вода волжского источника характеризуется существенно меньшей бактериальной загрязненностью - на 2-3 порядка. Однако, присутствие в природной воде колифагов и планктона наблюдается на том же уровне, что и в р.Москве. На волжских станциях (СВС и ВВС) до недавнего времени предварительное хлорирование, помимо поддержания очистных сооружений в надлежащем санитарном состоянии, использовалось с целью обесцвечивания воды. Как следствие, зимой, когда загрязненность волжской воды природными органическими соединениями, вызывающими цветность воды, весьма значительна, применяемые дозы хлора были достаточно высоки (до 6-7 мг/л). Соответственно, концентрация хлороформа, как побочного продукта хлорирования, превышала 150 мкг/л.

В настоящее время, в связи с введением новых нормативов на качество питьевой воды существенно увеличена роль коагулирования с последующим осветлением в отстойниках и на фильтрах для удаления из воды природной органики и биологических загрязнений. Появилась возможность снизить дозу хлора на предварительной стадии до 3-4 мг/л.В этой связи содержание хлороформа существенно сократилось (максимальное - составляло 120 мкг/л, минимальное - 81 мкг/л при нормативе СанПиН - 200 мкг/л. Среднегодовая концентрация на москворецких станциях - 47 мкг/л, на волжских - 71 мкг/л.)

Применяемый режим очистки позволяет обеспечить соответствие качества питьевой воды требованиям нормативов, в том числе по новым показателям, а, значит гарантировать эпидемическую безопасность воды при снижении концентрации побочных продуктов обеззараживания.

Характеристика хлорных хозяйств и принципиальная схема хлорирования.

Для ведения процессов обеззараживания воды, на всех водопроводных станциях построены и эксплуатируются хлорные хозяйства.

Впервые хлор для обеззараживания воды в г. Москве начал применяться в 1908г. Первоначально на водопроводные станции хлор поставлялся в баллонах. По мере роста водопотребления и увеличения количества потребляемого хлора его поставка стала осуществляться в железнодорожных цистернах и возникла необходимость строительства аккумулирующих складов.

В настоящее время процесс обеззараживания ведется по схеме 3. Хлорные хозяйства включают в себя пункты перелива хлора, базисные склады, испарители, системы транспортировки хлора и хлордозаторные.

Склады хлора представляют собой полузаглубленные бетонные сооружения, с отдельными боксами под сосуды-хранилища хлора (хлорные танки). Емкость складов обеспечивает не менее двухнедельного запаса хлора для ведения процесса обеззараживания.

Жидкий хлор поставляется железнодорожных цистернах. Цистерны устанавливаются на пункт перелива хлора, и жидкий хлор передавливается осушенным воздухом в танки склада хлора. Абгазы срабатываются в процессе слива на сооружения водоподготовки. Жидкий хлор хранится на складе при температуре окружающей среды, под избыточным давлением. Как правило, давление в танках не превышает 6 атмосфер.

Далее, из танков склада, жидкий хлор поступает в скоростные испарители змеевикового типа. Далее, хлор-газ по системе трубопроводов, транспортируется к хлор-дозаторным, расположенных на расстоянии от 500 метров до 2 километров от складов хлора.

Испарительные и хлор-дозаторные оборудованы системами общеобменной и аварийной вентиляции, и системой контроля наличия хлора в воздухе рабочей зоны.

Требования ГГТН РФ по повышению безопасности складов хлора.

Хлорные хозяйства водопроводных станций постоянно контролируются федеральной службой технического надзора (Госгортехнадзором России, а именно, его региональным органом - Московским округом, химической инспекцией.) В соответствии с Правилами обращения с хлором в 1987 г. в Мосводоканале была принята специальная программа, рассчитанная на реализацию в течение 10 лет. В соответствии с этой программой, было исключено применение хлора на Черепковских очистных сооружениях РВС, Юго-Восточной системе промводопровода и в г. Зеленограде. Система обеззараживания воды была переведена на использование гипохлорита натрия. С принятием в 1993 г. новых Правил безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора (ПБХ - 93), значительно ужесточивших требования безопасности объектов использующих хлор, потребовалось переработать разработать новую целевую программу модернизации хлорных хозяйств. В соответствии с требованиями правил и Госгортехнадзора России, силами Российского центра "Хлорбезопасность" был выполнен анализ безопасности складов хлора, который подтвердил возможность эксплуатации хлорных хозяйств персоналом водопроводных станций, как объектов повышенной опасности.

В соответствии с принятыми программами модернизации складов хлора реализовано следующее:

На всех станциях внедрено скоростное испарение хлора,

Создана единая система контроля воздушной среды в рабочих помещениях складов хлора, испарительных и хлордозаторных; с автоматическим включением систем аварийной вентиляции и нейтрализации хлора,

Создана система автоматического контроля состояния складов хлора с использованием микропроцессорной техники, которая включает в себя контроль следующих параметров: вес, давление и т.д.

Построен и эксплуатируется на РВС закрытый пункт перелива хлора.

Внедрена система оповещения персонала станций и жителей близлежащих районов при возникновении чрезвычайной ситуации,

В настоящее время продолжается работа по повышению уровня безопасности ведения процессов хранения, транспортировки и дозирования хлора.

Перспектива развития хлорных хозяйств.

В соответствии с программой, одобренной Госгортехнадзором, в 2001 - 2002 гг. намечено реализовать комплексный проект реконструкции хлорного хозяйства Северной водопроводной станции. Проектом предусмотрено применение полностью автоматических дозаторов и испарителей импортного производства, вакуумная транспортировка хлор-газа по территории станции, создание система противоаварийной защиты на базе микропроцессорной техники.

Намечено в ближайшее время оснастить все водопроводные станции автоматическими дозаторами хлора,

Намечено до 2005 года завершить оснащение водопроводных станций закрытыми пунктами перелива хлора.

Таким образом, в настоящее время специалистами Мосводоканала проводится планомерная работа, направленная на совершенствование технологии очистки воды и повышение уровня безопасности хлорных хозяйств.

Характеристики	Свободный хлор	Хлорамины	Двуокись хлора	Озон	Ультрафиолетовое излучение
Бактерицидность Бактерии Вирусы	Прекрасно (как HOCI) Прекрасно (как HOCI)	Умеренно Слабо (хорошо в течение времени контакта)	Прекрасно Прекрасно	Прекрасно Прекрасно	Хорошо Хорошо
Влияние pH	Уменьшение эффективности с увеличением pH	Преобладает дихлорамин при pH 5; Монохлорамин при pH > 7. Не зависит от pH	Несколько более эффективна при высоких значениях pH	Остаточный озон сохраняется дольше при низких значениях pH	Не влияет
Присутствие в распределительной системе	Да	Да	Да	Нет	Нет
Побочные продукты Образование TГM Другие	Да Неисследованные хлорированные и окисленные соединения; хлорамины; хлорфенолы	Маловероятно Неизвестно	Маловероятно Хлорированные ароматические соединения; хлораты и хлориты	Маловероятно Альдегиды, карбоксильные кислоты; фталаты	Маловероятно Неизвестно
Опыт применения	Широко распространен в США	Широко распространен в США	Широко распространен в Европе, ограниченно в США	Широко распространен в Европе и Канаде, ограниченно в США	Ограниченно применяется в малых системах
Обычно применяемые дозы, мг/л $/lb Эквивалентный вес в фунтах Цена за фунт эквивалентного веса ($/lb)	2 - 20 0.07 35.5 2.49	0.5 - 3.0 0.16 25.8 4.13	1.44 13.4 19.3	1 - 5 0.48 24 11.5	-- -- --

Размещено на Allbest.ru