ИнфоПул ИнфоПул
Главная База знаний Обработка воды Обеззараживание воды УФ-облучением

Обеззараживание воды УФ-облучением

На сегодняшний день среди довольно большого числа предлагаемых безреагентных методов наибольшее распространение получил метод обработки воды ультрафиолетовым (УФ) облучением. 
 
  • универсальность и эффективность воздействия на различные микроорганизмы;
  • экологичность, безопасность для жизни и здоровья человека;
  • относительно низкая цена;
  • невысокие эксплуатационные расходы;
  • низкие капитальные затраты;
  • простота обслуживания установок.

 

 

     

    Схема УФ (ультрафиолетовой)-установки Обеззараживание воды, как питьевой, так и сточной, – одна из главных и насущных задач, которые необходимо решать в процессах водоподготовки и водоочистки. Вирусы, бактерии, простейшие – основные группы микроорганизмов, присутствующих в воде и представляющих опасность для здоровья и деятельности человека.

    По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на реагентные, безреагентные и комбинированные. В пер-вом случае должный эффект достигается внесением в воду биологически актив-ных химических соединений; безреагентные методы обеззараживания подразу-мевают обработку воды физическим воздействием. Для обеззараживания сточных вод применяются также биологические методы – биопруды, поля фильтрации.

    Принцип действия установок УФ-обеззараживания воды

    На сегодняшний день среди довольно большого числа предлагаемых безреагентных методов наибольшее распространение получил метод обработки воды ультрафиолетовым (УФ) облучением. Невидимое глазом электромагнитное УФ-излучение охватывает диапазон с длиной волны λ от 10 до 400 нм. Обеззараживающим (бактерицидным) эффектом обладает только часть спектра УФ-излучения в диапазоне волн с λ = 205–315 нм и максимальным проявлением действия в области λ = 260 ± 10 нм. Обеззараживающий эффект УФ-излучения в первую очередь обусловлен происходящими под его воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекул ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу аппарата воспроизводимости живых орга-низмов. Результатом этих фотохимических реакций являются необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это в конечном итоге приводит к их гибели.

    Эффективность обеззараживания (доля погибших под действием УФ-облучения микроорганизмов) пропорциональна интенсивности излучения (мВт/см2) и времени его воздействия (с). Произведение этих двух величин называется дозой облучения (мДж/см2) и является мерой бактерицидной энергии, сообщенной микроорганизму. Минимальная доза УФ-облучения, регламентируемая методическими указаниями Минздрава РФ для обеззараживания питьевой воды, – 16 мДж/см2 («Санитарный надзор за применением УФ-излучения в технологии подготовки питьевой воды»).

    Обычная бактерицидная установка УФ-обеззараживания воды (рис.) состоит из камеры обеззараживания, пульта управления и блока промывки. Основной элемент – камера обеззараживания, обычно изготавливаемая из пищевой нержавеющей стали. Внутри камеры располагаются бактерицидные лампы (ртутные или ксеноновые), заключенные в прочные кварцевые чехлы, которые исключают контакт УФ-лампы с водой. Количество ламп и их расположение определяются производительностью установки, ее предназначением, типом и качеством обрабатываемой воды. На камере находятся подводящие и отводящие патрубки, пробоотборники, смотровое окно, УФ-датчик и другие элементы. Система автоматики располагается на выносном пульте управления. В состав большинства УФ-систем входит блок промывки, позволяющий легко осуществ-лять регламентную очистку камер обеззараживания.

    Вода, проходя через камеру обеззараживания, непрерывно подвергается облучению ультрафиолетом, убивающим все находящиеся в воде микроорганизмы.

    Основные причины распространенности метода

    Установки УФ-обеззараживания выпускаются отечественными (НПО «ЛИТ», НВР, АО «Сварог», НПО «ЭНТ», Загорский механический завод, «Машино-строитель», «Коммунальник») и зарубежными производителями (например, Wedeco AG, Германия; Delta UV, Германия; Trojan Technologies, США; Calgon Carbon, США). Они применяются в самых разных случаях, когда необходимы стадии водоподготовки и водоочистки при водоснабжении широкого спектра промышленных объектов и объектов индивидуального пользования. Так, только НПО «ЛИТ» выпускает 7 серий установок различной условной производительности (от 0,5 до 3000 м3/ч), используемых для обеззараживания водопроводной воды, подземных вод из скважин и поверхностных вод при автономном водоснабжении, а также в очистных сооружениях индивидуальных домов, коттеджных поселков, автозаправочных станций, автомоек, санаториев, пансионатов, промышленных предприятий и даже целых городских многонаселенных рай-онов. В частности, установки УФ-обеззараживания НПО «ЛИТ» обслуживают Автозаводской район города Тольятти с населением около 500 тыс. чел. УФ-обеззараживание применяется в пищевой промышленности при производстве минеральной бутилированной воды и пива, в медицинской промышленности и пр.

    Широкая распространенность метода УФ-обеззараживания объясняется такими его достоинствами, как:

    Известно, что самыми распространенными современными реагентными методами обеззараживания воды являются хлорирование и озонирование, но по ряду характеристик они уступают УФ-облучению. Для наглядности проведем сравнение этих методов.

    Универсальность и эффективность поражения микроорганизмов

    Для оперативного санитарного и технологического контроля зараженность воды микроорганизмами принято оценивать по определению бактерий группы ки-шечной палочки. Основной вид этой группы Escherichia coli обладает одним из самых высоких коэффициентов сопротивляемости в общем ряду энтеробакте-рий. Мерой зараженности является так называемый колииндекс. Однако эта норма не коррелирует с обеззараживанием воды от вирусов. В ряде научных ра-бот показано, что при дозах УФ-излучения и хлора, обеспечивающих одинако-вый эффект обеззараживания по колииндексу, воздействие ультрафиолета на вирусы (вируцидный эффект) значительно сильнее, чем в случае применения хлора. Озонирование же по вируцидной активности практически не уступает УФ-облучению. Реальные практические дозы для достижения высокого виру-цидного эффекта: 0,5–0,8 г/л озона при контакте 12 мин; при УФ-облучении – 16–40 мДж/см2.

    Известны также научные данные, показывающие, что ряд видов бактерий способны образовывать штаммы, нечувствительные к действию хлорирования. В этом отношении методы УФ-обеззараживания и озонирования более предпоч-тительны: к их бактерицидному действию «привыкания» у бактерий не развива-ется. При это важно отметить, что для УФ-облучения не существует ограниче-ния верхнего порога дозы. Увеличением дозы УФ-излучения почти всегда мож-но добиться желаемого уровня обеззараживания.

    Впрочем, по отношению к цистам патогенных простейших ни один из ука-занных методов не обеспечивает высокой степени обеззараживания. Для их удаления рекомендуется сочетать процессы обеззараживания с другими мето-дами очистки воды (коагуляцией, фильтрацией, обратным осмосом).

    Еще одним важным моментом, характеризующим эффективность обезза-раживания, является возможность повторного роста микроорганизмов после де-зинфекции. Хлорирование в общем случае обеспечивает консервацию воды по-сле обеззараживания, но остаточный хлор в дозах 0,3–0,5 мг/л не является барь-ером при вторичном загрязнении воды. После озонирования повторный рост бактерий наблюдается достаточно часто. Это происходит вследствие перехода под действием озона биологически устойчивых форм органических соединений в биоразлагаемые, которые легко усваиваются микроорганизмами. В случае УФ-облучения и при исключении вторичного загрязнения воды повторный рост наблюдается только тогда, когда нанесенная доза недостаточна. Этого легко из-бежать, поскольку при обеззараживании воды верхнего ограничения на размер дозы УФ-облучения не существует.

    В некоторых случаях наиболее эффективным оказывается комплексное применение реагентных и безреагентых методов обеззараживания воды. Так, обработкой воды бассейнов хлорированием в сочетании с УФ-облучением дос-тигается не только высокая степень обеззараживания, снижение пороговой кон-центрации хлора в воде, но и, как следствие, существенная экономия средств на расходе хлора.

    Безопасность метода для природы и человека

    Традиционное хлорирование приводит к образованию в воде хлорорганических соединений, обладающих высокой токсичностью, мутагенностью и канцероген-ностью. Хлорирование сточных вод перед сбросом в водоемы к тому же отрица-тельно сказывается на экологии. Хлорпроизводные и остаточный хлор, попадая в естественные водоемы, оказывают неблагоприятное воздействие на различные водные организмы, вызывая у них физиологические изменения и даже гибель. Кроме того, хлорорганические соединения, обладающие высокой стойкостью, становятся загрязнителями питьевой воды, вызывают загрязнение рек вниз по течению. При озонировании также возможно образование побочных продуктов, классифицируемых нормативами как токсичные, – броматов, альдегидов, кето-нов, хинонов, фенолов и других гидроксилированных и алифатических арома-тических соединений.

    УФ-облучение в отличие от окислительных технологий не меняет химиче-ский состав воды даже при дозах, намного превышающих практически необхо-димые. Но следует учесть, что УФ-излучение в области 100–200 нм вызывает образование озона из молекул кислорода. Это излучение присутствует и в не-прерывном спектре ксеноновых ламп, и в линейчатом спектре ртутных ламп. Образования озона удается избежать, применяя специальное стекло или специ-альное напыление на стекло ламп, не пропускающих ультрафиолет с длиной волны ниже 200 нм. С другой стороны, именно УФ-излучение в области 100–200 нм при использовании мощных импульсных ксеноновых ламп создает воз-можность для конструирования установок глубокой фотохимической очистки воды от загрязнения нефтепродуктами, пестицидами, токсическими и мутаген-ными циклическими органическими соединениями.

    УФ-облучение убивает микроорганизмы, но клеточные стенки бактерий, грибков, белковые фрагменты вирусов остаются в воде. При использовании та-кой воды в качестве питьевой желательно удалять их с помощью последующих стадий обработки – тонкой фильтрацией или обратным осмосом.

А. Б. ПРЕОБРАЖЕНСКИЙ, к. м. н.
Аква-терм №5 (9) сентябрь 2002

Новые статьи:
Старые статьи:

 


Корзина

Ваша корзина
Ваша корзина пуста.

Авторизация






Поиск по сайту