Обеззараживание воды презентация

Обеззараживание - термины
Обеззараживание - уничтожение бактерий, вирусов, биоиндикаторов (общих и фекальных колиформ фекальных стрептококков) и паразитов (цист амеб, Гьярдий или Криптоспоридий, яиц гельминтов).
Стерилизация - уничтожение всех живых микроорганизмов.

Обеззараживание включает 2 стадии:
общее бактерицидное, вирулицидное и биоцидное действие, определяемое его способностью разрушать на первой стадии обработки нежелательные микроорганизмы;
«последействие», определяемое наличием в воде остаточной концентрации дезинфектанта, гарантирующего сохранение микробиологического качества распределяемой воды и защиту сети.

Методы обеззараживания воды
Термический
Олигодинамия
Хлор и его соединения
Озон
С использованием окислителей
Физические
Перманганат калия
и др.
Ультразвук
Радиоактивное излучение
Ультрафиолетовое излучение
и др.

СП 31.13330.2012
9.111 Обеззараживание воды допускается осуществлять следующими методами:
хлорированием с применением жидкого хлора, растворов гипохлорита натрия, сухих реагентов или прямым электролизом;
двуокисью (диоксидом) хлора;
озонированием;
ультрафиолетовым облучением;
комплексным использованием перечисленных методов.

Хлорирование

Из истории
Впервые обработка больших количеств воды хлором была применена в Германии в 1894 году А.Траубе, который использовал в качестве реагента хлорную известь. Благодаря хорошим результатам хлорирование воды вскоре получило повсеместное распространение.
С 1910 года в Англии, Германии, США хлорная известь была заменена газообразным хлором.
В России хлорирование впервые было применено в 1910 году как принудительная мера во время эпидемии холеры в Кронштадте и брюшного тифа на Нижегородской ярмарке. Первоначально использовалась хлорная известь. С 1917 года начались работы по применению газообразного хлора.

Хлор – это желтоватый газ (при атм. давлении) с неприятным запахом, ядовитый (вызывает кашель, удушье), в 2,45 раза тяжелее воздуха.
Процесс обеззараживания воды хлором определяют образующиеся при гидролизе хлорноватистая кислота HClO и гипохлорит ион ClO¯.

Хлор взаимодействует с водой (гидролиз хлора):
Cl2 + H2O ↔HCl + HClO
HClO ↔ H+ + ClO-
Бактериальный эффект хлора вызван взаимодействием хлорноватистой кислоты HClO и гипохлорит иона ClO- с протоплазмой клеток бактерий.

Основные хлорреагенты:
Жидкий хлор Cl2;
Товарный гипохлорит натрия NaOCl;
Гипохлорит натрия - получают на месте электролизом из разбавленного насыщенного раствора NaCl;
Диоксид хлора ClО2;
Гипохлорит кальция Сa(ClО)2;
Хлорная известь СaОCl2

Технология хлорирования
При очистке поверхностных вод по реагентной двухступенчатой схеме хлорирование осуществляется на начальном этапе в смесителях (первичное хлорирование) и в РЧВ (вторичное хлорирование).
Первичное хлорирование производят с целью предварительного обеззараживания и поддержания сооружений водоподготовки в надлежащем санитарном состоянии, для улучшения процесса коагуляции.

СП 31.13330.2012
9.115 Обеззараживание воды подземных водоисточников реагентными методами следует осуществлять, как правило, по одноступенчатой схеме с вводом реагента перед контактными резервуарами, а поверхностных - по двухступенчатой, с дополнительной точкой ввода перед смесителями.
Примечание - В случаях, когда за время транспортировки питьевой воды до первого потребителя не обеспечивается ее необходимый контакт с реагентом, допускается, по согласованию с территориальными органами ГСЭН, предусматривать точки ввода в водоводы 2-го подъема.

СНиП 2.04.02-84*
6.18. Дозу хлорсодержащих реагентов (по активному хлору) при предварительном хлорировании и для улучшения хода коагуляции и обесцвечивания воды, а также для улучшения санитарного состояния сооружений следует принимать 3—10 мг/л.
6.146. Дозу активного хлора для обеззараживания воды следует устанавливать на основании данных технологических изысканий. При их отсутствии для предварительных расчетов следует принимать для поверхностных вод после фильтрования 2—3 мг/л, для вод подземных источников 0,7—1 мг/л.

Весы
газ
жидкость
Хлоратор
Технологическая схема хлорирования
вода
хлорная вода
Обрабатываемая вода
эжектор

Вакуумный хлоратор ЛОНИИ
1, 3 – манометры;
2, 9 – мембраны;
4, 12 – вентили;
5 – бачок с шаровым клапаном;
6 – смеситель;
7 – рег.кран;
8 – ротаметр;
10 – редукционный клапан;
11- фильтр;
13 - эжектор

У склада должна быть дегазационная яма, размеры которой определяются исходя из условия связывания 1 баллона или бочки раствором тиосульфата натрия Na2S2O3, содой или едким натром.
2Na2S2O3 + Cl2 = Na2S4O6 + 2 Na Cl

Обеззараживание гипохлоритом натрия
Опасность использования жидкого (2 класса опасности) хлора, а также невозможность соблюдения водоканалами ряда положений и «Правил по производству, транспортированию, хранению и потреблению хлора» (ПБ 09-594-03) вызвало необходимость поиска альтернативных путей по обеспечению промышленной безопасности и антитеррористической устойчивости систем водоснабжения.
Менее опасным (3 класс опасности) является технический (товарный) высококонцентрированный раствор гипохлорита натрия марки А с высоким значением и содержанием активного хлора 14-18 %, производимый на химических заводах и доставляемый к объекту специальным транспортом. На месте потребления он разбавляется водой до состояния наименьшей скорости разложения (до 10 %-ной концентрации) и с той же целью хранится в помещении с поддерживаемой температурой воздуха 10 ± 5оС в резервуарах, обеспечивающих его 15 - суточный запас.
Наиболее же безопасным (4 класс опасности), малотоксичным для человека и более простым в эксплуатации хлорсодержащим реагентом признан низкоконцентрированный гипохлорит натрия, получаемый непосредственно на месте потребления при прохождении электрического тока через раствор поваренной пищевой соли.

с диафрагменным мембранным разделением межэлектродного пространства
бездиафрагменным электролизом
Получение гипохлорита натрия
+
-
NaCl = Na + + Cl-
Cl-
Cl2
Н2
Na+
Na0
NaOH
Катод 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН-
Анод 2 Cl- - 2е = Cl 2
При электролизе солей активных металлов (от Li до Al) вместо металлов на катоде выделяется водород.
+
NaCl
NaClO
-
Cl-
Na+
Na0
NaOH
Н2
Cl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H2O

В электролизере анодное и катодное пространства не разделены. В процессе электролиза концентрация NaOH у катода возрастает.
Хлор, выделяющийся на аноде, растворяется в электролите.
Щелочь в результате электролитического переноса, тепловой конвекции и перемешивания электролита газом перемещается в анодное пространство и вступает в реакцию с хлором.

Недостатки диафрагменных электролизеров:
генерирование хлор-газа, которое требует соблюдения норм и правил хлорной безопасности, аналогичных при использовании жидкого хлора;
сопутствующее образование каустической соды, что требует этапа нейтрализации или утилизации каустика. Теоретически (стехиометрически), получение 1 кг хлора сопровождается выделением 1,14 кг едкого натра или выход 15 % - ной щелочи (150 г/л) составит около 10 литров на каждый 1 кг вырабатываемого хлора;
невысокая производительность. Конструктивно в них предусмотрено монополярное подключение электродов в связи со значительными техническими трудностями при производстве высокопроизводительных многокамерных аппаратов. Вследствие этого установки представляют собой пакет параллельно работающих мелких электролизных ячеек, количество которых достигает нескольких десятков на каждый килограмм производимого хлора;

Схема гипохлоритного электролизера
1 – защитная крышка;
2 – анод (платинированный титан);
3 – прокладки;
4 – фланцевая крышка;
5 – корпус (катод, титан);
6 – токоподвод к катоду;
7 – стальной фланец;
8 - кронштейн

Для предотвращения катодных отложений необходимо удалить из воды ионы кальция и (или) гидрокарбоната. Зарубежные компании для удаления катионов жесткости проводят натрий-катионирование воды, идущей на приготовление соли. Соответственно, для исключения вторичного насыщения воды кальцием при солерастворении обязательно не только применение глубокоумягченной воды, но и использование соли марки «ЭКСТРА» , что удорожает солерастворение в 2,5-3 раза. Кроме того технология Na-катионирования кроме дополнительного потребления воды и соли на регенерацию - фильтров требует решения вопроса переработки или ликвидации отработанных высококонцентрированных хлоридно-кальциевых регенерационных растворов, отмывочных и взрыхляющих сбросных вод. При приготовлении насыщенного раствора соли в сатураторе, происходит накопление на дне нерастворимых примесей, постепенно кольматирующих гравийную подложку дренажной системы. Промывка же обратным током воды (по типу водопроводных фильтров) в сатураторах иностранных фирм не предусмотрена, в связи с чем отмывку гравийного слоя проводят вручную с выгрузкой гравия.

проблема использования соли любого качества (даже самой низкосортной) решается методом декарбонизации рабочего 3% - ного солевого раствора, т.е. удалением осадкообразующего иона гидрокарбоната путем подкисления воды до рН≈ 4,0 с переводом иона НСО-3 в свободную двуокись углерода и последующей отдувкой ее в пленочном дегазаторе.
предусмотрена периодическая промывка 5-процентной соляной кислотой. При такой схеме декарбонизации воды периодичность промывок составляет не чаще 1 раза за 300-400 часов непрерывной работы электролизера. Кислота для промывки используется многократно. Отработанная кислота не сбрасывается в сток, а используется повторно в кислотной схеме декарбонизации. Т.е. какие-либо отходы и сбросы, требующие удаления и переработки, отсутствуют.

Технологическая схема производства гипохлорита натрия
Сайт «Душанбе Водоканал»

Электролизная установка Newtec
Баки-хранилища гипохлорита натрия
Насос-дозатор
Na-катионитовый фильтр
Баки-хранилища раствора соли
Склад соли

Электролизер УГ-25МК-250

Принципиальное отличие установок заключается в марке используемой поваренной соли и технологии подготовки воды для приготовления солевых растворов и, соответственно, в образующихся при этом отходах и экологичности производства.

Все хлорсодержащие реагенты одинаково надежны и эффективны, а преимущества применения хлор-газа, диоксида хлора, хлорамина, высоко - или низкоконцентрированного гипохлорита натрия заключаются в безопасности производства, технологичности, образовании побочных продуктов и их воздействии на экологию или обрабатываемую воду, их стоимости.

СП 31.13330.2012
9.126 Для предотвращения образования хлорфенольного запаха или увеличения пролонгирующего действия хлора при длительном хранении и транспортировке питьевой воды необходимо предусмотреть ее аммонизацию.

В результате реакции хлорноватистой кислоты с аммиаком получаются монохлорамины:
HOCl + NH3 ↔ NH2Cl + H2O,
которые, гидролизуясь, образуют гипохлоритный ион:
NH2Cl + H2O → NH+4 + OСl-

Гидролиз хлораминов протекает довольно медленно. Поэтому окислительное действие хлораминов в первое время ниже, чем хлора, однако длительность действия больше.

Недостатки хлорирования
токсичность хлора, что требует особых мер при транспортировке, дозировании;
повышенное содержание хлора ухудшает вкус воды и придает неприятный запах;
высокая вероятность образования в процессе обработки воды токсичных для человека галогеносодержащих органических соединений;
медленное проявление обеззараживающего действия;
действует только на вегетативные виды бактерий. Спорообразующие виды бактерий при обычных дозах не погибают.

Озонирование

Озон – аллотропная модификация кислорода с формулой О3.
Представляет собой газ голубоватого цвета.
Образуется в результате ионизирующего действия на кислород электрического поля с высоким потенциалом.
О2 + 491,07 кДж ↔ 2О
2О2 + 2О ↔ 2О3 + 206,80 кДж

СП 31.13330.2012
9.129 Ориентировочную дозу озона следует принимать: для обеззараживания подземных вод - 0,75-1 мг/л, очищенной поверхностной воды - 1-3 мг/л. При этом должно быть обеспечено время контакта озона с обрабатываемой водой не менее 12 мин.

Принципиальная технологическая схема озонаторной установки
1 – воздушный фильтр;
2 – компрессор;
3 – охлаждающее устройство;
4 – сушильный аппарат;
5 – озонатор;
6 – контактная камера
1
2
3
4
5
6

Озонатор

Недостатки метода
Образование побочных продуктов:
- токсичных (броматы, альдегиды, кетоны, фенолы и др.);
- меняющих органолептические свойства воды;
Токсичность;
Переход органических соединений из биологически устойчивых форм в биоразлагаемые, легко усваиваемые микроорганизмами, что ведет к их росту;

Недостатки метода
техническая сложность: очистка воздуха, охлаждение, сушка, синтез озона и др.;
энергоемкость;
дороговизна;
не обладает последействием.

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Свет, воспринимаемый глазом человека, составляет лишь часть света электромагнитных волн.
Волны с меньшей энергией (с большей длиной волны), чем красный свет, называют
инфракрасным (тепловым) излучением.
Волны с большей энергией, чем фиолетовый свет, называют
ультрафиолетовым излучением.

УФ излучением называется электромагнитное излучение с длиной волны 10 - 400нм.
В технологии водоподготовки используется биологически активная область спектра УФ излучения с длиной волны от 205 до 315 нм, называемая бактерицидным излучением.
Максимум бактерицидного действия приходится на область 250-270 нм.

Длина волны, нм
10
780
420
Инфракрасный
Ультрафиолетовый
Оптический
Спектр электромагнитных волн
205
315
бактерицидное излучение
Максимум бактерицидного действия
250-270

УФ излучение – это физический метод обеззараживания, основанный на фотохимических реакциях, которые приводят к необратимым повреждениям ДНК и РНК микроорганизмов. В результате микроорганизм теряет способность к размножению (инактивируется).
Механизм УФ
обеззараживания

Источники излучения:
ртутно-аргонные лампы низкого давления, мощность 2-200 Вт, рабочая температура 40-150°С;
ртутно-кварцевые лампы высокого давления, мощность 50-10 000 Вт, рабочая температура 600-800°С.

Ртутные лампы низкого давления

СП 31.13330.2012
9.132 Обеззараживание воды с помощью бактерицидного ультрафиолетового излучения следует применять для подземных вод при условии постоянного обеспечения требований СанПиН 2.1.4.1074 по физико-химическим показателям.

Преимущества:
не влияют на химический состав воды;
действует на все находящиеся в воде микроорганизмы (бактерии, вирусы, цисты и т.д.);
действие мгновенное, т.е. не требуется контакт, что позволяет подавать воду сразу после обработки.

Недостатки:
возможность повторного заражения воды;
жесткие ограничения по мутности, цветности, содержанию железа.
Микроорганизмы могут быть связаны с компонентами взвеси, что защищает их от действия УФ-лучей.

УДВ – 50/7
УДВ-7А

Сравнение методов обеззараживания

СП 31.13330.2012
9.134 Бактерицидные установки следует располагать, как правило, непосредственно перед подачей воды в сеть потребителям на напорных или всасывающих трубопроводах насосов.

Двухступенчатая схема обеззараживания воды
Cl2
См
ОВО
СФ
РЧВ
Хл
РХ
реагенты
Исходная вода
Очищенная вода потребителю
НСII
УФО

Компоновка установок УФО на НФС-1 (г. Новосибирск)
Стоимость станции:
здание – 91,77 млн. рублей;
оборудование – 98,87 млн. рублей;
сети – 20,6 млн. рублей;
общая стоимость – 211,24 млн.рублей.
Станция УФО была построена в 2010 году.
Общее количество используемого на НФС-1 хлора снизилось на 18,5 %.

Обеззараживание сточных вод
Служит для достижения санитарно-гигиенических требований к сбрасываемой воде по содержанию микробиологических загрязнений.

СП 32.13330.2012
9.2.11.1 Хозяйственно-бытовые сточные воды и их смеси с производственными сточными водами, сбрасываемые в водные объекты, либо используемые для технических целей, должны подвергаться обеззараживанию. Обеззараживание следует производить после биологической очистки сточных вод (либо физико-химической очистки, если биологическая очистка не может быть использована).

СП 32.13330.2012
9.2.11.2 Обеззараживание сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, рекомендуется производить ультрафиолетовым излучением.
Допускается обеззараживание хлором или другими хлорсодержащими реагентами (хлорной известью, гипохлоритом натрия, получаемым в виде продукта с химических предприятий, электролизом растворов солей или минерализованных вод, прямым электролизом сточных вод и др.) при обеспечении обязательного дехлорирования обеззараженных сточных вод перед сбросом в водный объект.

Обеззараживание очищенных вод хлором или хлор-реагентами
В очищенную воду дозируется раствор хлора в воде, приготавливаемый в хлораторе в результате испарения жидкого хлора, либо раствор гипохлорита натрия, после чего вода в течение не менее 0,5 ч должна находиться в контактном резервуаре при концентрации растворенного хлора не менее 2 мг/л.
В качестве источника активного хлора может использоваться привозной или приготовленный на месте гипохлорит натрия. На малых объектах используется хлорная известь.

Влияние на окружающую среду
Метод обеспечивает обеспечение санитарно-гигиенических требований по обеззараживанию.
Одновременно с этим метод наносит прямой и очевидный вред окружающей среде за счет сброса в водный объект обеззараженной воды с остаточным содержанием активного хлора, хлораминов, хлорорганических соединений.
Это наносит ущерб всем гидробионтам, а также приводит к накоплению хлорорганических соединений в пищевой цепи и в донных отложениях.

Применимость - при любом масштабе сооружений. Жидкий хлор целесообразно применять только на средних и больших сооружениях, гипохлорит может применяться (получаться) на сооружениях любого масштаба.

Факторы, влияющие на возможность реализации
Использование хлора создает существенные риски отравлений при авариях в системе приема, хранения и дозирования, а также при террористическом нападении.
Все хлорсодержащие обеззараживающие реагенты весьма коррозионны.
Очищенные сточные воды, в отличие от питьевой воды, характеризуются весьма высоким хлорпоглощением при достижении требуемой величины 2 мг/л активного хлора.
Существенно, что данный параметр зависит от содержания аммонийного азота в воде (образующего хлорамины), которое может колебаться в широких пределах.

Действующие экологические и инженерные требования требуют проведения дехлорирования после хлорирования. Процесс дехлорирования осуществляется введением в хлорированную воду веществ, способных связывать избыточный хлор.
В качестве таких веществ можно применять гипосульфит-натрия (серноватисто-кислый натрий Na2S2O3), сернистый газ SO2, сульфит натрия Na2SO3 и др.
Для дехлорирования применяют также фильтрование через активированный уголь. На загрузке происходит восстановление активного (растворенного) хлора до аниона Cl-, а также сорбируются токсичные продукты хлоролиза органических загрязнений.
Сооружения хлорирования с дехлорированием достаточно сложны и требуют квалифицированной эксплуатации.

Обеззараживание очищенных вод УФ-облучением
Очищенная вода подвергается облучению, проходя рядом с УФ-лампами, помещенных в проницаемые для излучения чехлы. В результате воздействия УФ-излучения (для обеззараживания очищенных сточных вод применяются только лампы низкого давления с длиной волны 254 нм) разрушаются участки ДНК бактерий и патогенных простейших, а также РНК вирусов, что препятствует их размножению.
Аппараты УФ-обеззараживания могут быть корпусными (напорными) и канальными (открытыми). Первые применяют до уровня больших сооружений, вторые — на крупных и выше.

Преимущества для окружающей среды
Метод обеспечивает обеспечение санитарно-гигиенических требований по обеззараживанию без прямого негативного воздействия на окружающую среду.
Применимость
При любом масштабе сооружений.

Факторы, влияющие на возможность реализации
Сооружения достаточно компактны.
Чем меньше содержание взвешенных веществ в очищенной воде, тем ниже энергозатраты на УФ-обеззараживание и выше эффективность метода.
При длительной транспортировке обеззараженной воды по каналам (трубопроводам) длиной несколько километров возможен существенный эффект вторичного роста бактерий, в том числе и за счет бактериальных обрастаний на стенках, приводящий к увеличению их содержания свыше санитарных требований.

Это обстоятельство должно учитываться при назначении мощности облучения, а также при определении необходимости и выборе метода третичной очистки в зависимости от условий отведения обеззараженной воды в водный объект. Вторичный рост индикаторных бактерий отнюдь не тождественен росту содержания патогенных организмов, подавляющее большинство которых не способно к размножению вне организма человека, однако, данное обстоятельство применительно к УФ-обеззараживанию изучено не достаточно.

Станция УФО очищенных
сточных вод
(2016 г.)

КОС логистического центра промзоны г. Новосибирска
Установка УФО (НПО «ЛИТ»)