Содержание.

Введение ……………………………………………………………………...2

Качество питьевой воды. Нормативы и контроль качества………………………………………………………………………..3

Сравнение методов обеззараживания питьевой воды. Преимущества и недостатки…………………………………………………6

Физико-химические основы уф-метода обеззараживания воды. Факторы, влияющие на эффективность уф-метода………………………11

Критерий выбора УФ-оборудования……………………………………….13

Принцип действия установок УФ-обеззараживания воды………………..14

Общие схемы подготовки воды с помощью систем УФ-обеззараживания. Опыт применения в России и за рубежом…………………………………..…………………………………..16

Расчет установки……………………………………………………………..20

Безопасность метода для природы и человека …………………………….22

Выводы………………………………………………………………………..23

Использованные материалы…………………………………………………24

Введение.

В системах коммунального водоснабжения на протяжении более столетия применяются различные методы обеззараживания воды. Однако и в настоящее время сохраняется риск возникновения заболеваний, связанных с употреблением населением питьевой воды, содержащей вирусы и простейшие. Попытки повышения надежности обеззараживания воды в отношении этих микроорганизмов посредством увеличения доз хлора приводит к образованию опасных для здоровья человека хлорорганических соединений.

Анализ зарубежной научной литературы и нормативных документов показывает, что совершенствованию схем обеззараживания воды сейчас уделяется большое внимание. Во многих странах на государственном уровне ведутся исследования с целью определения возможности использования различных методов и технологий (программы Агентства по защите окружающей среды в США, Министерства образования, науки, исследований и технологий в Германии, EAAP в Италии и др.).

Реальными практическими методами, обладающими необходимым потенциалом обеззараживания воды и прошедшими проверку на действующих крупномасштабных сооружениях водоподготовки, являются хлорирование, озонирование, обработка диоксидом хлора и УФ-облучение. Метод УФ-дезинфекции известен с 1910 года, когда были построены первые станции для обработки артезианской воды во Франции и Германии. Но бурный подъем эта технология переживает начиная с 70-х годов ХХ в. и занимает сейчас второе место в мире после хлорирования.

Существует ряд критериев, по которым оценивается приемлемость того или иного метода: обеспечение удаления патогенных и снижения концентрации индикаторных микроорганизмов до значений, установленных соответствующими санитарными нормативами; минимальное влияние колебаний физико-химического качества воды на эффективность обеззараживания; применяемый метод обеззараживания не должен приводить к возникновению вредных побочных продуктов в концентрациях выше ПДК; метод должен органически вписываться в общую технологическую схему очистки и быть приемлемым с экономической точки зрения.

Выбор конкретного метода в каждом случае основывается на комплексном анализе предлагаемого решения с технико-эксплуатационной и экономической точек зрения. Основное внимание при этом уделяется обеспечению надежного и непрерывного обеззараживания воды. Целью данной работы является рассмотрение особенностей и перспектив применения обеззараживания воды УФ-излучением.

.

Качество питьевой воды. Нормативы и контроль качества.

Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" устанавливают гигиенические требования к качеству питьевой воды, а также правила контроля качества воды, производимой и подаваемой централизованными системами питьевого водоснабжения населенных мест.

Гигиенические требования и нормативы качества питьевой воды

1. Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. 2. Качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам перед ее поступлением в распределительную сеть, а также в точках водоразбора наружной и внутренней водопроводной сети. 3. Безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям, представленным в таблице 1.

Таблица 1

Показатели	Единицы измерения	Нормативы
Термотолерантные колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	Отсутствие
Общие колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	Отсутствие
Общее микробное число (ОМЧ)	Число образующих колонии бактерий в 1 мл	Не более 50
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	Отсутствие
Споры сульфитредуцирующих клостридий	Число спор в 20 мл	Отсутствие
Цисты лямблий	Число цист в 50 л	Отсутствие

Надо заметить, что бактериальная загрязненность воды – это отдельная тема, т.к. микроорганизмы могут появиться даже в самой, казалось бы, химически безопасной воде. Не стоит забывать, что природная вода, особенно поверхностных источников (хотя подземные воды тоже не всегда свободны от бактерий), является средой обитания многочисленных представителей микро и макроорганизмов животного и растительного происхождения. Разные виды болезнетворной микрофлоры имеют различную выживаемость, которая зависит от множества факторов. К ним относятся в первую очередь такие, как химический состав и физические свойства воды. В таблице приводятся примерные сроки выживания основных видов микроорганизмов в различных водах.

Таблица 2. Выживаемость некоторых микроорганизмов в воде

Микроорганизмы	Выживаемость в днях
	Колодезная чистая вода	Речная вода	Стерильная вода	Морская вода	Лед
Бактерии брюшного тифа и паратифов	107 — 540	7 — 21	167 — 365	14 — 15	120 – 150
Бактерии дизентерии (Зонне, Флекснера)	10 — 11	5 — 6	30 — 60	1 — 12	17 – 24
Холерный вибрион	2 — 8	7 — 12	365 и более	90	120 – 150
Цисты амебной дизентерии	-	14 — 60	-	-	-
Бактерии туляремии	12 — 60	7 — 31	3 — 15	-	32
Лептоспиры	-	14 — 21	До 7	-	-
Бруцеллы	-	-	60 — 160	-	-
Бактерии сапа	-	15 — 30	-	-	-
Вирусы полиомиелита	-	-	До 90	-	-
Споры сибирской язвы	-	Годы	-	-	-
Кишечная палочка	-	До 365	До 365	-	-

Из этой таблицы видно, что в большинстве случаев, чем чище вода, тем дольше могут в ней выживать патогенные микроорганизмы.

Все организмы, населяющие водоемы, можно разделить на постоянных и случайных обитателей. Постоянные обитатели, как правило, представляют наиболее многочисленную группу, однако гигиеническое значение их невелико. И, наоборот, в числе случайных, непостоянных обитателей могут находиться патогенные для человека формы организмов (микробы, простейшие, яйца гельминтов и т.п.), попадающие в воду с экскрементами больных людей, животных и бактерионосителей. Таким путем природные воды могут загрязняться микроорганизмами кишечной группы (холерный вибрион, бациллы брюшного тифа, паратифов, дизентерии), лептоспирами (возбудителями инфекционной желтухи, водяной лихорадки), возбудителями туляремии, бруцеллеза, некоторыми вирусами (Коксаки, ЕСНО, полиомиелита, трахомы и др.). Кроме того, в воде могут находиться патогенные простейшие (некоторые амебы, лямблии, балантидии), а также зародыши паразитических червей (аскарид, власоглава, печеночной двуустки, карликового цепня, эхинококка, угрицы, анкилостомы, ришты, кривоголовки американской). Некоторые паразитические черви (лентец широкий, кошачья двуустка, китайская двуустка и др.) непосредственно через воду не передаются, однако цикл их развития на определенных этапах происходит в гидробионтах.

Порядок отбора проб, исследования микробиологических показателей качества питьевой воды в каждой пробе, действия в случае обнаружения бактериологического и/или вирусологического загрязнения регламентируются Правилами. Причем исследования воды на наличие патогенных микроорганизмов могут проводиться только в лабораториях, имеющих санитарно-эпидемиологическое заключение о соответствии условий выполнения работ санитарным правилам и лицензию на деятельность, связанную с использованием возбудителей инфекционных заболеваний.

Использование кишечной палочки в качестве индикаторного микроорганизма для оценки эффекта обеззараживания воды обусловлено следующими соображениями: присутствие кишечной палочки в воде определять проще, чем другие бактерии кишечной группы; она всегда присутствует в организме человека и теплокровных животных; ее присутствие в воде источника свидетельствует о его загрязнении хозяйственно-бытовыми стоками; окислители, используемые для обеззараживания воды, летально действуют на кишечную палочку труднее, чем на патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания желудочно-кишечного тракта. Поэтому кишечная палочка безвредна и является лишь контрольным микроорганизмом, характеризующим бактериальную загрязненность воды.

Контроль качества питьевой воды

1. В соответствии с Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" за качеством питьевой воды должен осуществляться государственный санитарно-эпидемиологический надзор и производственный контроль. 2. Производственный контроль качества питьевой воды обеспечивается индивидуальным предпринимателем или юридическим лицом, осуществляющим эксплуатацию системы водоснабжения, по рабочей программе. Индивидуальный предприниматель или юридическое лицо, осуществляющее эксплуатацию системы водоснабжения, в соответствии с рабочей программой постоянно контролирует качество воды в местах водозабора, перед поступлением в распределительную сеть, а также в точках водоразбора наружной и внутренней водопроводной сети. 3. Количество и периодичность проб воды в местах водозабора, отбираемых для лабораторных исследований, устанавливаются с учетом требований, указанных в Правилах.

Сравнение методов обеззараживания питьевой воды. Преимущества и недостатки.

Для приведения водопроводной воды в соответствие с действующими санитарно-гигиеническими нормами требуется проведение дополнительных мероприятий, связанных с её повторной очисткой и обеззараживанием. Однако широко применяемый для обеззараживания питьевой воды хлор сам является опаснейшим элементом. Вступая в реакцию с находящимися в воде органическими веществами, он образует опасные канцерогенные и мутагенные соединения, такие как хлороформ и диоксид.

По мере ухудшения состояния водопроводных сетей для борьбы с кишечными инфекциями в воду добавляют всё большее количество хлора. Использование гиперхлорированной воды приводит к заболеваниям эндокринной и нервной систем, нарушению обмена веществ, изменению генной структуры человека и возникновению наследственных заболеваний, появлению рака мочевого пузыря, печени, желудка, кишечника. Хлор является причиной заболеваний сердечно-сосудистой системы, способствует возникновению атеросклероза, анемии, гипертонии, аллергических реакций. Он разрушает белки, отрицательно влияет на кожу и волосы. Предотвращая одни болезни, он вызывает другие. Риск заболевания раком среди тех, кто пьёт хлорированную воду, на 93 % выше, чем среди тех, кто пьёт воду без примеси хлора. И, тем не менее, несмотря на большие дозы хлора в воде, ежегодно отмечаются вспышки холеры, дизентерии, тифа, вирусного гепатита и других опаснейших инфекций.

Обеззараживание воды с помощью озона также не свободно от ряда недостатков. Так, при контакте озона с находящимися в воде органическими соединениями в обеззараженной воде могут образовываться ассимилированные окислительные компоненты, являющиеся идеальной средой для размножения различных вирусов и бактерий. Кроме того, озонирование воды является сложной и дорогостоящей технологией, требующей специального оборудования. Для получения озона требуются специальные озонаторы, питаемые током высокой частоты и высокого напряжения. Воздух в озонаторы должен подаваться предварительно осушенным. Для проведения процесса обеззараживания требуются специальные контактные резервуары, в которых озон должен тщательно перемешиваться с водой (длительность процесса обеззараживания составляет 20-30 минут).

Анализ существующих реагентных (химических) методов обеззараживания питьевой воды позволяет сформулировать общие причины, ограничивающие их применение: - Низкая эффективность бактерицидного и вирулецидного действия в отношении наиболее распространённых в воде вегетативных спорообразующих бактерий и вирусов. - Высокая токсичность и мутагенность наиболее часто применяемых для обеззараживания питьевой воды химических веществ (хлора и хлорсодержащих соединений), способных вызывать наследственную патологию и злокачественные образования (рак). - Существенные изменения химического состава и вкусовых качеств обеззараженной воды (особенно при больших дозах реагентов). - Необходимость постоянного контроля за уровнем остаточной концентрации реагентов в обеззараженной воде. - Сложности в эксплуатации оборудования, транспортировании и хранении высокотоксичных химических реагентов.

Наиболее эффективным и экономичным методом обеззараживания, не изменяющим химический состав воды и её вкусовых качеств, является метод, основанный на бактерицидном и вирулецидном действии коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения. Вода, обеззараженная УФ излучением, длительное время сохраняет свой химический состав и природные вкусовые качества.

К основным достоинствам метода обеззараживания воды УФ излучением относятся: - Высокая эффективность уничтожения наиболее опасных кишечных инфекций, таких как: вирусный гепатит, гастроэнтерит, холера, тиф, дизентерия. - Отсутствие опасности образования токсинов и мутагенных соединений.

Обеззараживание воды бактерицидным УФ излучением не требует применения высокотоксичного хлора или дорогостоящего озона, вредно действующих на здоровье человека и окружающую среду, а связано с непосредственным воздействием УФ излучения на находящиеся в воде болезнетворные микроорганизмы. Обработка воды УФ-излучением не приводит к образованию вредных побочных химических соединений.

Определению изменения химического состава воды после облучения различными дозами и различными источниками УФ-излучения посвящено большое количество научных работ. Как правило, в этих работах присутствие органических соединений анализировалось методами газовой и жидкостной хроматографии и масс-спектроскопии, проводилось также биотестирование на различных организмах и водорослях. Единственным побочным продуктом, повышение концентрации которого было обнаружено при облучении природных вод, оказался формальдегид. Наибольшие концентрации формальдегида в этих исследованиях не превысили 3 % его ПДК в питьевой воде при облучении дозами более 100 мДж/см² неочищенной воды из поверхностного источника. Работы по исследованию образования побочных продуктов при УФ-облучении проводились в 1998 г. в НИИ ЭЧиГОС им. A. H. Сысина: установлено, что УФ-облучение не приводит к сколько-нибудь значительному образованию вредных побочных продуктов. Многие зарубежные исследователи также изучали мутагенные и токсические свойства воды. Так, после УФ-облучения воды из рек Рейна и Мааса в Нидерландах заметных изменений обнаружено не было, в то время как хлорирование приводило к значительному росту мутагенного действия воды. Высокая эффективность действия на различные типы микроорганизмов, незначительное влияние внешних факторов на эффективность обеззараживания и отсутствие вредных побочных продуктов позволяют рассматривать УФ-облучение как реальный практический метод обеззараживания в системах водоподготовки.

- Мгновенный бактерицидный эффект (время обеззараживания 0,5-5с). - Низкая стоимость обеззараживания (стоимость обеззараживания 1000 м3 воды составляет 2,6-3,0 USD). - Простота в эксплуатации. - Кумулятивное действие коротковолнового УФ излучения позволяет проводить многоступенчатое и повторное обеззараживание облучением на различных этапах обработки, транспортирования и распределения воды. - Вода, обеззараженная коротковолновым УФ излучением, не претерпевает (в отличие от хлорирования) каких-либо изменений физико-химического состава и полностью сохраняет свои вкусовые и органолептические качества. - Вода, обеззараженная коротковолновым УФ излучением, полностью безвредна для здоровья человека.

Важным преимуществом метода УФ-обеззараживания является возможность его внедрения в существующие традиционные технологические схемы без их значительного переустройства. В то же время применение УФ-обеззараживания не противоречит возможности дальнейшего развития очистных сооружений. Существуют примеры, когда УФ-облучение используется совместно с такими технологиями, как инфильтрация через почву, активированные угли, озонирование.

Таблица 3. Характеристики основных дезинфектантов воды

 

BORDER-RIGHT: Наименование и характеристика дезинфектанта	Достоинства	Недостатки
Хлор Применяется в газообразном виде, требует соблюдения строжайших мер безопасности	эффективный окислитель и дезинфектант эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов обладает дизенфицирующим последействием предотвращает рост водорослей и биообрастаний разрушает органические соединения (фенолы) окисляет железо и магний разрушает сульфид водорода, цианиды, аммиак и другие соединения азота	повышенные требования к перевозке и хранению потенциальный риск здоровью в случае утечки образование побочных продуктов дезинфекции – тригалометанов (ТГМ) образует броматы и броморганические побочные продукты дезинфекции в присутствии бромидов
Озон Используется на протяжении нескольких десятков лет в некоторых европейских странах для дезинфекции, удаления цвета, улучшения вкуса и устранения запаха	сильный дезинфектант и окислитель очень эффективен против вирусов наиболее эффективен против Giardia,Cryptosporidium, а также любой другой патогенной микрофлоры способствует удалению мутности их воды удаляет посторонние привкусы и запахи не образует хлорсодержащих тригалометанов	образует побочные продукты, включающие: альдегиды, кетоны, органические кислоты, бромсодержащие тригалометаны (включая бромоформ), броматы (в присутствии бромидов), пероксиды, бромуксусную кислоту необходимость использования дополнительных фильтров для удаления образующихся побочных продуктов не обеспечивает дезинфицирующего последействия требует высоких начальных затрат на оборудование значительные затраты на обучение операторов и обслуживание установок озон, реагируя со сложными органическими соединениями, расщепляет их на фрагменты, являющиеся питательной средой для микроорганизмов в системах распределения воды
УФ-облучение Процесс заключается в облучении воды ультрафиолетом, способным убивать различные типы микроорганизмов	не требует хранения и транспортировки химикатов не образует побочных продуктов эффективен против цист (Giardia,Cryptosporidium)	не обеспечивает дизенфицирующего последействия дезинфицирующая активность зависит от мутности воды, ее жесткости (образования отложений на поверхности лампы), осаждения органических загрязнений на поверхности лампы, а также колебаний в электрической сети, влияющих на изменение длины волны отсутствует возможность оперативного контроля эффективности обеззараживания воды конструкции УФ-установок должны гарантировать отсутствие выхода УФ-излучения за пределы камеры обеззараживания.

Физико-химические основы УФ-метода обеззараживания воды. Факторы, влияющие на эффективность УФ-метода.

УФ-облучение обладает высокой эффективностью по отношению к патогенным микроорганизмам. Наиболее оптимальными источниками излучения являются ртутные лампы низкого давления, излучающие на длине 253,7 нм. Средний срок службы лампы лежит в пределах от 8 000 до 12 000 ч работы (доза излучения составляет приблизительно 40 мДж/см²).

Действие УФ на разные типы микроорганизмов имеет одинаковую природу, основной механизм заключается в прямом воздействии излучения на нуклеиновые кислоты. Входящие в состав ДНК пиримидиновые основания — тимин и цитозин, отличающиеся высокой фотохимической активностью в области 250-280 нм, образуют под воздействием облучения сшивки (димеры). Этот фотопродукт обнаружен при использовании коротковолнового УФ-излучения в биологических дозах у самых различных объектов. Многочисленные факты свидетельствуют об определяющей роли димеров в летальном, мутагенном и других эффектах УФ-излучения, при этом внешняя структура микроорганизма оказывает минимальное влияние на эффективность УФ-излучения.

Анализ работ, в которых имеются данные о действии УФ-излучения, показывает, что дозы, необходимые для инактивации различных патогенных микроорганизмов, включая вирусы, отличаются незначительно. Несмотря на некоторые различия в приведенных данных, связанных с методикой проведения экспериментов, дозы УФ-облучения для обеззараживания на один порядок имеют в среднем следующие значения: бактерии — от 1,5 мДж/см² для некоторых штаммов Shigella dysenteriae до 10 мДж/см² для энтеро- кокков и фекальных стрептококков; энтеровирусы — от 4,5 мДж/см² для полиовирусов (Mahoney) до 11 мДж/см² для ротавирусов. Из приведенных данных видно, что дозы УФ для бактерий и вирусов отличаются незначительно, в то время как при обеззараживании хлором требуемые дозы имеют различие до 50 раз. Для снижения на один порядок содержания цист лямблий необходимы дозы 40-80 мДж/см². До последнего времени считалось, что для удаления криптоспоридий необходимы дозы более 200-300 мДж/см², однако в 1997-1999 гг. был проведен цикл исследовательских работ, показавших, что УФ-облучения дозами 40-120 мДж/см² достаточно для инактивации ооцист на 4 порядка . Результаты были подтверждены при эксплуатации промышленных УФ-систем .