Обеззараживание сточных вод: методы и их особенности

Какого-то единого универсального метода на данный момент не существует. Выбор подходящего способа обеззараживания сточных вод зависит от результатов предварительных лабораторных тестирований. Различные методы применяются в частных, промышленных и общественных стоках.

Необходимая степень очистки

В некоторых случаях достаточно отфильтровать воду до уровня технической. Определенные производства позволяют упростить очистительные механизмы. Обычно это происходит на фабриках, где уровень биологического загрязнения не имеет решающего значения. Первоначальные фильтрационные процедуры вне зависимости от объекта и итогового назначения воды в целом однотипные. Различия начинаются лишь в финальной стадии, когда определяется необходимая степень очистки.

К примеру, совсем другие требования сегодня предъявляются к обеззараживанию сточных вод при превращении бытовых стоков и жидкости из природных источников в чистую питьевую. Здесь уже соблюдается ряд обязательных санитарных правил и норм. В целом процедура становится на порядок сложнее и дороже. По этой причине у каждой городской или промышленной очистительной станции имеется собственная лаборатория, специалисты в которой регулярно отслеживают качество фильтрации воды.

Актуальные методы

Целью данных процедур является снижение риска возникновения массовых инфекционных заболеваний, а также устранение предпосылок негативного влияние на здоровье людей. Все методы обеззараживания сточных вод можно разделить на четыре больших группы.

1. Физическая очистка. Включает воздействие на воду электромагнитным излучением или электричеством.
2. Химическая очистка. Основная работа производится за счет внедрения различных элементов и соединений.
3. Физико-химическая очистка. Подразумевает применение совместных методов фильтрации.
4. Биологическая очистка. Представлена методами естественного и искусственного биоценоза.

Как показывает практика, наибольшую эффективность демонстрирует поочередное применение различных способов очистки. Если существует необходимость, то дезинфицируется не только сама вода, но и предметы, которые вступали с ней в непосредственный контакт, например, хирургическое оборудование, материалы и аппараты в пищевой и биохимической промышленности. Для технических нужд допускается применение более жестких методов очистки.

Физическая дезинфекция излучением

Эта группа вариантов считается достаточно простой и недорогой в эксплуатации. Чаще всего используются инфракрасные и ионизирующие установки, а также излучатели УФ. Обеззараживание сточной воды с помощью последнего из перечисленных типов оборудования напрямую влияет на ДНК микроорганизмов, обитающих в жидкости. Ультрафиолетовое излучение невидимо человеческому глазу, однако, направленное воздействие волн с длиной около 255 нм разрушает структуру всех потенциально опасных бактерий и вирусов.

Из плюсов такого метода можно отметить отсутствие негативных остаточных эффектов. Дешевизна оборудования привела к тому, что этот способ очистки стал одним из самых востребованных в индустрии. В некоторых случаях УФ-обеззараживание сточной воды комбинируется с воздействием прямыми солнечными лучами. Принудительная аэрация в водоемах под открытым небом также помогает остановить размножение микроорганизмов и уничтожить их.

Инфракрасное излучение считается косвенным методом, поскольку не оказывает бактерицидного эффекта. Дезинфицирование жидкости происходит благодаря нагреванию физических предметов и различных скоплений загрязнений. Ионизирующее излучение используется только в тех ситуациях, когда другие варианты не приносят желаемого результата. Метод весьма дорогой и сложный в применении.

Особенности обеззараживания сточной воды ультрафиолетом

На примере данного способа можно рассмотреть основное устройство установки и принцип использования. В любом исполнении присутствует главный блок — ультрафиолетовая камера или камера обеззараживания. Внутри устройства генерируются спектральные электромагнитные волны определенной частоты. Материал камеры представляет из себя нержавеющую сталь, которая пригодна для использования в пищевой промышленности. Сами пускорегулирующие аппараты расположены в так называемых шкафах ЭПРА. Автоматизация обеспечивается блоком системы контроля, а за бесперебойную работу отвечает блок химической промывки кварцевых чехлов.

УФ-установка обеззараживания сточной воды подходит практически во всех случаях. Однако мутная и сильно загрязненная жидкость может очищаться несколько хуже. Такую воду предварительно подготавливают другими методами для последующей обработки ультрафиолетовым излучением. Предварительное очищение жидкости от различных механических включений, окрашенных элементов, грибков и клеточных стенок позволяет повысить эффективности УФ-воздействия. Экологичность и безопасность данного способа обработки делает жидкость безопасной для потребления человеком, поскольку химические и органолептические характеристики остаются неизменными.

Другие методы физической очистки

Приведенные ниже варианты нередко совмещаются с ультрафиолетовым обеззараживанием сточных вод. Среди прочих физических методов очистки выделяют тепловое воздействие, электрические токи высокой и сверхвысокой частоты, а также ультразвук. Последний, например, за счет высокой частоты колебаний подаваемого сигнала разрушает оболочки клеток вирусов и бактерий. Наиболее эффективно ультразвуковые установки работают в сочетании с добавленными в воду бактерицидными средствами.

Следующий метод знаком всем на бытовом уровне: тепловое воздействие работает при простом кипячении воды в чайнике. Полная гибель всех возможных микроорганизмов наступает лишь после 30-40 минут их нахождения в кипящей жидкости. При этом данный способ слишком затратный с финансовой точки зрения. Для нагрева большого объема воды требуется много энергии. Вирусы, бактерии и их споры способны в течение небольшого промежутка времени успешно выживать в условиях кипящей воды.

Функционирование установок электрических токов высокой и сверхвысокой проводимости во многом напоминает предыдущий метод. Здесь точно также оказывается воздействие на патогенные микроорганизмы при помощи нагревания жидкости. Установка по обеззараживанию сточной воды подобного типа работает как обычная СВЧ-печь. Сверхвысокие частоты колебаний электромагнитного поля отрицательно влияют на клеточную структуру бактерий и вирусов.

Химические методы дезинфекции

Существует большое количество элементов, которые бы могли с высокой эффективностью уничтожать всю органику, обитающую в жидкости. К таким относят соединения брома и йода, озон и перекись водорода. Однако в первую очередь на ум приходит химическое обеззараживание сточных вод хлором. Данное вещество применяется гораздо чаще других. В ход может пойти газообразный хлор, гипохлорит кальция или натрия, диоксид хлора, хлорид брома, ниртан, хлорамин или хлорная известь. Основная проблема заключается в том, что все перечисленные вещества наносят вред человеческому организму. По этой причине требуется дополнительная дезинфекция воды после применения хлора.

Также допускается выбор щадящей очистки. Наименее вредный для человека диоксид хлора справляется с уничтожением вирусов и бактерий несколько хуже, чем аналоги. Если говорить о других элементах и соединениях для обеззараживания сточной питьевой воды, то можно вспомнить разве что о перманганате калия, перуксусной кислоте и подобных химических дезинфекторах. Однако весьма слабые бактерицидные свойства не позволяют им конкурировать с хлором и его производными. Порой применяются определенные металлы, например, соединения меди и серебро. Они способны выделять ионы с бактерицидными свойствами. Эффективность обеззараживания металлами достаточно низкая, а потому способ используется лишь в качестве дополнительного.

Особенности применения йода и брома

Приведенные бактерицидные агенты довольно давно служат в различных медицинских целях. Тем не менее тот же йод плохо распространяется в жидкостях самостоятельно, из-за чего приходится использовать при очистке и обеззараживании сточных вод органические соединения этого элемента. После проведения процедур остается весьма специфический запах. По этой причине целесообразно применять йод только для технической воды, но не для питьевой. В больших промышленных объемах такие соединения применять непрактично ввиду их низкой распространяемости. Йод не имеет устойчивости к солнечным лучам и не вступает в реакцию с аммиаком, как тот же хлор.

Бром предстает в более выгодном свете. Он не токсичен, лишен какого-либо характерного запаха и абсолютно безвреден для людей. При всех его достоинствах, бром требует применения более высоких концентраций на одинаковый объем жидкости по сравнению с йодом. Высокие бактерицидные показатели достигаются благодаря окислению вещества. Специалисты советуют добавлять бром или йод в тех местах, где одна и та же вода используется по многу раз. Высокие показатели токсичности образующихся в ходе работы побочных продуктов все же не позволяют применять эти недорогие элементы повсеместно.

Озоновое обеззараживание

Метод активно используется предприятиями в Европе и Северной Америке. Озоновые соединения без особого труда справляются с широким спектром вредоносных вирусов, бактерий, грибков и прочих патогенных микроорганизмов. Если же говорить о комплексных системах обеззараживания сточных вод, то данный метод можно назвать завершающим или финишным. Во время озонирования жидкость уже тщательно отфильтрована и обработана при помощи других физических и химических способов очистки. Среди отрицательных моментов применения такого метода можно отметить плохую растворимость данной модификации кислорода в воде, риск взрыва компонентов и повышенный уровень выделяемых токсинов. Побочные продукты, которые появляются в результате проведения процедуры очистки, способны навредить человеку и окружающей природе.

Схема устройства состоит сразу из шести основных блоков. Их полный список приводится ниже:

1. Озоновые генераторы. Располагаются непосредственно перед резервуаром первичной обработки. Снабжают данным элементом остальные блоки.
2. Отсеки первичного и вторичного озонирования.
3. Блок для скоплений образующегося шлама.
4. Специальный песчаный фильтр. Обычно располагается между отсеками первичного и вторичного озонирования.
5. Блок ультрафиолетовой обработки.
6. Сорбционный фильтр.

Физико-химические методы дезинфекции

В общем случае можно сказать, что качественный уровень различных воздействий на жидкость нередко поднимается за счет добавления каких-либо веществ и элементов, обладающих нужными бактерицидными свойствами. Иногда также применяется постоянный электрический ток в специальной установке обеззараживания сточной воды. Разряд прекрасно контактирует с вирусами и бактериями в жидкости. Добавление определенных химических элементов в воду, которая подвергается постоянному воздействию электрического тока, способно вызвать у молекул реакцию диссоциации на ионы. Эксперты относят такой метод очистки к физико-химическим.

Эффективное разрушение клеток патогенных микроорганизмов достигается за счет участия в процессе диссоциации клеток самих вирусов и бактерий. Зачастую также проводятся гидролиз и ионизация воды. Совместную работу физических и химических методов можно проследить и при нагревании жидкости. Для лучшего уровня обеззараживания сточных вод высокие температуры сочетаются с добавлением определенных ингредиентов, например, простого мыла или щелочи. В более сложных случаях в ход уже идут специальные дезинфицирующие составы, разработанные и протестированные в лабораториях.

Применение биоценозов для очистки

Относительно новый метод. Обеззараживание осадка сточных вод происходит за счет анаэробных и аэробных бактерий, пищей для которых служат различные биологические загрязнения. Особые ферменты позволяют расщеплять патогенные микроорганизмы на простые химические соединения. После этого бактерии поглощают всю найденную органику. Специалисты искусственно разводят культуры таких «чистильщиков», создавая подходящие условия для их существования и размножения. Среда обитания бактерий максимально приближена к природной. Обычно этот метод применяется одним из последних, когда вода уже достаточно обработана при помощи ультрафиолетового излучения, хлорирования, озонирования или ультразвука.

Подобрать лучший способ очистки, который считался бы универсальным, попросту невозможно. По большей части все зависит от конкретного назначения обеззараживаемой воды, а также результатов химического и бактериологического лабораторного анализа. В основном выбирается два-три наиболее эффективных способа. Интересный нюанс заключается еще и в том, что бактерии и вирусы со временем могут адаптироваться и получить иммунитет к определенным воздействиям. Именно поэтому специалисты регулярно берут пробы сточной воды и проверяют ее на предмет достаточного уровня очистки от патогенных микроорганизмов.