Обеззаразяване на отпадните води

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 1, 2012

Особености на хлорирането и озонирането

     При пречистването на отпадните води в пречиствателните станции те се подлагат основно на механично и биологично пречистване. Механичното пречистване преди всичко отстранява едрите твърди примеси. Биологичното пречистване цели отстраняване на органичните замърсители. Тъй като в процеса на биологично пречистване от отпадните води се отстраняват около 91-98% от патогенните бактерии, обикновено след този етап и преди заустването им в приемника те биват подлагани на обеззаразяване. Целта е да бъдат отстранени напълно съдържащите се в тях патогенни микроорганизми, бактерии и вируси, с което да се предотврати опасността от заразяване на водоприемниците. Тук е добре да се отбележи, че при използването на естествени методи за биологично пречистване като напоителните и филтрационни полета се постига много висока степен на обеззаразяване - до около 99,9%, поради което след тях допълнително обеззаразяване на водата не е необходимо.

За обеззаразяването на отпадните води се използват основно химични и физични методи. При химичните методи се използват химични вещества, обикновено силни окислители, които въздействат върху живите клетки и ги разрушават. Към тези методи се включват хлорирането, озонирането, обработката със соли на тежки метали и др. Към физичните методи за обеззаразяване се отнасят въздействието на микроорганизмите с ултравиолетови лъчи, ултразвук, висока температура и др. Днес широко се използват и физичните, и химичните методи за обеззаразяване.

Химични методи за обеззаразяване
Химичните методи за обеззаразяване на отпадните води се основават на добавянето на химически вещества във водата. Обикновено това са вещества, които се характеризират със силно окислителни свойства. Сред най-широко използваните химични вещества са хлорът и хлорните продукти, кислородът и неговата алотропна форма - озонът.

Химичното обеззаразяване на отпадните води може да протече в два етапа, на всеки от които във водата се добавя окислител. Това се прави с цел подобряване на качествата на обеззаразената вода. И в двата етапа във водата могат да се добавят едни и същи химични вещества или различни такива, например съчетаване на озон и хлор. Също така е възможно съчетаването на химични с физични методи, което позволява да се намали количеството на използваните химични вещества.

Обеззаразяване чрез хлориране
В практиката хлорирането е един от най-често използваните методи за обеззаразяване на отпадните води. Това се дължи както на високата ефективност на този метод, така и на ниската себестойност. Също така, при хлорирането водата получава бактерицидни свойства, тъй като обеззаразяващият реагент се съхранява във водата продължително време.

Обикновено хлорирането на водата се извършва с хлор в газообразно състояние и със съединения, които съдържат активен хлор като хлорна вар, калциев хипохлорид (CaOCl2), хлорен двуокис (ClO2) и натриев хипохлорид (NaClO). Сред най-често използваните се явяват хлорът и хлорната вар.

Хлорът в чист вид представлява отровен газ със зеленикаво-жълт цвят и остра неприятна миризма. Той е с голяма плътност и е два пъти по-тежък от въздуха. Неговото обеззаразяващо действие се дължи на окисляването и инактивацията на ензимите, които са съставна част на клетъчната протоплазма на бактериите, в резултат на което те измират.

Обеззаразяването на отпадните води с чист хлор се осъществява, като във водата се подава газ, който встъпва в реакция с водата, разтваря се в нея, вследствие на което протича хидролиза, при която се образуват две киселини: солна HCl и хипохлориста HClO.

Хипохлористата киселина е силен окислител. В разтвори дисоциира, като се образува хипохлоритен йон ClO- плюс водороден йон H+.

Образувалият се в резултат на дисоциацията хипохлоритен йон заедно със самата хипохлориста киселина действа бактерицидно.

Ефективност на обеззаразяването с чист хлор
Ефективността на обеззаразяване на отпадните води с чист хлор зависи от неговата разтворимост във вода, която се променя под въздействието на фактори като налягане и температура. Оптимални за разтварянето на хлора се считат условия на ниска температура и високо налягане на водата. Добре е, също така, да се има предвид, че с увеличаване на недисоциираните молекули хипохлориста киселина, бактерицидният ефект се увеличава и обратно.

Също така, при обеззаразяването на отпадните води с хлор е необходимо да се обърне сериозно внимание на определянето на дозите от реагента, необходими за пълно унищожаване на потенциално опасните микроорганизми, намиращи се във водата. Обикновено, оразмерителното количество на активния хлор се приема в зависимост от степента на пречистване на отпадните води, например, след механично пречистване то е 10 g/m3; след непълно биологично пречистване - 5 g/m3, а след пълно биологично пречистване - 3 g/m3.

Точната доза често се определя в процеса на експлоатация на пречиствателната станция. Дозата на реагента се коригира и в зависимост от количеството остатъчен хлор в пречистената вода. Добре е да се има предвид, че концентрацията на остатъчния активен хлор е необходимо да бъде най-малко 1,5 g/m3 след контакт между хлора и водата в продължение на 30 минути.

Обикновено съоръженията и инсталациите за хлориране на пречистените отпадни води не се различават от тези за питейните пречиствателни станции. Техни основни елементи се явяват: хлораторно със складове за хлор, смесител и контактни резервоари. В хлораторното се разполагат хлораторните апарати, като обикновено се използват напорни или вакуумни апарати, които могат да бъдат с непрекъснато и прекъснато действие, с постоянно и пропорционално дозиране. Наблюдава се тенденция в последно време все повече да се предлагат вакуумни хлораторни апарати, при които опасността от изтичане на хлор е минимална.

Контактните резервоари конструктивно наподобяват утаители без механични утайкочистачи с наклон на дъното до 5%. Допуска се да не се предвижда контактен резервоар за случаите, в които отвеждащият колектор след пречиствателната станция до водоприемника осигурява контакт на водата с хлора в продължение на 30 минути.
Резервоарите обикновено са минимум два на брой, а задържаните в тях утайки са с влажност 98%.

Обеззаразяване на водата с натриев хипохлорит
Обеззаразяването на отпадните води с натриев хипохлорит се използва предимно в случаите, когато ежедневният разход на хлор е много нисък и когато са налице известни трудности за съхраняването, транспортирането и подготовката на газообразния хлор.

Натриевият хипохлорит е продукт, който се получава при хидролизата на концентриран разтвор от натриев хлорид (NaCl). Процесът се осъществява в електролизери с графитни електроди. Процесът на производство на натриевия хипохлорит се счита за по-лесно осъществим в сравнение с подготовката на чист хлор за обеззаразяване на отпадните води.

Натриевият хипохлорит се приема за много добра алтернатива на чистия хлор, като постиганата ефективност на обеззаразяване на отпадните води е съпоставима с тази на хлора. Принципно, ефективно обеззаразяване на пречистената вода с натриев хипохлорид се получава при концентрация 1,5 - 3,5 mg/dm3.

За дезинфекция на отпадните води може да се използва и хлорна вар, която съдържа 32-36% активен хлор. Счита се за подходяща предимно за малки пречиствателни станции с производителност до 1000 m3/d.

Обеззаразяване на водата с озон
Счита се, че озонът е един от най-мощните природни окислители, чийто окислителни свойства превъзхождат значително тези на чистия хлор. Той притежава висок окислителен потенциал и това осигурява бързо и пълно протичане на реакциите във водните разтвори. Озонът влиза в активна реакция с много минерални и органични съединения и притежава силно бактерицидно действие.

Обеззаразяването на отпадните води с озон се приема за един от най-чистите и безопасни методи, тъй като след приключване на реакцията, озонът се разпада или се трансформира в безопасни съединения. Това на практика изключва възможността чист озон да попадне в пречистената вода.

Озонът се явява алотропна форма на кислорода. Образува се от кислорода при поглъщане на топлина. Характерно за молекулата на озона е, че тя е неустойчива и лесно дисоциира във въздух и във вода, превръщайки се в кислород. По-голямата активност на озона в сравнение с молекулния кислород, обикновено се обяснява с факта, че процесът на разлагане се съпровожда с отделяне на енергия. Принципно, скоростта на разпадане на озона нараства с увеличаване на концентрацията, рН и температурата на водата.

При използването на озон за обеззаразяване на отпадните води се постигат няколко ефекта: окисляване на неорганичните и органичните вещества; високо бактерицидно действие (до 99,8%); водата едновременно се обезцветява, обезмирисява и се обогатява с кислород. Като предимство на озонирането се посочва и фактът, че не се внасят химични реагенти и не се увеличава солевият състав на пречистената вода.
Количеството на подавания озон е 5 mg на един литър обработвана вода. Концентрацията на остатъчното количество на озона е 0,5 mg/dm3.

Озонатори
Обикновено, озонът се получава чрез безискрово пропускане на електрически ток с високо напрежение от порядъка на 15 000 - 25 000 V през въздушен слой или кислород. За производството му се използват основно два типа озонатори - тръбни и пластинни. Тръбните озонатори са съставени от специални тръбни елементи. Електродите са тръби, поставени една в друга, а като диелектрик се използва стъклена тръба. При пластинните озонатори елементите са във вид на пластини.

В съвременните конструкции озонатори обикновено се предвижда изсушаване, обезпрашаване и охлаждане на въздуха, преди той да бъде подаден непосредствено към озонаторния апарат. Изкушаването протича в специални адсорбери, запълнени с някакъв вид адсорбент като силикагел, например. За отделянето на праха от въздуха се използват специални тъканни филтри. Охлаждането на въздуха може да бъде непосредствено в адсорбера или посредством преминаването му през топлообменници.
Една от причините за все още недостатъчното разпространение на озонирането е сравнително скъпата сложна апаратура и обзавеждане и големият разход на електроенергия.

Самото обеззаразяване на водата протича като в подготвената за обеззаразяване и подадена към контактната камера вода се въвежда въздушно-озонова смес. Тъй като озонът се явява умерено разтворим газ, добре е подаването на въздушно-озоновата смес в контактната камера да е с помощта на дозиращи помпи. Необходимо е също системата да може да осигури ефективно деспиргиране на озоно-въздушната смес, тъй като ефективността зависи от контакта на водата със сместа. Времето за контакт на озона с водата е много малко от 5 до 20 минути, но поради силните окислителни свойства на озона, то е достатъчно за обеззаразяването на отпадните води. След завършването на реакцията окисленият озон се разпада на кислород, който се трансформира във вода и ОН.

Основен проблем при обеззаразяването на отпадните води с озон се явява неговото основно предимство - скоростта на разпадане, която изключва влиянието на озона върху физико-химичните свойства и органолептичните качества. Поради високата скорост на разпад в някои случаи озонът може да не успее напълно да окисли някои органични съединения.

В практиката обеззаразяването на отпадните води с озон в повечето случаи се използва не като самостоятелен метод, а в качеството си на метод, съпътстващ хлорирането на водата.

В статията са използвани материали на проф. инж. Цачо Цечев.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top