Применение комбинированных методов обеззараживания воды

Применение комбинированных методов обеззараживания воды в
плавательных бассейнах
Производственно - практический журнал «Водоснабжение и водоотведение»- №4/13 – 2013 - С.49 – 53
Шаляпин Сергей Николаевич, академик Инженерной Академии Украины, ООО «Харьковская
электротехническая компания», директор.
Штонда Юрий Иванович, академик Инженерной Академии Украины, ООО «НПФ «ЭКВИК», директор.
Шаляпина Татьяна Сергеевна, Киевский национальный университет строительства и архитектуры,
аспирант
Постоянно увеличивающееся количество новых бассейнов и аквапарков, а также всё
возрастающие требования к качеству воды в системах их оборотного водоснабжения,
диктуют необходимость внедрения новых технологий, направленных на повышение
качества очистки и обеззараживания воды. Особенно острым становится вопрос о борьбе с
микробиологическим загрязнением воды и широко применяемых системах её
обеззараживания. В соответствии с действующими нормативными документами, например
СанПиН 2.1.2.1188 – 03 «Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и
качеству воды в плавательных бассейнах», качество воды плавательных бассейнов должно
удовлетворять следующим требованиям: во – первых, физико - химические показатели воды
должны соответствовать нормам, предъявляемым к питьевой воде, во – вторых, её
микробиологические показатели должны обеспечивать невозможность передачи через воду
опасных кишечных заболеваний, в том числе аденовирусных инфекций, чесотки,
конъюнктивитов, отитов, синуситов, вирусных гепатитов, дизентерии и других.
Чтобы обеспечить соответствие основных показателей воды требованиям санитарных
норм, необходимо либо обеспечить постоянную замену воды в ванне бассейна, т. е.
организовать систему проточного водоснабжения бассейна водой питьевого качества из
водопровода, либо создать циркуляционную систему водоснабжения с устройствами
очистки и обеззараживания воды. Конечно – же, с точки зрения санитарной безопасности,
наиболее приемлемой является система проточного водоснабжения бассейна. Однако её
внедрение требует больших расходов воды и энергоресурсов, необходимых для её
подогрева, что приводит к необоснованному росту себестоимости водоподготовки. С
экономической точки зрения более приемлемой является циркуляционная система
водоснабжения бассейна, при которой происходит постоянная очистка всего находящегося в
ванне бассейна объёма воды. В соответствии с требованиями нормативных документов, для
обеспечения приемлемого уровня очистки и обеззараживания воды, необходимо в течение
суток обеспечить 3 – 4 кратную циркуляцию всего находящегося в ванне бассейна объёма
воды через систему очистки и обеззараживания с ежесуточным добавлением не менее 10%
объёма чистой воды.
В настоящее время для обеззараживания воды в плавательных бассейнах широко
применяются три метода обеззараживания: хлорирование, озонирование и облучение воды
ультрафиолетовым излучением. Все три метода обеспечивают высокую эффективность
обеззараживания воды. Однако, каждому из них присущи свои недостатки. Так при
обеззараживании воды хлором или его производными (например гипохлоритом натрия),
для обеспечения санитарно - гигиенических показателей воды должны применяться
несколько повышенные дозы обеззараживающих реагентов. Находящийся в воде
избыточный остаточный хлор, приводит к появлению в бассейне в бассейне стойкого запаха
хлорки, раздражению слизистых оболочек и кожи, и отрицательно сказывается на
самочувствии посетителей бассейна. При хлорировании в обеззараживаемой воде
происходит образование опасных хлорорганических соединений, которые обладают
высокой токсичностью, мутагенностью и канцерогенностью. Кроме того хлорирование воды
не обеспечивает уничтожение таких опасных вирусов, как гепатит, полиомиелит и др.
Применение для обеззараживания воды озона связано с довольно большими
затратами электроэнергии, которая расходуется на его получение. Удельный расход
электроэнергии для получения 1 кг озона составляют от 27 до 57 кВт·ч, что приводит к
достаточно высоким эксплуатационным расходам. При применении озона необходимо
следить за концентрацией остаточного озона над поверхностью воды в ванне бассейна, так
как даже небольшое превышение концентрации озона норм ПДК (предельно допустимых
концентраций) способно привести к тяжёлым последствиям для здоровья человека.
Несмотря на высокую эффективность и безопасность, применение для
обеззараживания воды в плавательных бассейнах ультрафиолетового излучения также
имеет определённые ограничения. Так при УФ облучении воды обеззараживанию
подвергается только та часть воды, которая протекает непосредственно через зону УФ
облучения, т.е. через камеру обеззараживания УФ установки. Из – за того, что в любом
бассейне существуют застойные зоны, в которых затруднён обмен воды, эффективность
обеззараживания воды УФ облучением существенно снижается. В застойных зонах
происходит зарождение и развитие микроводорослей и других микроорганизмов, что
приводит к цветению воды. В связи, с чем применение технологии УФ обеззараживания
воды может быть рекомендовано для только небольших бассейнов с проточным
водоснабжением или для бассейнов с довольно ограниченным количеством посетителей.
Учитывая, что все три вышеперечисленных метода обеззараживания имеют свои
преимущества и недостатки, возникла необходимость в разработке такого метода
обеззараживания воды, который сочетал бы в себе высокую эффективность и безопасность
обеззараживания, присущую УФ облучению, и при этом обеспечивал бы подавление
жизнедеятельности микроорганизмов в застойных зонах бассейна. В результате
проведённых исследований был разработан метод комбинированной обработки воды УФ
облучением и окислителями (Advanced Oxidation Process). Особенно высокой
эффективностью обеззараживания обладает сочетание УФ облучения воды с
одновременным введением в обеззараживаемую воду раствора гипохлорита натрия, озона
или пероксида водорода. Применение комбинированных методов обеззараживания воды
позволяет не только избавиться от находящихся в воде бактерий и вирусов, но и обеспечить
эффективное подавление жизнедеятельности размножающихся в воде плесени и
водорослей. В результате применения комбинированных методов обработки вода
приобретает повышенную прозрачность, резко снижается её цветность и исчезает (или
практически исчезает при применении комбинации УФ + NaOCl) запах хлора. При этом со
стен ванны бассейна исчезают слизь и тёмные водоросли. Ввод в обеззараживаемую воду
перекиси водорода, как и гипохлорита натрия осуществляется при помощи широко
распространённых дозирующих насосов, что существенно упрощает применение методов
комбинированной обработки воды и не приводит к изменениям используемых технологий
очистки воды. При применении комбинированных методов обеззараживания количество
вводимых в воду реагентов – окислителей снижается в несколько раз, что
положительно сказывается на самочувствии посетителей бассейнов.
Метод обеззараживания, основанный на совместном применении ультрафиолетового
излучения и химических реагентов, рекомендован СанПиН 2.1.2.1188-03. Где указывается,
что для повышения надёжности обеззараживания воды в плавательных бассейнах
целесообразно комбинирование химических методов обеззараживания с УФ – облучением.
Особенно высокой эффективностью обеззараживания обладает сочетание облучения воды
ультрафиолетовым излучением с одновременным введением в обеззараживаемую воду
раствора гипохлорита натрия (NaOCl), озона (О3) или пероксида водорода (Н2О2) – так
называемого «активного кислорода». При этом проявляется так называемый
синергетический (суммирующий) эффект, в результате которого эффективность
обеззараживания повышается в несколько раз. Применение комбинированного метода
обеззараживания воды в плавательных бассейнах позволяет не только избавиться от
находящихся в воде бактерий и вирусов, но и обеспечить эффективное подавление
жизнедеятельности размножающихся в воде спор грибов, плесени и водорослей. В
результате такой обработки вода приобретает повышенную прозрачность, резко снижается
её цветность и исчезает (или практически исчезает при применении комбинации УФ + NaOCl)
запах хлора, т.е. существенно улучшаются органолептические показатели воды. Кроме того
со стен ванны бассейна полностью исчезают слизь и тёмные водоросли.
Следует отметить, что озон и пероксид водорода под воздействием
ультрафиолетового излучения довольно быстро разлагаются на кислород. В результате чего,
концентрация озона или пероксида водорода в находящейся в ванне бассейна воде
снижается до предельно – допустимого уровня (ПДК) и не оказывает какого – либо вредного
воздействия на находящихся в бассейне людей.
При применении обработки воды при помощи ультрафиолетового излучения и
гипохлорита натрия содержание остаточного хлора может быть уменьшено до 0,1 мг/дм3.
Такая остаточная концентрация хлора в воде не вызывает особо отрицательных реакций со
стороны посетителей бассейнов.
Ниже приведена сравнительная таблица эффективности различных методов
обработки воды, которые применяются для обеззараживания воды в бассейнах.
Сравнительные эффективность различных методов обработки воды в бассейне
УФ +
NaOCl
УФ + Н2О2
УФ + Озон
Озон + УФ
+ Н2О2
+
++
++
++
+++
+++
+++
+++
-
-
±
-
-
-
Деструкция устойчивых
патогенных микроорганизмов
±
+
+
+
++
++
+++
Образование токсинов
+
±
-
-
-
-
-
Окисленная способность
±
++
±
+
++
++
+++
Деструкция органических
соединений
±
++
±
±
++
++
+++
Снижение цветности и
запахов, улучшение
органолептических
показателей воды
-
++
±
+
++
++
+++
Снижение ХПК
+
+
+
+
++
++
+++
Деструкция хлораминов
-
±
±
-
+
+
++
Повышение прозрачности
воды
+
++
-
+
++
++
++
NaOCl
Свойства
Уничтожение бактерий и
вирусов
Наличие в воде остаточного
хлора, раздражение глаз и
слизистых оболочек
Озон (О3)
УФ
Эффективность обработки
При выборе технологии обеззараживания воды в плавательном бассейне следует
обращать внимание на экономическую целесообразность и возможность её применения.
Так, при использовании обработки воды комбинированным методом с применением УФ
излучения и озона (УФ + О3) необходимо учитывать, что озон является токсичным и очень
неустойчивым газом. Поэтому применение этого метода предусматривает приобретение
специального озонатора и системы для ввода озона в воду. При этом необходимо учитывать,
что озон до поступления в ванну бассейна должен полностью прореагировать так, чтобы
концентрация остаточного озона над зеркалом воды в ванне бассейна не превышала
уровень предельно – допустимой концентрации (ПДК < 0,1 мг/м3).
Учитывая, что получение озона связано со значительными затратами электроэнергии,
особый интерес представляет технология обеззараживания воды методом её
одновременной обработки ультрафиолетовым излучением и пероксидом водорода. Этот
метод (УФ + Н2О2) основан на явлении фотолиза пероксида водорода под действием УФ
излучения. При ультрафиолетовом облучении воды, содержащей раствор пероксида
водорода, происходит разложение пероксида водорода и образование свободных
радикалов НО-
Н2О2
hv

 2НО-,
которые являются сильнейшим окислителем и способны разрушать многие устойчивые
соединения, в том числе и находящиеся в воде простейшие микроорганизмы (например,
цисты лямблий), плесень, водоросли и органические соединения, вызывающие увеличение
цветности воды и придающие воде зеленоватый оттенок и неприятный запах. Пероксид
водорода представляет собой бесцветную жидкость, ввод которого в воду может
осуществляться при помощи широко распространённых дозирующих насосов, т.е.
применение пероксида водорода не изменяет широко распространённую технологию
обеззараживания воды гипохлоритом натрия. Единственным дополнением является
введение в существующую схему очистки воды ультрафиолетового стерилизатора и
дополнительного дозирующего насоса. Применение технологии УФ + Н2О2 не связано ни с
большими капитальными затратами, ни с большими эксплуатационными расходами.
I-3
Т
I-4
1
Сброс промывочной воды
10
Пероксид водорода
2
8
I-2
4
5
7
6
3
9
9
Коррекция рН +
Гипохлорит натрия
Воздух
Рис. 1. Технологическая схема очистки воды в бассейне с применением УФ излучения и
пероксида водорода: 1 – ванна бассейна; 2 – фильтр грубой очистки; 3 - циркуляционный
насос; 4, 10 – инжекторы; 5 – УФ стерилизатор; 6 - основной фильтр; 7 – теплообменник; 8,
9 – дозирующие насосы; I-2 ... I-4 – приборы контроля качества воды.
Одним из основных показателей, которые необходимо учитывать при выборе того
или иного метода обеззараживания воды, является себестоимость её обеззараживания.
Проведённый анализ показывает, что к наименее затратным методам обеззараживания
воды в плавательных бассейнах относятся хлорирование газообразным хлором и
обеззараживание при помощи УФ излучения, удельная себестоимость обеззараживания
воды хлором и УФ облучением примерно одинаковы и составляют 0,02 – 0,04 грн/м3. К
наиболее дорогим методам обеззараживания относятся озонирование – удельная
себестоимость обеззараживания составляет 0,12 – 0,25 грн/м3 и обеззараживание воды
гипохлоритом натрия – удельная себестоимость составляет 0,07 – 0,10 грн/м3. Себестоимость
обеззараживания воды комбинированными методами значительно ниже озонирования или
обеззараживания гипохлоритом натрия и составляет 0,03 – 0,05 грн/м3, что позволяет
сделать вывод
обеззараживания.
о
целесообразности
применения
комбинированных
методов
Методы обеззараживания воды, основанные на применении комбинации УФ излучения с озоном, пероксидом водорода и гипохлоритом натрия обеспечивают высокую
эффективность обеззараживания воды в плавательных бассейнах. Они позволяют не только
обеспечить высокую эффективность уничтожения находящихся в воде опасных
микроорганизмов, но и исключить загрязнение воды токсичными хлорорганическими
соединениями. Кроме того обеспечивается разрушение находящихся в воде стойких
органических загрязнений, а также эффективное уничтожение плесени и водорослей. Вода в
бассейне становится чистой и прозрачной, при этом в ней полностью отсутствуют
посторонние запахи и привкусы.
При использовании технологии обеззараживания воды с применением УФ излучения
и пероксида водорода (УФ + Н2О2) или озона (УФ + О3), или гипохлоритом натрия (УФ +
NaOCl):
 полностью уничтожаются находящиеся в воде микроорганизмы, в том числе
бактерии, вирусы, споры грибов, плесень и микроводоросли;
 повышается прозрачность воды;
 вода приобретает голубоватый оттенок;
 исключается вредное и раздражающее действие хлорорганических
соединений на организм человека;
 отсутствует запах хлора (в связи, с чем дышится легко и приятно);
 вода насыщается активным кислородом, который благотворно воздействует
на кожу и весь организм посетителей бассейна, значительно повышая их
жизненный тонус и настроение.
Для обеззараживания воды комбинированными методами с применением УФ
излучения Харьковской электротехнической компанией разработаны и выпускаются
установки серии ВОДОГРАЙ® – ХХ.03, которые обеспечивают надёжное и
высокоэффективное обеззараживание воды в плавательных бассейнах, как с пресной, так и с
морской водой.
Установка обеззараживания воды в бассейне комбинированным действием
3
УФ излучения и пероксида водорода ВОДОГРАЙ® В – 30.01Б, производительностью 30 м /ч
с автоматическим механизмом очистки кварцевых чехлов.