Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами

Для обеззараживания природных вод рекомендуется применять бактерицидное излучение при условии, если колииндекс воды не более 1000 ед. на 1 л, содержание железа до 0,3 мг/л, мутность до 2 мг/л. Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет преимущества перед хлорированием, так как природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются. Бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлора; после облучения воды сразу можно подавать потребителям. Бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами проще, чем хлорного хозяйства.

По В.Ф. Соколову, наибольшим бактерицидным эффектом обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 295 до 200 мкм. Эту область ультрафиолетового излучения называют бактерицидной. Максимум бактерицидного действия располагается около длины волны в 260 мкм. Процесс отмирания бактерий описывают уравнением

P-Poexp(-Et/K),

Где: Р - число бактерий в единице объема, оставшихся живыми после бактерицидного облучения;

Ро - начальное число бактерий в единице объема;

Ее - интенсивность потока бактерицидных лучей;

t - экспозиция облучения;

К=2500 - коэффициент сопротивляемости бактерий, мк-Вт-с/м²

Бактерии и вирусы, находящиеся в воде, имеют различную степень сопротивляемости действию бактерицидных лучей им значение коэффициента к зависит от вида бактерий. Коэффициент сопротивляемости различных видов вегетативных и патогенных бактерий практически не превышает коэффициента сопротивляемости бактерий коли, равного приблизительно 2500, что и принимают при расчетах необходимого количества бактерицидной энергии для обеззараживания. При этом эффект обеззараживания воды, характеризуемый отношением Р/Ро, подсчитывают по отмиранию бактерий коли. Он зависит от количества затрачиваемой бактерицидной энергии (Et), т.е. один и тот же коэффициент может быть получен при малой, интенсивности облучения, но большой экспозиции и, наоборот, при большой интенсивности облучения и малой продолжительности контакта. При определении необходимого количества бактерицидной энергии следует учитывать ее поглощение при прохождении потока лучей через слой воды: для бесцветных, не требующих обезжелезивания подземных вод, получаемых с артезианских горизонтов, - 0,1 см^-1; для родниковой, грунтовой, под русловой и инфильтрационной воды - 0,15 см^-1; для воды поверхностных источников водоснабжения, прошедшей очистку на очистных сооружениях, - 0,2-0,3 см^-1. В последнем случае рекомендуемое значение коэффициента поглощения принято с запасом с учетом возможных случайных отклонений показателей качества воды по мутности и цветности от требований ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». В.Ф. Соколов предложил расчетную формулу, которую применяют при -проектировании установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами

Где: Fp - расчетный поток бактерицидной энергии, Вт;

q - расход обеззараживаемой воды, м³/ч;

а - коэффициент поглощения, см^-1;

Ро - коли-индекс воды до облучения;

Р - коли-индекс воды после излучения, принимаемый согласно ГОСТ 2874-82 не более 3;

n_n- коэффициент использования бактерицидного потока, учитывающий поглощения лучей в слое воды принимаемый равным 0,9;

n„ - коэффициент использования бактерицидного

потока, учитывающий поглощение лучей отражателем (в аппаратах с не погруженным источником) или кварцевых чехлах (в аппаратах с погруженным источником). Значение коэффициента зависит от типа аппарата; для предварительных расчетов он может быть принят равным 0,9

Необходимое количество бактерицидных ламп п определяют по формуле

n=Fp/Fn

где: Fn - расчетный бактерицидный поток каждой лампы. Расход электроэнергии, Вт-ч/м³, на обеззараживание воды

S=Nn/q

Где N - потребляемая мощность лампы, Вт Расположенными источниками бактерицидного излучения является ртутно-кварцевые лампы высокого давления ПРК и аргонортутные лампы низкого давления РКС-2,5.

Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (0,05-0,1 МПа) с температурой оболочки при горении лампы до 250-200° С является мощными источниками видимого света и ультрафиолетовых лучей с максимумом излучений 365,0-3666,3 мкм. Указанные в таблице:

Основные расчетные параметры ртутно-кварцевых (ПРК и РКС) и аргонортутных (БУВ) ламп относятся к концу расчетного фнда их службы, т.е. после 4500-5000 ч. горения. Бактерицидный поток новых ламп на 30% выше.

Небольшая мощность аргонортутных ламп, их экономичность позволяет применять их в установках небольшой производительности. Ртутно-кварцевые лампы высокого давления, хотя и менее экономичные, чем аргонортутные, применяют для обеззараживания большого количества с незначительным бактериальным загрязнением, так как это более экономично по сравнению с хлорированием. В отечественной практике применяют несколько типов установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами, разработанных в НИИ КВОВ Академии коммунального хозяйства

Примечание: 1. Присоединение и установочные размеры принимают в соответствии с данными заводов-изготовителей.

2. Техническая документация на указанные установки находится на заводах-изготовителях.

Установка типа ОВ=1П применяется для обеззараживания воды на небольших объектах. Она состоит из корпуса и одной бактерицидной лампы БУВ-60П, размещенной в кварцевом цилиндрическом чехле. Пусковое устройство к бактерицидной лампе крепят непосредственно к корпусу установки. Вода поступает в аппарат через нижний входной патрубок. Внутри аппарата имеется спираль, которая сообщает воде вращательное движение, способствующее хорошему перемешиванию потока. Многократно сливая кварцевый чехол, вода подвергается равномерному облучению и обеззараживанию. Потери напора -в установке при расчетном расходе 3 м³/ч составляют 0,2 м вод. ст. Установку монтируют в помещении с температурой воздуха не ниже +5° С вертикально на трубопроводе за насосом или непосредственно у водопотребителя. Для ее работы требуется переменный ток напряжением 220 В. Периодически (1-2 раза в месяц) необходимо очищать кварцевый чехол от образующегося на нем осадка. Очистку производят без включения установки путем нескольких возвратно-поступательных движение спирали, передвигаемой с помощью рукоятки.

Установка типа ОВ-ЗН предназначена для обеззараживания воды на очистных комплексах небольшой мощности. Она состоит из корпуса в виде прямоугольной камеры с тремя лотками, крышки корпуса, в которой размещены бактерицидные лампы и шкафа управления. Установка оборудована бактерицидными лампами БУВ-60П и рассчитана на производительность до 8,0 м³/ч. Вода в установке ОВ-ЗН движется самотеком, через приемную камеру, дырчатую перегородку и далее проходит по лоткам, дважды меняя направление. При течении воды по лоткам потока перемешивается, подвергаясь равномерному воздействию бактерицидного излучения ламп. Потеря напора в установке при расчетном расходе воды 8 м³/ч составляет 0,10-0,15 м. Установку монтируют в помещении с температурой воздуха не ниже +5°C и только в горизонтальном положении. Для работы установки требуется переменный ток напряжением 220 В.

Установка типа ОВ-АКХ-1 применяется для обеззараживания воды на водопроводах средней производительности. Установка состоит из двух основных частей: технологической и электрической. В первую входят секции установки, включающие в себя ряд (от двух до пяти) последовательно соединенных бактерицидных камер. Вторая - состоят из шкафа управления и ящика сигнализации. Каждая камера представляет собой литую цилиндрическую конструкцию с шестью внутренними радиальными перегородками, обеспечивающими интенсивное перемешивание воды во время обучения. В центральной части каждой камеры в кварцевом цилиндрическом чехле помещена ртутно-кварцевая лампа типа ПРК-7. Производительность установки в зависимости от числа камер составляет от 30 до 150 м³/ч. Обеззараживаемая вода подается во входной патрубок и движется через последовательно расположенные камеры и далее в сеть.

Напорная установка ОВ-1П-РКС состоит из камеры, оборудованной спиралью и одной лампой РКС-2,5, помещенной в кварцевом чехле. Комплект установки состоит из ряда цилиндрических последовательно соединенных типовых камер. Подача одной камеры составляет до 70 м³/ч.

Безнапорная установка ОВ-ЗП-РКС рассчитана на расход 3000 м³/ч и более. Она устанавливается в канале в виде рамкассет, на которых закреплены блоки с лампами РКС-2,5. В кассете закрепляют несколько ламп, защищенных кварцевыми цилиндрическими чехлами. Чтобы обеспечить турбулентный режим движения воды в канале и хорошее перемешивание во время облучения, лампы располагают в шахматном порядке. Это обеспечивает высокий коэффициент использования бактериального потока. Канал, оборудованный кассетами, сверху перекрыт съемными крышками. Рядом с каналом располагается пульт управления с пусковой аппаратурой к лампам.

Многолетний опыт эксплуатации установок обеззараживания воды бактерицидными лучами показывает, что этот метод обеспечивает надежную дезинфекцию воды. Эксплуатационные расходы на обеззараживание воды облучением не превышает эксплуатационных затрат на хлорирование, а на водопроводах, использующих в качестве источников водоснабжения подземные, родниковые или под русловые воды, обеззараживание воды облучением дешевле в два-три раза по сравнению с хлорированием. Расход электрической энергии на обеззараживание воды из подземных источников водоснабжения облучением не превышает 10-15 вт ч/м³. Расход электрической энергии на облучение обработанной воды из открытых источников, водоснабжения составляет до 30 Вт ч/м³.

Недостатком рассматриваемого метода обеззараживания является невозможность оперативного контроля за эффектом обеззараживания в отличие от хлорирования (по остаточному хлору).

БАКТЕРИЦИДНАЯ УСТАНОВКА ОВ-АКХ-1

1,6 - подача и отвод воды; 2 - бактерицидная камера; 3 -ртутно-кварцевые лампы типа ПРК-1; 4 - кварцевые чехлы; 5- струенаправляющие перегородки.