CC BY
7
УДК 628.315.3
проф. Е. И. Гончарук, доктор хим. наук А. М. Когановский, канд. мед. наук В. Н. Гирин, О. В. Салата
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРЕТИЧНОЙ АДСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
Киевский медицинский институт им. А. А. Богомольца. Институт коллоидной химии и химии воды АН УССР
Одним из ведущих мероприятий в области санитарной охраны водоемов является третичная очистка (доочистка) биологически очищенных промышленных и бытовых стоков с их последующим использованием в оборотном техническом водоснабжении. Нами проведены исследования по гигиенической оценке разработанной АН УССР технологической схемы адсорбционной и ионообменной доочистки смеси таких вод. Принципиальная схема этого комплекса сооружений представлена на рис. 1. Из рис. 1 видно, что биологически очищенные сточные воды после станции биологической очистки поступают в адсорбер, на кварцерые и Н-катионитовые фильтры, в камеру дегазации, на ОН-анионитовые фильтры и направляются в систему оборотного водоснабжения предприятий.
Мы поставили перед собой задачу провести углубленное изучение эффективности доочистки смеси биологически очищенных промышленных и бытовых сточных вод на новом типе адсорбера с псевдоожиженным слоем активированного угля, предложенном АН УССР (А. М. Когановский и В. Д. Семенюк). Этот адсорбер (рис. 2) представляет собой цилиндрическую
Рис. 1. Технологическая схема доочистки и возврата смеси городских и промышленных сточных вод в оборотные циклы водоснабжения промышленных предприятий.
/— коллектор промышленных стоков после локальных установок; 2 — коллектор бытовых стоков города н комбината; 3 — станция биологической очистки сточных вод; 4 — адсорбер; 6 — подготовка угля (регенерация); 6 — фильтрация; 7 — Н-катионитовый фильтр; 8 — камера дегазации; 9 — ОН-анионитовые фильтры; 10 — система оборотного водоснабжения комбината; II — станция производства удобрений.
действия с псевдоожиженным слоем активированного угля. / — опорные решетки: 2 — распределительные решетки; 3 — слой адсорбента; 4 — водо-оборотный желоб для очищенной воды; 5 — питающая воронка для сухого дозирования активированного угля; 6 — подача воздуха в эрлифт; 7 — эрлифт для выгрузки отработанного адсорбента; 8 — слой гравия.
Таблица 1
Эффект третичной адсорбционной очистки сточных вод при разных дозах угля марки 2АУ
Сточная жид- Сточная жидкость после третичной очистки
Показатели анализа кость. поступающая в ад- доза угля, г/л
сорбер 5 10 15 20
БПК,0 }МГ°'/Л 75,72+3,31 28,612=2,21 17.62ztl.46 8,212=1,56 10.21=1= 1,56 3,822=0,82 9,83:5: 1,32 3,12=5=0,84 8,912=1,27 2,812=0,88
Азот аммонийный Азот нитритов Азот нитратов Фосфаты мг/л 14,11=5=1,64 0,42=5=0,18 3,21+0,52 5,232=0,83 12,63—1,26 0,322=0,16 1,64^=0,32 1,37=5:0,19 10.83=1=1,21 0,29=5=0,15 1,45—0,36 0,49=^0,12 10,23=5=1,17 0,26=5=0,12 1,26=5=0,28 0,34+0,15 9,472:1,03 0,252:0,11 0,93=5=0,34 0,282=0,13
Микробное число Коли-титр Титр энтерококка 62000+1281 0,001^0,0001 0,012:0,001 91002:458 0,012:0,001 0,12:0,01 740^:42 0,1=!=0,01 0,1—0,01 620=5:39 0,12:0,01 1,02:0,1 516=5=36 0.12=0.01 1.02=0.1
колонну с коническим днищем высотой 2,5 м, заполненную зернами (размером 2—4 мм) активированного угля марки 2АУ, предложенного Институтом газа АН УССР. Уголь загружают на провальную решетку с отверстиями диаметром 5—10 мм и шагом отверстий 10—20 мм, на которую сначала слоем 300—500 мм укладывают мелкий щебень, а затем — гравий с тем, чтобы предотвратить просыпание угля в подрешеточное пространство. Дозируют адсорбент сверху в сухом виде. В установку вода поступает снизу вверх со скоростью, обеспечивающей полуторократное расширение слоя активированного угля. Оптимальная скорость 12 м'/м^. Отработанный адсорбент и доочищенная вода из нижней части колонны отводятся при помощи эрлифта. Отработанный активированный уголь подается и выводится непрерывно при сохранении постоянного уровня псевдоожиженного слоя в установке. Время пребывания угля в адсорбере 10—15 мин.
Мы провели 4 серии опытов с дозой угля 5, 10, 15 и 20 г/л при скорости фильтрации сточных вод 12 м^м^. Выбор таких доз активированного угля обусловлен тем, что, по предварительным данным (А. М. Когановский и В. Д. Семенюк), уже при дозе угля 5 г/л достигается вполне удовлетворительный эффект очистки. Однако последующие натурные наблюдения показали, что такая доза угля не всегда обеспечивает нужную степень очистки. Поэтому для научного обоснования оптимальной дозы угля проведены опыты на 2 натурных объектах. Результаты исследований приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1, в I серии исследований (доза угля 5 г на 1 л) биологически очищенные сточные воды после третичной очистки не соответствовали требованиям, предъявленным к качеству третично очищенных сточных вод. Так, по литературным данным (И. Д. Родзиллер и М. Г. Тар-нопольская), качество воды после третичной очистки, используемой в оборотном водоснабжении, должно быть таким, чтобы обеспечить отсутствие биологических обрастаний теплообменных систем и «отравление» ионообменных смол. Для обеспечения этих требований ХПК должно не превышать 12 мг 02/л, ВПК 5 — 2 мг 02/л, уровень фосфатов — 0,5 мг/л. Во II серии исследований при дозе активированного угля 10 г/л наблюдалось снижение до требуемых величин ХПК (10,21 мг 02/л), БПК2о — (3,82, мг 02/л) и фосфатов (0,5 мг/л). Естественно возник вопрос о том, не достигается ли необходимый эффект очистки при дозах угля 6, 7, 8 и 9 г/л? Проведенные с этими дозами угля серии исследований показали, что по ХПК и фосфатам обеспечить необходимую степень очистки нельзя. Нужный эффект наступает только при дозе угля 10 г/л. Как видно из табл. 1, увеличение дозы активированного угля до 15 и 20 г/л привело к незначительному улучшению качества доочищенной сточной жидкости.
Таблица 2
Эффект освобождения сточной жидкости в адсорбере с псевдоожиженным слоем угля от
патогенной микрофлоры
Вид ис- Концентрация микроорганизмов
следуемого микроорганизма в сточной жидкости, поступающей в адсорбер в третично очищенной сточной жидкости после адсорбера
Sh. sonnei 10* бактерий в 1 л 106 бактерий и 1 л
S. typhi murium 1 мил. микробных тел в 1 л 10 млн. микробных тел в 1 л 10* бактерий в 1 л 105 бактерий в 1 л
E. co-li-Olll 10* бактерий в 1 л 10® бактерий в 1 л
Аттенуи-рованный штамм вируса полиомиелита типа II (Сэбин) 0,6-102 БОЕ/мл 0,95-106 БОЕ/мл 0,5-101 БОЕ/мл 0,1-10« БОЕ/мл
Вирусы Коксаки В-6 0,7-102 БОЕ/мл 1,1-10« БОЕ/мл 0,3-101 БОЕ/мл 0,3-103 БОЕ/мл
Бактериофаг Т2 4,2-108 БОЕ/мл 8,0-10 6 БОЕ/мл 1,1- Юг БОЕ/мл 3,0-10* БОЕ/мл
Специального рассмотрения заслуживает вопрос о качестве воды после третичной очистки в адсорбере со взвешенным слоем активированного угля по аммиаку, нитратам и нитритам, являющимся источником азота, участвующего в биологических обрастаниях теплообменных систем. Из табл. 1 видно, что после дозы угля 10 г/л количество солей азота аммиака, нитритов и нитратов почти не изменяется. Аналогичными были закономерности и по санитарно-показательным микроорганизмам — микробному числу, коли-титру и титру энтерококка. Таким образом, и по этим показателям применение дозы угля, превышающей 10 г/л, с экономической и гигиенической точки зрения, нецелесообразно.
В связи с отсутствием достаточного количества исследований по эпидемиологической безопасности третично очищенной сточной жидкости гигиенисты допускают возможность ее использования только для подпитки теплообменных систем. Однако научно-технический прогресс требует доведения третично очищенных сточных вод до такого качества, которое позволяло бы их использовать для технологических нужд предприятий, а в перспективе — и для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Поэтому для научного обоснования эпидемиологической безопасности третично очищенных сточных вод мы исследовали эффективность очистки сточных вод от патогенных микроорганизмов. Поскольку в натурных условиях по эпидемиологическим соображениям подобного рода исследования невозможны, их провели на лабораторной модели адсорбера с псевдоожиженным слоем угля. Результаты исследований представлены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что, несмотря на высокий эффект очистки сточной жидкости, достигающий 98,8% в отношении полиовируса II типа Сэбина, 97,3% —вирусов Кок-саки В-6 и 96,5% —бактериофага Та и 99% в отношении патогенных бактерий, абсолютное количество вирусов и бактерий в третично очищенной сточной жидкости остается значительным. Так, концентрация вирусов
составляет соответственно 0,1 • 10*, 0,3-10s и 3-Ю4 БОЕ/мл, а бактерий — до 100 000 в 1 л.
Кроме того, из табл. 2 следует, что концентрация шигелл, сальмонелл и патогенных эшерихий находится в прямой зависимости от их начального содержания. Так, если инфицирующая доза заражения для патогенных бактерий равнялась 1 млн. в 1 л, то после третичной очистки их содержание составляло 10 000 в 1 л. При исходной концентрации бактерий 10 млн. в 1 л они обнаруживались в третично очищенной воде в концентрации 100 000 в 1 л.
Таким образом, результаты опытов свидетельствуют о том, что сточные воды после третичной очистки опасны в эпидемиологическом отношении. Эта опасность сохраняется и в тех случаях, когда сточная жидкость после адсорбера проходит через кварцевые, Н-катионитовые фильтры, камеру дегазации и ОН-анионитовые фильтры. В связи с этим возможность использования сточных вод в оборотных циклах водоснабжения предприятий недопустима без обеззараживания. Обеззараживание сточной жидкости должно быть завершающим этапом доочистки. Надежное обеззараживание третично очищенных сточных вод от патогенных бактерий достигается при дозе хлора 1,5—2 мг/л и времени контакта 30 мин. Полная инактивация вирусов, по нашим данным, наступала в течение 2 ч при дозе хлора 5 мг/л и через 30 мин при дозе хлора 10 мг/л. Остаточный хлор поддерживался на уровне, близком к 1,5 мг/л для бактерий, и 2,5 мг/л для вирусов. При таких дозах хлора ни в одной из исследуемых 300 проб третично очищенной и обеззараженной сточной жидкости не удалось обнаружить патогенных микроорганизмов и вирусов в объеме 10 мл, при этом коли-титр обеззараженной воды составлял 100 мл и выше.
Выводы
1. Результаты экспериментальных исследований, проведенные на 2 натурных объектах и на лабораторной модели адсорбера с псевдоожиженным слоем активированного угля, показали, «по при дозе угля 10 г/л и скорости фильтрации 12 м3/м2/ч происходит оптимальное освобождение смеси биологически очищенных бытовых и промышленных сточных вод от органических веществ, бактерий и вирусов.
2. Эффект освобождения сточной жидкости от вирусов, шигелл, сальмонелл и патогенных эшерихий в ходе третичной адсорбционной очистки находится в прямой зависимости от их исходного содержания.
3. Надежное обеззараживание третично очищенных сточных вод от патогенных бактерий достигается при дозе хлора 1,5—2 мг/л и времени контакта 30 мин. Полная инактивация вирусов наступает в течение 2 ч при дозе хлора 5 мг/л и через 30 мин при дозе хлора 10 мг/л.
ЛИТЕРАТУРА. Когановский A.M., Семенюк В. Д. Оборотное водоснабжение химических предприятий. Киев, 1975, с. 186—188. — Р о д з и л -л е р И. Д., Тарнопольская М. Г. — «Ж- Всееоюзн. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева», 1972, № 2, с. 156—158.
Поступила 23/XI1 ¡975 г.
HYGIENIC ASSESSMENT OF TERTIARY ADSORPTION TREATMENT OF DOMESTIC SEWAGE AND INDUSTRIAL EFFLUENTS
E. I. Goncharuk, A. M, Koganovsky, V. N. Girin, О. V. Salata
The paper deals with hygienic assessment ol a special scheme of additional treatment by adsorption and ionexchange of a mixture of industrial effluents and domestic sewage after current biological treatment. It was found that as a result of this tertiary treamtent a maximum removal from Sewage of organic substance, bacterial pollution indicators and pathogenic microorganisms was attained. Sewage, gone through tertiary treatment, may be used in the recirculation systems,
