Установки ультрафиолетового обеззараживания воды
Опубликовано: 28 июля 2010 г.
1768
М. Иванов, к. х. н.
Один из распространенных способов обеззараживания воды – обработка ультрафиолетовым излучением. Она применяется в самых разных областях водоподготовки – питьевой, энергетической, очистке сточных вод. Вниманию читателей предлагается обзор установок ультрафиолетового обеззараживания, поставляемых на российский рынок.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Основной элемент установки УФ-обеззараживания – специальная лампа, служащая источником ультрафиолетового излучения. Существует два основных вида бактерицидных ламп: ртутные, газоразрядные низкого (НД) и высокого (ВД) давления. Лампы низкого давления имеют высокий КПД преобразования электрической энергии в излучение и сравнительно невысокую (до 200 Вт) единичную мощность, чаще всего – от 15 до 30 Вт.
УФ-лампы высокого давления обладают большой (до 10 кВт) мощностью, что позволяет сократить их число и уменьшить габариты установки, но меньшим энергетическим КПД использования излучения. В спектре этих ламп присутствует коротковолновое излучение, способное приводить к образованию озона.
Все лампы для снижения потерь энергии выполнены из увиолевого стекла и имеют интенсивное излучение в области от 200 до 300 нм с максимумом при длине волны 253 нм. В процессе работы мощность УФ-лампы падает. Скорость изменения мощности и срок службы источника излучения – важные динамические характеристики УФ-лампы. Практика показывает, что в конце срока службы мощность излучения лампы составляет только четверть номинального значения.
Известными производителями УФ-ламп являются Atlantic Ultraviolet (США), UV-technik (Германия), а также Hanovia (Великобритания), старейший мировой производитель такого оборудования. В настоящее время в России популярны УФ-лампы TUV фирмы Philips (Голландия), которые имеют гарантированный срок службы в непрерывном режиме до 12 тыс. ч со спадом мощности бактерицидного потока после 5 тыс. ч не более 15 %.
Изделия названных компаний используются многими отечественными и зарубежными производителями, выпускающими установки для обеззараживания воды. Однако в последнее время приобретают популярность новые амальгамные УФ-лампы низкого давления и повышенной (до 200–350 Вт) мощности. Эта конструкция позволяет создавать компактные УФ-системы большой производительности.
Отечественная промышленность выпускает ртутные лампы низкого давления мощностью от 10 до 100 Вт (например, марки ДБ), а также амальгамные лампы мощностью от 200 до 300 Вт. Среди российских производителей следует отметить НПО «ЛИТ», которое производит УФ-лампы мощностью от 75 до 300 Вт со сроком службы 8–12 тыс. ч, оснащая ими обеззараживающие установки собственного производства.
Установки
Для обеззараживания воды наибольшее распространение получили установки проточного типа, которые состоят из камеры облучения и щита управления.
Как правило, камера облучения представляет собой цилиндрический корпус из нержавеющей стали, в котором располагаются один или несколько кварцевых «чехлов» для УФ-ламп. В корпусе имеются два штуцера для протока воды. Основные характеристики камеры – производительность и доза облучения, выраженная в количестве световой энергии, падающей на единицу площади (мДж/см2) водяного потока.
В мировой практике требования к минимальной дозе облучения варьируются от 16 до 40 мДж/см2. Российские нормативы для питьевой воды предписывают осуществлять обеззараживание дозой не менее 16 мДж/см2; при этом качество воды до УФ-обработки должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.
Нормы ряда западноевропейских стран и США требуют, чтобы доза при обеззараживании воды была не менее 40 мДж/см2. В ближайшем будущем ожидается ужесточение требований к УФ-обработке воды. С учетом этого уже сейчас проектируются установки с дозой облучения 50–100 мДж/см2.
Доза определяется интенсивностью потока лучистой энергии, временем нахождения потока в зоне облучения (обычно 1–3 с) и прозрачностью обрабатываемой воды. Дело в том, что прозрачность воды влияет на количество поглощенной световой энергии, которая не расходуется на обеззараживание, и зависит также от толщины водного слоя. Поэтому реальные величины дозы облучения пропорциональны коэффициенту пропускания ультрафиолетовых лучей. Для воды из подземного источника он составляет 0,95–0,80, для воды из реки – 0,85–0,70, а для сточной воды – 0,40–0,60.
Следует обратить особое внимание, что многие производители УФ-оборудования указывают дозу облучения, рассчитанную для коэффициента пропускания 0,9–0,96, что соответствует воде с высокой прозрачностью, и в реальных условиях такие установки могут проводить недостаточно эффективную обработку воды.
Как правило, чтобы обеззараживание воды проходило эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям: прозрачность – не ниже 85 %; количество взвешенных частиц – не более 1 мг/л; жесткость – менее 7 ммоль/л; общее содержание железа – не более 0,3 мг/л; марганца – не более 0,1 мг/л; содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л; твердых взвешенных частиц – менее 10 мг/л; мутность – не более 2 мг/л по каолину; цветность – не более 35 градусов; число бактерий группы кишечной палочки – не более 10 000 в 1 л.
Конечно, УФ-обработке можно подвергать и воду, имеющую значительные примеси, но в этом случае необходимо учитывать, что часть энергии будет утеряна. Помимо прозрачности воды, на эффективность облучения оказывают влияние конструкция и расположение кварцевых кожухов УФ-ламп: наличие турбулентности потока позволяет продлить время воздействия на воду. В проточной камере возможно и возникновение застойных зон.
Форма потока зависит от количества ламп, их размещения, диаметра и расположения патрубков, а также собственно формы и размеров камеры облучателя. Электрическая часть УФ-обеззараживателя включает пускорегулирующий аппарат, обеспечивающий зажигание лампы, пульт управления и датчик контроля ультрафиолетового излучения, который откалиброван на максимум излучения, соответствующий длине волны с 253,7 нм.
Преимущество УФ-обеззараживания перед химическими методами заключается в том, что оно не оказывает влияния ни на вкус, ни на запах воды. Другие достоинства – высокая скорость обработки и ее безопасность. Основной недостаток применения УФ-излучений для обработки воды состоит в отсутствии пролонгируемого эффекта – обработанная вода может вновь быть подвергнута заражению.
Рынок
Среди зарубежных производителей следует отметить продукцию фирмы BWT, которая предлагает установки для обеззараживания воды Bewades производительностью от 4,2 до 328 м3/ч. Доза облучения в этих установках составляет 40 мДж/см2, что позволяет использовать их для обработки как питьевой воды, так и стоков. Срок службы лампы (TUV компании Philips) –10–14 тыс. ч работы. Встроенный турбулизатор обеспечивает равномерное облучение обрабатываемой жидкости.
В УФ-установках канадской компании R-CAN (торговая марка Sterilight) используются лампы марки, которые обеспечивают дозу облучения 16, 30, 40 мДж/см2 (производительность предлагаемых установок – от 0,24 до 13,6 м3/ч; зависит от интенсивности облучения). Некоторые модели этой фирмы дополнительно укомплектованы УФ-датчиком с выносным контроллером. Среди других зарубежных производителей популярных моделей УФ-установок следует упомянуть продукцию фирм Pentair Water, Италия (производительность – от 0,3 до 2,7 м3/ч, доза – 30 мДж/см2, используются лампы Philips); Wedeco, Германия (0,55–3000 м3/ч, 40 мДж/см2, Philips), Aqua Pro, Тайвань (0,25–16,0 м3/ч, доза – 30 мДж/см2).
УФ-обеззараживатели выпускает и ряд отечественных предприятий. Так, московская компания «Национальные водные ресурсы» изготавливает установки для обеззараживания воды серии «Блеск» (0,3–50 м3/ч, 2,2–182 Вт, Philips). Модели этой серии, имеющие в маркировке индекс «Е», снабжены специальным блоком включения, обеспечивающим более продолжительный срок службы ламп, а также экономию электроэнергии.
Лампами TUV оснащаются и установки серии БАКТ (0,3–5,0 м3/ч, 2,1–15 Вт, Philips) производства компании «Энергосистемавтоматика» (Москва). Дополнительно в это оборудование вмонтирован датчик контроля интенсивности ультрафиолетового потока излучения DUV-24 немецкого производства.
Уже упомянутое в этой статье НПО «ЛИТ» серийно выпускает свыше 30 модификаций установок серии УДВ (0,5–500 м3/ч; 16 мДж/см2), используя в них лампы собственного производства марки ДБ. Эта же продукция применяется и в системах водоподготовки фирм «Центр водных технологий» и «Экодар» (Москва). НПО «ЛИТ» экспортирует УФ-обеззараживатели и на европейский рынок – под торговой маркой Philit. Ассортимент компании включает выпускаемые по индивидуальным заказам установки обеззараживания воды производительностью до 50 тыс. м3/ч.
Специалистами НПО «ЭНТ» (Санкт-Петербург) и входящим в его состав РНЦ «Прикладная химия» создана серия установок УОВ, предназначенных для обработки питьевой воды, воды технологического назначения, плавательных бассейнов (0,3–500 м3/ч; 16 мДж/см2; Philips). Они могут применяться в составе стационарных и мобильных установок.
Еще одна санкт-петербургская компания – «ЭГА-XXI Век» – также предлагает установки серии УОВ (на сайте фирмы отмечено, что они выпускаются совместно с ведущими предприятиями Северной столицы): для УФ-обработки питьевой воды (0,3–1000 м3/ч; 16 мДж/см2), сточных вод (0,5–3000 м3/ч; 30 мДж/см2) и глубокого обеззараживания воды на предприятиях пищевой промышленности (1–30 м3/ч; 45 мДж/см2).
ЗАО «Сварог» (Москва) производит установки серии «Лазурь-М» для систем хозяйственно-питьевого, оборотного водоснабжения, обеззараживания сточных вод и воды плавательных бассейнов (0,5–50 м3/ч; 40 мДж/см2; тип лампы – ДБ).
Международная компания «Гидротехинжиниринг» (HT engineering) выпускает, используя лампы фирм Philips и Hanovia, УФ-обеззараживатели серий UVD производительностью от 0,78 до 400 м3/ч (торговая марка – Hydro Tech UF). Они обеспечивают дозу облучения 32, 40 и 60 мДж/см2.
Еще один производитель–ООО «Лаборатория прикладной экологии» («ЛАПЭК») из подмосковного Сергиева Посада. Оно выпускает УФ-обеззараживатели для питьевой воды (0,5–100 м3/ч; 16 мДж/см2; UV-technik) и сточных вод (1,0–100 м3/ч, 30 мДж/см2, UV-technik) ОВОД.
ООО «Озония» (Нижний Новгород), российское дочернее предприятие международной группы компаний Ozonia, предлагает УФ-обеззараживатели серии SMP (25–1000 м3/ч; 30, 40 мДж/см2; используются лампы категории Smartdrive производства Ozonia Triogen, Великобритания).
ЗАО «Роса-Центр» (Екатеринбург) выпускает установки «Роса-УФ» (0,5–10 м3/ч; 24, 30 мДж/см2).
Из продукции стран СНГ можно упомянуть серию установок «Водограй», изготавливаемую ООО «Харьковская электротехническая компания» (Украина) для обеззараживания питьевой, оборотной воды, очищенных сточных вод (1–3000 м3/ч; 16 мДж/см2, Philips).
Статья опубликована в журнале «Аква-Терм» #1 (35) 2007