УДК 628.166

СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Крупнова Татьяна Георгиевна1, Таллина Ольга Юрьевна2
1ФГБОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет" (НИУ), кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры экологии и природопользования
2ФГБОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет" (НИУ), студентка кафедры экологии и природопользования

Аннотация
Рассмотрены современные технологии обеззараживания питьевой воды из поверхностных источников. Выбраны варианты технологий, наиболее часто используемые в системах центрального водоснабжения Российской Федерации. Произведены расчеты капитальных и эксплуатационных затрат для станций водоподготовки производительностью 10 тыс. м3/сут и 720 тыс. м3/сут.

Ключевые слова: водоподготовка, капитальные затраты, обеззараживание, ультрафиолетовое обеззараживание, хлорирование, эксплуатационные затраты


COMPARISON OF METHODS OF WATER DISINFECTION USED IN CENTRALIZED SYSTEMS OF WATER SUPPLY

Krupnova Tatyana Georgievna1, Tallina Olga Urievna2
1FSFEI of HPE «South Ural State University» (NRU), PhD in Chemical Science, Assistant Professor of the Ecology and Nature Management Department
2FSFEI of HPE «South Ural State University» (NRU), Student of the Ecology and Nature Management Department

Abstract
The modern technologies of disinfecting of potable water from surface sources are considered. It is selected options of the technologies that are most often used in the systems of central water supply of the Russian Federation. The capital and operating costs for water treatment stations with a capacity of 10 thousand m3/day and 720 thousand m3/day are calculated.

Keywords: capital costs, chlorination, disinfection, operating costs, ultraviolet disinfection, water treatment


Рубрика: Водное хозяйство

Библиографическая ссылка на статью:
Крупнова Т.Г., Таллина О.Ю. Сравнение методов обеззараживания воды, используемых в централизованных системах водоснабжения // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2014/05/1489 (дата обращения: 19.11.2016).

Введение

В технологии водоподготовки обеззараживание воды является одной из основных стадий. От эффективности и безопасности технологии обеззараживания воды, применяемой на водоочистных станциях, зависит здоровье и санитарно-эпидемиологическое благополучие населения.

Источниками водоснабжения во многих крупных населенных пунктах Российской Федерации являются поверхностные водоемы, загрязнение которых увеличивается с каждым годом. Состояние действующих водопроводных сетей в стране часто не отвечает санитарным нормам, т.к. их износ уже достиг критического уровня. Такая ситуация значительно осложняет процесс получения питьевой воды, отвечающей установленным требованиям по микробиологическим показателям качества. В связи с этим, вопрос обеззараживания природных вод является актуальным и требует поиска эффективных и экономически целесообразных решений в технологии водоподготовки.

В статье проанализированы современные технологии обеззараживания воды, применяемые в Российской Федерации в системах централизованного водоснабжения, произведены технико-экономические расчеты.

Технологии обеззараживания

В настоящее время на российских станциях водоподготовки наиболее часто для обеззараживания воды используется хлор, который имеет общеизвестные недостатки, такие как повышенные требования к перевозке и хранению, потенциальный риск здоровью в случае утечки, образование побочных продуктов дезинфекции – тригалометанов [1]. Это ведет к тому, что многие водоканалы переходят на альтернативные методы обеззараживания. Обычно мероприятия для обеспечения безопасного питьевого водоснабжения включают в себя внедрение системы ультрафиолетового обеззараживания питьевой воды, а также применение двухступенчатой схемы обеззараживания питьевой воды при сочетании химического и физического методов, для эффективного удаления вирусов; переход на технологии обеззараживания воды гипохлоритом натрия [2, 3], диоксидом хлора [1].

Для проведенных расчетов были выбраны следующие допущения. Расчеты выполнены для поверхностного источника водоснабжения. Обеззараживание воды производится после осветления воды на скорых фильтрах. Схема с двукратным хлорированием не рассматривается (то есть стадия прехлорирования не принималась в расчет). Доза активного хлора принята 3 мг/л для обеззараживания хлором, гипохлоритом натрия, 1 мг/л – для комбинированного обеззараживания.

В ходе работы выполнены расчеты для станций водоподготовки производительностью 720 тыс. м3/сут. и 10 тыс. м3/сут. Были выбраны следующие варианты обеззараживания: хлорирование газообразным хлором, гипохлоритом натрия совместно с ультрафиолетовым обеззараживанием и хлорирование диоксидом хлора. Обеззараживание диоксидом хлора рассматривается только для малой станции водоподготовки, т.к. в настоящее время установки с большой производительностью не выпускаются.

Оценка производилась в ценах, существующих на начало 2014 года.

Результаты и их обсуждение

Станция с производительность 720 тыс. м3/сут

Производили сравнение двух вариантов: обеззараживание газообразным хлором (Вариант 1.1.) и гипохлоритом натрия (ГПХН), полученным на электролизной установке, совместно с последующей обработкой воды ультрафиолетом (УФ) (Вариант 1.1.).

Были рассчитаны капитальные затраты на строительство блоков обеззараживания по Вариантам 1.1., 1.2. (табл. 1, рис.1).

Таблица 1 – Сравнение капитальных затрат по Варианту 1.1. и Варианту 1.2.

Статья расходов

Стоимость метода обеззараживания, руб.

Вариант 1.1. (газообразный хлор)

Вариант 1.2. (ГПХН + УФ)

Оборудование для обеззараживания

5143950

45730000

Обеспечение безопасности

7258740

1028379

Грузоподъемное оборудование

101351

33100

Хранение

340000

-

Здание

6316500

256600

Проектирование, монтаж, пуско-наладка

1247745

7106170

Итого

20408286

54154249

Затраты на 1 м3 воды

28,34

75,21


Рисунок 1  Сравнение капитальных затрат на строительство блоков обеззараживания для станции производительностью 720 тыс. м3/сут по Варианту 1.1. и Варианту 1.2

Как видно из таблицы 1 капитальные затраты на строительство блока обеззараживания газообразным хлором в три раза ниже, чем для комбинированной технологии гипохлорит натрия – УФ, причем во втором случае наибольшие затраты будут на покупку и монтаж основного оборудования (рис. 1). Отметим, что затраты на обеспечение безопасности производства по Варианту 1.2. заметно ниже. При хлорировании газообразным хлором на станции организуются склады хранения жидкого хлора, а производственный объект, на котором хранится, используется хлор в количестве 2,5-25 т является опасным производственным объектом (ОПО) III класса опасности. Организация, эксплуатирующая опасный производственный объект обязана иметь лицензию на осуществление конкретного вида деятельности в области промышленной безопасности, подлежащего лицензированию в соответствии с законодательством Российской Федерации; обеспечивать проведение экспертизы промышленной безопасности зданий, сооружений и технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, а также проводить диагностику, испытания, освидетельствование сооружений и технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, в установленные сроки и по предъявляемому в установленном порядке предписанию федерального органа исполнительной власти в области промышленной безопасности, или его территориального органа; принимать меры по защите жизни и здоровья работников в случае аварии на опасном производственном объекте (Федеральный закон 116ФЗ).

В целях обеспечения готовности к действиям по локализации и ликвидации последствий аварии организация, эксплуатирующая опасный производственный объект, обязана планировать и осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий (ПЛА) на опасном производственном объекте; заключать с профессиональными аварийно-спасательными службами (АСС) или с профессиональными аварийно-спасательными формированиями договоры на обслуживание, создавать собственные профессиональные АСС или профессиональные аварийно-спасательные формирования, а также нештатные аварийно-спасательные формирования (НАСФ) из числа работников (Федеральный закон 116ФЗ). Обычно, на крупных станциях водоподготовки создается своя АСС, поэтому в капитальные затраты заложены средства на ее создание – закупка пожарного оборудования (пожарный рукав, пожарный ствол, вентили, лестницы, веревки и пр.), средств индивидуальной защиты (противогазы, костюмы, страховочные изделия и пр.), аптечек для первой помощи пострадавшим, первичное обучение команды. А в эксплуатационные – затраты на содержание АСС.

Сравнение эксплуатационных затрат по двум методам обеззараживания представлено в таблице 2 и на рисунке 2. Как видно комбинированный метод дороже в эксплуатации более чем в два раза за счет высокого потребления электроэнергии на электролиз и затрат на ремонт и амортизацию оборудования, в том числе замену УФ ламп.

Таблица 2 – Сравнение эксплуатационных затрат по Варианту 1.1. и Варианту 1.2.

Статья расходов

Стоимость метода обеззараживания, руб/год

Вариант 1.1. (газообразный хлор)

Вариант 1.2. (ГПХН + УФ)

Реагенты

8305263

10091910

Транспортные расходы

120000

55200

Электроэнергия

4081865,9

14042806,50

Ремонт и амортизация оборудования

1426527,79

15027538,11

Обеспечение безопасности

2030000

-

ФОТ и отчисления на социальные нужды

312000

260000

СИЗ

138228

111790

Прочие расходы

2441348,5

5026678,13

Итого

18855233,19

45537351,3


Рисунок 2  Сравнение эксплуатационных затрат на обеззараживание для станции производительностью 720 тыс. м3/сут по Варианту 1.1. и Варианту 1.2

Станция с производительностью 10 тыс. м3/сут

В настоящее время выбор альтернативных технологий обеззараживания для станций малой производительности несколько шире. Технология обеззараживания газообразным хлором (Вариант 2.1.) может быть заменена на комбинированную технологию обеззараживания гипохлоритом натрия и УФ-излучение. Гипохлорит может быть, как получен на станции электролизом (Вариант 2.2.), так и товарный (Вариант 2.3.), в этом случае требуется оборудование для разбавления концентрированного раствора гипохлорита [3, 4]. Кроме того, для станции малой производительности существуют установки обеззараживания диоксидом хлора импортного производства (например, Bello Zon немецкой фирмы ProMinent Posiertechnik), в которых используется хлоратный метод получение диоксида (Вариант 2.4), и российского (ДХ-100 компании ОАО «УНИХИМ с ОЗ»), в которых используется хлоритный метод. Диоксид хлора является более сильным окислителем, по образованию побочных продуктов дезинфекции – хлорсодержащих соединений – он является менее опасным дезинфицирующим агентом, чем препараты на основе активного хлора [5].

Капитальные затраты по разным методам обеззараживания представлены в таблице 3 и на рисунке 3. Как видно, наибольшие капитальные затраты в этом случае требуются на, казалось бы, самый простой метод – хлорирование, однако, наибольшую долю в этом случае представляют собой затраты на обеспечение безопасности производства. Хотя производственный объект, на котором хранится, используется хлор в количестве 0,5-2,5 т является опасным производственным объектом (ОПО) IV класса опасности и разработка ПЛА не требуется; разработка декларации промышленной безопасности не требуется; лицензия Ростехнадзора на эксплуатацию взрывопожароопасных и химически опасных производственных объектов не требуется (Федеральный закон №22ФЗ), требуется все же дорогостоящее оборудование для своевременного обнаружения и регистрации наличия хлора в воздухе и нейтрализации этого выброса в целях защиты обслуживающего персонала и окружающей среды от поражения хлором. В соответствие с Постановлением от 1 марта 1993 г. N 178 «О создании локальных систем оповещения в районах размещения потенциально опасных объектов» на станции водоподготовки необходимо создать локальную систему оповещения, которая представляет собой организационно-техническое объединение дежурной службы потенциально опасного объекта, технических средств оповещения, сетей вещания и линий связи.

Для обеспечения безопасности в случае аварии со специализированной организацией заключается договор на предоставление услуг по обслуживанию АСС. Договор действует в течение года после его заключения. План ликвидации аварий необходимо пересматривать и отправлять на экспертизу 1 раз в 5 лет. Эти затраты были включены в эксплуатационные.

В настоящее время, именно повышенные требования к обеспечению безопасности производства в случае использования газообразного хлора вынуждают малые водоканалы переходить на альтернативные методы.

Наименьшие капитальные затраты требуются при организации обеззараживания диоксидом хлора с использованием установки российского производства (Вариант 2.5)

Таблица 3 – Сравнение капитальных затрат по Вариантам 2.1.2.5.

Статья расходов

Стоимость метода обеззараживания, руб.

Вариант 2.1

(газообр. хлор)

Вариант 2.2

(ГПХН (электролиз) + УФ)

Вариант 2.3

(ГПХН + УФ)

Вариант 2.4

(диоксид хлора, импортный)

Вариант 2.5

(диоксид хлора, отечеств.)

Оборудование для обеззараживания

554830

2737400

1710108

1600000

1231208

Обеспечение безопасности

4625210

490579

490579

244100

701779

Здание

884310

631650

884310

631650

378990

Проектирование, монтаж, пуско-наладка

376388,5

535552

284858,1

393415

309323,05

Итого

6446738,5

4395181

3369855,1

2869165

2621300,05

Затраты на 1 м3 воды

644,67

439,52

336,99

286,92

262,13

Рисунок 3 – Сравнение капитальных затрат на строительство блоков обеззараживания, для станции водоподготовки производительностью 10 тыс. м3/сут по Вариантам 2.1.2.5

Для каждого из Вариантов 2.1.2.5 была произведена оценка эксплуатационных затрат (табл. 4, рис. 4). Статья расходов «Реагенты» включает в себя затраты на реагенты для обеззараживания, нейтрализации аварийных выбросов и промывки оборудования.

Таблица 4 – Сравнение эксплуатационных затрат по Вариантам 2.1.2.5

Статья расходов

Стоимость метода обеззараживания, руб/год

Вариант 2.1

(газообр. хлор)

Вариант 2.2

(ГПХН (электролиз) + УФ)

Вариант 2.3

(ГПХН + УФ)

Вариант 2.4

(диоксид хлора, импортный)

Вариант 2.5

(диоксид хлора, отечеств.)

Реагенты

440816,1

140186

12992201

1304918,8

258712

Транспортные расходы

48000

36000

91500

24000

24000

Комплектующие

0

46071,43

46071,43

0

0

Электроэнергия

503608,1

224120,74

111614,91

44587,7

765253,27

Текущий ремонт и амортизация

879929,9

362707,53

414710,53

346959

363847,53

ФОТ и отчисления на социальные нужды

156000

156000

156000

156000

156000

Обеспечение безопасности

1530000

0

0

0

0

СИЗ для работников

69114

67078

67078

76588

5328

Прочие расходы

542320,22

154824,55

2081876,38

292958,03

235971,12

Итого

4169788,32

1186988,25

15961052,25

2246011,53

1809111,92


Рисунок 4 – Сравнение эксплуатационных затрат на обеззараживание воды, для станции водоподготовки производительностью 10 тыс. м3/сут по Вариантам 2.1.2.5

Как видно из таблицы 4 и рисунка 4 наибольшие эксплуатационные затраты в случае использования товарного гипохлорита натрия за счет высокой стоимости концентрированного раствора гипохлорита натрия. Наименьшие эксплуатационные затраты имеют Варианты 2.2. и 2.5.

Заключение

В работе выполнен технико-экономический анализ вариантов обеззараживания питьевой воды при организации централизованного водоснабжения. Показано, что в случае крупных станций водоподготовки в экономическом плане более выгодно обеззараживание воды газообразным хлором. Однако, хотя вариант с обеззараживанием по комбинированной технологии с использованием электролитически полученного гипохлорита натрия и УФ- излучения, более дорог, он более безопасен с точки зрения промышленной безопасности и позволяет за счет использования УФ излучения удалять из воды опасные вирусы.

В случае малого водоканала наиболее предпочтительным является использование для обеззараживания воды по комбинированной технологии с использованием электролитически полученного гипохлорита натрия и УФ излучения. Достоинством метода являются низкие капитальные и эксплуатационные затраты и доступность основного реагента – хлорида натрия. Также, перспективным является метод обеззараживания диоксидом хлора, полученным с использованием оборудования российского производства, однако, его применение сдерживается в настоящее время недостаточной проработанностью метода в условиях российского рынка и возможными перебоями поставок хлорита натрия и нестабильностью цен на этот реагент.


Библиографический список
  1. Литвинов А.А., Крупнова Т.Г. Разработка проекта реконструкции станции водоподготовки города Южноуральска // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2014. № 5 (77). С. 50–55.
  2. Башкетова Н.С., Нефедова Е.Д. Актуальные вопросы обеспечения населения Санкт-Петербурга доброкачественной питьевой водой // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 11. С. 26‑31.
  3. Головачев А.В., Абросимова Е.М. Применение гипохлорита натрия при обеззараживании воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 4. С. 8‑12.
  4. Скрябин А.Ю., Фесенко Л.Н., Игнатенко С.И., Пчельников И.В Низко- и высококонцентрированный гипохлорит натрия: преимущества и недостатки применения в схемах обеззараживания питьевых вод // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. 2014. № 2 (74). С. 48‑52.
  5. Кожевников А.Б., Баранов А.А., Петросян О.П. Обоснование бактерицидных особенностей диоксида хлора // Водоснабжение и канализация. 2013. № 3‑4. С. 82‑89.


Все статьи автора «maestro»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: