§ 11.2. Применение хлора, озона и пероксида водорода в обработке воды и очистке сточных вод

Практика последних лет показывает, что в природных водах, вклю­чая водоисточники питьевого назначения, возросла концентрация возбудителей заболеваний паразитарной природы, а также возбудите­лей различных видов эпидемий. Связано это с изменением состава природной водной среды и микробиологическим загрязнением фекаль­ными и бытовыми сточными водами, а также поверхностным стоком с территории населенных мест.

В бытовых сточных водах встречаются различные инфекционные микроорганизмы. Известны случаи массовых заболеваний людей, пользующихся загрязненной водой, вирусным гастроэнтеритом, брюш­ным тифом, инфекционным гепатитом, лямблиозом, заражения сальмо­неллами. Большая часть вспышек инфекции связана с наличием в воде вирусов из желудочно-кишечного тракта человека. Из кишечника и мочевых путей выделяются более 100 видов вирусов, которые могут проходить через систему очистных сооружений и попадать в водоем.

Так, за сутки больной или инфицированный человек выделяет 2-Ю⁸—7'10⁸ шт. болезнетворных микроорганизмов, в 1 г фекалий содержится в среднем около 2000 тыс. жизнеспособных цист лямблий. Расчеты показывают, что при заражении лямблиозом 1% населения содержание цист в 1 л сточных вод достигает 9,6* 10³ экз. В то же время для заражения человека лямблиозом достаточно порядка 10 жизнеспособных цист лямблий. Имеются данные, что употребление для питья некипяченой городской водопроводной воды в объеме 1,5 л и более за сутки в 42% случаев приводило к заражению лямблиозом. Этот пример показывает, насколько высокие требования должны предъявляться к обеззараисиванию питьевой воды, а также сточных вод, вовлеченных в повторное использование в системах замкнутого водопользования.

11.2.1. Хлор как окислительный и обеззараживающий агент

Высокая окислительная способность хлора и некоторых хлорсодер-жащих производных, таких, как СЮг, гипохлориты, позволяет приме-

357

нять их для очистки сточных вод от органических и некоторых неор­ганических примесей. Скорость и глубина реакции зависят не только от природы примесей, но и от температуры, рН, концентрации окисли­теля, времени контакта и т.д. Наиболее эффективно применяются хлор и его производные для очистки сточных вод от цианидов, серо­водорода, фенолов, ксантогенатов (ROS^ ) и др. Зачастую в качест-

SNa ве катализатора применяется активированный уголь.

В щелочной среде при рН 9—10 разрушение цианидов под действи­ем гипохлорита осуществляется за 1—3 мин по реакциям

CN" + Оа —-► CNO" + CI' (1)

CNO" + 2Н₂0 —► НСОз + NH₃ (2)

При рН 6,6 происходи* дальнейшее окисление нетоксичных цианатов: 2CNO-+ ЗОСГ- 2Н⁺ -—► 2С0₂ + N₂ + 3d" + Н₂0 (3)

Хлор и хлорная известь широко используются для локальной очистки стоков сульфатцеллюлозньгх заводов. При этом содержащиеся в воде сернистые соединения взаимодействуют с хлором с образовани­ем различных продуктов.

Хлорирование — один из распространенных методов дезодорации сточных вод. Эффективность хлорирования повышается при одновре­менном действии УФ-излучения. Введение хлора интенсифицирует процесс фотохимического окисления органических примесей сточных вод в десятки раз, причем эффективность деструктивного окисления органических веществ достигает 95%.

Несмотря на простоту и компактность установок для хлорирования воды, доступность и дешевизну хлора и его производных, применение метода очистки сточных вод активным хлором может иметь лишь ограниченное применение. Связано это с недостаточной глубиной окисления органических примесей (до органических кислот), образо­ванием токсических хлорорганйческих соединений, необходимостью применения высоких доз активного хлора, высокой токсичностью самого хлора.

Тем не менее хлор все еще широко используется в обеззараживании воды после биохимической очистки бытовых сточных вод. Более 85 лет хлор был единственным химическим дезинфицирующим средством очистки сточных вод от болезнетворных бактерий и вирусов. Эффек­тивность хлора, точнее — продукта его взаимодействия с водой

С1₂ + Н₂0 —► НОС1 + НС1 (4)

358

как окислителя, связана с высокой реакционной способностью гипо-хлорита, совмещающего в себе свойства ОН-радикала (акцептор Н) и С1-атома (хлорирующего агента СМИ-связи).

Для достижения дезинфицирующего эффекта необходимо исполь­зовать избыток хлора (иначе не обеспечивается полное обеззаражива­ние сточных вод), однако при этом в водоем поступает избыточное количество свободного хлора. Последний в концентрации > 0,1 мг/л оказывает токсическое действие на рыб и другие водные организмы, снижает органолептические и вкусовые качества питьевой воды, обла­дает сильными корродирующими свойствами.

В настоящее время хлорирование вообще ставится под сомнение. Дело в том, что при хлорировании фульвокислот образуются хлоро­форм и другие хлорорганические соединения, не безопасные для чело­века. Кроме того, при наличии в сточных водах аммиака при взаимо­действий его с хлором образуются токсичные хлорамины, ..главным образом Ш₂С1 (а также NHC1₂, NC1₈)

NH₃ + НОС1 —*> NH₂C1 + H₂0 (б)

Хлорамины даже в низких концентрациях токсичны для рыб.

Считается, что при обработке городских сточных вод в состав хлорорганических соединений включается всего около 1% от количест­ва введенного хлора, причем образующиеся соединения в основном подвержены биохимическому разложению. В то же время имеются данные, свидетельствующие о низкой эффективности использования хлора для дезинфекции вод, сбрасываемых в водоем. Показано, что эффект обеззараживания с помощью хлора носит кратковременный характер: через 5—7 дней содержание бактерий в водоеме, куда сбра­сывались хлорированные воды, восстанавливается до того же уровня, что и при сбрасывании вод без обработки хлором. Очевидно, хлориро­вание сточных вод, если они не используются сразу после их обработ­ки, нецелесообразно, поскольку в водоеме "лишние" бактерии погиб­нут и естественным путем, но при попадании в водоем хлорированных соединений возрастает токсичность вод для водной экосистемы. При­менение хлора может быть оправдано, и то со многими оговорками, . для обработки воды в бассейнах, на станциях питьевого водоснабже­ния и в замкнутых циклах водопользования.