Волжский государственный университет водного транспорта
Объединенная судовая система приготовления и кондиционирования питьевой воды
Д.С. Мизгирев, Е.А. Черепкова,
А.С. Слюсарев, Н.С. Отделкин
Аннотация
В статье рассмотрены способы сохранения качества питьевой воды при длительном хранении в закрытых судовых емкостях. Проанализированы методы очистки воды применительно к судовым условиям, которые позволили выбрать наиболее перспективные и безопасные. Дана классификация активированных окислительных технологий. Предложена функциональная схема объединенной судовой системы приготовления и кондиционирования питьевой воды.
Ключевые слова: консервация, кондиционирование, озонирование, УФ-излучение, кавитация, активированные окислительные технологии
Integrated ship system for preparation and conditioning of drinking water
Dmitry S. Mizgirev, Ekaterina A. Cherepkova, Anatoly S. Slyusarev, Nikolai S. Otdelkin
Volga State University of Water Transport
Abstract
The article considers the ways of preserving the quality of drinking water during prolonged storage in closed ship containers. The analysis of water treatment methods in marine conditions allowed to select the most promising and safe methods. The classification of activated oxidation technologies is given in the paper. The functional scheme of integrated ship systems of preparation and conditioning of drinking water is presented.
Keywords: conservation, air-conditioning, ozonation, ultraviolet radiation, cavitation, activated oxidation technology
Введение
Вода - важный элемент окружающей среды, который оказывает существенное влияние на деятельность и здоровье человека. Нашу планету можно назвать гидропланетой, так как вода на 3/4 покрывает поверхность земного шара. Но, к сожалению, в природе не существует химически чистой воды, потому что она всегда содержит определенное количество растворенных газов, минералов и различные механические примеси.
В связи с этим для использования воды в качестве технической, мытьевой и питьевой ее необходимо подвергнуть определенной обработке в зависимости от назначения.
К источникам водоснабжения следует отнести поверхностные, подземные и атмосферные воды. Для судов же источником являются поверхностные береговые гидранты и суда-водолеи.
В любом случае на судне готовая к потреблению вода хранится в специальных цистернах запаса. Известно, что со временем качество воды при хранении постепенно ухудшается, и в конце концов она становится непригодной к употреблению.
Поэтому необходимо воду при хранении обязательно обеззараживать, либо консервировать, или кондиционировать [1-3].
1. Способы обработки воды при длительном хранении в цистернах запаса
Сохранить воду питьевого качества в цистерне запаса возможно тремя способами.
1. Самый простой способ (на первый взгляд) - свести к минимуму время хранения воды в закрытых цистернах (не более суток). Это достигается дезинфекцией воды собственной (судовой) установкой производительностью, близкой к объему потребления с учетом пиковых расходов. Но такая установка требует постоянного обслуживания, что технически и экономически невыгодно. Тем более надо постоянно пополнять цистерну свежей порцией воды.
2. Консервация - действия, направленные на долгосрочное сохранение объектов (например, воды). Наибольшее распространение из химических методов консервирования воды получило использование ионов серебра. Научно установлено, что при хранении воды в емкостях из серебра качество воды может сохраняться до 6 месяцев. Однако данный реагент дорогой и дефицитный. В практике рекомендуется применение серебра для консервации небольших объемов воды.
Другим химическим методом является применение ионов меди. В настоящее время широкое применение в водоподготовке получила комбинация хлорирования с введением серебра и меди. Такой процесс позволяет уменьшить вводимые в воду концентрации реагентов, но при этом надо учесть и присущие хлору недостатки.
Все перечисленные методы применимы только для малых объемов, поэтому для судов они нецелесообразны.
3. Кондиционирование - обработка объекта (например, воды) с целью привести его в соответствии определенным требованиям. Для этого необходимо применять специальные установки и аппараты, обеспечивающие полное восстановление свойств объекта (например, питьевых свойств воды).
Учитывая сказанное, кондиционированная обработка воды, хранящейся длительное время в судовых цистернах, наиболее приемлемая для морских судов и судов смешанного (река - море) плавания.
2. Технологические процессы кондиционирования воды
Кондиционирование воды на судах заключается в улучшении органолептических показателей качества воды (запаха, привкуса, цветности, мутности) и микробиологических показателей (колифаги, общие колиформные бактерии, термотелерантные колиформные бактерии, патогенные микроорганизмы).
В судовых условиях ограниченного объема помещений и неизбежной качки судна реализовать полностью береговые технологии не представляется возможным. Поэтому на судах, как правило, используются скорые фильтры и по возможности безреагентные методы обеззараживания (ультрафиолетовое излучение (УФИ), озонирование, ионизирующее излучение, ультразвуковые колебания). В последнее время получили признание в водоподготовке кавитация и химический реагент - пергидроль.
Проанализируем эффективность вышерассмотренных методов очистки воды в табличной форме (см. таблицу), воспользовавшись рядом литературных источников [2-21].
Эффективность уровня водоподготовки определяется по степени влияния каждого из методов очистки на показатели, представленные в таблице (5 баллов - наилучший). Итоговые значения баллов дают представление о действительном уровне эффективности того или иного метода очистки.
Анализ существующих методов показывает, что наиболее перспективными и безопасными с одновременным повышением механической и санитарной надежности для установок на судах являются обработка УФИ, кавитация, обработка пергидролем, озонирование, фильтрация (или сорбция), а их комбинированное использование (в определенной последовательности) обеспечивает возникновение активированных окислительных технологий (AOT's) [1-21].
Таблица
Сравнительная эффективность методов очистки воды
Методы очистки воды
|
Хлорирование |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
1 |
26 |
|
|
Бромирование |
5 |
5 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
24 |
|
|
Озонирование |
5 |
5 |
3 |
4 |
4 |
4 |
2 |
2 |
5 |
34 |
|
|
Фильтрация и сорбция |
3 |
3 |
2 |
4 |
4 |
3 |
3 |
2 |
5 |
30 |
|
|
Обработка УФИ |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
29 |
|
|
Коагулирование, флокулирование, фильтрация |
3 |
2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
4 |
2 |
2 |
25 |
|
|
Обработка перманганатом калия |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
3 |
22 |
|
|
Обработка пергидролем |
5 |
5 |
3 |
4 |
3 |
4 |
2 |
3 |
2 |
31 |
|
|
Обработка ионами тяжелых металлов |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
5 |
3 |
25 |
|
|
Обработка высоковольтным зарядом |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
3 |
23 |
|
|
Электрический разряд малой мощности |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
1 |
3 |
3 |
20 |
|
|
Обработка переменным электрическим током |
5 |
5 |
4 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
28 |
|
|
Обработка ультразвуком |
4 |
4 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
27 |
|
|
Микрофильтрация |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
21 |
|
|
Иодирование |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
25 |
|
|
Ультрафильтрация |
5 |
4 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
25 |
|
|
Кавитация |
5 |
4 |
4 |
4 |
3 |
4 |
3 |
3 |
5 |
35 |
Table
Comparative efficiency of methods of water purification
Methods of water treatment
|
Chlorination |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
1 |
26 |
|
|
Bromination |
5 |
5 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
24 |
|
|
Ozonation |
5 |
5 |
3 |
4 |
4 |
4 |
2 |
2 |
5 |
34 |
|
|
Filtration and sorption |
3 |
3 |
2 |
4 |
4 |
3 |
3 |
2 |
5 |
30 |
|
|
UV treatment |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
29 |
|
|
Coagulation, flocculation, filtration |
3 |
2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
4 |
2 |
2 |
25 |
|
|
T reatment with potassiumpermanganate |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
3 |
22 |
|
|
Perhydrol treatment |
5 |
5 |
3 |
4 |
3 |
4 |
2 |
3 |
2 |
31 |
|
|
Treatment with heavy metal ions |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
5 |
3 |
25 |
|
|
Processing with high voltage |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
3 |
23 |
|
|
Electric discharge of low power |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
1 |
3 |
3 |
20 |
|
|
Processing with alternative current |
5 |
5 |
4 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
28 |
|
|
Sonication |
4 |
4 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
5 |
27 |
|
|
Microfiltration |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
21 |
|
|
Iodination |
5 |
5 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
25 |
|
|
Ultrafiltration |
5 |
4 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
25 |
|
|
Cavitation |
5 |
4 |
4 |
4 |
3 |
4 |
3 |
3 |
5 |
35 |
3. Активированные окислительные технологии в процессах очистки воды
На данный момент AOT's разделяют на виды, представленные на рис. 1 [22; 23].
Относительное количество каждого из окислителей зависит от многих факторов, в частности, от интенсивности и спектра ультрафиолетового излучения, концентрации загрязнений и др.
Рис. 1. Классификация активированных окислительных технологий (AOT's)
Figure 1. Classification of activated oxidation technologies (AOTs)
Гидроксильные радикалы ОН-, полученные тем или иным способом, способны разложить любое органическое вещество до полной минерализации. В случае трудно окисляемых неорганических примесей окисление происходит до высших форм окислов, которые затем удаляются из воды постфильтрацией.
Фактор усиления (в ряде случаев) достигает величин порядка 102 для органических примесей и 103 для микроорганизмов. Исследования ученых свидетельствует о снижении эффективных концентраций применяемых дезинфектантов и экспозиционной дозы УФИ [21]. В источниках [14; 24; 25; 28] даны рекомендации по выбору различных комбинаций процессов. Так, при мутности воды более 4,6 мг/л и скорости потока воды более 1,5 м/с наиболее оптимально использование процессов Н2О2-О3, а при меньших значениях мутности и скорости потока воды -- использование химических дезинфектантов и УФИ.
4. Функциональная схема объединенной судовой системы приготовления и кондиционирования питьевой воды
Приведенная выше информация позволила авторам разработать новую функциональную схему судовой системы, изображенную на рис. 2.
Части схемы сгруппированы в два отдельных и последовательно соединенных блока: предварительной (А) и основной (Б) очистки воды.
Рис. 2. Функциональная схема объединенной судовой системы приготовления и кондиционирования питьевой воды:
А - блок предварительной очистки воды; Б - блок основной очистки воды (блок кондиционирования);
УФИО - лампа УФ-излучения озонообразующая; БПВ - блок подготовки воздуха
Figure 2. Functional scheme of the integrated ship system for preparation and conditioning of potable water:
кондиционирование питьевая вода
A - pre-treatment unit; B - basic water treatment unit; UV/O3 - UV lamp with ozone formation; APU - air preparation unit
А - блок предварительной очистки воды. Представляет собой цистерну запаса пресной забортной воды и узла обеззараживания пергидролем, который состоит из емкости для пергидроля и насоса-дозатора.
Данный блок используется только для судов смешанного (река - море) плавания при прохождении пресных водоемов, то есть когда судно находится в районах внутренних водных путей (ВВП).