Комплексное решение проблем обеззараживания природных и сточных вод в современных условиях в масштабах г. Новосибирска
DOI 10.35776/VST.2024.04.01 / УДК 628.316.6:628.166

Статья опубликована в журнале «Водоснабжение и санитарная техника« в номере 4, 2024 года.

Рассматриваются основные аспекты практического применения технологических решений в сфере обеззараживания природных и сточных вод, позволяющих обеспечить современные нормативные и законодательные санитарно-эпидемиологические требования, на примере МУП г. Новосибирска «ГОРВОДОКАНАЛ». В системе водопровода и канализации г. Новосибирска создан один из крупнейших в России комплексов обеззараживания природных и сточных вод с применением УФ-излучения общей производительностью 1 650 000 м3/сут. В системе водоснабжения города внедрена современная мультибарьерная технология, предусматривающая комбинированное применение УФ-излучения и хлорирования, позволяющая создать надежный барьер в отношении всех типов вирусов, в том числе вируса COVID-19 (SARSCoV-2), и цист патогенных простейших. В результате применения УФ-обеззараживания питьевой и сточной воды обеспечивается соблюдение новых санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685−21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». Обеззараживание сточных вод на городских очистных сооружениях канализации г. Новосибирска УФ-излучением полностью удовлетворяет требованиям по применению наилучших доступных технологий, сформулированных в Информационно-техническом справочнике ИТС 10−2019 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов». На УФ-станциях применено УФ-оборудование отечественного производства на основе современных мощных амальгамных ламп низкого давления. Комплексное и своевременное применение современной технологии обеззараживания УФ-излучением как при водоподготовке, так при очистке сточных вод на объектах МУП г. Новосибирска «ГОРВОДОКАНАЛ» обеспечило выполнение самых строгих современных требований санитарного и экологического законодательства РФ.

Ключевые слова: ультрафиолет, обеззараживание, питьевая вода, сточные воды, мультибарьерные технологии, наилучшие доступные технологии.

Похил Юрий Николаевич, директор МУП г. Новосибирска «ГОРВОДОКАНАЛ»
630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Революции, 5, e-mail: ask@gorvodokanal.com

Новошинцев Владимир Николаевич, главный технолог, МУП г. Новосибирска «ГОРВОДОКАНАЛ»
630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Революции, 5, e-mail: water.nsk@mail.ru

Костюченко Сергей Владимирович, кандидат физико-математических наук, председатель совета директоров, НПО «ЛИТ»
141701, Россия, Московская область, г. Долгопрудный, Лихачевский проезд, 25, e-mail: lit@lit.ru

Волков Сергей Владимирович, директор департамента комплексных проектных продаж, НПО «ЛИТ»
141701, Россия, Московская область, г. Долгопрудный, Лихачевский проезд, 25, e-mail: volkov@lit-uv.ru

Ткачев Андрей Анатольевич, заместитель генерального директора по маркетингу, НПО «ЛИТ»
141701, Россия, Московская область, г. Долгопрудный, Лихачевский проезд, 25, e-mail: tkachev@lit-uv.ru
Для цитирования: Похил Ю. Н., Новошинцев В. Н., Костюченко С. В., Волков С. В., Ткачев А. А. Комплексное решение проблем обеззараживания природных и сточных вод в современных условиях в масштабах г. Новосибирска // Водоснабжение и санитарная техника. 2024. № 4. С. 5–10. DOI: 10.35776/VST.2024.04.01.

Внедрение высокоэффективных технологических решений на основе использования ультрафиолетового излучения в сфере обеззараживания в системах питьевого водоснабжения и очистки сточных вод последовательно реализовывалось в г. Новосибирске начиная с 2010 г.

В результате долговременной работы МУП г. Новосибирска «ГОРВОДОКАНАЛ» в направлении применения новых технологий в масштабе такого крупного города в РФ, как Новосибирск, была решена задача комплексного применения УФ-обеззараживания на городских очистных сооружениях водопровода и канализации.

Общая проектная производительность станций УФ-обеззараживания на насосно-фильтровальных станциях (НФС-1 и НФС-5) составляет 1 050 000 м3/сут, а на городских очистных сооружениях канализации (ОСК) — 600 000 м3/сут, что по совокупности является одним из самых крупных комплексов УФ-обеззараживания в стране.

Централизованным источником питьевого водоснабжения г. Новосибирска является поверхностный водоисточник — река Обь.

Постоянно действующая мировая тенденция по повышению уровня жизни населения и его защищенности от массовых эпидемиологических заболеваний предполагает ужесточение нормативных требований к качеству питьевой воды и соответственно к качеству сточных вод в отношении разнообразных микробиологических загрязнений. Тем более это важно в современных условиях при чрезвычайно тяжелых последствиях эпидемии во всех странах мира и РФ, связанной с распространением вируса COVID-19 (SARS-CoV-2).

Во введенных в действие в РФ в 2021 г. новых санитарных правилах и нормах СанПиН 1.2.3685−21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», объединяющих требования к различным загрязнителям среды обитания человека как для систем питьевого водоснабжения, так и для поверхностных водных объектов, ужесточаются требования к качеству питьевых и сточных вод посредством введения дополнительных контролируемых показателей: энтерококки, E. coli, цисты и ооцисты патогенных простейших.

По данным Всемирной организации здравоохранения, уже в 1970-х годах структура заболеваемости двух третей населения земного шара свидетельствовала о явном преобладании инфекционных заболеваний, имеющих водный путь распространения. В настоящее время сохраняется риск возникновения заболеваний, связанных с употреблением населением питьевой воды, содержащей вирусы и цисты простейших микроорганизмов. Такое положение требует нового подхода к обеспечению эпидемиологической безопасности, что, в частности, стимулирует работы по совершенствованию старых и внедрению принципиально новых технологий обеззараживания воды.

Известно, что воздействие хлора и хлорсодержащих реагентов в приемлемых технологических дозах не способно обеспечить эффективную инактивацию таких микробиологических загрязнений, как вирусы и цисты патогенных простейших [1]. Существенным ограничением увеличения доз применяемого хлора является постоянная тенденция по снижению содержания в питьевой воде токсичных, канцерогенных и мутагенных хлорорганических соединений. В то же время именно УФ-излучение, в отличие от хлорирования, обладает высокой эффективностью как в отношении инактивации практически всех типов вирусов, в том числе COVID-19 (SARS-CoV-2), так и цист патогенных простейших.

Эффективность этой технологии подтверждена результатами широкого спектра научно-исследовательских работ как за рубежом, так и в РФ [2; 3], нормативными документами, действующими в РФ, в том числе Методическими указаниями МУК 4.3.2030−05 «Санитарно-вирусологический контроль эффективности обеззараживания питьевых и сточных вод УФ-облучением», а также реальной практикой обеззараживания. Использование УФ-излучения позволяет обеспечивать требования эпидемиологических нормативных документов, действовавших на момент внедрения станций УФ-обеззараживания, а также и новых, введенных в последние годы, в частности СанПиН 1.2.3685−21.

Комплекс своевременно введенных в эксплуатацию станций УФ-обеззараживания в системах водопровода и канализации г. Новосибирска позволяет в настоящее время гарантированно обеспечить удаление микробиологических загрязнений бактериальной, вирусной и паразитарной природы до требований действующих государственных нормативных документов эпидемиологической направленности и создать надежный барьер в отношении распространения среди населения города массовых инфекционных заболеваний.

Внедрение стадии УФ-облучения, в дополнение к существующему хлорированию, в технологическую схему подготовки питьевой воды на насосно-фильтровальных станциях г. Новосибирска позволило создать современную комбинированную (мультибарьерную) схему обеззараживания, применяемую в развитых странах мира при заборе воды из поверхностных водоисточников и предполагающую максимально высокую надежность удаления разных видов микробиологических загрязнений, в том числе наиболее опасных — вирусной природы.

Обеспечение питьевой водой жителей г. Новосибирска осуществляется от двух насосно-фильтровальных станций — НФС-1 и НФС-5 общей проектной производительностью 950 000 м3/сут.

2010 г. первая станция УФ-обеззараживания была построена на НФС-1, где эксплуатируются три технологические линии. Каждая линия включает реагентную обработку, смеситель, горизонтальные отстойники, скорые фильтры. Последней ступенью очистки является фильтрование осветленной воды на скорых фильтрах.

Фильтрованная вода поступает в три резервуара чистой воды, откуда насосной станцией второго подъема подается в городские распределительные сети. Обеззараживанию УФ-излучением подвергается фильтрованная вода. УФ-установки размещаются в отдельном здании после насосной станции второго подъема.

В составе УФ-станции использовались четыре высокопроизводительные горизонтальные УФ-установки корпусного типа УДВ-180А350 производства предприятия «ЛИТ» с поперечным расположением в корпусе из нержавеющей стали амальгамных УФ-ламп низкого давления отечественного производства. Использование оригинальных амальгамных УФ-ламп низкого давления позволяет обеспечить высокий полезный выход УФ-излучения при минимальных расходах электроэнергии.

Высокая производительность УФ-установок позволила обеспечить максимальную компактность УФ-станции и ее минимальные строительные размеры. Вид УФ-станции приведен на рис. 1.
Станция УФ-обеззараживания на НФС-5 была введена в эксплуатацию в 2013 г. Технология водоподготовки на станции предусматривает реагентную обработку, смесители, горизонтальные отстойники и фильтрование на скорых фильтрах и включает в себя шесть идентичных блоков очистных сооружений производительностью по 100 тыс. м3/сут.

Четыре горизонтальные УФ-установки корпусного типа УДВ-288А500 производства предприятия «ЛИТ» расположены на четырех напорных водоводах от насосной станции первого подъема.

В УФ-установках используются амальгамные УФ-лампы низкого давления высокой мощности отечественного производства, размещенные в корпусе из нержавеющей стали поперечно потоку поступающей на обеззараживание воды. Высокая мощность УФ-ламп и их оптимальное количество определяют высокую единичную производительность каждой УФ-установки, что позволило обеспечить максимальную компактность УФ-станции. Вид УФ-станции приведен на рис. 2.

Последним этапом полного цикла внедрения УФ-излучения в коммунальные системы водоснабжения и канализации г. Новосибирска являлось строительство станции УФ-обеззараживания на городских очистных сооружениях канализации.

Сточные воды являются потенциальным источником эпидемиологической опасности, поэтому перед сбросом в водный объект они должны обязательно подвергаться обеззараживанию. Обеззараживание с использованием хлора и хлорсодержащих соединений не способно полностью обезопасить воду от всего многообразия вирусов и форм простейших.

Кроме того, в соответствии с действующим законодательством РФ, хлорированные сточные воды обязательно должны подвергаться дехлорированию. При этом следует помнить, что дехлорирование применяется для удаления остаточного хлора, а все опасные хлорорганические соединения, образующиеся за 30 минут контакта, сохраняются в воде и попадают в водный объект. В целях исключения негативных последствий хлорирования, улучшения экологической обстановки водного бассейна реки Оби, являющейся приемником сточных вод, а также для повышения эффективности очистки сточных вод в отношении широкого спектра болезнетворных микроорганизмов, в том числе вирусной и паразитарной природы, МУП г. Новосибирска «ГОРВОДОКАНАЛ» одним из первых предприятий водопроводно-канализационного хозяйства крупнейших городов России перешел на обеззараживание сточных вод УФ-излучением в таких крупных масштабах.

В целом УФ-обеззараживание сточных вод характеризуется рядом объективных преимуществ:
  • высокая эффективность в отношении всех микроорганизмов (бактерий, вирусов, простейших), даже в устойчивых цистовых формах;
  • отсутствие последействия исключает негативное влияние на окружающую среду;
  • отсутствие побочных продуктов;
  • простота контроля и управления процессом.

Применение ультрафиолетового излучения для обеззараживания сточных вод полностью соответствует новейшим требованиям по применению наилучших доступных технологий (НДТ), сформулированным в Информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям ИТС 10−2019 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов». С 1 января 2019 г. требования по применению НДТ вступили в силу, и в течение шести лет все сооружения очистки сточных вод, относящиеся к объектам I категории негативного воздействия на окружающую среду (к которым относятся и ОСК г. Новосибирска), обязаны перейти на НДТ.

Таким образом, в Новосибирске к моменту вступления в силу новых требований уже несколько лет эксплуатировались системы УФ-обеззараживания, которые соответствуют этим нормативам.

Внедрению стадии обеззараживания УФ-излучением в технологическую схему очистки сточных вод на ОСК предшествовал цикл технологических исследований, проведенных непосредственно на объекте, в результате которых были получены данные о количестве и качестве поступающих на обеззараживание сточных вод, проведены испытания по натурному облучению сточных вод УФ-излучением.

На основании выполненных технологических исследований были выявлены определенные ключевые технологические показатели, необходимые для выбора оптимальной модификации УФ-системы, в том числе: диапазон подаваемых на обеззараживание сточных вод, фактический коэффициент УФ-пропускания, эффективная доза УФ-излучения для обеспечения санитарно-эпидемиологических нормативов.

Станция УФ-обеззараживания на ОСК проектной производительностью 600 тыс. м3/сут введена в эксплуатацию в 2016 г. В технологической схеме очистки сточных вод УФ-станция размещается после вторичных отстойников.

По результатам технологических исследований выбрана оптимальная модификация УФ-станции с использованием УФ-оборудования лоткового модульного типа 88МЛВ-36А800-МG производства предприятия «ЛИТ» с вертикальным расположением высокомощных амальгамных УФ-ламп низкого давления типа ДБ-800. Комплекс установленного УФ-оборудования рассчитан на возможность обеспечения дозы УФ-излучения 40 мДж/см2 и выполнение требований СанПиН 1.2.3685−21.

УФ-лампы размещаются в УФ-модулях вертикально в шахматном порядке. Вертикальное размещение УФ-ламп позволяет производить их регламентную замену без выемки УФ-модуля и исключить непроизводительные затраты ручного труда. Размещение УФ-ламп в шахматном порядке улучшает условия для качественного перемешивания сточных вод в зоне облучения и в целом повышает эффективность обеззараживания.

УФ-модули располагаются в трех параллельных каналах. В каждом канале последовательно установлены по четыре УФ-секции с двумя УФ-модулями в каждой. Оригинальная конструкция УФ-модулей с вертикальным размещением УФ-ламп позволяет обеспечить максимальную компактность УФ-станции и ее минимальные размеры. Внешний вид УФ-станции приведен на рис. 3, внутренний вид помещения УФ-станции — на рис. 4.

УФ-модули укомплектованы системой механической очистки кварцевых чехлов, работающей в автоматическом режиме с настраиваемым интервалом, а также предусмотрена система автоматического поддержания в каждом канале уровня сточных вод. Автоматическая система регулирования мощности УФ-излучения УФ-ламп в зависимости от расхода поступающих сточных вод и их качества позволяет существенно снизить количество потребляемой активной электроэнергии и, соответственно, годовые эксплуатационные расходы.
Выводы


  1. В системе водопроводно-канализационного хозяйства г. Новосибирска создан один из крупнейших в России комплекс обеззараживания природных и сточных вод с применением УФ-излучения. Общая производительность внедренных станций УФ-обеззараживания — 1 650 000 м3/сут.
  2. В системе питьевого водоснабжения г. Новосибирска на всех станциях подготовки воды реализована передовая современная комбинированная (мультибарьерная) технология обеззараживания воды, сочетающая УФ-облучение и хлорирование, что существенно повышает барьерную функцию в отношении хлорустойчивых видов организмов — вирусов и патогенных простейших, в том числе вируса COVID-9 (SARS-CoV-2).
  3. Комплексное, в масштабах такого крупного города как Новосибирск, внедрение современной технологии УФ-обеззараживания в системах водопровода и канализации позволило обеспечить самые современные требования в соответствии с экологическим законодательством РФ и новыми санитарными правилами и нормами СанПиН 1.2.3685−21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», а также требования по применению наилучших доступных технологий (НДТ), сформулированных в ИТС 10−2019 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов».
Список литературы

  1. Кудрявцев Н. Н., Костюченко С. В., Зайцева С. Г. Схемы применения ультрафиолетового обеззараживания в системах питьевого водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 4. С. 23–27.
  2. Романенко Н. А., Новосильцев Г. И., Недачин А. Е., Артемьева Т. З., Волков С. В., Якименко А. В., Кудрявцев Н. Н., Гильбух А. Я., Петрова Н. Р., Астахов Ю. С. УФ-излучение и его воздействие на вирусы и цисты простейших // Водоснабжение и санитарная техника. 2001. № 12. С. 5–8.
  3. Романенко Н. А., Новосильцев Г. И., Рахманин Ю. А., Сергиев В. П., Волков С. В., Якименко А. В., Баранов В. Л., Кирьянова Л. Ф. Влияние ультрафиолетового излучения на ооцисты криптоспоридий и цисты лямблий в питьевой воде // Гигиена и санитария. 2002. № 1. С. 33–36.