10. Технология применения окислителей (хлор и его производные, озон) и ультрафиолетового облучения. Обеззараживание воды жидким или газообразным хлором
Процесс обеззараживания воды, при растворении в ней хлора, определяется образованием хлорноватистой кислотой НОСl и гипохлорит-иона ОСl- (сильные окислители). Это свободный активный хлор. При величине рН воды от 5…6, хлор присутствует в воде главным образом в виде хлорноватистой кислоты. С повышением рН более 6, концентрация гипохлорит-иона постепенно возрастает, достигая 21 % при рН = 7,0, 75 % при рН = 8,0 и 97 %.
Если в воде присутствуют соединения, с которыми хлор входит в контакт, то такие соединения называются связанным хлором, при этом различают вещества, отрицательно или положительно влияющие на качество воды. Например, наличие в воде фенола приводит к образованию хлорфенольных соединений, которые имеют резкий неприятный запах и делают ее непригодной для питья. С другой стороны, если в хлорируемой воде присутствует аммонийный азот или азотосодержащие органические соединения (аминокислоты), свободный хлор вступает с ними во взаимодействие, образуя хлорамины (NH2CI, NH3CI и NH4CI). Это не сказывается на органолептических показателях воды, а хлор, присутствующий в воде в виде соединений с указанными веществами, рассматривают как связанный активный хлор.
Достоинства применения хлораминов - сохраняет длительное бактерицидное воздействие, не дает образованию отрицательных побочных соединений, поэтому в некоторых случаях специально вводят аммиак перед хлорированием для получения связанного активного хлора.
Оба вида хлора могут существовать в воде одновременно.
В связи с практически повсеместным антропогенным и техногенным загрязнением воды в поверхностных источниках, на водоочистных станциях применяют одинарное или двойное хлорирование воды. В первом случае хлор вводят в воду большими дозами, контролируя остаточный хлор в резервуарах чистой воды и в точках водопотребления. Во втором случае, хлор вводят в воду из поверхностного источника сначала перед смесителем (предварительное хлорирование) для снижения цветности, т.е. окисляются части органики, особенно растворимой в воде, вследствие чего улучшаются процессы коагуляции. Происходит также дезинфекция сооружений по обработке воды. Затем хлор вводят в фильтрованную воду перед резервуарами чистой воды для ее обеззараживания (постхлорирование воды).
Дозу хлора для предварительного хлорирования воды принимают равной Д1=3…5 мг/л, а последующего – Д2=2…3 мг/л. Для подземных источников применяют хлорирование воды только для ее обеззараживания дозой 0,7…1,0 мг/л.
Технология хлорирования заключается в приготовлении так называемой хлорной воды, которая получается путем подачи газообразного хлора в некоторое количество обработанной воды. Из баллонов, бочек или контейнеров, установленных на специальные контрольные весы, жидкий хлор перетекает в промежуточный баллон, где происходит его испарение и отделение загрязняющих примесей. Далее уже газообразный хлор проходит через фильтр со стекловатой для доочистки, понижающий давление редуктор и поступает в хлордозатор, состоящий из смесителя для приготовления хлорной воды и эжектора, который окончательно ее подает в обрабатываемую воду.
Рис. 1. Принципиальная схема работы хлордозатора (а) и общий вид (б) типа АХВ-1000 специализированного предприятия КРАВТ
1 – кран запорный; 2 – кран регулирующий; 3 – фильтр; 4 – камера мембранная; 5 - манометр; 6 – ротаметр; 7 – рефлектор; 8 – смеситель; 9 – клапан; 10 – эжектор; 11 – ввод хлора; 12 – подача воды; 13 – хлорированная вода; 14 – дренаж
Помещение, в котором получают хлорную воду, называют хлораторной. Оно примыкает к зданию реагентного хозяйства или фильтровальному залу, но должно быть изолировано от остальных, располагаться на первом этаже, иметь два отдельных входа (выхода), наличие тамбура с размещением в нем спецодежды и противогазов и оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией. К работе допускаются специально обученные лица. В хлораторной храниться не менее трех дневной запас хлора, на общегородском складе ядовитых веществ запас не менее чем на 3 месяца. Для сравнительно малых количеств используемого хлора (расход хлора до 250 кг/сут) и расходу по обработанной воде до 50000 м3/сут, хлораторную обычно объединяют в одно помещение вместе с производственными зданиями, но с отдельным выходом. В хлораторных устанавливают стальные бочки и вакуумные хлораторы. Свыше 50000 м3/сут - хлораторную устраивают в отдельном здании. При этом устраиваются отдельные помещения для собственно хлораторной (здесь же складируется хлор в бочках или контейнерах) и хлордозаторной.
Расчет хлораторной установки состоит в определении часовой потребности хлора, количества рабочих и запасных хлораторов, числа потребных баллонов или бочек. Эффект обеззараживания – 99,9 %, удельный расход электроэнергии на 1 кг активного хлора – 7…10 кВтч/кг, расход воды на эжектор – 5…10 м3/ч, минимальное давление перед эжектором 1,5 кгс/см2, смешение с основным потоком воды производится в РЧВ.
Разработаны проекты типовых хлораторных установок производительностью 2; 5; 12,5; 25 и 50 кг хлора в час. Хлораторные установки производительностью более 50 кг/ч проектируются по отдельным индивидуальным проектам.
Жидкий хлор в зависимости от его расхода на водоочистных сооружениях доставляют в баллонах, танках (тенках) или железнодорожных цистернах.
На водоочистных сооружениях малой и средней производительности жидкий хлор доставляют в баллонах, контейнерах или тенках, которые устанавливают в хлораторных на 2…3 суток работы, а запас хлора на 2…3 месяца работы хранят на местном складе ядовитых веществ.
Для превращения жидкого хлора в его газообразный вид применяют два вида испарителей: проточные змеевиковые, находящиеся на расходных складах, и емкостные испарители, находящиеся в хлораторных на очистных сооружениях. С одного стандартного баллона при температуре 18 оС можно получить 0,5…0,7 кг/ч хлор-газа. При обогреве баллонов теплой водой или воздухом температурой 20…30 оС эту величину можно получить до 1 кг/ч. Для большой производительности станций применяют бочки, с которых съем хлор-газа составляет около 3 кг/ч
Дозирование в воду хлора осуществляют хлораторами, главным образом вакуумного типа (рис. 8.3). Контроль дозирования хлора осуществляют автоматическими системами.
Количество хлораторов предусматривают не менее двух (плюс 50 % резервных от числа действующих хлораторов), т.е. при 1…2 рабочих – 1 резервный, 3…4 рабочих – 2 резервных и т.д. допускается принимать общие резервные хлораторы для первичного и вторичного хлорирования
Из комбинированных методов хлорирования воды наибольшее распространение получила предварительная аммонизация воды (преаммонизация) которое применяется, когда в воде имеются различные ароматических соединений (бензол, фенол и др.), чтобы связать хлор и избежать нежелательных хлорсодержащих соединений в воде или для обеспечения более длительного контакта воды с дезинфектантом (хлораминами) в водораспределительной сети (постаммонизация).
Расчет аммонизаторной производится аналогично хлораторной. Оборудование такое же, но раствор NH3 является более агрессивным веществом, чем раствор Cl2, поэтому предъявляются более высокие требования по вентиляции, а трубопроводы в аммонизаторной выполняются из нержавеющей стали или стекла.
Жидкий аммиак поставляют в баллонах или бочках.
В некоторых случаях на водоочистных станциях из поверхностного источника при высокой цветности воды производят одноразовое хлорирование большими дозами 10…15 мг/л.
Излишек хлора, превышающих допустимую его концентрацию в воде (обычно 0,5 мг/л), удаляют дехлорированием химическими методами или фильтрованием через активированные угли.
Наибольшее распространение получили обработка воды сульфитом натрия Na2SO3, тиосульфитом Na2S2O3 и сернистым газом SO2. Реакции дехлорирования воды выражаются уравнениями:
Na2SO3+H2O+Cl2=Na2SO4+2HCl
Na2S2O3+ H2O+Cl2=Na2S2 O4+2HCl
SO2+2H2O+Cl2=H2SO4+2HCl
Для десорбции хлора используются скорые фильтры с загрузкой из активированного углей АГ-3, АГ-5, которые являются отличным сорбентом для хлорных соединений. Высота загрузки принимается 1,5…2м, скорость фильтрования до 30м/ч.