Хлорування води

В даний часзаводи з виробництва хлору постачають хлор в основному в балонах двох типів:Е-24 (рис. 14.1, а) місткістю до 25 ... 30 кг рідкого хлору і Е-54 звмістом хлору до 100 кг і в бочках. На великих водоочисних комплексахпродуктивністю більше 100 тис. м3/сут хлор доставляють зазвичай в спеціальнихзалізничних цистернах місткістю до 48 т рідкого хлору, а зберігають його вбочках (рис. 14.1,6), які залежно від розмірів вміщають від 700 до 3000кг рідкого хлору. Хлорне господарство повинно забезпечувати прийом, зберігання,випаровування рідкого хлору, дозування газоподібного хлору з одержанням хлорноговоди.

Хлорне господарстворозташовують в окремо розташованих хлораторних, де зблоковані видатковийсклад хлору, випарна і хлордозаторная. Видатковий склад хлору можнарозміщувати в окремих будівлях або впритул до хлораторної, відокремлюючи його глухийстіною без отворів. Склад хлору в складі хлораторних можна не передбачати,в цьому випадку в хлордозаторной дозволяється зберігання одного балона рідкогохлору масою не більше 70 кг. Хлордозаторние без випарників, що розміщуються вблоці з іншими будівлями комплексу або допоміжними приміщеннями хлорногогосподарства, відокремлюють від інших приміщень глухою стіною без отворів і обладнаютьдва виходи назовні, при цьому один з них повинен мати тамбур. Трубопроводипередачі хлорної води виконують з полівінілхлориду, гуми, поліетиленувисокої щільності і ін

Хлорування водиє надійним засобом, що запобігає поширенню епідемій, так якбільшість патогенних бактерій (бацили черевного тифу, туберкульозу та дизентерії,вібріони холери, віруси поліомієліту та енцефаліту) вельми нестійкі по відношеннюдо хлору. Спороутворюючих бактерій хлор не знищує, що є одним знедоліків цього методу знезараження.

Гідроліз хлорувідбувається (рис. 14.2) відповідно до Рівнянням

З утвореннямхлорнуватистої кислоти, яка дисоціює на соляну кислоту і атомарний кисень(У нейтральному або лужному середовищі), що володіє сильними окиснимивластивостями. Ю. Ю. Лур'є вважає, що хлорнуватиста кислота дисоціює вЗалежно від рН з утворенням гипохлоритного іона (ОСl-),при цьому окисне дію на мікроорганізми чинить як самахлорнуватиста кислота, так і головним чином гипохлоритного іон:

При застосуванні замістьхлору хлорного вапна має місце реакція

2СаОС12 + 2Н2О в†’СаС12 +Сa(ОН) 2 +2НС10.

Подальша дисоціаціяхлорнуватистої кислоти відбувається аналогічно описаному вище.

Ефект придушеннябактеріальної життя при хлоруванні залежить від дозивведеного хлору і тривалості контакту його з водою. Томухлоропоглощаемость однієї і тієї ж води, рівна сумарному витраті хлору наокислення мікроорганізмів, органічних і неорганічних домішок, - величиназмінна, що залежить від дози введеного хлору, тривалості контакту,величини рН, температури води та ін (рис. 14.3). Очевидно, що доза вводитьсяхлору повинна

Рис. 14.3. Залежністьхлоропоглощаемості від часу контакту хлору з водою: дози хлору, мг/л:1- 0,5;2 - 0,75;3- 2,0;4 -4,0; 5 - 20,0

Бути більше величинихлоропоглощаемості на величину залишкового хлору, присутність якого єгарантією того, що окислення бактерій і органічних речовин у водіпрактично завершено. Зв'язок між дозою введеного в воду хлору і змістомзалишкового хлору може мати прямолінійний характер або яскраво виражений злам(Рис. 14.4). Непрямолінійний характер цієї залежності має місце при наявностів хлорованої воді аміаку. Перша точка перелому на кривій 2 відповідаєутворенню монохлораміна NH2Clзменшим, ніж в хлору окислювально-відновним потенціалом. Друга -переломна точка кривої відповідає моменту окислення утвореногомонохлораміна надлишковим хлором.

Рис. 14.4. Залежністьзалишкового хлору від дози введеного в воду при відсутності(1) і при наявності (2) в ній амонійних солей

На практиці ввідповідно до якості вихідної води застосовують одно-або дворазовехлорування води. При обробці високоцветних вод, а також вод, багатихорганічними речовинами та бактеріями, застосовують двократне хлорування. Прицьому хлор у воду дозується спочатку перед камерами хлопьеобразования абоосвітлювачами (попереднє хлорування), а потім в фільтровану воду,перед резервуаром чистої води. Попереднє хлорування необхідно дляокислення органічних захисних колоїдів, що перешкоджають процесу коагуляції,а також окислення гумінових речовин, що обумовлюють кольоровість води, з метоюекономії коагулянту, що витрачається на її знебарвлення. Доза хлору напопереднє хлорування значно вище тієї, яка вводиться вфільтровану воду, і може доходити до 5 мг/л.

У деяких випадкахможе виникнути необхідність хлорування води підвищеними дозами хлору, т.тобто застосування так званого перехлорування, що гарантує високий ефектїї знезараження. Після перехлорування води залишкова концентрація хлору вній досить велика (1 ... 7 мг/л), тому доводиться вдаватися до подальшогоїї Дехлоризація. Для цього найчастіше застосовують обробку води сульфитомнатрію, сірчистим газом і фільтрування дехлоріруемой води через активованевугілля. Дехлоризація води сульфитом натрію, вважаючи 3,5 мг (у розрахунку на Na2S03-7H20)на1 мг пов'язаного хлору, протікає по рівнянню

Na2S03+ Н20+ С12= Na2S04 + 2НС1.

Дехлоризація водисірчистим газом (у співвідношенні, приблизно 1:1)відбувається у відповідності з рівнянням

S02+2H2O+ С12в†’ H2S04+2НС1.

При триваломуперебуванні питної води перед надходженням до споживачів в резервуарах іводоводах (більше 1,5 ч) для продовження бактерицидної дії хлору, а такождля запобігання хлорфенольного запаху в воду крім нього вводять також іаміак. Введення аміаку, крім того, скорочує витрату хлору і в ряді випадківполіпшує смак води. При взаємодії хлорнуватистої кислоти (утвориласяпри хлоруванні води) з аміаком виходять монохлораміна:

HOCI+NH3 в†’ NH2CI + Н2О,

які, гідролізуючись,утворюють сильний окислювач - гипохлоритного іон:

NH2C1+Н20 в†’ NH4 + + ОСl-.

Гідро...ліз хлорамінівпротікає досить повільно, тому в перший час окисне діюхлорамінів нижче, ніж хлору, але тривалість бактеріального дії хлорамінівзначно більше, в зв'язку з чим і застосовують амонізацією води перед тривалимїї перебуванням в резервуарах, водоводах і мережі. Співвідношення доз хлору і аміакузалежить від якості вихідної води. Звичайно оптимальною, забезпечуєосвіту монохлораміна, є доза аміаку в п'ять-шість разів менше дозихлору.

Аміачне господарствоорганізують аналогічно хлорного і розташовують в окремих приміщеннях. Аміакзберігають у видатковому складі в балонах або контейнерах. Введення аміаку виробляють вфільтрат при наявності фенолів - за 2 ... 3 хв до введення хлору.

Розрізняють вільнийхлор(Молекулярний хлор, хлорнуватиста кислота і гіпохлорит-іони) і пов'язаний(Хлор, у вигляді хлорамінів). Вільний хлор в 20-25 разів більше бактерициди, ніжпов'язаний. Зі збільшенням рН води зменшується вміст зв'язаного хлору.

На бактерицидний ефектхлорування значно впливає первісна доза хлору ітривалість збереження в оброблюваній воді його деякої залишковоїконцентрації. Мінімальна тривалість контакту 30 хв при залишковомувмісті вільного хлору 0,3-0,5 мг/л. З патогенних мікроорганізмівнайбільш чутливі до хлору: холерний вібріон, бацили черевного тифу ідизентерії. Паратиф В і мікрокок більш резистентні, на спорові форми хлормайже не діє.

Кількість хлору,витрачається на окислення домішок води, називається хлоропоглощаемостью,яка визначається як різниця між кількістю введеного хлору і йогоконцентрацією у воді через 30 хв контакту.

До числа похідниххлору, використовуваних при знезараженні, відносять: гіпохлорити натрію (NaClO * 5H20),кальцію[Са (С10) 2], хлорит натрію (NaClO2),оксидхлору СlO2.

Гіпохлорит натріюотримують електролізом розчину кухонної солі в електролізері без діафрагми.При цьому спочатку виділяються: на аноді - хлор, а на катоді - їдкий натрій,які взаємодіючи утворюють гіпохлорит натрію.

Гіпохлорит кальцію- Стійка речовина у вигляді білого порошку, що містить до 90% продукту. Одним зспособів отримання є насичення хлором водної суспензії гідроксидукальцію при температурі 25-30 "С. Вміст активного хлору в гіпохлориткальцію досягає 72% в залежності від способу його одержання.

хлорит натрію- Сильний окислювач, у твердому стані - негорючий і не самозаймається. Йогорозчинність в0оде ПРИ 5 "С - 340, а при 60 В° С - 550 г/л. При рН = 2 вінрозкладається з утворенням оксиду хлору (IV) і соляної кис-доти, при рН близько 4розкладання сповільнюється, а при рН = 7 він не розкладається. Його широко використовують дляодержання оксиду хлору (IV). Оксид хлору (IV)-зеленувато-жовтий газ з різким запахом, легко вибухає від електричноїіскри, при сонячному освітленні і при нагріванні понад 60 Вє С. Вибухонебезпечний взвичайних умовах при контакті з багатьма органічними речовинами (нафта,бензин та ін.) Його окислювальний потенціал в кислому середовищі 1,5 В. Розчинністьоксиду хлору (IV) у воді при 25 В° С - 81,06, а при 40 В° С - 51,4 г/л. Його воднірозчини мають більш інтенсивне забарвлення в порівнянні з хлорною водою. Наводоочисних комплексах оксид хлору (IV) можна одержувати взаємодією хлоритунатрію і хлору або з розбавленою соляною кислотою, або озоном. Він володієбільш високим бактерицидним і дезодорує дією, ніж хлор. Присутність вводі амонійних солей не впливає на його окисні властивості. При обробцівод, що містять феноли, не виникають хлорфенольного запаху, так як фенолпрактично повністю окислюється оксидом хлору (IV) до малеїнової кислоти тахінону, що не мають в малих концентраціях запаху і присмаку.

Швидкість процесузнезараження води хлором і його похідними визначаєтьсякінетикою дифузії оксиданта всередину клітини і інтенсивністю відмирання клітинвнаслідок порушення метаболізму (обміну речовин). Зі зростанням концентрації хлоруу воді, підвищенням її температури і переведенням його в порівняно легкодифундує, недіссоціірованную форму швидкість процесу знезараженнязростає.

Бактерицидна діяхлору зменшується з підвищенням рН води. Томузнезараження води хлором слід проводити по можливості при більшвисоких температурах і низьких значеннях рН (до введення лужних реагентів).Містяться у воді органічні домішки, здатні до окислення,відновники, колоїдні та дисперговані речовини, обволікаючібактерії, гальмують процес знезараження води.

Для дозування у водухлору, аміаку і сірчистого газу (при Дехлоризація)застосовують вакуумні газодозатори системи ЛОНІІ-100 (рис. 14.5) і системи Л. А.Кульського (рис. 14.6). З балонів, встановлених на спеціальні ваги (дляконтролю за витратою хлору), рідкий хлор передається в Проміжний балон, девідбувається його випаровування і відділення забруднюючих хлор домішок. Далі вжегазоподібний хлор проходить через фільтр зі скловатою (для остаточноїочищення хлор-газу) і через понижуючий тиск редуктор. Ступінь пониженнятиску фіксується двома манометрами, встановленими до і після редукційногоклапана. За допомогою діафрагми створюється перепад тисків, який служитьімпульсом для роботи вимірювача витрати хлору. Потім хлор, вступаючи взмішувач, змішується з водопровідною водою, утворюючи хлорне воду, яказасмоктується ежектором і відводиться за призначенням.

Рис. 14.5. Вакуумнийхлоратор ЛОНІІ-100.

1-проміжний балон; 2 - фільтр зі скловатою; 3 - редукційний клапан длязниження тиску хлор-газу; 4 - манометр; 5- Вимірювальна діафрагма; 6 - ротаметр; 7 -змішувач; 8 - подача водопровідної води;9- Ежектор, який створює розрядження в Хлоратори; 10 - відведення хлорної води надозування; 11 - терези; 12 - балон з хлором

водахлорування знезараження газодозатор

Вакуумні хлораторисистеми Л. А. Кульського показані на рис. 14.6 - хлоратор ЛК-11 середньоїпродуктивності (рис. 14.6, а) для витрати хлору в межах 0,5 ... 4,5 кг/годі хлоратор ЛК-10 малої продуктивності (рис. 14.6,6), розрахований на витратухлору в межах 40 ... 800 г/ч.

Кількість резервниххлораторів на одну точку введення рекомендується приймати: при 1 ... 2 робочихХлоратори - один резервний, при більш двох - 2. Допускається передбачатизагальні резервні хлоратори для попереднього і вторинного хлорування води.

З одного стандартногобалона при звичайній кімнатній температурі можна одержати не більше 0,5 ... 0,7кг/год хлор-газу. Тому на великих водоочисних комплексах з великою витратоюхлору для збільшення знімання хлору вдаються до спеціального обігріву балонів (теплоюводою або підігрітим повітрям при температурі 10 ... 30 В° С). Випарник обладнаютьпристроями для контролю температури води і тиску хлору та води. Наводоочисних комплексах великої продуктивності застосовують бочки, величиназнімання хлору з яких на 1 м2 становить близько 3 кг/год, при кімнатнійтемпературі.

Враховуючи, що хлорє отруйним газом, при проектуванні хлораторних установок слідпередбачати необхідні заходи, що забезпечують безпеку обслуговуючогоперсоналу.

До числа цих заходіввідносяться: наявність двох виходів з хлораторної, розташування хлораторної напершому поверсі; наявність припливно-витяжної вентиляції з пристроєм витяжки внайбільш низькій частині хлораторної, в місці, протилежному від входу вхлораторну; пристрій електроосвітлення з газозахисної герметичнійапаратурою; наявність тамбура з розміщенням в ньому спецодягу і протигазів, атакож пристроїв для включення і виключення вентиляції та освітлення.

При хлоруванні водиотстоенная розчином хлорного вапна фортецею 1 ... 1,5% його приготовляютьтаким же способом, як і розчин коагулянту. Аналогічні пристрої служать ідля дозування розчину. Зважаючи сильного корозійного дії розчину хлорноговапна баки для його приготування слід застосовувати дерев'яні, пластмасовіабо залізобетонні, а арматуру і труби, - з поліетилену або вініпласту. Обсягрозчинних баків, м3, визначають за формулою

де Q-розрахунковий витрата води, м3/ч; n =12 ... 24 год - кількість годин, на яке заготовлюється розчин хлорноговапна; ДХЛ. :... - Прийнята доза активного хлору, мг/л; bхл.і = 1 ..... 2- Концентрація розчину хлорного вапна,%; С = 25 ... ... 30 - вмістактивного хлору в продажної хлорного вапна,%; р = 1 - щільність розчинухлорного вапна, т/м3.

Література

АлексєєвЛ. С., Гладков В. А. Покращення якості м'яких вод. М.,

Стройиздат,1994

АлфьороваЛ. А., Нечаєв А. П. Замкнуті системи водного господарства промисловихпідприємств, комплексів та районів. М., 1984.

АюкаевР. І., Мельцер В. 3. Виробництво і застосування фільтруючих

матеріалівдля очищення води. Л., 1985.

ВейцерЮ. М., Мііц Д. М. Високомолекулярні флокулянти в процесахочищення води. М., 1984.

ЄгоровА. І. Гідравліка напірних трубчастих систем в водопровідних очиснихспорудах. М., 1984.

ЖурбаМ. Г. Очищення води на зернистих фільтрах. Львів, 1980.