Реферат: Хлорирование воды
Реферат: Хлорирование воды
Хлорирование воды
Для обеззараживания
воды хлорированием на водоочистных комплексах используют
хлорную известь, хлор и его производные, под действием которых бактерии,
находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав
протоплазмы клеток. Хлор действует и на органические вещества, окисляя их.
Для качественного
хлорирования необходимо хорошее перемешивание, а затем не менее, чем
30-минутный (при совместных хлорировании и аммонизации 60-минутный) контакт
хлора с водой, прежде, чем вода поступит к потребителю. Контакт может происходить
в резервуаре фильтрованной воды или в трубопроводе подачи воды потребителю,
если последний имеет достаточную длину без водоразбора.
Дозу хлора
устанавливают технологическим анализом из расчета, чтобы в 1 мл воды,
поступающей к потребителю, осталось 0,3... 0,5 мг хлора, не вступившего в
реакцию (остаточного хлора), который является показателем достаточности
Принятой дозы хлора. При этом условии доза хлора при хлорировании
фильтрированной воды составляет 2 ... 3 мг/л в зависимости от ее хлоропоглощаемости,
а при хлорировании подземной воды — 0,7... 1 мг/л. При выключении на промывку
или ремонт одного из резервуаров фильтрованной воды, когда не обеспечивается
время контакта воды с хлором, доза хлора должна быть увеличена вдвое.
Хлорирование воды
осуществляется жидким (газообразным) хлором. На малых водоочистных комплексах
(до 3000 м3/сут) допускается применение хлорной извести. При плюсовых
температурах и атмосферном давлении хлор представляет собой газ
зеленовато-желтого цвета с удушливым запахом и плотностью, значительно большей,
чем плотность воздуха (в 1,5... 2,5 раза в зависимости от температуры). При
повышении давления (при плюсовых температурах) хлор переходит в жидкое
состояние. В таком виде его перевозят и хранят в специальных стальных емкостях
(при давлении 0,6...1,0 МПа).
Рис. 14.1. Баллон (а) и
контейнер (б) для хлора.
1 — стальной корпус; 2
— кольцо горловины; 3 — колпак;
4 — запорный
вентиль; 5 — сифонная трубка
В настоящее время
заводы по производству хлора поставляют хлор в основном в баллонах двух типов:
Е-24 (рис. 14.1, а) вместимостью до 25 ... 30 кг жидкого хлора и Е-54 с
содержанием хлора до 100 кг и в бочках. На крупных водоочистных комплексах
производительностью более 100 тыс. м3/сут хлор доставляют обычно в специальных
железнодорожных цистернах вместимостью до 48 т жидкого хлора, а хранят его в
бочках (рис. 14.1,6), которые в зависимости от размеров вмещают от 700 до 3000
кг жидкого хлора. Хлорное хозяйство должно обеспечивать прием, хранение,
испарение жидкого хлора, дозирование газообразного хлора с получением хлорной
воды.
Хлорное хозяйство
располагают в отдельно размещаемых хлораторных, где сблокированы расходный
склад хлора, испарительная и хлордозаторная. Расходный склад хлора можно
размещать в отдельных зданиях или вплотную к хлораторной, отделяя его глухой
стеной без проемов. Склад хлора в составе хлораторных можно не предусматривать,
в этом случае в хлордозаторной разрешается хранение одного баллона жидкого
хлора массой не более 70 кг. Хлордозаторные без испарителей, размещаемые в
блоке с другими зданиями комплекса или вспомогательными помещениями хлорного
хозяйства, отделяют от других помещений глухой стеной без проемов и оборудуют
два выхода наружу, при этом один из них должен иметь тамбур. Трубопроводы
передачи хлорной воды выполняют из поливинилхлорида, резины, полиэтилена
высокой плотности и др.
Хлорирование воды
является надежным средством, предотвращающим распространение эпидемий, так как
большинство патогенных бактерий (бациллы брюшного тифа, туберкулеза и дизентерии,
вибрионы холеры, вирусы полиомиелита и энцефалита) весьма нестойки по отношению
к хлору. Спорообразующих бактерий хлор не уничтожает, что является одним из
недостатков этого метода обеззараживания.
Гидролиз хлора
происходит (рис. 14.2) в соответствии с Уравнением
С образованием
хлорноватистой кислоты, которая диссоциирует на соляную кислоту и атомарный кислород
(в нейтральной или щелочной среде), обладающий сильными окислительными
свойствами. Ю. Ю. Лурье считает, что хлорноватистая кислота диссоциирует в
зависимости от рН с образованием гипохлоритного иона (ОСl-),
при этом окислительное воздействие на микроорганизмы оказывает как сама
хлорноватистая кислота, так и главным образом гипохлоритный ион:
При применении вместо
хлора хлорной извести имеет место реакция
2СаОС12 + 2Н2О →
СаС12 +
Сa
(ОН)2 +
2НС10.
Дальнейшая диссоциация
хлорноватистой кислоты происходит аналогично описанному выше.
Эффект подавления
бактериальной жизни при хлорировании зависит от дозы
введенного хлора и продолжительности контакта его с водой. Поэтому
хлоропоглощаемость одной и той же воды, равная суммарному расходу хлора на
окисление микроорганизмов, органических и неорганических примесей, — величина
переменная, зависящая от дозы введенного хлора, продолжительности контакта,
величины рН, температуры воды и др. (рис. 14.3). Очевидно, что доза вводимого
хлора должна
Рис. 14.3. Зависимость
хлоропоглощаемости от времени контакта хлора с водой: дозы хлора, мг/л:
1
— 0,5;
2 — 0,75;
3
— 2,0;
4 —
4,0; 5 — 20,0
Быть больше величины
хлоропоглощаемости на величину остаточного хлора, присутствие которого является
гарантией того, что окисление бактерий и органических веществ в воде
практически завершено. Связь между дозой введенного в воду хлора и содержанием
остаточного хлора может иметь прямолинейный характер или ярко выраженный излом
(рис. 14.4). Непрямолинейный характер этой зависимости имеет место при наличии
в хлорируемой воде аммиака. Первая точка перелома на кривой 2 соответствует
образованию монохлорамина NH2Cl
с
меньшим, чем у хлора окислительно-восстановительным потенциалом. Вторая —
переломная точка кривой соответствует моменту окисления образовавшегося
монохлорамина избыточным хлором.
Рис. 14.4. Зависимость
остаточного хлора от дозы введенного в воду при отсутствии
(1) и при наличии (2) в ней аммонийных солей
На практике в
соответствии с качеством исходной воды применяют одно- или двухкратное
хлорирование воды. При обработке высокоцветных вод, а также вод, богатых
органическими веществами и бактериями, применяют двукратное хлорирование. При
этом хлор в воду дозируется сначала перед камерами хлопьеобразования или
осветлителями (предварительное хлорирование), а затем в фильтрованную воду,
перед резервуаром чистой воды. Предварительное хлорирование необходимо для
окисления органических защитных коллоидов, препятствующих процессу коагуляции,
а также окисления гуминовых веществ, обусловливающих цветность воды, с целью
экономии коагулянта, расходуемого на ее обесцвечивание. Доза хлора на
предварительное хлорирование значительно выше той, которая вводится в
фильтрованную воду, и может доходить до 5 мг/л.
В некоторых случаях
может возникнуть необходимость хлорирования воды повышенными дозами хлора, т.
е. применения так называемого перехлорирования, гарантирующего высокий эффект
ее обеззараживания. После перехлорирования воды остаточная концентрация хлора в
ней достаточно велика (1...7 мг/л), поэтому приходится прибегать к последующему
ее дехлорированию. Для этого чаще всего применяют обработку воды сульфитом
натрия, сернистым газом и фильтрование дехлорируемой воды через активированный
уголь. Дехлорирование воды сульфитом натрия, считая 3,5 мг (в расчете на Na2S03-7H20)
на
1 мг связываемого хлора, протекает по уравнению
Na2S03
+ Н20
+ С12
= Na2S04 + 2НС1.
Дехлорирование воды
сернистым газом (в соотношении, примерно 1:1)
происходит в соответствии с уравнением
S02
+
2H2O
+ С12
→ H2S04
+
2НС1.
При длительном
пребывании питьевой воды перед поступлением к потребителям в резервуарах и
водоводах (более 1,5 ч) для продления бактерицидного действия хлора, а также
для предотвращения хлорфенольных запахов в воду кроме него вводят также и
аммиак. Введение аммиака, кроме того, сокращает расход хлора и в ряде случаев
улучшает вкус воды. При взаимодействии хлорноватистой кислоты (образовавшейся
при хлорировании воды) с аммиаком получаются монохлорамины:
HOCI
+
NH3 → NH2CI + Н2О,
которые, гидролизуясь,
образуют сильный окислитель — гипохлоритный ион:
NH2C1
+
Н20 → NH4+ + ОСl-.
Гидролиз хлораминов
протекает довольно медленно, поэтому в первое время окислительное действие
хлораминов ниже, чем хлора, но длительность бактериального действия хлораминов
значительно больше, в связи с чем и применяют аммонизацию воды перед длительным
ее пребыванием в резервуарах, водоводах и сети. Соотношение доз хлора и аммиака
зависит от качества исходной воды. Обычно оптимальной, обеспечивающей
образование монохлораминов, является доза аммиака в пять-шесть раз меньше дозы
хлора.
Аммиачное хозяйство
организуют аналогично хлорному и располагают в отдельных помещениях. Аммиак
хранят в расходном складе в баллонах или контейнерах. Ввод аммиака производят в
фильтрат при наличии фенолов — за 2 ... 3 мин до ввода хлора.
Различают свободный
хлор
(молекулярный хлор, хлорноватистая кислота и гипохлорит-ионы) и связанный
(хлор, в виде хлораминов). Свободный хлор в 20—25 раз более бактерициден, чем
связанный. С увеличением рН воды уменьшается содержание связанного хлора.
На бактерицидный эффект
хлорирования значительно влияет первоначальная доза хлора и
продолжительность сохранения в обрабатываемой воде его некоторой остаточной
концентрации. Минимальная продолжительность контакта 30 мин при остаточном
содержании свободного хлора 0,3—0,5 мг/л. Из патогенных микроорганизмов
наиболее чувствительны к хлору: холерный вибрион, бациллы брюшного тифа и
дизентерии. Паратиф В и микрокок более резистентны, на споровые формы хлор
почти не действует.
Количество хлора,
расходуемого на окисление примесей воды, называется хлоропоглощаемостью,
которая определяется как разница между количеством введенного хлора и его
концентрацией в воде через 30 мин контакта.
К числу производных
хлора, используемых при обеззараживании, относят: гипохлориты натрия (NaClO*5H20),
кальция
[Са(С10)2], хлорит натрия (NaClO2),
оксид
хлора СlO2.
Гипохлорит натрия
получают электролизом раствора поваренной соли в электролизере без диафрагмы.
При этом вначале выделяются: на аноде — хлор, а на катоде — едкий натрий,
которые взаимодействуя образуют гипохлорит натрия.
Гипохлорит кальция
— стойкое вещество в виде белого порошка, содержащего до 90% продукта. Одним из
способов получения является насыщение хлором водной суспензии гидроксида
кальция при температуре 25—30 "С. Содержание активного хлора в гипохлорите
кальция достигает 72% в зависимости от способа его получения.
Хлорит натрия
— сильный окислитель, в твердом состоянии — негорюч и не самовоспламеняем. Его
растворимость в0оде ПРИ 5 "С — 340, а при 60 °С — 550 г/л. При рН=2 он
разлагается с образованием оксида хлора(IV) и соляной кис- доты, при рН около 4
разложение замедляется, а при рН=7 он не разлагается. Его широко используют для
получения оксида хлора (IV). Оксид хлора (IV)
—
зеленовато-желтый газ с резким запахом, легко взрывается от электрической
искры, при солнечном освещении и при нагревании свыше 60ºС. Взрывоопасен в
обычных условиях при контакте со многими органическими веществами (нефть,
бензин и пр.). Его окислительный потенциал в кислой среде 1,5 В. Растворимость
оксида хлора (IV) в воде при 25°С — 81,06, а при 40 °С — 51,4 г/л. Его водные
растворы имеют более интенсивную окраску по сравнению с хлорной водой. На
водоочистных комплексах оксид хлора (IV) можно получать взаимодействием хлорита
натрия и хлора или с разбавленной соляной кислотой, либо озоном. Он обладает
более высоким бактерицидным и дезодорирующим действием, чем хлор. Присутствие в
воде аммонийных солей не влияет на его окислительные свойства. При обработке
вод, содержащих фенолы, не возникают хлорфенольные запахи, так как фенол
практически полностью окисляется оксидом хлора(IV) до малеиновой кислоты и
хинона, не имеющих в малых концентрациях запаха и привкуса.
Скорость процесса
обеззараживания воды хлором и его производными определяется
кинетикой диффузии оксиданта внутрь клетки и интенсивностью отмирания клеток
вследствие нарушения метаболизма (обмена веществ). С ростом концентрации хлора
в воде, повышением ее температуры и переводом его в сравнительно легко
диффундирующую, недиссоциированную форму скорость процесса обеззараживания
возрастает.
Бактерицидное действие
хлора уменьшается с повышением рН воды. Поэтому
обеззараживание воды хлором следует производить по возможности при более
высоких температурах и низких значениях рН (до ввода щелочных реагентов).
Содержащиеся в воде органические примеси, способные к окислению,
восстановители, коллоидные и диспергированные вещества, обволакивающие
бактерии, тормозят процесс обеззараживания воды.
Для дозирования в воду
хлора, аммиака и сернистого газа (при дехлорировании)
применяют вакуумные газодозаторы системы ЛОНИИ-100 (рис. 14.5) и системы Л. А.
Кульского (рис. 14.6). Из баллонов, установленных на специальные весы (для
контроля за расходом хлора), жидкий хлор передается в Промежуточный баллон, где
происходит его испарение и отделение загрязняющих хлор примесей. Далее уже
газообразный хлор проходит через фильтр со стекловатой (для окончательной
очистки хлор-газа) и через понижающий давление редуктор. Степень понижения
давления фиксируется двумя манометрами, установленными до и после редукционного
клапана. С помощью диафрагмы создается перепад давлений, который служит
импульсом для работы измерителя расхода хлора. Затем хлор, поступая в
смеситель, смешивается с водопроводной водой, образуя хлорную воду, которая
засасывается эжектором и отводится по назначению.
Рис. 14.5. Вакуумный
хлоратор ЛОНИИ-100.
1
—
промежуточный баллон; 2 — фильтр со стекловатой;3— редукционный клапан для
снижения давления хлор-газа; 4— манометр; 5
— измерительная диафрагма; 6 — ротаметр; 7 —
смеситель; 8 — подача водопроводной воды;
9
— эжектор, создающий разряжение в хлораторе; 10 — отвод хлорной воды на
дозирование; 11 — весы; 12 — баллон с хлором
вода
хлорирование обеззараживание газодозатор
Вакуумные хлораторы
системы Л. А. Кульского показаны на рис. 14.6 — хлоратор ЛК-11 средней
производительности (рис. 14.6,а) для расхода хлора в пределах 0,5 ... 4,5 кг/ч
и хлоратор ЛК-10 малой производительности (рис. 14.6,6), рассчитанный на расход
хлора в пределах 40 ... 800 г/ч.
Количество резервных
хлораторов на одну точку ввода рекомендуется принимать: при 1 ... 2 рабочих
хлораторах — один резервный, при более двух — 2. Допускается предусматривать
общие резервные хлораторы для предварительного и вторичного хлорирования воды.
С одного стандартного
баллона при обычной комнатной температуре можно получить не более 0,5... 0,7
кг/ч хлор-газа. Поэтому на крупных водоочистных комплексах с большим расходом
хлора для увеличения съема хлора прибегают к специальному обогреву баллонов (теплой
водой или подогретым воздухом при температуре 10... 30°С). Испаритель оборудуют
устройствами для контроля температуры воды и давления хлора и воды. На
водоочистных комплексах большой производительности применяют бочки, величина
съема хлора с которых на 1 м2 составляет около 3 кг/ч, при комнатной
температуре.
Учитывая, что хлор
является отравляющим газом, при проектировании хлораторных установок следует
предусматривать необходимые меры, обеспечивающие безопасность обслуживающего
персонала.
К числу этих мер
относятся: наличие двух выходов из хлораторной, расположение хлораторной на
первом этаже; наличие приточно-вытяжной вентиляции с устройством вытяжки в
наиболее низкой части хлораторной, в месте, противоположном от входа в
хлораторную; устройство электроосвещения с газозащитной герметической
аппаратурой; наличие тамбура с размещением в нем спецодежды и противогазов, а
также устройств для включения и выключения вентиляции и освещения.
При хлорировании воды
отстоенным раствором хлорной извести крепостью 1 ... 1,5% его приготавливают
таким же способом, как и раствор коагулянта. Аналогичные устройства служат и
для дозирования раствора. Ввиду сильного коррозионного действия раствора хлорной
извести баки для его приготовления следует применять деревянные, пластмассовые
или железобетонные, а арматуру и трубы, — из полиэтилена или винипласта. Объем
растворных баков, м3, определяют по формуле
где Q
—
расчетный расход воды, м3/ч; n=
12 ... 24 ч — количество часов, на которое заготавливается раствор хлорной
извести; Дхл. :— принятая доза активного хлора, мг/л; bхл.и=1.....2
— концентрация раствора хлорной извести, %; С=25... ... 30 — содержание
активного хлора в продажной хлорной извести, %; р=1 — плотность раствора
хлорной извести, т/м3.
Литература
Алексеев
Л. С., Гладков В. А. Улучшение качества мягких вод. М.,
Стройиздат,
1994 г.
Алферова
Л. А., Нечаев А. П. Замкнутые системы водного хозяйства промышленных
предприятий, комплексов и районов. М., 1984.
Аюкаев
Р. И., Мельцер В. 3. Производство и применение фильтрующих
материалов
для очистки воды. Л., 1985.
Вейцер
Ю. М., Мииц Д. М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах
очистки воды. М., 1984.
Егоров
А. И. Гидравлика напорных трубчатых систем в водопроводных очистных
сооружениях. М., 1984.
Журба
М. Г. Очистки воды на зернистых фильтрах. Львов, 1980.
|