4996

4

Содержание

5

Введение

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рациональное использование для нужд народного хозяйства – одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.

Предприятия, осуществляющие забор воды из водоисточников, ее очистку, по уровню решаемых задач и обороту денежных средств занимают одно из ведущих мест в любом регионе. Поэтому эффективность использования материальных ресурсов в данной отрасли сказывается на общем уровне благосостояния и здоровья людей. Рациональное, т.е. организованное с соблюдением санитарных правил и нормативов, питьевое водоснабжение помогает избегать различных эпидемий, кишечных инфекций.

Проблема обеззараживания воды стоит сегодня тем более остро, что качество ее в природных источниках неуклонно ухудшается вследствие антропогенного загрязнения. В современных условиях обеззараживание является обязательным процессом в многоступенчатой системе очистки воды питьевого водоснабжения. Коагулирование и фильтрование воды через песок освобождают ее от суспендированных примесей и частично снижают ее бактериальную загрязненность. Но только обеззараживанием воды можно на 99% очистить воду от патогенных (болезнетворных) микроорганизмов.

Постоянное совершенствование методов и средств, с помощью которых осуществляется дезинфекция, вызвано двумя факторами: развитием у микроорганизмов резистентности не только к антибиотикам, но и к дезинфицирующим средствам, а также несовершенством используемых дезинфицирующих средств. Следует учитывать и то, что возможно и вторичное загрязнение уже подготовленной воды при транспортировке ее по трубам распределительной сети.

В связи с этим поиск и внедрение наиболее рационального способа обеззараживания воды из проблемы актуальной переходит в раздел социально значимых.

Известно, что городские сточные воды, даже прошедшие все этапы полной биологической очистки, содержат патогенные бактерии и вирусы. Попадая в водоёмы, сточные воды инфицируют их и делают небезопасными в эпидемиологическом отношении. По данным Всемирной Организации Здравоохранения в структуре заболеваемости населения земного шара преобладают инфекционные заболевания, обусловленные загрязнением водоёмов. Поэтому эффективное обеззараживание является приоритетным в процессах очистки сточных вод. Ещё большее значение обеззараживание сточных вод приобретает в связи с возрастающим дефицитом водных ресурсов и необходимостью использования очищенных сточных вод для технических нужд.

6

1. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД

Обеззараживание воды в процессе водоподготовки для хозяйственнопитьевых целей производят с целью уничтожения возможных патогенных бактерий и вирусов на конечной стадии обработки и улучшения санитарного состояния сооружений на предварительном этапе очистки.

Наиболее опасными для человека являются следующие водные патогенные организмы:

∙вирусы (Adenovirusos, Enteroviruses, энтеровирусы гепатита А, Б, Е, Pomavirus, мелкие круглые вирусы, поливирусы, Influenza, Echoviruses, Coxiackie);

∙бактерии (патогенны Escherichia Coli, Salmonella typhi, Vibrio choleraue, Yersinia entersilitica, Pseudomas deruginosa, Aeromonas spp, Zegionella Pneunophilca);

∙простейшие агенты (Giardia Zamblia, Giardia Muris, Griptosporidium parvoum, Entanoeba histolytica, Dracunculus medinesis spp).

Втехнологии обеззараживания химическими методами возможна инактивация только вирусов и бактерий. Удаление простейших агентов производят в процессе глубокого предварительного осветления воды.

Постоянно присутствующие в природных водах непатогенные бактерии: термотолерантные, железо-, сульфаторедуцирующие, манганобактерии и другие, вызывающие биопомехи и ухудшающие качество воды, также подлежат обеззараживанию.

Всвязи с сезонными изменениями физико-химического и микробиологического состава воды поверхностных и подрусловых подземных водоисточников, изменяются режимы обеззараживания и дозы дезинфектантов в течение года. Отмечаются следующие сезонные периоды обеззараживания:

∙зимне-осенний период;

∙весенний период (появление в воде споровых форм бактерий);

∙летний период (повышенная обсемененность воды микроорганизмами).

Традиционно в качестве обеззараживающих агентов используют хлор, либо его соединения: диоксид хлора, гипохлориты натрия и кальция, хлорную известь, хлорамины. Положительным свойством хлора является его длительное бактерицидное воздействие на очищенную воду в водоводах и распределительной сети.

Обеззараживание воды хлорреагентами

Химизм процесса обеззараживания

Процесс обеззараживания воды хлором определяют образующиеся при растворении в ней хлора хлорноватистая кислота HClO (сильный окислитель) и гипохлорит ион ClO- (более слабый окислитель). Их наличие

7

рассматривают как присутствие в виде свободного активного хлора. Хлор взаимодействует с водой по уравнению

Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO

HClO ↔ H+ + ClO-

Бактериальный эффект хлора вызван взаимодействием хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона с протоплазмой клеток бактерий. Кинетика процесса обеззараживания при постоянной концентрации остаточного хлора

в воде описывается уравнением:

N/No = e-At,

где N0 и N - соответственно начальное и по истечению времени t количество микроорганизмов в воде; А - константа скорости обеззараживания, t-1.

Эффективность обеззараживания воды хлором зависит в основном от начальной дозы хлора и продолжительности его контакта с водой. Степень загрязненности воды органическими веществами характеризуется хлоропоглощаемостью воды.

При наличии в хлорируемой воде аммонийного азота или азотсодержащих органических соединений (аминокислот) свободный хлор вступает с ними во взаимодействие, образуя хлорамины и другие хлорпроизводные. Хлор, присутствующий в воде в виде соединений с указанными веществами, рассматривают как связанный активный хлор. Оба вида хлора могут существовать в воде одновременно.

При аммонизации воды остаточный хлор является связанным активным хлором.

На сооружениях водоподготовки хлор для обеззараживания применяют в виде Сl2, и хлорреагентов - растворов товарных гипохлорита натрия и кальция, гипохлорита натрия, получаемого электролитическим способом из поваренной соли на месте, хлорной извести, хлораминов, а также хлора, полученного из минерализованной артезианской воды методом прямого электролиза.

Технология хлорирования

Хлорирование поверхностной воды осуществляют в традиционной реагентной двухступенной схеме водоподготовки на начальном этапе очистки в смесителях (первичное хлорирование) и в резервуарах чистой воды (вторичное хлорирование).

Первичное хлорирование производят с целью предварительного обеззараживания и поддержания сооружений водоподготовки в надлежащем санитарно-техническом состоянии, а также улучшения процесса коагуляции. На конечной стадии обеззараживание применяют как хлорирование, так и его сочетание с аммонизацией с целью ее дезодорации и увеличения продолжительности бактерицидного действия при транспортировании воды потребителю. Окончательное обеззараживание осуществляют в соответствии с СанПиН с концентрацией остаточного свободного хлора 0,3-0,5 мг/л после контакта с водой в течение 30 мин. Концентрация связанного хлора -

8

0,8-1,2 мг/л после контакта с водой в течение 60 мин. При содержании свободного и связанного хлора контроль ведут по свободному хлору, если его содержится более 0,3 мг/л или по связанному хлору, если свободного хлора менее 0,3 мг/л.

Ориентировочно принимают дозы хлора при первичном хлорировании до 3-5 мг/л и после фильтрования - 0,75-2,0 мг/л при заданной продолжительности контакта. Надлежащий эффект обеззараживания (99%) обеспечивают остаточной дозой свободного активного хлора в форме НОСl при величине рН<6,0 и гипохлорит-иона ОСl- при pH = 7-9 в количестве 0,3- 0,5 мг/л или остаточной дозой «связанного» хлора в количестве 0,75-2,0 мг/л в форме монохлораминов и дихлораминов. Дозу хлора в этом случае определяют по кривой хлоропоглощаемости после «точки перелома».

Хлорное хозяйство

Хлор доставляют на водопроводные станции в жидком виде в баллонах, тенках и железнодорожных цистернах в зависимости от производительности установки. Для станций производительностью более 15 кг хлора в час (производительность по воде более 60 тыс. м3/сут) предусматривают установку для перелива жидкого хлора из железнодорожных цистерн. В этом случае хлорное хозяйство включает:

∙пункт перелива жидкого хлора из железнодорожных цистерн

(вместимостью 48-56 т хлора) в стальные тенки (сосуды-хранилища) емкостью до 35-45 м3;

∙отделение с сосудом-мерником;

∙отсек испарителей;

∙отсек буферных сосудов;

∙газораспределительный отсек;

∙вентиляционный отсек;

∙отсек воздушных компрессоров с осушительной установкой;

∙теплопункт;

∙местный диспетчерский пункт.

Жидкий хлор из железнодорожных цистерн передавливают компрессорами ВК-25 в автоматическом режиме с давлением 2-3 кгс/см2 предварительно очищенного воздуха в тенки, а затем в сосуд мерник. Из него жидкий хлор по полимерным коррозионно устойчивым трубопроводам поступает в испарители, откуда хлор-газ по наземным (преимущественно) или подземным хлоропроводам (диаметром 57 мм с толщиной стенки 6 мм) поступает в хлорораздаточные. В них хлораторами осуществляют его дозирование, смешение с водой. Затем хлорная вода поступает в смеситель и контактный резервуар.

Применяют два вида испарителей: проточные змеевиковые производительностью 200-400 кг/ч, находящиеся на расходных складах, и емкостные испарители объемом 360, 400, 2000 л, находящиеся в хлораторных

9

на очистных сооружениях.

Для дозирования в воду хлора также используют хлораторы, главным образом вакуумного типа. Контроль дозирования хлора осуществляют автоматическими системами.

Расчетный расход обеззараживаемой воды определяют для суток максимального водопотребления (Qp м3/сут). Часовой расход, м3/ч, обеззараживаемой воды равен:

q4 = Qp/24.

На рис. 1 приведены принципиальные схемы дозирования и общие виды хлоратора АХВ-1000, в том числе с системой автоматического регулирования расхода газообразного хлора (САР-РХ) фирмы «Кравт».

Рис. 1. Принципиальная схема (а) и общий вид (б) хлоратора АХВ-1000 специализированного предприятия КРАВТ

Ранее выпускались и широко применялись на станциях водоподготовки хлораторы ЛОНИИ СТО (производительностью по хлору от 0,08 до 20 кг/ч) и ЛК (производительностью по хлору от 0,04 до 20 кг/ч).

Технологическая схема хлорирования воды хлоратором АХВ-1000 с системой автоматического регулирования расхода газообразного хлора (САР-РХ) приведена на рис. 2.

10

Рис. 2. Технологическая схема хлорирования воды хлоратором АХВ-1000 с САР-РХ

1, 2, 6, 7, 15, 16, 17 – вентили; 3 – АСХВ; 4 – манометр; 5 – фильтр; 8 – вакуумный регулятор; 9 – ротаметр; 10 – ЭМДВ; 11 – обратный клапан; 12 – динамический клапан (смеситель); 13 – водяной затвор; 14 – эжектор; 18 – коллектор; 19 – блок контроля аварийных ситуаций; 20 – пульт (компьютер) диспетчера; 21 – аварийная сигнализация

Излишек хлора, превышающий допустимую в воде концентрацию, удаляют дехлорированием в основном химическими методами. Наибольшее распространение получили обработка воды сульфитом натрия (Na2SO3) и сернистым газом (SO2). Реакции дехлорирования воды выражаются уравнениями:

Na2SO3 + Н2O + Сl2 = Na2SO4 + 2 НСl, SO2 + 2 Н2O + Сl2 = H2SO4 + 2 НСl.

На каждый миллиграмм хлора расходуется 3,5 мг сульфита натрия или 0,5-0,8 мг сернистого газа. Применение его в технике удобно благодаря дешевизне и возможности дозирования из баллонов или бочек при помощи обычной хлораторной установки. Современная система регулирования и контроля процесса обеззараживания полностью автоматизирована.

Все виды хлорирования контролируют по свободному активному остаточному хлору и по связанному активному остаточному хлору. Эффективность обеззараживания хлором патогенных бактерий, вирусов и простейших приведена в табл. 1.

Из комбинированных методов хлорирования воды наибольшее распространение имеет хлорирование с аммонизацией. Оно применяется:

1)при наличии в воде, поступающей на обработку ароматических соединений (бензола, фенола) – преаммонизация;

2)для обеспечения более длительного контакта воды с дезинфектантом (хлораминами) в водораспределительной сети – постаммонизация.