Глава двенадцатая

Применение окислителей для борьбы

С биологическим обрастанием теплообменников

И обеззараживания воды

Повышение температуры воды в системах охлаждения и наличие питательных веществ являются причинами интенсивного развития в охлаждающей воде бактерий и водорослей различных видовых составов, предствляющих по форме слизистые отложения. При окисляемости воды более 10–15 мг О₂/дм³ они отлагаются быстрее. При повышенном железосодержании охлаждающей воды на поверхности теплообмена происходит энергичное размножение железобактерий, приводящее к закупориванию конденсаторных трубок. В охлаждающей воде, содержащей сульфаты, развиваются сульфатвосстанавливающие бактерии, жизнедеятельность которых приводит к выделению сероводорода и сульфидов, вызывающих коррозию конструкционных материалов конденсатора. При использовании морской воды обрастания образуются из живых существ, ведущих прикрепленный (моллюски, мидии, мшанки) и подвижный (личинки веснянки, высшие ракообразные) образы жизни.

Для борьбы с биологическими отложениями, приводящими к ухудшению вакуума в конденсаторах и интенсифицирующими коррозионные процессы, применяют обработку охлаждающей воды сильными окислителями, такими как хлор и его производные, а также солями тяжелых металлов. Механизм бактерицидного воздействия хлора и его кислородосодержащих соединений заключается во взаимодействии с составными частями клетки микроорганизма, в первую очередь с ферментами, что ведет к нарушению обмена веществ в клетке и отмиранию микроорганизмов. В практике обработки воды применяют свободный хлор, соли хлорноватистой кислоты (гипохлориты) и диоксид хлора ClO₂. При обычных условиях хлор – ядовитый газ зеленовато-желтого цвета с резким запахом. При давлении 608 кПа и 15 °С хлор сжижается. Хлор в 2,45 раза тяжелее воздуха, в воде растворим сравнительно мало; при температуре 0 и 25 °С его растворимость составляет соответственно 14,6 и 6,4 г/дм³. При растворении хлора в воде происходит гидролиз с образованием хлорноватистой и хлорводородной (соляной) кислот:



(12.1)

Слабая хлорноватистая кислота в растворах диссоциирует с образованием гипохлорит-иона: . Константа диссоциации при 18 °С равна 3,7 · 10^-8. Таким образом, основными составляющими охлаждающей воды являются Cl₂, HClO, , соотношение между которыми устанавливается в зависимости от рН (рис. 12.1).

Рис.12.1. Соотношение между составляющими

водных растворов хлора в зависимости от рН

При значениях рН= 6 ÷ 8, характерных для природной воды, используемой для воды питьевого качества и отвечающей требованиям СанПиН 2.1.4.559-96, в воде содержатся преимущественно хлорноватистая кислота и гипохлорит-ион, стандартные окислительные потенциалы которых составляют соответственно 1,63 и 0,4 В. Сравнение потенциалов показывает, что с повышением рН обеззараживающее действие хлора снижается. Поэтому хлорирование наиболее эффективно проводить при рН < 7 или же ввод хлора должен осуществляться до ввода каких-либо щелочных реагентов. Дозу хлора определяют по результатам пробного хлорирования воды, с учетом заданной концентрации остаточного свободного хлора 0,3–0,5 мг/дм³.

Для обеззараживания воды и улучшения ее органолептических свойств на городских водопроводных станциях может быть использован озон O₃, являющийся более сильным окислителем, чем кислород. Стандартный окислительный потенциал озона в кислой среде равен + 2,07 В, в щелочной + 1,24 В. Расход озона – неустойчивого соединения – сопровождается образованием перекисных соединений и свободных радикалов (ОН, НО₂ и др.), обладающих высокой химической активностью. Бактерицидное действие озона связано с протеканием реакций окисления. С 1975 г. на восточной водопроводной станции г. Москвы действует крупнейшая в мире озонаторная установка, обрабатывающая 1,2 млн. м³ воды в сутки.

Метод обеззараживания воды солями (ионами) тяжелых металлов, названный олигодинамией, основан на взаимодействии ионов тяжелых металлов (меди, серебра) с цитоплазмой клеток микроорганизмов, вызывающем функциональные нарушения и приводящем к их гибели. Ионы меди вводят в охлаждающую воду в виде медного купороса CuSО₄·5H₂О или получают растворением медных анодов, расположенных в трубопроводах подачи охлаждающей воды.

Технология хлорирования охлаждающей воды предусматривает ввод хлора в обрабатываемую воду на всас циркуляционных насосов в виде хлорной воды, схема приготовления которой приведена на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Принципиальная схема вакуумного хлоратора:

1 – промежуточный баллон для очистки жидкого хлора; 2 – регулировочный клапан; 3 – фильтр; 4 – манометр; 5 – редуктор; 6 – расходомер; 7 – предохранительный клапан; 8 – смеситель; 9 – бачок постоянного уровня; 10 – водоструйный эжектор

Из-за возможной утечки ядовитого газа через неплотности в соединениях в некоторых хлораторах в настоящее время применяются устройства для получения хлорной воды в вакуумных хлораторах производительностью 0,5–50 кг/ч. Для автоматизации процесса хлорирования в качестве регулирующего импульса используют значение окислительно-восстановительного потенциала воды или разность электрической проводимости хлорированной и нехлорированной воды.

Хлорирование охлаждающей воды обычно осуществляют периодически в зависимости от скорости образования биологических отложений и их толщины (1–3 раза в сутки продолжительностью 40–60 мин). Суточный расход хлора в килограммах определяют по формуле:

,

(12.2)

где Q – расход охлаждающей воды, м³/ч; d – доза хлора г/м³; τ – продолжительность периода хлорирования, мин; n – число периодов хлорирования за сутки.

Оборудование для хлорирования и распределения хлора должно быть расположено в отдельном помещении для предотвращения коррозии оборудования в смежных помещениях.

На случай аварии должны быть предусмотрены специальные меры безопасности.

Контрольные вопросы

1. Что определяет биологическое обрастание поверхностей оборудования и трубопроводов?

2. Какие реагенты применяют для борьбы с биологическими отложениями?

3. Поясните технологию хлорирования охлаждающей воды.

4. Kак соотносится обработка охлаждающей воды с защитой водных бассейнов от загрязнения вредными примесями?