Расчет дозы кислоты в виде товарного продукта Дк, мг/л, производится по формуле

где Щ₀ — щелочность воды до стабилизационной обработки, мг * экв/л;

е_к — эквивалент кислоты (для серной —49, соляной —36,5);

С_к— содержание кислоты в товарном продукте, %;

α — коэффициент, зависящий от pH воды и индекса ее насыщения (определяется по графику, приведенному на рис. 7.9).

Рис. 7.9. График для определения вспомогательного коэффициен­та α при определении дозы кислоты.

Стабилизационная обработка воды для предотвращения коррозии трубопроводов

При использовании вод открытых водоемов для водоснабжения требуется применять повышенные дозы реагентов, что неизбежно усиливает ее корро­зионные свойства. Увеличение агрессивного действия воды при очистке объясня­ется нарушением в ней углекислотного равновесия, так как при добавлении в воду I мг сульфата алюминия или хлорида железа (III) выделяется около 0,8 мг свободной углекислоты за счет разложения гидрокарбонатов. Вода становит­ся нестабильной, т. е. способной растворять защитные пленки на внутренней поверхности трубопроводов в результате появления в ней агрессивной угле­кислоты. При оголении поверхности трубопроводов усиливается электрохимическая коррозия, которой благоприятствует растворенный в воде кислород. Вода обогащается продуктами коррозии, обусловливающими ухуд­шение ее качественных показателей.

При расчете дозы извести (оксида кальция) для стабилизационной обра­ботки воды возможны два случая, определяемые по значениям рН₀ (для исход­ной воды) и pH., (для воды с индексом насыщения J = 0): рН₀ < pH_s < 8,4 н рН_о <8,4 < pH_s. Формулы для определения дозы извести в этих случаях следующие:

где β — коэффициент, определяемый по графику на рис. 7.10, а; χ и ε - коэф­фициенты, определяемые по графику на рис. 7.10, б.

Рис. 7.10. Графики для определения коэффициен­тов β (а), χ и ε (б).

Вычисленную величину сравнивают со значением, полученным из выра­жения для дозы извести, рассчитанной на суммарное содержание в воде угле­кислоты и гидрокарбонатов:

где (С0₂) — содержание углекислоты в воде, мг/л. Если Д_и > Д_и°, то в обра­батываемой воде недостаточно карбонатных соединений; поэтому одновремен­но с известью (Д_и°) в воду необходимо вводить соду (карбонат натрия), дозу которой определяют по формуле

Д _с = 53 (Д_а — Д_н°)/28,

Для периодического наращивания защитной пленки карбоната кальция на внутренней поверхности трубопроводов необходимо повышать индекс ста­бильности обрабатываемой воды до значения J = +0,7. Дозы извести в этом случае определяют по следующим формулам:

при pH_s < 7,7 Д_и°= 28т₁ (СО_а);

прн pH_s > 7,7 Д_и° =28т₂ (С0₂) + 28т₃ [Щ + т₂ (С0₂)],

где т₁, —коэффициент, зависящий от значения индекса насыщения и отноше­ния (С0₂)/Щ (находится по графику на рис. 7,11, а); т₂ — коэффициент, за­висящий от значения рН₀ н отношения (СО₂)/Щ (находится по графику на рис. 7.11,6); т₃ — коэффициент, зависящий от значения pH_s (находится по гра­фику на рис, 7.11, в).

Рис. 7.11. Графики для определения коэффициентов т₁ (а), т₂ (б) и т₃ ( в).

В приведенных формулах дозы извести определяются в миллиграммах СаО на литр. Для пересчета их на массу технического продукта используется зависимость

Д = Д_И> 100/С,

где С — содержание СаО в техническом продукте, %,

Стабилизация воды, содержащей агрессивную углекислоту (индекс на­сыщения J < 0), может осуществляться фильтрованием ее в открытых без­напорных фильтрах через мраморную крошку (СаСО₃), полуобожженный до­ломит — магно-массу (СаСО₃ • MgO) или обожженный магнезит (MgO), Преи­муществом данного метода стабилизационной обработки воды является авто­матическая работа фильтров, так как при контакте этих активных масс с аг­рессивной водой в ней самопроизвольно устанавливается углекислотное рав­новесие. Для малых водопроводных станций такой способ удобен, так как не требует контроля процесса и сложного оборудования известкового хозяйства. Недостатком метода является замедление скорости реакции при низких температурах воды, а также невозможность получить воду с положительным индексом насыщения (J = +0,7) для создания защит­ной карбонатной пленки на поверхности трубопроводов.

Для загрузки фильтров применяют крошку перечисленных выше мате­риалов с размером частиц 0,5—3 мм при слое высотой до 2 м. Скорость фильт­рования воды через мраморную крошку до 10 м/ч, через магно-массу — 10 м/ч; она зависит от температуры и щелочности воды, а также от концентрации в ней агрессивной углекислоты. Фильтрующий слой промывается восходящим потоком воды с интенсивностью 15л/(м² . с) в течение 10—15 мин;

при водовоздушной промывке интенсивность подачи воздуха составляет 20—25 л/(м² . с) в течение 5 мин с последующей промывкой водой с интенсив­ностью 3—4 л/(м² . с) на протяжении 2—3 мин. В поступающей на фильтры воде содержание железа не должно превышать 0.5 мг/л, так как при большей его концентрации наблюдается цементирование зерен фильтрующей загрузки. Периодически фильтры догружают зернистым активным материалом, попол­няя его расход на стабилизационную обработку воды; для связывания 1 мг аг­рессивной углекислоты расходуется 2,3 мг мрамора или 1,1 мг магно-массы. Иногда в фильтрующем слое используют мраморную крошку в смеси с песком. Такие фильтры комбинированного действия могут быть использованы для од­новременного осветления воды и стабилизации ее состава.

ОБРАБОТКА ВОДЫ ОКИСЛИТЕЛЯМИ

Хлорирование воды

Обеззараживание воды

При хлорировании воду обрабатывают газообразным хлором или препаратами, содержащими хлор — гипохлоритом кальция или натрия, хлор­ной известью, оксидом хлора (IV), хлораминами.

Введенный в воду газообразный хлор гидролизуется, образуя гипохлоритную и соляную кислоты:

Прн различных значениях pH соотношения между концентрациями хлора С1₂. недиссоциированной гипохлоритной кислоты НСЮ и гипохлоритного нона СЮ^- в воде представлены на рис. 7.12, а, откуда видно, что при pH 7—8 глав­ным дезинфицирующим соединением является гипохлоритная кислота.

Если в воде присутствуют аммиак, аммонийные соли или органические вещества, содержащие аминогруппы, в реакцию с ними вступают хлор, гипо­хлоритная кислота и гипохлориты, образуя моно- и дихлорамины:

Рис. 7.12. Соединения хлора при различных pH среда в отсутствие (а) и в присутствии (б) аммиака.

Бактерицидность хлора в воде уменьшается с повышением pH. Поэтому воду следует обеззараживать хлором до введения в нее щелочных реагентов.

В случае присутствия в воде органических соединений, способных окис­ляться, или восстановителей, а также коллоидных и взвешенных веществ, которые могут обволакивать бактерии, процесс обеззараживания воды замед­ляется.

Коли-индекс природной воды обычно не превышает 1000—10 ООО кл./л. Концентрация остаточного хлора 0,5 мг/л при времени контакта 30 мин, как правило, обеспечивает удовлетворение санитарных требований, предъявляе­мых к бактериологическому качеству воды. В случае хлорирования с аммонизацией время контакта должно быть увеличено до 1 ч. Такое же время кон­такта принимают и при обработке воды хлорной известью, а совместно с ам­миаком — 1,5 ч.

Для приближенной оценки количества хлора, необходимого для обез­зараживания воды поверхностных источников, принимают дозу 2—3 мг/л, а для воды подземных источников — 0,7 —1,0 мг/л.

Одним из условий обеспечения хороших результатов хлорирования яв­ляется быстрое и полное перемешивание хлора с водой.

Обесцвечивание воды и улучшение процессов водоподготовки

В природных водах открытых водоемов кроме бактериальных загрязнений имеется значительное количество органических соединений, обусловливаю­щих цветность воды, в основном гуминовых веществ болотного пли почвен­ного происхождения.

При pH среды 7.5—8, в которой активный хлор находится в виде эквивалентной смеси НСlO^- и ClO^-, наблюдается максимальная скорость окисления гумпновых веществ и максимальная степень их обесцвечивания.

Установлена эмпирическая формула для расчета обес­цвечивания днепровской воды при хлорироввини:

где Ц_с — снятая цветность, град;

Ц - цветность исходной воды, град;

С1 — доза хлора, мг/л;

t — время контакта хлора с водой, мни.

Одновременно с обесцвечиванием природной воды под действием хлора наблюдается и снижение ее окисляемости. Объясняется это возникновением соединений, не реагирующих с окислителями, так как при хлорировании воды углекислота не образуется. Т.о., хлорирование гумусовых веществ не является деструктивным процессом и поэтому не может обеспечить такую же глубину обесцвечивания природных вод, которая достигается при озони­ровании.

Хлорирование воды с аммонизацией

На обеззараживание воды расходуется лишь незначительное количество вво­димого в нее хлора; основная масса этого реагента идет на окисление различ­ных органических и неорганических примесей. Для фиксации хлора в воде на более продолжительное время и одновременного снижения его расхода применяют хлорирование с аммонизацией. При наличии в воде аммиака или солен аммония вводимый в нее хлор образует хлорамины, окислительный по­тенциал которых значительно ниже, чем у свободного хлора. В результате этого резко снижается хлоропоглощаемость воды, а содержащийся в ней после обработки хлораминный хлор органолептически менее ощутим.

Содержание аммиака или аммонийных солей в водах многих поверхност­ных водоемов и водотоков вследствие протекания в них биологических про­цессов или в результате загрязнения сточными водами достигает значение 0,5 мг/л и больше.

В зависимости от целевого назначения аммонизацию проводят перед хлорированием воды (преаммонизация) или после него (постаммонизация).

В случае преаммонизации аммиак подается в водоводы первого подъема или в другое место технологической схемы за I—2 мин до первого ввода хлора. Этим предупреждается образование хлорфенольных запахов и привкусов в об­рабатываемой воде. При постаммонизации аммиак подается в резервуары чистой воды, чем обусловливается фиксация хлора на более длительное время. Наиболее эффективной является смесь, содержащая аммиак и хлор в молеку­лярных соотношениях от I : I до I : 2, что примерно соответствует соотноше­ниям по массе от 1:4 до 1:10. Оптимальное соотношение этих реагентов для каждого конкретного образца воды должно устанавливаться на основании пробных хлорирований, проводимых по сезонам года.

Озонирование воды

Обеззараживание воды

Озон по бактерицидному действию имеет ряд преимуществ перед хлором. При изучении действия озона на разные бактерии показано, что существует кри­тическая доза озона (0,4—0,5 мг/'л), выше которой бактерицидное действие его резко возрастает и достигается полное обеззараживание в отличие от хлора, обеззараживающее действие которого при малых концентрациях монотонно возрастает с увеличением дозы реагента.

Обеззараживающий эффект при применении озона сказывается быстрее в 15—20 раз, чем при применении хлора. На аф­фект обеззараживания воды при озонировании температура и pH среды оказывают меньшее влияние, чем при хлорировании.

Дозы озона и время его контакта с водой изменяются в довольно широких пределах и зависят от качества воды п условий ее обработки. В связи с малой растворимостью озона на процесс обеззараживания оказывает влияние не только его доза, но и другие факторы: концентрация озона в озоновоздушной смеси, способ распределения смеси в воде, высота контактных бассейнов, соотношение объемов воды и озоновоздушной смеси, содержание органиче­ских веществ в воде и др. Совокупность этих и других факторов оказы­вает существенное влияние на эффективность обеззараживания воды озоном. Поэтому объективные данные о его действии на бактериальные загрязнения воды могут быть получены только в том случае, когда опыт проводится в условиях, близких к производственным.

По экономическим соображениям наиболее целесообразно вводить озон в предварительно обработанную коагулянтом и отфильтрованную воду. В этом случае расход озона уменьшается примерно в 2—3 раза, так как большая часть органических соединении и взвешенных веществ, на окисления которых расходуется озон, задерживается очистными сооружениями.