Лабораторна робота № 26.

Тема: Дезінфекція води.

Мета: Вивчення методів знезараження води та розрахунку параметрів необхідного для цього обладнання.

Теоретична частина.

Знезараження води. Лише дезинфекція води гарантує те, що вона буде вільною від шкідливих бактерій. Здебільшого використовують метод дезинфекції води шляхом її хлорування. Для того, щоб знищити патогенні бактерії потрібно додати у воду дос­татню кількість хлору або відповідну кількість розчину гіпохлоритів. Хлорування — надійний і в той же час недорогий метод дезинфекції. Серед інших засобів дезиифекції води наведемо: хлораміни, хлородіоксид, інші галогени, озон, опромінення ультрафі­олетом, пастеризацію. Озонування, яке широко використовується у Франції, починає поступово все більше поширюватися в інших країнах, особливо як альтернатива хлоруванню у разі вод з силльним органічним забрудненням. Хоча озон і ефективний, однак відсутність живої мікрофлори може бути гарантована лише довготривалою обробкою. У водоочисних спорудах Лос-Анджелесу потужністю 2000х10⁶ л/хв, які включають одну з найбільших муніципальних озонуючих систем у світі, все ж застосовують хлорування перед випуском води у мережу.

Хлор-газ при розчиненні у воді реагує з нею, практично повністю перетворюючись на гіпохлорну кислоту (НОСІ):

СІ₂ + Н₂О ↔ НОСІ + Н⁺ + СІ^- (1)

Остання, у свою чергу дисоціює, на протон (Н⁺) та гіпохлорит-йон (ОСІ^-) оборот­ною реакцією:

НОСІ ↔ Н⁺ + ОСІ^- (2)

Хлор знижує рН води через те, що під час реакції виділяються протони. Величина рН води дуже важлива, тому що вона визначає, наскільки далеко зайде реакція дисо­ціації гіпохлорної к-ти до гіпохлорит-аніону. Гіпохлорна к-та, первинний дезинфіку­ючий агент, домінує при рН менших, ніж 7,5 і є приблизно у 80 разів ефективнішим дезинфікуючим агентом, ніж гіпохлорит-іон, який домінує вище рН 7,5. НОСІ та ОСІ^- разом називають активним хлором, розуміючи активний для дезинфекції. Якість дезинфекції гіпохлорною кислотою значно збільшується при зниженні величини рН, тому що збільшується частка присутньої недисоційованої НОСІ.

При додаванні до води хлор як дуже реакційний елемент буде оксидувати як ор­ганічні, так і неорганічні речовини. До речі, не весь хлор, який було додано ще до во­ди, перетворюється на речовини, які ми називаємо активним хлором. Кількість хлору, яка реагує з неорганічними (Fe²⁺, Mn²⁺, NO^2- та NH₃) і органічними забруднювачами, відома як потрібний хлор і її треба задовольнити до утворення активного хлору. Використання хлору для води у разі, коли залишковий хлор є активним, називають знебарвлюючим хлоруванням.

Реакція хлору з нітрогенвмісними забрудненнями, такими як аміак (NH₃) є дуже важливим, оскільки відбувається реакція хлорування. Хлораміни є активними дезін­фектантами, але ступінь їх активності є меншою за активний хлор. Однак вони довше зберігаються у воді, що обробляється, ніж активний хлор, і використовуються для захисту проти можливого забруднення в розподільчих системах, спричиненого недосконалою конструкцією та обладнанням. Додавання аміаку до хлорованої води для одержання хлорамінів називають хлорамінуванням. Об'єднаний активний хлор є такий, що залишається як хімічно зв'язаний з аміаком (хлорамінами) або органічними нітрогенвмісними сполуками. У деяких випадках буває необхідним використовувати хлор для того, щоб уникнути смаку та запаху води. Це вимагає додавання набагато більшої кількості хлору в процесі, який називається суперхлорування.

Для того, щоб звільнитись від надлишку хлору слід провести т.зв. дехлорування за допомогою сульфурдіоксиду, сульфіту або натрій метабісульфіту. Точний механізм, за яким хлор атакує мікроорганізми, нез'ясований, але відомо, що для того, щоб дезинфекція відбулась повністю, вода має бути відносно вільна від органічного мате­ріалу. Отже, хлорування не може бути використане як заміна обробки неякісної води.

На ефективність хлорування впливають два головних параметри: доза і тривалість контакту. Швидкість знешкодження бактерій окремою дозою не описується рівнянням реакції першого порядку, тому для того, щоб зв'язати величину дози, час контакту та бажаний відсоток знешкодження бактеріальної флори використовують емпіричні рів­няння. Достатньо хлору має бути додано до води для того, щоб задовольнити як пот­рібний хлор, так і досягнення концентрації активного хлору 0,2 мг/л протягом 10 хв контакту при рН 7. Еквівалентний мінімум об'єднаного залишку активного хлору ста­новить 1,5 мг/л після 60 хв контакту при рН 7. Перевищення необхідних рівнів дозу­вання є небажаним, бо це спричиняє гіркий смак хлору у воді. Контроль має проводитися часто, для визначення необхідної дози хлору. Для того, щоб витримати час, достатній для знищення бактерій при змінних рН та температурі, контактний час має бути не меншим 30 хв. Багато спеціалістів обумовлюють 2 год у поточному проекті.

Якщо хлорування - єдина форма обробки води, як часто буває з джерелами ґрунтових вод, його здійснюють прямо в насосному відділенні розподільчої системи. У разі використання поверхневих вод хлорування звичайно є останньою стадією обробки безпосередньо перед надходженням води у накопичувач.

Хлор, газ за нормальних тиску та температури, має бути стиснутим до рідкого стану та зберігатися у балонах або цистернах. Через те, що хлор-газ є токсичним, про­цес розчинення його у воді проводять під вакуумом, а вже отриманий концентрований розчин використовують для обробки води. На малих станціях використовують балони місткістю приблизно 70 кг; на станціях середньої потужності користуються спеціаль­ними контейнерами, водночас на багатьох дуже великих підприємствах хлор доставля­ють залізничними чи автомобільними цистернами. Хлор також доступний у вигляді гранул або пудри як гіпохлорит кальцію Са(ОС1)₂ або у рідкій формі як натрій гіпохлорит (NaOCl) — концентрований розчин (відбілювач).

Однією з проблем, яка виникає при застосуванні хлору для обробки води, є його здатність реагувати з органічними речовинами природного походження, які можуть бу­ти присутні у воді (як результат розкладання рослинних решток), із утворенням три-галометанів (ТГМ), включаючи хлороформ, який є канцерогеном. Оскільки ТГМ-ни неможливо видалити звичайними методами обробки води, остання має бути хлорова­на вже звільненою від природної органіки або потрібно застосувати альтернативні методи дезинфекції.

Порядок проведення обчислень.

Підрахуйте: (а) кількість (кг) хлору, необхідну щодоби, та (6) потужність контактного апарату на станції водоочищення міста на 100 тис. мешканців (див. практичну роботу № 15). Потрібного хлору 1 мг/л.