7841

2

УДК 628

Васильев А.Л. / Окислительные методы в технологиях очистки природных и сточных вод: учебно-методическое пособие по освоению дисциплины «Окислительные методы в технологиях очистки природных и сточных вод» / А.Л. Васильев; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 33 с. – Текст : электронный.

Приведены указания по освоению дисциплины «Окислительные методы в технологиях очистки природных и сточных вод». Рассмотрены содержание и последовательность изложения материала, приведены примерные темы курсовых проектов, а также общие требования к содержанию и оформлению курсового проекта.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, направленность (профиль) Водоснабжение и водоотведение

© А.Л. Васильев,

© ННГАСУ, 2022.

3

Содержание

Введение…………………………………………………………………. 4

1.Необходимость применения окислителей в процессах водоподготовки и очистки сточных вод………………………………………………………….5

2.Применение окислителей в процессах водоподготовки

2.1. Применение хлора………………………………………………….. ……6

2.1.1. Влияние хлора на различные загрязнители и микроорганизмы…….6 2.1.2.Технология хлорирования………………………………………………7

2.1.3.Оборудование хлораторных станций…………………………………..9 2.2.Применение озона ……………………………………………………….11

2.1.1.Влияние озона на различные загрязнители и микроорганизмы…….11 2.1.2.Технология озонирования……………………………………………..12 2.1.3.Оборудование озонаторных станций…………………………………13

3.Альтернативные методы обеззараживания питьевой воды……………13

4.Применение окислителей в процессах очистки сточных вод………….18

4.1.Сравнение методов обеззараживания сточных вод…………………..18

4.2. Метод хлорирования……………………………………………………21 4.3 Метод озонирования……………………………………………..………22

4.4. УФ обеззараживание сточных вод……………………………………..23

4.5. Обеззараживание воды ультразвуком………………………………....27

4.6.Электроимпульсное обеззараживание сточных вод………………….29

4.7. Биомембранная технология обеззараживания сточных вод…………30 Список использованных источников…………………………………….....32

4

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.

5

1. Необходимость применения окислителей в процессах водоподготовки и очистки сточных вод

Актуальность применения окислительных методов в технологиях водоподготовки и водоочистки основывается на том факте, что в настоящее время качество воды в природных источниках неуклонно ухудшается вследствие антропогенного загрязнения их различными патогенными организмами. 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).

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

Для обеззараживания вирусов и патогенных бактерий необходимо

применений окислителей. Но при обеззараживании химическими окислительными методами возможна инактивация только вирусов и бактерий, поэтому удаление простейших агентов производят с помощью окислителей и в процессе глубокого предварительного осветления воды, на стадии фильтрования и т.д..

В связи 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).

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.

6

В технологиях очистки сточных вод окислители применяются, как для обеззараживания их на конечной стадии очистки - перед сбросом в водоемы, так и на предварительных стадиях при очистке, например, от фенолов, нефтепродуктов, ПАВ и т.д.

применение в процессах очистки воды эффективных окислителей, позволяющих повысить качество очистки и эфективность обеззараживания воды является обязательным. Кроме того, необходимо постоянно совершенствовать окислительные технологии, используя новые окислители, применяя их комбинации, изменяя технологические параметры и т.д. В настоящее время традиционно применяемыми окислительными реагентами являются хлор и озон.

2.Применение окислителей в процессах водоподготовки

2.1.Применение хлора

2.1.1.Влияние хлора на различные загрязнители и микроорганизмы природных вод

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

Хлорирование воды применяется и на предварительных стадиях осветления воды, фильтрования и т.д.. Степень загрязненности воды органическими веществами характеризуется хлоропоглощаемостью воды. По величине хлорпоглощаемости корректируют дозу хлора и время контакта.

При наличии в хлорируемой воде аммонийного азота или азотсодержащих органических соединений (аминокислот) свободный хлор вступает с ними во взаимодействие, образуя хлорамины и другие

7

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 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.

2.1.2.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

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».

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.

8

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.

Таблица 1

Эффективность обеззараживания хлором патогенных бактерий, вирусов и простейших в лабораторных условиях