28 Хлорирование воды, химические процессы, протекающие при хлорировании. Реагенты, используемые для хлорирования. Электролизные установки для обеззараживания воды хлором

Для хлорирования воды на водопроводных очистных станциях используется жидкий хлор и хлорная известь (для станций малой производительности).

Хлорирование воды жидким хлором. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты

С12 + Н2О = НОС1 + НС1.

Получающиеся в результате диссоциации хлорноватистой кислоты гипохлоритные ионы ОС1~ обладают наряду с недиссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты бактерицидным свойством.

Сумму С12+НОС1+ОС1- называют свободным активным хлором.

При наличии в воде аммонийных соединений или при специальном введении в воду аммиака (аммонизация воды) образуются монохлорамины NH2CI и дихлорамины NHCb, также оказывающие бактерицидное действие, несколько меньшее, чем свободный хлор, но более продолжительное. Хлор в виде хлораминов в отличие от свободного называется с в я з а н н ы м    активным    хлором.

Количество активного хлора, необходимого для обеззараживания воды, должно определяться не по количеству болезнетворных бактерий, а по всему количеству органических веществ и микроорганизмов (а также и неорганических веществ, способных к окислению), которые могут находиться в хлорируемой воде.

Правильное назначение дозы хлора является исключительно важным. Недостаточная доза хлора может привести к тому, что он не окажет необходимого бактерицидного действия; излишняя доза хлора ухудшает вкусовые качества воды. Поэтому доза хлора должна быть установлена в зависимости от индивидуальных свойств очищаемой воды на основании опытов с этой водой.

Расчетная доза хлора при проектировании обеззараживающей установки должна быть принята исходя из необходимости очистки воды в период ее максимального загрязнения (например, в период паводков).

Показателем достаточности принятой дозы хлора служит наличие в воде так называемого остаточного хлора (остающегося в воде от введенной дозы после окисления находящихся в воде веществ). Согласно требованиям ГОСТ 2874—73, концентрация    остаточного хлора в воде перед поступлением   ее в сеть   должна   находиться   в   пределах 0,3— 0,5 мг/л.

За расчетную следует принимать ту дозу хлора, которая обеспечивает указанное количество остаточного хлора. Расчетная доза назначается в результате пробного хлорирования.

Для осветленной речной воды доза хлора обычно колеблется в пределах 1,5—3 мг/л; при хлорировании подземных вод доза хлора чаще всего не превышает 1—1,5 мг/л; в отдельных случаях может потребоваться увеличение дозы хлора из-за наличия в воде закисного железа.

При повышенном содержании в воде гуминовых веществ требуемая доза хлора возрастает.

При введении хлора в обрабатываемую воду должны быть обеспечены хорошее смешивание его с водой и достаточная продолжительность (не менее 30 мин) его контакта с водой до подачи ее потребителю. Хлорирование уже осветленной воды обычно производят перед поступлением ее в резервуар чистой воды, где и обеспечивается необходимое для их контакта время.

Вместо хлорирования воды после отстойников и фильтров в практике водоочистки иногда применяют хлорирование ее перед поступлением на отстойники (предварительное хлорирование) —до смесителя, а иногда перед подачей на фильтр.

Предварительное хлорирование способствует коагуляции, окисляя органические вещества, которые тормозят этот процесс, и, следовательно, позволяет уменьшить дозу коагулянта, а также обеспечивает хорошее санитарное состояние самих очистных сооружений. Предварительное хлорирование требует повышения доз хлора, так как значительная часть его идет на окисление органических веществ, содержащихся в еще неосветленной воде.

Вводя хлор до и после очистных сооружений, можно снизить общий расход хлора по сравнению с расходом его при предварительном хлорировании, сохранив преимущества, даваемые последним. Такой метод носит название двойного хлорирования.

Хлор поступает на станции в металлических баллонах в сжиженном состоянии под давлением 6—8 кгс/см2. Стандартные баллоны содержат 25—40 (малые) и 100 (большие) кг жидкого хлора1.

Из баллонов хлор подается в воду через специальные при-боры — хлораторы (газодозаторы), в которых осуществляется его дозирование и смешивание с некоторым количеством воды. Получаемая «хлорная вода» поступает в обрабатываемую воду.

Существуют различные системы хлораторов: одни из них рассчитаны на непрерывную подачу определенных количеств газа в единицу времени (хлораторы непрерывного действия), другие — на отмеривание определенных порций газа (порционные). Существуют также хлораторы, автоматически меняющие количество подаваемого хлора при изменении расхода обрабатываемой воды.

Кроме того, различают хлораторы напорные и вакуумные. Недостатком напорных хлораторов является возможность утечки из них хлора. Ввиду ядовитости хлора утечка его представляет опасность для обслуживающего персонала. Эта опасность устранена в вакуумных хлораторах. В них газ находится под давлением ниже атмосферного, что исключает возможность его утечки в помещение. В силу этого вакуумные хлораторы рекомендуются для преимущественного использования в установках для обеззараживания воды.

Хлор прежде всего поступает в промежуточный баллон, в котором он переходит из жидкого в газообразное состояние и где отделяются загрязняющие хлор примеси. Из промежуточного баллона хлор поступает в хлоратор. Для дополнительного контроля за расходом хлора баллон с ним устанавливается на весах.

На V.54 показано устройство вакуумного хлоратора ВНИИГС. В состав его входят: промежуточный баллон с хлором 1; фильтр 2; редукционный клапан 3, который понижает давление в трубке, подающей хлор; манометры 4\ измерительная шайба 5; показатель дозы хлора 6; смеситель 7; эжектор 8, создающий разрежение в хлораторе.

Так как из одного баллона (при комнатной температуре) может ^ыть получено лишь около 0,5—0,7 кг хлора в 1 ч, то при большом общем расходе хлора может возникнуть необходимость одновременного использования значительного числа баллонов. Во избежание этого принимают меры по увеличению съема хлора с баллонов, обогревая их нагретым воздухом или водой. Этим путем можно увеличить съем хлора с одного баллона до 10 кг в 1 ч.

Однако на крупных водоочистных станциях этих мероприятий оказывается все же недостаточно и наиболее целесообразно применять для хлора большеемкую тару.

Наряду с приведенным типом хлоратора в нашей практике получили применение вакуумные хлораторы системы проф. Л. А. Кульского, выпускаемые промышленностью. Эти хлораторы изготовляются различной производительности — от 0,04 до 25 кг хлора в 1 ч.

При проектировании и эксплуатации хлораторных установок надо учитывать требования, направленные на предохранение обслуживающего персонала очистной станции от вредного действия хлора. Помещение хлораторной должно быть расположено в первом этаже и либо примыкать к зданию фильтровальной или насосной станции, либо находиться в отдельном здании (на весьма больших установках). В помещении хлораторной, примыкающем к зданию фильтровальной станции, должно быть две двери: одна — ведущая в помещение станции, другая — ведущая наружу. Двери должны герметически закрываться. Помещение хлораторной должно иметь хотя бы одно окно. Необходимо предусмотреть систему искусственной вытяжной вентиляции.

Если в сутки расходуется более трех баллонов жидкого хлора, то при,хлораторной или вблизи нее на территории станции устраивают дежурный склад баллонов, рассчитанный на хранение трехсуточного запаса хлора. Должна быть обеспечена возможность подогревания баллонов на складе перед доставкой их в хлораторную. Хлорирование воды хлорной известью. Использование хлорной извести, активным компонентом которой является гипохлорит кальция Са(ОС1)г, может быть допущено лишь на станциях малой (до 3 тыс. м3/сутки) производительности.

Техническая хлорная известь содержит   25—30%    активного хлора.

В результате введения в воду хлорной извести, как и при введении в нее хлора, получаются хлорноватистая кислота НОС1 и гипохлорит-ные ионы ОС1~. Для приготовления раствора хлорной извести применяют установку, аналогичную установке, в которой производится приготовление раствора коагулянта. В состав ее входят баки, куда засыпают хлорную известь и добавляют воду. Известковое молоко поступает в рабочие баки, где приготовляется раствор концентрацией до 1—2%. При приготовлении раствора он перемешивается механическими мешалками. Из рабочих баков хлорная вода через дозировочные устройства вводится в дезинфицируемую воду..

Технология хлорирования

Хлорирование поверхностной воды осуществляют в традиционной реагентной двухступеиной 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 - 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 HOCI при величине рН<6,0 и гипохлорит-иона OCI- при рН = 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 (вместимость 48-56 т хлора) в стальные тенки (сосуды-хранилища) емкостью до 35-45 м³;

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 трубопроводам поступает в испарители, откуда хлор-газ по наземным (преимущественно) или подзем­ным стальным 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 на очистных сооружениях.

Для дозирования в воду хлора также используют хлораторы, главным образом ваку­умного типа. Процесс дозирования хлора осуществляют автоматическими системами Хлорирование воды из подземных водоисточников производят оптимальной дозой жид­кого хлора или хлоропродуктов перед подачей воды в водораспределительную сеть.

Основной запас хлора хранят вне территории станции на расходном складе, рассчи­танном на одномесячную потребность.