РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ С ИCПОЛЬЗОВАНИЕМ ОКИСЛИТЕЛЕЙ ПРИРОДНЫХ,

СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ОСАДКОВ

Написал: Попов Н. И.

Преподаватель: Применко В. Н.

Дисциплина: Экология промышленного и

сельскохозяйственного производства

МОСКВА

1997

Способы обеззараживания воды, роль окислителей в водоподготовке

Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. До 98 % бактерий задерживается в процессе очистки воды. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды. При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, при использовании подземных вод только тогда, когда микробиологические свойства исходной воды этого требуют. Для профилактического обеззараживания и обработки воды в аварийных ситуациях сооружения обеззараживания необходимы на всех станциях подготовки хозяйственно-питьевых вод.

Для обеззараживания используют в основном два метода - обработку воды сильными окислителями и воздействие на воду ультрафиолетовыми лучами. Кроме названных можно необходимый эффект получить фильтрованием воды через ультрафильтры, обработкой ультразвуком, кипячением воды. Для очистки поверхностных вод почти исключительно применяют окислители - хлор, хлорсодержащие реагенты, озон; для обеззараживания подземных вод можно использовать бактерицидные установки; для обеззараживания небольших порций воды - перманганат калия, перекись водорода. Надежным средством уничтожения микробов является кипячение воды.

При подаче в воду окислителей большая часть ее израсходуется на окисление органических и некоторых минеральных веществ. В результате снижаются цветность воды, а также интенсивнось привкусов и запахов, эффективнее будет проходить процесс последующей коагуляции примесей.
Скорость процесса обеззараживания растет с повышением температуры воды н переходом реагента в недиссоциированную форму. Взвешенные вещества оказывают отрицательное воздействие, поскольку препятствуют контакту микробов с реагентом.

Если окислитель используется только для обеззараживания, то он подается в воду перед резервуаром чистой воды, где обеспечивается и необходимое время контакта; если цель обработки - окисление органических веществ, то реагент подается в воду перед очистными сооружениями. Хорошие результаты дает двухступенчатая обработка, когда часть реагента-окислителя - подается до, часть - после очистных сооружений.

Обеззараживание хлором.

Хлор - ядовитый газ зеленовато-желтого цвета с резким удушливым запахом, в 2,45 раза тяжелее воздуха. Растворимость хлора в воде увеличивается с понижением температуры и повышением давления; при атмосферном давлении и температуре 20° С растворимость С12 составляет 7,29 г/л. При низкой температуре и высоком давлении (-34,6° С при атмосферном давления или 0,575 МПа при 15° С) хлор сжижается. Для предотвращения испарения жидкий хлор хранится под давлением 0.6...0.8 МПа с баллонах или в бочках (контейнерах).

Заводы поставляют хлор в баллонах массой до 100 кг и в контейнерах массой до 3000 кг, а также в железнодорожных цистернах вместимостью 48 т.
При добавке в воду хлора происходит его гидролиз

Cl2 + H2O ( HClO + HCl

Часть хлорноватистой кислоты НСlO диссоциирует с образованием гипохлоритного иона OCl[pic]. При наличии в воде аммиака образуются моно- и дихлорамины:

HClO + NH3 ( NH2Cl + H2O

HClO + NH2Cl ( NHCl2 + H2O

Основными обеззараживающими веществами являются Сl2, НСlO, OCl[pic],
NH2С1 и NHCl2, их называют активным хлором. При этом Cl2, HClO и OCl[pic] образуют свободный хлор, хлорамин и дихлорамин - связанный хлор.
Бактерицидность хлора больше при малых значениях рН, поэтому воду хлорируют до ввода подщелачивающих реагентов.

Необходимая доза хлора определяется на основе экспериментально построенной кривой хлоропоглощаемости воды. Оптимальной считается доза, которая при заданном времени контакта обеспечит в воде требуемую концентрацию остаточного хлора - для хозяйственно-питьевых вод 0,3... 0,5 мг/л свободного хлора при времени контакта 30 мин или 0,8 ... 1,2 мг/л связанного хлора при времени контакта 60 мин.

При отсутствии данных технологических изысканий дозу хлора принимают для обеззараживания поверхностных вод 2... 3 мг/л, для подземных 0,7 ...
1,0 мг/л.

Хлорирование жидким хлором является наиболее широко применяемым методом обеззараживания воды на средних и крупных водоочистных станциях.

Ввиду малой растворимости жидкого хлора поступающий реагент предварительно испаряется. Затем хлор-газ растворяют в малом количестве воды, получаемую хлорную воду перемешивают с обрабатываемой водой.
Дозировка хлора происходит в фазе газообразного вещества, соответствующие газодозаторы называются хлораторами. На практике применяют как напорные, так и вакуумные хлораторы. СНиП 2.04.02-84 требует использования последних, так как при вакуумных хлораторах меньше опасность попадания хлор-газа в воздух помещений. Имеются хлораторы пропорционального и постоянного расхода, а также автоматические хлораторы, поддерживающие в воде заданную концентрацию остаточного хлора.

В России наиболее широко используют вакуумные хлораторы постоянного расхода ЛОНИИ-100 производительностью до 85 кг/ч С12.

Для испарения хлора баллон или контейнер устанавливают на весы и открывают вентиль. Объем хлор-газа из одного баллона при комнатной температуре составит 0,5... 0,7 кг/ч, с одного контейнера - 3 кг/ч на 1 м2 его поверхности. Съем хлора можно значительно увеличить подогревом баллонов теплой водой или воздухом. Поэтому на крупных станциях используют специальные испарители хлора в виде бокса, куда устанавливают баллон или контейнер и подается теплая вода или подогретый воздух.

Хлор-газ поступает в промежуточный баллон, где задерживаются капли воды и прочие примеси. Более полная очистка газа происходит в фильтре, который заполнен стекловатой, замоченной в серной кислоте. Редуктор обеспечивает постоянное давление в системе; измерительное устройство в виде диафрагмы и ротаметра обеспечивает контроль и регулировку количества подаваемого хлора.
Производительность хлоратора зависит от применяемого ротаметра: при РС-3 до
10 кг/ч, при РТ-5 до 20 кг/ч и при РС-7 до 85 кг/ч. Приготовление хлорной воды происходит в смесителе. Необходимый вакуум создается эжектором, при помощи которого хлорная вода подается в обрабатываемую воду. Включением в схему регулирования анализатора остаточного хлора можно автоматически поддерживать заданную концентрацию хлора в очищенной воде в условиях изменения свойств поступающей воды.

Хлорное хозяйство водоочистной станции располагается в отдельном здании, где сблокированы склад хлора, испарительная н хлораторная.

Расходный склад хлора отделен от остальных помещений глухой стеной без проемов. Склад может находиться и в самостоятельном здании. В таком случае там обычно располагают также испарительную, причем хлораторная находится в основном блоке водоочистных сооружений. Емкость расходного склада хлора не должна превышать 100 т. Жидкий хлор хранится на складе в баллонах или контейнерах, при суточном расходе хлора более 1 т - в танках вместимостью до 50 т с поставкой хлора в железнодорожных цистернах.

Склад размещают в наземном или полузаглубленном здании с двумя выходами с противоположных сторон здания. В помещении склада необходимо иметь емкость с нейтрализационным раствором сульфита натрия для быстрого погружения аварийных контейнеров или баллонов.

Если трубопровод хлор-газа расположен вне здания, на выходе из испарителя требуется установка вакуумного клапана, исключающего возможность конденсации газа при низкой температуре окружающего воздуха. Трубопроводы жидкого и газообразного хлора изготовляют из стальных бесшовных труб диаметром до 80 мм, рассчитанных на рабочее давление 1,6 МПа. Внутри помещения хлоропровод размещают по стенам или эстакадам на кронштейнах, вне здания - на эстакадах, предусматривая защиту трубопровода от солнечных лучей.

В хлораторных устанавливают дозаторы хлора с необходимой арматурой и трубопроводами. Хлораторные (хлордозаторные) могут находиться в основном корпусе станции либо в здании хлорного хозяйства. Помещение хлораторной должно быть отделено от других помещений глухой стеной без проемов и иметь два выхода, причем один из них через тамбур. Все двери должны открываться наружу, в помещении должна быть принудительная вытяжная вентиляция.

Трубопроводы хлорной воды выполняются из коррозионностойких материалов.
В помещении трубопровод устанавливают в каналах в валу или на кронштейнах, вне здания - в подземных каналах или футлярах из коррозионностойких труб.

Хлорирование воды порошкообразными хлорсодержащими реагентами и диоксидом хлора.

На малых станциях и водоочистных установках часто целесообразно отказаться от использования жидкого хлора и применять твердые, порошкообразные вещества - хлорную известь и гипохлорит кальция. Эти вещества менее опасны в обращении, процесс их подготовки и подачи значительно проще - практически аналогичен применению коагулянта.

Хлорную известь получают при обработке сухой, негашеной взвести хлором.
При контакте с воздухом и влагой хлорная известь постепенно разлагается

2СаС12О+СО2+Н2О ( СаСО3+СаС12+2НС1О поэтому реагент необходимо хранить в сухом, вентилируемом помещении в закрытой таре.

Гипохлорит кальция образуется при насыщении известкового молока хлором

2Са(ОН)2+2С12 ( Са(С1О)2+СаС12+2Н2О

Товарный продукт СаСl2O или Са(С1O)2 растворяют в растворном баке с механическим перемешиванием. Количество баков не менее двух. Затем раствор разбавляют в расходном баке до концентрации 0,5... 1( и подают в воду дозаторами растворов и суспензии.

Учитывая коррозионную активность раствора, баки следует изготовлять из дерева, пластмассы или железобетона, из коррозионностойких материалов
(полиэтилен или винипласт) должны быть также трубопроводы и арматура.

Диоксид хлора получают непосредственно на водоочистной станции хлорированием хлорита натрия NaС1O2:

2NaClO2 + С12( 2С1O2+2NаС1

Вместо хлора можно для получения ClO2 также использовать озон или сoляную кислоту

2NаС1O2 + O3 + Н2O ( 2С1O2 + 2NаОН+O2;

5NaС1O2+4НС1 ( 4С1O2 + 5NаС1+ 2Н2O,

СlO2 является ядовитым, взрывоопасным газом с интенсивным запахом, водный раствор его практически безопасен. По сравнению с Cl2 двуокись хлора имеет ряд преимуществ - более высокая бактерицидность в щелочной среде, более активно окисляет органические вещества, может разлагать фенолы, не придавая при этом воде хлорфенольного запаха, наличие в воде аммиака не снижает эффективности ClO2.

Хлорирование воды гипохлоритом натрия.

На водоочистных станциях, где суточный расход хлора не превышает 50 кг, где транспортировка, хранение и подготовка токсичного хлора связаны с трудностями, можно для хлорирования воды использовать гипохлорит натрия
NаСlO. Данный реагент получают на станция в процессе электролиза раствора поваренной соли. Электролизная установка состоит из бака концентрированного раствора соли (растворного бака), электролизной ванны (электролизера), бака- накопителя раствора гипохлорита, выпрямителя и блока управления.

Растворных баков должно быть не менее двух, их суммарный объем должен обеспечить бесперебойную работу установки в течение 24 ч. При мокром хранении соли объем растворных баков принимается из расчета 1,5 м3 на 1 т соли. Допускается хранение соли на складе в сухом виде, причем толщина слоя соли не должна превышать 2 м.

В растворном баке изготовляется раствор, близкий к насыщенному
-200...310 г/л. Для перемешивания применяют механические устройства н циркуляционные насосы.

Электролизеры могут быть проточного или непроточного типа. Наиболее широко используют последние. Они представляют собой ванну с установленным там пакетом пластинчатых электродов. Электроды, как правило графит, присоединяют в сеть постоянного тока.

В электролизной ванне происходит диссоциация соли, a также воды. При включении электролизера в сеть на аноде будет происходить окисление хлоридов 2Сl[pic] - 2e ( Cl2, затем их гидролиз Сl2 + Н2O ( НС1O+НC1. На катоде выделяется газ Н2, образуется едкий натр

В результате реакции NаОН с НСlO образуется гипохлорит.

В межэлектродном пространстве электролизера непроточного типа плотность электролита в результате его насыщения пузырьками газа будет меньше, чем в остальном объеме ванны, поэтому будет происходить циркуляция раствора - между электродами восходящее, в остальной ванне нисходящее течение электролита. Циркуляция продолжится до полного электролиза всего раствора поваренной соли. Затем электролизная ванна опорожняется и заполняется новой порцией раствора NaCl.

При работе электролизера необходимо свести к минимуму распад образованного NaClO. Для этого следует процесс электролиза проводить при низкой температуре и большой плотности тока на аноде, воздерживаясь от перемешивания электролита в ванне.

В СНГ серийно изготовляются электролизеры непроточного типа марки ЭВ.
На станции необходимо иметь не менее трех электролизеров, которые устанавливают в сухом отапливаемом помещении. В электролизной ванне должны быть трубопроводы для водяного охлаждения, над электролизером устанавливают зонт вытяжной вентиляции.

Концентрация рабочего раствора соли в электролизной ванне принимается
100...120 г/л, высотное расположение электролизера должно обеспечить поступление раствора NаСlO в бак-накопитель самотеком. Бак-накопитель размещают в вентилируемом помещения, дозировка раствора гипохлорита в воду происходит эжектором, насос-дозатором или другим устройством для подачи растворов и суспензий.

Хлорирование воды прямым электролизом.

Для электролитического изготовления бактерицидного хлора можно использовать хлоридные ионы, имеющиеся в самой природной воде. Метод называется прямым электролизом, разработана соответствующая установка
«Поток». Применение установки возможно при содержании в воде хлоридов не менее 20 мг/л н общей жесткости не более 7 мг-экв/л.

Установка «Поток» состоит из вертикального электролизера, который на фланцах присоединяется к трубопроводу обрабатываемой воды. Движение воды - снизу вверх. Кроме того имеется блок питания и замкнутая система кислоты, предназначенная для смыва с электродов карбонатной пленки. В систему входят бак и кислотостойкий насос. Размеры электролизера 940х815х1590 мм, давление в рабочей камере - не более 0,5 МПа, номинальная мощность 7,6 кВт-ч, производительность 15...150 м3/ч.

Основной проблемой является образование карбонатной пленки на поверхности электродов, что значительно снижает срок стабильной непрерывной работы установки. Для смыва пленки применяется 3%-ный раствор НС1.

Если жесткость обрабатываемой воды не более 3...4 мг-экв/л, рекомендуется направлять всю воду через электролизер; при жесткости 10...12 мг-экв/л - 10...12( воды, которая затем перемешивается с остальным потоком.

Перехлорирование и дехлорирование, с аммонизацией.

Хлорирование воды с повышенными дозами перед очистными сооружениями называют перехлорированием. Метод применяется в условиях, когда микробиологические свойства воды быстро и в больших пределах меняются, а также при высокой цветности природной воды, большом содержании в воде органических веществ и планктона. Перехлорирование используют в системах технического водоснабжения как средство против образования биологической пленки. Целесообразность применения перехлорирования в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения необходимо решить на основе технологических исследований и анализов. При этом надо особо принимать во внимание возможность образования хлорорганических соединений
(тригалогенметанов). Это результат хлорирования воды, содержащей много
.органических веществ. Тригалогенметаны (хлороформ и другие соединения) - канцерогенные вещества, содержание которых в питьевой воде во многих странах нормируется стандартом. В частности, Всемирная ассоциация здравоохранения рекомендует норму 30 мг/л. Для предотвращения образования хлорорганических веществ при подготовке хозяйственно-питьевых вод рекомендуется отказаться от введения хлора до очистных сооружений
(первичное хлорирование), заменить С12 на ClO2 или О3, использовать окислители в комбинации c сорбентами. Например, по схеме: О3 - активный уголь - вторичное хлорирование.

Для обеспечения требуемого содержания в воде остаточного хлора после перехлорировання, а также в других случаях необходимо воду дехлорировать. С этой целью применяют физические и химические способы.

При физических способах избыток активного хлора выделяется из воды сорбентами или аэрированием. Используют угольные фильтры с толщиной слоя угля 2,5 м при скорости фильтрования 20...25 м/ч. Аэрирование дает положительные результаты при рН