Хлорирование воды (стр. 1 из 2)

Для обеззараживания воды хлорированием на водоочистных комплексах используют хлорную известь, хлор и его производные, под действием которых бактерии, находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Хлор действует и на органические вещества, окисляя их.

Для качественного хлорирования необходимо хорошее перемешивание, а затем не менее, чем 30-минутный (при совместных хлорировании и аммонизации 60-минутный) контакт хлора с водой, прежде, чем вода поступит к потребителю. Контакт может происходить в резервуаре фильтрованной воды или в трубопроводе подачи воды потребителю, если последний имеет достаточную длину без водоразбора.

Дозу хлора устанавливают технологическим анализом из расчета, чтобы в 1 мл воды, поступающей к потребителю, осталось 0,3... 0,5 мг хлора, не вступившего в реакцию (остаточного хлора), который является показателем достаточности Принятой дозы хлора. При этом условии доза хлора при хлорировании фильтрированной воды составляет 2 ... 3 мг/л в зависимости от ее хлоропоглощаемости, а при хлорировании подземной воды — 0,7... 1 мг/л. При выключении на промывку или ремонт одного из резервуаров фильтрованной воды, когда не обеспечивается время контакта воды с хлором, доза хлора должна быть увеличена вдвое.

Хлорирование воды осуществляется жидким (газообразным) хлором. На малых водоочистных комплексах (до 3000 м3/сут) допускается применение хлорной извести. При плюсовых температурах и атмосферном давлении хлор представляет собой газ зеленовато-желтого цвета с удушливым запахом и плотностью, значительно большей, чем плотность воздуха (в 1,5... 2,5 раза в зависимости от температуры). При повышении давления (при плюсовых температурах) хлор переходит в жидкое состояние. В таком виде его перевозят и хранят в специальных стальных емкостях (при давлении 0,6...1,0 МПа).

Рис. 14.1. Баллон (а) и контейнер (б) для хлора.

1 — стальной корпус; 2 — кольцо горловины; 3 — колпак; 4 — запорный вентиль; 5 — сифонная трубка

В настоящее время заводы по производству хлора поставляют хлор в основном в баллонах двух типов: Е-24 (рис. 14.1, а) вместимостью до 25 ... 30 кг жидкого хлора и Е-54 с содержанием хлора до 100 кг и в бочках. На крупных водоочистных комплексах производительностью более 100 тыс. м3/сут хлор доставляют обычно в специальных железнодорожных цистернах вместимостью до 48 т жидкого хлора, а хранят его в бочках (рис. 14.1,6), которые в зависимости от размеров вмещают от 700 до 3000 кг жидкого хлора. Хлорное хозяйство должно обеспечивать прием, хранение, испарение жидкого хлора, дозирование газообразного хлора с получением хлорной воды.

Хлорное хозяйство располагают в отдельно размещаемых хлораторных, где сблокированы расходный склад хлора, испарительная и хлордозаторная. Расходный склад хлора можно размещать в отдельных зданиях или вплотную к хлораторной, отделяя его глухой стеной без проемов. Склад хлора в составе хлораторных можно не предусматривать, в этом случае в хлордозаторной разрешается хранение одного баллона жидкого хлора массой не более 70 кг. Хлордозаторные без испарителей, размещаемые в блоке с другими зданиями комплекса или вспомогательными помещениями хлорного хозяйства, отделяют от других помещений глухой стеной без проемов и оборудуют два выхода наружу, при этом один из них должен иметь тамбур. Трубопроводы передачи хлорной воды выполняют из поливинилхлорида, резины, полиэтилена высокой плотности и др.

Хлорирование воды является надежным средством, предотвращающим распространение эпидемий, так как большинство патогенных бактерий (бациллы брюшного тифа, туберкулеза и дизентерии, вибрионы холеры, вирусы полиомиелита и энцефалита) весьма нестойки по отношению к хлору. Спорообразующих бактерий хлор не уничтожает, что является одним из недостатков этого метода обеззараживания.

Гидролиз хлора происходит (рис. 14.2) в соответствии с Уравнением

С образованием хлорноватистой кислоты, которая диссоциирует на соляную кислоту и атомарный кислород (в нейтральной или щелочной среде), обладающий сильными окислительными свойствами. Ю. Ю. Лурье считает, что хлорноватистая кислота диссоциирует в зависимости от рН с образованием гипохлоритного иона (ОСl-), при этом окислительное воздействие на микроорганизмы оказывает как сама хлорноватистая кислота, так и главным образом гипохлоритный ион:

При применении вместо хлора хлорной извести имеет место реакция

2СаОС12 + 2Н2О → СаС12 + Сa (ОН)2 + 2НС10.

Дальнейшая диссоциация хлорноватистой кислоты происходит аналогично описанному выше.

Эффект подавления бактериальной жизни при хлорировании зависит от дозы введенного хлора и продолжительности контакта его с водой. Поэтому хлоропоглощаемость одной и той же воды, равная суммарному расходу хлора на окисление микроорганизмов, органических и неорганических примесей, — величина переменная, зависящая от дозы введенного хлора, продолжительности контакта, величины рН, температуры воды и др. (рис. 14.3). Очевидно, что доза вводимого хлора должна

Рис. 14.3. Зависимость хлоропоглощаемости от времени контакта хлора с водой: дозы хлора, мг/л: 1 — 0,5; 2 — 0,75; 3 — 2,0; 4 — 4,0; 5 — 20,0

Быть больше величины хлоропоглощаемости на величину остаточного хлора, присутствие которого является гарантией того, что окисление бактерий и органических веществ в воде практически завершено. Связь между дозой введенного в воду хлора и содержанием остаточного хлора может иметь прямолинейный характер или ярко выраженный излом (рис. 14.4). Непрямолинейный характер этой зависимости имеет место при наличии в хлорируемой воде аммиака. Первая точка перелома на кривой 2 соответствует образованию монохлорамина NH2Clс меньшим, чем у хлора окислительно-восстановительным потенциалом. Вторая — переломная точка кривой соответствует моменту окисления образовавшегося монохлорамина избыточным хлором.

Рис. 14.4. Зависимость остаточного хлора от дозы введенного в воду при отсутствии (1) и при наличии (2) в ней аммонийных солей

На практике в соответствии с качеством исходной воды применяют одно- или двухкратное хлорирование воды. При обработке высокоцветных вод, а также вод, богатых органическими веществами и бактериями, применяют двукратное хлорирование. При этом хлор в воду дозируется сначала перед камерами хлопьеобразования или осветлителями (предварительное хлорирование), а затем в фильтрованную воду, перед резервуаром чистой воды. Предварительное хлорирование необходимо для окисления органических защитных коллоидов, препятствующих процессу коагуляции, а также окисления гуминовых веществ, обусловливающих цветность воды, с целью экономии коагулянта, расходуемого на ее обесцвечивание. Доза хлора на предварительное хлорирование значительно выше той, которая вводится в фильтрованную воду, и может доходить до 5 мг/л.

В некоторых случаях может возникнуть необходимость хлорирования воды повышенными дозами хлора, т. е. применения так называемого перехлорирования, гарантирующего высокий эффект ее обеззараживания. После перехлорирования воды остаточная концентрация хлора в ней достаточно велика (1...7 мг/л), поэтому приходится прибегать к последующему ее дехлорированию. Для этого чаще всего применяют обработку воды сульфитом натрия, сернистым газом и фильтрование дехлорируемой воды через активированный уголь. Дехлорирование воды сульфитом натрия, считая 3,5 мг (в расчете на Na2S03-7H20) на 1 мг связываемого хлора, протекает по уравнению

Na2S03 + Н20 + С12 = Na2S04 + 2НС1.

Дехлорирование воды сернистым газом (в соотношении, примерно 1:1) происходит в соответствии с уравнением

S02 + 2H2O + С12 → H2S04 + 2НС1.

При длительном пребывании питьевой воды перед поступлением к потребителям в резервуарах и водоводах (более 1,5 ч) для продления бактерицидного действия хлора, а также для предотвращения хлорфенольных запахов в воду кроме него вводят также и аммиак. Введение аммиака, кроме того, сокращает расход хлора и в ряде случаев улучшает вкус воды. При взаимодействии хлорноватистой кислоты (образовавшейся при хлорировании воды) с аммиаком получаются монохлорамины:

HOCI+ NH3 → NH2CI + Н2О,

которые, гидролизуясь, образуют сильный окислитель — гипохлоритный ион:

NH2C1 + Н20 → NH4+ + ОСl-.

Гидролиз хлораминов протекает довольно медленно, поэтому в первое время окислительное действие хлораминов ниже, чем хлора, но длительность бактериального действия хлораминов значительно больше, в связи с чем и применяют аммонизацию воды перед длительным ее пребыванием в резервуарах, водоводах и сети. Соотношение доз хлора и аммиака зависит от качества исходной воды. Обычно оптимальной, обеспечивающей образование монохлораминов, является доза аммиака в пять-шесть раз меньше дозы хлора.

Аммиачное хозяйство организуют аналогично хлорному и располагают в отдельных помещениях. Аммиак хранят в расходном складе в баллонах или контейнерах. Ввод аммиака производят в фильтрат при наличии фенолов — за 2 ... 3 мин до ввода хлора.

Различают свободный хлор (молекулярный хлор, хлорноватистая кислота и гипохлорит-ионы) и связанный (хлор, в виде хлораминов). Свободный хлор в 20—25 раз более бактерициден, чем связанный. С увеличением рН воды уменьшается содержание связанного хлора.

На бактерицидный эффект хлорирования значительно влияет первоначальная доза хлора и продолжительность сохранения в обрабатываемой воде его некоторой остаточной концентрации. Минимальная продолжительность контакта 30 мин при остаточном содержании свободного хлора 0,3—0,5 мг/л. Из патогенных микроорганизмов наиболее чувствительны к хлору: холерный вибрион, бациллы брюшного тифа и дизентерии. Паратиф В и микрокок более резистентны, на споровые формы хлор почти не действует.