Дезинфекциф питьевой воды: анализ и перспективы icon

Дезинфекциф питьевой воды: анализ и перспективы


Смотрите также:
Урок. Тема. Вода. Качество питьевой воды. Очистка воды...
Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения...
«Изучение системы водоснабжения и качества питьевой воды в поселке Новосергиевка и...
О создании Автоматизированной информационной системы «Государственный регистр бутилированных...
Определение оптимальной экспозиции питьевой воды на красном свету методом биотестирования...
«Перспективы развития водопроводно-канализационного хозяйства рф»...
Новая концепция транспортировки и очистки воды в централизованных системах водоснабжения города...
Технология бессточного производства питьевой воды...
«Свойства воды. Экологическое состояние источников питьевой воды села Вознесенка.»...
А. Законы, устанавливающие качество воды для использования в различных целях...
Качество питьевой воды: нормативно-правовой, социально-экономический...
«Качество воды, которую мы пьем»...



Загрузка...
скачать
ДЕЗИНФЕКЦИФ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ: АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Бахир В.М.

НПО «ЭКРАН», Москва, Россия


В большинстве развитых стран мира дезинфекция питьевой воды осуществляется хлорированием, поскольку другие методы, включая озонирование и ультрафиолетовое облучение, не обеспечивают пролонгированного обеззараживающего последействия.

Одним из недостатков хлорирования воды является образование побочных продуктов – галогенсодержащих соединений (ГСС), большую часть которых составляют тригалометаны (ТГМ): хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Образование тригалометанов обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами природного происхождения.

Наиболее рациональным методом уменьшения побочных продуктов хлорирования является снижение концентрации органических веществ – предшественников тригалометанов на стадиях очистки воды до хлорирования.

Другим недостатком хлорирования являются опасности, связанные с хранением и применением жидкого хлора.

Использование гипохлорита натрия вместо молекулярного (жидкого) хлора для дезинфекции воды часто называют «уходом от хлора», «переходом на новую технологию, свободную от недостатков хлорирования», сознательно скрывая или просто не представляя очевидных недостатков гипохлорита натрия в сравнении с молекулярным хлором.

На самом деле существуют три серьезных различия между технологией обеззараживания воды хлором и раствором гипохлорита натрия.

Первое состоит в том, что при равных дозах активного хлора, внесенного в определенный объем воды, ее электропроводность, а, следовательно, и коррозионная активность в случае применения гипохлорита гораздо выше, чем при использовании хлора. Это объясняется тем, что в воду вместе с раствором гипохлорита натрия вводится почти такое же количество хлорида натрия, который неизбежно присутствует в растворе, а также стабилизатора гипохлорита - каустической соды. В лабораторных условиях очень легко проверить это утверждение. Достаточно ввести малый объем хлорной воды, рН которой менее 3, в большой объем воды, чтобы ее рН после перемешивания оставался неизменным и равнялся 7, а также одновременно ввести малый объем раствора гипохлорита натрия, рН которого более 12, с таким же содержанием активного хлора, как в объеме хлорной воды, в другой, равный первому большой объем воды, в котором после перемешивания с раствором гипохлорита также не должен измениться рН. Затем следует измерить электропроводность в обеих емкостях с водой, а в заключение опустить в эти объемы воды образцы металлов для сравнительного исследования коррозионной активности. Результаты наглядно объяснят причину учащающихся разрушений городских сооружений водопровода при переходе с хлора на гипохлорит.

Второе отличие и второй недостаток гипохлоритной технологии легко иллюстрируется экспериментами на тех же емкостях с водой. С их помощью несложно убедиться, что обеззараживающая активность воды, которая косвенно связана с ее окислительной способностью, выше в воде, обеззараженной хлором. Казалось бы, что хорошо и детально изученное соотношение концентрации соединений хлора в воде (рис. 1) гарантирует равенство результатов при равном рН исследуемых больших объемов воды. Однако, это соотношение справедливо только для условий равновесия, а в процессе перемешивания хлорной ли воды, раствора ли гипохлорита с большими объемами воды, т.е. в условиях, далеких от равновесия, действует принцип Ле-Шателье, и поэтому в каждом микрообъеме смешивающихся жидкостей обязательно протекают процессы, которые тормозят превращения веществ, связанные с изменением рН растворов дезинфектантов при их разбавлении большим количеством воды. Следовательно, по окончании процесса разбавления дезинфектантов в объеме воды с добавкой хлорной воды будет гораздо больше высокобактерицидной хлорноватистой кислоты, чем в воде с раствором гипохлорита натрия, где будут доминировать микробиологически малоактивные гипохлорит-ионы. Это утверждение легко проверить микробиологически, а также химически путем ввода в пробы воды индикатора метиленового синего с последующим колориметрированием и сравнением результатов.





Рис.1. Соотношение содержания форм соединений хлора в воде от значения рН


Третье отличие и третий недостаток гипохлоритной технологии лежит на поверхности. Известно, что процесс образования тригалометанов растянут во времени до нескольких десятков часов, а их количество при прочих равных условиях тем больше, чем выше рН воды. Известно также [1], что применение гипохлорита натрия или кальция для дезинфекции воды вместо молекулярного хлора не снижает, а значительно увеличивает вероятность образования тригалометанов. Это обусловлено тем, что малоактивные гипохлорит-ионы не в состоянии быстро окислить наиболее реакционноспособные части молекул гумусовых веществ и потому реагируют с ними с образованием тригалометанов. В то же время, диоксид хлора, озон, которые обладают высоким окислительным потенциалом и высокой окислительной активностью за счет способности выделять свободный кислород, способны быстро окислить реакционные группы органических примесей в воде и предотвратить таким образом их дальнейшие химические превращения в ГСС.

Уменьшение концентрации побочных продуктов хлорирования точно так же, как и побочных продуктов озонирования, представляющих гораздо большую опасность, чем побочные продукты хлорирования, является одной из основных причин серьезного научного поиска новых технологий и средств обеззараживания питьевой воды в настоящее время. Следует отметить, что проекты использования только озона или только ультрафиолета на станциях водоподготовки для обеззараживания питьевой воды весьма далеки от науки, а их авторы и промоторы либо некомпетентны, либо просто заинтересованы в поставках соответствующего оборудования.

Сравнение достоинств и недостатков различных методов обеззараживания воды, приведенное в [2] позволяет увидеть, что среди известных методов наиболее положительными качествами обладает технология обеззараживания воды раствором оксидантов, полученным в установке АКВАХЛОР.

В установках типа АКВАХЛОР впервые решены вопросы рационального сочетания положительных свойств известных оксидантов – хлора, диоксида хлора и озона - и устранены отрицательные моменты, присущие каждому из названных реагентов в отдельности, т.е. исключено образование побочных продуктов хлорирования и озонирования. Установки АКВАХЛОР являются альтернативным и безопасным в эксплуатации источником хлора и могут использоваться в качестве замены баллонов и контейнеров с жидким хлором на станциях очистки воды хозяйственно-питьевого водоснабжения любой производительности, на сооружениях очистки бытовых и промышленных сточных вод, в системах очистки воды плавательных бассейнов.

Что представляет собой установка АКВАХЛОР? Установка АКВАХЛОР – это компактный модульный хлоркаустиковый мини-завод, который по всем удельным технико-экономическим параметрам превосходит большие хлор-каустиковые комбинаты. Установка АКВАХЛОР безопасна для людей и окружающей среды, поскольку весь вырабатываемый в ней газообразный хлор с небольшим количеством диоксида хлора, озона и гидропероксидных радикалов (газообразная смесь оксидантов) поступает в эжекторный смеситель встроенного в установку хлоратора и немедленно растворяется в протекающей воде, которая таким образом превращается в раствор оксидантов такой же концентрации по растворенному хлору, как и хлорная вода, образующаяся в типовых хлораторах при растворении молекулярного хлора в воде. Далее этот раствор оксидантов смешивается с основным потоком обрабатываемой воды по существующим технологическим схемам хлорирования, с использованием тех же гидравлических линий, в соотношении, позволяющем получить в обеззараженной воде концентрацию оксидантов, соответствующую требованиям действующих санитарных норм и правил. Исследования, выполненные в последние годы рядом авторитетных научных организаций России, Украины, Германии, США показали, что в отличие от обычной хлорной воды раствор оксидантов, произведенный установкой АКВАХЛОР, является более сильным дезинфицирующим агентом (уничтожает вирусы, споры, биопленки), а также обладает способностью предотвращать образование побочных продуктов хлорирования. Это обусловлено тем, что в растворе находится смесь оксидантов (хлор, хлорноватистая кислота, диоксид хлора, озон, гидропероксидные соединения), а не одно какое-либо моновещество, как в известных традиционных химических технологиях обеззараживания. Смесь свежеполученных разнородных оксидантов в растворе обладает синергизмом действия в процессах окислительной деструкции органических соединений. Очень похожие процесссы одновременного образования разнородной смеси оксидантов имеют место во всех живых теплокровных организмах в процессе фагоцитоза, когда под влиянием электрического поля, создаваемого в структуре фагоцита, происходит электрохимический синтез хлорноватистой кислоты, перекиси водорода, озона, синглетного кислорода из плазмы крови (раствор хлорида натрия с небольшим количеством органических и неорганических веществ) в микроскопически малом объеме, сравнимом с размерами чужеродного объекта (микроорганизм, фрагменты клетки и др.). Именно схожесть процессов обеспечивает безвредность смеси оксидантов для организма человека и животных и отсутствие способности микроорганизмов к адаптации по отношению к метастабильной смеси оксидантов. Уникальные свойства раствора оксидантов, полученного в установках АКВАХЛОР делают его незаменимым при обеззараживании питьевой воды, сточных вод и воды плавательных бассейнов.

В чем отличие электрохимической технологии, используемой в установках АКВАХЛОР, от известных? Известны три технологических процесса получения хлора: электролиз ртутный, диафрагменный и мембранный. Известна также технология получения гипохлорита в бездиафрагменном электролизере. Первые три технологических процесса используются в промышленности для получения хлора и гидроксида натрия (каустической соды) в больших количествах (десятки и сотни тысяч тонн в год). В качестве исходного сырья для этих процессов используют очень хорошо очищенный от ионов тяжелых металлов и органических соединений раствор хлорида натрия концентрацией около 300 г/л. Для получения одного килограмма хлора указанными тремя способами расходуется от 2,5 до 4,3 кВтч электроэнергии и около 1,8 кг хлорида натрия по сухому веществу в виде насыщенного водного раствора. Коэффициент конверсии соли в этих процессах благодаря многократному упариванию, вымораживанию, регенерации и очистке циркулирующих растворов находится в пределах от 95 до 99 %.





Рис. 2. Принципиальная схема технологического процесса работы установки АКВАХЛОР-500 производительностью 500 граммов оксидантов (в эквиваленте хлора) в час


Гипохлоритные установки бездиафрагменного электролиза являются значительно менее эффективными, поскольку в процессе их работы происходит непрерывная нейтрализация анодных и катодных высокоактивных продуктов электролиза, а накапливающийся в растворе целевой продукт (гипохлорит натрия) превращается за счет анодного окисления в хлорат. Типичными показателями работы гипохлоритных установок при получении одного килограмма гипохлорита натрия являются следующие: затраты электроэнергии – в пределах от 5 до 15 кВтч, затраты соли – от 4 до 15 кг.

В установках АКВАХЛОР реализован принципиально новый технологический процесс – ионселективный электролиз с диафрагмой (рис. 2), обеспечивающий полное разделение исходного солевого раствора с концентрацией от 180 до 250 г/л в модульных реакторах ПЭМ-7 за один цикл обработки (без возврата на регенерацию анолита, без вымораживания соли из католита и без возврата соли в процесс, без добавки кислоты в анодный контур, без высококачественной очистки солевого раствора и т.д.) на влажную смесь газообразных оксидантов (хлор, диоксид хлора, озон) и раствор гидроксида натрия концентрацией 150 – 170 г/л при степени конверсии соли от 98 до 99,5 % и затратах электроэнергии в пределах 2 – 3 кВтч на килограмм газообразной смеси оксидантов. Эти показатели являются весьма близкими к теоретически возможным, поэтому установки АКВАХЛОР не имеют конкурентов среди известных электрохимических систем и технологий.

В электрохимическом реакторе установок АКВАХЛОР основной является реакция выделения молекулярного хлора в анодной камере и образования гидроксида натрия в катодной камере:

NaCl + H2O – e  NaOH + 0,5 H2 + 0,5 Cl2

Одновременно, с меньшим выходом по току протекают реакции синтеза диоксида хлора непосредственно из солевого раствора, а также из соляной кислоты, которая образуется при растворении молекулярного хлора в прианодной среде (Cl2  H2O  HClO  HCl):

2NaCl + 6H2O – 10e  2ClO2 + 2NaOH + 5 H2; HCl  2H2O  5e  ClO2  5 H.

Кроме того, в анодной камере происходит образование озона за счет прямого разложения воды и за счет окисления выделяющегося кислорода:

3H2O  6e  O3  6H; 2H2O  4e  4H  O2;  O2 + Н2О  2e  O3  2 Н.

С малым выходом по току протекают реакции образования соединений активного кислорода:

H2O  2e  2H  O; Н2О  е  HO  Н ; 2H2O  3e  HO2  3H.

Почему установки АКВАХЛОР лучше, чем жидкий хлор и лучше, чем гипохлоритные установки? Установки АКВАХЛОР позволяют на месте потребления получить из раствора хлорида натрия два продукта - хлор и каустическую соду в необходимом количестве в любое время. Поскольку свежеполученный хлор содержит небольшое количество других оксидантов (диоксид хлора, озон), то побочные продукты хлорирования в воде, такие, например, как хлороформ, не образуются. Также раствор оксидантов, в отличие от традиционной хлорной воды, эффективно удаляет биопленки с внутренней поверхности водоводов, что исключает необходимость аммонизации, уменьшает скорость коррозии водоводов (известно, что скорость биокоррозии в несколько раз выше скорости химической коррозии), придает воде отличные органолептические свойства. Установка АКВАХЛОР – это малогабаритный генератор хлора и раствора каустической соды, соединенный с хлоратором. Поэтому размещать установки АКВАХЛОР можно без выполнения проектно-монтажных работ в существующих помещениях хлораторных, используя имеющиеся гидравлические и электрические сети. Таким образом, применение установок АКВАХЛОР позволяет отказаться от жидкого хлора, сократить количество операторов в хлораторной, достигнуть полной безопасности процесса обеззараживания воды, повысить эффективность обеззараживания воды, уменьшить до минимума потребление соли и электроэнергии, получить два продукта вместо одного (дополнительно к раствору оксидантов - раствор каустической соды который можно эффективно использовать в процессах коагуляции на начальной стадии подготовки воды, или реализовывать различным потребителям, например, для очистки емкостей от остатков нефтепродуктов), исключить необходимость наличия зоны отчуждения вокруг хлораторной и склада хлора. Использование установок АКВАХЛОР не регулируется правилами безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора (ПБ-09-594-03), правилами безопасности при производстве водорода методом электролиза воды (ПБ-03-598-03), общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ-09-540-03), а также строительными нормами и правилами СНиП 2.04.02-84 (Водоснабжение. Наружные сети и сооружения). В отличие от гипохлоритных установки АКВАХЛОР не нуждаются в использовании накопительных емкостей и системы дозировочных насосов, с помощью которых раствор гипохлорита вводят в обрабатываемую воду.

Установки АКВАХЛОР производятся в виде модулей производительностью по оксидантам 30, 50, 100 и 500 г/ч.

Установка А-500 представляет собой стойку с размерами основания 40 на 50 см и высотой около 180 см. Это полностью автономный модуль, в состав которого входит электрохимический реактор, гидравлическая система, мембранный насос для дозированной подачи солевого раствора в процессе работы, а также 10 %-ного раствора соляной кислоты во время промывки реактора, эжекторный смеситель для растворения смеси газообразных оксидантов в потоке воды, протекающей через





Рис. 3. Схема объединения модулей А-500 в единую систему


установку с расходом 400 – 500 литров в час, источник тока, блок контроля и автоматики, отключающий установку при возникновении внештатных ситуаций (прекращение подачи воды, отсутствии солевого раствора). Необходимая площадь помещения для работы одной установки А-500 должна быть не менее 3 м (с учетом пространства для технического обслуживания), для размещения двух установок – не менее 4 м, для размещения шести и бо­лее установок площадь помещения исчисляется из расчета 1 м на одну установку А-500.

Например, для размещения 16 установок А-500 общей производительностью 8 кг хлора в час требуется проветриваемое помещение площадью не менее 16 м, для размещения оборудования системы приготовления солевого раствора – 14 м, склада соли – 12 м.

Расположение установок АКВАХЛОР в помещении диктуется удобством подключения каждой установки к напорной линии подачи воды (от 2 до 6 кгс/см2), использующейся для получения раствора оксидантов (из расчета 400 – 500 литров на один модуль А-500), отвода от установки потока раствора оксидантов по гибкому ПВХ шлангу или жесткой ПВХ трубе с внутренним диаметром 15 – 18 мм, подвода к каждой установке линии подачи солевого раствора (ПВХ трубопровод с внутренним диаметром 10 – 15 мм) и отвода от каждой установки католита (раствора каустической соды концентрацией 150 – 170 г/л в количестве от 4 до 5 литров в час от каждой установки) по ПВХ трубопроводу с внутренним диаметром не менее 5 мм. Если в одном помещении размещены несколько установок, то линии подвода воды и солевого раствора, отвода раствора оксидантов и католита могут быть выполнены в виде коллекторов из ПВХ трубопроводов соответствующего внутреннего диаметра, проложенных под рядом или рядами установок по полу помещения в просвете шириной около 40 см и высотой около 15 см.

Таким же образом определяются рациональные (наиболее короткие) маршруты прокладки трубопроводов (коллекторов) для сбора водорода из установок АКВАХЛОР и вывода этого коллектора (коллекторов) за пределы помещения. Трубопроводы (коллекторы) для сбора и отвода водорода должны быть расположены над установками АКВАХЛОР в верхней части помещения. Они крепятся к потолку или стенам хомутами или кронштейнами. Оборудование для приготовления солевого раствора может быть размещено либо в том же, либо в соседнем помещении, либо в подвале, либо на вышележащем этаже. Готовый к использованию солевой раствор рекомендуется перекачивать или переливать в рабочую расходную емкость, дно которой находится на 30 – 50 сантиметров выше приемных патрубков насосов-дозаторов на установках АКВАХЛОР так, чтобы обеспечивать их работу «под заливом». На такой же высоте следует размещать емкость для периодической подачи пятипроцентного раствора соляной кислоты в мембранные насосы установок АКВАХЛОР во время удаления катодных отложений.


Рис. 4. Вариант схемы использования установок АКВАХЛОР в типовой схеме водоподготовки вместо газообразного хлора.


Практика применения установок АКВАХЛОР. В течение последних двух лет было смонтировано на различных объектах около 200 установок АКВАХЛОР. На водоочистных сооружениях подготовки питьевой воды из поверхностных водоисточников установки АКВАХЛОР-500 работают в нескольких городах Саратовской области: Вольск (16 установок), Энгельс (18 установок), Балаково (12 установок), городе Невынномысск Ставропольского края – 9 установок, городе Усть-Илимск Иркутской области – 8 установок. На сооружениях очистки бытовых сточных вод успешно эксплуатируется установка АКВАХЛОР-500 в г. Красноармейск Московской области, обеспечивая обеззараживание 25 000 куб. метров сточных вод, в г. Гаврилов Ям Ярославской области 8 установок АКВАХЛОР-500 обеспечивают обеззараживание сточных вод нефтеперерабатывающего завода. В городах Новосибирск, Оренбург, Лондон успешно работают установки АКВАХЛОР-100 в системе обеззараживания воды больших плавательных бассейнов (более 2000 куб. метров).

Таким образом, раствор оксидантов, вырабатываемый установками АКВАХЛОР, является универсальным дезинфицирующим агентом, что подтверждается нижеприведенными фрагментами отзыва о работе установок АКВАХЛОР-500 в г. Энгельсе.

«С 2005г. на нашем предприятии производится перевод обеззараживания воды с жидкого хлора на оксидант, вырабатываемый установками АКВАХЛОР-500. В августе 2005 г. были смонтированы четыре установки, в ноябре 2005 г. их количество доведено до восьми штук, и в 2006 г. смонтированы еще 8 установок.

По результатам эксплуатации можно сделать следующие выводы:

1. Установки отличаются высокой надежностью и хорошими эксплуатационными характеристиками. Значение технических показателей за все время эксплуатации близко к паспортным и, в основном, зависит от химического состава исходных продуктов. Ремонтов, заслуживающих внимания, за все время эксплуатации не было.

Оксидант, получаемый из установок, используется для первичного обеззараживания части исходной волжской воды (поверхностный водозабор). Полученные предварительные результаты показывают повышенную активность смеси оксидантов по сравнению с жидким хлором.

В январе 2007 г. две установки были установлены на промежуточной насосной станции, обеспечивающей водоснабжение одного из районов города с населением 23000 человек и имеющего крупные производственные предприятия. Протяженность водопроводной сети до насосной станции от водозабора превышает 20 км, и обеспечить соблюдение качества воды в соответствии с требованиями СанПиН, учитывая изношенность водопроводной системы, не всегда представлялось возможным. Так, следы остаточного хлора наблюдались только в холодное время года, в результате чего в конечных и, особенно, в тупиковых точках водопроводной сети регистрировались отклонения от требований СанПиН. Конструкция установок «Аквахлор» позволила отрегулировать подачу оксидантов на уровне 0,23-0,25 мг/л для всего объема воды, и остаточный хлор регистрируется во всех точках водопроводной сети практически в тех же концентрациях, что указывает на более продолжительное время жизни оксиданта по сравнению с жидким хлором».


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Chemistry of Water Treatment. 2nd edition Samuel D. Faust, Osman M Aly. Lewis Publishers. Boca Roton, London, New Yourk, Washington, D.C. p.65.

2. В.М.Бахир. Дезинфекция воды: проблемы и решения. «Питьевая вода», №1, 2003, с. 13 – 20




Скачать 143,29 Kb.
оставить комментарий
Дата15.10.2011
Размер143,29 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх