II Безреагентные

При наличии в воде аммонийных соединений образуются монохлорамины NH₂Cl и дихлорамины NHCl₂, которые оказывают бактерицидное действие несколько меньше, чем свободный хлор, но более продолжительное.

Хлор в виде хлораминов называют связанным активным хлором.

Правильное назначение дозы хлора является исключительно важным, так как при недостатке активного хлора - нет бактерицидного эффекта, а при его избытке ухудшаются вкусовые свойства воды вследствие появления хлорных, хлорфенольных привкусов и запахов.

Показателем достаточности принятой дозы хлора служит остаточный хлор – согласно нормативным документам С_хл.^ост = 0, 3-0, 5 мг/л

Расчётную дозу хлора обычно определяют пробным хлорированием при проведении технологического анализа воды.

Хлорирование осветлённой воды производят перед её поступлением в резервуар чистой воды (РЧВ), где обеспечивается хорошее смешение Cl и Н²О и необходимое время контакта ≈ 30 мин. Всё это относится к окончательному хлорированию (обеззараживанию) воды.

В ряде случаев применяют предварительное хлорирование. Предварительное хлорирование предназначено для:

1. уменьшения цветности и окисляемости воды, вследствие разрушения органических веществ в процессе хлорирования;

2. снижения дозы коагулянта за счет устранения тормозящего действия органических веществ, удаляемых на стадии предварительного хлорирования;

3. улучшения санитарного состояние очистных сооружений.

Хлорирование хлорной известью

В ряде случаев на станциях небольшой производительности для обеззараживания воды применяют хлорную известь. Хлорная известь приготавливается путём соединения газообразного хлора с гашёной известью. Обычно она содержит 25-30% активного вещества.

Формула хлорной извести: CaOCl_2.

В воде происходит диссоциация хлорной извести:

2CaOCl₂ = Ca(OCl)₂ + CaCl₂,

т.е хлорная известь распадается на гипохлорид Са и СаС12. Далее происходит взаимодействие с находящейся в воде СО₂ и Са(НСО₃)₂:

Са(ОС1)₂ + СО₂ + Н₂О = СаСО ₃ + 2НОС1

↓

Также есть вероятность прохождения такай реакции:

Са(ОС1)₂ + Са(НСО₃)₂ =2 СаСО ₃ + 2НОС1

↓

В обоих случаях получается НОС1 и далее хлорирование идёт по обычному механизму, рассмотренному ранее.

Ряд специалистов считают, что обеззараживание хлорной известью происходит согласно следующей реакции:

2СаОС1₂ + 2Н₂О ^→ _← СаС1₂ + Са(ОН)₂ + 2НС1О

И далее процесс хлорирования происходит уже по известному механизму.

Хлорирование с аммонизацией

Обеззараживание воды хлорированием с аммонизацией применяют в двухслучаях:

1. для снижения запаха воды;

2. для консервации остаточной концентрации хлора на более длительный период.

Если вода содержит фенолы, бензолы или другие органические соединения (которые могут попасть в источник водоснабжения при сбросе сточных вод), соединения, которых с хлором (хлоропроизводные) ухудшают органолептические свойства воды, то в этом случае аммонизацию проводят до вводахлора. Это связанно с тем, что при последующем введении С1 он болееэнергично взаимодействует с аммиаком, а не с фенолами или бензолом, что предотвращает появление неприятных хлорфенольных запахов.

При этом идут реакции:

NH₄OH + HOCl = NH₂C1 + 2H₂O

NH₄OH + 2HOCl = NHC1₂ + 3H₂O

Для снижения хлорных запахов аммиак вводят после хлорирования.

При осуществлении процесса хлорирования с аммонизацией соотношение доз аммиака и хлора устанавливается в лаборатории проведением процесса пробного хлорирования и аммонизации.

Контакт воды с хлором при проведении совместной обработке воды хлороа и аммонием должен быть не менее 1 часа.

Аммиак доставляется на станцию, также как и хлор, в баллонах.

Хлорирование с аммонизацией предотвращает зарастание труб железистыми бактериями, которые могут развиваться в трубах и должно проводиться при рН > 7 т.к. при меньших значениях рН образование хлораминов происходит медленно.

Электролитический способ получения NaOC1

В связи с тем, что не всегда представляется целесообразным использовать газообразный С1 – в ряде случаев его получают на месте его потребления электролитическим способом. При этом отпадают такие трудности при осуществлении хлорирования газообразным хлором, как:

1. сложность транспортирования, поскольку может быть значительная удалённость заводов - поставщиков хлора от очистных станций;

2. сложность хранения на складах отравляющего газа, каковым является Сl, и возникает опасность отравления людей в населённых пунктах, которые находятся вблизи.

Электролизная установка состоит из бака для растворения соли, и. собственно, электролизёра. Электролизёр представляет собой аппарат, выполненный из нержавеющей стали, с графитовым анодом и катодом. В баке готовится раствор NaС1 с концентрацией 280-300 г/л, и затем этот раствор перекачивается в электролизёр. В электролизёре его разбавляют водой до концентрации 100-120 г/л.

Под действием постоянного электрического тока в электролизёре идут следующие реакции:

на аноде:

2С1^{- →} _← С1₂↑ +2е,

на катоде:

2Н₂О + 2е ^→ _← 2ОН^- + Н₂↑

Выделяющийся хлор растворяется в электролите с образованием:

С1₂ +Н₂О ^→ _← НОС1 + НС1

И после нейтрализации этого раствора NaОН получается гипохлорит Na:

НОС1 + NaОН = NaОС1 + Н₂О

Насыщенный раствор NaОС1 сливают в бак накопитель и подают в обрабатываемую воду.

Следует учитывать, что при длительном хранении NaОС1 теряет свою активность.

Перехлорирование (П-е) и дехлорирование (Д-е)

При перехлорировании применяют дозу хлора 5-10 мг/л и более.

В каких случаях применяют П-е:

1. в аварийном случае, когда вода из источника водоснабжения подаётся в обход всей водоочистной станции в РЧВ;

2. когда качество воды в источнике подвержено резким и быстрым колебаниям – при этом если воду хлорировать обычным методом, то не достигается нужный эффект обеззараживания;

3. П-е также применяют как меру борьбы с высокой цветностью воды, запахами и привкусами.

При перехлорировании остаточные дозы хлора в обработанной воде велики. Поэтому необходимо осуществлять удаление избыточной части активного хлора, т.е. проводить дехлорирование воды.

Для этого в обработанную воду вводят вещества, способные связывать избыточный хлор:

Поскольку хлор является окислителем, то в качестве таких веществ применяют вещества - восстановители типа:

· гипосульфата Na или серноватистокислого натрия - Na₂S₂O₃;

· сульфита натрия - Na₂SO3;

· cернистого газа - SO₂.

При использовании гипосульфита Na происходит следующая реакция взаимодействия с хлором:

Na₂S₂O₃ + 4С1₂ + 5Н₂О = Na₂SO₄ + H₂SO₄ + 8HCl

Гипосульфит вводят в воду в виде 1-1, 5% раствора.

Недостаток данного метода: Na₂S₂O₃ может быть бактериально загрязнён, т.е. не исключена возможность повторного загрязнения воды болезнетворными бактериями.

Кроме Na₂S₂O₃ для Д-е воды может быть применён сернистый газ SO₂. Идёт следующая реакция:

SO₂ + 2H₂O + Cl₂ = H₂SO₄ + 2HCl

При этом SO₂ является химически чистым реагентом и здесь исключена возможность повторного загрязнения. Поскольку продуктами данной реакции является серная и соляная кислоты, то может иметь место уменьшение щелочности обрабатываемой воды и снижение рН. А удаление хлора происходит практически полностью из обрабатываемой воды.

И третий способ дехлорирования воды осуществляют за счет применения угольных фильтров.

В качестве загрузки в угольных фильтрах используют активированный уголь различных марок. Активированный уголь имеет большую пористость, широко развитую поверхность и задержание хлора происходит в угольных фильтрах весьма эффективно.

Высоту слоя угля применяют 2, 5 м, скорость фильтрования 20-30 м/час, диаметр зёрен 1, 5-2, 5 мм.

Регенерацию угольного фильтра от органических веществ проводят горячим раствором соды ~ 1 раз в месяц, а 1-2 раза в год требуется прокалка угля в специальных печах.

Итак, преимущества метода хлорирования:

1. надёжен, обладает пролонгированным (длительным) действием;

Недостатки метода:

1. большое реагентное хозяйство;

2. необходимость перехлорирования при низком качестве исходной воды;

3. коррозия трубопроводов из-за хлора вследствие уменьшения величины рН;

4. привозной гипохлорид при хранении значительно теряет свою активность, что затрудняет дозирование;

5. сильное раздражающее воздействии не слизистую оболочку человека.

6. образование в обеззараживаемой воде канцерогенных и мутагенных хлорпроизводных типа хлороформа, 4-х хлористого углерода и др.

Озонирование воды

Основано на применении озона, О₃.

Озон легко разлагается:

О₃ → О₂ + О

на атомарный кослород - О и молекулярный - О₂. Именно атомарный кислород является наиболее сильным окислителем. Он способен разрушать компоненты цветности воды, бактерии, вирусы и т.д.

Данное свойство озона позволяет с помощью озонирования производить не только обеззараживание воды, но и ее обесцвечивание и дезодорацию (уничтожение запахов и привкусов).

Причём О₃ не ухудшает природных свойств воды, а в случае если в обрабатываемой воде будет избыток О₃, вкусовые качества воды не изменятся (в отличие от хлорирования).

Однако, следует иметь в виду, что О₃ является токсичным веществом.

ПДК О₃ в воздухе помещений, где находятся люди, составляет 0, 1 мг/м3. В связи с этим в помещениях озонарных установок должны быть приняты все меры для того, чтоб озон не попал в помещение, где работают обслуживающие установку сотрудники.

Недостатки метода озонирования:

1. достаточно сложное и дорогостоящее оборудование, требующее специального блока подготовки воздуха;

2. для смешения Н₂О + О₃ требуются контактные камеры (борботаж. колоны высотой 3-5 м), а при непосредственном вводе О₃ в тр-ды КПД ~ 10%;

3. оборудование требует специального помещения с системой вытяжной вентиляции ввиду низкого значения ПДК озона в воздухе (0, 1 мг/м³⁾;

4. Из-за коррозии все коммуникации и оборудование должны быть озоностойкими.

Контроль процесса обеззараживания воды хлорированием

Как указывалось выше, при введении газообразного хлора в воду происходит его растворение в воде с образованием хлорноватистой и соляной кислоты:

С1₂ + Н₂О ^→ _← НОС1 + НС1

Далее НОС1 диссоциирует на ионы:

НОС1 ^→ _← Н⁺ + ОС1^-

Считается, что наибольшим бактерицидным действием обладают молекулы недиссоциированной НОС1. И поэтому обеззараживание будет наиболее эффективным в условиях, при которых диссоциация НОС1 будет подавлена.

Такие условия обеспечиваются в слабокислотной или нейтральной среде.

Механизм бактерицидного действия НОС1 объясняется диффузией молекул НОС1 внутрь клетки и её окислением. Причём, процессы диффузии и окисления не протекают мгновенно и условием эффективного обеззараживания является интенсивное и полное смешивание обрабатываемое воды с хлором и длительный контакт с водой.

Причём, разные воды обладают разной хлоропоглащаемостью. Хлоропоглащаемость зависит от количества и характера примесей воды, способных окисляться С1₂.

Для обеспечения необходимого бактерицидного эффекта требуется вводить вводу некоторый избыток С1₂ по сравнению с хлоропоглащаемостью воды, так чтоб в воде оставался остаточный хлор.

УПРАЖНЕНИЕ.

Автоматический прибор, контролирующий остаточный хлор в воде, зафиксировал его падение. Дежурный оператор увеличил дозу хлора, но величина остаточного хлора продолжала уменьшаться. Чем это объяснить?

РЕШЕНИЕ.

Такое явление может быть объяснено появлением в воде солей аммония.

В этом случае хлор связывает аммонийные соли в хлорамин. Это соединение типа:

NH₂Cl – монохлорамин

NHCl₂ – дихлорамин

Если доза хлора оказалась большей, чем необходимо для связывания всего аммиака, начинается процесс окисления хлораминов. При этом повышение дозы хлора в некотором интервале будет сопровождаться уменьшением остаточного связанного хлора вследствие окисления хлораминов.

Когда отношение молярных концентраций хлора и аммонийных солей, содержащихся в обрабатываемой воде, станет равным 2, то все хлорамины будут окислены и дальнейшее увеличение дозы приведёт к повышению концентрации свободного остаточного хлора, что показано на графике:

В точке В хлорамины полностью окислены и дальнейшее увеличение дозы приведут к появлению свободного остаточного хлора.

Приняв, что его концентрация должна быть = 0, 3 мг/л проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с участком кривой ВС.

Опустив перпендикуляр из точки пересечения на ось абсцисс, получим эффективную бактерицидную дозу хлора – 2 мг/л.