Химические методы очистки сточных вод

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.

Установки для хлорирования сточных вод состоят из следующих элементов: расходного склада хлора; узлов испарения жидкого хлора, дозирования газообразного хлора и образования хлорной воды; насосной для повышения напора воды, подаваемой в эжектор; электрощитовой и помещения КИП; вентиляционных и дегазационных устройств.

Поскольку ввод газообразного  хлора непосредственно в сточную  воду повышает расход хлора и нарушает безопасные условия обслуживания сооружений, сточные воды обеззараживают хлорной  водой. Хлор растворяется в воде только в газообразном виде, поэтому жидкий хлор испаряют, превращая его в газ.

Для небольших установок  испарение хлора осуществляют непосредственно  в таре, в которой он хранится (табл. 24.3); если требуется более 30 кг/ч  хлора, применяют испарители с искусственным  подогревом. Последние подразделяются на емкостные и змеевиковые. Емкостные испарители представляют собой нестандартизированное оборудование, змеевиковые — оборудование заводского изготовления.

На испарение 1 кг жидкого  хлора расходуется 0,4 м³ воды при температуре 10°С и 0,15 м³ воды при температуре 30° С. Из испарителя газообразный хлор направляется для получения хлорной воды к водохлорному эжектору, который создает в газовой системе хлора вакуум, обеспечивающий безопасность ее эксплуатации.

Повышение давления в хлоропроводах газообразного хлора или понижение температуры окружающей среды приводят к сжижению хлора (рис. 1), что необходимо учитывать при проектировании. Протяженность трубопроводов газообразного хлора не должна превышать 1 км.

Отечественная промышленность изготовляет серийно водохлорные эжекторы производительностью по хлору 10 кг/ч. При вакууме в газопроводе до 0,027 МПа и напоре рабочей воды до эжектора 0,3—0,4 МПа эжекторы развивают напор хлорной воды на выходе порядка 0,01—0,02 МПа. Напор воды можно довести до 5—7 м за счет снижения производительности эжектора и уменьшения вакуума в газопроводе. Напор хлорной воды в зависимости от производительности эжектора можно подбирать по графику (рис. 2). Дозирование газообразного хлора осуществляют вакуумными хлораторами или весовым способом, а также комбинированным способом, т. е. весовой совмещают с дозированием хлораторами ручного регулирования.

Хлораторы ЛОНИИ-1000К ручного  регулирования изготовляют серийно  на производительность по хлору: 1,28—8,1; 2,05— 12,8 кг/ч (Кременчугский ремонтно-экспериментальный завод коммунального оборудования). Хлораторы с ручным, электрическим и пневматическим управлением типа ХВ-200 производительностью 2,5 — 25 кг/ч и типа ХВ-260 производительностью 12,5 — 125 кг/ч выпускаются серийно и поставляются из НРБ. Они размещаются в шкафу размером в плане 550X380 мм.

На установках, где  хлорная вода вводится недалеко от хлораторной, водохлорный эжектор  обычно располагают рядом с хлоратором; напор, развиваемый эжектором, достаточен для подачи хлорной воды к месту ее ввода.

На очистных сооружениях с подачей  хлорной воды на большие расстояния от хлораторной, когда напора, развиваемого эжектором, не хватает, последний располагают  ближе к месту ...ввода хлорной  воды. При этом для сокращения протяженности трубопровода хлорной воды увеличивают трубопровод газообразного хлора. Это возможно при его весовом дозировании с контролем (1—2 раза в смену) остаточного хлора в воде.

Примерная технологическая схема  установки для хлорирования сточных  вод с весовым контролем расхода хлора представлена на рис. 3. При такой схеме обязательно устанавливают редукционный клапан на выходе из склада хлора, чтобы линия газообразного хлора, прокладываемая по территории очистных сооружений, всегда находилась под вакуумом.

Трубопроводы жидкого и газообразного хлора по территории очистных сооружений располагают на эстакадах, внутри помещений— на кронштейнах, укрепленных на стенах или колоннах, обеспечивая уклон для стока жидкого хлора при опорожнении системы. Хлоропроводы защищают от воздействия солнечной радиации и пониженных температур. Трубопроводы жидкого хлора должны иметь малую протяженность (до 50 м) при расходе до 100 кг/ч на одну линию хлорирования. Расчетный диаметр трубопровода незначителен и на практике его принимают равным (кроме хлоропроводов тенков) до 25 мм.

На трубопроводах жидкого  и газообразного хлора следует  устанавливать запорные устройства для отключения, манометры и вакуумметры  для контроля давления среды, клапаны  для регулирования давления, обратные клапаны для предотвращения перетекания одной среды в другую и компенсаторные устройства. При недопустимости перерыва в хлорировании сточной воды трубопроводы хлорного газа дублируют.

Хлоропроводы принимают  из стальных бесшовных труб, из углеродистой стали или стали марки Х18Н10Т по ГОСТ 9941—72. Расчетное рабочее давление должно быть 1,5 МПа. Трубы соединяются на муфтах, обваренных после монтажа. Фланцевые соединения на болтах из нержавеющей стали необходимо сводить к минимуму.

К хлорной воде с концентрацией хлора 1—2 г/л при температуре до 20° С стойкими являются следующие металлы и сплавы: стали хромоникелевая марки 12Х18Н10Т, хромоникелемолибденовая марок 10Х17Н13М2Т, и 06ХН28МДТ, высококремнистые чугуны марок С15 и С15М4, титан марки ВТ1, никелевый сплав марки Х15Н55М16В. Практическое применение для транспортирования хлорной воды получили неметаллические трубы: резиновые, фаолитовые, винипластовые, полиэтиленовые, стеклянные и из фторопласта. По конструктивным соображениям, относительной дешевизне и стойкости к хлорной воде наиболее целесообразно применять трубопроводы из полиэтилена высокой плотности (ПВП) по ГОСТ 18599—73.

 

Рис. 2 Диаграмма фазового состояния хлора в зависимости от его температуры и давления

 

Внутри помещений трубопроводы хлорной воды располагают на кронштейнах  или в вентилируемых каналах. На территории очистных сооружений их устраивают в отдельных каналах  или футлярах из труб. На поворотах трубопроводов и на прямых участках через 20—30 м ставят контрольные колодцы.

Ввод хлорной воды в обрабатываемые стоки осуществляют через диффузоры, которые обеспечивают смешение хлорной воды с обрабатываемыми  стоками и уменьшают проскоки хлора в атмосферу. Вертикальные диффузоры применяют в резервуарах глубиной более 2 м (в зависимости от ширины резервуара можно устанавливать два — три диффузора), горизонтальные — в резервуарах и каналах глубиной менее 2 м. Материал диффузоров — титан, керамика или пластмасса.

Рис. 3 Характеристика водохлорных эжекторов ЛОНИИ-100 диаметром 1", производительностью до 10 кг/ч по хлору (а) и диаметром 2", производительностью до 20 кг/ч по хлору (б) при напоре рабочей воды до 0,5 МПа и вакууме в хлоропроводе до 200 мм рт. ст. Н — напор хлорной воды, м; Q — производительность эжектора, кг/ч

 

На очистных сооружениях, как правило, дозаторную совмещают  с расходным складом хлора, но ее можно расположить и на первом этаже блоков очистных сооружений. Дозаторная должна быть изолирована, оборудована двумя выходами в противоположных концах (один непосредственно наружу, другой — наружу через тамбур). При расположении расходного склада хлора на расстоянии более 100 м при встроенной дозаторной следует предусматривать отсек с самостоятельным выходом наружу для хранения трехсуточного запаса хлора, не превышающего 50. кг. Помещения дозаторных относят ко второй степени огнестойкости, оборудуют постоянно действующей приточно-вытяжной вентиляцией с механическим побуждением и шестикратным обменом воздуха. Предельно допускаемая концентрация хлора в воздухе-рабочей зоны 1 мг/м³.

На случай аварии во всех помещениях установки предусматривают  средства для дегазации хлора  и хлорной воды и для индивидуальной защиты обслуживающего персонала. Испарители можно размещать в расходных складках или в дозаторных. При дозировании хлора по весовому методу помещение дозаторной не предусматривают.

Рис. 4 Принципиальная схема хлорирования сточных вод при весовом контроле дозы хлора 
а - контур склада; б — контур шкафа; 1 — весы платформенные; 2 — контейнер с жидким хлором; 3 — линия сжатого воздуха; 4 — обводная линия для газообразного хлора; 5 — линия жидкого хлора; 6 — манометр; 7 — линия газообразного хлора; 8 — регулятор давления газообразного хлора; 9 — водопроводная вода; 10 — нейтрализатор; 11 — сливная воронка; 12 — сток воды; 13 — грязеуловитель; 14 — испаритель хлора; 15 — вентиль концевой на линии жидкого хлора; 16 — вентиль на контейнере; 17 — сигнализатор наличия конденсата; 18 — обратный клапан; 19 — водохлорный эжектор; 20 — линия хлорной воды; 21 — диффузоры для хлорной воды

 

2.2 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.

 

2.3 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  - 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.