Меню Рубрики

Установки для аммонизации воды

Внедрение передовых технологий подготовки питьевой воды

И. В. ВАЛУИСКИХ , В. В. МАМАЕВ 2 ,С. В.ЖАГИН 1 , В. В. БОЛДЫРЕВ 4 , В. П. СМИРНОВ 5

Валуйских Игорь Васильевич, заместитель главного технолога, МУП г. Новосибирска «Горводоканал» 630007, Россия, г. Новосибирск, ул. Революции, 5, тел.: (383) 210-36-55, e-mail: IVALUJSKIH@gorvodokanal.com

2 Мамаев Владимир Васильевич, заместитель главного инженера — технический эксперт,
МУП г. Новосибирска «Горводоканал»

Тел.: (383) 210-36-55, e-mail: water.nsk@mail.ru

3 Жагин Сергей Викторович, ведущий инженер, МУП г. Новосибирска «Горводоканал»
Тел.: (383) 210-36-55, e-mail: SZhAGlN@gorvodokanal.com

4 Болдырев Вячеслав Викторович, ведущий инженер, МУП г. Новосибирска «Горводоканал»
Тел.: (383) 210-36-55, e-mail: water.nsk@mail.ru

5 Смирнов Василий Павлович, директор ООО «Полимер»

630060, Россия, г. Новосибирск, ул. Экваторная, 1, оф. 47, тел.: (383) 333-51-97, e-mail: smirnov@sibmail.ru

Современная концепция водоподготовки реализована на насосно-фильтровальной станции Новосибирска производительностью 250 тыс. м’/сут, снабжающей питьевой водой левобережную часть города. Схема водоподготовки включает предварительную аммонизацию воды, подачу коагулянта (оксихлори-да алюминия) и флокулянта, первичное хлорирование, смешение в смесителе мгновенного действия, предварительное флокулирование, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование, ультрафиолетовое обеззараживание. Использование в схеме водоподготовки нескольких технологий и технических решений, направленных на обеспечение эпидемиологической безопасности и высокого качества воды, делает эту схему исключительно надежной и универсальной.

Ключевые слова:флокулятор, смеситель, аммониза-ция, хлорамины, ультрафиолетовое обеззараживание, флокулянт, осветление, фильтрация.

В целях гарантированного обеспечения потребителей г. Новосибирска чистой питьевой водой МУП «Горводоканал» постоянно совершенствует и автоматизирует технологические процессы подготовки питьевой воды, внедряет новейшее оборудование. Современная концепция водоподготовки основана на одновременном рациональном использовании нескольких методов, технологий и технических решений, обеспечивающих высокое качество питьевой воды и ее многобарьерную защиту. В настоящее время такой подход реализуется на одной из насосно-фильтровальных станций производительностью 250 тыс. м 3 /сут, снабжающей питьевой водой левобережную часть г. Новосибирска. Источником водоснабжения является река Обь. Подготовка воды с 1987 г. осуществляется по классической схеме: горизонтальные отстойники и скорые фильтры с обеззараживанием хлором. В последние годы технология очистки воды совершенствуется в соответствии с новыми нормативными требованиями и на основании проведенных научных исследований.

Ранее на станциях водоподготовки в качестве реагентов использовались сернокислый алюминий (сульфат алюминия) и полиакрил амид. С 1999 г. применяется новый реагент — оксихлорид алюминия. При этом потребление коагулянта снизилось в 3—4 раза, а флокулянтов «Праестол 650 TR» и ВПК 402М — в 20-25 раз. Это позволило повысить качество питьевой воды, уменьшить техногенную нагрузку на реку Обь, улучшить условия труда и санитарные условия при хранении и приготовлении реагентов, снизить энергозатраты и трудоемкость.

В последние годы насосно-фильтровальные станции модернизируются с целью повышения надежности их работы, качества и безопасности питьевой воды. Совместно с фирмой ООО «Полимер» разработан и внедрен смеситель мгновенного действия для интенсификации смешения реагентов с обрабатываемой водой (рис. 1). Существующий вертикальный смеситель коридорного типа был выведен из цикла смешения реагентов ввиду его малой эффективности. Достоинствами смесителей мгновенного действия являются низкие потери напора, высокая производительность и скорость смешения реагентов во всем объеме обрабатываемой воды и, следовательно, высокая эффективность по сравнению со смесителями других типов.

В реагентном хозяйстве насосно-фильтровальной станции г. Новосибирска заменено дозирующее оборудование, применяется локальная автоматизация для контроля и управления процессом дозирования посредством контрольно-измерительных модулей «Коагулянт-осветлитель», «Хлор-мониторинг» и системы автоматического дозирования реагентов (НВЦ «Униток», г. Екатеринбург). Ввод в эксплуатацию резервуара чистой воды объемом 10 тыс. м 3 позволил установить более равномерный режим водоподготовки, что повышает качество очистки воды.

Согласно принятой в 2006 г. инвестиционной программе «Развитие системы водоснабжения и водоотведения на 2007—2012 годы», ведется строительство нового блока очистных сооружений производительностью 100 тыс. м 3 /сут, что обеспечит дальнейшее развитие левобережной части города. В 2009—2010 годах на насосно-фильтровальной станции был внедрен ряд передовых технологий и технических решений, позволивших довести качество очищенной воды до требуемых нормативов (с учетом положений нового разрабатываемого проекта технического регламента по водоснабжению).

Оптимизация технологических процессов и работы сооружений.Ранее на действующих скорых фильтрах насосной станции в качестве фильтрующего материала применялся дешевый дробленый альбитофир, фракционный состав которого не всегда соответствовал нормативам. Для его приготовления дополнительно требовались большие трудовые и материальные затраты. В результате его конечная стоимость становилась соразмерной с готовыми, более эффективными фильтрующими загрузками. В связи с этим выбор фильтрующего материала проводился на основании исследований непосредственно на производственных фильтрах. Для сравнения в качестве фильтрующих материалов были использованы дробленая горелая порода (г. Киселевск Кемеровской области) и адсорбент ОДМ-2Ф (разработка ООО АПК «ОКПУР»). ОДМ-2Ф —

это гранулированный алюмосиликатный полифункциональный адсорбент, произведенный на основе экологически чистого природного минерального сырья месторождения Свердловской области, основным компонентом которого является SiO2.

Технические данные по работе фильтров (рис. 2) и результаты химических анализов показали, что степень осветления воды на фильтрах с горелой породой и адсорбентом ОДМ-2Ф значительно выше (на 30-40%) по сравнению с фильтром, загруженным альбитофиром. Одним из недостатков адсорбента ОДМ-2Ф является его малый удельный вес, в связи с чем требуется меньшая интенсивность промывки, что сложно осуществлять на сооружениях, рассчитанных на интенсивность 16—17 л/(с-м2). Из рис. 2 видно, что при применении горелой породы или ОДМ-2Ф качество фильтрата даже по истечении суток ухудшается незначительно, следовательно, увеличивается продолжительность фильтроцикла. Постепенная замена фильтрующего материала в фильтрах позволит увеличить их грязеемкость и производительность, повысить качество получаемой питьевой воды, увеличить продолжительность фильтроцикла и снизить расход промывной воды.

Наиболее эффективным вариантом реконструкции эксплуатируемых сооружений водо-подготовки для повышения интенсивности хлопьеобразования является использование дополнительных смесительных устройств, устанавливаемых на входе в существующую камеру хлопьеобразования. Для этого фирмой ООО «Полимер» разработана конструкция флокулятора нового типа (рис. 3), основанная на создании зон вращательного движения потоков, возникающих в корпусе устройства. На основе модели были изготовлены флокуляторы, адаптированные к условиям насосно-фильтровальной станции и установленные перед камерами хлопьеобразования отстойников первого блока.

Промышленные испытания проводились в условиях весеннего паводка 2010 г. Хлопьеобра-зование дестабилизированных частиц загрязнений и реагентов при такой компоновке происходит в два этапа: быстрое — в устройстве для флокулирования, и медленное — в камере хлопьеобразования отстойника. Применение флокуляторов позволило при малой мутности речной воды интенсифицировать процесс хлопьеобразования, что привело к повышению качества обрабатываемой воды после первого блока отстойников на 15—20% по сравнению с контрольными отстойниками второго блока (таблица).

Дополнительно была разработана и смонтирована эжекционная схема рециркуляции осадка (применительно к предлагаемой технологии), проведены промышленные испытания на маломутной речной воде, что в целом позволило снизить дозу коагулянта на 30—40% (таблица) при одинаковом качестве воды после отстойников (первый блок — экспериментальный, второй блок — контрольный). В настоящее время поданы заявки на оформление патентов на примененные технические решения по интенсификации очистки воды на насосно-фильтровальной станции. Выполнение вышеуказанных мероприятий позволило значительно улучшить работу первой и второй ступеней очистки и повысить качество питьевой воды.

Следующим шагом технического совершенствования стала реализация проекта АСУ ТП. согласно которому на станциях установлены приборы контроля параметров работы фильтров с выводом информации на местный диспетчерский пункт. Приборы позволяют не только контролировать рабочие характеристики фильтров, но и сравнивать по ним эффективность

работы фильтров, загруженных разными фильтрующими материалами (рис. 2). Впоследствии эта система позволит промывать фильтры в автоматическом режиме по заданным параметрам их работы, уве¬личить продолжительность фильтроцикла, со¬кратить расход воды на промывку и исключить влияние человеческого фактора.

Читайте также:  Установка видеокамер в кабинетах законность

Аммонизация воды. В 2009 г. специалистами ОАО «Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды» на насосно-фильтровальной станции были проведены исследования и разработаны рекомендации по применению хлораммонизации воды. На основании результатов этих исследований в 2010 г. «Горводоканал» г. Новосибирска внедрил установку аммонизации (рис. 4) на очистных сооружениях насосно-фильтровальной станции с целью пролонгирования остаточного бактерицидного действия хлора в теплый период года в распределительной городской сети.

Основная масса побочных продуктов хлорирования формируется при взаимодействии активного хлора с неочищенной водой, т. е. на стадии первичного хлорирования [1; 2]. Образующийся в присутствии аммиака связанный хлор (хлорамины) менее активен, в течение более продолжительного времени сохраняется в воде и в значительно меньшей степени, чем свободный хлор, способствует образованию побочных продуктов.

Введение аммиака в воду перед смесителем мгновенного действия позволило: уменьшить расход хлора при первичном хлорировании на 30—40%; снизить вероятность образования хлор-органических соединений в питьевой воде в 5—10 раз; улучшить санитарное состояние технологических сооружений и распределительной сети на удаленных и тупиковых участках и исключить дополнительную обработку воды (под-хлорирование) гипохлоритом натрия для поддержания санитарного состояния трубопроводов в теплый период года.

Достоинства хлораммонизации — образование хлораминов (связанного хлора), их стабильность и длительное (до нескольких суток) присутствие в воде, т. е. поддержание надлежащего санитарного состояния сетей. Имеются данные о том, что хлорамины более эффективны в сравнении с хлором по предотвращению биологического обрастания трубопроводов, что способствует улучшению их санитарного состояния и повышению качества питьевой воды по микробиологическим показателям [3]. Известный недостаток хлорирования — образование хлорорга-нических соединений — в случае с хлораминами проявляется слабо. Это связано со стабильностью соединений хлора и аммиака.

Ультрафиолетовое обеззараживаниенаходит все более широкое применение в технологических схемах подготовки питьевой воды. Основным аргументом в пользу ультрафиолетового облучения является необходимость обеспечения обеззараживания в отношении устойчивых к хлору микроорганизмов: вирусов и цист простейших [4]. Эффективность обеззараживания УФ-облучением в отношении этих микроорганизмов доказана исследованиями ведущих российских институтов и практикой эксплуатации действующих очистных сооружений [5].

Учитывая жесткие ограничения по широкому спектру побочных продуктов, достижение высокой степени безопасности воды каким-либо одним методом невозможно, поэтому модернизация водопроводных сооружений, как правило, происходит по пути наращивания ступеней очистки и совместного использования различных методов обеззараживания. Благодаря высоко эффективности в отношении всех видов микроорганизмов и отсутствию образования побочных продуктов УФ-облучение хорошо вписывается в концепцию множественных барьеров.

Для повышения барьерной роли сооружений в дополнение к основной схеме обработки в 2010 г. на насосно-фильтровальной станции было внедрено обеззараживание ультрафиолетом (рис. 5). Цех оснащен современным отечественным оборудованием, процесс полностью автоматизирован. Для облучения воды используются амальгамные лампы повышенной мощности длительным сроком службы. Четыре установки горизонтального типа позволяют обрабатывать до 12 тыс. м 3 /ч воды при энергозатратах на УФ обеззараживание порядка 16 Вт/м 3

Основное достоинство УФ-обеззараживания заключается в универсальности метода в отношении большинства видов водных микроорганизмов и отсутствии образования побочных продуктов. Единственным его недостатком применительно к водоснабжению является отсутствие последействия, однако его в полной мере компенсирует использование хлораминов.

Преимущества совместного использования УФ-облучения и хлораминов, повышение эффективности реагентной обработки воды. Внастоящее время технологическая схема водоподготовки на насосно-фильтровальной станции включает в себя предварительную аммонизацию воды, подачу коагулянта (оксихлорида алюминия) и флокулянта («Праестол 650 TR» или ВПК 402М), первичное хлорирование, смешение в смесителе мгновенного действия, предварительное флокулирование, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование, УФ-обеззараживание (рис. 6). Наличие нескольких технологий и технических решений, направленных на обеспечение эпидемиологической безопасности и высокого качества воды, не только делает эту схему исключительно надежной и универсальной, но и позволяет минимизировать недостатки, свойственные каждому из методов, а также добиться максимальной эффективности их использования.

Достижение высокого качества питьевой воды, отвечающей требованиям действующих нормативных документов (СанПиН 2.1.4.1074-01, ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2280-07), нормативам Совета ЕС, Всемирной организации здравоохранения и готовящемуся к выходу в свет новому закону — техническому регламенту по водоснабжению, возможно только при постоянном совершенствовании технологического процесса, применении новых технологий, своевременном проведении реконструкции сооружений, замене оборудования и строгом контроле качества питьевой воды.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Установки для аммонизации воды

Предварительная аммонизация (преаммонизация) применяется для продления бактерицидного действия хлора, а также для предотвращения хлорфенольных запахов в воде. Введение аммиака, вместе с тем, сокращает расход хлора на 40% и при взаимодействии хлорноватистой кислоты (образовавшейся при хлорировании воды) с аммиаком получаются монохлорамины:

которые, гидролизуясь, образуют сильный окислитель — гипохлоритный ион:

Гидролиз хлораминов протекает довольно медленено, поэтому в первое время окислительное действие хлораминов ниже, чем у хлора, но так как длительность бактериального действия хлораминов значительно больше, поэтому и применяют аммонизацию воды перед длительным пребыванием в резервуарах, водоводах и сети.

Применение преаммонизации на водопроводных очистных сооружениях предусматривается с 15 апреля по 15 ноября. В зимний период содержание природного аммиака в воде р.Ока возрастает, на очистных сооружениях вводится режим работы с остаточным свободным хлором в питьевой воде.

Доза аммиака водного составит — 0,6 г/м3;

Концентрация водного раствора аммиака — 25 %.

Установка по дозированию аммиака водного.

Установка по дозированию аммиака водного входит в технологическую схему водоочистных сооружений и включает в себя:

— склад для приема аммиака водного на 2 емкости по 9 м3;

— две расходные емкости аммиака водного;

— дозировочную емкость аммиака водного;

— ротаметры (дозаторы) и гибкие шланги;

— шесть емкостей по 1м3 для доставки аммиака водного с завода-изготовителя.

Расходные емкости и емкости для хранения аммиака установлены в неотапливаемом здании. Для пополнения запаса аммиака его поставка на склад осуществляется автомобильным транспортом в полиэтиленовых емкостях объемом по 1000 л или емкостью 3 м3 с последующей перекачкой насосом в две емкости 9 м3. Поставляемый аммиак водный имеет концентрацию 25 %.

Контроль за расходом раствора аммиака из расходных и дозировочной емкостей происходит с помощью датчиков уровня, устанавливаемых в них. Сигнал о минимальном уровне раствора аммиака в емкостях поступает в диспетчерскую начальника смены.

Для контроля за состоянием воздушной среды в местах хранения и ввода раствора аммиака (склад раствора аммиака и насосные станции первого подъема) устанавливаются три газоанализатора на аммиак — СА-2, сигнал от которых в случае превышения предельно-допустимой концентрации аммиака в рабочей зоне (ПДКР.З. 20 мг/м3) данных помещений, поступает в диспетчерскую начальника смены. В вентиляционном помещении склада раствора аммиака устанавливаются приточно-вытяжные вентиляторы, которые обеспечивают обмен воздуха на складе раствора аммиака.

Хлораторная

Хлораторная водопроводной станции применяется для хранения жидкого хлора в контейнерах и для очищения воды из поверхностного источника водоснабжения. Полезная производительность станции 300000 м3 воды в месяц обеспечивается при круглосуточной работе. Продукцией установки хлорирования является хлорная вода. Обеззараживание осуществляется путем перемешивания речной воды с хлорной водой, поступающей с установки хлорирования. Для получения хлорной воды используется жидкий хлор, поставляемый в стальных контейнерах автотранспортом. Контейнеры для жидкого хлора ( V = 0,8 м3) рассчитаны на рабочее давление 1,5 МПа. Габаритные размеры контейнера: длина 2020 мм, диаметр 800 мм.

источник

Внедрение двухступенчатой схемы обеззараживания воды на водопроводных станциях Санкт-Петербурга

Аннотация

Рассказано о модернизации систем обеззараживания воды на водопроводных станциях Санкт-Петербурга с использованием гипохлорита натрия и сульфата аммония. Это позволило полностью ликвидировать угрозу поражения территории и населения города высокотоксичными веществами (газообразными хлором и аммиаком) вследствие возможных аварий на промышленных площадках ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» и при транспортировке сжиженного хлора и растворов аммиака, а также исключить воздействие хлора и аммиака на окружающую среду при разгерметизации оборудования. Внедрение технологии обеззараживания воды ультрафиолетовым облучением способствовало реализации концепции множественных барьеров при обеззараживании питьевой воды на водопроводных станциях города.

Читайте также:  Установка openwrt на sagemcom

В 2003–2008 годах на водопроводных станциях Санкт-Петербурга была проведена комплексная модернизация
системы обеззараживания воды, включающая замену реагентов (сжиженного хлора – гипохлоритом натрия, аммиачной воды – сульфатом аммония) и внедрение технологии ультрафиолетового облучения очищенной воды (рис. 1). Санкт-Петербург стал первым в мире мегаполисом, где весь объем водопроводной воды обеззараживается в две ступени с использованием химического (гипохлорит натрия в сочетании с сульфатом аммония) и физического (ультрафиолетовое облучение) методов обработки.

На водопроводных станциях традиционным методом обеззараживания питьевой воды является хлорирование. Этот метод основан на способности хлора и его соединений угнетать ферментные системы микробов, катализирующие окислительно-восстановительные процессы. Несмотря на определенные недостатки, хлор и его соединения обладают длительным обеззараживающим действием, поддерживают эпидемиологическую безопасность питьевой воды при транспортировке к потребителю по водопроводной сети большой протяженности.

На водопроводных станциях Санкт-Петербурга обеззараживание воды хлором осуществлялось с 1911 по 2008 г. (впервые в мире этот способ был применен инженером С. К. Дзжерговским в 1909 г. для обеззараживания воды в г. Кронштадте). В качестве реагента использовался сжиженный хлор, хранившийся и транспортировавшийся в сосудах (баллонах или цистернах) под давлением до 10 атм. К 2003 г. вода обеззараживалась хлораммонированием (рис. 1, а) – дозированием в обрабатываемую воду водных растворов аммиака (аммиачной воды) и растворов хлора (хлорной воды). По целому ряду обстоятельств такая схема перестала отвечать требованиям, предъявляемым к обработке воды крупного города.

Основная часть мероприятий по модернизации системы обеззараживания воды на водопроводных станциях Санкт-Петербурга выполнена в соответствии с «Программой реконструкции и развития систем водоснабжения и водоотведения на период 2004–2011 годы», утвержденной Правительством Санкт-Петербурга (постановление от 20 апреля 2004 г. № 642) [1].

Рассмотрим основные причины, потребовавшие модернизации системы обеззараживания водопроводной воды Санкт-Петербурга.

Обеззараживание воды газообразным хлором, завозимым на водоочистные станции в баллонах и цистернах в сжиженном виде, имеет ряд недостатков:
хлор является сильнодействующим ядовитым веществом, вследствие чего водопроводные очистные станции становятся опасными промышленными объектами;
возможность утечки хлора при использовании напорных хлораторов представляет опасность для обслуживающего персонала;
необходимость хранения большого запаса хлора на станциях;
при проектировании и эксплуатации хлораторных установок необходимо учитывать требования, предъявляемые к обеспечению безопасности обслуживающего персонала водопроводной станции.

Любые промышленные предприятия, где используется и хранится хлор, представляют повышенную опасность. Транспортировка хлора на объекты, расположенные в черте мегаполиса, связана с потенциальным риском аварии с тяжелыми последствиями как для окружающей среды, так и для людей. Применение жидкого хлора требует неукоснительного соблюдения «Правил по производству, транспортированию, хранению и потреблению хлора» (ПБ 09-594-03), в связи с чем затраты на обеспечение мер безопасности при использовании жидкого хлора многократно превышают затраты на само хлорирование.

Федеральный закон от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов (с изменениями от 22 августа 2004 г.)» предусматривает страхование ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного производственного объекта и взимание страховых взносов с потребителей сжиженного хлора. Концепция отказа от использования жидкого хлора в процессах производства водопроводной воды поддерживается Российской ассоциацией водоснабжения и водоотведения [2].

На петербургских водопроводных станциях ежедневно расходовалось более 6 т сжиженного хлора (в месяц – 180 т, в год – до 2200 т). Хранение, транспортировка и использование жидкого хлора связаны с необходимостью постоянного контроля за состоянием оборудования, организации специальных защищенных площадок для хранения, оборудованных сигнализацией и системой видеонаблюдения, с вооруженной охраной.

В 1990–2002 годах на водопроводных станциях Санкт-Петербурга хранилось 100 т хлора. Кроме того, в непосредственной близости от города (пос. Янино Всеволожского района Ленинградской области) располагался склад для хранения до 200 т опасного вещества. Таким образом, на территории Санкт-Петербурга и пригородов хранилось до 300 т жидкого хлора. Транспортировка его осуществлялась в специальных контейнерах (под давлением). При этом маршруты движения транспорта пролегали в том числе и по центральным районам города (рис. 2).

Для обеспечения контроля за перемещением машин с жидким хлором, соблюдения установленных маршрутов перевозки с архивированием и документированием информации о движении использовалась специально разработанная система удаленного контроля «Дозор». На объектах водоснабжения Санкт-Петербурга действовало специализированное предприятие, представляющее собой военизированную профессиональную команду газоспасателей, – «Аварийно-спасательный центр Водоканала». Основная задача предприятия – минимизация последствий возможной аварийной ситуации.

Исследования последних лет показали, что хлорирование не полностью гарантирует безопасность питьевой воды по микробиологическим показателям. Данному методу присущи существенные технологические недостатки, в частности, невысокая эффективность в отношении вирусов. Ряд патогенных микроорганизмов обладает устойчивостью к действию хлора и его производных (хлоррезистентностью). В эпидемиологическом плане особую опасность представляют вирусы, которые по сравнению с бактериями более устойчивы к воздействию химических дезинфицирующих реагентов и физических факторов окружающей среды.

С целью сохранения обеззараживающего эффекта при транспортировке питьевой воды по водопроводным сетям, а также для предотвращения образования хлорфенолов и тригалометанов помимо дозирования хлора на водопроводных станциях Санкт-Петербурга осуществлялась предварительная аммонизация воды гидроксидом аммония (рис. 1, а). Связывание гипохлорит-ионов в хлорамины предотвращает их взаимодействие с присутствующими в воде органическими соединениями и с материалом труб в процессе транспортировки воды по распределительной сети, исключая появление в водопроводной воде вредных хлорорганических соединений. В качестве реагента для аммонизации на водопроводных станциях Санкт-Петербурга до 2007 г. использовались 25-процентные водные растворы аммиака (аммиачная вода). Ежедневный расход аммиачной воды по всем водопроводным станциям Санкт-Петербурга составлял более 4 т. Использование такого реагента, представляющего собой летучую щелочь, также представляло экологическую угрозу как для водопроводных станций, так и для всего города [3].

Таким образом, сложившаяся к 2003 г. ситуация с обеззараживанием водопроводной воды Санкт-Петербурга требовала замены жидкого хлора и аммиачной воды другими реагентами с целью повышения эпидемиологической безопасности питьевого водоснабжения города, экологической безопасности производственного процесса, а также эффективности обеззараживания воды на водопроводных станциях. В качестве альтернативы жидкому хлору был выбран гипохлорит натрия, представляющий собой натриевую соль хлорноватистой кислоты, устойчивую в водных растворах. По сравнению с хлором гипохлорит натрия является более простым в применении, малотоксичным, безопасным в эксплуатации реагентом. С точки зрения химических аспектов процесса обеззараживания воды обе рассматриваемые технологии равноценны.

При взаимодействии газообразного хлора с водой образуется хлорноватистая кислота:

В щелочной среде хлорноватистая кислота диссоциирует с образованием иона водорода и гипохлорит-иона:

При использовании для обеззараживания воды гипохлорита натрия гипохлорит-ион напрямую вводится в обрабатываемую воду. При этом часть гипохлорит-ионов гидролизуется:

Наибольшая бактерицидная активность гипохлорит-ионов проявляется в условиях, когда их концентрация приблизительно равна концентрации сопряженной хлорноватистой кислоты [4].

При использовании гипохлорита натрия вследствие его гидролиза по реакции (2) концентрация гидроксил-ионов увеличивается, что способствует достижению оптимальных условий обеззараживания, приближая значение рН исходной воды (как правило, 7–7,4) к значениям, соответствующим отрицательному логарифму константы диссоциации хлорноватистой кислоты (рНа = 7,53 [5]). Напротив, использование газообразного хлора в соответствии с реакцией (1) приводит к некоторому подкислению обрабатываемой воды, уменьшая значение рН, что снижает эффективность обеззараживания при одних и тех же дозах активного хлора. Таким образом, замена газообразного хлора гипохлоритом натрия приводит к повышению эффективности обеззараживания воды.

Читайте также:  Установка задняя планка для материнской платы

Применение гипохлорита натрия имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с традиционной обработкой воды жидким хлором:
при использовании и хранении гипохлорита натрия практически отсутствует выделение газообразного хлора;
производительность системы дозирования гипохлорита натрия может регулироваться в автоматическом режиме как по сигналу расходомера (пропорциональное дозирование без обратной связи), так и по сигналу прибора, контролирующего остаточное содержание реагента после его введения (дозирование с обратной связью);
при внедрении технологии обеззараживания воды гипохлоритом натрия используются существующие помещения, что значительно упрощает процесс;
товарный гипохлорит натрия содержит относительно невысокие концентрации активного хлора (не более 15% по массе), поэтому оборудование для его нейтрализации значительно сокращается как по размеру, так и по сложности;
товарный раствор гипохлорита натрия содержит свободную щелочь (от 40 до 60 г/дм 3 ), что значительно улучшает условия обработки воды при использовании коагулянтов, содержащих свободную кислоту, и сокращает затраты на подщелачивание обрабатываемой воды;
раствор гипохлорита натрия менее опасен, поэтому к нему предъявляются менее жесткие требования при транспортировке;
товарный раствор гипохлорита натрия может перевозиться всеми видами транспорта.

В настоящее время водопроводные станции ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» используют растворы гипохлорита натрия двух видов:
высококонцентрированные (160–190 г/дм 3 ) промышленного производства;
низкоконцентрированные (8 г/дм 3 ), которые готовятся на месте употребления электролизным способом из хлорида натрия (поваренной соли).

Переход к использованию растворов гипохлорита натрия вместо жидкого хлора в Санкт-Петербурге начался в 2003 г. на Главной водопроводной станции и Водопроводных очистных сооружениях г. Колпино. Этапы внедрения гипохлорита натрия представлены в таблице. Потребление жидкого хлора планомерно сокращалось (рис. 3). К 2009 г. использование его на водопроводных станциях города полностью прекращено: 26 июня 2009 г. с территории Северной водопроводной станции был вывезен последний баллон с реагентом.

В условиях мегаполиса необходимо обеспечивать сохранение обеззараживающего эффекта при транспортировке питьевой воды по водопроводным сетям. Для этой цели служит технология хлораммонизации питьевой воды.

Неорганические хлорамины являются результатом реакции ионов ClO – или молекул хлорноватистой кислоты (HClO) с ионами аммония (NH4 + ) или с аммиаком. В зависимости от значения рН и концентраций гипохлорит-ионов и ионов аммония образуются монохлорамины (NH2Cl), дихлорамины (NHCl2) или трихлорамины (NCl3). Два последних соединения являются неустойчивыми. Реакция образования монохлорамина выглядит следующим образом:

Увеличение соотношения ClO – /NH4 + приводит к образованию дихлорамина:

В условиях обработки невской воды на водопроводных станциях Санкт-Петербурга трихлорамины не образуются.

При нагревании и под действием света хлорамины медленно разлагаются с выделением азота и хлора. В воде хлорамины гидролизуются с образованием аммиака и хлорноватистой кислоты:

Хлорамины не являются окислителями. Их окислительно-восстановительные потенциалы имеют очень низкие значения:

E 0 (NH2Cl + 2H + + 2e
Cl – + NH4 + ) = –1,48 В;

E 0 (NH2Cl + H2O + 2e
Cl – + NH3 + OH – ) = –0,81 В;

E 0 (NH2Cl + 3H + + 4e
2Cl – + NH4 + ) = –1,39 В;

E 0 (NCl3 + 4H + + 6e
3Cl – + NH4 + ) = –1,37 В.

Однако продукты гидролиза и разложения хлораминов представляют собой очень сильные окислители:

E 0 (HClO + H + + 2e
Cl – + H2O) = +1,5 В;

E 0 (ClO – + H2O + 2e
Cl – + 2OH – ) = +0,89 В.

Ввиду относительно низких значений констант равновесий в реакциях (5) и (6) связывание хлора в хлорамины (монохлорамин, дихлорамин) обусловливает постоянное присутствие незначительных концентраций форм активного хлора (гипохлорит-ионов, свободного хлора), которые менее интенсивно взаимодействуют с органическими веществами, находящимися в питьевой воде. При этом сохраняется высокий обеззараживающий эффект. Хлорпоглощаемость воды при использовании связанного хлора в несколько раз меньше, чем при применении свободного хлора, что позволяет снизить расход гипохлорита натрия (по сравнению с газообразным хлором). При этом формы активного хлора, обеспечиваемые разложением хлораминов, в основном расходуются не на окисление примесей, а на обеззараживание воды. Фактически хлорамины «консервируют» активный хлор (+1) и являются его переносчиками. За счет описанных процессов, а также вследствие значительно меньшей летучести и реакционной способности хлораминов по сравнению с газообразным хлором аммонирование воды обеспечивает консервацию остаточного хлора в резервуарах, водоводах и в водопроводной сети.

Переход водопроводных станций ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» к использованию сульфата аммония вместо аммиачной воды в процессах аммонирования описан ранее [3; 6]. Концентрированные растворы сульфата аммония доставляет подрядная организация. Концентрация основного вещества в них составляет не менее 38%. Необходимый запас концентрированного (38–40%) раствора сульфата аммония на водопроводной станции обеспечивает ее работу в течение минимум 15 суток. В целом запас концентрированного раствора сульфата аммония и сухого реагента позволяет обеспечить работу в течение не менее 30 суток.

Сульфат аммония дозируется из расчета соотношения дозы ионов аммония к дозе гипохлорит-ионов (в пересчете на активный хлор):

Оптимальное соотношение сульфата аммония (по аммиаку) и гипохлорита натрия (по активному хлору), а также точная доза сульфата аммония определяются методом пробного хлорирования. Контролируемым показателем является массовая доля иона аммония в растворе сульфата аммония в день поступления реагента на водопроводную станцию.

Реальным практическим методом, обладающим необходимым потенциалом обеззараживания воды и прошедшим проверку на действующих крупных сооружениях водоподготовки, является ультрафиолетовое облучение. При этом химический состав воды не меняется даже при дозах, намного превышающих необходимые.

В результате детального изучения методов обеззараживания воды ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» была принята концепция создания множественных барьеров, предотвращающих возможность микробиологического загрязнения питьевой воды. В соответствии с концепцией, для обеззараживания питьевой воды используется комбинация обработки воды хлораминами (хлорсодержащий реагент – гипохлорит натрия) с УФ-облучением.

Системы УФ-обеззараживания введены в действие на следующих объектах водоснабжения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»: Главная водопроводная станция (март 2004 г.); Волковская водопроводная станция (август 2005 г.); Кронштадтская водопроводная станция (сентябрь 2006 г.); Московская насосная станция (декабрь 2006 г.); Южная водопроводная станция (февраль 2007 г.); Фрунзенская насосная станция (март 2007 г.); Водопроводные очистные сооружения г. Колпино (май 2007 г.); Повысительная насосная станция № 50 (апрель 2004 г.); Северная водопроводная станция (январь 2008 г.); Муринская насосная станция (январь 2008 г.).

Динамика изменения доли водопроводной воды, обрабатываемой в Санкт-Петербурге ультрафиолетовым излучением, представлена на рис. 4.

Для системы водоснабжения Санкт-Петербурга НПО «ЛИТ» была разработана серия УФ-установок для каждого из блоков обеззараживания. В качестве источников УФ-излучения применяются высокоэффективные амальгамные лампы мощностью 300–350 Вт. Единичная производительность установок составляет до 6300 м 3 /ч. Индивидуальный подход к подбору оборудования и проектированию в конечном счете позволил снизить капитальные затраты на оборудование и строительство, а также оптимизировать эксплуатационные затраты.

Ультрафиолетовое обеззараживание имеет следующие преимущества: сокращение времени проведения технологических процессов; компактность установок; неизменность вкусовых качеств и химических свойств воды; простота технологического оборудования; повышение экологичности процесса, а также его существенное удешевление. Суммарная пропускная способность комплекса УФ-облучения на водопроводных станциях Санкт-Петербурга составляет 5 645 720 м 3 /сут.

Выводы

Благодаря совместному использованию гипохлорита натрия и ультрафиолетового облучения воды уже в 2007 г. 99% проб воды на выходах водопроводных станций Санкт-Петербурга полностью соответствовало нормативным значениям (в 2004 г. 95%). Сочетание химического (гипохлорит натрия) и физического (УФ-облучение) методов обработки воды позволило существенно повысить надежность обеззараживания, бактериологическую и эпидемиологическую безопасность водоснабжения города. По официальной статистике Управления Роспотребнадзора, внедрение двухступенчатой системы обеззараживания воды в Санкт-Петербурге способствовало снижению темпов заболеваемости гепатитом А (на 100 тыс. человек населения) с 124,1 случаев в 2004 г.
до 17,9 случаев в 2007 г.

источник