4.2.3. Гипохлорит натрия. Обеззараживание сточных вод гипохлоритом натрия
Гипохлорит натрия
Растворы гипохлорита натрия используются для дезинфекции и обеззараживания воды около 100 лет. Многолетняя практика использования растворов гипохлорита натрия для обработки воды, как в нашей стране так и за рубежом показывает, что реагенты могут использоваться в широком диапазоне:
- для дезинфекции воды в плавательных бассейнах и водоемах различного назначения;
- для обработки природных и сточных вод в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения;
- при обработке бытовых и промышленных сточных вод и др.
Использование растворов гипохлорита натрия для дезинфекции воды плавательных бассейнов и прудов позволяет получать чистую прозрачную воду, лишенную водорослей и бактерий. При обработке бассейнов растворами гипохлорита натрия необходимо тщательно контролировать содержание активного хлора в воде. Важное значение имеет поддержание Ph на определенном уровне, обычно 7,4-8,0, а лучше 7,6-7,8. Регулирование Ph осуществляется введением специальных добавок.
Содержание остаточного хлора в воде плавательных бассейнов должно находиться на уровне 0,3-0,5 мг/дм3. Надежное обеззараживание в течение 30 мин. обеспечивают растворы, содержащие 0,1-0,2% гипохлорита натрия. При этом содержание активного хлора в зоне дыхания не должно превышать 0,1 мг/дм3 в публичных плавательных бассейнах и 0,03 мг/м3 в спортивных плавательных бассейнах. Замена газообразного хлора гипохлоритом натрия приводит к снижению выделения хлора в воздух, и, кроме того, позволяет легче поддерживать остаточное количество активного хлора в воде.
Использование растворов гипохлорита натрия для обработки питьевой воды предпочтительно на стадии предварительного окисления и для стерилизации воды перед подачей ее в распределительную сеть. Обычно в систему водоочистки растворы гипохлорита натрия вводят после разбавления примерно в 100 раз. При этом, помимо снижения концентрации активного хлора, снижается также величина Ph (c 12-13 до 10-11), что способствует повышению дезинфицирующей способности раствора.
Гипохлорит натрия широко применяется: для обработки бытовых и промышленных сточных вод; для разрушения животных и растительных микроорганизмов; устранения запахов; обезвреживания промышленных стоков, в том числе содержащих цианистые соединения. Он может быть использован также для обработки воды, содержащей аммоний, фенолы и гуминовые вещества.
Гипохлорит натрия также используется для обезвреживания промышленных стоков от цианистых соединений; для удаления из сточных вод ртути и для обработки охлаждающей конденсаторной воды на электростанциях.
Основные свойства гипохлорита натрия:
Гипохлорит натрия (натриевая соль хлорноватистой кислоты) – NaClO, получают хлорированием водного едкого натра (NaOH). Промышленностью выпускается в виде водных растворов различной концентрации. Малоконцентрированные растворы гипохлорита натрия получают электролизом раствора хлорида натрия (NaCl) в специальных электрохимических установках, как правило, непосредственно у потребителя.
Водные растворы гипохлорита натрия стали использоваться для дезинфекции с самого зарождения хлорной промышленности. Благодаря высокой антибактериальной активности и широкому спектру действия на различные микроорганизмы, это дезинфицирующее средство находит применение во многих направлениях человеческой деятельности.
Дезинфицирующее действие гипохлорита натрия основано на том, что при растворении в воде он точно так же, как хлор, образует хлорноватистую кислоту, которая оказывает непосредственное окисляющее и дезинфицирующее действие.
NaClO + h3O→← NaOH + HClO
Существуют растворы гипохлорита натрия различных марок.
Основные физико-химические показатели растворов гипохлорита натрия, выпускаемых в РФ:
| Наименование показателя | Норма для марок | ||||||
| По [3] | По [4] | ||||||
| Марка А | Марка Б | Марка А | Марка Б | Марка В | Марка Г | Марка Э | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 1. Внешний вид | Жидкость зеленовато-желтого цвета | Бесцветная жидкость | |||||
| 2. Коэффициент светопропускания, %, не менее | 20 | 20 | Не регламентируется | ||||
| 3. Массовая концентрация активного хлора, г/дм 3, не менее | 190 | 170 | 120 | 120 | 190 | 120 | 7 |
| 4. Массовая концентрация щелочи в пересчете на NaOH, г/дм 3, не менее | 10-20 | 40-60 | 40 | 90 | 10-20 | 20-40 | 1 |
| 5. Массовая концентрация железа, г/дм 3, не более | 0,02 | 0,06 | 120 | ||||
Растворы гипохлорита натрия различных марок применяют:
- раствор марки А по [3] – в химической промышленности, для обеззараживания питьевой воды и воды плавательных бассейнов, для дезинфекции и отбелки;
- раствор марки Б по [3] – в витаминной промышленности, как окислитель;
- раствор марки А по [4] – для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении, дезинфекции воды рыбохозяйственных водоемов, в пищевой промышленности, для получения отбеливающих средств;
- раствор марки Б по [4] – для дезинфекции территорий, загрязненных фекальными сбросами, пищевыми и бытовыми отходами; обеззараживания сточных вод;
- раствор марки В, Г по [4] – для дезинфекции воды рыбохозяйственных водоемов;
- раствор марки Э по [4] – для дезинфекции аналогично марке А [4], а также дезинфекции в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, санаториях, детских учреждениях, бассейнах, объектах ГО и др., а также обеззараживания питьевой воды, стоков, отбеливания.
Необходимо отметить, что для изготовления растворов гипохлорита натрия марок А и Б по [3] и растворов марки А по [4] не допускается применение абгазного хлора от хлоропотребляющих органических и неорганических производств, а также едкого натра, полученного ртутным методом.
Растворы марки Б по [4] получают из абгазного хлора органических и неорганических производств и диафрагменного или ртутного едкого натра.
Растворы марок В и Г по [4] получают из абгазного хлора стадии сжижения производства хлора и диафрагменного едкого натра с добавлением стабилизирующей добавки - цитраля сорта ”Парфюмерный” по [5]. Растворы марки Э по [4] получают электролизом раствора поваренной соли.
waterhim.ru
4.2.3. Гипохлорит натрия. Современные методы обеззараживания воды
4.2.3. Гипохлорит натрия
В качестве альтернативного варианта в последние годы все шире используют обработку воды раствором гипохлорита натрия (NaClO), причем этот реагент находит применение как на больших станциях водоподготовки, так и на небольших объектах, в том числе и в частных домах.
Водные растворы гипохлорита натрия получают химическим:
Cl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + h3O
или электрохимическим методом по реакции:
NaCl + h3O = NaClO + h3.
Вещество гипохлорит натрия (NaClO) в чистом химическом виде (т. е. без воды) представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, легко разлагающееся на хлорид натрия (поваренная соль) и кислород:
2NaClO = 2NaCl + O2.
При растворении в воде, гипохлорит натрия диссоциирует на ионы:
Гипохлорит-ион OCl- в воде подвергается гидролизу, образуя хлорноватистую кислоту HOCl:
ОCl- + h3O = HOCl + OH-.
Именно наличие хлорноватистой кислоты в водных растворах гипохлорита натрия объясняет его сильные дезинфицирующие и отбеливающие свойства. Наивысшая бактерицидная способность гипохлорита проявляется в нейтральной среде, когда концентрации HClO и гипохлорит-анионов ClO- приблизительно равны.
Разложение гипохлорита сопровождается образованием ряда активных частиц, в частности, атомарного кислорода, обладающего высоким биоцидным действием. Образующиеся частицы принимают участие в уничтожении микроорганизмов, взаимодействуя с биополимерами в их структуре, способными к окислению. Исследованиями установлено, этот процесс аналогичен тому, который происходит естественным образом во всех высших организмах. Некоторые клетки человека (нейтрофилы, гепатоциты и др.) синтезируют хлорноватистую кислоту и сопутствующие высокоактивные радикалы для борьбы с микроорганизмами и чужеродными субстанциям.
Обеззараживание воды и окисление примесей с использованием гипохлорита натрия, производимого электрохимически, впервые было применено в США в конце 30-х гг. XX в… Гипохлорит натрия обладает рядом ценных свойств. Его водные растворы не имеют взвесей и поэтому не нуждаются в отстаивании в противоположность хлорной извести. Применение гипохлорита натрия для обработки воды не вызывает увеличения ее жесткости, поскольку не содержит солей кальция и магния как хлорная известь или гипохлорит кальция.
Бактерицидный эффект раствора NaClO, полученного электролизом, выше, чем у других дезинфектантов, действующее начало которых – активный хлор. Кроме того, раствор обладает еще большим окислительным действием, чем растворы, приготовленные химическим методом, поскольку содержит больше хлорноватистой кислоты (HClO).
Недостатком данного метода является то, что водные растворы гипохлорита натрия неустойчивы и со временем разлагаются даже при комнатной температуре.
Промышленностью нашей страны гипохлорит натрия выпускается в виде водных растворов различной концентрации.
В соответствии с ГОСТ 11086-76 раствор гипохлорита натрия, получаемый по химическому методу, выпускается в виде трех марок. Ниже приведены показатели по составу продуктов.
Гипохлорит натрия в виде раствора (марки А, Б или «Белизна») – это раствор гипохлорита (16–19 % NaOCl) с примесью хлорида и гидроксида натрия (рН 12–14). Оба раствора со временем разлагаются. Скорость разложения зависит от условий их хранения.
Раствор гипохлорита натрия реагент легко дозируется, что позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды.
Поделитесь на страничке Следующая глава >
tech.wikireading.ru
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 20Следующая ⇒Перед выпуском очищенных сточных вод в городские канализационные сети, в водоем или перед использованием их на отдельных технологических процессах в системе оборотного водоснабжения, они должны быть обеззаражены и обезврежены. Это необходимо, так как после применения большинства физико-химических методов очистки сточных вод удаляется порядка 90-95% бактерий, а среди оставшейся части могут оказаться патогенные бактерии и вирусы. Для обеззараживания используют различные окислители: хлор, озон, технический кислород, перекись водорода, оксиды марганца, перманганат и бихромат калия. На практике отдают предпочтение хлору, озону, гипохлориту натрия.
Хлорирование
В рыбной промышленности для обеззараживания сточных вод применяют хлорирование хлорной известью, газообразным хлором, гипохлоритом натрия. При введении хлора в воду он гидролизуется с образованием хлорноватистой и соляной кислот:
Cl2 + h3O ↔ HOCl + HCl.
В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево, и в воде присутствует молекулярный хлор, при значениях рН > 4 молекулярный хлор в воде практически отсутствует. Образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует на ион гипохлорита OCl- и ион водорода Н+.
При наличии в сточной воде аммиака, аммонийных солей или органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорноватистая кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно- и дихлорамины, а также треххлористый азот:
Nh4 + HOCl → Nh3Cl + h3O
Nh3Cl + HOCl → NHCl 2 + h3O
NHCl 2 + HOCl → NCl 3 + h3O
При обеззараживании сточных вод обычно применяют 5%-ный рабочий раствор реагента (по активному хлору).
При наличии в сточной воде сероводорода и сульфидов реакции идут следующим образом: - в кислой и нейтральной среде возможно образование сульфитов:
h3S + 3 Cl2 + 3 h3O → h3SO3 + 6HCl
NaHS + 3 Cl2 + 3 h3O → NaHSO3 + 6HCl,
- в щелочной среде хлор окисляет сульфиды до сульфатов:
Na2S + 4 Cl2 + 8 NaOH → Na2SO4 + 8 NaCl + 4 HCl.
При избытке хлора окисление всегда идет до сульфатов.
Метилмеркаптан окисляется хлором несколько медленнее, чем сероводород, но быстрее, чем сульфиды и дисульфиды. В зависимости от расхода хлора окисление метилмеркаптана может протекать с образованием различных продуктов:
2 Ch4SH + Cl2 → Ch4SSCh4 + 2 HCl
Ch4SH + 2 Cl2 + h3O → Ch4SOCl +3 HCl
Ch4SH + 3 Cl2 + 2h3O → Ch3SO2Cl + 5 HCl
Обеззараживание от сероводорода и метилмеркаптанов происходит достаточно эффективно при продолжительности контакта с хлором не более пяти минут.
Сущность обеззараживающего действии хлора заключается в угнетении обмена веществ, а также в окислении веществ, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего они гибнут.
Бактерицидный эффект хлора в значительной степени зависит от начальной дозы и продолжительности контакта с водой. Обычно на разрушение бактериальных клеток расходуется лишь незначительная часть вводимого в воду хлора. Большая же часть хлора идет на реакции с разнообразными органическими и минеральными примесями, содержащимися в сточной воде. Эти реакции протекают с различной скоростью в зависимости от концентрации хлора, рН и температуры воды. Количество хлора, поглощенного в результате его взаимодействия с содержащимися в воде веществами, определяется как хлоропоглощаемость воды.
Хлоропоглощаемость сточных вод определяется количеством хлора в мг/дм3, расходуемого при 30 минутном контакте его с исследуемой водой на окисление и хлорирование содержащихся в ней органических веществ (белковых соединений, клетчатки) и продуктов их разложения (нитритов, аммиака, сероводорода и др.).
Для сравнительной характеристики хлоропоглощаемости различных сточных вод можно пользоваться показателем хлорируемости воды, представляющим собой условную дробь, числителем которой является 1, а знаменателем – доза хлора, обеспечивающая после 30 минутного контакта 0,5 мг/дм3 остаточного хлора.
На практике при определении необходимой дозы хлора исходят из общей хлоропотребности сточной воды, включающей хлоропоглощаемость и некоторый избыток хлора, обеспечивающий в течение определенного отрезка времени бактерицидный эффект. Избыток хлора необходим для предотвращения возможности вторичного бактериального загрязнения воды во время прохождения по канализационным сетям, особенно перед выпуском в водоем.
Количество хлора, используемое для обеззараживания, зависит от состава сточных вод, концентрации и вида загрязнений. Согласно СНиП для предварительных расчетов доза активного хлора должна составлять для сточных вод после механической очистки 10 г/м3, после неполной и полной искусственной биологической очистки – соответственно 5 и 3 г/м3. Рабочую дозу хлора необходимо уточнять в процессе эксплуатации очистных сооружений путем пробного хлорирования в лабораторных условиях, на основании которого строят кривую хлоропоглощаемости воды за 30 мин. После 30 минутного контакта хлора с водой концентрация свободного хлора должна составлять не более 0,5 и не менее 0,3 мг/дм3, а суммарная концентрация хлора должна быть не менее 0,8 и не более 1,2 мг/дм3 после часового контакта.
В результате хлорирования в сточной воде снижаются цветность, запахи, разрушается органические вещества, препятствующие отстаиванию и фильтрации.
Хлорирование воды осуществляют жидким 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 в зависимости от температуры в 1,5-2,5 раза больше, чем плотность воздуха. При повышенном давлении (при плюсовых температурах) хлор переходит в жидкое состояние. В таком виде его хранят и перевозят в стальных баллонах массой 25-30 и 100 кг.
Хлорное хозяйство должно обеспечивать прием, хранение, дозирование хлора с получением хлорной воды. Его располагают в отдельном здании, и в своем составе оно включает расходный склад хлора, хлораторную, вентиляторную камеру, щитовую и тамбур.
При работе с хлором следует соблюдать правила безопасности. Вдыхание в течение одного часа воздуха, содержащего хлор в количестве 0,10-0,15 мг/дм3, приводит к смертельному отравлению. Увеличение концентрации хлора в воздухе до 2,5 мг/дм3 вызывает немедленную смерть. Поэтому хлораторные оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, а рубильники для включения вентиляторов устанавливают снаружи, чтобы перед входом в хлораторную ее можно было хорошо проветрить. Хлораторная должна обогреваться до 22-270С, чтобы предупредить охлаждение баллонов с хлором во избежание снижения скорости испарения жидкого хлора.
Расход хлора регулируют вентилем. Хлор смешивается с чистой водой в эжекторах. Избыточный напор водопроводной воды перед эжектором должен составлять 0,3-0,4 МПа, расход воды примерно 0,7 м3 на 1 кг активного хлора. Смешение хлора с водой производится в специальном стеклянном цилиндре.
Для обеззараживания сточной воды применяют также соли хлорноватистой кислоты – хлорную известь и гипохлорит натрия.
Хлорная известь – Ca(OCl)2 ∙ CaCl2 ∙ h3O – двойная соль, которую получают хлорированием на холоде известкового теста - смесь Ca(OH)2 ∙ CaCO 3 ∙ h3O. Это белый порошок с характерным запахом хлора. Вода в хлорной извести присутствует не как среда, а как компонент реагирующих веществ. Под действием диоксида углерода, влаги и света хлорная известь разлагается с выделением в раствор или окружающую среду Cl2, НОCl, ClO-.
Качество реагента, используемого для обеззараживания воды, определяется содержанием активного хлора. Техническая хлорная известь должна содержать не менее 32-35% активного хлора. Во избежание потери активности за счет взаимодействия хлорной извести с водой и диоксидом углерода атмосферы ее транспортируют и хранят в закрытой таре. В состав хлораторной, работающей на хлорной извести, входят: установка для приготовления и дозирования раствора, склад бочек с известью и тамбур. Приготовление раствора хлорной извести осуществляется в баке, изготовленном из дерева, металла, пластмассы, оборудованном мешалкой. Раствор дозируют с помощью поплавкового клапана, поддерживающего постоянный уровень в дозирующем баке, или насосами-дозаторами.
Использование хлорной извести для обеззараживания сточных вод из-за дефицитности реагента требует специального разрешения. Поэтому применение этого способа обеззараживания проблематично.
Гипохлорит натрия получают при взаимодействии хлора с холодным раствором щелочи:
Cl2 + 2 NaCl ↔ NaClO + NaCl + h3O.
Осуществляется эта реакция при пропускании газообразного хлора через раствор щелочи. Растворы солей хлорноватистой кислоты содержат 15-16% активного хлора и всегда гидролизованы.
Кроме того, гипохлорит натрия получают при электролизе раствора хлорида натрия. Метод основан на получении хлора и его взаимодействии со щелочами в одном и том же аппарате - электролизере. При электролизе NaCl в ванне без диафрагмы на аноде происходит распад ионов хлора:
2 Cl- → Cl2 + 2e.
Выделяющийся хлор растворяется в электролите с образованием хлорноватистой и соляной кислот:
Cl2 + h3O ↔ HClO + HCl
или
Cl2 + OH- ↔ HClO + Cl-
На катоде происходит расщепление молекул воды:
h3O + е ↔ OH- + Н+.
Атомы водорода выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же в растворе ионы OH- образуют возле катода с ионами Na+ щелочь. При взаимодействии хлорноватистой кислоты со щелочью образуется гипохлорит натрия:
HClO + NaOH = NaClO + h3O.
Гипохлорит натрия по своему бактерицидному действию равноценен жидкому хлору.
Промышленность выпускает электролизеры непроточного типа ЭН производительностью от 1 до 100 кг активного хлора в сутки и электролизеры проточного типа ЭОВ производительностью 25 кг активного хлора в сутки.
Электролизер непроточного типа (рис. 4.1) представляет собой ванну из антикоррозионного материала с расположенным в ней блоком графитовых электродов 6. Электролизная установка включает растворный бак 1, бак 2 с насосом 5 для приготовления раствора соли, бак–накопитель гипохлорита натрия 8, выпрямители, вытяжную вентиляцию 7.
Электролизная установка непроточного типа работает следующим образом. В растворный бак загружают поваренную соль, заливают водой и перемешивают до получения насыщенного раствора поваренной соли (280-300 г/дм5). Затем раствор с помощью насоса перекачивают в рабочий бак, где разбавляют водопроводной водой до слабой концентрации (100-120 г/дм5). Из этого бака электролит через дозатор поступает электролизер. Готовый продукт сливают в бак-накопитель, откуда дозируют в обрабатываемую воду. Контакт раствора со сточной водой должен продолжаться не менее 30 мин. На 1 кг активного хлора расходуется соли 8-15 кг, электроэнергии – 7-12 кВт∙ч в зависимости от производительности электролизера. Загрузка соли в бак в зависимости от расхода хлора производится один раз в 15-50 дней. Электролизеры рекомендуется устанавливать в отдельном помещении.
Рисунок 4.1. Схема электролитической установки непроточного типа
для приготовления гипохлорита натрия
1,2 - растворный и рабочий баки; 3 – поплавковый дозатор; 4 – распределительный тройник; 5 - насос; 6 – электролизер; 7 – зонт вытяжной вентиляции; 8 – бак-наполнитель гипохлорита натрия.
Обработка сточной воды гипохлоритом натрия по стоимости практически равноценна обработке хлором и в 1,5-2 раза дешевле, чем обеззараживание хлорной известью.
Для смешения сточных вод с хлорной водой используют смесители различного типа, установленные в канале сточных вод. На рис. 4.2 представлен контактный резервуар, обеспечивающий расчетную продолжительность контакта очищенных сточных вод с хлором и гипохлоритом натрия.
Двухсекционный контактный резервуар имеет ширину каждой секции 6 м, общую длину – 9 м и рабочую глубину – 3,1 м. Перемещение сточных вод осуществляется сжатым воздухом при интенсивности 0,5 м3/( м2∙ч). Контактные резервуары исполняют роль отстойников, так как благодаря коагулирующему действию хлора из сточной воды выпадает осадок. Удаление осадка производится периодически после слива отстойной воды. Контактные резервуары можно не предусматривать, если продолжительность протока сточных вод от мест ввода хлора до их выпуска составляет более 30 мин.
Рисунок 4.2. Контактный резервуар (две секции)
1 – распределительная камера; 2 – выпускной лоток; 3 – струенаправляющий щит; 4 – приямок для опорожнения; 5 – сборный лоток; 6 – трубопровод опорожнения; 7 – воздуховод.
Озонирование
Перспективным методом обеззараживания воды является обработка ее озоном. Озон (О3) – газ голубоватого цвета с характерным запахом, который ощущается при разбавлении воздухом в соотношении 1:500 000. Озон является одним из наиболее сильных окислителей. Он самопроизвольно диссоциирует на воздухе и в водных растворах, распадаясь на молекулу и атом кислорода. Озон как обеззараживающий реагент действует быстрее хлора в 15-20 раз. Одновременно с обеззараживанием под действием озона происходит обесцвечивание воды и ее дезодорация. При введении озона в воду происходит окисление ферментов бактериальных клеток, а также большинства органических веществ.
Озон способен расщеплять фенолы, содержащиеся в сточных водах коптильных производств, с образованием альдегидов, глиоксаля, щавелевой и дикарбоновых кислот, гидропероксида, а также диоксида углерода. При относительно высоких концентрациях фенола в воде (более 50-200 мг/дм3) процесс окисления протекает с одинаковой скоростью независимо от рН раствора. На окисление 1 г фенола расход озона может достигать 5-10 г.
Озонирование является эффективным методом очистки сточных вод от анионактивных и неионогенных ПАВ, используемых в санитарной обработке технологического оборудования и в технологии обработки рыбы. Этот метод может быть использован для доочистки биохимически очищенных сточных вод от биологически трудноокисляемых веществ.
Озон не изменяет природные свойства воды, так как его избыток (непрореагировавший озон) в течение нескольких минут превращается в кислород. Так, концентрация озона 2,5 мг/дм3 через 20 мин падает до 1,5 мг/дм3, а через 45 мин – до 1 мг/дм3. При давлении 0,5 МПа и температуре 00С растворимость озона составляет 1,42 мг/дм3. При наличии кислот и солей растворимость озона в воде увеличивается, при наличии щелочей – уменьшается. Окислительный потенциал озона в кислой среде равен 2,07 В, в щелочной– 1,24 В. Его ПДК в воздухе составляет 10-5 мг/дм3. Доза озона, необходимая для обеззараживания воды, находится обычно в пределах 0,5-5 мг/дм3 в зависимости от содержания в воде веществ, способных окисляться. Температура воды, рН, мутность и другие свойства воды оказывают гораздо меньшее влияние на эффект озонирования воды, чем на хлорирование, что облегчает дозирование реагента и контроль за эффективностью озонирования воды.
Озон, используемый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в аппаратах, называемых озонаторами, в результате воздействия на него "тихого" (т.е. рассеянного без искр) электрического разряда, сопровождающегося выделением озона. Такой разряд образуется в узком газовом пространстве между двумя электродами, к которым подведен ток напряжением 5-25 кВ. В озонаторах используются электроды из стекла, внутренняя поверхность которых покрыта металлической амальгамой (медно-графитовое токопроводящее покрытие). Ее слой является электродом высокого напряжения. В промышленных генераторах-озонаторах применяют трубчатые или пластинчатые элементы. Обычно озонаторы выполняют в виде цилиндрических сосудов, в которых располагается несколько десятков параллельно работающих трубчатых озонирующих элементов, состоящих из двух концентрически расположенных стеклянных трубчатых электродов. Корпус аппарата заземлен. Воздух движется вдоль оси озонирующих элементов в кольцевом пространстве между концентрически расположенными электродами. Молекулы кислорода под действием электрических разрядов дробятся, и образовавшиеся атомы легко присоединяются к целым молекулам, образуя молекулу озона:
О + О2 ↔ О3.
Атом кислорода, выделившийся в этой реакции, может взаимодействовать с молекулой озона с выделением теплоты:
О + О3 ↔ 2 О2 + 400 кДж.
Воздух, используемый в аппаратах, должен быть предварительно освобожден от влаги и пыли. Даже следы влаги, попадая в разрядное пространство аппарата, вызывают появление искрового разряда, который значительно снижает показатели работы озонатора – уменьшается выход озона и примерно в 4 раза возрастает расход электроэнергии.
Технологическая схема озонирования сточных вод (рис. 4.3) состоит из двух основных узлов: получение озона и очистка сточных вод. Узел получения озона включает 4 основных блока: получение и охлаждение воздуха, сушка, фильтрование воздуха, генерация озона. Атмосферный воздух через воздухозаборную шахту подается на фильтр 1, где очищается от пыли и воздуходувками 2 подается на водоотделитель капельной влаги 3, а затем на автоматические установки для осушки воздуха, загруженные активным глиноземом 6. Осушенный воздух поступает в автоматические блоки фильтров 7, где осуществляется тонкая очистка воздуха от пыли. Осушенный и очищенный воздух подается в блоки озонаторов 9, где под действием электрического разряда генерируется озон, который вместе с воздухом в виде озоно-воздушной смеси направляется в контактную камеру 10 и смешивается с обрабатываемой сточной водой. Озоно-воздушная смесь распыляется трубками из пористой керамики 13. Движение обрабатываемой сточной воды или озоно-воздушной смеси в контактной камере осуществляется во встречном направлении, что обеспечивает большую эффективность озонирования. Камеры взаимодействия могут быть одно- и двухступенчатые. Перемешивание озоно-воздушной смеси со сточной водой осуществляется также в абсорберах с различными насадками (кольца Ратига, хордовая насадка и др.), в эжекторах и другими способами.
Рисунок 4.3. Схема озонаторной установки
1 – воздушный фильтр; 2 – воздуходувка; 3 – водяной теплообменник; 4,5 – подача и отвод охлаждающей воды; 6 – адсорбер; 7 – влагопоглотительные фильтры; 8 – расходомер; 9 – озонатор; 10 – контактный резервуар; 11,12 – подача исходной и отвод озонированной воды; 13 – распылитель озоно-воздушной смеси.
При расчете контактных реакционных камер, прежде всего, определяют площадь распыляющих элементов, которые размещают у дна камеры для равномерного распределения озоно-воздушной смеси в воде. При использовании в качестве распределительных устройств металлокерамических или керамических труб с порами размером соответственно 40-100 или 60-100 мкм оптимальный режим диспергирования обеспечивается при интенсивности распыления соответственно 76-91 и 20-26 м3/(м2∙ч).
Общая площадь всех распыливающих элементов контактной камеры барботажного типа может быть определена по формуле:
fОБЩ = Q∙dОЗ/(С∙ω) , (4.1)
где fОБЩ – общая площадь, м2; Q – расход сточных вод, м3/∙ч;
dОЗ – требуемая доза озона, г/м3; С – концентрация озона в смеси, г/м3;
ω – интенсивность распыления на единицу времени, м3/(м2∙ч).
Число распыливающих элементов:
n = fОБЩ/fЭ , (4.2)
где fЭ – площадь одного распыливающего элемента.
Металлокерамические распылительные трубы следует располагать по дну контактных камер на расстоянии 0,4 м, а керамические трубы – на расстоянии 0,5 м между осями. При таком расположении труб барботажные факелы объединяются на высоте 2 м.
Общий объем камеры вычисляется по формуле:
W = КПР∙Q∙t , (4.3)
где W – общий объем камеры, м3;
КПР – коэффициент увеличения объема воды за счет ее продувки озоно-воздушной смесью, обычно 1,1;
t – продолжительность пребывания сточной воды в реакционной камере, ч.
Величины dОЗ и t определяются экспериментально для каждого вида производственных сточных вод. Высота слоя воды над распылителем Н=4,5-5 м. В двухступенчатых реакционных камерах высота слоя воды в каждой ступени составляет 2,5-2,8 м. Контактные камеры могут быть прямоугольными и круглыми в плане, число их принимается не менее двух.
Необходимое количество озона (DОЗ, г/ч) определяют, исходя из выражения:
DОЗ = dОЗ∙Q/1000. (4.4)
Число озонаторов определяют, исходя из их производительности:
m = K∙ DОЗ/dОЗ , (4.5)
где К – коэффициент запаса, принимаемый равным 1,05-1,10;
dОЗ – производительность одного озонатора.
Установлено, что озон эффективно окисляет водные растворы, содержащие фенолы, неионогенные и анионогенные ПАВ, нефть и другие органические вещества. Так, окисление сероводорода идет в две стадии. На первой стадии наблюдается выделение серы, а на второй – окисление непосредственно до h3SO4:
h3S + O3 → S + O2 + h3O
2 h3S + 4 O3 → 2 h3SO4 + 2 О2.
Реакции протекают одновременно, но при избытке озона преобладает вторая.
Расход озона на разрушение загрязняющих веществ сточных вод зависит от многих факторов: рН, концентрации загрязнений и озона, способов смешения и продолжительности контакта озоно-воздушной смеси с обрабатываемыми сточными водами и др. Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из хорошо осушенного воздуха для озонаторов различных типов составляет 13-29 кВт∙ч, а из неосушенного воздуха - 43-57 кВт∙ч. Расход электроэнергии на осушение воздуха и его компрессию для получения 1 кг озона составляет 6-10 кВт.
Процесс озонирования можно интенсифицировать путем совместного воздействия с ультразвуком или ультрафиолетовым излучением.
mykonspekts.ru
