Учебно-методический комплекс представляет собой комплект учебно-методических и контролирующих материалов по дисциплине «Водоочистка»

ТЕМА 1 ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ Методы обеззараживания воды При предварительном хлорировании воды при коагулировании ее примесей с последующим отстаиванием и фильтрованием не удается достичь полного удаления болезнетворных микроорганизмов. До 10% хлоррезистентных бактерийи вирусов, среди которых могут быть и патогенные,сохраняют свою жизнеспособность. Поэтому заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции является ее обеззараживание. Использование для питья подземной воды в большинстве случаев возможно без обеззараживания. Эффект обеззараживания воды контролируют, определяя общее число бактерий в 1 см3 воды и количество индикаторных бактерий группы кишечной палочкив 1 л воды после ее обеззараживания. По СанПиН 2.1.1.1074-01 общее число бактерийв 1 см3 неразбавленной воды должно быть не более 100, а количество бактерий группы кишечной палочки в 1 л (коли-индекс) – не более 3. Объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка (коли-титр),должен быть не менее 300 мл. Использование кишечной палочки в качестве индикаторного микроорганизма для оценки эффекта обеззараживания воды обусловлено следующими соображениями: присутствие кишечной палочки в воде определить проще, чем другие бактерии кишечной группы; кишечная палочка всегда присутствует в кишечнике человека и теплокровных животных; присутствие ее в воде источника свидетельствует о его загрязнении фекальными сбросами; окислители, используемые при обеззараживании воды, летально действуют на кишечную палочку труднее, чем на патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания кишечно-желудочного тракта; кишечная палочка безвредна и является лишь контрольным микроорганизмом, характеризующим бактериальную загрязненность воды. В технологии водоподготовки известно много методов обеззараживания воды, которые можно классифицировать на четыре основные группы: термический, с помощью сильных окислителей; олигодинамия (воздействие ионов благородных металлов); физический (с помощью ультразвука, радиоактивного излучения, ультрафиолетовых лучей). Из перечисленных методов наиболее широко применяют методы второй группы. В качестве окислителей используют хлор, диоксид хлора, озон, йод, марганцовокислый калий; пероксид водорода, гипохлорит натрия и кальция. В свою очередь, из перечисленных окислителей на практике отдают предпочтение хлору, озону, гипохлориту натрия. Выбор метода обеззараживания воды производят, руководствуясь расходом и качеством обрабатываемой воды, эффективностью ее предварительной очистки, условиями поставки, транспорта и хранения реагентов, возможностью автоматизации процессов и механизации трудоемких работ. Обеззараживанию подвергается вода, уже прошедшая предшествующие стадии обработки, коагулирование, осветление и обесцвечивание в слое взвешенного осадка (или отстаивание), фильтрование, так как в фильтрате отсутствуют частицы, на поверхности или внутри которых могут находиться в адсорбированном виде бактерии и вирусы, оставаясь, таким образом, вне воздействия обеззараживающих средств. Хлорирование воды Для обеззараживания воды хлорированием на водоочистных комплексах используют хлорную известь, хлор и его производные, под действием которых бактерии, находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Хлор действует и на органические вещества, окисляя их. Различают свободный хлор(молекулярный хлор, хлорноватистая кислота и гипохлорит-ионы) и связанный(хлор, в виде хлораминов). Свободный хлор в 20-25 раз более бактерициден, чем связанный. С увеличением рН воды уменьшается содержание связанного хлора. На бактерицидный эффект хлорированиязначительно влияет первоначальная доза хлора и продолжительность сохранения в обрабатываемой воде его некоторой остаточной концентрации. Минимальная продолжительность контакта 30 мин при остаточном содержании свободного хлора 0,3-0,5 мг/л. Из патогенных микроорганизмов наиболее чувствительны к хлору: холерный вибрион, бациллы брюшного тифа и дизентерии. Паратиф В и микрокок более резистентны, на споровые формы хлор почти не действует. Количество хлора, расходуемого на окисление примесей воды, называется хлоропоглощаемостью,которая определяется как разница между количеством введенного хлора и его концентрацией в воде через 30 мин контакта Дозу хлораустанавливают технологическим анализом из расчета, чтобы в 1л воды, поступающей к потребителю, оставалось 0,3 ... 0,5 мг хлора, не вступившего в реакцию (остаточного хлора), который является показателем достаточности принятой дозы хлора. При этом условии доза хлора при хлорировании фильтрированной воды составляет 2 ... 3 мг/л в зависимости от ее хлоропоглощаемости, а при хлорировании подземной воды – 0,7 ... 1 мг/л. Для качественного хлорирования необходимо хорошее перемешивание, а затем не менее, чем 30-минутный (при совместных хлорировании и аммонизации 60-минутный) контакт хлора с водой, прежде, чем вода поступит к потребителю. Контакт может происходить в резервуаре фильтрованной воды или в трубопроводе подачи воды потребителю, если последний имеет достаточную длину без водозабора. Хлорирование воды осуществляется жидким (газообразным) 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, значительно большей, чем плотность воздуха (в 1,5... 2,5 раза в зависимости от температуры). При повышении давления (при плюсовых температурах) хлор переходит в жидкое состояние. В таком виде его перевозят и хранят в специальных стальных емкостях (при давлении 0,6.. ... 1,0 МПа). Хлорное хозяйстворасполагают в отдельно размещаемых хлораторных, где сблокированы расходный склад хлора, испарительная и хлордозаторная. Расходный склад хлораможно размещать в отдельных зданиях или вплотную к хлораторной, отделяя его глухой стеной без проемов. Склад хлорав составе хлораторных можно не предусматривать, в этом случае в хлордозаторной разрешается хранение одного баллона жидкого хлора массой не более 70 кг. Гидролиз хлора происходит в соответствии с уравнением: Cl2+H2OHCl+HClO Ю. Ю. Лурье считает, что хлорноватистая кислота диссоциирует в зависимости от рН с образованием гипохлоритного иона, при этом окислительное воздействие на микроорганизмы оказывает как сама хлорноватистая кислота, так и главным образом гипохлоритный ион: HClOH++ClO- При применении вместо хлора хлорной извести протекает реакция: 2CaOCl2+2H2OCaCl2+Ca(OH)2+2HClO Связь между дозой введенного в воду хлора и содержанием остаточного хлора может иметь прямолинейный характер или ярко выраженный излом (рис. 2.1). Рис.2.1. Зависимость остаточного хлора от дозы введенного в воду при отсутствии (1) и при наличии (2) в ней аммонийных солей Непрямолинейный характер этой зависимости имеет место при наличии в хлорируемой воде аммиака. Первая точка перелома на кривой 2 соответствует образованию монохлораминаNH2C1 с меньшим, чем у хлора окислительно-восстановительным потенциалом. Вторая переломная точка кривой соответствует моменту окисления образовавшегося монохлорамина избыточным хлором. На практике в соответствии с качеством исходной воды применяют одно- или двухкратное хлорирование воды.При обработке высокоцветных вод, а также вод, богатых органическими веществами и бактериями, применяют двукратное хлорирование. При этом хлор в воду дозируется сначала перед камерами хлопьеобразования или осветлителями (предварительное хлорирование), а затем в фильтрованную воду, перед резервуаром чистой воды. Предварительное хлорирование необходимо для окисления органических защитных коллоидов, препятствующих процессу коагуляции, а также окисления гуминовых веществ, обусловливающих цветность воды, с целью экономии коагулянта, расходуемого на ее обесцвечивание. Доза хлора на предварительное хлорирование значительно выше той, которая вводится в фильтрованную воду, и может доходить до 5 мг/л. В некоторых случаях может возникнуть необходимость хлорирования воды повышенными дозами хлора, т. е. применения так называемого перехлорирования, гарантирующего высокий эффект ее обеззараживания. После перехлорирования воды остаточная концентрация хлора в ней достаточно велика (1.. ..7 мг/л), поэтому приходится прибегать к последующему ее дехлорированию.Для этого чаще всего применяют обработку воды сульфитом натрия, сернистым газом и фильтрование дехлорируемой воды через активированный уголь.Дехлорирование воды сульфитом натрияпротекает по уравнению: Na2SO3+H2O+Cl2= Na2SO4+2HCl Дехлорирование воды сернистым газом (в соотношении примерно 1:1) происходит в соответствии с уравнением: SO2+2H2O+Cl2= H2SO4+2HCl При длительном пребывании питьевой воды перед поступлением к потребителям в резервуарах и водоводах (более 1,5 ч) для продления бактерицидного действия хлора, а также для предотвращения хлорфенольных запахов в воду кроме него вводят также и аммиак. Введение аммиака, кроме того, сокращает расход хлора и в ряде случаев улучшает вкус воды. При взаимодействии хлорноватистой кислоты (образовавшейся при хлорировании воды) с аммиаком получаются монохлорамины: HClO+NH3NH2Cl+H2O, которые гидролизуясь, образуют сильный окислитель – гипохлоритный ион: NH2Cl+H2ONH4++OCl- Гидролиз хлораминовпротекает довольно медленно, поэтому в первое время окислительное действие хлораминов ниже, чем хлора, но длительность бактериального действия хлораминов значительно больше, в связи, с чем и применяют аммонизациюводы перед длительным ее пребыванием в резервуарах, водоводах и сети. Соотношение доз хлора и аммиака зависит от качества исходной воды. Обычно оптимальной, обеспечивающей образование монохлораминов, является доза аммиака в пять-шесть раз меньше дозы хлора. Аммиачное хозяйствоорганизуют аналогично хлорному и располагают в отдельных помещениях. Аммиак хранят в расходном складе в баллонах или контейнерах. Ввод аммиака производят в фильтрат при наличии фенолов – за 2 ... 3 мин до ввода хлора. К числу производных хлора, используемых при обеззараживании, относят: Гипохлорит натрия (NaClO∙5H2O) получают электролизом раствора поваренной соли в электролизере без диафрагмы. Гипохлорит кальция (Ca(ClO)2) - стойкое вещество в виде белого порошка, содержащего до 90% продукта. Одним из способов получения является насыщение хлором водной суспензии гидроксида кальция при температуре 25-30 °С. Содержание активного хлора в гипохлорите кальция достигает 72 % в зависимости от способа его получения. Хлорит натрия (NaClO2) – сильный окислитель, в твердом состоянии не горюч и не самовоспламеняем. Оксид хлора (IV) - зеленовато-желтый газ с резким запахом, легко взрывается от электрической искры, при солнечном освещении и при нагревании свыше 60 °С. Взрывоопасен в обычных условиях при контакте со многими органическими веществами (нефть, бензин и пр.). Он обладает более высоким бактерицидным и дезодорирующим действием, чем хлор. Присутствие в воде аммонийных солей не влияет на его окислительные свойства. При обработке вод, содержащих фенолы, не возникают хлорфенольные запахи, так как фенол практически полностью окисляется оксидом хлора(IV) до малеиновой кислоты и хинона, не имеющих в малых концентрациях запаха и привкуса. Обеззараживание воды хлором следует производить по возможности при более высоких температурах и низких значениях рН (до ввода щелочных реагентов). Содержащиеся в воде органические примеси, способные к окислению, восстановители, коллоидные и диспергированные вещества, обволакивающие бактерии, тормозят процесс обеззараживания воды. Озонирование воды Озон очень сильный окислитель. Патогенные микроорганизмы уничтожаются им в 15-20 раз, а споровые формы бактерий – в 300-600 раз быстрее, чем хлором. Механизм обеззараживания воды озоном основан на его способности инактивироватьсложные органические вещества белковой природы, содержащиеся в животных и растительных организмах. Несомненным преимуществом озонирования является и то, что при этом одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение вкусовых качеств Озон не изменяет природные свойства воды, так как его избыток (непрореагировавший озон) через несколько минут превращается в кислород. Озон, используемый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в аппаратах, называемых озонаторами, в результате воздействия на него «тихого» (т. е. рассеянного без искр) электрического заряда, сопровождающегося выделением озона. Озонаторный генераторпредставляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат (вариант) с вмонтированными в него из нержавеющей стали трубками по типу теплообменника. Внутри каждой стальной трубы помещена стеклянная трубка с небольшой (2 ... 3 мм) кольцевой воздушной прослойкой, являющейся разрядным пространством. Внутренняя поверхность стеклянных трубок Покрыта графитомедным (или алюминиевым) покрытием. Стальные трубы являются одним из электродов, а покрытия на внутренних стенках стеклянных трубок – другим. К стальным трубам подводят электрический переменный ток напряжением 8 ... 10 кВ, а покрытия на стеклянных трубках заземляют. При прохождении электрического тока через разрядное пространство происходит разряд коронного типа,в результате которого образуется озон. Предварительно осушенный и очищенный воздух проходит через кольцевое пространство и таким образом озонируется, т. е. образуется озоно-воздушная смесь. Стеклянные трубки являются диэлектрическим барьером, благодаря чему разряд получается «тихим»,т. е. рассеянным без образования искр. До 90 % электроэнергии превращается в теплоту, которую отводит от озонатора циркулирующая в межтрубном пространстве аппарата охлаждающая вода. Подача в озонаторы кислорода увеличивает выход озона в 2...2,5 раза по сравнению с подачей воздуха, но требует строительства установок для получения кислорода. Воздух, используемый в озонаторах, 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 (по сравнению с подачей сухого воздуха). Кроме того, присутствие следов влаги делает озон весьма агрессивным к деталям озонатора, трубам и арматуре. Для извлечения пыли воздух пропускают через матерчатые фильтры специальных конструкций, а для удаления влаги устанавливают адсорберы, загружаемые обычно селикагелем. При сушке воздуха выделяется теплота, поэтому чтобы в озонатор не попал слишком теплый воздух, его подвергают охлаждению. С этой целью воздух пропускают через теплообменник, либо охлаждают в самом адсорбере путем подачи воды через змеевик, располагаемый непосредственно в селикагеле. Озон (озоно-воздушная смесь) вводят в воду либо через эжекторы (эмульгаторы), либо через сеть пористых труб или распределительных каналов, укладываемых по дну контактного резервуара. Распределительные каналы перекрывают фильтросными пластинами. Доза озоназависит от назначения озонирования воды. Если озон вводят только для обеззараживания в фильтрованную воду (после ее предварительного коагулирования), то дозу озона принимают 1 ... 3 мг/л, для подземной воды – 0,75 ... 1 мг/л, при введении озона для обесцвечивания и обеззараживания воды доза озона может доходить до 4 мг/л. Продолжительность контакта обеззараживаемой воды с озоном принимается 5... ... 12 мин. Скорость разложения озона увеличивается при повышениирН, температуры, и степени минерализации воды. Чистый озон взрывоопасен, он не взрывается, если его концентрация в озоно-воздушной смеси не превышает 10%, т. е. 140 г/м3. Озон токсичен и может поражать органы дыхания. ПДК озона в воздухе помещений, где находятся люди, не более 0,03 мг/м3. В ряде случаев озонирование является универсальным методом водообработки, так как кроме обеззараживания воды дезодорируется и разлагаются органические вещества, обусловливающие цветность воды, улучшается процесс коагулирования примесей. Концентрация остаточного озона после выхода воды из контактной камеры должна быть 0,1-0,3 мг/л. Передозировка озона не опасна, так как через короткое время он превращается в кислород. Обеззараживание воды бактерицидными лучами Для обеззараживания подземных вод рекомендуется применять бактерицидное излучение при условии, если коли-индекс исходной воды не более 1000 ед/л, содержание железа до 0,3 мг/л, мутность до 2 мг/л. Обеззараживание воды бактерицидными лучами имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Природные вкусовые качества и химические свойства воды не изменяются. Бактерицидное действие лучей протекает во много раз быстрее, чем хлором; после облучения воду сразу можно подавать потребителям. Бактерицидные лучи уничтожают не только вегетативные виды бактерий, но и спорообразующие. Эксплуатация установок для обеззараживания воды бактерицидными лучами, проще, чем хлорного хозяйства. В. Ф. Соколовым было установлено, что наибольшим бактерицидным действием обладают ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 295 до 200 мкм. Эту область ультрафиолетового излучения называют бактерицидной. Максимум бактерицидного действия располагается около длины волны в 260 мкм. Процесс отмирания бактерий описывается уравнением: где р – число бактерий в единице объема, оставшихся живыми после бактерицидного облучения; p0 – начальное число бактерий в единице объема; Е – интенсивность потока бактерицидных лучей; Т – продолжительность облучения; k = 2500 – коэффициент сопротивляемости бактерий. Эффект обеззараживания воды зависит от произведения интенсивности бактерицидного облучения на продолжительность облучения,т. е. от количества затраченной бактерицидной энергии. Это означает, что один и тот же эффект может быть получен при малой интенсивности облучения, но большой продолжительности его и, наоборот, при большой интенсивности облучения и малой продолжительности. При определении требуемого количества бактерицидной энергии необходимо учитывать ее поглощение при прохождении потока лучей через слой воды. Интенсивность потока лучистой энергии в толще поглощающего оптически однородного вещества (в мкВт/см2) изменяется по закону Ламберта-Бугера: Е = Е0ехр(-αх), где Е0 – интенсивность потока лучистой энергии, поступающей на поверхность вещества, мкВт/см2; α – коэффициент поглощения см-1; х – толщина слоя поглощающего вещества, см. Коэффициент поглощения существенно зависит от состава воды и для различных источников водоснабжения меняется в широких пределах. Наибольшее влияние на коэффициент поглощения оказывает цветность воды, ее мутность и содержание железа. Жесткость, хлориды, сульфаты, аммиак, нитриты и нитраты в обычных концентрациях практически не влияют на поглощение бактерицидной радиации. При обеззараживании бактерицидными лучами неочищенных мутных, цветных вод или вод с повышенным содержанием железа коэффициент поглощения оказывается настолько большим, что бактерицидный метод становится экономически нецелесообразным, а с санитарной точки зрения ненадежным. Поэтому применение бактерицидных лучей рекомендуется только для обеззараживания воды, прошедшей очистку, или для подземных вод, не требующих очистки, но нуждающихся в обеззараживании в профилактических целях. Большая разница в значениях коэффициента поглощения различных вод указывает на то, что наиболее правильным было бы его экспериментальное определение в каждом конкретном случае проектирования установок для обеззараживания воды. Если такая возможность по каким-либо причинам исключается, можно воспользоваться эмпирической формулой, полученной В. Ф. Соколовым: α = где Ц – цветность воды, град; П – эмпирическая величина, учитывающая влияние мутности воды, равная 7 для вод цветностью до 20 град и 9 для вод цветностью 20 ... 50 град; CFe – концентрация железа, мг/л. Наиболее распространенными источниками бактерицидного излучения являются ртутно-кварцевые лампы высокого давления ПРКи аргонортутные лампы низкого давления РКС-2,5.Ртутно-кварцевые лампы высокого давления (примерно 0,05 ... ...0,1 МПа) с температурой оболочки при горении лампы до 250... 300 °С являются мощными источниками видимого света и ультрафиолетовых лучей с максимумом излучения линий 365,0 ... 3666,3 мкм Небольшая мощность выпускаемых промышленностью аргонортутных ламп позволяет применять их в установках небольшой производительности, несмотря на их экономичность. Ртутно-кварцевые лампы высокого давления, хотя и менее экономичные, чем аргонортутные, применяют для обеззараживания большого количества воды с незначительным бактериальным загрязнением. В этих случаях обеззараживание воды облучением даже с использованием ртутнокварцевых ламп высокого давления более экономично по сравнению с хлорированием. Недостатком метода обеззараживания является отсутствие способа контроля за эффектом обеззараживания, непригоден для мутных вод.

Похожие:

	Учебно-методических материалов по курсу "Оценка земли" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены		Учебно-методических материалов по курсу "Макроэкономика" в соответствии... В соответствии с программой курса в комплект учебно-методических материалов включены
	Учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические... Комплект учебно-методических материалов курса «Инвестиции в эколого-экономические проекты»		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Конституционное право зарубежных стран» Учебно-методический комплекс дисциплины является частью образовательной программы высшего учебного заведения, разрабатываемый по...
	Учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и... Комплект учебно-методических материалов курса «Экологическое страхование и оценка риска»		Учебно-методический комплекс Направление подготовки 030900 Юриспруденция квалификация «бакалавр» Банковское право: комплекс учебно-методических материалов для студентов заочного обучения – Калининград: 2013. 37с
	3. Учебно-методический комплекс: состав и структура Мгоу, университет и представляет собой совокупность материалов, регламентирующих содержание учебной и методической работы по организации...		Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Философия» Учебно-методический комплекс включает учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, список основной и дополнительной...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Теория физической культуры» представляет собой совокупность учебно-методических материалов, способствующих эффективному освоению...		Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета... Учебно-методический комплекс предназначен для студентов I курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 «Биология...
	Учебно-методический комплекс материалов по дисциплине «Физиология центральной нервной системы» Комплекс включает учебно-тематический план изучения дисциплины, учебную программу курса, планы проведения семинарских занятий, структуру...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Медиапсихология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Искусствоведение» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Психофизиология» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «судебная медицина» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы оптимальных решений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных, практических и лабораторных...