Василенко А.А., Грабовський П.А., Ларкіна Г.М., Поліщук А.В., Прогульний В.І. Реконструкція і інтенсифікація споруд водопостачання та водовідведення

Подождите немного. Документ загружается.

Схема електролізної установки для отримання гіпохлориту на-

трію наведена на рис. 2.48.

Рис. 2.48. Схема електролізної установки:

1– розчинний бак, 2– насос, 3– робочий бак, 4– дозатор-

поплавок, 5– електролізер, 6– бак-накопичувач гіпохлориту

Відомі електролізні установки для знезаражування води типу

«Аквахлор». Тут електролізер додатково обладнується мембраною й

виробляється суміш оксидантів (діоксид хлору, озон та ін.). Як ствер-

джують розробники, установки відрізняються малою питомою витра-

тою електроенергії на синтез хлору (не більше 2,0 квтгод/кг) і малою

питомою витратою солі - не більше 1,8 кг на 1 кг хлору.

Основною перешкодою впровадженню електролізних установок

для одержання знезаражуючих реагентів є їх економічні параметри.

Так, електролізери типу ЭН помітно програвали хлору при великих

продуктивностях, в основному, через великі витрати електроенергії.

Тому їх рекомендували застосовувати при малих продуктивностях

споруд – до 5 тис. м

/добу. Установки «Аквахлор» відрізняються ви-

сокою первісною вартістю - близько 100 тис. доларів США при проду-

ктивності 4 кг/год.

2.7.3. Знезаражування води діоксидом хлору

Використання двоокису хлору ClO

відноситься до знезаражу-

вання методом хлорування. Це один із хлорреагентів. У ряді реагентів

для хлорування: рідкий хлор, гіпохлорит натрію й кальцію, діоксид

хлору - останній має найвищий окислювально-відновний потенціал і

найвищу бактерицидність.

Діоксид хлору - газ жовто-зеленого кольору із запахом більш ін-

тенсивним, чим у хлору, легко розчиняється у воді, вибухонебезпеч-

ний. Його можна одержати взаємодією хлориту натрію з наступними

речовинами: хлором, соляною кислотою, метанолом, щавлевою кисло-

тою, тирсою в сірчанокислому середовищі, озоном.

У промисловості розповсюджений, в основному, метод хлору-

вання водяного розчину хлориту натрію, як найбільш технологічний

(рис.2.49).

У СРСР дослідження двоокису хлору як дезінфікуючого агента

велися з 1937 р. Була підтверджена висока дезодоруюча й бактерицид-

на дія двоокису хлору, при цьому вода не здобувала сторонніх присма-

ків і запахів.

Вода

Рис. 2.49. Установка знезаражування діоксидом хлору:

1 – балон з хлором; 2 – ежектор; 3 – бак с хлоритом на-

трію NaClO

; 4 – насос-дозатор; 5 – реактор; 6 – збірник

двоокису хлору.

Однак двоокис хлору легко вибухає від електричної іскри, при

прямому сонячному освітленні або нагріванні до 600

С, при дотику з

багатьма органічними речовинами; вихідний реагент – хлорит натрію

токсичний, легко запалюється. Це створює певні технологічні трудно-

щі в його застосуванні у водообробці. Однак хлорит натрію вибухоне-

безпечний при високих концентраціях, а якщо поставка здійснюється

при низьких концентраціях, то такої небезпеки немає.

Механізм бактерицидної дії у рідкого хлору й діоксиду хлору

близький. Але хімізм процесу хлорування різний - ClO

мало гідролі-

зується. Вважається, що бактерицидну дію роблять молекули ClO

ClO

- сильний окислювач, близький по дії до озону. Цим пояс-

нюють більш глибоке окислювання органічних речовин, фенолів без

утворення сторонніх запахів. Дози хлору й діоксиду хлору, необхідні

для знезаражування, приблизно однакові - 0,25 - 2,0 мг/л. Однак, час

контакту у діоксиду менший: діоксид - 0,5 год, хлор - 1 год. Необхідні

дози залишкового хлору різні. Граничні концентрації визначають по

впливу на запах і присмак води, ступеню поглинання в порожнині рота

й шлунка, а також по токсикологічній ознаці. Для вільного активного

хлору ця доза по запаху й присмаку - 0,5 мг/л; по токсикології для хло-

ру - 2 мг/л, для діоксиду хлору - 0,5 мг/л.

Слід зазначити більшу стабільність залишкового хлору при об-

робці води діоксидом хлору, залишковий хлор зберігається у всій роз-

подільній мережі, тобто післядія його більш тривала, ніж у хлору.

Доцільне застосування діоксиду хлору для вод, що містять фе-

ноли, органічні речовини, амонійні солі, залізо, марганець, а також при

високій природній лужності.

Діоксид хлору використовується на 150 очисних станціях США,

500 станцій ФРН, у Франції й Швейцарії (дані 1985 р.). В останні роки

знаходить застосування на Україні [35] (одна з можливих схем - див.

рис.2.49).

До переваг знезаражування двоокисом хлору відносять:

• сильний окислювач (наближається до озону);

• не утворює хлорфенольних запахів;

• менше час контакту;

• не реагує з амонійними солями;

• більша стабільність залишкового хлору;

• на ефект знезаражування не впливає збільшення рН се-

редовища;

• не утворює постпродуктів, що володіють канцероген-

ними властивостями й мутагенною активністю.

Недоліки:

• висока вартість обладнання й реагентів;

• технологічні труднощі;

• можливість використання тільки на місці одержання;

• не зменшує землисті й багнисті запахи;

• впливає на щитовидну залозу й може служити причи-

ною гострих токсикозів;

• можливість відновлення діоксиду хлору речовинами,

що перебувають у воді, до вихідного токсичного хлори-

ту натрію;

• низька гранична концентрація;

• потрібна висока точність дозування.

2.7.4. Озонування

Озон (О

) є сильним окислювачем, що руйнує ферменти бакте-

рій приблизно в 20 разів швидше хлору. У СНД вода озонується на

великих водопровідних станціях – Дніпровська (м. Київ), Східна (м.

Москва, продуктивність 1,2 млн. м

/добу) і інших.

Озонування має ряд істотних переваг перед хлоруванням:

• не утворяться сполуки, що створюють присмаки й запахи, а

також токсичні й канцерогенні хлорорганічні речовини;

• досягається більш повна стерилізація води й дезактивація ві-

русів при достатній дозі озону;

• поліпшуються органолептичні показники якості води - вида-

ляються запахи й присмаки, знижується кольоровість;

• розкладаються поверхнево-активні речовини (ПАВ), видаля-

ються феноли, сірководень, залізо, марганець.

Таким чином, озон має широкий спектр впливу на воду. Тому

його доцільно застосовувати не тільки для знезаражування води - це

метод комплексної обробки води.

Як приклад на рис.2.50 наведена технологічна схема, при якій

озон може вводитися тричі.

Таким чином, озон має широкий спектр дії на воду. Тому його

доцільно використовувати не тільки для знезаражування води – це ме-

тод комплексної її обробки.

В якості прикладу на рис.2.50 наведена технологічна схема, при

якій озон може вводитись тричі.

До недоліків озонування, крім складності обладнання й великих

енерговитрат, відносять:

Рис. 2.50. Схема станції очистки води зі застосуванням окислю-

вально-сорбційної технології:

1 – первинне озонування, 2 – первинне хлорування (при необхіднос-

ті), 3 – ввід коагулянтів, 4 – змішувач, 5 – камера утворення пластів-

ців, 6 – відстійник, 7 – вторинне озонування, 8 – швидкий фільтр, 9 –

сорбційний вугільний фільтр, 10 – третинне озонування, 11 – вторин-

не хлорування, 12 – резервуар чистої води.

• озон, як і хлор, утворює вторинні продукти: альдегіди, кетони, кар-

боксидні смоли, що володіють токсичною дією;

• спорові форми бактерій стійкі й до озонування;

• вищі вимоги по техніці безпеки - ГДК озону в 10 разів менше, ніж

хлору, озонаторні станції мають високовольтне електроустаткування.

• оскільки озон є токсичним газом і погано розчиняється у воді, не-

обхідна деструкція озоноповітряної суміші при неповному її погли-

нанні;

• відзначається активна корозія труб;

• озон швидко розкладається і не має післядії, тому у воду після озо-

нування доводиться вводити невеликі дози хлору.

Досвід впровадження озонування в м. Ярославлі [36] показав,

що при первинному озонуванні повторний ріст мікроорганізмів може

привести до інтенсивних біологічних обростань в очисних спорудах,

особливо в завантаженні швидких фільтрів, що зажадало періодичної

обробки споруд високими дозами хлору. Необхідний ретельний підбір

доз озону, на даній станції доза озону не перевищувала 2 мг/л.

Досвід Східної станції м. Москви також підтверджує збільшен-

ня концентрації зооплактону у воді, обробленої озоном; не знижується

окислюваність. Однак збільшується термін служби гранульованого

активованого вугілля (ГАВ), досягається знебарвлення води.

Фірма «Трейлігаз» проводила випробування озонування в м.

Волгограді [37]. Відзначено, що знезаражування забезпечувалося в

достатньому ступені. Однак утворюються постпродукти - бромати,

альдегіди й ін. Метод вибухопожежонебезпечний, токсичний при екс-

плуатації й вимагає значних фінансових витрат. При техніко-

економічному порівнянні озонування й УФ опромінення перевага від-

дана останньому методу.

Накопичений досвід дозволяє рекомендувати наступне:

• озон варто вводити до хлору;

• місце введення суттєво залежить від якості води - необхідна гнуч-

ка схема з варіюванням точок введення;

• при озонуванні спостерігається флотація зависі, що може привести

до порушення роботи відстійників і освітлювачів із шаром завис-

лого осаду, може виявитись доцільним переведення першої ступе-

ні на флотацію;

• після озонування необхідна сорбційна очистка на ГАВ;

• озон і хлор не конкуренти, а реагенти, які доповнюють один одно-

го;

• вибір місця введення й доз варто робити шляхом пілотних дослі-

джень.

Для порівняльної оцінки ефективності реагентного знезаражу-

вання в останні роки стали використовувати критерій СТ, який дорів-

нює добутку дози введеного реагенту (С, мг/л) і часу контакту води зі

знезаражуючим реагентом до надходження до споживача (Т, хв). Зна-

чення СТ, які рекомендуються в СанПіН і забезпечують інактивацію

ентеровірусів на 99,99% для поверхневих вод наведені в табл. 2.4, а в

табл. 2.5 дані значення СТ при використанні різних дезинфектантів.

Таблиця 2.4. Критерій СТ при знезараженні поверхневої води хлором

Критерій СТ при значеннях рН

Залишковий

активний

хлор, мг/л

6,0 6,5 7,0 7,5 8,0

0,4 92/70 114/90 140/105 170/130 200/150

0,6 100/75 124/95 150/115 180/140 220/165

0,8 105/80 130/100 160/120 190/145 230/170

1,0 110/85 135/105 170/125 200/150 240/180

Примітка: чисельник – температура води 5

С, знаменник – 10

С.

Таблиця 2.5. Критерій СТ при знезараженні поверхневих вод різними

окислювачами

Критерій СТ при температурі води,

Дезінфектант,

залишкова до-

за, мг/л

рН

0,5 5 1 15 20

6 60 40 30 20 15

7 90 60 40 30 20

8 130 90 60 50 30

Хлор- газ,

2мг/л

9 170 120 90 60 45

Діоксид хлора

27 18 13 9 7

Хлорамін

1100 770 570 370 220

Озон, 0,3мг/л

6-9

1,5 1

0,8

0,7

0,5

Аналіз наведених таблиць дозволяє зробити висновки:

1. Температура води помітно впливає на ефект знезаражування -

чим вона нижче, тим повинен бути більшим критерій СТ.

2. При використанні хлору зниження рН дозволяє зменшити до-

зу або час контакту.

3. Ефективність знезаражування зростає в ряді:

хлорамін < хлор-газ < діокcид хлору < озон.

2.7.5.Ультрафіолетове опромінення

Бактерицидна дія УФ – променів з довжиною хвилі 240-280 нм

(максимальний ефект при 254 нм) відома з 1877р. УФ викликає фото-

хімічні зміни в структурі мікроорганізмів. Доза опромінення – добуток

інтенсивності опромінення на час, це міра бактерицидної енергії, пере-

даної мікроорганізму (розмірність - мДж/см

В останні роки усе більш широке застосування для знезаражу-

вання має бактерицидне опромінення. Розроблені й пропонуються різ-

ними фірмами різноманітні асортименти обладнання з УФ лампами,

розраховані на обробку підземних і поверхневих вод у великому діа-

пазоні продуктивностей. УФ опромінення забезпечує віруцидний

ефект при відповідних дозах опромінення – 16 – 40 мДж/см

, при ви-

користанні УФ не змінюється хімічний склад води, обладнання компа-

ктне, у ряді випадків можлива установка бактерицидних ламп прямо у

водоводі.

Однак необхідно запобігати можливості повторного забруднен-

ня води в мережі. Оскільки УФ опромінення не забезпечує післядії,

тут, як і при застосуванні озону, воду доводиться хлорувати на виході

зі станції очищення.

При розробці проекту реконструкції очисної станції м. Нижнє-

кам’янську замість первинного хлорування ввели УФ. Первинне хло-

рування проводять періодично дозою не більше 2 мг/л разом з УФ. У

результаті випробувань, проведених фірмою НПО «Літ» у м. Волго-

граді, прийнята оптимальною досить висока доза опромінення – 60

мДж/см

. При цьому відзначене зниження перманганатної окислюва-

ності.

На Рубльовській станції м. Москви при реконструкції також за-

стосували УФ замість первинного хлорування. Є відомості про спільне

використання озону й УФ. У вузький зазор між стінками ртутної лам-

пи й кварцового чохла подають повітря (рис.2.51). За рахунок фотохі-

мічних реакцій під дією УФ променів з кисню утворюється озон (фо-

толіз озону світловою хвилею довжиною 1000-2000 А).

Контрольні питання

1. Які причини низької ефективності знезаражування води хлоруван-

ням?

2. Перелічіть шляхи вдосконалювання процесу знезаражування.

3. У яких випадках доцільна хлорамонізація?

4. Яка технологічна схема обробки води при використанні озону?

5. Які Ви знаєте способи знезаражування крім хлорування?

6. Чому при озонуванні води застосовується також і хлорування?

7. Які способи знезаражування мають віруцидну дію?

8. Чим у теперішній час рекомендують заміняти первинне хлорування?

9. У яких випадках можливе знезаражування питної води тільки УФ-

лампами?

3. РЕКОНСТРУКЦІЯ ТА ІНТЕНСИФІКАЦІЯ

СИСТЕМ ПОДАЧІ І РОЗПОДІЛУ ВОДИ

3.1. ОБСТЕЖЕННЯ І АНАЛІЗ РОБОТИ ДІЮЧИХ СИСТЕМ

ПОДАЧІ І РОЗПОДІЛУ ВОДИ

Система подачі та розподілу води (СПРВ) складається з насос-

них станцій, водоводів, магістральних і розподільних мереж, що пра-

цюють спільно. Тому доцільна наступна методика обстеження й аналі-

зу:

1. Визначаються фактичні характеристики діючого обладнання насо-

сних станцій і проводиться його попередній аналіз.

2. Вивчаються характеристики водоводів і магістральних ліній ме-

режі.

3. Проводиться спільний аналіз роботи СПРВ і виробляються реко-

мендації з можливих варіантів реконструкції та інтенсифікації.

Для наступних розрахунків необхідно знати, скільки система

споживає води і скільки води їй необхідно для нормального функціо-

нування. Це питання розглядається в наступному розділі.

3.1.1. Визначення розрахункових витрат

Довгий час своєрідним показником культурно-побутових умов

життя населення вважався фактичний рівень споживання води на 1

людину. В теперішній час середня подача води жителям, як правило,

задовольняє найвищі вимоги гігієністів. Так, життєво необхідна норма

водоспоживання становить 110-115 л/(добу. чол). У той же час СНиП

[9] рекомендує норми від 125 до 350 л/(добу. чол). Завищення норм

пов'язане з неврахованими витратами в системах водопостачання, що

досягають на Україні 20-40%. Крім того, на завищення норм і збіль-

шення фактичного споживання впливає традиційне уявлення про воду

як про дарову і "вічну" природну сировину.

Аналіз необхідних витрат ведуть по основних групах спожива-

чів:

1. Населення.

2. Промисловість.

3. Мийка покриттів проїздів та поливання зелених наса-

джень.

Населення

За генпланом і проектами детального планування місто розби-

вають на райони з однаковою щільністю населення, ступенем благоус-

100

трою й роблять розрахунок водоспоживання за методикою СНиП

2.04.02-84 з урахуванням діючих норм. Потім вибирають типові буди-

нки, великі готелі й т.п. і проводять вибіркові обстеження й виміри

водоспоживання. Природно, найважливішим джерелом інформації є

дані абонентних відділів Водоканалів. Аналізуючи результати обсте-

ження й розрахунків, уточнюють фактичне водоспоживання.

Для зниження водоспоживання населення можна використову-

вати:

• широку інформацію населення про роботу й проблеми

системи водопостачання (кіно, радіо, телебачення, екс-

курсії, брошури й т.п.), сьогодні у Водоканалах ство-

рюються відділи зв'язку із громадськістю;

• установку квартирних лічильників і відповідної плати

за воду;

• зниження витоків.

Неврахованою витратою або витоком [38] прийнято вважати

різницю між кількістю води, поданої в міську мережу й корисно спо-

житої, тобто проданої води.

Термін «неврахована витрата» води не вичерпує всіх втрат, на-

явних при експлуатації міського водопроводу. У ряді випадків витрата

води може бути врахована і оплачена, але вода витрачена нераціональ-

но.

Витоки та неврахована витрата води діляться на три групи:

1. Невраховані витрати води.

До цієї групи відносяться розкрадання води, а також витоки:

а) із труб зовнішньої міської мережі;

б) на внутрішніх приєднаннях при відсутності на них витрато-

мірів або при недостатній їх чутливості;

в) з водорозбірних колонок;

г) при аваріях і розривах труб в результаті замерзання.

2. Вода, врахована вимірювальними приладами, але витрачена

даремно.

До цієї групи відносяться:

а) втрати води на внутрішніх приєднаннях і мережах при не-

справності санітарних приладів;

б) нераціональні витрати води промисловими підприємствами

(використання води для виробничих цілей без її обороту й ін.)

3. Корисні витрати води, враховані лічильниками або нормами

водоспоживання, але не оплачувані споживачами.

До цієї групи відносяться: