7137

31

Хлоропоглощаемостью воды называют количество активного хлора в мг/л, которое расходуется при 30 мин контакте его с обрабатываемой водой, на окисление и хлорирование содержащихся в ней органических и неорганических веществ. Другими словами это разница между дозой введенного в воду активного хлора и его концентрацией через 30 мин. Величина хлоропоглощаемости воды является санитарно-бактериологической ее характеристикой. В некоторой степени хлоропоглощаемость указывает на степень загрязнения воды органическими веществами (при учете или отсутствии неорганических примесей). Хлоропоглощаемость воды постоянно меняется и зависит от физико-химических показателей воды, дозы введенного активного хлора и времени его воздействия. В воде при ее хлорировании необходим избыток хлора для предотвращения возможности вторичного бактериального загрязнения воды во время прохождения по сети. По величине избыточного остаточного хлора в воде ведут контроль процесса хлорирования на водопроводных очистных сооружениях. В хозяйственно-питьевой воде, поступающей в сеть к потребителю, проверяется концентрация остаточного хлора не реже одного раза в час.

Необходимую дозу хлора принимают на основании пробного хлорирования, по результатам которого строят график хлоропоглощаемости и по этому графику определяется необходимая доза хлора. Согласно требованиям [1] количество свободного остаточного хлора в питьевой воде должно быть 0,3- 0,5 мг/л при контакте 30 мин или связанного остаточного хлора 0,8-1,2 мг/л при часовом контакте.

Свободный остаточный хлор – хлор, присутствующий в воде в виде, HOCl, ClO- или растворенного молекулярного Cl2. ∑ = [HOCl] + [ClO-] + [Cl2].

Связный остаточный хлор – часть общего хлора, присутствующего в воде в виде неорганических и органических хлораминов. ∑ = [NH3-nCln] +

+ [R-NH2-nCln].

Образование хлораминов происходит за счет присутствия в воде солевого аммиака:

HOCl + NH3 NH2Cl + H2O – монохлорамин

NH2Cl + H2O NH4+ + OCl- - гидролиз

Общий хлор (суммарный остаточный активный хлор) – суммарная концентрация всех форм хлорноватистой кислоты, органических и неорганических хлораминов. ∑ = [HOCl] + [ClO-] + [Cl2] + [NH3-nCln] +

+ [R-NH2-nCln].

Активный хлор не только обеззараживает воду, но и улучшает физикохимический ее состав, снижает цветность, окисляемость, устраняет некоторые запахи и привкусы. Разрушение гумусовых веществ, стабилизирующих неорганические суспензии (глинистые частицы, Аl(ОН)3, Fе(ОН)3) и препятствующих их слипанию и осаждению, способствует улучшению процессов очистки воды коагулированием. Это объясняется тем, что при

32

хлорировании протекает окисление содержащихся в составе гумусовых веществ фенольных гидроксилов с образованием карбонильных соединений. Такая замена значительно снижает защитные свойства гумуса по отношению к гидрофобным коллоидам и способствует ускорению их коагуляции и осаждению. Таким образом, хлорирование воды наряду с обеззараживанием способствует улучшению процессов коагулирования, отстаивания, фильтрования.

4.2. Лабораторная работа №7 Пробное хлорирование воды

Цель работы: Провести пробное хлорирование воды, построить кривую хлорпоглащаемости и определить необходимую дозу хлор регента для обеззараживания данной воды.

Методика выполнения работы В качестве реагента используется раствор гипохлорита натрия, крепость

которого по активному хлору определяют перед началом опыта. Исследуемая вода разливается в 4 стеклянных чистых емкостей объемом 0,5-1,0 л. В каждую емкость вводят раствор гипохлорита натрия в дозах 3, 4, 5, 6 мг/л.

Необходимое количество раствора в мл, которое следует ввести в каждую емкость, рассчитывается на основе заданной дозы и крепости раствора реагента по формуле:

Q = (D·V) / C, мл где Q - количество раствора реагента, мл;

D – заданная доза хлорирования, мг/л; V - объем обрабатываемой воды, л;

С - концентрация активного хлора в растворе, мг/л или г/л.

После ввода реагента содержимое емкостей тщательно перемешивается опрокидыванием в течение 30 с, а потом отстаивается в термостате или емкости с проточной водой, позволяющих поддерживать температуру обрабатываемой воды в натурных значениях. Через 30 мин отстаивания из каждой емкости отбирают пробы воды, в которых сразу же определяют величины активного остаточного хлора, цветность, рН.

Результаты исследований заносятся в табл. 8. По результатам исследований строится график хлорпоглащаемости (в координатах доза хлорирования, мг/л – концентрация остаточного суммарного хлора, мг/л) и устанавливается необходимая доза хлора для данной воды.

33

Определение концентрации хлорной воды

2см3 раствора H2SO4 + 50cм3 кипяченной дистиллированной воды + 2,5см3 KJ + 1cм3 хлорной воды титруют 0,005М раствором Na2S2O3 до слабожелтой окраски, затем прибавляют 1см3 0,5% раствора крахмала и продолжают дальнейшее титрование до исчезновения синей окраски.

Содержание активного хлора (Х) в мг/см3 рассчитывают по формуле: Х = v ∙ 0,177, мг/см3

где: v – количество 0,005М раствора Na2S2O3, пошедшее на титрование пробы, см3.

Вопросы для самопроверки к разделу 4.

1.Сущность процесса хлорирования воды?

2.Назовите известные Вам реагенты, применяемые при хлорировании

воды.

3.Что называют хлоропоглащаемостью воды?

4.Опишите процесс гидролиза хлорсодержащих реагентов с водой.

34

Приложение 1.

Характеристика каталитических загрузок фильтров

Birm - алюмосиликат, покрытый оксидами марганца и железа, и производится компанией Clack Corporation (США). Birm является эффективной

иэкономичной загрузкой для удаления растворенных в воде соединений железа

имарганца. Birm – катализатор реакции окисления соединений железа растворенным в воде кислородом воздуха. Нерастворимые соединения железа, являющиеся результатом окисления, осаждаются в слое загрузки и могут быть легко отфильтрованы. Birm не расходуется в процессе удаления железа и является более экономичным по сравнению с другими загрузками. Обезжелезивание с помощью Birm возможно в интервале pH от 6,8 до 8,5. При более высоких значениях pH железо может находиться в трудноудаляемой коллоидной форме. Для эффективной деманганации значение pH должно быть не менее 8. Если вода помимо марганца содержит соединения железа, то pH не должен превышать 8,5, так как высокое значение pH может быть причиной образования трудноудаляемого коллоидного железа.

Удаляет: общее железо (до 3 мг/л), марганец (при pH=8,0-8,5). Суммарная концентрация железа и марганца не должна превышать 3 мг/л. Наибольший эффект от применения данного фильтрующего материала достигается совместно с предварительным насыщением воды воздухом в аэрационной колонне!

Условия работы: pH воды - не менее 6,8; содержание свободного кислорода на 15% больше содержания железа; содержание HCO3- анионов в 2 раза больше суммы сульфатов и хлоридов (SO42- + Cl-); окисляемость < 4 мг/л; отсутствие сероводорода и нефтепродуктов. Предельное содержание железа: до 10 мг/л; марганца: до 3 мг/л; органики: не более 4-5 мг/л. Щелочность должна быть в 2 раза больше суммы концентрации сульфатов и хлоридов (SO42- + Cl-). Скорость фильтрации: в режиме сервиса: 8,6 – 12 м/час, при определенных условиях может быть выше; в режиме обратной промывки: 24 – 29 м/ час.

Физические свойства Birm обеспечивают качественную фильтрацию, а фильтр легко очищается от задержанных частиц загрязнений путем обратной промывки водой. Birm может использоваться, как в напорных, так и в безнапорных системах очистки воды. В отличие от других фильтрующих загрузок Birm не требует химических реагентов для восстановления, необходима только периодическая промывка. Твердый материал с длительным сроком службы в широком температурном диапазоне.

Физические свойства

-цвет: чёрный;

-плотность 0,7 – 0,8 г/см³;

-удельный вес: 2,0 г/см³;

-коэффициент однородности: 1,96;

-размер зерна: 0,42 - 2,0 мм;

-высота фильтрующего слоя: 75 – 90 см;

-максимальная температура воды: 38°С.

35

Manganese Greensand – загрузка фильтров для удаления из воды железа, марганца и сероводорода. MGS производят из минерала глауконита, относящегося к классу цеолитов. Растворенные в воде железо и марганец, окисляются при контакте с высшими оксидами марганца, находящимися на поверхности гранул материала. Осадки отфильтровываются на материале и удаляются при обратной промывке. Когда окислительная способность Manganese Greensand истощается, его необходимо регенерировать слабым раствором перманганата калия (KMnO4), восстанавливающим окислительную способность материала. Для нормальной регенерации достаточно раствора содержащего 1,5 – 2,0 грамма перманганата калия на литр Manganese Greensand. Материал требует интенсивной обратной промывки и своевременной регенерации в процессе работы (до истощения его окислительной способности). Несоблюдение этих требований может привести к снижению срока службы.

Марганцевый зеленый песок - лучшая загрузка для обезжелезивания и деманганации воды, используется с периодической или постоянной схемой регенерации для восстановления окислительной способности, которая проводится раствором перманганата калия или последовательной обработкой растворами хлора и перманганата калия. Оксид марганца на поверхности гранул при этом выступает как катализатор окисления, а также как буфер для исключения попадания перманганата калия в водопроводную магистраль потребителя. Непрерывный метод регенерации рекомендуется при доминирующем содержании в воде железа, возможно также присутствии марганца. Периодический метод рекомендуется для очистки воды, где доминирует марганец.

Физические свойства: Цвет - чёрный.

Плотность - 1,36 г/см³ Коэффициент однородности - 1,6 Размер - 0,25 - 1,18 мм.

Условия применения: Рабочий диапазон рН - 6,2- 8,5

Пределы применения - суммарное содержание растворенного железа и марганца – до 15 мг/л.

Максимальное содержание сероводорода - 5 мг/л. Максимальная температура воды - 26°C.

Высота слоя - 75 см/ Скорость потока воды в рабочем режиме:

для непрерывного процесса - 7,5 – 12,5 м/час для периодического процесса - 20 - 25 м³/час

Скорость потока воды в режиме обратной промывки - 25 - 30 м³/час. Регенерат - перманганат калия.

Доза регенерата - 1,5 – 2,0 грамма на литр MGS.

36

МФО-47 - зернистый фильтрующий материал природного происхождения, предназначенный для доочистки воды от железа и марганца:

-в бытовых системах очистки воды, устанавливаемых в городских квартирах и загородных домах;

-при использовании в качестве фильтрующего материала в водоочистных сооружениях муниципальных станций водоподготовки, станций водоподготовки промышленных предприятий, котельных и других объектов хозяйственной деятельности.

Патента РФ на изобретение № 2275335 «Фильтрующий материал для очистки воды от марганца и железа, способ его получения и способ очистки воды от марганца и железа» Бюл. № 12 от 27.04.2006.

Значение максимальной общей емкости Фильтрующего материала МФО47 составляет от 1,2 до 2,0 г на 1 литр загрузки, т.е. 1 литр загрузки задерживает от 1,2 до 2,0 г железа и/или марганца, после чего необходима обратная промывка. Грязеёмкость зависит от состава исходной воды, причем не только от абсолютных концентраций металлов, но и от соотношения Mn/Fe, а также от выбранного режима эксплуатации, например от способа подачи воздуха, и соответственно от содержания кислорода в потоке, и именно этими параметрами определяется периодичность промывки загрузки в процессе эксплуатации.

Основные характеристики: Цвет - от коричневого до чёрного.

Рекомендуемая скорость фильтрации в зависимости от показателей качества воды – 8-15 м/час.

Высота слоя загрузки – 0,5-1,5 м. Аэрация – воздух.

рН, при котором требуется подщелачивание воды - менее 6,8. Интенсивность обратной промывки - 20-25 м/час.

Аэрация необходима в случае отсутствия кислорода в исходной воде, в противном случае кислород из оксидов марганца, покрывающих фильтрующий материал, будет расходоваться на окисление железа, а в воде будет отмечаться рост содержания марганца.

МЖФ - гранулированный материал, обладающий каталитической активностью в реакциях окисления железа и марганца растворенными в воде окислителями: кислородом воздуха, озоном, гипохлоритом натрия, перманганатом калия. Страна производитель – Россия.

МЖФ эффективно удаляет растворенные в воде железо с концентрацией до 50 мг/л и марганец с концентрацией до 2 мг/л при значениях рН ниже 6,0, низкой щелочности и высоком содержании углекислоты.

В качестве сырья для производства МЖФ была выбрана порода осадочного происхождения, состоящая из смеси минералов Si, Al, Mn, Ca, Fe. В результате механохимической и термохимической обработки и последующей химической модификации получен гранулированный, пористый материал с

37

развитой удельной поверхностью, содержащий в порах высокодисперсный каталитически активный диоксид марганца.

Принцип действия: катализатор окисления двухвалентных железа и марганца. Повышает значение pH воды за счет растворения доломитной основы, удаляет агрессивную углекислоту, способен частично омылять нефтепродукты.

Физические свойства:

-цвет: коричнево – бурый

-геометрическая форма гранул: гранулы неправильной формы

-плотность: не более 2,4 – 2,5 г/см³

-насыпная плотность: не более 1,4 г/см³

-размер зерна: 0,5 – 1,6 мм

-коэффициент однородности: не более 2,2

-ежегодный износ: 5 % в год

Условия применения:

-водородный показатель (рН) воды: 5,0 - 8,0;

-скорость фильтрации:

врежиме сервиса: 7,0 – 12 м/ час;

врежиме обратной промывки: 24 – 29 м/ час;

-содержание растворенного кислорода на 15% больше содержания железа;

-при наличии сероводорода необходимо дозирование окислителя (гипохлорит натрия, калия перманганат или кислород воздуха).

Рекомендации по применению.

-максимальная температура воды: 40 °С

-необходимыми условиями работы этой загрузки являются: принудительная аэрация, либо дозация реагента (перманганат калия или гипохлорит)

-рекомендуемая концентрация вводимого окислителя (кислород, озон, перманганат калия, гипохлорит натрия) из расчета 1 г-экв окислителя на 1 г-экв металла, в соответствии с реакцией окисления.

-при концентрации железа в исходной воде более 10 мг/л рекомендуется регенерировать МЖФ чистой водой.

-свободное пространство над слоем фильтрующей загрузки должно быть около 20% от объема фильтра.

38

Приложение 2.

Характеристика коагулянтов Алюмосодержащие коагулянты:

1. Сульфат алюминия Al2(SO4)3∙18H2O получают из природного сырья бокситов, каолинов, нефелинов, алюнитов и др., либо из гидроксида алюминия - полупродукта, получаемого в процессе производства оксида алюминия щелочным способом из природного алюминиевого сырья.

Al2O3 + 3H2SO4 = AL2(SO4)3 + 3H2O

Он бывает двух видов:

•Неочищенный – это технический продукт серовато-зеленого цвета. Представляет собой куски твердого вещества массой не более 10 кг. Его получают при обработки бокситов, глин, нефелинов серной кислотой. Такой продукт содержит не менее 9% Al2O3.

•Очищенный – представляет из себя плиты сероватоперламутрового цвета. Его получают при растворении неочищенного сульфата алюминия или глинозема в серной кислоте. Этот коагулянт для очистки воды

содержит не менее 13,5% Al2O3.

Достоинства: традиционность использования; относительно несложные способы транспортировки; простые методы складирования; длительные сроки хранения; относительно невысокая стоимость; хорошо работает в цветных и маломутных водах.

Недостатки: чувствительность к изменениям pH, при низких температурах (зимой) очищаемой воды почти не работает; обрабатываемой воды, образование рыхлых хлопьев, необходим запас щелочности для

образования Al(OH)3, в обработанной воде присутствует остаточный алюминий.

Оптимальное значение рН=5,5-7,5. В более щелочной среде вследствие амфотерности алюминия образуется легко растворимый алюминат натрия и коагуляция не идет. В кислой среде при рН<4,5 практически не происходит гидролиз, значит, не образуется гидроокись алюминия, а введенный сернокислый алюминий присутствует в воде в виде ионов Al+3 и SO4-2.

2. Алюминат натрия NaAlO2 – твердое вещество белое по цвету (с перламутровым блеском на изломе). Его получают при растворении алюминия

вгидроксиде натрия (щелочи). Применяется самостоятельно, только в водах с низким pH. Обычно его используют в смеси с сернокислым алюминием.

3. Оксихлорид алюминия (ОХА).

Общая форма соединения – Aln(OH)mCl3n-m. Al(OH)Cl2 – моногидроксохлорид алюминия. Al2(OH)5CI – пентагидроксохлорид алюминия.

Гидроксохлорид алюминия («оксихлорид алюминия», «полиалюминия хлорид») — коагулянт нового поколения, предназначен для подготовки питьевой воды при обработке поверхностных и подземных вод, а также для очистки сточных и оборотных промышленных вод.

39

Отличается тем, что алюминий в нем содержится не в виде ионов (как у сульфата алюминия), а в виде аквагидроксокомплексов, имеющих достаточно высокий заряд и молекулярную массу. Благодаря своей большой удельной поверхности гидрокомплексы и продукты их гидролиза способны захватить, адсорбировать на себе и удалить из очищаемой воды большое количество растворенных в воде примесей.

Гидроксохлорид алюминия выпускают в виде водного раствора (марка А) и в виде твердого продукта (марка Б).

Внешний вид водного раствора — прозрачная бесцветная жидкость (допускаются серый или белый оттенок), срок хранения 6 месяцев; внешний вид твердого продукта — пластинки и гранулы неопределенной формы различного размера белого или желтого цвета.

Достоинства:

•обладает высокой коагулирующей способностью, не зависящей от температуры очищаемой воды;

•эффективен при очистке маломутных высокоцветных вод с низкой температурой;

•эффективен при очистке малоцветных вод;

•остаточное содержание алюминия в очищенной воде менее 0,2 мг/л;

•обладает полимерными свойствами, позволяющими в ряде случаев отказаться от использования флокулянтов;

•при введении в воду практически не снижает щелочность и рН обрабатываемой воды, как в сравнении с традиционно используемыми коагулянтами, что способствует: уменьшению скорости коррозии металлов в системах водоснабжения, за счет исключения образования агрессивной углекислоты; возможность отказа от использования щелочных агентов;

•является своеобразным дезинфектантом, допускает снижение дозы хлорирующего реагента;

•хорошо растворим в воде (без остатка), не требует предварительного подогрева воды на стадии приготовления рабочего раствора;

•солесодержание в воде увеличивается в меньшей мере, чем с сернокислым алюминием;

•меньше дозы остаточного алюминия в обработанной воде, по сравнению с сернокислым алюминием;

•просто применяемый и хранящийся раствор, который перед дозировкой легко разбавляется до нужной степени;

•исключает или резко снижает образование гипсовых отложений в технологическом оборудовании и трубопроводах.

4. Гидроксохлоросульфат алюминия (ГСХА) (коагулянт смешанного типа).

Алюминия гидроксохлоросульфат — смешанный коагулянт на основе сульфата алюминия, предназначен для очистки воды хозяйственно-питьевого назначения и промышленных стоков. Алюминия гидроксохлоросульфат

40

выпускают в виде водного раствора (марка А) и в виде твердого продукта (марка Б).

Внешний вид водного раствора — прозрачная жидкость с желтоватым оттенком, внешний вид твердого продукта — неслеживающиеся пластины и куски неопределенной формы различного размера массой не более 3 кг белого или слегка желтоватого цвета.

Массовая доля основного вещества в пересчете на Al2O3 - 7,5-15%. Достоинства: эффективен при очистке высокомутных вод при

температуре ниже +10 °С, особенно в паводковый период; коагулирующая способность реагента одинакова зимой и летом (содержание ионов хлора и сульфата).

5. «Аква-Аурат 30» (полиоксиалюминиум хлорид) AL(OH)aCLb*nH2O. «Аква-Аурат 30» - кристаллический порошок желтоватого цвета.

Массовая доля оксида алюминия 30,0%.

Преимущества коагулянта марки «Аква-Аурат 30» состоят в следующем: Технологическая активность коагулянта «Аква-Аурата 30» практически не

зависит от температуры очищаемой воды. Эффективен в осенне-зимний период. Отсутствует влияние на pH воды. Коагулянт имеет длительный срок хранения и при этом не слеживается, не требует отапливаемых складов для хранения. Удобен в применении, легко и быстро растворяется в воде, что позволяет осуществлять его точную дозировку. Может применяться для вод с низким щелочным резервом.

Железосодержащие коагулянты:

1. Хлорное железо FeCl3*6H2O – представляет собой темные кристаллы (с металлическим блеском). Его получают при охлорировании стальной стружки или как побочный продукт при горячем хлорировании руд. Очень гигроскопичен.

2. Сульфат железа (II) FeSO4*7Н2О – железный купорос – это кристаллы зеленовато-голубого цвета. Применяется в основном при известковом или известково-содовом умягчении. Минус – необходимо добавление извести или хлора перед коагуляцией.

3. Сульфат железа (III) – кристаллический продукт. Получается при растворении оксида железа в растворе серной кислоты.

Преимущества: мало влияет на значение рН; работает при низких температурах.

Недостатки: необходима точная дозировка.

4. Алюможелезный коагулянт (коагулянт смешанного типа) Алюможелезный коагулянт относится к категории смешанных

коагулянтов на основе сульфата алюминия, получаемый частичной заменой алюминия на соединения железа. Неслеживающиеся пластины, куски неопределенной формы и разного размера массой не более 10 кг желтого или коричневато-желтого цвета. Массовая доля оксида алюминия не менее 12,0%.

Достоинства: при условии правильного подбора режима очистки содержание остаточного алюминия и железа в очищенной воде не превышает