Опыт использования гипохлорита натрия, получаемого электролизом, для обеззараживания питьевой воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опыт использования гипохлорита натрия, получаемого электролизом, для обеззараживания питьевой воды

Л.И. Кантор

МУП «Уфаводоканал», г. Уфа

E-mail:uwc@uwc.ufanet.ru

Вопрос промышленной безопасности становится все более острым для водоканалов, использующих жидкий хлор в технологии приготовления питьевой воды и очистки сточных вод. С ростом и расширением селитебной зоны городов и поселков многие водопроводные и канализационные сооружения, находившиеся ранее на безопасных расстояниях от зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения, оказываются зачастую вблизи мест массового скопления людей, и, в случае аварий на хлорных объектах, могут создать серьезную угрозу населению и нанести заметный ущерб окружающей природной среде. Поэтому выбор альтернативного метода дезинфекции становится первоочередной задачей водоканалов, использующих хлор в технологии.

Использование газообразного хлора для обеззараживания питьевой воды является наиболее распространенным методом в водоподготовке с начала 20-го века. Хлор обладает достаточно высокой эффективностью в отношении бактериальных загрязнений и пролонгированным действием. В большинстве случаев это наиболее дешевое средство дезинфекции.

Однако хлор имеет ряд недостатков, таких, как высокая токсичность, недостаточная эффективность в отношении возбудителей вирусных и паразитарных заболеваний в силу специфических химических свойств хлора. Хлорные хозяйства станций водоподготовки относятся к числу объектов повышенной опасности. Примерно в 50% случаев аварий зоны поражения могут распространиться за территорию предприятия, приблизительно в 70% случаев - сопровождаться поражением людей ?1?.

Расширение строительства района вокруг площадки II подъема Северного инфильтрационного водозабора в г. Уфе привело к тому, что хлорное хозяйство, оказалось на расстоянии около ста метров от жилья и, при возможной аварии на хлорном объекте, создавало угрозу населению. Поскольку требования к таким объектам постоянно ужесточаются, то для создания санитарно-защитной зоны соответствующей нормативам возникла необходимость расселения жителей или искать путь замены хлора при обеззараживании питьевой воды альтернативным дезинфицирующим реагентом.

Выбору альтернативного метода дезинфекции применительно к воде инфильтрационного водозабора предшествовала работа по научно-техническому обоснованию, экономического и технологического аспектов проблем. Учитывались факторы безопасности и эффективности обеззараживания, повышения надежности процесса в связи с ужесточением нормативных требований к качеству воды по микробиологическим показателям, возможность образования побочных продуктов, зависимость от поставщиков, место размещения и обслуживание установки, гарантии производителя, экономичность, и т.д.

В результате оценки различных методов дезинфекции была принята двухстадийная технология обеззараживания: ультрафиолетовое обеззараживание с последующим вводом низкоконцентрированного гипохлорита натрия [2] (рисунок 1). В такой связке технология ультрафиолетового обеззараживания питьевой воды эффективна против различных типов микроорганизмов, хотя она не обладает пролонгирующим бактерицидным действием, что не исключает возможности вторичного загрязнения питьевой воды в разводящей сети. Гипохлорит натрия обеспечивает необходимый бактерицидный эффект последействия в сетях и при этом, безопасен при хранении, транспортировке не требует сложной индивидуальной защиты персонала и позволяет значительно повысить безопасность объекта. Низкоконцентрированный раствор гипохлорита натрия по степени воздействия на организм человека относится к четвертому классу опасности, газообразный хлор - ко второму классу, высококонцентрированный гипохлорит - к третьему классу ?3?.

Эта технология реализована с августа 2006 года на существующей территории площадки Северного инфильтрационного водопровода г. Уфы по проекту МГУП «МосводоканалНИИпроект». Источником водоснабжения являются воды подземных скважин и подрусловые воды лучевых водозаборов, расположенных вдоль берега реки Уфа. Проектная производительность сооружений - 100,0 тыс.м3/сут.

На первой стадии вода проходит установку ультрафиолетового обеззараживания Фирмы НПО «ЛИТ» - эффективная доза облучения - не менее 16 мДж/см2 (рисунок 1).

1. Скважины и лучевые водозаборы

2. Установка УФО

3. Резервуар чистой воды

4. Насосная станция второго подъема

5. Умягчитель воды

6. Сатуратор

7. Насос солевого раствора

8. Электролизер

9. Резервуар готового раствора гипохлорита натрия

10. Насос дозатор гипохлорита натрия

Рисунок 1 - Технологическая схема обеззараживания воды

Раствор гипохлорита натрия низкой концентрации - (0,7-0,8 %) получается путем электролиза солевого раствора, на оборудовании фирмы «Wallace & Tiernan» (Англия).

Расчетные дозы гипохлорита натрия в штатном режиме в пересчете на активный хлор приняты 1 мг/л, в аварийном - 2 мг/л.

Процесс получения гипохлорита натрия электрохимическим способом основан на электролизе водных растворов поваренной соли (NaСl ? Na++Сl-) и взаимодействии в растворе продуктов реакций, протекающих на катоде и аноде при пропускании постоянного тока через водный раствор хлорида натрия:

- на аноде выделяется свободный хлор:

2Сl- = С12 + 2е-

-на катоде происходит разряд молекул воды с образованием водорода, выделяющегося из раствора в газовую фазу:

2Н2О + 2е- = 2ОН- + Н2

В межэлектродном пространстве ионы Na+, гидроксила ОН- и хлорноватистая кислота НС1О, образовавшаяся при растворении газообразного хлора в электролите взаимодействуют с образованием гипохлорита натрия NaСlO:

2 NaОН + Cl2 ? NaClO+ NaСl + Н2О

Комплектная установка размещается в отдельно стоящем трехэтажном здании и состоит из сатуратора, установки для умягчения воды, насосов подачи солевого раствора, электролизеров, емкостей для хранения готового продукта и дозировочных насосов подачи в точки ввода гипохлорита натрия.

Сатуратор предназначен для получения насыщенного раствора соли. Емкость сатуратора рассчитана на загрузку одной тонны соли. В сатураторах одновременно может храниться до 6 метрові солевого раствора. Для растворения соли в сатураторы подается вода, прошедшая через ионообменные умягчители. К жесткости воды для растворения соли и эффективного процесса электролиза предъявляются требования, согласно которым жесткость воды не должна превышать 0,34 0Ж (17 мг/л CaCO3).

Насыщенный раствор поваренной соли насосами подается в электролизеры марки OSEC В1-200. Имеется возможность варьирования производительности электролизера от 71 до 113кг в сутки. Готовый раствор гипохлорита натрия с содержанием активного хлора концентрацией около 0,8% подается в два резервуара для хранения. Объем каждой емкости 20 м3, что обеспечивает прием готового продукта в течение 24 часов при работе электролизера с максимальной производительностью. Дозирование раствора гипохлорита натрия производится в точки ввода перед резервуарами чистой воды.

Схема производства гипохлорита натрия обеспечивает возможность отпускать готовый продукт в автотранспорт и в тару различного объема. Это определило возможность его многоцелевого использования для:

- дезинфекции резервуаров чистой воды, расположенных на различных площадках в черте города при их промывках;

- дезинфекции сетей и водоводов в аварийных ситуациях и при промывке водопроводных сетей при ухудшении показателей качества;

- обеззараживания воды других водозаборов.

Следует отметить, что единственным побочным продуктом при производстве гипохлорита натрия является водород. В целях предотвращения скопления водорода в потенциально опасных концентрациях, предусмотрена система его разбавления воздухом до безопасной концентрации (1% объема). Контроль содержания водорода ведется в непрерывном режиме, который обеспечивается датчиками содержания водорода, установленными в помещении электролизеров и над каждым из резервуаров для хранения готового продукта. Датчики связаны с органами управления системой, что обеспечивает возможность отключения установки производства гипохлорита натрия при превышении содержания водорода выше допустимого значения.

Оборудование установок для получения гипохлорита натрия электролитическим методом типа OSEC В фирмы «Wallace & Tiernan» имеет разрешение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору и санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Меры безопасности принятые проектом и реализованные на работающих установках:

- размещение под резервуарами гипохлорита натрия емкости, позволяющей полностью ликвидировать аварийные ситуации при проливе гипохлорита натрия (разгерметизация емкости и трубопровода подачи раствора, неисправность запорной арматуры),

- возможность использования в качестве резервного любого из резервуаров хранения гипохлорита натрия для исключения перелива при достижении предельного верхнего уровня,

- резервирование насосов подачи рассола в электролизер в случае отказа насоса подачи питающего рассола,

- обеспечение безопасного отсечения и переключения потоков гипохлорита натрия от каждого электролизера в резервуары хранения для исключения их перелива,

- непрерывная подача воздуха в резервуары хранения гипохлорита натрия для постоянного обеспечения безопасной концентрации водорода (менее 1% по объему),

- установка над каждым электролизером и резервуаром хранения детектора содержания водорода с сигнализацией и автоматическим отключением электролизеров для исключения образования взрывоопасной концентрации водорода внутри оборудования и в воздухе рабочей зоны,

- полностью автоматизированный технологический процесс, обеспечивающий контроль последовательности операций для защиты жизни и здоровья людей и окружающей среды.

Расчетами НПП «Химическая безопасность установлено:

- зона возможных разрушений при взрыве водородовоздушной смеси не выходит за пределы производственного помещения. Таким образом, разрушение технологического блока не приведет к разрушению соседних блоков и конструкций здания;

- возможная загазованность территории не выходит за пределы производственной площадки.

На основании того, что низко концентрированный раствор гипохлорита натрия относится к четвертому классу опасности, в соответствии с требованиями нормативного документа «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» санитарно-защитная зона площадки принята в 100 м.

Анализ работы установки за 2007 год показал, что эксплуатационные показатели сопоставимы со средними показателями производителя оборудования (таблица 1) ?4?.

Таблица 1 - Технико-экономические показатели работы установки по приготовлению низкоконцентрированного раствора гипохлорита натрия

натрий гипохлорид водоканал

Вывод:

Перевод на использование двухстадийной технологии обеззараживания: УФ-облучение совместно с низкоконцентрированным гипохлоритом натрия позволил существенно сократить размеры санитарно-защитной зоны сооружений, одновременно обеспечив повышение степени промышленной безопасности, антитеррористической устойчивости объекта, сохранив при этом санитарно-гигиенические показатели обрабатываемой воды.

Список литературы

1. Новые технологии и оборудование для дезинфекции воды - альтернатива хлору /Г.М.Селезнев, С.М.Лыков, Ю.В.Буракова и др. //Безопасность Труда в Промышленности. 2007. №2.

2. Оценка возможностей повышения барьерной роли инфильтрационных водозаборов г. Уфы /С.В.Шевчук, В.А.Смагин, А.А.Беляк, А.Д.Смирнов и др. //Водоснабжение и санитарная техника. 2004. №4, ч.2

3. Сравнительная оценка высоко - и низкоконцентрированного гипохлорита натрия для дезинфекции питьевых вод /А.Б.Григорьев, Р.Расс. //Водоснабжение и санитарная техника. 2006. №10.

4. Реконструкция системы обеззараживания Северного городского водопровода г. Уфы /В.С.Гордиенко, Л.И.Кантор, С.В.Пинчук, Н.Б.Бугай, В.И.Миркис и др. //Водоснабжение и санитарная техника. 2006. №10.

Размещено на Allbest.ru