Установки для хлорирования сточных вод

Хлорирование – максимально востребованный способ обработки сточных вод. Этот химический процесс окисления используется для удаления патогенных микроорганизмов, фенолов, цианидов, крезолов. Также хлорирование применяют для предотвращения биообрастания очистных сооружений.

Преимущественно для обработки стоков и ОС используют элементарный хлор, но эффективны и его соединения: раствор гипохлорита натрия, хлорная известь, двуокись хлора и другие составы. В канализационные системы заливается жидкий хлор из специальной тары. Процесс регламентирует ГОСТ. Или хлор поступает в канализацию от ближайшего производства по трубопроводу, тогда его характеристики нужно согласовать с поставщиком.

Хлорная известь поставляется в мешках. Ее состав – в таблице ниже.

Показатели	Марка извести (ГОСТ 1692-58)
	А	Б	В
Внешний вид	Порошкообразный продукт, белого цвета
Содержание активного хлора, % не менее	35	35	32
Разница между содержанием общего и активного хлора, % не более	2	2	4
Содержание влаги, % не более:
При длительном хранении	2	10	Не нормируется
При текущем хранении	2	Не нормируется

 

Поскольку оборудование для хлорной извести трудоемко в эксплуатации, это вещество используется на некрупных КС или в отдельных процессах.

Гипохлорит кальция – кристаллическое вещество белого цвета. Химическая формула – Ca(OCl)₂. Его выпуск регламентирует ГОСТ. Вещество дороже извести, поэтому его применение – ограничено. Характеристики Ca(OCl)₂ приведены в таблице.

Показатели	Нейтральный гипохлорит кальция, сорт			Дветретиосновная соль, сорт
	I	II	III	I	II
Активный хлор, % не менее	70	60	50	55	50
Нерастворимый остаток, %, не более	6	15	Не регламентируется
Влага, %, не более	2	3	3	1	1,5

 

Дветретиосновная соль поступает потребителю от производителя в герметичных барабанах, объемом 25 и 50 литров.

Поскольку сухой гипохлорит натрия – нестабилен, преимущественно используют растворы. Нужно отметить, что данный реагент увеличивает общую минерализацию.

Двуокись хлора – газ, который в смеси с воздухом взрывоопасен. Но ClО₂ эффективно удаляет все запахи, включая фенолы, и обеззараживает среду. Его производят в специальных установках. Реакция гидролиза зависит от pH.

Наиболее эффективным обеззараживающим веществом является хлорноватистая кислота. HOCl – неустойчива, продукты распада также оказывают окислительное действие, но не такой интенсивное, как хлорноватистая кислота. На рисунке ниже отображено влияние pH на активный Cl в отсутствие прочих загрязнений.

Влияние рН на гидролиз хлора в воде

Объемы доз активного хлора и время обеззараживания для конкретной канализационной системы устанавливается пробной процедурой. Для предварительного хлорирования делают расчеты, исходя из следующих положений:

• для механически очищенных стоков доза хлора составляет 10 г/м3;
• для полностью очищенных вод биологическим способом – 3 г/м3;
• после неполной биоочистки – 3 г/м3.

Производительность установки определяют расчетами с коэффициентом 1,5. Во время борьбы с энтеровирусами проводят двойное хлорирование.

Установки для обеззараживания стоков хлором

Оборудование состоит из нескольких модулей:

• расходный склад;
• модуль испарения хлора;
• узел дозирования газообразного Cl и образования раствора;
• насосная станция, создающая напор;
• КИП;
• электрическая схема;
• вентиляция;
• дегазаторы.

Если установка небольшая, испарение хлора выполняется в таре.

Съем газообразного хлора при температуре 16 °С из тары без искусственного подогрева

Тип тары	Площадь наружной поверхности тары, м2	Средний съем хлора с 1 см2 поверхности, кг/ч
Баллоны вместимостью 40 л. установленные вертикально	0,99	0,7
То же, установленные наклонно под углом 20°	0,99	2
Контейнер вместимостью 800 л.	4,7	3 – 4
Танк вместимостью 40 м3	77	2 – 3

Если для оборудования необходимо хлора более 30 кг в час, используют змеевиковые или емкостные испарители с подогревом.

Характеристика змеевиковых испарителей

Показатели	Тип испарителя
	ИХ-25	ИХ-50
Производительность, кг/ч	25	50
Рабочее давление в корпусе аппарата, МПа	0,1	0,1
Рабочее давление в змеевике, МПа	1,6	1,6
Теплоноситель
Температура воды в аппарате, °С	45	45
Температура хлора в змеевике, °С	-30	-30
Площадь поверхности теплообмена, м2	0,7	1,5
Габариты аппарата, м:
Ширина	0,49	0,7
Длина	0,6	0,8
Высота	1,054	1,283
Масса, кг	75	188

 

Емкостные установки – не стандартизированы.

Понижение внешней температуры или повышение давления в трубопроводах – условия для сжижения хлора. Это нужно учитывать при разработке проекта. Установлен лимит на протяженность хлоропроводов – не более 1 километра.

Диаграмма фазового состояния хлора в зависимости от его температуры и давления

Водохлорные эжекторы производятся серийно. Их производительность по хлору составляет 10 кг/час. Оборудование создает давление от 0,01 до 0,02 МПа. Параметры напора и производительности эжектора рекомендуется выбирать по графику ниже.

Характеристика водохлорных эжекторов ЛОНИИ-100 диаметром 1ʺ, производительностью до 10 кг/ч по хлору (а) и диаметром 2ʺ, производительностью до 20 кг/ч по хлору (б) при напоре рабочей воды до 0,5 МПа и вакууме в хлоропроводе до 200 мм рт. ст.

Н – напор хлорной воды, м; Q – производительность эжектора, кг/ч

Дозирование могут выполнять хлораторы, осуществляться вручную, или использовать комбинацию способов. Если хлорная вода подается недалеко от установки, хлоратор располагают рядом с эжектором. Если раствор подается на большую дистанцию, эжектор размещают ближе к участку ввода. Во втором случае – увеличивается протяженность хлоропровода, и обуславливает необходимость контроля дозирования – до 2 раз в смену. Типовая схема оборудования с весовым контролем дозирования хлора представлена на рисунке ниже.

Принципиальная схема хлорирования сточных вод при весовом контроле дозы хлора

а – контур склада; б – контур шкафа; 1 – весы платформенные; 2 – контейнер с жидким хлором; 3 – линия сжатого воздуха; 4 – обводная линия для газообразного хлора;                5 – линия жидкого хлора; 6 – манометр; 7 – линия газообразного хлора; 8 – регулятор давления газообразного хлора; 9 – водопроводная вода; 10 – нейтрализатор; 11 – сливная воронка; 12 – сток воды; 13 – грязеуловитель; 14 – испаритель хлора; 15 – вентиль концевой на линии жидкого хлора; 16 – вентиль на контейнере; 17 – сигнализатор наличия конденсата; 18 – обратный клапан; 19 – водохлорный эжектор; 20 – линия хлорной воды; 21 – диффузор для хлорной воды

В такой технологической схеме необходим редукционный клапан на выходе из хлорного склада, с тем чтобы линия находилась под вакуумом.

Трубопроводы на территории предприятия нужно располагать на эстакадах, внутри помещений – на колоннах и стенах с помощью креплений. Хлоропровод должен иметь небольшой уклон для возможности полного опорожнения системы. Магистрали нужно защищать от низких температур и радиации. Длина системы для жидкого реагента из расчета расхода в 100 кг/час не должна быть более 25 метров. Диаметр трубок на практике принято принимать за 25 мм.

Все параметры хлоропроводов регламентированы в ГОСТ.

Ввод хлорной воды в канализационную систему выполняется через диффузоры, которые купируют утечку хлора в атмосферу, и смешивают реагент со сточными водами. Эти устройства изготавливают из керамики, титана или пластмассы. Производители выпускают 2 вида диффузоров: вертикальные и горизонтальные.

На случай аварии на станции, во всех помещениях должны быть размещены химикаты для дегазации Cl, нейтрализации хлорной воды, средства индивидуальной защиты сотрудников.

Очистка стоков активным хлором от фенолов, цианидов, крезолов

В стоках гальванических производств, обогатительных комбинатов, металлургических, химических, коксовых, фармакологических производств присутствуют фенолы, креозолы и цианиды. Очистка вод от этих веществ преимущественно выполняется активным хлором. Так же используются такие составы: гипохлорит кальция, хлорная известь, жидкий хлор и гипохлорит натрия.

Активный хлор в зависимости от реакции среды может находиться в растворе в 3 формах:

• хлорноватистая кислота;
• свободный Cl;
• гипохлорит-ион.

 Их окислительные параметры – различны:

Высшая степень окисления	Принимаемое число электронов	Низшая степень окисления	Нормальный окислительно-восстановительный потенциал Е0, В
Cl2	+2e	2Cl–	1,359
HOCl + H+	+2e	Cl– + H2O	1,5
ClO– + H2O	+2e	Cl– + 2H2O–	1,9

 

Окисление выполняют до образования нетоксичных продуктов. Скорость реакции зависит от нескольких факторов, главный из которых – показатель pH. Слабощелочная среда – от 7 до 8,5 – показывает наилучшие результаты.

	ОH–		ОH–
Cl2 + H2O ⇄ HOCl + HCl ⇄ ClO– + H2O
	H+		H+

 

Фенол при создании оптимальных условий разлагается до карбоновых кислот.

Расход реагента рассчитывают по следующей формуле:

X = 8 ÷ 9CQ/10a, где

a – содержание в реагенте активного хлора в %;

Х – расход реагента в граммах;

Q – расход воды;

C – концентрация фенола в мг/литр.

Цианиды окисляются активным хлором в щелочной среде, в реакции участвует гипохлорит-ион. Оптимальные показатели pH – от 10 до 11. При окислении образуются цианаты, которые могут быть разложены до элементарного азота и углекислоты.

2CNO–+3ClO–+2H+→2CO2↑+N2↑+3Cl–+H2O

 

2CNO–+3Cl2+4OH–→2CO2↑+N2+6Cl–+2H2O

 

Время контакта хлора и стоков, в зависимости от элементов, может варьироваться от 10 до 30 минут.

Электролизные установки для производства гипохлорита натрия

NaOCl можно получать на месте использования с помощью электролизных установок из морской воды, грунтовых вод или растворов хлористого натрия. Высоким спросом пользуются установки серии ЭН. Их технические характеристики представлены в таблице ниже.

Показатели	Тип электролизеров
	ЭН-1	ЭН-5	ЭН-25	ЭН-100
Средняя производительность по активному хлору, кг/ч	0,042	0,208	1,04	4,1
Расход соли на 1 кг активного хлора, кг/ч	12-15	12-15	8-9	8-9
Расход электроэнергии на 1 кг активного хлора, кВт·ч	7-9	7-9	8-10	10-12
Производительность по активному хлору за один цикл, кг	0,33-0,25	2,4-2,6	10-12	-
Рекомендуемое число циклов за сут.	3-5	2	2	-

 

Рекомендуется использовать не более трех установок на одной площадке. Производительность оборудования – не высокая, поэтому его можно применять на небольших блочных локальных очистных сооружениях.

Дехлорирование стоков

Для данной процедуры установлен коли-индекс – 1000. Очищенные хлором в течение получаса стоки содержат Cl до 1,5 мг/литр, поэтому перед сбросом в водоем их не нужно дехлорировать.

Промышленные и бытовые очищенные Cl воды, содержание хлора в которых достигает 10 мг/литр, перед сливом в водоем подлежат дехлорированию. Для этого можно использовать несколько химических реагентов.

Вид реагента	Химическая формула	Количество на 1 г хлора г/г
Сульфит натрия	Na2SO3 · 7H2O	3,5
Сернистый ангидрит	SO2	0,9
Кальцинированная сода	Na2CO3	1,57
Едкий натр	NaOH	1,2
Гидроокись кальция	2Ca(OH)2	1,15

 

Выбор конкретного реагента зависит от объемов потребления, производительности КС, цены и других факторов. Продолжительность реакции – до 10 минут. Если производительность объекта не превышает 1 тысячи м3/сутки, дехлорирование можно выполнить активированным углем.

Склады хлора

Хлор, необходимый для обработки стоков, нужно размещать только в специальных помещениях. Хранение допускается исключительно в заводской таре, в которой вещество транспортировано с предприятия. Тип упаковки зависит от масштабов предприятия и объемов потребления Cl. Выбор тары рекомендуется осуществлять согласно таблице ниже.

 

 

Тип тары	Для одной канализационной насосной станции	Для предприятия, города или района с несколькими расходными складами
Баллоны	До 120	До 250
Контейнеры	От 120 до 700	От 250 до 1000
Железнодорожные цистерны, танки	Более 700	Более 1000

 

Баллоны из стали регламентирует ГОСТ. Они рассчитаны на показатели давления в 10 МПа. Их основные характеристики представлены в таблице ниже.

Показатели	Вместимость баллона, л
	20	25	32	40	50
Длина баллона без колпака, мм	730	890	1105	1350	1660
Масса баллона, кг	31	36	44	54	56
Ориентировочная масса баллона с хлором, кг	56	67	84	104	118

 

Если объемы потребления стальные баллоны не могут обеспечить, используются специальные контейнеры. Их рабочее давление – 1,5 МПа, диапазон температур – от -50 до +50 градусов С. Технические параметры контейнеров разных производителей представлены в таблице.

Тип контейнера	Вместимость		Масса контейнера, кг	Масса контейнера с хлором, кг	Внутренний диаметр, мм	Общая длина, мм
	Полная, л	По хлору, кг
Рузаевского завода химического машиностроение	400 800	500 1000	386 556	886 1556	800 800	1220 2020
Батайского завода монтажных заготовок	1000	1250	922	2172	930	1925
Волгоградского завода нефтяного машиностроения, им. Петрова	699 777	875 970	808 -	1683 -	724 795	2100 2000
Завод «Хемет» (ПНР)	800	1000	540	1540	800	2090

 

Для масштабных производств используют железнодорожные цистерны. Ниже – параметры стандартных емкостей.

Вместимость котла цистерны полная, м2	38,1
Грузоподъемность по хлору, т	48
Рабочее давление в котле, МПа	1,5
Длина по осям сцепления автосцепки, мм	12220

 

Контейнеры и баллоны можно перевозить на автомобилях и по железной дороге. В машине емкости размещают горизонтально. При транспортировке железной дорогой: баллоны помещают в крытые вагоны по 250 штук в каждом, контейнеры – в 4-остных полувагонах открытого типа по 39 штук.

Проектирование складских помещений для хранения хлора выполняется согласно нормативам СНиП. Регламент предлагает два типа складов: базисные и прирельсовые. Первый вид – для длительного хранения, второй – для перегрузки и кратковременного размещения. Помещения обустраивают с определенным температурным режимом, вентиляцией, с учетом взрывной, пожарной, взрывопожарной опасности – по категории Д. Огнестойкость – II степень.