Порядок проведення обчислень.

Попередній ескіз — план запропонованої станції водоочищення для міста на 100 тис. мешканців (див. роботу № 15. Тривалість коагуляції / флокуляції (А) становить 25 хв, глибина танку — 3.7 м. Тривалість знаходження води у відстійнику (В) — 2 год, глибина відстійника — 5.0 м. Швидкість фільтрації (С) — 110 л/хв-м². Виберіть відповідні габарити для модулів. Використовуються три паралельні набори апаратів для забезпечення гнучкості операції.

Рішення: Максимальна добова потужність водоочисного обладнання для міста становить 99х10⁶ л/хв. Кожний танк дає одну третину цього потоку, тобто 33х10⁶ л/хв. Таким чином, потрібна потужність танка коагуляції/флокуляції дорівнює

25хв х 2216л/хв. = 572.9 х 10³ л = 572.9 м³

Отже, довжина танка В коагуляції/флокуляції становить

572,9/(18х3,7) = 8,6м

Необхідний об'єм танка седиментації становить

120хв х 22196л/хв. = 2749.9 х 10³ л = 2749.9 м³ ,

Таким чином довжина танка В для седиментації становить

279,9/(18х5,0) = 30,6м

Кожний фільтр пропускає 1/12 частину сумарного потоку, або 5729 л/хв. Таким чином, необхідна площа кожного фільтра

572.9/110,0 = 52,1м

При цьому довжина С кожного фільтра становить

52,1/9,0 = 5.9м

Коментар. Практично для забезпечення максимальної добової продуктивності достатньо використовувати будь який один ланцюг апаратів. У цьому разі мали б поставити ще четвертий ланцюг апаратів. Альтернативно, кожний з трьох наборів танків мав бути розрахований таким чином, щоб забезпечити 50% максимальної добової потреби. Загальна схема ланцюгів очищення розроблена компактною та симетричною і через кілька причин:

- щоб гарантувати рівномірний потік з можливістю зміни напрямків, і такої малої турбулентності, наскільки можливо;

- щоб забезпечити економічність комплексу і спроможність обладнання його в закритому приміщенні;

- щоб одержати можливість тимчасово відключати один з ланцюгів від мережі у той час, коли інші забезпечують користувачів;

- щоб полегшити у майбутньому масштабування очисного комплексу.

Контрольне завдання: Запропонуйте схему водоочищення та розрахуйте розміри обладнання за наведеним прикладом для станцій Антонова, Борисова та Володимира і за даними, знайденими вами при виконанні практичної роботи № 16.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання:

1. З яких елементарних стадій складається повна схема станції очищення води?

2. Опишіть хімізм процесів, які протікають при додаванні до води коагулянтів.

3. Яку роль відіграють флокулянти у процесі седиментації?

4.Опишіть конструктивні особливості різних методів фільтрування.

5. Для чого застосовують дублювання очисних ланцюгів на станції водоочищення?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 26.

Тема: Дезінфекція води.

Мета: Вивчення методів знезараження води та розрахунку параметрів необхідного для цього обладнання.

Теоретична частина.

Знезараження води. Лише дезинфекція води гарантує те, що вона буде вільною від шкідливих бактерій. Здебільшого використовують метод дезинфекції води шляхом її хлорування. Для того, щоб знищити патогенні бактерії потрібно додати у воду достатню кількість хлору або відповідну кількість розчину гіпохлоритів. Хлорування — надійний і в той же час недорогий метод дезинфекції. Серед інших засобів дезиифекції води наведемо: хлораміни, хлородіоксид, інші галогени, озон, опромінення ультрафіолетом, пастеризацію. Озонування, яке широко використовується у Франції, починає поступово все більше поширюватися в інших країнах, особливо як альтернатива хлоруванню у разі вод з силльним органічним забрудненням. Хоча озон і ефективний, однак відсутність живої мікрофлори може бути гарантована лише довготривалою обробкою. У водоочисних спорудах Лос-Анджелесу потужністю 2000х10⁶ л/хв, які включають одну з найбільших муніципальних озонуючих систем у світі, все ж застосовують хлорування перед випуском води у мережу.

Хлор-газ при розчиненні у воді реагує з нею, практично повністю перетворюючись на гіпохлорну кислоту (НОСІ):

СІ₂ + Н₂О НОСІ + Н⁺ + СІ^- (1)

Остання, у свою чергу дисоціює, на протон (Н⁺) та гіпохлорит-йон (ОСІ^-) оборотною реакцією:

НОСІ Н⁺ + ОСІ^- (2)

Хлор знижує рН води через те, що під час реакції виділяються протони. Величина рН води дуже важлива, тому що вона визначає, наскільки далеко зайде реакція дисоціації гіпохлорної к-ти до гіпохлорит-аніону. Гіпохлорна к-та, первинний дезинфікуючий агент, домінує при рН менших, ніж 7,5 і є приблизно у 80 разів ефективнішим дезинфікуючим агентом, ніж гіпохлорит-іон, який домінує вище рН 7,5. НОСІ та ОСІ^- разом називають активним хлором, розуміючи активний для дезинфекції. Якість дезинфекції гіпохлорною кислотою значно збільшується при зниженні величини рН, тому що збільшується частка присутньої недисоційованої НОСІ.

При додаванні до води хлор як дуже реакційний елемент буде оксидувати як органічні, так і неорганічні речовини. До речі, не весь хлор, який було додано ще до води, перетворюється на речовини, які ми називаємо активним хлором. Кількість хлору, яка реагує з неорганічними (Fe²⁺, Mn²⁺, NO^2- та NH₃) і органічними забруднювачами, відома як потрібний хлор і її треба задовольнити до утворення активного хлору. Використання хлору для води у разі, коли залишковий хлор є активним, називають знебарвлюючим хлоруванням.

Реакція хлору з нітрогенвмісними забрудненнями, такими як аміак (NH₃) є дуже важливим, оскільки відбувається реакція хлорування. Хлораміни є активними дезінфектантами, але ступінь їх активності є меншою за активний хлор. Однак вони довше зберігаються у воді, що обробляється, ніж активний хлор, і використовуються для захисту проти можливого забруднення в розподільчих системах, спричиненого недосконалою конструкцією та обладнанням. Додавання аміаку до хлорованої води для одержання хлорамінів називають хлорамінуванням. Об'єднаний активний хлор є такий, що залишається як хімічно зв'язаний з аміаком (хлорамінами) або органічними нітрогенвмісними сполуками. У деяких випадках буває необхідним використовувати хлор для того, щоб уникнути смаку та запаху води. Це вимагає додавання набагато більшої кількості хлору в процесі, який називається суперхлорування.

Для того, щоб звільнитись від надлишку хлору слід провести т.зв. дехлорування за допомогою сульфурдіоксиду, сульфіту або натрій метабісульфіту. Точний механізм, за яким хлор атакує мікроорганізми, нез'ясований, але відомо, що для того, щоб дезинфекція відбулась повністю, вода має бути відносно вільна від органічного матеріалу. Отже, хлорування не може бути використане як заміна обробки неякісної води.

На ефективність хлорування впливають два головних параметри: доза і тривалість контакту. Швидкість знешкодження бактерій окремою дозою не описується рівнянням реакції першого порядку, тому для того, щоб зв'язати величину дози, час контакту та бажаний відсоток знешкодження бактеріальної флори використовують емпіричні рівняння. Достатньо хлору має бути додано до води для того, щоб задовольнити як потрібний хлор, так і досягнення концентрації активного хлору 0,2 мг/л протягом 10 хв контакту при рН 7. Еквівалентний мінімум об'єднаного залишку активного хлору становить 1,5 мг/л після 60 хв контакту при рН 7. Перевищення необхідних рівнів дозування є небажаним, бо це спричиняє гіркий смак хлору у воді. Контроль має проводитися часто, для визначення необхідної дози хлору. Для того, щоб витримати час, достатній для знищення бактерій при змінних рН та температурі, контактний час має бути не меншим 30 хв. Багато спеціалістів обумовлюють 2 год у поточному проекті.

Якщо хлорування - єдина форма обробки води, як часто буває з джерелами ґрунтових вод, його здійснюють прямо в насосному відділенні розподільчої системи. У разі використання поверхневих вод хлорування звичайно є останньою стадією обробки безпосередньо перед надходженням води у накопичувач.

Хлор, газ за нормальних тиску та температури, має бути стиснутим до рідкого стану та зберігатися у балонах або цистернах. Через те, що хлор-газ є токсичним, процес розчинення його у воді проводять під вакуумом, а вже отриманий концентрований розчин використовують для обробки води. На малих станціях використовують балони місткістю приблизно 70 кг; на станціях середньої потужності користуються спеціальними контейнерами, водночас на багатьох дуже великих підприємствах хлор доставляють залізничними чи автомобільними цистернами. Хлор також доступний у вигляді гранул або пудри як гіпохлорит кальцію Са(ОС1)₂ або у рідкій формі як натрій гіпохлорит (NaOCl) — концентрований розчин (відбілювач).

Однією з проблем, яка виникає при застосуванні хлору для обробки води, є його здатність реагувати з органічними речовинами природного походження, які можуть бути присутні у воді (як результат розкладання рослинних решток), із утворенням три-галометанів (ТГМ), включаючи хлороформ, який є канцерогеном. Оскільки ТГМ-ни неможливо видалити звичайними методами обробки води, остання має бути хлорована вже звільненою від природної органіки або потрібно застосувати альтернативні методи дезинфекції.

Порядок проведення обчислень.

Підрахуйте:
(а) кількість (кг) хлору, необхідну щодоби, та
(6) потужність контактного апарату на станції водоочищення міста на 100 тис. мешканців (див. практичну роботу № 15). Потрібного хлору 1 мг/л.

Рішення:

(а) Ви знаєте, що якнайменше 1,2 мг хлору слід додавати до кожного літру для того, щоб забезпечити 1 мг/л потрібного хлору та створити концентрацію активного хлору 0,2 мг/л. Таким чином, очисна станція мусить мати потужність, що відповідає максимальним добовим витратам води, і ми можемо зробити такі обчислення для визначення кількості необхідного хлору:

кг хлору/добу = л. забр. води/макс. добова шв х 1,2мг хлору/л х кг/(1*10⁶мг) =
= 99,0 х 10⁶л/хв. х 1,2мг/л х 1/10⁶ кг/мг = 118,8 кг хлору додавати щодобово (при максимальній потужності);

(б) якщо ми приймемо, що мінімальний термін контакту становить 30 хв, тоді: Потрібна потужність контактного апарату = Швидкість х час контакту =

= 99,0 х 10⁶л/добу х 1доба/1440хв х 30хв х 2,063*10⁶ л = 2063 м³

Час контакту при обробці води звичайно забезпечується використанням великого резервуару. Головна його функція полягає в ізолюванні станції від погодинних коливань витрат води міською мережею, а також він забезпечує додержання потрібного часу контакту таким чином, щоб концентрація активного хлору була стабільною у заданих межах перед тим, як вода надійде до насосного відділення.

Контрольне завдання:

Обчисліть кількість хлору, необхідну для дезинфекції води на станціях водоочищення міст: Антонова, Борисова та Володимира, використовуючи дані, отриманими при виконанні практичної роботи № 15.

Контрольні запитання:

1. Яка реакція відбувається при розчиненні хлору у воді?

2. Який агент (часточка) є найбільш ефективним дезінфектантом?

3. Чому кисле середовище сприяє процесу знезараження бактеріальної флори?

4. У чому полягають недоліки та переваги озонування порівняно з хлоруванням?

5. Як проводять хлорування води?