Сравнительная характеристика методов обеззараживания воды с помощью газообразного хлора и гипохлорита натрия

В настоящее время в арсенале коммунального водного хозяйства имеется целый ряд эффективных физических и химических способов обеззараживания воды. В их числе - применение хлора и гипохлорита натрия. Выбор конкретного метода обеззараживания определяется технико-экономическими показателями и аппаратурным оформлением процесса.

Наибольшее распространение, несоизмеримое с другими методами, получило хлорирование с использованием в основном жидкого хлора. Главными причинами столь широкого практического применения этого метода являются: высокая надежность бактерицидного действия; возможность простого оперативного контроля за процессом и эффектом обеззараживания путем химического определения остаточного хлора в воде; получение дезинфицирующего реагента в готовом виде и т.п.

Применение газообразного хлора в системах водоподготовки имеет более чем 100-летнюю историю. За это время во всем мире накоплен значительный опыт безопасного обращения с ним. По мнению эксплуатационного персонала, использование газообразного хлора является наиболее экономичным и технологичным способом обработки воды. В то же время хорошо известно, что хлор является высокотоксичным веществом 2-го класса опасности. Это требует соблюдения строгих мер техники безопасности при его хранении и потреблении.

Меры безопасности регламентируются соответствующими нормативными документами и правилами обращения с хлором, выполнение которых обеспечивает предупреждение аварийных ситуаций на объектах. Кроме того, существенное значение имеет правильный выбор основного и вспомогательного оборудования для практической реализации процесса, в том числе дозаторов хлора, запорной и регулирующей арматуры, систем противоаварийной защиты, сигнализации и т.д. Сегодня отечественная промышленность и фирмы-поставщики импортного оборудования (США, Германия, Венгрия и др.) предлагают достаточно большой ассортимент аппаратуры, которая хорошо известна российским потребителям и успешно эксплуатируется на водопроводно-канализационных сооружениях РФ уже более двух десятков лет. С точки зрения соотношения «цена/качество» наибольший интерес представляют хлораторы, которые успешно работают уже более чем в 70 городах и населенных пунктах нашей страны. Типоразмерный их ряд охватывает широкий диапазон производительности - от 0,01 до 40 кг/час. Конструктивно дозатор представляет собой модульный аппарат, состоящий из вакуумного регулятора, ротаметра с регулирующим клапаном и эжектора с обратным клапаном [1, 2, 3]. Вакуумный регулятор предназначен для поддержания в системе хлоратора требуемого разряжения и блокировки поступления газообразного хлора в аппарат при нарушениях технологического режима: срыва эжекции, снижения давления в хлоропроводе ниже 0,5 кгс/см2 и т.п.

Ротаметр с регулировочным клапаном предназначен для измерения и регулирования расхода хлора. Устройство оттарировано непосредственно на газообразный хлор и имеет градуировочную шкалу, выражающую расход газа в кг/час (г/час). Точность дозировния реагента составляет + 4%. В зависимости от модели хлоратора ротаметр монтируется либо непосредственно на корпусе вакуумного регулятора, либо входит в комплект поставки в виде отдельного элемента - панели дистанционного управления и устанавливается в любом, удобном для обслуживающего персонала месте.

Эжектор с обратным клапаном выполнен в виде общего узла и предназначен для создания необходимого разряжения в системе хлоратора, приготовления раствора хлорной воды и транспортировки ее к точке ввода. Обратный клапан исключает возможность попадания рабочей воды в систему хлоратора, технологические линии и оборудование при срыве эжекции. Отличительной чертой конструкции обратных клапанов является наличие двух запирающих устройств, предназначенных для защиты хлоратора от высокого и низкого давления рабочей воды.

Дополнительно хлораторы могут комплектоваться вспомогательным оборудованием: запорной арматурой на жидкий и газообразный хлор; настенными коллекторами с уловителями жидкого хлора в вертикальном и горизонтальном исполнении; гибкими металлическими компенсаторами; системой водоснабжения эжекторов и т.п.

Универсальность конструкции позволяет осуществить различные варианты привязки аппарата. Так, возможно дозирование в одну, две или несколько точек ввода. В этом случае хлор-газ с одного вакуумного регулятора подается на несколько ротаметров, что позволяет осуществить точную подачу реагента в каждую линию хлоропотребления и сократить состав установленного оборудования.

Выполнение предусмотренных по технике безопасности мероприятий и использование современного надежного оборудования позволяет в значительной степени исключить аварийные ситуации.

Состав и стоимость основного технологического оборудования хлораторной представлена в таблице 1.

Как альтернатива способу хлорирования воды газообразным хлором являются технологии с использованием гипохлорита натрия. Сохраняя все общеизвестные достоинства применения газообразного хлора как обеззараживающего реагента, гипохлорит лишен недостатков, связанных с соблюдением строгих правил техники безопасности при его использовании.

Гипохлорит натрия в практике обеззараживания воды применяют двух видов - химический и электролитический.

Химический гипохлорит натрия (ХГХН) приготавливают на предприятиях химической промышленности концентрацией 120-190 г/л по активному хлору и доставляют на место применения в титановых, гуммированных или полиэтиленовых емкостях. Технологический процесс обеззараживания сводится к разбавлению привозного ХГХН в емкостях - хранилищах до требуемой концентрации и дозированию рабочего раствора с помощью специальной техники в обрабатываемую воду в заданных количествах.
Схема легко поддается автоматизации по величине остаточного хлора в обрабатываемой воде или пропорционально ее расходу.

С экономической точки зрения способ целесообразно применять при расположении очистных сооружений вблизи заводов-поставщиков реагента.

Состав основного оборудования при использовании ХГХН и его стоимостные показатели приведены в таблице 2.

Электролитический гипохлорит натрия (ЭГХН) получают непосредственно на месте потребления путем электролиза искусственно приготовляемых растворов хлоридов -поваренной соли или природных электролитов - засолоненных подземных вод. Концентрация получаемых реагентов 7 0,578,0 г/л по активному хлору.

ЭГХН производят с помощью электролизных установок непрерывного (проточных) или периодического действия, сливают в баки-накопители, после чего готовый раствор дозируют в обрабатываемую воду в требуемых количествах.

Технология обеззараживания воды электролитическим гипохлоритом натрия представляется более трудоемким процессом. Требуется доставка поваренной соли на объект применения, организация ее хранения, растворения, дозирования в электролитические камеры (в случае использования проточных установок), накопления готового продукта в баках-хранилищах.

Однако возможность производства реагента в нужных количествах непосредственно на месте потребления, отсутствие какой-либо зависимости потребителей от предприятий-производителей обеззараживающих продуктов является неоспоримым достоинством способа.

Состав и стоимость основного электролитического оборудования приведена в таблице 3.

Из представленных данных видно, что создание крупных гипохлоритных хозяйств на базе электролизных установок непроточного типа технически нецелесообразно, что обусловлено ограниченной производительностью установок данного типа и сложностью обеспечения их работы в автоматическом режиме.

В таблице 4 приведены стоимостные показатели рассматриваемых хлорреагентов (в ценах на 01.10.2014 г.).

Анализ данных, представленных в таблицах 1-4, показывает, что наименее затратным по капитальным вложениям является применение химического гипохлорита натрия. Однако стоимость реагента в этом случае - самая высокая.

При производстве электролитического гипохлорита капитальные вложения примерно в 10 раз выше по сравнению с использованием химического гипохлорита натрия, но существенно ниже себестоимости производимого продукта.

При организации гипохлоритного хозяйства стоимость оборудования при росте производительности по активному хлору (как в случае использования ХГХН, так и ЭГХН) увеличивается в 2,5-3,5 раза.

Наиболее экономичным способом обеззараживания воды как с точки зрения стоимости основного оборудования, так и самого реагента по-прежнему остается хлорирование жидким хлором. К сожалению, в данном случае весьма значительны расходы на создание противоаварийных систем и табельных средств. При этом величина затрат на данные системы сохраняются на одном уровне независимо от производительности сооружений и составляют 2,072,5 млн. руб.

Важным критерием в оценке целесообразности применения того или иного способа хлорирования воды является региональное расположение объекта внедрения, выбор поставщика хлорреагента и т.п. Это связано с тем, что стоимость реагентов у разных поставщиков существенно отличается. Кроме того, производители по территории России распределены крайне неравномерно. Например, большинство предприятий по производству гипохлорита натрия расположено в Центральном (Московская и Тульская области), Приволжском (г. Волгоград) и Южном федеральных округах. Единственным крупным производителем ХГХН на Урале является ООО «Сода-Хлорат» (г. Березняки Пермской области), а в Западной Сибири - кемеровский «Химпром». В то же время на Дальнем Востоке, в Восточной Сибири и северных областях России вообще отсутствуют заводы по производству гипохлорита натрия. Подобное территориальное расположение заводов, естественно, прямым образом отражается на расходах по доставке продукта потребителю и на стоимости обрабатываемой воды.

Таким образом, выбору наиболее рационального способа обеззараживания в каждом конкретном случае должно предшествовать технико-экономическое обоснование и сравнение возможных вариантов осуществления процесса.

Литература:
1. Медриш Г.Л., Писков М.В. Вакуумные дозаторы хлора ESCO. ВСТ, №2, 2002 г.
2. Медриш Г.Л. и др. Эксплуатация хло- раторов ESCO на водопроводно-канализационных сооружениях г.Новокузнецка. ВСТ, №3, 2005 г.
3. Медриш Г.Л., Писков М.В., Семенова М.А. Совершенствование системы хлорирования с использованием вакуумных дозаторов ESCO. ВСТ, №2, 2009 г.

Журнал «Вода Magazine, №1 (89), 2015 г.