СНиП 2.04.03-85 КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ — Обеззараживание сточных вод
Содержание материала
ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ СТОЧНЫХ ВОД
6.221. Обеззараживание бытовых сточных вод и их смеси с производственными следует производить после их очистки.
При совместной биологической очистке бытовых и производственных сточных вод, но раздельной их механической очистке допускается при обосновании предусматривать обеззараживание только бытовых вод после их механической очистки с дехлорированием их перед подачей на сооружения биологической очистки.
6.222. Обеззараживание сточных вод следует производить хлором, гидрохлоритом натрия, получаемым на месте в электролизерах, или прямым электролизом сточных вод.
6.223. Расчетную дозу активного хлора следует принимать, г/м 3 :
после механической очистки — 10;
после механохимической очистки при эффективности отстаивания свыше 70 % и неполной биологической очистки — 5;
после полной биологической, физико-химической и глубокой очистки — 3.
Примечания: 1. Дозу активного хлора надлежит уточнять в процессе эксплуатации, при этом количество остаточного хлора в обеззараженной воде после контакта должно быть не менее 1,5 г/м 3 .
2. Хлорное хозяйство очистных сооружений должно обеспечивать возможность увеличения расчетной дозы хлора в 1,5 раза без изменения вместимости складов для реагентов.
6.224. Хлорное хозяйство и электролизные установки на очистных сооружениях следует проектировать согласно СНиП 2.04.02-84.
6.225. Установки прямого электролиза при обосновании допускается использовать после биологической или физико-химической очистки сточных вод.
6.226. Электрооборудование и шкаф управления следует располагать в отапливаемом помещении, которое допускается блокировать с другими помещениями очистных сооружений.
6.227. Для смешения сточной воды с хлором следует применять смесители любого типа.
6.228. Продолжительность контакта хлора или гипохлорита со сточной водой в резервуаре или в отводящих лотках и трубопроводах надлежит принимать 30 мин.
6.229. Контактные резервуары необходимо проектировать как первичные отстойники без скребков; число резервуаров — не менее двух. Допускается предусматривать барботаж воды сжатым воздухом при интенсивности 0,5 м 3 /(м 2 ×ч).
6.230. При обеззараживании сточных вод после биологических прудов следует выделять отсек для контакта сточной воды с хлором.
6.231. Количество осадка, выпадающего в контактных резервуарах, следует принимать, л на 1 м 3 сточной воды, при влажности 98 %:
после механической очистки — 1,5;
после биологической очистки в аэротенках и на биофильтрах — 0,5.
Источник
Хлорирование сточных вод
В промышленности для обеззараживания сточных вод часто применяют хлорирование хлорной известью, газообразным хлором и гипохлоритом натрия. При введении хлора в воду он гидролизуется с образованием хлорноватистой и соляной кислот:
В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево, и в воде присутствует молекулярный хлор, при значениях рН > 4 молекулярный хлор в воде практически отсутствует. Образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует на ион гипохлорита OCl — и ион водорода Н + .
При наличии в сточной воде аммиака, аммонийных солей или органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорноватистая кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя мон о- и дихлорамины , а также треххлористый азот:
При обеззараживании сточных вод обычно применяют 5%-ный рабочий раствор реагента (по активному хлору).
При наличии в сточной воде сероводорода и сульфидов реакции идут следующим образом: — в кислой и нейтральной среде возможно образование сульфитов:
NaHS + 3 Cl 2 + 3 H 2 O → NaHSO 3 + 6 HCl ,
— в щелочной среде хлор окисляет сульфиды до сульфатов:
Na 2 S + 4 Cl 2 + 8 NaOH → Na 2 SO 4 + 8 NaCl + 4 HCl .
При избытке хлора окисление всегда идет до сульфатов.
Метилмеркаптан окисляется хлором несколько медленнее, чем сероводород, но быстрее, чем сульфиды и дисульфиды. В зависимости от расхода хлора окисление метилмеркаптана может протекать с образованием различных продуктов:
CH 3 SH + 2 Cl 2 + H 2 O → CH 3 SOCl +3 HCl
Обеззараживание от сероводорода и метилмеркаптанов происходит достаточно эффективно при продолжительности контакта с хлором не более пяти минут.
Сущность обеззараживающего действии хлора заключается в угнетении обмена веществ, а также в окислении веществ, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего они гибнут.
Бактерицидный эффект хлора в значительной степени зависит от начальной дозы и продолжительности контакта с водой. Обычно на разрушение бактериальных клеток расходуется лишь незначительная часть вводимого в воду хлора. Большая же часть хлора идет на реакции с разнообразными органическими и минеральными примесями, содержащимися в сточной воде. Эти реакции протекают с различной скоростью в зависимости от концентрации хлора, рН и температуры воды. Количество хлора, поглощенного в результате его взаимодействия с содержащимися в воде веществами, определяется как хлоропоглощаемость воды.
Хлоропоглощаемость сточных вод определяется количеством хлора в мг/дм 3 , расходуемого при 30 минутном контакте его с исследуемой водой на окисление и хлорирование содержащихся в ней органических веществ (белковых соединений, клетчатки) и продуктов их разложения (нитритов, аммиака, сероводорода и др.).
Для сравнительной характеристики хлоропоглощаемости различных сточных вод можно пользоваться показателем хлорируемости воды, представляющим собой условную дробь, числителем которой является 1, а знаменателем – доза хлора, обеспечивающая после 30 минутного контакта 0,5 мг/дм 3 остаточного хлора.
На практике при определении необходимой дозы хлора исходят из общей хлоропотребности сточной воды, включающей хлоропоглощаемость и некоторый избыток хлора, обеспечивающий в течение определенного отрезка времени бактерицидный эффект. Избыток хлора необходим для предотвращения возможности вторичного бактериального загрязнения воды во время прохождения по канализационным сетям, особенно перед выпуском в водоем.
Количество хлора, используемое для обеззараживания, зависит от состава сточных вод, концентрации и вида загрязнений. Согласно СНиП для предварительных расчетов доза активного хлора должна составлять для сточных вод после механической очистки 10 г/м 3 , после неполной и полной искусственной биологической очистки – соответственно 5 и 3 г/м 3 . Рабочую дозу хлора необходимо уточнять в процессе эксплуатации очистных сооружений путем пробного хлорирования в лабораторных условиях, на основании которого строят кривую хлоропоглощаемости воды за 30 мин. После 30 минутного контакта хлора с водой концентрация свободного хлора должна составлять не более 0,5 и не менее 0,3 мг/дм 3 , а суммарная концентрация хлора должна быть не менее 0,8 и не более 1,2 мг/дм 3 после часового контакта.
В результате хлорирования в сточной воде снижаются цветность, запахи, разрушается органические вещества, препятствующие отстаиванию и фильтрации.
Хлорирование воды осуществляют жидким хлором. На малых водоочистных комплексах (до 3000 м 3 / сут ) допускается применение хлорной извести. При плюсовых температурах и атмосферном давлении хлор представляет собой газ зеленовато-желтого цвета с удушливым запахом и плотностью в зависимости от температуры в 1,5-2,5 раза больше, чем плотность воздуха. При повышенном давлении (при плюсовых температурах) хлор переходит в жидкое состояние. В таком виде его хранят и перевозят в стальных баллонах массой 25-30 и 100 кг .
Хлорное хозяйство должно обеспечивать прием, хранение, дозирование хлора с получением хлорной воды. Его располагают в отдельном здании, и в своем составе оно включает расходный склад хлора, хлораторную , вентиляторную камеру, щитовую и тамбур.
При работе с хлором следует соблюдать правила безопасности. Вдыхание в течение одного часа воздуха, содержащего хлор в количестве 0,10-0,15 мг/дм 3 , приводит к смертельному отравлению. Увеличение концентрации хлора в воздухе до 2,5 мг/дм 3 вызывает немедленную смерть. Поэтому хлораторные оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, а рубильники для включения вентиляторов устанавливают снаружи, чтобы перед входом в хлораторную ее можно было хорошо проветрить. Хлораторная должна обогреваться до 22-27 0 С, чтобы предупредить охлаждение баллонов с хлором во избежание снижения скорости испарения жидкого хлора.
Расход хлора регулируют вентилем. Хлор смешивается с чистой водой в эжекторах. Избыточный напор водопроводной воды перед эжектором должен составлять 0,3-0,4 МПа, расход воды примерно 0,7 м 3 на 1 кг активного хлора. Смешение хлора с водой производится в специальном стеклянном цилиндре.
Для обеззараживания сточной воды применяют также соли хлорноватистой кислоты – хлорную известь и гипохлорит натрия.
Хлорная известь – Ca ( OCl )2 ∙ CaCl 2 ∙ H 2 O – двойная соль, которую получают хлорированием на холоде известкового теста — смесь Ca ( OH )2 ∙ CaCO 3 ∙ H 2 O . Это белый порошок с характерным запахом хлора. Вода в хлорной извести присутствует не как среда, а как компонент реагирующих веществ. Под действием диоксида углерода, влаги и света хлорная известь разлагается с выделением в раствор или окружающую среду Cl 2, НО Cl , ClO — .
Качество реагента, используемого для обеззараживания воды, определяется содержанием активного хлора. Техническая хлорная известь должна содержать не менее 32-35% активного хлора. Во избежание потери активности за счет взаимодействия хлорной извести с водой и диоксидом углерода атмосферы ее транспортируют и хранят в закрытой таре. В состав хлораторной , работающей на хлорной извести, входят: установка для приготовления и дозирования раствора, склад бочек с известью и тамбур. Приготовление раствора хлорной извести осуществляется в баке, изготовленном из дерева, металла, пластмассы, оборудованном мешалкой. Раствор дозируют с помощью поплавкового клапана, поддерживающего постоянный уровень в дозирующем баке, или насосами-дозаторами.
Использование хлорной извести для обеззараживания сточных вод из-за дефицитности реагента требует специального разрешения. Поэтому применение этого способа обеззараживания проблематично.
Гипохлорит натрия получают при взаимодействии хлора с холодным раствором щелочи:
Cl2 + 2 NaCl ↔ NaClO + NaCl + H2O.
Осуществляется эта реакция при пропускании газообразного хлора через раствор щелочи. Растворы солей хлорноватистой кислоты содержат 15-16% активного хлора и всегда гидролизованы .
Кроме того, гипохлорит натрия получают при электролизе раствора хлорида натрия. Метод основан на получении хлора и его взаимодействии со щелочами в одном и том же аппарате — электролизере. При электролизе NaCl в ванне без диафрагмы на аноде происходит распад ионов хлора:
2 Cl — → Cl 2 + 2 e .
Выделяющийся хлор растворяется в электролите с образованием хлорноватистой и соляной кислот:
Cl 2 + OH — ↔ HClO + Cl —
На катоде происходит расщепление молекул воды:
H 2 O + е ↔ OH — + Н + .
Атомы водорода выделяются из раствора в виде газа, оставшиеся же в растворе ионы OH — образуют возле катода с ионами Na + щелочь. При взаимодействии хлорноватистой кислоты со щелочью образуется гипохлорит натрия:
HClO + NaOH = NaClO + H 2 O .
Гипохлорит натрия по своему бактерицидному действию равноценен жидкому хлору.
Источник
Окисление «активным» хлором
Обезвреживание сточных вод хлором или его соединениями – один из самых распространенных способов очистки от ядовитых цианинов, а также от таких органических и неорганических соединений, как сероводород, гидросульфит, сульфид, метилмеркаптан и др.
Сточные воды, содержащие ядовитые цианиды, образуются на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах в гальванических цехах. Значительное количество цианидсодержащих сточных вод получается при промывке изделий после закалки их в расплавах цианидов. Обычно содержание цианидов в таких сточных водах колеблется от 20 до 100 мг/л, но бывает и выше.
Окисление ядовитых цианид-ионов CN– осуществляется путем перевода их в нетоксичные цианаты СNO–, которые затем гидролизуются с преобразованием ионов аммония и карбонатов:
СN– + 2ОН– – 2е → CNO– + НО;
CNO– + 2Н2О→ NH4+ + СО32–.
Возможен также перевод токсичных соединений в нетоксичный комплекс или в осадок (в виде нерастворимых цианидов) с последующим удалением его из сточных вод отстаиванием или фильтрованием.
Хлор и вещества, содержащие «активный» хлор, являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, гидросульфида, метилсернистых соединений, фенолов, цианидов и др.
При введении в воду хлор гидролизуется, образуя хлорноватистую и соляную кислоты:
В сильнокислой среде равновесие этой реакции сдвинуто влево, в воде присутствует молекулярный хлор; при значениях рН > 4 молекулярный хлор в воде практически отсутствует.
Образовавшаяся в растворе гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует на ион гипохлорита ОСl– и ион водорода Н+.
Степень диссоциации хлорноватистой кислоты которой зависит от рН среды. При рН = 4 молекулярный хлор практически отсутствует:
Сумма Сl2 + НОСl + ОСl– и называется свободным «активным» хлором.
В присутствии аммонийных соединений в воде образуется хлорноватистая кислота, хлорамин NH2Cl и дихлорамин NHCl2. Хлор в виде хлорамина называется связанным «активным» хлором.
Источниками «активного» хлора могут быть также хлорат кальция, гипохлориды, хлораты, диоксид хлора. Хлорат кальция (хлорную известь) получают при взаимодействии Са(ОН) 2+Сl2
= СаОСl2+Н2О.
Процесс хлорирования проводят в хлораторах периодического и непрерывного действия, напорных и вакуумных. Принципиальная схема очистки вод хлорированием показана на рис. 1.52. Хлорирование проводится в емкости, включенной в систему циркуляции. В инжекторе газообразный хлор захватывается сточной водой, циркулирующей в системе до тех пор, пока не будет достигнута заданная степень окисления, после чего вода выводится для использования.
При обезвреживании вод от цианидов процесс проводят в щелочной среде (рН = 9). Цианиды можно окислить до элементного азота и диоксида углерода по уравнениям
При снижении рН возможно протекание реакции прямого хлорирования цианида с образованием токсичного хлорциана.
Более надежным и экономически целесообразным методом является окисление цианидов гипохлоритами в щелочной среде (рН = 10-11). В качестве реагента, содержащего ион гипохлорита ОСl– , служат хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия. При окислении цианидов «активным» хлором процесс можно проводить в одну ступень до получения цианатов:
Реакция протекает быстро (1-3 мин.) и полно. Окисление цианидов до цианатов происходит за счет атомного кислорода в момент его выделения из окислителя. Образующиеся цианаты CNO– легко гидролизуются до карбонатов:
Скорость гидролиза зависит от рН среды. При рН = 5,3 за сутки гидролизуется около 80 % цианатов. В двухступенчатом процессе цианиды окисляются до N2 и СО2. На первой ступени процесс протекает по уравнению реакции (1) окисления до получения цианатов. На второй ступени вводят дополнительное количество окислителя, и реакция протекает по уравнению
В растворах содержащих цианидионы и медь, одновременно могут присутствовать комплексные цианиды меди
, окисление которых гипохлоритом проходит по уравнениям
При окислении ядовитого комплекса цианида цинка происходит следующая реакция:
Для определения расходов гипохлоритов кальция или натрия, а также хлорной извести на окисление цианидсодержащих сточных вод можно воспользоваться формулой:
где X – требуемое количество реагента, кг/сутки; k – коэффициент запаса реагента, принимаемый равным 1,2-1,3; Q – количество цианидсодержащих сточных вод, м3/сутки; а – содержание активного хлора в реагенте, равной в товарной хлорной извести 30-35 %, в гипохлорите кальция 30-45 %; x1 – теоретическое количество активного хлора, необходимого для окисления цианидов, г/м3:
где n – стехиометрический коэффициент (по активному хлору); С – концентрация цианидов в сточных водах (в пересчете на цианидион), г/м3.
Для определения коэффициента и подсчитывается количество активного хлора в гипохлорите. Активный хлор определяется по количеству грамм-атомов йода, выделенных данным реагентом из йодистого калия в кислой среде. Запишем реакцию окисления простых цианидов гипохлоритом в ионно-электронном виде
Это значит, что при взаимодействии гипохлорита с КI (калий йодистый) наблюдались следующие реакции
Выделившиеся два грамм-атома йода соответствуют двум грамм-атомам активного хлора. Таким образом, соотношение масс реагирующих цианид-иона и «активного хлора» гипохлорита образом, гипохлорита равно 26:71, следовательно, на одну часть цианид-иона требуется 2,73 части активного хлора, т.е. n = 2,73.
Величина коэффициента n определяется для каждой реакции окисления цианидсодержащих соединений. Так при окислении комплексных цианидов меди
величина n равна соответственно 3,18 и 2,96, а для окисления комплексных цианидов цинка n = 2,73. При окислении цианидсодержащих сточных вод ионом гипохлорита окислитель может расходоваться не только на окисление цианидов, но и на окисление других веществ, присутствующих в сточных водах. Поэтому значение n следует проверять экспериментально для конкретных сточных вод.
При наличии в сточной воде аммиака, аммониевых солей или органических веществ, содержащих аминогруппы, хлор, хлорноватистая кислота и гипохлориты вступают с ними в реакцию, образуя моно — и дихлорамины, а также трихлористый азот
При обезвреживании сточных вод обычно применяется 5 % рабочий раствор реагента (по «активному» хлору).
Обработка цианидсодержащих сточных вод диоксидом хлора СlО2 имеет ряд преимуществ:
- высокая окислительная способность СlО2 по сравнению с другими окислителями (кроме фтора и озона);
- водные растворы СlО2 устойчивы в течение длительного времени;
- при обработке сточных вод диоксидом хлора не образуется высокотоксичных продуктов прямого хлорирования (хлорциана, хлорфенола и др.) в любом диапазоне величие рН.
Окисление цианида диоксидом хлора протекает по уравнению
Более эффективно процесс окисления идет при рН
При начальном содержании цианидов 25 мг/л и продолжительности окисления 1 мин – эффективность составляет 95 %, а через 10 мин реакция окисления практически заканчивается.
Хлорирование применяется для дезодорации сточных вод, образующихся при варке сульфатной целлюлозы и при выпаривании тарного щелока на целлюлозно-бумажных комбинатах. Эти сточные воды содержат сероводород, сульфиды, метил-меркаптан и др.
В щелочной среде хлор окисляет сульфиды до сульфатов:
В кислой и нейтральной среде возможно образование сульфитов:
При избытке хлора окисление всегда идет до сульфатов. Метилмеркаптан окисляется хлором несколько медленнее, чем сероводородом, но значительно быстрее, чем сульфиды и дисульфиды. В зависимости от расхода хлора окисление метилмеркаптана может протекать с образованием различных продуктов:
Поскольку метилмеркаптан окисляется хлором сравнительно быстро, продолжительность контакта сточных вод выпарной станции (загрязненных в основном сероводородом и метилмеркаптаном) с хлором составляет 5 мин.
В зависимости от агрегатного состояния вводимых в воду хлора или хлорсодержащих реагентов определяется технология обработки сточных вод. Если эту воду обрабатывают газообразным хлором или диоксидом хлора, то процесс окисления осуществляется в абсорберах; если хлор или диоксид хлора находятся в растворе, то их подают в смеситель и далее в контрольный резервуар, в них обеспечивается эффективнее их смешивание и требуемая продолжительность контакта со сточной водой.
Гипохлорит (оксохлорат) натрия образуется при пропускании газообразного хлора через раствор щелочи:
Гипохлорит кальция приготовляют хлорированием гидроксида кальция при температуре 25-30 °С:
Промышленность выпускает двухосновную соль
Сильным окислителем является хлорат натрия NaClO2, который разлагается с выделением ClO2. Диоксид хлора ядовитый зеленовато-желтый газ, обладающий более интенсивным запахом, чем хлор. Для его получения проводят следующие реакции:
Во время реакций рН поддерживают в пределах 8-11. Контроль полноты окисления производят по остаточному «активному» хлору, концентрация которого должна быть не менее 5-10 мг/л.
Источник
