CC BY
45
ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
УДК 628.166-926.13
ПЕРЕВОД ВОДООЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ НА НИЗКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫЙ ГИПОХЛОРИТ НАТРИЯ: СОЧЕТАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИНТЕРЕСОВ
© 2012 г. Л.Н. Фесенко, А.В. Денисова, Н.Н. Паненко, В.В. Денисов
Южно-Российский государственный South-Russian State
технический университет Technical University
(Новочеркасский политехнический институт) (Novocherkassk Polytechnic Institute)
Предложена организация крупномасштабного производства и последующее использование низкоконцентрированного гипохлорита натрия в системах водоснабжения и водоотведения, расположенных на территории Черноморского побережья. Помимо улучшения качества воды и технологической устойчивости соответствующих объектов, это будет способствовать повышению безопасности указанных систем, а также улучшению экологической обстановки на всероссийской здравнице и, соответственно, повышению ее привлекательности и пользы для здоровья отдыхающих.
Ключевые слова: питьевое водоснабжение; водоотведение; хлор; гипохлорит натрия; электролизные установки; Черноморское побережье.
Organization of a large-scale production and further utilization of low-concentrated sodium hypochlorite in the systems of water supply and water disposal located on the Black Sea coast area is suggested. In addition to the increase in water quality and technological stability of corresponding facilities this will favour higher sesafity for the stated systems as well as improvement of environmental situation on the All-Russian health resort and higher attractiveness and good for health of holidaymakers.
Keywords: drinking water supply; water disposal; chlorine; sodium hypochlorite; electrolysis plant; Black Sea coast.
Хлорирование продолжает оставаться самым распространенным способом обеззараживания воды в мире, поскольку хлор, в отличие от озона и ультрафиолета, является дезинфектантом пролонгированного действия, присутствие которого в воде исключает возможность ее повторного заражения при транспортировке потребителям. Однако жидкий хлор высоко токсичен, относится ко второму классу опасности и его применение требует неукоснительного соблюдения «Правил по производству, транспортированию, хранению и потреблению хлора» [1], в связи с чем затраты на обеспечение мер безопасности при использовании жидкого хлора многократно превышают затраты на само хлорирование. Расходы же на ликвидацию последствий возможной разгерметизации многотонных запасов жидкого хлора вообще не предсказуемы.
Мировой научный поиск альтернативных жидкому хлору дезинфектантов выявил, среди прочих, высокую эффективность низкоконцентрированного гипохлорита натрия (ГХН), производимого на месте потребления.
Именно желание отказаться от опасного реагента и сложность выполнения правил по его хранению и потреблению побуждает руководителей водоканалов переходить на использование гипохлорита, что позволяет ликвидировать высокотоксичное хлорное хозяйство, обеспечить экологическую и технологическую безопасность производства питьевой воды, исключить риски, в том числе и террористического характера, связанные с применением жидкого хлора.
Гипохлорит натрия ^аСЮ) относится к реаген-там-дезинфектантам, который обеспечивает эффективное обеззараживание и защиту от всех известных патогенных (болезнетворных) бактерий, вирусов, грибковых инфекций и простейших. ГХН применяется обычно в двух формах: товарный (технический) марки А - концентрированный раствор с высоким значением рН, вырабатываемый на химических заводах, и раствор с более низкой концентрацией, производимый на месте использования в нужном количестве путем электролиза раствора поваренной соли.
Содержание хлора в растворе гипохлорита натрия выражается в процентах от массы раствора, например,
1 дм3 технического гипохлорита массой 1,14 кг содержит 14 % или 0,159 кг активного хлора [2]. Типичный состав различных форм гипохлорита: технический - 10 - 18 %; низкоконцентрированный - 0,2 - 0,8%
Технический гипохлорит натрия имеет высокое значение рН, что необходимо для обеспечения стабильности продукта. При введении его в воду с повышенным содержанием кальция и магния происходит образование отложений нерастворимых карбонатов и гидроксидов. Это, в свою очередь, может вызвать серьезные проблемы с обслуживанием, поскольку потребуется часто демонтировать и чистить дозирующие устройства. Так же следует помнить, что технический гипохлорит с концентрацией 14 - 18 % очень агрессивен из-за высокого значения рН и содержания активного хлора. Поэтому при обращении с ним необходимо соблюдать дополнительные меры безопасности - надевать защитные очки и специальную одежду.
Одним из наиболее серьезных недостатков использования технического гипохлорита является газообразование при его разложении. По мере того как концентрация гипохлорита снижается с течением времени, образуется газообразный кислород. При комнатной температуре образование кислорода составляет примерно 1 % в сутки. На практике скорость образования будет возрастать с увеличением концентрации, температуры и в присутствии металлических катализаторов. Требованиями к хранению привозимого гипохлорита являются низкая температура, кратчайшее время хранения и отсутствие контакта с металлами. Использование металлических контейнеров (трубопроводов, деталей), контактирующих с концентрированным гипохлоритом, ускоряет его разложение до 2 - 3 % в час. Опасность заключается в накоплении газа в трубопроводах, шаровых клапанах и насосах-дозаторах, что может привести к газовым пробкам или риску взрыва [3].
Применение низкоконцентрированного гипохло-рита снижает указанные риски до минимума. Безопасность населения, а также персонала на самих водопроводных сооружениях обеспечивается исключением транспортировки больших партий реагента, необходимости хранения и дозирования высококонцентрированных растворов реагентов или газообразного хлора. При обращении с низкоконцентрированным гипохлоритом также не требуется сложной индивидуальной защиты персонала.
Электролизные установки для получения низкоконцентрированного гипохлорита натрия обеспечивают его производство по мере необходимости, а степень разложения продукта снижается до менее 0,1 % в месяц, т.е. проблема газообразования практически отпадает.
По сравнению с газообразным хлором и техническим гипохлоритом натрия при производстве низкоконцентрированного гипохлорита исключается зависимость от большого объема поставок химических реагентов, а также отсутствуют проблемы с транспортировкой, хранением и дозированием. Выработка
низкоконцентрированного гипохлорита натрия в без-диафрагменных электролизерах на месте потребления в большинстве случаев является единственно возможным и наиболее дешевым решением.
В общем виде основные преимущества низкоконцентрированного гипохлорита натрия по сравнению с товарным - это прежде всего [4]:
- безопасность и эффективность (относится к малотоксичным веществам 4-го класса опасности);
- стабильность раствора во времени;
- низкая коррозионная активность;
- независимость от поставщиков;
- снижение образования вторичных токсикантов, таких как хлорорганика (на 20 % меньше, чем при концентрированном хлоре);
- получение ГХН на месте несколько дешевле применения привозного жидкого хлора и в 4-5 раз экономичней технического ГХН (также в большинстве случаев привозного).
Во многих городах России уже внедрена гипохло-ритная технология водоподготовки. Это города Москва, Санкт-Петербург, Уфа, Йошкар-Ола, Иваново, Ростов-на-Дону, Новочеркасск и др. При этом, однако, крупные водопроводные станции, работающие на гипохлорите натрия, используют импортное дорогостоящее оборудование и комплектующие, а реализация зарубежной технологии получения ГХН требует применения только высококачественной поваренной соли марки «Экстра» и наличия глубоко умягченной воды. Последнее достигается ионообменной очисткой воды от солей жесткости, что не только усложняет и удорожает производство ГХН, но и создает проблему утилизации образующихся при регенерации фильтров жидких отходов. Негативным обстоятельством, кроме того, является и последующее, причем неизбежное попадание потребителя иностранных технологий в зависимость от поставок импортных комплектующих, расходных материалов и т.п.
Необходимо отметить также, что на фоне роста числа ЧС обостряется проблема обеспечения питьевой водой населения пострадавших территорий. Это обусловлено, в частности, отсутствием в проблемных регионах достаточного количества локальных установок водоочистки, которые были бы способны обеспечивать обеззараживание воды с использованием далее легкодоступных веществ, например поваренной соли, и электроэнергии, например от аккумуляторных батарей. Последнее особенно важно при выходе из строя электростанций или в случае аварии на распределительных сетях.
Замену крайне опасного жидкого хлора на электролитический низкоконцентрированный гипохлорит натрия в системах водообеспечения особенно целесообразно, по нашему мнению, реализовать на Черноморском побережье России. Здесь в качестве опорных пунктов по производству и распределению ГХН могли бы служить относительно крупные электролизные станции, которые целесообразно организовать в городах Анапа, Новороссийск, Геленджик, Туапсе, Адлер, п. Лазоревское. Вырабатываемый (в перспективе) на
этих станциях ГХН может быть использован не только для нужд водоснабжения и водоотведения соответствующих городов и поселков, но и, учитывая развитую транспортную сеть (автомобильную, железнодорожную, водную), для обеспечения потребностей близрасположенных городских и сельских поселений. Более того, гипохлорит натрия, произведенный, например, на электролизной станции в г. Адлере, может быть доставлен на ряд объектов г. Сочи и п. Красная поляна, обеспечивающих проведение зимней Олимпиады 2014 г., что повысит гарантию безопасного водоснабжения.
Достоинства низкоконцентрированного гипохло-рита натрия указывают на возможность его широкого применения вместо жидкого хлора и в системах водо-отведения. В частности, предварительные расчеты, произведенные применительно к Кадамовским очистным сооружениям г. Новочеркасска, показывают, что использование ГХН в качестве дезинфектанта резко снижает экономические затраты, повышает уровень экологической и антитеррористической защиты. Кроме того, в результате резкого уменьшения радиуса санитарно-защитной зоны высвобождаются земли, которые могут быть переданы под застройку.
Экономическая целесообразность предлагаемого проекта крупномасштабного внедрения ГХН-техно-логии в систему водоснабжения и водоотведения населенных пунктов и других объектов, расположенных на Черноморском побережье, обосновывается, прежде всего, наличием неисчерпаемого источника сырья -морской воды, а также доступностью электроэнергии (близрасположенных ТЭС). Немаловажно и то, что массовый перевод объектов водоснабжения и водоот-ведения на низкоконцентрированный ГХН (вещество 4-го класса опасности) скажется позитивно на экологической обстановке соответствующих населенных пунктов. Все хранилища сжиженного хлора, расположенные на побережье и представляющие собой (как реальное химическое оружие) источник чрезвычайной ситуации с тяжелейшими последствиями, могут быть ликвидированы.
Крупномасштабное использование низкоконцентрированного ГХН в системах водоснабжения и водо-отведения, расположенных на территории Черноморского побережья, помимо повышения качества воды и технологической устойчивости соответствующих объектов, будет способствовать в целом улучшению экологической обстановки всероссийской здравницы и, соответственно, большей ее привлекательности и пользе для здоровья отдыхающих.
С целью ускорения и удешевления перевода водопроводных очистных сооружений городских и сельских поселений, а также фермерских хозяйств и животноводческих комплексов на прогрессивную технологию водоочистки предлагается следующее.
1. Сосредоточить усилия на дальнейшем совершенствовании технологии получения низкоконцентрированного ГХН, имея в виду преимущественное использование отечественных разработок и оборудования, а также доступных материалов и сырья. В этом
отношении может быть полезным опыт ООО НПП «ЭКОФЕС», позволяющий в разработанных им установках использовать поваренную соль относительно низкого качества (и, соответственно, низкой стоимости) без применения дорогостоящей ионообменной очистки. Указанная технология внедрена на ряде электролизных станций, в т.ч. и одной из наиболее крупных в стране по производительности (1 т ГХН в сутки), эффективно функционирующей без рекламаций с декабря 2008 г. на Центральном водопроводе г. Ростова-на-Дону [5]. Право работы на Ростовском водоканале было завоевано в жесткой конкурентной борьбе с известными иностранными производителями.
2. Наличие дешевого, безопасного в обращении, хранении и обладающего длительным бактерицидным действием дезинфектанта, каковым является низкоконцентрированный гипохлорит натрия, позволит, при угрозе возникновения ЧС природного или техногенного происхождения:
- заблаговременно создать его запас с последующей выдачей в расфасованном виде населению территорий, где возможен выход из строя систем обеззараживания питьевой воды (1 л 0,7 %-го раствора ГХН обеззараживает 2-3 м3 воды);
- обеспечить длительное хранение больших объемов воды в проблемных регионах посредством периодического введения надлежащего количества ГХН в резервуары;
- снабдить мобильные установки водоснабжения, используемые подразделениями МЧС для оперативного водообеспечения пострадавшего населения, дополнительным количеством дезинфектанта, что обеспечит больший срок их работы.
Важно подчеркнуть, что гипохлорит натрия -окислитель-дезинфектант с пролонгированными бактерицидными свойствами - легко сочетается с другими веществами и агентами, применяющимися при подготовке питьевой и оборотной воды, такими как озон, ультрафиолет и пероксид водорода; тем самым будет обеспечена длительная микробиологическая безопасность воды.
Особенности технологии получения низкоконцентрированного гипохлорита натрия позволяют вырабатывать его при помощи практически любого источника электрической энергии: малой ГЭС, ветряной, солнечной, дизель-генератора, автомобильного аккумулятора, а также использующего биотопливо. Это обстоятельство расширяет области применения гипохлорита натрия на территориях с различными климатическими условиями и источниками природных вод (поверхностных, подрусловых, подземных).
Литература
1. Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора: ПБ 09-594-03/
утв. Госгортехнадзором РФ 05.06.2003 г. М., 2004. 79 с.
2. Григорьев А.Б., Расс Р. Сравнительная очистка высоко- и низкоконцентрированного гипохлорита натрия для дезинфекции питьевых вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. № 10. С. 42 - 46.
3. Поршнев В.Н., Привен Е.М. Перевод московских станций водоподготовки на использование гипохлорита натрия // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 10, ч. 1. С. 24 - 30.
Поступила в редакцию
4. Фесенко Л.Н., Скрябин А.Ю., Игнатенко С.И. Опыт применения гипохлорита натрия при обеззараживании воды на очистных сооружениях Центрального водопровода г. Ростова-на-Дону // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 9. С. 46 - 51.
5. Методические рекомендации по расчету и проектированию электролизных установок «Хлорэфс» для получения низкоконцентрированного раствора гипохлорита натрия: учеб. пособие / Л.Н. Фесенко [и др.]; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2009. 99 с.
19 марта 2012 г.
Фесенко Лев Николаевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Водное хозяйство предприятий и населенных мест», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8(8635)25-53-34.
Денисова Анастасия Владимировна - магистрант, Новочеркасская государственная мелиоративная академия Тел. 8(8635)25-36-16.
Паненко Наталья Николаевна - аспирант, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. 8-904-509-29-36. E-mail: panya-86@mail.ru
Денисов Владимир Викторович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Технология электрохимических производств, аналитическая химия, стандартизация и сертификация», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8(8635)25-36-16.
Fesenko Lev Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of department «Water Economy of Organizations and Populated Areas», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8(8635)25-53-34.
Denisova Anastasiya Vladimirovna - Master degree course student, Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. 8(8635)25-36-16.
Panenko Nataliya Nikolaevna - post-graduate student, Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. 8-904-509-29-36. E-mail: panya-86@mail.ru
Denisov Vladimir Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Technology Electrochemical Production, Analytic Chemistry, Standardization and Certification», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8(8635)27-94-08.
