Повышение эффективности гипохлоритной водоочистки в рамках диверсификации систем водоснабжения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 628.166:338.33

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИПОХЛОРИТНОИ ВОДООЧИСТКИ В РАМКАХ ДИВЕРСИФИКАЦИИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

© 2011 г. В.В. Денисов , Л.Н. Фесенко , А.В. Денисова , Н.Н. Паненко

*South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)

"Novocherkassk State Meliorative Academy

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

Новочеркасская государственная мелиоративная академия

Предложено организовать крупномасштабное производство гипохлорита натрия (ГХН) на одном из муниципальных очистных сооружений водопровода (ОСВ), для обеспечения не только потребностей своих, но и других систем водоснабжения, в частности сельских. При этом выпуск дополнительного количества ГХН (что означает, по сути, диверсификацию ОСВ) позволит ОСВ получать доход от реализации продукции, а потребителям - снизить эксплуатационные расходы на водоподготовку.

Ключевые слова: питьевое водоснабжение; хлор; гипохлорит натрия; электролизные установки; электростанция; диверсификация.

It is proposed to organize large-scale production of sodium hypochlorite (SHC) on one of the municipal purification structures of water conduit (PSWC) for providing not only their needs but other water supply systems, agricultural, in particular. Production of additional SHC quantity (that in reality means PSWC diversification) will make it possible for PSWC to realize a profit from sale ofproducts and to reduce operating expenses on water treatment for consumers.

Keywords: drinking water supply; chlorine; sodium hypochlorite; electrolysis plant; power plant; diversification.

В последние годы наметилась тенденция отказа от привозного жидкого хлора при подготовке питьевой воды в пользу гипохлорита натрия (ГХН). Он успешно применяется как на крупных системах водоснабжения ряда городов (С.-Петербург, Москва, Ростов-на-Дону и др.), так и на объектах с малой производительностью [1 - 3]. При этом используются привозной концентрированный (160 - 190 г/л) раствор ГХН или низкоконцентрированный (0,7 - 0,8%), вырабатываемый на месте потребления.

Низкоконцентрированный раствор ГХН (марки Э) является более чистым и малотоксичным продуктом, оказывает умеренно раздражающее действие на кожные покровы и слизистые оболочки, не горюч, не взрывоопасен, не относится к веществам остронаправленного действия [4]. Его применение позволяет сократить земельные площади, которые отчуждаются для организации санитарно-защитной зоны хлоратор-ной, использующей жидкий хлор [5 - 7]. В целом применение ГХН значительно безопаснее, чем хлора (вещества 2-го класса опасности): концентрированный ГХН имеет 3-й класс опасности, а низкоконцентрированный - 4-й [5]. Тем самым объекты, использующие ГХН низкой концентрации и находящиеся в городской черте, либо даже в непосредственной близости от селитебных зон, не создают серьезной угрозы безопасности соседних районов, так как аварийные ситуации на этих объектах носят локальный характер и не выходят за пределы производственного помещения. Тем самым они могут быть отнесены к объектам с

относительно высоким уровнем антитеррористической защиты.

Между тем не все исследователи отдают безоговорочное предпочтение гипохлориту натрия перед жидким хлором. В работе [8], например, проведено сравнение процессов обеззараживания воды с использованием газообразного хлора и гипохлорита натрия.

В частности, гипохлоритная технология сильно проигрывает классической (хлорной) по статьям расходов «проект», «оборудование и монтаж»; ее предпочтительность проявляется при анализе статей расходов, направленных на обеспечение безопасности функционирования. Обращает на себя внимание заложенная в расчетах более высокая (в 2,5 раза) стоимость ГХН по сравнению с привозным хлором. Действительно, если подвергать технологическую воду ионообменному (весьма дорогому) умягчению и использовать поваренную соль только высшего сорта (что заложено в регламентах иностранных технологий), это, в сочетании с относительно высокими тарифами на электроэнергию, снижает экономическую привлекательность применения гипохлорита натрия.

На основании многолетних исследований и практики эксплуатации электролизных установок для получения низкоконцентрированного ГХН в ООО НПП «Экофес» при Южно-Российском государственном техническом университете (г. Новочеркасск) разработаны различные технологические схемы, имеющие определенные области рационального применения. Выбор той или иной схемы обусловлен возможностью

обеспечения надежной работы электролизера, исключающей (снижающей) образование катодных осадков.

На рисунке показана принципиальная схема получения низкоконцентрированного ГХН, реализованная на Центральных водопроводных очистных сооружениях (ЦВОС) г. Ростов-на-Дону [9]. Ее важной особенностью является возможность использования поваренной соли относительно низкого качества, что, в свою очередь, снижает себестоимость вырабатываемого гипохлорита натрия.

Более чем годовой положительный опыт эксплуатации отечественной электролизной станции на водопроводе г. Ростова-на-Дону открывает перспективы перехода малых и крупных объектов муниципального водоснабжения области на низкоконцентрированный гипохлорит натрия вместо привозного жидкого хлора. В частности, по вышеуказанной технологии планируется в ближайшее время обеспечить водоснабжение одного из районов г. Новочеркасска.

Между тем крупномасштабное, приемлемое по времени внедрение гипохлорита натрия в практику водоснабжения и водоотведения Ростовской области тормозится из-за необходимости крупных инвестиций в строительство электролизных станций.

Одна из причин этого заключается в относительной сложности технологии гипохлоритной обработки воды. Последняя включает в себя:

1) солевое хозяйство (склад поваренной соли, растворный бак, ёмкости с рассолом и рабочим солевым раствором);

2) узел кислотной декарбонизации водопроводной воды, используемой для получения рассола и солевого раствора;

3) узел кислотной промывки электродной системы (склад концентрированной соляной кислоты, емкость для её разбавления, насос, установка для нейтрализации остаточной кислоты перед отведением её в канализацию);

4) электролизные модули (3 рабочих, 1 резервный) с блоками электропитания и АСУ ТП;

5) резервуары для хранения ~ 0.8 %-го раствора с системой его дозирования;

6) вытяжная вентиляция (для разбавления выделяющегося в процессе электролиза взрывоопасного водорода и удаления его, а также газов из накопителей растворов ГХН).

Солевое хозяйство предназначено для получения, хранения и дозирования насыщенного ((27 - 30 %)-го) раствора соли с последующим приготовлением из него рабочего 3 %-го раствора, который далее подвер-

Вода из водопровода

№С1

Солевое хозяйство

CO2

_jL

Узел декарбонизации воды (подкисле-ние с аэрацией)

гают электролизу. С целью снижения скорости обрастания катодов принята следующая схема получения рабочего раствора:

1) приготовление насыщенного раствора №С1 с использованием водопроводной воды;

2) дозирование насыщенного солевого раствора в трубопровод с водопроводной водой для доведения концентрации соли до 3 %;

3) кислотная декарбонизация 3 %-го раствора в декарбонизаторе.

Для многих муниципальных очистных сооружений водопровода (ОСВ), особенно малых, в условиях перманентно повышающихся тарифов на электроэнергию, цен на сырье и материалы (прежде всего, соль, воду, кислоту) обзавестись собственным производством ГХН и уйти тем самым от классической, но опасной, хлорной технологии становится трудно решаемой задачей. Не является здесь исключением и г. Новочеркасск с расположенными около него поселениями.

В Новочеркасске имеется 3 системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения: ОСВ-1 (бывший Первомайский район), ОСВ-2 (Промышленный район) и ОСВ-3 (поселок энергетиков «Донской»). Ежегодные потребности их в хлоре составляют ~ 70 т (ОСВ-1 и ОСВ-2, каждый) и около 18 т-ОСВ-3. На ОСВ-1 осуществлен переход на низкоконцентрированный ГХН (производительность 100 т/год). Недалеко от Новочеркасска на расстоянии 15 - 20 км располагаются 2 крупных поселка (Пер-сиановка и ст. Кривянская) и несколько малых; общая численность их населения составляет около 30 тыс. чел.

По нашему мнению, переход всех остальных ОСВ г. Новочеркасска, а также систем водоснабжения указанных поселений на гипохлорит натрия может быть осуществлен, причем оперативно и со значительно меньшими экономическими затратами и с учетом экологических требований. Для этого ежегодное производство ГХН на ОСВ-1 должно быть увеличено на 85 - 90 т (в пересчете на чистое вещество), что обеспечит потребности и других водопроводов. Далее раствор гипохлорита (~0,7 %) доставляется потребителю спецтранспортом (до 20 м3 за 1 рейс [2]).

Расчеты показывают, что при современных ценах на горюче-смазочные материалы, зарплате водителю и норме амортизации спецтранспорта доставка 1 т ГХН (в пересчете на 100 %) на расстояние 20 - 25 км от места его производства обойдется потребителю ~ в 4 тыс. руб. В расчете на 1 м3 обработанной воды расходы по доставке ГХН потребителям составят 2 - 4 коп.

ГХН (0,8 %) на обработку воды

Т~

НС1

Электролизный модуль проточного типа

Накопи-

— тельный

бак

Принципиальная схема получения электролитического ГХН на ЦВОС г. Ростова-на-Дону

Для обеспечения необходимой производительности по очищаемой воде водопроводов-потребителей число таких рейсов должно составить в месяц: на ОСВ-2 - 33 рейса, на ОСВ-3 - 10 рейсов, на ст. Кри-вянскую и другие поселки, отстоящие от ОСВ-1 на расстоянии не более 20 км; - 4-5 рейсов.

Рассмотрим позитивы, имеющие место при осуществлении данного проекта.

Выпуск дополнительного количества ГХН (означающее по сути диверсификацию ОСВ-1) позволит последнему получать стабильно доход от реализации продукции, что, в свою очередь, повышает его финансовую устойчивость.

С целью повышения технико-экономических показателей производства ГХН необходимо найти условия, чтобы водород, выделяющийся в процессе электролиза, можно было использовать как дополнительное топливо, причем экологически чистое. В расчете на ежесуточный выпуск, например 300 кг активного хлора водород образуется в количестве, эквивалентном по теплотворной способности 31 м3 метана. В пересчете на электрическую энергию это составит почти 330 кВт-ч, или более 20 % от электроэнергии, требуемой для получения указанного количества ГХН.

Для сторонних потребителей привозного готового к употреблению раствора ГХН, помимо отказа от жидкого хлора, существенно упрощается технология водоподготовки, что обусловлено исключением солевого хозяйства, электролизной станции; узла кислотной промывки, и системы принудительного удаления взрывоопасного водорода, необходимы лишь приемная емкость и емкость для хранения раствора ГХН с последующим его дозированием в воду. Все это резко снизит эксплуатационные расходы. Отметим также возможность существенного уменьшения территории, отводимой под санитарно-защитную зону, что высво-

Поступила в редакцию

бодит земли для нужд городского строительства, и,

наконец, повышения уровня технической безопасности и антитеррористической защищенности.

Литература

1. Кинебас А.К. Внедрение обеззараживания воды гипохло-ритом натрия и ультрафиолетовым облучением в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга // Водоснабжение и сан. техника. 2005. № 12. Ч. 1. С. 33 - 36.

2. Поршнев В.Н., Привен Е.М. Перевод московских станций водоподготовки на использование гипохлорита натрия // Водоснабжение и сан. техника. 2009. № 10. Ч. 1. С. 24 - 30.

3. 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 сан. техника. 2009. № 9. С. 46 - 51.

4. Головачев А.В., Абросимова Е.М. Применение гипохлори-та натрия при обеззараживании воды // Водоснабжение и сан. техника. 2009. № 4. С. 8 - 12.

5. Григорьев А.Б., Расс Р. Сравнительная оценка высоко- и низкоконцентрированного гипохлорита натрия для дезинфекции питьевых вод // Водоснабжение и сан. техника. 2006. № 10. С. 42 - 46.

6. Обеспечение эпидемиологической безопасности питьевой воды Санкт- Петербурга / А.Б. Жербун [и др.] // Водоснабжение и сан. техника. 2007. № 7. Ч. 2. С. 9 - 13.

7. Реконструкция системы обеззараживания воды на станции Северного городского водопровода Уфы / В.С. Гор-диенко [и др.] // Водоснабжение и сан. техника. 2008. №3. Ч. 2. С. 26 - 28.

8. Кожевников А.Б., Петросян О.П. Хлорирование и микробиологическая безопасность воды // Водоснабжение и водоотведение. 2008. № 10. Ч. 1. С. 43 - 53.

9. Кудрявцев С.В. Совершенствование технологических параметров установок получения электролитического гипохлорита натрия для обеззараживания воды : авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2009.

10 мая 2011 г.

Денисов Владимир Викторович - д-р техн. наук, профессор, Филиал академии связи МО РФ (г. Новочеркасск). Тел. 8(8635)27-94-08.

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 - студентка, 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

Denisov Vladimir Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, branch of the Russian Federation Ministry of Defense Academy of Communication (Novocherkassk). Ph. 8(8635)27-94-08.

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 - 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.