Совершенствование технологии хлорирования природных вод в целях повышения качества питьевой воды: на примере г. Волгограда

Актуальность. Проблема загрязнения поверхностных водоисточников в условиях массового строительства современных жилых комплексов, а также развитие зон малоэтажной застройки достигла огромных масштабов. Объекты жилищного строительства многократно увеличивают объемы загрязненных стоков, которые подвергаются очистке с использованием устаревших и малоэффективных технологий, а в отдельных случаях сбрасываются в водные источники без очистки, что особенно актуально для градостроительных комплексов имеющих большую протяженность вдоль основных водных объектов (на примере г. Волгограда), нанося непоправимый ущерб окружающей природной среде и, как следствие здоровью населения.

Использование жидкого хлора в целях дезинфекции природной воды ведет к образованию вторичных хлорорганических соединений, которые попадают в водные объекты, отравляя ее в концентрациях в сотни раз превышающие предельно допустимые и способные неразрушаться длительное время.

При увеличивающимся антропогенном воздействии на водные источники дозу хлора при подготовке питьевой воды приходится увеличивать, что приводит к образованию канцерогенных и мутагенных веществ опасных для здоровья человека. Кроме этого, использование жидкого хлора требует обеспечения повышенных мер безопасности при перевозках и хранении, так как его высокая реакционная способность и коррозионная активность водных растворов служат дополнительным источником экологической опасности в жилой зоне городов.

Таким образом, снижение количества хлорорганических соединений, посредством совершенствования технологии хлорирования за счет дробного введения реагента на протяжении водоразводящей сети являются исключительно актуальными.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы. Совершенствование технологии хлорирования природных вод, посредством дробного введения реагента в процессе хлорирования, позволяющим снизить количество образующихся токсичных хлорорганических соединений в питьевой воде. Задачи исследования.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

• анализ современных методов обеззараживания природных вод;

• исследование качества природной воды, используемой для хозяйственно-питьевых целей г. Волгограда, установление барьерной роли очистных сооружений;

• изучение зависимости качественного состава природной воды и дозы вводимого хлора на процесс образования галогенорганических соединений при первичном и вторичном хлорировании питьевых вод;

• сравнительное определение концентраций хлорорганических соединений при совместном обеззараживании воды озоном, ультрафиолетом и хлором;

• разработка и промышленные испытания дробной реагентосберегающей технологии хлорирования хозяйственно-питьевой воды.

• получение математических зависимостей для определения остаточных концентраций хлора в сети, при различных режимах ввода хлорсодержащих реагентов;

• технико-экономическое обоснование метода дробного хлорирования воды.

Научная новизна работы состоит в том, что:

• установлены закономерности и причины сезонных колебаний загрязнений волжской воды в границах г. Волгограда по анализам многолетних наблюдений;

• разработана новая реагентосберегающая технология хлорирования природных вод с использованием метода дробного введения жидкого хлора;

• установлены зависимости влияния доз жидкого хлора на процесс образования хлорорганических соединений;

• разработана математическая модель, адекватно описывающая кинетику процессов дробного хлорирования.

• разработан алгоритм практического внедрения метода дробного хлорирования для действующих, реконструируемых и вновь проектируемых систем водоснабжения населенных мест.

Практическая значимость диссертации.

• предложена и апробирована в промышленных условиях новая технология хлорирования при подготовке питьевых вод, позволяющая значительно сократить количество образующихся хлорорганических соединений, с высокой степенью эффективности при значительном сокращении затрат реагентов;

• разработаны рекомендации по проектированию и расчету аппаратурного оформления предложенной технологической схемы.

Практическая значимость диссертации.

• внедрена в промышленных условиях новая технология хлорирования при подготовке питьевых вод, позволяющая сократить в 1,5 раза количество образующихся хлорорганических соединений с высокой степенью эффективности при значительном сокращении количества реагентов;

• разработаны рекомендации по проектированию и расчету аппаратурного оформления предложенной технологической схемы.

Практическая реализация.

Предложенная технология хлорирования внедрена на водопроводных очистных сооружениях Волгограда производительностью 320 ООО м3/сут. Годовой экономический эффект составил 2,64 млн руб./год, в ценах 2008 года.

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликованы 13 работ. Основные положения докладывались и обсуждались на 5 всероссийских и международных конференциях в г. г. Волгограде, Казани, Пензе.

Методы исследований.

В диссертации проводились теоретические и экспериментальные исследования, включающие работу с моделями и натурными установками, а также использовались стандартные методы математического моделирования и проведения химических анализов.

Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических методов обработки экспериментов. При постановке экспериментов использованы общепринятые методики, оборудование и приборы. Экспериментальные данные, полученные на моделях, соответствуют результатам, полученным на промышленных установках.

На защиту выносятся:

• исследования и анализ качества исходной и очищенной воды, используемой для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Волгограда;

• экспериментальное определение концентраций хлорорганических соединений при совместном обеззараживании воды озоном, ультрафиолетом и хлором и сравнительные данные их эффективности;

• технология дробного хлорирования воды и математические зависимости для определения концентраций хлора в различных точках водопроводной сети;

• результаты промышленных испытаний новой реагентосберегающей технологии хлорирования хозяйственно-питьевых вод.

Структура и объем работы. Диссертация, общим объемом 137р страницы, состоит из введения, 5 глав и основных выводов, включает 27 таблиц, 44 рисунка и список литературы из 133 наименований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

1. Целесообразность внедрения метода дробного введения в технологическую схему обеззараживания природных вод обоснована экономической и экологической эффективностью затрат по сравнению с традиционным методом обеззараживания с использованием жидкого хлора.

2. Фактическая экономия обусловлена отсутствием затрат на приобретение окислителя — жидкого хлора и связанным с его использованием комплекса мер безопасности.

3. Годовой экономический эффект от внедрения технологии обеззараживания с применением метода дробного хлорирования составил 1,2 млн руб. (в ценах 2005 г).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано решение актуальной проблемыснижение количества хлорорганических соединений посредством совершенствования процесса хлорирования питьевой воды за счет дробного введения реагента.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1 .Обеззараживание природной и питьевой воды хлором на водопроводных очистных сооружениях Волгограда производится дозами 5−4-7 мг/л по активному хлору. Такие дозировки позволяют обеспечивать безопасное санитарно — гигиеническое состояние питьевой воды во всех наиболее удаленных участках сети. Однако высокое содержание хлора является причиной образования галогенорганических соединений, относящихся ко II классу опасности. Концентрации этих компонентов превышают предельно — допустимые значения в 1,5-КЗ раза и являются основным источником экологической опасности для здоровья жителей города.

2. Установлена зависимость образования галогенорганических соединений от дозы хлора и качества природной воды (в первую очередь от цветности и перманганатной окисляемости). При первичном хлорировании волжской воды рост галогенорганических соединений, при дозах хлора 1−2 мг/л, незначителен, однако при дозе первичного хлорирования 5 мг/л коэффициент токсичности очищенной воды в среднем в 2,5 раза превышает допустимые значения.

3. Замена первичного хлорирования на озонирование с последующим вторичным хлорированием дозой 2 мг/л позволяет снизить коэффициент токсичности очищенной воды на 14% по сравнению с традиционной схемой водоподготовки, но при этом коэффициент токсичности превышается более чем в 2 раза. Замена первичного хлорирования на ультрафиолетовое облучение способствует сокращению после фильтров концентрации галогенорганических соединений практически до нулевых значений, однако на стадии вторичного обеззараживания воды хлором при дозах 3−5 мг/л происходит дополнительное образование токсичных примесей, при этом коэффициент токсичности превышает ПДК в 2 — 2,5 раза.

4. Сокращение дозы вторичного хлорирования, и как следствие галогенорганических соединений, достигается за счет внедрения метода дробного (поэтапного) хлорирования в расчетных точках водопроводной сети. Это позволяет снизить дозу вторичного хлорирования на очистных сооружениях с 2 — 3 до 1,5 мг/л и обеспечивает снижение коэффициента токсичности до нормативных значений Ктокс < 1. Остаточный хлор при этом остается в пределах допустимых значений (0,8 — 1,2 мг/л) а суммарное потребление товарного хлора сокращается на 21%.

5. Предложена блок-схема снижения коэффициента токсичности питьевой воды для действующих, реконструируемых и вновь проектируемых систем водоснабжения. Данная блок-схема может быть использована при выполнении проектных и пусконаладочных работах на вновь проектируемых и строящихся системах водоснабжения, а так же предлагается для руководства к действию для действующих водопроводов с целью обеспечения нормативов качества и сокращению негативного воздействия на человека и окружающую среду.

6. На основании экспериментальных данных получена математическая зависимость для определения остаточных концентраций остаточного хлора в водопроводной сети при дробном хлорировании.

7. Годовой экономический эффект от внедрения метода дробного хлорирования водопроводной воды, вследствие сокращения расхода товарного хлора составил 2,64 млн. рублей (в ценах 2008 года). 1 2 3 4 5 6 7 8 9.