Хлораторни станции за питейна вода

Хлорът е най-често използваният реагент от всички вещества за дезинфекция на питейната вода при централно водоснабдяване. Това се дължи на високата ефективност, простотата на използваното оборудване, ниската цена на реагентите - течен или газообразен хлор и относително лесната поддръжка. Хлорирането на водата позволява не само тя да се пречисти от нежеланите органични и биологични замърсители, но и напълно да се отстранят разтворените в нея соли на желязото и мангана. Важно предимство на процеса хлориране е дълготрайното му бактерицидно действие и гарантирането на микробиологичната безвредност на водата по време на транспортирането й до потребителя.
В статията ще разкажем за нормативните изисквания към хлораторните станции за дезинфекцията на питейна вода с хлор и хлорни съединения, за хлораторните станции с вакуумни хлораторни апарати.

Съгласно „Наредба №2 за проектиране, изграждане и експлоатация на водоснабдителни системи“ от 2005 година, водата за питейно-битови нужди задължително се дезинфекцира с хлор-газ, натриев хипохлорид, озон или хлорен диоксид. Работната доза хлор за дезинфекция на водата се определя чрез технологични изследвания. Когато такива изследвания не са извършени, тя е от 2 до 3mg/l за филтрираните повърхностни води и от 0,7 до 1mg/l за подземните води. Минималното контактно време за дезинфекция на водата и количеството на остатъчния активен хлор се определят в съответствие с нормативните изисквания за качество на водата, предназначена за питейно-битови цели.

Хлораторните станции и складовете за хлор се разполагат на разстояние не по-малко от 150m от жилищни и производствени сгради във или извън урбанизираните територии съгласно изискванията за здравна защита на населените места, като се отчита розата на ветровете и се предвижда обезвреждане на аварийно изпуснатия хлор.

Хлораторните станции за втечнен хлор се проектират най-малко с апаратно помещение за хлораторни апарати, входно антре, в което се поставят шкафове със защитно облекло, медикаменти за долекарска помощ и фонтан за питейна вода, разходен склад за бутилки и/или варели. Склад за съхранение на експлоатационен запас в продължение на 15-30 дни в зависимост от категорията на водоснабдявания обект. Помещение за хлорометър и контактен резервоар, когато се предвижда автоматично регулиране на дозата на хлора. Помещения за съоръженията за обезвреждане на аварийно изпуснат хлор без пряка връзка с останалите помещения в хлораторната станция.

При проектирането на хлораторни станции е необходимо да се осигурява връзка между апаратното помещение за хлораторни апарати и разходния склад през входното антре. Не се допуска директна връзка на апаратното помещение, разходния склад и входното антре с останалите помещения в хлораторните станции. Хлораторните станции, разположени в обща сграда с други съоръжения на пречиствателната станция, се отделят посредством плътна стена без строителни отвори. Не се допуска проектиране на хлораторни станции и складове за хлор в помещения под нивото на терена.

Резервното технологично обзавеждане на хлораторните станции включва до два работни хлоратора един резервен хлоратор, а при повече от два работни хлоратора – два резервни хлоратора. Тръбопроводите за втечнен и газообразен хлор и хлорна вода се проектират хлороустойчиви и с възходящ наклон 0,01 към хлораторния апарат.

Хлоропроводите се проектират на конзоли в помещенията, а извън сградата – на естакади, като се осигурява защитата им от пряко слънчево нагряване. Te се оразмеряват за три пъти максималното оразмерително количество хлор, от 2,5 до 3,5m/s-за газообразен хлор, и 0,8m/s–за втечнен хлор, при работно налягане не по-малко от 1,6МРа и при налягане за изпитване 2,3МРа. При паралелна работа на два или повече хлоратора тръбопроводите за хлорна вода се свързват посредством резервоар без прекъсване на потока.

В помещенията на хлораторните станции за втечнен хлор се осигурява известителна звукова и светлинна сигнализация при аварийно изтичане на хлор от съоръженията. Допуска се изпускане на отпадни води от апаратното помещение, разходното помещение и антрето на хлораторната станция само ако това не води до замърсяване на околната среда. В противен случай преди изпускането на отпадни води се използва неутрализиращ реагент. Хлораторни станции, работещи с хлорни съединения, се проектират с помещения като хлораторно помещение, в което се поместват реагентните съдове и дозаторите, склад за хлорни съединения, антре. Работата на всички инсталации за дезинфекция на водата се автоматизира напълно, като се синхронизира с работата на водопровода, помпените станции или пречиствателната станция.

Дезинфекция на питейна вода с хлор
Хлорът при обикновена температура и налягане е силно отровен газ с остра задушлива миризма. Той е по-тежък от въздуха 2 до 2,5 пъти. При изтичане се отлага ниско по пода на помещенията. Течният хлор се съхранява под налягане от 0,5-0,6МРа в стоманени бутилки с вместимост 50kg. По-големи количества се съхраняват в стоманени варели с вместомост 400-500kg и контейнери 950-1000kg. Хлорът се въвежда във водата за дезинфекция само под формата на ненаситен воден разтвор - хлорна вода, в хлораторните станции. Дебитът на хлора при 20°С от една бутилка с вместимост 50kg е 0,5-0,7kg хлор-газ на час, от стоманени варели с вместимост 500kg е 2,5-3,0kg хлор-газ на час, а от контейнери с вместимост 1000kg е 10kg хлор-газ на час. При по-голям дебит на хлор-газ може да се използват изпарители с или без подгряване. Възможно е също вземане на хлор едновременно от няколко бутилки.

При въвеждане на хлор-газа във водата се образуват солна киселина и хипохлориста киселина. Хипохлористата киселина се дисоциира на водородни катиони и хипохлоритни аниони. Така бактерицидното действие се определя от хипохлоритния анион, хипохлористата киселина и хлора. Сумарното действие на трите съставки е известно под наименованието свободен активен хлор. Съотношението между тях се изменя в зависимост от рН на средата. Установено е, че недисоцираната хипохлориста киселина е най-важното съединение за бактерицидното действие на хлора-80-100 пъти по-голям бактерициден ефект от хипохлоритния анион. Концентрацията на хипохлоритните аниони нараства с увеличаване на рН. За реализирането на максимален бактерициден ефект е необходимо да се поддържат по-ниски стойности на рH, т.е. прибавянето във водата на необходимите алкални реагенти да става след обеззаразяването. Бактерицидното действие на хлора зависи от началната му доза и от времето на контакт с водата. Малка част от активния хлор се използва за разрушаване на бактерийните клетки. Останалата по-голяма част от него реагира с органичните и минералните вещества, съдържащи се във водата като примеси.

Изразходваното количество на хлора за окисляване на съдържащите се примеси в обработваната вода след 30 минутно контактуване с нея определя нейното хлоропоглъщане. Хлоропоглъщаемостта на водата за дезинфекция се определя опитно в лабораторни условия при първоначалното пускане на хлораторната станция и в началото на всеки годишен сезон. Оразмерителната доза след този времеви контакт е 0,5mg/l остатъчен хлор. Лесно се окисляват хумусът, нитритите, сероводорода, амоняка и др.. По хлоропоглъщането се определя замърсеността на водоизточника. За незамърсените речни и езерни повърхностни води хлоропоглъщането е 2,0-2,5mg/l хлор-газ.

Определянето на дозата на хлора е важно изискване за експлоатацията на водоизточника. Така при недостатъчни количества на остатъчния хлор е възможно получаването на допълнително замърсяване. При големи количества на хлор в питейната водата тя замирисва на него и се влошава. За постигане на максимален бактерициден ефект остатъчният хлор във водата трябва да бъде не по-малко от 0,3mg/l. Така например за речните води след коагулиране и филтриране дозата на хлора е 1,0-2,0mg/l, а за подземни и изворни води около 1-1,5mg/l

Минералните и органичните суспендирани вещества във водата намаляват бактерицидното действие на хлорирането. Тогава се налага да се повишават дозите на хлора и времето му за контакт с водата.

Предварително хлориране на обработваната вода се извършва, когато в нея има по-голямо съдържание на органични вещества, които трябва да се окислят. Целта е да се подобри извършването на процеса коагулация, като се намали количеството на коагулантите т.е. намаляване на експлоатационните разходи. В този случай хлорът се подава преди утаителите и филтрите. Използваните дози са по-големи-2,0-4,0mg/l в сравнение с обикновеното хлориране. Когато свободният хлор е над допустимата норма се провежда дехлориране на водата. Дехлорирането на водата може да се осъществи чрез аерация, със серен диоксид, с натриев сулфид, с активен въглен.

Хлорът се смесва с водата чрез дозиращи апарати хлоратори. В зависимост от работните условия съществуват различни видове хлоратори.

Дезинфекция на питейна вода с хлорни съединения
За дезинфекцията на питейната вода по-рядко се използват съединенията на хлора като хлорен диоксид, хипохлориста киселина, натриев хипохлорит, калциев хипохлорит. При хлорирането на питейната вода хлорът реагира с някои от съдържащите се в нея органични примеси-хуминови киселини и фулво киселини. Получават се вредните за здравето на човека странични продукти-трихалометани.

Установено е, че при дезинфекция на питейната вода с хлорен диоксид-разтвор с концентрация 0,3-3mg/l, канцерогенните вторични трихалометани не се появяват в нея. Същият се препоръчва за обеззаразяване на повърностни води съдържащи метан и феноли.

Хлорният диоксид представлява жълт газ, който при смесване с въздуха над 10% и температура над 40°С образува взривоопасни смеси. Поради тези негови свойства той се произвежда чрез смесване на разтвор на натриев хлорит с хлор или солна киселина в инсталация на пречисвателната станция, непосредствено преди подаването му във водата. С практическото приложение на по-модерната технология TwinOxide, се отстранява възможността за експлозия.

В днешно време за дезинфектант на питейната вода се използва хипохлориста киселина получена по технологията PAO-potential-controlled anodic oxidation и инсталации AQUAlive drop. Получената хипохлориста киселина при рН на средата 2,75-3,25, е с концентрация 25-100 mg/l. Тя се разрежда с вода в съотношение от 1:200 до 1:400 и се подава за обеззаразяване на питейната вода. По-рядко за дезинфектанти на питейната вода се използват съединенията натриев хипохлорит и калциев хипохлорит.

В България натриевият хипохлорит се предлага с концентрация 5-10% и съдържание на активен хлор 30-90g/l. Въвежда се във водата за дезинфекция чрез воден разтвор с концентрация от 0,5 до 1% чрез дозаторни помпи. Използва се за обеззаразяване на води с дебити до 10l/s и при приемливи обеми на разтворите за транспорт складиране и дозиране. С приложението на собствени инсталации за производство на натриев хипохлорит чрез електродиализа на разтвор от натриев хлорид в пречиствателните станции, е възможно обеззаразяването и на по-големи водни количества.

Калциевият хипохлорит-хлорна вар се предлага под формата на късове, гранули или брашно със съдържание на активен хлор 65-70%. Предварително се разтваря с вода в съдове с бъркачки. Въвежда се във водата за дезинфекция като воден разтвор с концентрация от 0,5 до 1% чрез дозаторни помпи. Използва се също за обеззаразяване на води с дебити до 10l/s и при приемливи обеми на разтворите за транспорт, складиране и дозиране.

Хлораторни станции с вакуумни хлораторни апарати
Смесването на водата за дезинфекция с хлора се извършва с дозиращи апарати, наречени хлоратори. Известни са различни видове хлоратори. В зависимост от условията на работа, те биват напорни и вакуумни, с непрекъснато и прекъснато действие. Според начина на дозиране хлораторите се разделят на постоянни и пропорционални.

От всички видове изброени хлораторни апарати, осигуряващи най-безопасна работа при експлоатация, са вакуумните хлораторни апарати. Те се монтират в апаратното помещение с входно антре на хлораторните станции. В апаратното помещение вакуумните хлотаторни апарати се комплектоват така, че успешно да се реализират технологичните процеси пускане, спиране, измерване и дозиране на подавания хлор, а също и получаването и подаването на хлорната вода за дезинфекция на суровата вода. Във входното антре към апаратното помещение се разполагат шкаф със защитното облекло на работниците, аптечка с медикаменти и фонтан с питейна вода за измиване на очи. Вакуумните хлоратори елиминират всички пропуски и повреди в съединителните линии, вентилите и съединенията работещи под налягане. При тях вакуумът се създава с ежектор. Хлор-газът се движи с използването на вакуум. По този начин се предотвратява аварийно изтичане на хлор-газа в атмосферата. Вакуумната линия за подаване на хлор-газа се изключва автоматично със спиране на водата в ежектора. Различават се работни схеми на компактни вакуумни хлораторни апарати директно монтирани върху спирателните кранове на бутилките с хлор, а също така и с изнесен ежектор с гъвкави хлоропроводи.

Основните елементи на вакуумния хлораторен апарат са вакуумен регулатор, дозиращ вентил, ротаметър, ежектор-дифузор, автоматичен превключвател и гъвкави хлоропроводи при изнесен инжектор. За по-голяма яснота ще разгледаме накратко функционалното действие на отделните елементи на вакуумния хлораторен апарат.

Вакуумният регулатор е изработен от хлороустойчива пластмаса, сребърни и тефлонови елементи. Предназначен да пуска и спира подавания хлор. Редуцира налягането на хлора във вакуум. Ежекторът е изработен от специална пластмаса. Използва се за създаване на вакуум в хлораторния апарат. Също за смесване и разтваряне на хлор-газа в захранващата напорна вода и впръскване на хлорната вода в суровата вода. За създаването на вакуум напорът на захранващата ежектора вода трябва да е значително по-голям в сравнение с напора в мястото на подаване на хлорния разтвор. С вграден възвратен клапан ежекторът прекъсва водния поток от вакуумната система. Дозиращият вентил и ротаметъра дават възможност дебитът на подавания хлор да бъде задаван ръчно и да се контролира визуално. Поддържането на постоянен дебит се осъществява чрез система пружина мембрана. Тя е едновременно и обезопасителен и изключващ клапан. Регулирането на дебита на подавания хлор се извършва с изработения от сребро дозиращ вентил, при промяна на дебита на обработваната вода или хлоропоглъщаемостта й. Вакуумният хлораторен апарат има следния принцип на действие. Захранващата вода се подава с определено налягане през ежектора. Създава се вакуум, който отваря възвратния клапан в ежектора. Създаденият силен вакуум преминава през хлоропровода и придвижва мембраната във вакуумния регулатор. Тя отваря смукателния регулиращ клапан. Така хлорът от бутилката навлиза в апарата и преминава през ротаметъра и дозиращия вентил и отива в ежектора. В последния хлорът се смесва и разтваря в захранващата вода. Получава се хлорна вода, която се впръсква в суровата вода за обеззаразяване.

Когато хлорирането трябва да бъде непрекъснато, се използват хлоратори с автоматично превключване. В този случай два вакуумни хлораторни апарата, монтирани върху отделни бутилки, подават хлор към превключвателя и ротаметъра, захранващ един ежектор. Хлор-газът се подава от едната бутилка, докато тя се изпразни. След това автоматичният превключвател веднага включва втората бутилка, от която започва подаване на хлор. По този начин хлораторите с автоматично превключване осигуряват непрекъсваем пречиствателен процес на хлориране. Такава система е приложима за отдалечени обекти без наличие на постоянно дежурен персонал. Автоматичният превключвател не изисква настройка или обслужване при смяна от празната на пълната бутилка с хлор. Във вакуумния хлоратор е осигурена защита срещу недопустим вакуум, както и навлизане на вода и хлор под налягане в него. С помощта на специално вградено устройство във вакуумния хлоратор се поддържа налягането в изпразнената бутилка да не пада под 0,05МРа. Последното е важно изискване при заводско пълнене на бутилките с хлор. За спиране навлизането на втечнен хлор по пътя на подаването му е разработен изпарител. Той се монтира пред апарата, когато последният е монтиран върху стена. На челната страна на апарата е вграден оптичен сигнал. Той показва пълна/празна бутилка за хлор. Вакуумният хлоратор може да бъде монтиран директно върху бутилка или на стена. Най-безопасни са вакуумните хлоратори, монтирани на бутилка. Те са малогабаритни. Техническото им обслужване се свежда основно до почистване на оборудването. Хлорът съдържа органични примеси. Те в процеса на експлоатация се отлагат и предизвикват запушвания. Вакуумните хлоратори, поставени върху бутилки, имат производителност от 5-4000g/h хлор. Известни са хлораторни апарати с максимална производителност до 200kg/h при наличието на изпарител.