При содержании в воде повышенного количества взвешенных частиц требуются большие дозы реагента. Особенно это необходимо при обеззараживании сточной жидкости. Для сточной жидкости с БПК5=3—10 мг/л снижение кишечных палочек до 10 в 1 мл достигается при введении активного хлора в количестве 1—1,5 мг/л; при БПК5 = 12 — 28 мг/л доза повышается до 2—2,5 мг/л, а при БПК5=30— 70 мг/л доза увеличивается до 3,5—4 мг/л.(БПК – биологическое потребление кислорода).
Повышенное содержание в сточной воде нитритов и аминокислот также требует увеличения доз гипохлорита натрия.
По бактерицидному действию электролитический гипохлорит натрия при обеззараживании воды с высокой инициальной зараженностью не только не уступает хлору, но и нередко превосходит его. Например, при применении гипохлорита натрия полное обеззараживание наступает при дозе по активному хлору 0,8 мг/л, тогда как при такой же дозе в случае обычного хлорирования бактерицидный эффект был неполным и составлял 97-98 %. Это объясняется, по-видимому, тем, что в природных электролитах имеются соединения йода, брома и др., которые при электролизе образуют сильные окислители, способствующие течению процесса обеззараживания.
Изучение влияния гипохлорита натрия на бактериальные клетки (кишечную палочку) по установлению уровня снижения активности ферментов показало, что механизм действия электролитического гипохлорита натрия и жидкого хлора аналогичен.
Применение электролитического гипохлорита натрия позволяет улучшить органолептические показатели обрабатываемой воды. Так, снижение цветности наиболее интенсивно идет при времени контакта 30 мин. Дальнейшее увеличение времени контакта значительного снижения цветности не дает.
В процессах очистки воды (коагулирование, стабилизация, обеззараживание), связанных с использованием тех или иных реагентов, в обрабатываемую воду вместе с химическими продуктами вносится и некоторое количество различных солей, что может сказываться на изменении солевого состава обрабатываемой воды, ее рН, жесткости и стабильности.
При обеззараживании гипохлоритом натрия вместе с одним граммом активного хлора в воду будет вводиться от 8-10 до 40-50 мг/л солей. Количество вводимых солей зависит от типа исходного раствора хлоридов, концентрации активного хлора в готовом продукте и требуемой дозы на обеззараживание. Наибольшее увеличение солесодержания воды может наблюдаться при использовании гипохлорита натрия, получаемого из подземных минерализованных или морских вод.
В природных электролитах возможно также содержание таких микрокомпонентов, как йод, бром, медь, цинк, свинец и другие. Содержание их незначительно – около 10-6-10-8. При концентрации активного хлора в электролитическом гипохлорите 1-5 г/л и дозе хлора на обеззараживание 1-5 мг/л количество вводимых микрокомпонентов уменьшается в тысячи раз и будет составлять всего 10-9-10-11 мг/л, т.е. значительно ниже максимально допустимого для питьевой воды уровня.
Растворы гипохлорита натрия во времени распадаются и несколько теряют свою активность. Это объясняется тем, что гипохлориты в водном растворе гидролизуются с образованием хлорноватистой кислоты:
ClO- + H2O = HClO + OH-,
которая нестойкая и разлагается по трем направлениям:
хлоратный распад: 3HCIO = HCIO3 + 2HCI
кислородный распад: 2HCIO = 2HCl + O2
хлорный распад ( в присутствии хлоридов):
HClO + NaCl + H2O = NaOH + H2O + Cl2
Образование значительного количества HCl уменьшает рН раствора, что и приводит к быстрому распаду гипохлоритов. Скорости разложения раствора гипохлорита натрия способствуют повышение температуры, солнечный свет, концентрация гипохлорит-иона в растворе и контакт с окружающим воздухом.
Наибольшее влияние на скорость разложения оказывает концентрация гипохлорит-иона. Так, если раствор с содержанием активного хлора 0,6-0,8 г/л в течение первых трех суток теряет свою активность на 4-5%, то за это же время раствор с содержанием хлора 10-12 г/л распадается на 10-12%. При этом наиболее интенсивно процесс распада происходит в течение первых 2-3 суток, а в последующие сутки он уменьшается. В связи с этим наиболее целесообразным является применение гипохлорита натрия сразу же после его получения. При необходимости использования гипохлорита натрия спустя некоторое время после получения его следует разбавлять.
Общепринятые при хлорировании методики химического контроля за качеством обрабатываемой воды приемлемы и при применении электролитического гипохлорита натрия.
Поскольку дезинфекция воды является заключительной фазой в технологии ее очистки, предельно допустимые концентрации тех или иных элементов не могут превышать регламентированных норм. Нормированный химический состав питьевой воды и «Правила охраны поверхностных под от загрязнения сточными водами» показывают, что наибольший допустимый диапазон колебаний содержания в воде присущ ионам Cl- , SO42- , солям жесткости, а также водородным ионам. Изменение содержания остальных многочисленных элементов воды незначительно.
Из результатов бактериологических анализов, полученных после обработки сточных вод был сделан вывод, что число кишечных палочек Е Coli непосредственно на выходе из электролизера снижается на два порядка по сравнению с первоначальной обсемененностью воды, не прошедшей через установку (что составляет 25%). Последующие 15- и 30-минутный контакты воды с продуктами электролиза приводили к дальнейшему снижению числа кишечных палочек. Увеличение времени контакта до 1 ч существенного влияния на снижение количества кишечных палочек не оказывало. По-видимому, отсутствие последующего действия продуктов электролиза связано с уменьшением количества свободного хлора вследствие его связывания с органическими веществами, присутствующими в сточной жидкости, и образованием органических хлораминов, бактерицидное действие которых менее выражено, чем у свободного хлора.
Таблица 2.1.
Влияние прямого электролиза и хлорреагентов на качество загрязненной воды
| Показатели | Значения показателей | ||
| исходной воды | обработанной воды | ||
| прямым электролизом | хлорной водой | ||
| Цветность, град | 38 | 34 | 34 |
| Щелочность, мг- экв/л | 2,1 | 2,2 | 2,1 |
| Жесткость, мг-кв/л | 3 | 3 | 3 |
| Окисляемость, мг/л | 12,7 | 11,6 | 11,8 |
| рН | 7,9 | 8,1 | 7,8 |
| Хлориды, мг/л | 17 | 17 | 17 |
| Coli индекс | 104- 4*104 | 3 | 3 |
| Остаточный хлор, мг/л | _ | 0,3-0,5 | 0,3-0,5 |
| Время контакта, мин | _ | 30 | 30 |
Анализ результатов показывает, что при обеззараживании воды прямым электролизом, так же как и при хлорировании, основным критерием бактериальной надежности является величина остаточного хлора и для полного взаимодействия продуктов электролиза с водой требуется время контакта не менее 30 мин. Следовательно, независимо от исходной зараженности и качества воды режимные параметры необходимо подбирать таким образом, чтобы величина остаточного хлора на выходе из электролизера соответствовала требованиям санитарных органов. По колебаниям величины остаточного хлора можно оценивать эффективность работы установки и регулировать токовую нагрузку.
Для сравнения была обработана проба загрязненной воды как прямым электролизом, так и хлорной водой. В результате электролитической обработки несколько увеличилось значение рН воды, снизились ее цветность и окисляемость. Изменение указанных показателей вполне закономерно. Увеличение рН воды происходит в результате образования в прикатодном пространстве щелочи; снижение цветности и как следствие окисляемости—при взаимодействии органических веществ с окислителями, в частности с электролитическим гипохлоритионом.
При обеззараживании сточной жидкости прямым электролизом значение БПК5 и оптической плотности, характеризующей наличие в воде растворимых органических загрязнений, практически не изменяется. Качество воды, оцениваемой по ХПК и окисляемости, улучшается в среднем на 5,8 и 8 % соответственно. Снижение в обработанной воде воде перманганатной и бихроматной окисляемости, очевидно, связано с наличием остаточного хлора и хлораминов. Действуя как окислители, они снижают количество потребляемого KMnO4 и K2Cr2O7.
Результаты санитарно-бактериологических исследований, подтверждающие, что основным критерием бактериальной надежности воды остается величина остаточного хлора, а также данные технологических опытов позволяют считать, что, несмотря на возможность образования в процессе электролиза различных соединений и окислителей, основное влияние на эффект обработки воды оказывает, по-видимому, активный хлор. Следовательно, с целью создания экономичного метода обеззараживания воды процесс ее прямого электролиза необходимо проводить при условиях, обеспечивающих максимально возможный выход хлора по току.
Таблица 2.2
Влияние прямого электролиза на качество очищенной сточной жидкости.
| Показатели | Значение показателей на этапе обработки | Процент снижения показателей | |
| до электролиза | после электролиза | ||
| БПК5, мг/л | 1,46 | 1,46 | 0 |
| ХПК, мг/л | 27,9 | 26,3 | 5,8 |
| Окисляемость, мг/л | 5,14 | 4,73 | 8 |
| Оптическая плотность (250 см) | 0,13 | 0,13 | 0 |
2.9.Схемы конструкции электролизных установок и принципы их действия