Строительство и архитектура. Водоснабжение и канализация

д-р техн. наук, проф. Дрововозова Т.И., канд. техн. наук, доц. Кулакова Е.С., соискатель Паненко Н.Н., д-р техн. наук, проф. Денисов В.В.

ФГБОУ ВПО Новочеркасская государственная мелиоративная академия, Россия

Повышение экологической безопасности процесса

водоочистки с использованием гипохлорита натрия в малых сельских поселениях

Обеспечение населения качественной питьевой водой остается приоритетной задачей правительства нашего государства. Российские ученые и специалисты в области водоподготовки считают решение проблемы качественного водообеспечения одним из основных критериев здоровья и долгожительства нации. Одновременно с этим, учитывая масштабы загрязнения природных водоемов неочищенными сточными водами, проблемы системы водоотведения также являются первоочередными и направлены на сохранение качества окружающей среды.

В настоящее время в практике водоподготовки и водоотведения специалисты считают необходимым выбрать универсальный способ обезвреживания и обеззараживания вод, который отличался бы достижением их нормативного качества и при этом являлся бы относительно недорогостоящим. Для сельских населенных пунктов, расположенных в отдельных или труднодоступных местах, которые характеризуются неудовлетворительным состоянием как систем водоподготовки, так и водоотведения (или вообще отсутствием последних), использование универсального способа обезвреживания и обеззараживания вод становится необходимостью, особенно, учитывая недостаток финансирования, нехватку высококвалифицированных кадров.

Из существующих методов обеззараживания воды, как реагентных (с помощью окислителей, ионов металлов - меди, серебра и др.), так и безреагентных (термический, ультразвуковой, УФ-облучение, радиоактивное излучение), наиболее часто используемым, как известно, остается по-прежнему хлорирование, причем в основном жидким хлором.

Применение более столетия указанного окислителя в системе водоподготовки позволило определить его основное преимущество: хлор является мощным агентом и обладает очень широким спектром противомикробного действия - он способен разрушать и уничтожать подавляющее большинство известных патогенных микроорганизмов. Кроме того, важное преимущество хлора заключается в пролонгированности действия, что выражается в его способности долго сохраняться в активном виде в воде.

Несмотря на достоинства применения данного метода, возникает ряд сложностей при работе с ним [1-3]:

- хлор является взрывоопасным веществом, поэтому при перевозке данного реагента, организации его хранения на складах и использовании, требуется соблюдение мер особой осторожности;

- необходимость хранения больших запасов реагента может стать причиной возникновения чрезвычайной ситуации;

- при введении доз сверх нормативных, хлор влияет на вкусовые качества и запах воды;

- имеет способность образовывать различные хлорорганические соединения (в том числе хлороформ, бромдихлорметан, хлорфенол и пр.), которые попадая в естественные водоёмы, негативно сказываются на существовании водных обитателей; хлорорганические соединения способны накапливаться в илистых отложениях, водорослях и планктоне и проходить по пищевой цепочке вплоть до попадания в организм человека;

- обладает токсическими, мутагенными и канцерогенными свойствами, способными вызывать опасные для человеческого организма заболевания.

Исходя из вышесказанного, возникает необходимость замены газообразного хлора на альтернативные хлорсодержащие дезинфектанты.

В последние годы в качестве таковых чаще всего применяются гипохлориты натрия и калия. Это связано с тем, что их использование для обеззараживания как питьевой, так и сточных вод не требует сложных технологических решений, а также экологически менее опасно в обслуживании.

Действительно, сегодня на многих очистных станциях водоподготовки и водоотведения пытаются отказаться от применения жидкого хлора в результате его замены на гипохлориты. Так [4,5], Санкт-Петербург стал первым городом, который полностью отказался от хлора в пользу гипохлорита натрия, Москва тоже не стала исключением, да и многие города России последовали их примеру.

Особенностью выбора гипохлорита натрия (ГХН) является то обстоятельство, что он может быть получен электролитическим путем непосредственно на очистных сооружениях из относительно дешевого сырья хлорида натрия (пищевой соли), что, в свою очередь, решает проблему его транспортировки.

Столь пристальное внимание к ГХН, как окислителю-дезинфектанту для обезвреживания и обеззараживания питьевых и сточных вод вызвано наличием у него определенных преимуществ. NaClO практически равноценен хлору по бактерицидному действию, обеспечивает эффективное обеззараживание воды и защиту от всех болезнетворных бактерий, вирусов, грибковых и простейших, но является менее опасным, повышает сохранность сетей, обеспечивает безопасность при хранении и его использовании [6].

Все вышеперечисленные преимущества становятся особо актуальными для применения ГХН в сельских населенных, особенно малых или труднодоступных. Применение ГХН, полученного электролитическим путем на месте, для обеззараживания питьевых и обезвреживания сточных вод в малых населенных пунктах должно полностью решить как проблему их питьевого водоснабжения, так и проблему очистки стоков, которая в настоящее время практически повсеместно не решена. Одновременно с экологическими проблемами решаются, отчасти, и финансовые, поскольку процесс получения ГХН является относительно недорогим.

Для подтверждения экономичности применения гипохлорита натрия были проведены расчеты количества дезинфектанта и затраты на его использование в системах водоподготовки и водоотведения на примере реального сельского поселения, расположенного на юге России (производительность станции подготовки воды для хозяйственно-питьевых нужд составляет 80 тыс. м³/год, производительность станции очистки сточных вод не более 30 тыс. м³/год). Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Затраты на обработку питьевых и сточных вод гипохлоритом натрия.

Показатели	Обеззараживание
	Питьевая вода	Сточная вода
Производительность, тыс. м^3/ год	80	30
Вводимая доза реагента по активному веществу, г/м^3	0,8	6,0
Количество реагента, кг/год	64	180
Удельная стоимость активного вещества, руб./кг^*	85
Затраты на реагент для обеззараживания, руб.	5440	15300
Итого, руб./год	20740

^* согласно данным ЗАО «НПП «ТЭКО» [7].

По результатам табл.1 видно, что использование гипохлорита натрия на очистных станциях относительно недорогое, что может послужить основанием для его масштабного применения.

Однако гипохлорит натрия является веществом, при транспортировке которого, необходимо соблюдение специальных мер по обеспечению безопасности. Это является главным критерием в требованиях при перевозке. Кроме того, встает необходимость в организации специальных складов для хранения дезинфектантов, которые должны быть хорошо проветриваемые и поддерживать необходимую для этого температуру. Стоит отметить, что склады чаще всего размещены в пределах территории населенных мест, что представляет потенциальную опасность из-за возникновения аварийных чрезвычайных ситуаций. Следовательно, появляется необходимость в устройстве специальной системы вентиляции и соблюдении специальных мер безопасности при работе обслуживающего персонала с реагентами. Эксплуатация готового гипохлорита натрия также усложняется его способностью быстро терять активность что, как следствие, негативно влияет на качество процесса очистки и влечет необходимость в дополнительных затратах при проведении водоподготовки или водоотведения.

На основании вышеперечисленного, предлагаем рассмотреть вариант производства электролизного низко концентрированного гипохлорита натрия на базе очистных сооружений. Выбор дезинфектанта низкой концентрации обусловлен наличием у него определенных преимуществ [8]:

- не горюч, не взрывоопасен;

- имеет пониженное значение рН (~9) по сравнению с концентрированным раствором (до 12), тем самым решается проблема накипи;

- уровень разложения хлора (из-за испарения и преобразования в гипохлорит-иона в хлорат-ион) составляет около 1,8 % в сутки;

- не агрессивен, оборудование менее подвержено коррозии;

- степень разложения продукта до менее 0,1% в месяц, благодаря низкой концентрации.

В связи с этим, нами были определены сравнительные затраты на обеззараживание и обезвреживание воды гипохлоритом натрия привозным и полученным на месте (табл. 2).

Таблица 2 – Затраты на обеззараживание воды по различным вариантам

№ п/п	Вариант	Показатели	Текущие затраты, руб.
1.	Базовый вариант – использование ГХН, получаемого производственным способом	Потребное количество реагента, кг/год С учётом 10 %-ных потерь Затраты на реагент, руб./год	244 268,4 22814
2.	Альтернативный вариант – производство ГХН электролизным методом на месте потребления	Необходимое количество низкоконцентрированного ГХН, кг/год С учётом 10 %-ных потерь Необходимое количество соли, кг/год Затраты на соль, руб./год Энергопотребление установки, кВт·ч/год Затраты на энергопотребление электролизной установки, руб./год Общие затраты, руб./год	244 268,4 1342 9394 1220 4318,8 13712,8

Результаты расчетов показали, что получение ГХН непосредственно на очистных станциях с последующим его использованием для обеззараживания питьевых и обезвреживания сточных вод, несомненно, выигрышно с финансовой точки зрения, что является одним из доминирующих факторов при организации систем водоподготовки и водоотведения в малых сельских поселениях. Дополнительным преимуществом указанного способа получения ГХН является уменьшение риска возникновения ЧС при отсутствии необходимости в его транспортировке, складировании и обеспечении возможности оперативного контроля за процессами обеззараживания при простоте технологического процесса. Кроме того, раствор ГХН произведенный на месте его применения может быть произведен только по мере необходимости в использовании, обеспечив уменьшение времени его хранения, так как степень разложения низкоконцентрированного гипохлорита натрия значительно меньше, чем производственного.

Следовательно, получение гипохлорита натрия на месте потребления оказывается наиболее оптимальным выбором в системе водоподготовки и водоотведения малых населенных пунктов, так как он способствует повышению эколого-гигиенической безопасности объектов, исключает необходимость в транспортировке и хранении, а также позволяет снизить финансовые затраты на организацию процесса водоочистки.

Литература:

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

2. Фесенко, Л.Н. Опыт эксплуатации электролизных установок для получения гипохлорита натрия / Л.Н. Фесенко, С.И. Игнатенко, С.В. Кудрявцев // Водоснабжение и сан. техника.-2007.-№1.-С.25-28.

3. Линевич, С.Н. Водные ресурсы, их подготовка и использование в хозяйственно- питьевом водоснабжении. Проблемы и решения / С.Н. Линевич; Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005.-242 с.

4. Московский водопровод нашёл замену хлору // Водоснабжение и сан. техника.-2009.-№12.-С.18.

5. Кинебас, А.К. Внедрение обеззараживания воды гипохлоритом натрия и ультрафиолетовым облучением в системах водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга / А.К. Кинебас // Водоснабжение и сан. техника.-2005.-№12.-Ч.1.-С.16-20.

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

7. www.tekonet.ru

8. Паненко Н.Н. Проблема экологического использования хлора в системе водоотведения. Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: сборник тезисов и статей Всероссийской конференции, г. Новочеркасск, 26-28 октября 2011 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЛИК, 2011. 384 с.