Источники сырья для хлораторной станции
Наиболее простой способ получения активного хлора – использовать газообразный хлор.
Товарный хлор поставляется в стальной таре различного объема:
- баллоны на 40 или 50 дм3;
- контейнеры вместимостью 800 дм3;
- автомобильные или железнодорожные цистерны емкостью до 46 м3.
В диапазоне температур от 15 до 25 °C давление газовой шапки над сжиженной фазой в хлорной таре составляет 5-7 атм. Отбор хлора можно осуществлять как в газовой фазе, так и в сжиженной. В первом случае, максимальная производительность хлораторной станции будет ограничена физико-химическими свойствами хлора и не будет превышать 1,5-2,0 кг/час для баллонов и 20-25 кг/час для контейнеров.
При высоких скоростях отбора газа необходимо использовать испаритель, в котором сжиженная фаза хлора, поступающая из тары, подогревается теплоносителем для ускорения перехода в газовую фазу.
Независимо от того, какой способ отбора хлора был выбран, в целях безопасности и сохранности газового оборудования давление в линии понижают до 2-3 атм с помощью редуктора, если иное давление не предусмотренное конкретным технологическим процессом. Вся линия подачи хлора оснащается системой контроля за утечкой ядовитых паров с автоматизированной утилизацией выбросов. Обеспечение безопасности при проектировании хлораторных является приоритетной задачей наших инженеров.
Получаемый после редуктора газообразный хлор под давлением 2-3 атм может подаваться по газопроводам непосредственно до объектов потребления; при этом расход газа настраивается с помощью запорно-регулирующей арматуры в распределительных шкафах.
В вакуумной технологии, применяющейся в хлораторных станциях для обеззараживания воды, после редуктора устанавливается вакуумный регулятор. Данное устройство представляет собой обратный клапан, открывающийся при достижении определенного уровня вакуума в газовой линии. Поток воды, проходя через эжектор, создает разрежение в линии и при открытом обратном клапане в нее начинает поступать хлор. Расход газа задается ротаметром, таким образом можно контролировать уровень хлорирования воды.
Способы получения активного хлора
Выбор источника активного хлора для систем хлорирования воды зависит от многих факторов, главными из которых являются экологическая безопасность и рентабельность производственного процесса. Помимо элементарного хлора для этой цели могут служить гипохлориты натрия или кальция, а также установки электролиза хлорида натрия, в которых он преобразуется в низко-концентрированный гипохлорит натрия.
Схема 1. Источники хлора в промышленности:
На схеме 1 представлены основные промышленные источники активного хлора.
Ниже перечислены сильные и слабые стороны источников активного хлора с точки зрения конечного потребителя.
| Источник активного хлора |
Преимущества |
Недостатки |
| Элементарный хлор (100% активного хлора) |
- максимально эффективен против большинства патогенных микроорганизмов;
- продолжительный защитный эффект в низкой остаточной концентрации;
- точные и надежные установки дозирования;
- низкие капиталовложения и эксплуатационные затраты.
|
- строгое законодательное регулирование;
- особые требования к квалификации персонала
- нежелательные побочные продукты;
- неэффективен против некоторых паразитов.
|
| Гипохлорит натрия (14–15% активного хлора) |
- эффективность и последействие сравнимы с хлором;
- не требует специально обученного персонала;
- меньше регламентирующих документов.
|
- высокая стоимость;
- ограниченный срок хранения;
- коррозионно агрессивен;
- может образовывать твердые отложения в оборудовании;
- среди побочных продуктов хлораты и перхлораты – сильные окислители.
|
| Гипохлорит кальция (25–70% активного хлора) |
- эффективность и последействие сравнимы с хлором;
- значительно более устойчив при долговременном хранении по сравнению с гипохлоритом натрия.
|
- высокая стоимость;
- коррозионно агрессивен;
- может вызывать возгорание при контакте с органическими веществами.
|
| Электролиз хлорида натрия (0,4–1,0% активного хлора) |
- эффективность и последействие сравнимы с хлором;
- низкие затраты на химреагенты и логистику;
- хлорид натрия имеет неограниченный срок хранения.
|
- высокие капиталовложения;
- большой расход электроэнергии;
- особые требования к квалификации персонала и качеству конструкции.
|
Элементарный хлор
Хлор в чистом виде является оптимальным хлорирующим агентом с позиций эффективности обеззараживания, экономики и эксплуатационной надежности. Поэтому, несмотря на потенциальные риски, данный источник активного хлора по-прежнему остается самым востребованным для систем централизованного водоснабжения и водоотведения.
Гипохлориты
Для получения эквивалентного количества активного хлора расходуется в 6-7 раз больше товарной формы гипохлорита натрия по сравнению с элементарным хлором. Гипохлорит кальция перед употреблением необходимо растворить в воде до требуемой концентрации. Гипохлорит натрия при длительном хранении также обычно стабилизируют разбавлением водой до 10% активного хлора. Дозирование гипохлоритных растворов в воду происходит перистальтическими, мембранными или поршневыми насосами подходящей производительности.
Замена хлора на гипохлориты исключает утечку ядовитого газа и существенно снижает бюрократические барьеры при строительстве и эксплуатации станций хлора. Вместе с тем, работа с гипохлоритами связана со значительными инвестициями в оборудование и операционными затратами, в первую очередь, на складские помещения и закупку химреагентов.
Высокая стоимость сырья и логистики ограничивает сферу применения гипохлоритов станциями хлорирования воды небольших производств, частных домов, бассейнов и др. Помимо этого гипохлоритная технология может быть интересна городским водоканалам при расположении очистных сооружений в черте плотной жилой застройки, курортных зонах или вблизи крупных заводов-производителей гипохлоритов.
Электролиз хлорида натрия
Отказаться от дорогостоящих химреагентов и снизить логистические затраты можно, получая активный хлорэлектролизом раствора хлорида натрия. В этом процессе на катоде выделяются водород и гидроксид натрия, а на аноде – газообразный хлор. Если катодное и анодное пространство не разделены, доля активного хлора в растворе не превышает 1%, что практически не представляет риска для здоровья и окружающей среды. Хлорирование с помощью безмембранных поточных электролизеров нашло применение в системах водоподготовки замкнутого цикла: бассейны, градирни, контуры охлаждения судовых двигателей и др. В мембранных электролизерах между катодом и анодом находится мембрана, пропускающая ионы, но непроницаемая для газа. Электролит из анодного пространства циркулирует через сепаратор для отделения влажного газообразного хлора, который далее подается в эжектор. С увеличением производительности электролизных станций хлора все более заметным фактором становятся затраты на оборудование и строительно-монтажные работы.
Как показывает международный опыт, при использовании элементарного хлора инвестиции как минимум на порядок ниже, а эксплуатация обходится в несколько раз дешевле по сравнению с гипохлоритом или электролизом.
