168166 (741806), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Технико-экономические показатели работы электролизера определяются не только затратами электроэнергии, но и достигаемой степенью использо­вания исходного раствора. Особенно большое значение это имеет в случае применения в качестве электролита растворов поваренной соли, поскольку затраты на соль являются одной из главных статей расхода при производ­стве гипохлорита натрия. Под степенью использования соли (процентом раз­ложения) λ, %, понимают отношение концентрации активного хлора в раст­воре гипохлорита натрия, полученного в результате электролиза, к концент-рации NaCI, вводимой в установку:

λ = (С_{Сl акт} /C_NaCl)*100

С_{Сl акт} – концентрация активного хлора в гипохлорите натрия

C_NaCl – концентрация NaCl в электролите, г/л.

Затраты на соль зависят от достигаемой степени полезного использова­ния исходного продукта. По мере увеличения концентрации активного хло­ра и растворе расход соли на получение единицы готового продукта снижа­ется. Так, при электролизе раствора с концентрацией 100 г/л NaCI и дости­жении содержания активного хлора на выходе из электролизера 5 г/л рас­ход соли составляет 20 г на 1 г готового продукта (5% - разложение). При содержании же хлора в растворе 10 г/л затраты на соль уменьшаются и составляют всего 10 r/л (10%-ное разложение). Таким образом, для снижения расходов на соль предпочтительно ведение процесса электролиза при глубо­ком разложении NaCl. Однако увеличение степени использования поваренной соли приводит к росту энергетических затрат, поэтому должен быть ка­кой-то оптимальный режим эксплуатации установки, при котором суммар­ные затраты на соль и электроэнергию будут минимальны.

В случае использования природных электролитов основной статьей рас­хода являются затраты электроэнергии на подачу рассола, его транспорти­рование к объекту применения и производство гипохлорита натрия. Опти­мальная степень использования растворов определяется в каждом конкрет­ном случае в зависимости от исходной минерализации и требуемой концент­рации активного хлора. В энергетическом отношении наиболее предпочти­тельно получение гипохлоритов небольшой концентрации.

Расчет электролизной установки в общих чертах сводится к следующе­му. Для заданной по активному хлору производительности электролизера по закону Фарадея с учетом коэффициента использования тока, значение которого зависит от типа применяемых электродных материалов, концентра­ции хлоридов в электролите, вида рассола и требуемой степени использова­ния раствора, определяют необходимую токовую нагрузку:

I*n =G / Aŋt

В соответствии с выходными параметрами стандартных выпрямительных агрегатов, серийно выпускаемых электротехнической промышленностью и предполагаемых для комплектования с данным электролизером, выбирают допустимую величину полного тока и напряжения. Соответствие номиналов выпрямительных агрегатов и параметров режима работы электролизера до­стигается правильным выбором числа разрядных промежутков.

Площадь рабочей поверхности электродов S определяется из соотношения

S = I/I ((???чего то не хватает))

2.7. Механизм обеззараживающего действия гипохлорита натрия

Метод обеззараживания гипохлоритом натрия наиболее часто используется для обезвреживания циансодержащих стоков различных объемов и концентраций, а также от таких органических и неорганических соединений, как гидросульфид, сульфид, метилмеркаптан и т.д. Необходимо отметить, что сточные воды, содержащие цианиды, образуются при нанесении медных, цинковых и кадмиевых покрытий из цианистых электролитов. Кроме того, циансодержащие стоки образуются при термической закалке стальных изделий в расплавах цианистых солей, а на металлургических предприятиях цианиды попадают в сточные воды из доменных газов ( при их промывке и охлаждении). Концентраиця простых цианидов (KCN,NaCN) в промывных водах обычно не превышает 200 мг/л. В этих водах также содержатся в небольших количествах комплексные цианиды меди, цинка, кадмия, железа и других веществ.

При введении гипохлорита натрия в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты по реакции:

NaCIO + H₂O= НCIO + NaOH

HCIO=CIO^- + H⁺

Очистка сточных вод основана на окислении токсичных примесей в менее токсичные (приблизительно в 1000 раз) цианат-ионы с их последующим гидролизом в нейтральной среде до NH₄⁺ и CO₃^2- по следующим реакциям:

При pH = 9-10

CN^- + 2OH^- + NaClO = CNO^- + Cl^- + NaOH

При рН = 7

CNO^- + 2H₂O = NH₄⁺ + CO₃^2-

Гипохлориты окисляют в сточных водах соединения аммония, аммиак и органические вещества, содержащие аминогруппы до моно- и хлораминов, а также до треххлористого азота по следующим реакциям:

NH₃ + HCIO = NH₂CI + H₂O

NH₂CI + HCIO = NHCI₂ + H₂O

NHCI₂ + HCIO= NCI₃ + H₂O

2.8. Характеристика гипохлорита натрия по технологическим и санитарно-гигиеническим показателям

2.8.1.Санитарно-гигиенические показатели

Если сравнить процессы, происходящие при введении в обрабатываемую воду гипохлорита натрия:

NaCIO + H₂O= НCIO + NaOH

HCIO=CIO^- + H⁺

и хлора:

CI₂ + H₂O = HCIO + HCI

HCIO = CIO^- + H⁺

то видно, что в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные агенты - HClO и СlО. Взаимное соотношение недиссоциированной хлорноватистой кислоты и гипохлоритного иона зависит от рН воды.

Очевидно, что основные особенности, присущие хлорированию воды жидким хлором, должны сохраняться и при применении электролитического гипохлорита натрия. Так, при прочих равных условиях независимо от вида используемого хлорреагента требуемая степень обеззараживания достигается при одной и той же дозе по активному хлору. Величина свободного остаточного хлора, равная 0,3—0,5 мг/л для питьевой воды и 1,5— 2 мг/л для сточной жидкости, как в случае применения жидкого хлора, так и при использовании гипохлоритов является гарантированным показателем бактериальной надежности обрабатываемой воды.

Эффективность обеззараживания гипохлоритом натрия существенно зависит от активной реакции среды, степени очистки воды, ее инициальной зараженности.

Для полного подавления жизнедеятельности кишечной палочки, находящейся в воде с рН = 5,2 в концентрации 12000 клеток в 1 л, требуется доза бактерицидного продукта по активному хлору, равная 0,4 мг/л, при повышении же реакции среды до рН==8,3 летальную дозу следует почти удвоить.

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^- , SO₄^2- , 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

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.

Характеристики

Список файлов реферата