Аммонизация питьевой воды: Завод химических реагентов. Информация. Аммонизация воды на водопроводных очистных сооружениях

Завод химических реагентов. Информация. Аммонизация воды на водопроводных очистных сооружениях

Запах хлора ощущается даже при минимальном, нормативном, содержании в воде активного хлора в 0,3 – 0,4 мг/дм3. А если в исходной воде содержатся некоторые вещества, например фенолы, введение в нее хлора вызывает появление несоизмеримо более сильных неприятных запахов и привкусов (т.н. хлорфенольных запахов), которые проявляются уже при микрограммовых концентрациях.

Инфекционная безопасность воды стоит на первом месте, а хлорирование является практически безальтернативным по своей универсальности методом основного обеззараживания воды. Все остальные методы обеззараживания имеют те или иные ограничения, например, по отсутствию продлённого действия — как озонирование или ультрафиолетовое облучение, или по своим производным — как у диоксида хлора или того же озона. Поэтому они не являются основными, а призваны содействовать хлорированию в некоторых отдельных случаях, как и в случае УФО. Поскольку хлорирование воды безальтернативно, то снижение образования ХОС от хлорирования является актуальной научно-практической и технологической задачей.

Способы снижения содержания хлорорганических производных

Снижение содержания ХОС в производимой питьевой воде возможно тремя способами:

1. Доочистка воды от уже образовавшихся ХОС сорбционными методами – фильтрацией через гранулированный активированный уголь (ГАУ) либо добавлением порошкового активированного угля (ПАУ) перед вторичной обработкой воды (фильтрацией при двухступенной технологической схемой водоподготовки). Снижение расходов хлора и снижение изначального образования ХОС при этой тактике удаления нежелательных веществ не происходит.

Сорбционный метод борьбы с хлорорганическими производными имеет следующие ограничения:

• Высокая стоимость гранулированного и порошкового активированных углей (ГАУ и ПАУ). ПАУ применяется «одноразово» и удаляется при промывке фильтров, а ГАУ необходимо загружать в фильтры в достаточно большом количестве. Для обеспечения времени контакта воды с ГАУ не менее 5 минут, при скорости фильтрации 6 м/ч и межзерновой порозности в 35%, слой загрузки ГАУ должен составлять 1,5 м.

• Ограниченная сорбционная емкость ГАУ с необходимостью его периодической замены. Слой ГАУ мог бы служить достаточно продолжительное время, но его сорбционная активность падает не только из-за накопления сорбата ХОС, но и из-за кольматации пор остаточными неотмываемыми загрязнениями и продуктами гидролиза коагулянтов. Такой способ борьбы с ХОС в промышленных масштабах используется редко, но зато активно практикуется населением, приобретающим угольные фильтрующие системы.

2. Отказ от первичного хлорирования и максимальное удаление интенсивными методами очистки находящихся в природной воде органических веществ – прекурсоров ХОС. При этом достигается не менее чем двукратное сокращение расходов хлора и двух-трехкратное снижение образования хлорорганических веществ.

Данный метод борьбы с хлорорганическими производными имеет следующие ограничения:

• Отказ от первичного хлорирования не всегда возможен по исходным микробиологическим показателям воды даже с проведением периодической обработки сооружений гиперхлорированием.

• Очень глубокое удаление органических веществ до значений перманганатной окисляемости в 2-3 мг/л не всегда достижимо и относительно затратно.

• Остающееся необходимым вторичное хлорирование очищенной воды перед её поступлением в резервуар чистой воды также приводит к образованию ХОС, хоть и в значительно меньшей степени.

3. Снижение реакционной способности хлора за счет его связывания в промежуточные соединения. Эти соединения обладают меньшей чем у хлора окислительной способностью и почти не образуют хлорпроизводных, но всё же их активности достаточно для эффективного обеззараживания. К таким веществам относятся N-хлорзамещенные соединения со связью азот-хлор. Примеры таких веществ – дихлоризоциануровая и трихлоризоциануровая кислоты, применяемые для обеззараживания воды в бассейнах под торговыми названиями Дихлор и Трихлор. Самое простое подобное вещество, широко применяемое в санитарии – это монохлорамин. При этом монохлорамин, в отличие от других N-Cl соединений, может образовываться непосредственно в обрабатываемой воде из исходных веществ – солей аммония и водного хлора (хлорноватистой кислоты). В коммунальной водоподготовке способ обеззараживания воды хлорамином, образующимся при аммонизации воды перед хлорированием, как раз и находит широкое применение.

Аспекты хлораммонизации воды

Для образования в воде хлорамина проводят аммонизацию воды, т. е. вводят в воду или сжиженный аммиак, или аммиачную воду, или аммонийную соль – сульфат аммония.

При этом возможны 2 варианта аммонизации воды:

• Для обеспечения более длительного бактерицидного действия хлора, а также для предотвращения появления в воде ХОС, запахов и привкусов применяют предварительную аммонизацию, т.е. водный аммиак или сульфат аммония вводят в воду раньше хлора. 

• Для борьбы только с хлорными запахами и привкусами, но без существенного снижения образования ХОС и снижения расходов хлора, водный аммиак или сульфат аммония вводят в воду позже хлора, перед поступлением воды в резервуары чистой воды.

При проведении предварительной аммонизации достигается ориентировочное сокращение расходов хлора в 1,5 – 2 раза и снижение образования ХОС в 2 – 3 раза. Поскольку при этом не происходит отказ от первичного обеззараживания (как это описывалось во втором способе снижения уровня ХОС выше), то это позволяет поддерживать удовлетворительное санитарное состояние очистных сооружений.

При проведении аммонизации химические процессы хлорирования воды протекают несколько иначе. При наличии в воде ионов аммония активный хлор взаимодействует не только с органическими загрязнениями воды, что вызывает проблемы хлорпроизводных, привкусов и запахов, но в большей степени с аммоний-ионами. При взаимодействии водного аммиака или сульфата аммония с хлорноватистой кислотой НОСl, образующейся при хлорировании воды хлором или гипохлоритом натрия, образуется монохлорамин или просто хлорамин по реакции (1). Теоретически, возможно протекание более глубокого хлорирования аммонийного азота по реакциям (2) и (3), что иногда указывается в отечественной литературе по водоподготовке, но в реальности эти реакции не протекают или почти не протекают:

Nh5OH + НСlО  ↔  Nh3Сl + 2Н2О    монохлорамин (1)

Nh3Сl + НСlО  ↔  NHСl2 + Н2О         дихлорамин (2)

NHСl2 + НСlО  ↔  NСl3 + Н2О            хлористый азот (3)

Для реакции (1) равновесие сильно смещено в сторону образования хлорамина (рК = 9,6). Обеззараживание воды происходит за счет окислительной способности хлорамина, которая ниже, чем у хлора. Таким образом, аммонизация ослабляет бактерицидное действие хлора, но за счет меньшей химической активности хлораминов существенно удлиняет период этого действия.

По данным некоторых авторов, например, J.C.Morris, Future of chlorination. J. Am. Water Works Assoc. 1966, № 58, стр. 1475–1482 (Будущее хлорирования. Журнал ассоциации водоснабжения США, 1966 год), средняя биоцидная активность монохлорамина оценивается в 0,4% от активности хлорноватистой кислоты HClO.

Действующее руководство ВОЗ по питьевой воде (World Health Organization. Guidelines for drinking-water quality. Incorporating first addendum. Vol. 1, Recommendations. – 3-rd ed. 2006. Table 7.6. Page 140) оценивает обеззараживающее действие водного хлора (гипохлорит-иона и хлорноватистой кислоты) и монохлорамина следующим образом (таблица 2):

Таблица 2. Эффективность 99%-го (Log = 2,0) обеззараживания водным хлором и монохлорамином

Группы патогенов	Хлор (C*t99)	Монохлорамин (C*t99)
Бактерии	0,08 мг*мин. /дм3 при Т = 1°C и pH = 7,0 лог.ед.; 3,3 мг*мин./дм3 при Т = 1°C и pH = 8,5 лог.ед.	94 мг*мин./дм3 при Т = 1°C и pH = 7,0 лог.ед.; 278 мг*мин./дм3 при Т = 1°C и pH = 8,5 лог.ед.
Вирусы	12 мг*мин./дм3 при 0 – 5 °C; 8 мг*мин./дм3 при 10 °C; оба при pH = 7,0 – 7,5 ед.рН	1240 мг*мин./дм3 при 1 °C; 430 мг*мин./дм3 при 15 °C; оба при pH = 6,0 – 9,0 ед.рН
Паразитарные простейшие – Лямблия кишечная	230 мг*мин./дм3 при 0,5 °C; 100 мг*мин./дм3 при 10 °C; 41 мг*мин./дм3 при 25 °C; все при pH = 7,0 – 7,5 ед.рН	2550 мг*мин./дм3 при 1 °C; 1000 мг*мин./дм3 при 15 °C; оба при pH = 6,0 – 9,0 ед.рН
Паразитарные простейшие – Ооцисты Криптоспоридий	Не обезвреживает	Не обезвреживает

Как следует из таблицы 2, обеззараживающая активность хлорамина по устойчивым патогенам примерно в 10 раз ниже таковой у хлора (гипохлорит-ионов и хлорноватистой кислоты).

Итак, поскольку хлорамины обладают меньшей окислительной способностью, чем гипохлорит-ион, то:

• Взаимодействие хлорамина с органическими веществами воды с образованием ХОС происходит в гораздо меньшей степени.

• Химическое взаимодействие хлорамина с материалами водораспределительной сети происходит в гораздо меньшей степени, чем в случае с хлором, поэтому хлораммонизация воды способствует несколько меньшему коррозионному износу сетей, чем хлорирование воды без аммонизации.

• Поскольку хлорамин менее активен и на реакции с органическими веществами воды и материалами водораспределительной сети расходуется в меньшей степени, чем хлор, то хлорамин дольше сохраняет своё обеззараживающее действие, таким образом, происходит пролонгирование дезинфицирующего действия хлор-агента.

• Увеличение периода обеззараживающего действия дезинфицирующего агента является фактором против развития в водопроводной сети биоценозов, вызывающих биологическую коррозию, зарастание труб (зооглейные организмы и др. ) и вторичное микробиологическое обсеменение воды.

Таким образом, аммонизация воды дает следующие преимущества:

• Приводит к снижению расхода хлора или гипохлорита натрия на 30-50%.

• Приводит к гораздо меньшему образованию в воде вредных для здоровья человека хлорорганических соединений (ХОС).

• Приводит к гораздо меньшему образованию запаховых и вкусовых хлорпроизводных.

• Увеличивает период защитного действия дезинфектанта и, следовательно, надежность сохранения качества воды по микробиологическим показателям.

• Улучшает санитарное состояние водораспределительной сети.

•Снижает коррозионную активность воды.

Доза аммония и технология его применения

При выборе дозы аммония (сульфата аммония или аммиачной воды) МДС 40-3.2000 рекомендует основываться на практике, но при проектировании реагентного хозяйства предлагает принимать весовое отношение аммонийного азота к хлору как 1 к 4 или мольное отношение азота к хлору 1 к 1,6.

Наш опыт внедрения предаммонизации воды дает оптимальное весовое отношение азота к хлору чуть ниже, в диапазоне от 1 к 4 до 1 к 7 со средним значением 1 к 5, что эквивалентно мольному отношению азота к хлору 1 к 2.

Сульфат аммония содержит 21% аммонийного азота. Весовое отношение азота к хлору 1 к 5 соответствует весовому отношению товарного сульфата аммония к хлору как 1 к 1, что весьма удобно реализовывать на практике. 
Вводить сульфат аммония необходимо до введения хлора — чем раньше, тем лучше — чтобы сульфат аммония к моменту ввода хлора успел полностью перемешаться с водой.

В таблице 3 указано вторичное загрязнение воды аммонийным азотом в зависимости от дозы хлора при соотношении товарного сульфата аммония к хлору 1 к 1.

Таблица 3. Дозы сульфата аммония относительно доз хлора и загрязнение воды аммонийным азотом

Как видно из таблицы 3, только при очень высоких дозах хлора, в районе 10 мг/л, предаммонизация воды дает 1 ПДК аммоний-иона.

Наладка технологии предаммонизации воды

Цели наладки разбиваются на следующие задачи:

1. Определение эффективности обеззараживания воды и пролонгированности обеззараживающего эффекта при разных дозах и отношениях хлора и сульфата аммония. Влияние предаммонизации на степень сохранения остаточного содержания активного хлора по мере продвижения воды по очистным сооружениям и в распределительной сети.

2. Определение снижения хлоропоглощения воды – снижения дозы хлора – при разных дозах сульфата аммония, т.е. при разных атомных отношениях хлор/азот. Определение оптимальных с технологической и экономической точек зрения отношений доз хлора и сульфата аммония.

3. На основе найденных оптимальных отношений реагентов и многолетней статистики по расходованию хлора на ВОС определяется годовая потребность в хлоре и в сульфате аммония для очистных сооружений, осуществляется технико-экономическое обоснование технологии аммонизации.

4. Определение степени снижения концентрации в воде галогенорганических производных хлорирования при разных дозах реагентов по индикаторному веществу хлороформу. Если рН очищенной воды невысокий, ниже 7,0, то обычно проблем с хлороформом не бывает и без аммонизации. Обычно чем выше рН, тем больше хлороформа при прочих равных условиях.

Свойства сульфата аммония

Сульфат аммония применяется при производстве вискозы, в пищевой промышленности, в качестве добавки при хлорировании водопроводной воды, при очистке белков в биохимии и в качестве азотного удобрения.

Представляет собой бесцветные или слабоокрашенные прозрачные кристаллы. Запаха не имеет, не едкий, рН-нейтральный, коррозионная активность невысокая – не содержит элементов в неустойчивых степенях окисления, хлорид-ионов и других коррозионно-активных агентов, не слеживается.

Токсичность сульфата аммония низкая: LD50(крысы, орально) = 2840 мг/кг (что примерно равно токсичности поваренной соли – LD50 = 3000 мг/кг).

В пищевой промышленности применяется как пищевая добавка E517 в качестве заменителя поваренной соли и в роли улучшителя качества муки и хлебобулочных изделий, увеличивая их объем; является азотным питанием для дрожжевых культур в гидролизных производствах; применяется как стабилизатор и эмульгатор.

ООО «НПО «Завод химических реагентов» производит сульфат аммония очищенный по ТУ 2141-001-47706948-2014, с физико-химическими характеристиками и описанием товара можно ознакомиться в разделе «Продукция». Аммоний сернокислый всегда в наличии на складе, вы можете получить дополнительную консультацию по его применению по телефону +7 (4852) 67-44-80, 67-44-81, 67-44-82.

Внедрение передовых технологий подготовки питьевой воды

bbk 000000

УДК 628.16.004.69

Валуйских И. В., Мамаев В. В., Жагин С. В., Болдырев Вячеслав Викторович, Смирнов В. П.

Аннотация

Современная концепция водоподготовки реализована на насосно-фильтровальной станции Новосибирска производительностью 250 тыс. м³/сут, снабжающей питьевой водой левобережную часть города. Схема водоподготовки включает предварительную аммонизацию воды, подачу коагулянта (оксихлорида алюминия) и флокулянта, первичное хлорирование, смешение в смесителе мгновенного действия, предварительное флокулирование, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование, ультрафиолетовое обеззараживание. Использование в схеме водоподготовки нескольких технологий и технических решений, направленных на обеспечение эпидемиологической безопасности и высокого качества воды, делает эту схему исключительно надежной и универсальной.

Ключевые слова

хлорамины , осветление , фильтрация , ультрафиолетовое обеззараживание , флокулянт , флокулятор , смеситель , аммонизация

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В целях гарантированного обеспечения потребителей г. Новосибирска чистой питьевой водой МУП «Горводоканал» постоянно совершенствует и автоматизирует технологические процессы подготовки питьевой воды, внедряет новейшее оборудование. Современная концепция водоподготовки основана на одновременном рациональном использовании нескольких методов, технологий и технических решений, обеспечивающих высокое качество питьевой воды и ее многобарьерную защиту. В настоящее время такой подход реализуется на одной из насосно-фильтровальных станций производительностью 250 тыс.  м³/сут, снабжающей питьевой водой левобережную часть г. Новосибирска. Источником водоснабжения является река Обь. Подготовка воды с 1987 г. осуществляется по классической схеме: горизонтальные отстойники и скорые фильтры с обеззараживанием хлором. В последние годы технология очистки воды совершенствуется в соответствии с новыми нормативными требованиями и на основании проведенных научных исследований.

Ранее на станциях водоподготовки в качестве реагентов использовались сернокислый алюминий (сульфат алюминия) и полиакриламид. С 1999 г. применяется новый реагент – оксихлорид алюминия. При этом потребление коагулянта снизилось в 3–4 раза, а флокулянтов «Праестол 650 TR» и ВПК 402М – в 20–25 раз. Это позволило повысить качество питьевой воды, уменьшить техногенную нагрузку на реку Обь, улучшить условия труда и санитарные условия при хранении и приготовлении реагентов, снизить энергозатраты и трудоемкость.

В последние годы насосно-фильтровальные станции модернизируются с целью повышения надежности их работы, качества и безопасности питьевой воды. Совместно с фирмой ООО «Полимер» разработан и внедрен смеситель мгновенного действия для интенсификации смешения реагентов с обрабатываемой водой (рис. 1). Существующий вертикальный смеситель коридорного типа был выведен из цикла смешения реагентов ввиду его малой эффективности. Достоинствами смесителей мгновенного действия являются низкие потери напора, высокая производительность и скорость смешения реагентов во всем объеме обрабатываемой воды и, следовательно, высокая эффективность по сравнению со смесителями других типов.

В реагентном хозяйстве насосно-фильтровальной станции г. Новосибирска заменено дозирующее оборудование, применяется локальная автоматизация для контроля и управления процессом дозирования посредством контрольно-измерительных модулей «Коагулянт-осветлитель», «Хлор-мониторинг» и системы автоматического дозирования реагентов (НВЦ «Униток», г. Екатеринбург). Ввод в эксплуатацию резервуара чистой воды объемом 10 тыс. м³ позволил установить более равномерный режим водоподготовки, что повышает качество очистки воды.

Согласно принятой в 2006 г. инвестиционной программе «Развитие системы водоснабжения и водоотведения на 2007–2012 годы», ведется строительство нового блока очистных сооружений производительностью 100 тыс. м³/сут, что обеспечит дальнейшее развитие левобережной части города. В 2009–2010 годах на насосно-фильтровальной станции был внедрен ряд передовых технологий и технических решений, позволивших довести качество очищенной воды до требуемых нормативов (с учетом положений нового разрабатываемого проекта технического регламента по водоснабжению).

Оптимизация технологических процессов и работы сооружений. Ранее на действующих скорых фильтрах насосной станции в качестве фильтрующего материала применялся дешевый дробленый альбитофир, фракционный состав которого не всегда соответствовал нормативам. Для его приготовления дополнительно требовались большие трудовые и материальные затраты. В результате его конечная стоимость становилась соразмерной с готовыми, более эффективными фильтрующими загрузками. В связи с этим выбор фильтрующего материала проводился на основании исследований непосредственно на производственных фильтрах. Для сравнения в качестве фильтрующих материалов были использованы дробленая горелая порода (г. Киселевск Кемеровской области) и адсорбент ОДМ-2Ф (разработка ООО АПК «ОКПУР»). ОДМ-2Ф – это гранулированный алюмосиликатный полифункциональный адсорбент, произведенный на основе экологически чистого природного минерального сырья месторождения Свердловской области, основным компонентом которого является SiO₂.

Технические данные по работе фильтров (рис. 2) и результаты химических анализов показали, что степень осветления воды на фильтрах с горелой породой и адсорбентом ОДМ-2Ф значительно выше (на 30–40%) по сравнению с фильтром, загруженным альбитофиром. Одним из недостатков адсорбента ОДМ-2Ф является его малый удельный вес, в связи с чем требуется меньшая интенсивность промывки, что сложно осуществлять на сооружениях, рассчитанных на интенсивность 16–17 л/(с·м²). Из рис. 2 видно, что при применении горелой породы или ОДМ-2Ф качество фильтрата даже по истечении суток ухудшается незначительно, следовательно, увеличивается продолжительность фильтроцикла. Постепенная замена фильтрующего материала в фильтрах позволит увеличить их грязеемкость и производительность, повысить качество получаемой питьевой воды, увеличить продолжительность фильтроцикла и снизить расход промывной воды.

Наиболее эффективным вариантом реконструкции эксплуатируемых сооружений водоподготовки для повышения интенсивности хлопьеобразования является использование дополнительных смесительных устройств, устанавливаемых на входе в существующую камеру хлопьеобразования. Для этого фирмой ООО «Полимер» разработана конструкция флокулятора нового типа (рис. 3), основанная на создании зон вращательного движения потоков, возникающих в корпусе устройства. На основе модели были изготовлены флокуляторы, адаптированные к условиям насосно-фильтровальной станции и установленные перед камерами хлопьеобразования отстойников первого блока.

Промышленные испытания проводились в условиях весеннего паводка 2010 г. Хлопьеобразование дестабилизированных частиц загрязнений и реагентов при такой компоновке происходит в два этапа: быстрое – в устройстве для флокулирования, и медленное – в камере хлопьеобразования отстойника. Применение флокуляторов позволило при малой мутности речной воды интенсифицировать процесс хлопьеобразования, что привело к повышению качества обрабатываемой воды после первого блока отстойников на 15–20% по сравнению с контрольными отстойниками второго блока (таблица).

Дополнительно была разработана и смонтирована эжекционная схема рециркуляции осадка (применительно к предлагаемой технологии), проведены промышленные испытания на маломутной речной воде, что в целом позволило снизить дозу коагулянта на 30–40% (таблица) при одинаковом качестве воды после отстойников (первый блок – экспериментальный, второй блок – контрольный). В настоящее время поданы заявки на оформление патентов на примененные технические решения по интенсификации очистки воды на насосно-фильтровальной станции. Выполнение вышеуказанных мероприятий позволило значительно улучшить работу первой и второй ступеней очистки и повысить качество питьевой воды.

Следующим шагом технического совершенствования стала реализация проекта АСУ ТП, согласно которому на станциях установлены приборы контроля параметров работы фильтров с выводом информации на местный диспетчерский пункт. Приборы позволяют не только контролировать рабочие характеристики фильтров, но и сравнивать по ним эффективность работы фильтров, загруженных разными фильтрующими материалами (рис. 2). Впоследствии эта система позволит промывать фильтры в автоматическом режиме по заданным параметрам их работы, увеличить продолжительность фильтроцикла, сократить расход воды на промывку и исключить влияние человеческого фактора.

Аммонизация воды. В 2009 г. специалистами ОАО «Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды» на насосно-фильтровальной станции были проведены исследования и разработаны рекомендации по применению хлораммонизации воды. На основании результатов этих исследований в 2010 г. «Горводоканал» г. Новосибирска внедрил установку аммонизации (рис. 4) на очистных сооружениях насосно-фильтровальной станции с целью пролонгирования остаточного бактерицидного действия хлора в теплый период года в распределительной городской сети.

Основная масса побочных продуктов хлорирования формируется при взаимодействии активного хлора с неочищенной водой, т. е. на стадии первичного хлорирования [1; 2]. Образующийся в присутствии аммиака связанный хлор (хлорамины) менее активен, в течение более продолжительного времени сохраняется в воде и в значительно меньшей степени, чем свободный хлор, способствует образованию побочных продуктов.

Введение аммиака в воду перед смесителем мгновенного действия позволило: уменьшить расход хлора при первичном хлорировании на 30–40%; снизить вероятность образования хлорорганических соединений в питьевой воде в 5–10 раз; улучшить санитарное состояние технологических сооружений и распределительной сети на удаленных и тупиковых участках и исключить дополнительную обработку воды (подхлорирование) гипохлоритом натрия для поддержания санитарного состояния трубопроводов в теплый период года.

Достоинства хлораммонизации – образование хлораминов (связанного хлора), их стабильность и длительное (до нескольких суток) присутствие в воде, т. е. поддержание надлежащего санитарного состояния сетей. Имеются данные о том, что хлорамины более эффективны в сравнении с хлором по предотвращению биологического обрастания трубопроводов, что способствует улучшению их санитарного состояния и повышению качества питьевой воды по микробиологическим показателям [3]. Известный недостаток хлорирования – образование хлорорганических соединений – в случае с хлораминами проявляется слабо. Это связано со стабильностью соединений хлора и аммиака.

Ультрафиолетовое обеззараживание находит все более широкое применение в технологических схемах подготовки питьевой воды. Основным аргументом в пользу ультрафиолетового облучения является необходимость обеспечения обеззараживания в отношении устойчивых к хлору микроорганизмов: вирусов и цист простейших [4]. Эффективность обеззараживания УФ-облучением в отношении этих микроорганизмов доказана исследованиями ведущих российских институтов и практикой эксплуатации действующих очистных сооружений [5].

Учитывая жесткие ограничения по широкому спектру побочных продуктов, достижение высокой степени безопасности воды каким-либо одним методом невозможно, поэтому модернизация водопроводных сооружений, как правило, происходит по пути наращивания ступеней очистки и совместного использования различных методов обеззараживания. Благодаря высокой эффективности в отношении всех видов микроорганизмов и отсутствию образования побочных продуктов УФ-облучение хорошо вписывается в концепцию множественных барьеров.

Для повышения барьерной роли сооружений в дополнение к основной схеме обработки в 2010 г. на насосно-фильтровальной станции было внедрено обеззараживание ультрафиолетом (рис. 5). Цех оснащен современным отечественным оборудованием, процесс полностью автоматизирован. Для облучения воды используются амальгамные лампы повышенной мощности с длительным сроком службы. Четыре установки горизонтального типа позволяют обрабатывать до 12 тыс. м³/ч воды при энергозатратах на УФ-обеззараживание порядка 16 Вт/м³.

Основное достоинство УФ-обеззараживания заключается в универсальности метода в отношении большинства видов водных микроорганизмов и отсутствии образования побочных продуктов. Единственным его недостатком применительно к водоснабжению является отсутствие последействия, однако его в полной мере компенсирует использование хлораминов.

Преимущества совместного использования УФ-облучения и хлораминов, повышение эффективности реагентной обработки воды. В настоящее время технологическая схема водоподготовки на насосно-фильтровальной станции включает в себя предварительную аммонизацию воды, подачу коагулянта (оксихлорида алюминия) и флокулянта («Праестол 650 TR» или ВПК 402М), первичное хлорирование, смешение в смесителе мгновенного действия, предварительное флокулирование, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование, УФ-обеззараживание (рис.  6). Наличие нескольких технологий и технических решений, направленных на обеспечение эпидемиологической безопасности и высокого качества воды, не только делает эту схему исключительно надежной и универсальной, но и позволяет минимизировать недостатки, свойственные каждому из методов, а также добиться максимальной эффективности их использования.

Достижение высокого качества питьевой воды, отвечающей требованиям действующих нормативных документов (СанПиН 2.1.4.1074-01, ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2280-07), нормативам Совета ЕС, Всемирной организации здравоохранения и готовящемуся к выходу в свет новому закону – техническому регламенту по водоснабжению, возможно только при постоянном совершенствовании технологического процесса, применении новых технологий, своевременном проведении реконструкции сооружений, замене оборудования и строгом контроле качества питьевой воды.

На насосно-фильтровальной станции г. Новосибирска реализована технологическая схема водоподготовки, обеспечивающая многоступенчатую очистку и обеззараживание питьевой воды, с использованием современных технологий ультрафиолетового облучения, оптимизированного выбора фильтрующих материалов, аммонизации, новых реагентов и инновационных технических решений – смесителей мгновенного действия и флокуляторов. Внедрение вышеперечисленных технологий и технических решений позволило добиться их максимальной эффективности, оптимизировать эксплуатационные затраты, снизить влияние негативных побочных эффектов и обеспечить высокое качество питьевой воды.

Список цитируемой литературы

1. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П. Образование токсичных продуктов при использовании различных окислителей для очистки воды // Водоснабжение и сан. техника. 2002. № 2.
2. Калашникова Е. Г., Арутюнова И. Ю., Горина Е. Н. и др. Исследование различных технологических приемов, направленных на снижение содержания хлорорганических соединений в обрабатываемой воде: Сб. тез. «Яковлевские чтения – 1». – М., 2006.
3. EPA 815-R-07-017. Simultaneous compliance guidance manual for the long term 2 and stage 2 DBP rules. – US EPA, 2007.
4. Богомолов М. В., Коверга А. В., Волков С. В. и др. Международный конгресс озоновых и ультрафиолетовых технологий в Лос-Анджелесе // Водоснабжение и сан. техника. 2008. № 4.
5. Романенко Н. А., Новосильцев Г. И., Недачин А. Е. и др. УФ-излучение и его воздействие на вирусы и цисты простейших // Водоснабжение и сан. техника. 2001. № 12.

Аммиак и хлорамин — Фонд безопасной питьевой воды

Николь Хэнкок

1 февраля 2017 г.

Урок 3

Николь Хэнкок

1 февраля 2017 г.

Урок 3

Классы: 9–12 (естественные науки, химия и биология)
Время: 60 минут
Требуемое место: Классная комната
Методология: Самостоятельное обучение, групповое обсуждение и/или обсуждение в классе

Дополнительных материалов не требуется

Цели: Учащиеся узнают об источниках аммиака в грунтовых водах, последствиях высоких концентраций аммиака в источниках водоснабжения и способах решения этих проблем. Студенты узнают о биологической фильтрации как о способе использования бактерий для удаления аммиака из воды. Учащиеся узнают о химической реакции между хлором и аммиаком, в результате которой образуется хлорамин, и узнают о хлорамине. Студенты смогут продемонстрировать расчеты с использованием концентраций, объемов и коэффициентов разбавления.

Указания/процедура:

1. Раздайте классу печатные экземпляры Раздаточных материалов к третьему уроку.
    
2. Прочитайте вместе с классом информацию из раздаточного материала.
    
3. Есть много разных способов ответить на вопросы на второй странице раздаточного материала. Вы можете попросить каждого учащегося работать над ними индивидуально, разрешить им работать в группах или вы можете сделать это всем классом, отмечая их ответы на доске.
    
4. Природа этих вопросов требует, чтобы учащиеся понимали каждый вопрос и получали правильный ответ, прежде чем они смогут ответить на следующий, поэтому учащимся может потребоваться некоторое руководство при работе с ними. Вы можете предоставить дополнительную информацию или подсказки из ответов в разделе «Учителю» ниже, но дайте им достаточно времени, чтобы попытаться разобраться, прежде чем давать им ответы.

Оценка: Учащиеся могут быть оценены за участие в работе над вычислениями, если они были выполнены в классе. Если учащиеся работают над расчетами в своих группах или индивидуально, они могут быть оценены по представленной ими работе. Учащиеся должны продемонстрировать правильное использование единиц измерения и понимание того, как работают измерения концентрации.

Для учителя:

Ключ к ответам на вопросы к третьему уроку Раздаточный материал:
1. Концентрацию хлорамина можно определить, вычитая концентрацию свободного хлора из общей концентрации хлора.
Концентрация хлорамина в первом стакане составляет 10 мг/л — 10 мг/л = 0 мг/л
Концентрация хлорамина во втором стакане составляет 0 мг/л — 0 мг/л = 0 мг/л

2. В примере с солью и сахаром: масса соли в первом стакане 0,1 л * 20 мг/л = 2 мг, а масса сахара во втором стакане 0,1 л * 4 мг/л = 0,4 мг. При их смешивании конечный раствор будет содержать те же самые 2 мг соли и 0,4 мг сахара, но объем увеличится до 200 мл. Если рассчитать конечную концентрацию соли и сахара, то получится 10 мг/л соли и 2 мг/л сахара. Студенты должны понимать, что при удвоении объема концентрация разбавляется до 50%, даже если не происходит никакой химической реакции. Это указывает на то, что при смешивании образцов хлора и аммиака концентрации свободного хлора и аммиака уменьшатся до 10 мг/л и 2 мг/л из-за разбавления до начала химической реакции.

3. Все доступные 10 мг/л свободного хлора будут использованы для реакции с 1 мг/л аммиака. Это оставит 1 мг/л аммиака и 0 мг/л свободного хлора.

4. Свободный хлор с концентрацией 10 мг/л, использованный в реакции, превратится в хлорамин с концентрацией 10 мг/л. Поскольку конечная концентрация свободного хлора составляет 0 мг/л, конечная концентрация общего хлора составляет 10 мг/л + 0 мг/л = 10 мг/л.

Ссылки по теме:

Цикл азота https://www.thoughtco.com/what-is-the-nitrogen-cycle-607607

Система обработки IBROM http://www.safedrinkingwaterteam.org/ibrom.html

Побочные продукты дезинфекции http://www.lenntech.com/processes/disinfection/byproducts/disinfection-byproducts.htm

Operation Water Biology

Урок третий

Аммиак и хлорамин, часть первая

Аммиак является одним из наиболее важных химических веществ в процессе очистки воды. Химическая формула аммиака: NH ₃ .

Дополнительную информацию об азотном цикле можно найти по телефону
https://www.thoughtco.com/what-is-the-nitrogen-cycle-607607

Аммиак — это то, с чем многие водоочистные сооружения справляются тем или иным образом. еще один. Подземные и поверхностные источники воды обычно содержат аммиак, потому что аммиак может поступать из очень многих источников. Аммиак может быть добавлен в почву азотфиксирующими бактериями в рамках круговорота азота, разложения растений и животных или сельскохозяйственных и промышленных процессов. Аммиак хорошо растворим, поэтому он растворяется и переносится окружающими грунтовыми водами.

В районах, где аммиак присутствует в сырой воде, это очень проблематичный источник потребности в хлоре. На каждый миллиграмм аммиака в воде требуется 10-15 мг хлора, чтобы вступить с ним в реакцию и избавиться от него. Реакция между аммиаком и хлором происходит намного быстрее, чем скорость, с которой хлор убивает бактерии, поэтому вы не можете использовать хлор для дезинфекции воды, содержащей аммиак. К сожалению, наиболее широко используемый метод удаления аммиака — добавление хлора. В процессе, называемом «хлорированием до критической точки», хлор непрерывно добавляется в воду до тех пор, пока весь аммиак и бактерии не будут удалены, или, другими словами, пока потребность в хлоре не будет удовлетворена.

Более подробную информацию о побочных продуктах дезинфекции можно найти по адресу
http://www. lenntech.com/processes/disinfection/byproducts/disinfection-byproducts.htm

Это работает, если есть только небольшое количество аммиака, но если есть более 0,3 мг/л аммиака в сырой воде, то для избавления от него потребуется добавить столько хлора, что это приведет к опасным уровням побочных продуктов хлорирования. Вы можете видеть, что есть случаи, когда кажутся единственными вариантами: а) не использовать хлорирование до точки останова и, таким образом, оставлять бактерии в воде, или б) дезинфицировать воду с риском добавления в нее вредных количеств химикатов. Это означает, что некоторые очистные сооружения должны использовать очень сложные и дорогие методы, которые часто все же включают использование других химикатов, для удаления аммиака из воды перед добавлением хлора.

Дополнительную информацию о средствах биологической фильтрации можно найти по телефону
http://www.safedrinkingwaterteam.org/ibrom.html

Одним из новых вариантов, который есть у сообществ с проблемами аммиака, является биологическая фильтрация . Это безопасный, не содержащий химикатов метод удаления аммиака. В установке биологической фильтрации одним из этапов фильтрации является пропускание воды через специальный фильтр, заполненный нитрифицирующими бактериями. Эти бактерии поглощают аммиак и немного кислорода и выполняют реакция биоокисления .

They oxidize the ammonia into nitrite NH ₃ + O ₂ -> NO ₂ ^— + 3H ⁺ Then further oxidize that into nitrate, NO ₂ ^— + H ₂ О -> НЕТ ₃ ^— + 2H ⁺ .

Бактерии получают энергию от этих реакций и специализируются на их очень эффективном осуществлении. Этот процесс является частью природного цикла азота и не производит никаких вредных побочных продуктов. Нитраты, образующиеся в результате этого процесса, могут быть легко удалены из воды мембраной обратного осмоса на заключительном этапе процесса фильтрации.

Реакция между хлором и аммиаком может быть записана как NH ₃ +HOCl -> NH ₂ Cl + H ₂ O. В этом химическом уравнении NH ₃ представляет собой аммиак, а HOCl представляет собой хлорноватистую кислоту, которая образуется когда хлор впервые растворился в воде. Первичным результатом этой химической реакции является NH ₂ Cl, химическое вещество, известное как хлорамин .

Хлорамин является таким же дезинфицирующим средством, как и хлор. Это более слабое дезинфицирующее средство, чем хлор, но его действие в воде гораздо дольше. Концентрация хлора в воде может постепенно уменьшаться по мере испарения хлора, но хлорамин этого не делает. Это делает его полезным для обеспечения дезинфекции воды во всех системах распределения питьевой воды. В районах, где нет или очень мало аммиака в очистных сооружениях сырой воды, возможно, для этой цели все же следует использовать хлорамин. После хлорирования (дезинфекции) воды, в качестве последнего шага в процессе очистки, они добавляют в воду аммиак и больше хлора, чтобы они реагировали и образовывали хлорамин.

Пример
Если вы тестируете образец воды как на свободный, так и на общий хлор и получаете значения 2,0 мг/л свободного хлора и 2,5 мг/л общего хлора, то вы знаете, что концентрация хлорамина в этом образце должна быть 0,5 мг/л. .

Обладая этой информацией, вы можете задаться вопросом, есть ли хлорамин в вашей собственной водопроводной воде и как вы могли бы его измерить. Дело в том, что частью процесса определения концентрации хлорамина является тест концентрации общего хлора , который вы уже сделали. Другая часть представляет собой тест второго типа, который называется 9.0021 свободный хлор тест. Понимание разницы между свободным и общим хлором очень важно. Тест на свободный хлор определяет концентрацию обычного непрореагировавшего хлора, такого как тот, который добавляется в воду в процессе хлорирования, или тот, который содержится в хлорном отбеливателе. Тест на общую концентрацию хлора определяет объединенные концентрации обычного непрореагировавшего хлора и хлора, который был в реакции и теперь представляет собой хлорамин. Поскольку общий хлор представляет собой свободный хлор плюс хлорамин, общая концентрация хлора всегда должна быть больше или равна концентрации свободного хлора. Это также означает, что тесты на общий и свободный хлор можно использовать вместе для определения концентрации хлорамина в пробе воды. Вычитание концентрации свободного хлора из общей концентрации хлора даст вам концентрацию хлорамина.

Рассмотрим эксперимент, который мог бы использовать эту информацию. Представьте себе два стакана, в каждом из которых ровно 100 мл воды. Первый имеет концентрацию свободного хлора 20 мг/л, концентрацию общего хлора 20 мг/л и концентрацию аммиака 0 мг/л. Второй стакан имеет концентрацию свободного и общего хлора 0 мг/л и концентрацию аммиака 4 мг/л. Как вы думаете, что произойдет, если содержимое этих двух стаканов вылить вместе в стакан большего размера?

Эту проблему можно разбить на более мелкие части, которые следует рассматривать по очереди.

1. Какова концентрация хлорамина в каждом из двух исходных стаканов?

2. Если слить стаканы вместе, получится общий объем 200 мл; такое изменение объема может разбавлять химикаты. Может ли это повлиять на концентрацию хлора и аммиака еще до того, как произойдет какая-либо химическая реакция? Рассмотрим результат двух стаканов объемом 100 мл, слитых вместе, если в одном было 20 мг/л соли, а в другом 4 мг/л сахара.

3. Если предположить, что концентрация свободного хлора 10 мг/л в точности достаточна для реакции с 1 мг/л аммиака, какими должны быть конечные концентрации свободного хлора и аммиака?

4. Если весь свободный хлор, используемый в реакции, превращается в хлорамин, каковы должны быть конечные концентрации хлорамина и общего хлора?

Задание по чтению аммиака и хлорамина — нажмите, чтобы перейти на веб-страницу

Tagged: Самостоятельное обучение, групповое обсуждение, обсуждение в классе, аммиак, подземные воды, свободный хлор, хлорамин

Аммонизация некачественных грубых кормов | NDSU Сельское хозяйство и расширение

Название страницы

Body

Когда сено хорошего или среднего качества недоступно, животноводы могут рассмотреть возможность скармливания аммонизированного сена низкого качества или растительных остатков. Аммонизация может удвоить или утроить уровень сырого протеина в пожнивных остатках, таких как солома и стебли кукурузы, и повысить усвояемость на 10-30 процентов, что делает их эквивалентными степному сену по кормовой ценности. Аммонизация также может повысить потребление этих кормов на 15-20 процентов.

июнь 2017 г.

Грег Ларди, руководитель отдела зоотехники
Марк Бауэр, специалист по питанию жвачных животных Отделение зоотехники

Когда сено хорошего или среднего качества недоступно, животноводы могут рассмотреть возможность кормления аммонизированным сеном низкого качества или растительными остатками. Аммонизация может удвоить или утроить уровень сырого протеина в пожнивных остатках, таких как солома и стебли кукурузы, и повысить усвояемость на 10-30 процентов, что делает их эквивалентными степному сену по кормовой ценности. Аммонизация также может повысить потребление этих кормов на 15-20 процентов. Фосфор, микроэлементы и витамин А следует добавлять в рацион всякий раз, когда кормят аммонизированными остатками. Остатки, обработанные безводным аммиаком, могут быть неэффективными, если коровы истощены, но, как правило, коровы, получающие аммиачные остатки, сохраняют вес и состояние во время супоросности до 50 дней до отела (таблица 1). Дополнительные добавки потребуются непосредственно перед отелом и во время лактации.

Аммонизация лучше всего работает с кормами низкого качества, включая пшеничную, ячменную и овсяную солому, кукурузную солому и сено из очень зрелой травы низкого качества. Корма с менее чем 6 процентами сырого протеина и 48 процентами TDN (в пересчете на сухое вещество) являются кандидатами для аммонизации. Обработка кормов среднего и высокого качества безводным аммиаком приводит лишь к небольшим изменениям переваримости и потребления и может вызвать проблемы с токсичностью при кормлении. Аммонизация мелкозернистого сена может вызвать у крупного рогатого скота нервозность, раздражительность и судороги.

Аммиак соединяется с влагой корма, что приводит к повышению его усвояемости. Наилучшие результаты достигаются, когда влажность фуража превышает 10 процентов, а в идеале от 15 до 20 процентов. Аммиак является отличным фунгицидом, и плесень не будет расти на аммонизированных кормах.

Аммонизация относительно проста и легко осуществима. Кормовые стога должны быть покрыты и запечатаны пластиком, чтобы создать воздухонепроницаемую среду. Следующие шаги используются для обеспечения успешного лечения:

• Определите приблизительный вес остатков или фуража для обработки в каждом штабеле. Возьмите 6 или 8 мм черного пластика. Большинство магазинов сельскохозяйственных товаров и лесопилок продают пластик различных размеров, самый большой из которых составляет 40 на 100 футов.
• Если возможно, размещайте штабели в месте, где они будут питаться, с некоторой защитой от сильного ветра и хорошим дренажем.
• Обработайте участок диском, чтобы разрыхлить верхние несколько дюймов почвы для крепления пластикового покрытия. Если используется лист пластика размером 40 на 100 футов, отрежьте участок размером примерно 15 на 80 футов, чтобы обеспечить поверхность для тюков и рыхлой почвы, чтобы покрыть и запечатать пластик.
• Остаток штабеля для обработки на гладкой поверхности. Если используются большие круглые тюки, сложите их пирамидой из 3 или 6 тюков. Размер тюков и пластика определяет способ укладки. От 11 до 13 тюков в длину поместятся под листом пластика размером 40 на 100 футов. Оставьте около 2 дюймов между тюками, чтобы обеспечить максимальное воздействие аммиака.
• Убедитесь, что весь персонал использует соответствующие средства защиты, включая защитные очки, перчатки и защитную одежду.
• Накройте сложенные остатки черным пластиком и засыпьте края избытком рыхлой земли. Оставьте небольшое пространство для вставки трубки для добавления безводного аммиака в середине штабеля.
• Вставьте трубу длиной от 6 до 10 футов на уровне земли и замажьте трубу пластиком с рыхлым грунтом. Подсоедините трубу к шлангу резервуара для безводного газа с помощью переходника, который обычно можно приобрести у поставщика безводного раствора. Запорный клапан на трубе предотвратит обратный поток безводного раствора при отключении после завершения нанесения.
• Добавьте 60 фунтов безводного аммиака на тонну сухого корма (3 процента). Либо приобретите необходимое количество безводного, либо рассчитайте количество фунтов безводного на единицу процента по указателю уровня в резервуаре, исходя из веса нетто безводного в резервуаре и процента наполнения по указателю уровня резервуара. Например, если вы аммиацируете 72 тюка весом 1000 фунтов каждый, вам потребуется 2160 фунтов безводного аммиака.
  — 72 тюка x 1000 фунтов/тюк = 72 000 фунтов или 36 тонн
  — 36 тонн x 60 фунтов безводного аммиака на тонну = 2160 фунтов необходимого безводного аммиака
• Медленно открывайте безводный клапан, пока пластиковые шарики слегка не надуются, затем закройте его. Осмотрите стопку на наличие разрывов пластика или утечек по краям.
• Заклейте разрывы клейкой лентой. Медленно добавьте остаток безводного; не раздувайте пластик. Общее время добавления безводного будет составлять от 8 до 10 минут на тонну остатка; 30-тонный штабель требует около 5 часов.
• После завершения обработки перекройте вентиль, снимите трубку и загерметизируйте место, где была удалена трубка.
• Температура влияет на время, необходимое для достижения наилучших результатов (таблица 2). Чем ниже температура, тем дольше остаток должен оставаться запечатанным, чтобы произошла химическая реакция.
• Откройте один конец трубы за 3–5 дней до кормления, чтобы выпустить избыток газообразного аммиака.

Меры предосторожности

Безводный аммиак находится под давлением. Он обожжет кожу, глаза или горло, а также может взорваться и обжечься. Убедитесь, что весь персонал принимает следующие меры предосторожности при работе с этим химическим веществом:

1. Проверьте клапаны, шланги, баки и пластиковую крышку над штабелем на наличие утечек. При обнаружении утечек немедленно устраняйте их.
2. При работе с безводным аммиаком надевайте защитные очки, резиновые перчатки, респиратор и защитную одежду.
3. Работайте против ветра при выпуске безводного аммиака.
4. Держите под рукой пресную воду, чтобы смыть любой безводный аммиак, который попал на вашу кожу.
5. Не курите вблизи безводного аммиака.
6. Держите детей, домашних животных и скот подальше от зоны обработки.
7. Помните, что безводный аммиак вызывает коррозию большинства металлов.

При контакте с безводным аммиаком немедленно обратитесь за медицинской помощью.

Стоимость аммиака

Стоимость безводного аммиака и пластика; качество, доступность и стоимость кормов низкого качества; и стоимость рабочей силы необходимо учитывать при оценке аммиака.