УДК 628.166.085
DOI 10.35776/VST.2023.03.06

Богун П. В.

Влияние отражения от стенок реактора на энергоэффективность установок обеззараживания воды УФ-излучением

Аннотация

Приведены результаты теоретического исследования возможности повышения эффективной дозы облучения установки обеззараживания воды ультрафиолетовым (УФ) излучением без увеличения мощности лампы, а также изучения влияния отражения излучения от внутренней поверхности реактора на работу установок. Расчеты проведены для наиболее распространенной конструкции установки с одной лампой и цилиндрическим реактором с зеркальным отражением от стенок. Расчеты показали, что при высоком коэффициенте отражения излучения и при определенных соотношениях эффективной длины распространения УФ-излучения в воде и размеров реактора энергоэффективность, т. е. производительность установки на единицу потребляемой мощности, может быть повышена по сравнению с ранее известными конструкциями на 35–40%.

Ключевые слова

энергоэффективность , обеззараживание воды , ультрафиолетовое излучение , эффективная длина распространения излучения

bbk 000000

УДК 628.1/.2(98)

Кофман В. Я.

Водоснабжение и водоотведение в Арктическом регионе: современные технические решения  (обзор)

Аннотация

В Канаде разработана технология очистки сточных вод для небольших изолированных арктических поселений, основанная на эффективной биодеградации органического углерода с использованием комбинации анаэробного метаногенного и микробного биоэлектрохимического процессов, обеспечивающих получение биометана. Микробную электрохимическую деградацию проводят в безмембранном проточном реакторе с биоанодом и биокатодом, работающем при напряжении ниже порога электролиза воды. В лабораторных экспериментах в широком диапазоне мезофильных и психрофильных температур (5–23 °С) достигнута высокая эффективность снижения БПК₅ (90–97%) при остаточном содержании менее 7 мг/л. Энергопотребление составляет 0,6 кВт.ч/кг ХПК. Низкое энергопотребление наряду с производством биометана обеспечивают работу реактора в режиме энергогенерации. Для условий Гренландии разработана схема обеззараживания сточных вод, включающая химическую коагуляцию и обработку перуксусной кислотой и/или ультрафиолетовым излучением. Полная инактивация Escherichia coli достигается при комбинированном использовании ультрафиолетового излучения (2,1 кВт.ч/м³) и пер­уксусной кислоты. Предварительная коагуляция является необходимым условием эффективной инактивации микроорганизмов. В США для г. Фэрбанкс (Аляска) предложена замкнутая схема водоочистки на основе процесса пероксон с повторным использованием воды для питьевых нужд. Большим преимуществом схемы с замкнутым циклом является сохранение 85% воды в системе с сохранением тепловой энергии, полученной от различных водонагревателей. В результате очищенная вода возвращается потребителю теплой, при этом требуется меньше энергозатрат для ее дополнительного нагрева. Кроме того, минерализация органических веществ в окислительном процессе обеспечивает достижение остаточного значения ХПК 0,7 мг/л.

Ключевые слова

сточные воды , обеззараживание воды , водоочистка , ультрафиолетовое излучение , повторное использование воды , Арктический регион , предварительная коагуляция , перуксусная кислота , процесс пероксон , тепловая энергия воды , ана­эробный метаногенный процесс , микробный электро­хими­ческий процесс

bbk 000000

УДК 628.166.094.3(477.75)

Гутенёв В. В., Денисов В. В., Скрябин А. Ю., Фесенко Л. Н.

Водоснабжение Крыма: передовые технологии обеззараживания на базе местных ресурсов

Аннотация

Общемировой задачей является обеспечение населения доброкачественной водой, а также эффективная очистка промышленных и хозяйственно-бытовых стоков на фоне нарастающего дефицита доступных пресных вод. Эта проблема со всеми ее последствиями для здоровья людей и экономики также актуальна для многих субъектов Российской Федерации, в том числе и для нового – Республики Крым. Основные трудности с водоснабжением современного Крыма обусловлены дефицитом питьевой воды, низкой санитарной надежностью систем водоподготовки, отсутствием достаточного количества обеззараживающих установок в сельской местности, неудовлетворительным санитарно-техническим состоянием водопроводных сетей. Все это осложняет эпидемиологическую обстановку в курортных центрах полуострова, особенно в период массового наплыва отдыхающих. Неудовлетворительное, даже критическое состояние инфраструктуры водоснабжения городов и поселений Крыма затрудняет предоставление надлежащих по качеству услуг водоснабжения (и водоотведения) населению. Рассмотрены варианты применения технологий водоподготовки с использованием гипохлорита натрия различной концентрации с учетом особенностей Южного и Степного Крыма. Наличие морской воды и источников соленых вод на равнинной части полуострова, возможность применения «сотовой» системы распределения дезинфектанта делают широкомасштабное внедрение указанной технологии экологически и экономически целесообразным.

Ключевые слова

водоснабжение , гипохлорит натрия , электролиз , водоотведение , обеззараживание воды , морская вода , подземные соленые воды

bbk 000000

УДК 628.166

Журавкова И. В.

Импортозамещение в действии

Аннотация

По решению Правительства Российской Федерации, необходимо перестроить экономическую модель развития страны и перейти на импортозамещение технологий в стратегически важных отраслях, используя внутренние источники. Научно-производственная фирма «Невский Кристалл» разработала и производит широкий ассортимент электролизных установок для получения и дозирования низкоконцентрированного электролитического гипохлорита натрия. Установки полностью соответствуют международным стандартам.

Ключевые слова

гипохлорит натрия , водоподготовка , обеззараживание воды , электролизная установка , импортозамещение

bbk 000000

УДК 628.166

Кофман В. Я.

Новые подходы к обеззараживанию воды
(обзор)

Аннотация

При использовании традиционных методов обеззараживания воды хлорсодержащими дезинфектантами или озоном образуются побочные продукты разнообразного токсичес­кого действия. В качестве альтернативы разрабатываются способы обеззараживания воды без применения химичес­ких окислителей, а также методы, характеризующиеся меньшим образованием побочных продуктов. В этом направлении наиболее интенсивно исследуют фотокаталитический процесс обеззараживания воды при ультрафиолетовом облучении или воздействии видимого света, инактивацию микроорганизмов с использованием наноматериалов в виде диоксида титана, наночастиц серебра, фуллеренов, графена, углеродных нанотрубок, пептидов и хитозана, а также ферратный процесс. Данные технологические схемы имеют преимущества и при деструкции микроцистинов. Рассмотрен механизм инактивации микроорганизмов. Приведены технические проблемы, которые необходимо решить для расширения практического использования альтернативных методов обеззараживания воды.

Ключевые слова

обеззараживание воды , фотокаталитичес­кий процесс , нанотехнологии , диоксид титана , наночастицы серебра , углеродные нанотрубки , графен , пептиды , хитозан , фуллерены , ферратный процесс , деструкция микроцистинов

bbk 000000

УДК 628.166.085

Богун П. В.

Об увеличении производительности установок ультрафиолетового обеззараживания жидкостей

Аннотация

Приведены результаты теоретического исследования возможности увеличения производительности установок обеззараживания жидкостей, в том числе воды, ультрафиолетовым излучением без увеличения потребляемой электроэнергии. Увеличение производительности возможно при фиксированных геометрических размерах реактора и мощности источников за счет перераспределения потоков жидкости в реакторе. Показано, что максимально возможная эффективная доза облучения равна средней по объему реактора интенсивности облучения, умноженной на среднее время пребывания жидкости в реакторе. Необходимым и достаточным условием для получения такой дозы является наличие потока жидкости в каждой точке объема реактора и равная доза облучения для каждого микрообъема жидкости. В качестве примера приведены расчеты максимально возможной дозы облучения для сферического реактора с точечным источником излучения и для цилиндрического реактора с линейным источником излучения. Отмечено, что широко выпускаемые в настоящее время конструкции установок УФ-обеззараживания воды с одним источником (лампой) используют возможности источника примерно на 30%. В конструкции с цилиндрическим реактором и спиральным сходящимся потоком жидкости, распределенным по длине реактора, достигается максимально возможная доза облучения и/или производительность установки.

Ключевые слова

обеззараживание воды , ультрафиолетовое излучение , доза облучения , реактор , производительность установки

DOI 1035776/MNP.2020.07.01
УДК 628.162.84

Фесенко Л. Н., Игнатенко С. И., Скрябин А. Ю., Пчельников И. В.

Образование летучих хлорорганических соединений при обеззараживании донской воды хлорсодержащими реагентами

Аннотация

Для очистки и обеззараживания воды применяют различные окислители, в том числе хлор и его производные (гипохлориты, хлорамины, хлорная известь и др.), озон, реже двуокись хлора, перекись водорода, перманганат калия и др. Традиционно санитарно-эпидемиологическая безопасность питьевой воды обеспечивается хлорированием в силу санитарно-гигиенической надежности, пролонгированности бактерицидного действия, относительной простоты и экономичности метода. При дезинфекции воды используется реагент, содержащий активный хлор, который, входя в реакцию замещения с присутствующими в воде органическими веществами, образует токсичные соединения, относящиеся к группе тригалометанов (хлороформ, ди­хлорбромметан, хлордибромметан, бромоформ и др.). Особенностью донской воды является наличие бромидов (0,18–0,2 мг/дм³), что приводит к образованию бромсодержащих летучих хлорорганических соединений. В Промышленном районе г.Новочеркасска на водоочистных сооружениях реализована технология получения дезинфектанта «Диоксид хлора и хлор», основанная на протекании окислительно-восстановительной реакции между хлоратом и хлоридом натрия в кислой среде. Применение жидкого хлора и гипохлорита натрия для обеззараживания донской воды приводит к образованию летучих хлорорганических соединений с преобладанием дибромхлорметана и хлордибромметана. Эффективным способом снижения концент­раций ЛХС до значений 0,02–0,1 ПДК при использовании жидкого хлора или гипохлорита натрия является преаммонизация воды с соотношением хлора к сульфату аммония 4:1. Хлорат-хлоридная технология получения диоксида хлора в кислой среде вместо реагента «Диоксид хлора и хлор» генерирует 100%-ный раствор гипохлорита в формате хлорноватистой кислоты, способной в отсутствие преаммонизации воды образовывать ЛХС в концентрациях, превышающих ПДК.

Ключевые слова

гипохлорит натрия , обеззараживание воды , хлорная вода , диоксид хлора , бромсодержащие тригалогенметаны , преаммонизация , хлорат-хлоридное получение диоксида хлора

bbk 000000

УДК 628.166

Платонов М. М., Кочелаева Г. А.

Оптимизация процесса хлораммонизации питьевой воды

Аннотация

Обеззараживание воды является важнейшей функцией систем водоснабжения. Применяемая для этих целей хлор­аммонизация имеет ряд преимуществ по сравнению с обычным хлорированием. Однако при этом предъявляются повышенные требования к средствам аналитического контроля, что ограничивает возможности автоматизации. Рассмотрены различные параметры контроля с точки зрения их применимости для целей автоматизации процесса обеззараживания. Показано, что наилучшим параметром, свидетельствующим о прохождении процесса в оптимальных условиях, является содержание свободного аммония. Для выбора метода определения свободного аммония в условиях хлораммонизации на реальном объекте водоснабжения проведены испытания по контролю свободного аммония различными способами. Показаны ограничения некоторых лабораторных методик и преимущества метода с использованием газоселективного электрода, в том числе и в режиме автоматического анализа. Метод контроля свободного аммония с помощью автоматического анализатора с газоселективным электродом имеет следующие преимущества: четкий критерий нахождения процесса в оптимальных условиях; минимальная абсолютная погрешность измерений; возможность применения метода для автоматизации дозирования хлора (аммония). Практические испытания показали эффективность данного метода управления процессом, надежность работы анализатора и хорошую сходимость результатов с лабораторными данными.

Ключевые слова

обеззараживание воды , хлораммонизация , свободный аммоний , газоселективный электрод , автоматический анализ

bbk 000000

УДК 628.166.085

Костюченко С. В., Смирнов А. Д., Толстой М. Ю.

Отечественные технологии и оборудование для безреагентной обработки воды и стоков городов и предприятий Сибири

Аннотация

Реагенты, применяемые при обработке и очистке жидких и газовых сред, либо остаются в очищаемой среде в неизменном виде, либо распадаются, взаимодействуя с очищаемой средой или примесями в ней, и образуют множество вторичных, часто токсичных продуктов. В этой связи особый интерес представляют безреагентные методы очистки сред с целью достижения их экологической безопасности. Безреагентные методы воздействия не приводят к образованию столь большого количества вторичных продуктов, а эффект от их применения часто шире за счет меньшей зависимости от типа и структуры целевого вещества или примеси, а также условий использования. Ультрафиолетовое облучение является наиболее эффективным и широко применяемым методом безреагентного обеззараживания очищенных сточных вод как в России, так и за рубежом. Капитальные затраты при использовании УФ-обеззараживания значительно уменьшаются, так как нет необходимости возведения контактных резервуаров для хлорирования и дехлорирования, а отсутствие потребления каких-либо реагентов исключает строительство реагентного хозяйства и установки дозирующих систем. На примере Сибирского региона рассказано о преимуществах применения УФ-облучения при обработке сточных вод.

Ключевые слова

ультрафиолетовое облучение , экологическая безопасность , обеззараживание воды , хлорорганические соединения , остаточный хлор , дехлорирование , безреагентное обеззараживание

DOI 10.35776/MNP.2020.05.01
УДК 628.166.085

Богун П. В., Князева Е. Г.

Повышение энергоэффективности систем ультрафиолетового обеззараживания воды

Аннотация

Проанализирована производительность ряда представленных на рынке систем ультрафиолетового обеззараживания воды в сравнении с системами с максимальной производительностью, полученной в результате теоретических исследований, при одинаковом энергопотреблении. Показано, что максимальные значения производительности, заявленные производителями систем, в 1,1–2 раза меньше, чем можно было бы получить для тех же конструкций при обеспечении однородности облучения обрабатываемого потока. Предложено техническое решение, позволяющее обеспечить однородность облучения за счет формирования распределения скорости потока, убывающего с расстоянием от лампы пропорционально убыванию средней по длине лампы интенсивности облучения. Такое решение позволяет существенно приблизиться к максимальной расчетной производительности при незначительных изменениях в конструкции и минимальных затратах. Исследовано распределение потоков обрабатываемой воды в системе с диафрагмами-рассекателями, формирующими необходимое направление потока. Показано, что для корпуса-реактора длиной до 50 см можно ограничиться одной диафрагмой, а для корпусов большей длины вопрос решается установкой дополнительных рассекателей. Показана возможность применения предложенного решения для любых систем с продольным потоком относительно расположения УФ-ламп.

Ключевые слова

ультрафиолет , обеззараживание воды , скорость потока , доза облучения , УФ-лампа , рассекатель потока

УДК 628.166:661.418
DOI 10.35776/VST.2024.02.08

Пчельников И. В., Пчельникова А. С., Каберская Д. В., Кузьменко Л. В.

Производство гипохлорита натрия электролизом подземной воды

Аннотация

Рассмотрена возможность использования подземных вод для получения обеззараживающего реагента – гипохлорита натрия. Применение природных вод, содержащих хлориды, позволяет отказаться от покупки поваренной соли, что снижает стоимость готового продукта до 40%. Однако из-за существенного различия в составе природных вод, особенно в концентрации хлорид-ионов, электролиз минерализованной воды может протекать в неэффективной зоне с большим расходом электроэнергии и низким выходом активного хлора. На территории Муниципального предприятия «Азовводоканал» (г. Азов Ростовской области) расположена электролизная станция производительностью 500 кг/сут по активному хлору. Сырьем для производства гипохлорита натрия является минерализованная подземная вода. В работе устанавливали оптимальные условия электролиза подземной воды с целью определения максимального выхода хлора по току при минимальных затратах электроэнергии. Исследования проводили на постоянном электрическом токе в проточном режиме работы при плотности тока 10, 50, 100, 200, 500, 800 и 1000 А/м², исходной температуре раст­вора 18–22°С. Рабочие площади анода и катода составляли по 0,0022 м². Диапазон исследуемых расходов варьировали от 0,36 до 4,8 л/ч, что соответствовало времени электролиза 3,5–0,26 мин. Величина рН при электролизе находилась в пределах от 8,8 до 9,5. В результате проведенных исследований были получены зависимости, характеризующие параметры прямого электролиза подземной минерализованной воды.

Ключевые слова

обеззараживание воды , бездиафрагменный электролиз , низкоконцентрированный гипохлорит натрия , прямой электролиз подземной воды

УДК 628.166.094.3:661.418
DOI 10.35776/VST.2023.06.01

Фесенко Л. Н., Пчельников И. В., Пчельникова А. С.

Прямой электролиз подземной воды в условиях производства

Аннотация

Представлены результаты производственных испытаний проточных электролизеров, работающих в режиме прямого электролиза природной поверхностной воды. В процессе электролиза из хлоридов, содержащихся в исходной воде, синтезируется гипохлорит натрия, которым обеззараживается очищаемая вода. Электролизеры входят в состав станции водоподготовки. Блочно-модульная станция водоподготовки «Криница-45» производительностью 45 м³/сут эксплуатируется с 2020 г. Проточные электролизеры используются для обеззараживания сырой воды (первичное обеззараживание) и питьевой воды (вторичное обеззараживание) прямым электролизом, работают с реверсом тока в автоматическом режиме. Оксидное покрытие электродов – ОИРТА (оксидно-иридиево-рутениево-титановый анод) с добавлением тантала. В ходе исследований определены технологические параметры работы электролизеров. Плотность тока изменяли от 25 до 75 А/м², определяли концентрацию активного хлора, фиксировали изменение напряжения на клеммах элект­ролизера. Измерения проводили каждые две недели в течение последних трех лет. Оптимальной с точки зрения эффективности является плотность тока 40–50 А/м², при которой достигается выход хлора по току 10–12% и концентрация активного хлора 2–2,8 мг/дм³. Применение реверсирования тока (время переполюсовки +1 час и –1 час) позволило эксплуатировать проточный элект­ролизер на природной воде с общей жесткостью около 9–11 мг-экв/дм³ без использования соляной кислоты для периодической промывки электродов.

Ключевые слова

обеззараживание воды , бездиафрагменный электролиз , низкоконцентрированный гипохлорит натрия , прямой электролиз поверхностной воды

bbk 000000

УДК 628.1.033:66.094.413

Жолдакова З. И., Лебедь-Шарлевич Я. И., Мамонов Р. А., Синицына О. О.

Совершенствование требований к контролю безопасности питьевой воды при хлорировании

Аннотация

Для обеззараживания воды наиболее широко применяют окислительные методы, в том числе с использованием хлора и гипохлорита натрия. Вместе с тем в нормативных документах санитарно-эпидемиологического законодательства не в полной мере отражены требования к контролю за их применением. Сравнительный анализ научно-технической и методической литературы, а также нормативных документов, регламентирующих параметры эффективности и безопасности обеззараживания питьевой воды хлором, показал, что при создании первого СанПиН 2.1.4.559-96 было упущено уточнение. Оно заключалось в том, что количественными показателями этих параметров является не обязательное одновременное присутствие свободного и связанного остаточного хлора. Данные производственного контроля питьевой воды станции водоподготовки г. Перми показали отсутствие необходимости поддержания концентрации остаточного свободного хлора на уровне 0,3–0,5 мг/л при наличии остаточного связанного хлора в пределах 0,8–1,2 мг/л. В связи с этим в СанПиН 2.1.4.1074-01 целесообразно внести соответствующие уточненные требования к контрою за содержанием свободного и связанного хлора в питьевой воде. При хлорировании воды газообразным хлором и гипохлоритом натрия образуется большое количество опасных галогенсодержащих летучих и полулетучих соединений, в том числе канцерогенных. Вместе с тем контроль качества воды осуществляется только по отдельным летучим веществам. Рекомендован дифференцированный подход к выбору индикаторных показателей для контроля за содержанием галогенсодержащих соединений с учетом особенностей исходной и обеззараженной питьевой воды.

Ключевые слова

хлорирование , гипохлорит натрия , обеззараживание воды , хлорсодержащие соединения , хлор , требования к контролю , остаточный свободный и связанный хлор

УДК 628.166:661.418
DOI 10.35776/VST.2024.02.07

Фесенко Л. Н., Пчельников И. В., Игнатенко С. И., Скрябин А. Ю., Каберская Д. В., Заичко Д. А.

Технико-экономический анализ и исследование кислотной промывки катодов электролизера растворами соляной и сульфаминовой кислот

Аннотация

Опыт эксплуатации электролизных установок показывает, что основная проблема надежности их работы связана с образованием на поверхности катодов нерастворимых соединений – CaCO₃, CaSO₄, Mg(OH)₂, что приводит к нештатному режиму электролиза, перегреву и короблению элект­родной системы, разрушению оксидного покрытия анодов, резкому снижению производительности установки и др. Наибольшее влияние на образование солей жидкости и гипса при электролизе солевых растворов оказывает химический состав воды, что связано с наличием присутствую­щих в воде ионов Ca²⁺, Mg²⁺, HCO^-₃, SO₄ и растворенного CO₂. Применяемый на практике метод удаления карбонатных отложений путем периодической промывки электродной системы 3–5%-ным раствором соляной кислоты не всегда экономически оправдан, особенно для водоисточников, характеризующихся повышенной карбонатной жесткостью. Представлено технико-экономическое сравнение двух методов кислотной промывки электродных пластин электролизного аппарата растворами соляной и сульфаминовой кислот при растворении в них наработанного осадка, образующегося при получении гипохлорита натрия из 3%-го раствора хлорида натрия. При относительно невысоком превышении стоимости 1 л 5%-ной сульфаминовой кислоты (6,9 руб/л) над 5%-ной соляной (5,36 руб/л) стоимость одной промывки сульфаминовой кислотой (2,9 руб.) в 6 раз выше стоимости одной промывки соляной кислотой (0,48 руб.), что связано с разными возможностями повторного использования кислот для очередной промывки электролизного аппарата. То есть, если 5%-ную соляную кислоту (HCl) возможно использовать 11,1 раза до ее нейтрализации, то 5%-ную сульфаминовую (NH₂SO₃H) – только 2,4 раза, или в 11,1/2,4 = 4,6 раза меньше, что и определяет очевидное экономическое предпочтение соляной кислоты перед сульфаминовой.

Ключевые слова

обеззараживание воды , бездиафрагменный электролиз , кислотная промывка , низкоконцентрированный гипохлорит натрия

bbk 000000

УДК 628.16.065.2 (282.247.33)

Линевич С. Н., Бреус С. А.

Эффективность обеззараживания природных вод при коагуляционной обработке

Аннотация

Представлены результаты экспериментально-теоретических исследований коагуляционной обработки донской воды и наблюдений за сопутствующим процессом ее обеззараживания. Описан механизм выделения из воды водорослей, бактерий и вирусов за счет их сорбции на образующейся при коагуляции гидроокиси алюминия. Наилучший эффект обеззараживания воды отмечен при электрокоагуляции – 93,8%. Применение этого метода позволяет отказаться от первичного обеззараживания воды хлором, исключить крупногабаритное реагентное хозяйство, улучшить экологическую обстановку в связи с уменьшением объема образующегося осадка (отхода процесса коагуляции).

Ключевые слова

коагуляция , экология , автоматизация , электрокоагуляция , обеззараживание воды , эффективность обеззараживания