Уменьшение образования тригалометанов путем аммонизации воды

В 1970 годах было обнаружено, что при взаимодействии свободного хлора с органическими веществами образуются летучие хлорорганические соединения, наиболее опасными из которых являются тригалогенметаны (ТГМ), в частности хлороформ. Их концентрация в воде возрастает прямо пропорционально дозе хлора, времени контакта его с водой, температуре, содержанию в ней органических соединений природного и антропогенного происхождения. На рис.1 показано влияние дозы хлора и температуры воды на интенсивность образования хлороформа в процессе хлорирования днепровской воды на водоочистных станциях. Наибольшие уровни хлороформа наблюдаются в летние и тёплые месяцы, когда значительно увеличивается содержание в исходной воде органических веществ и перманганатная окисляемость возрастает до 7:8 мг/л.

Рис.1 Зависимость образования хлороформа при очистке воды на ВОС днепровского бассейна

Практический мировой опыт обеззараживания питьевой воды хлором и поиск технологий, позволяющих предотвратить образование хлорорганических соединений в процессе дезинфекции питьевой воды, показали, что на современном уровне технологии водоподготовки невозможно отказаться от хлорсодержащих реагентов. Вместе с тем, в процессе обеззараживания поверхностных вод участвует лишь 1% вводимого хлора, остальное количество используется на окисление других примесей различной природы в воде.

Хлор оказывает эффективное обеззараживающее последействие в распределительной сети водопровода, чего невозможно достигнуть использованием альтернативных хлору дезинфектантов. В последние тридцать лет проводились интенсивные поиски методов и технологий, позволяющих уменьшить вредное последствие хлорирования при подготовке питьевых вод. Методы удаления органических веществ до проведения хлорирования воды технологии, с использованием озонирования или сорбции, являются относительно дорогостоящими, часто малоэффективными и применяются в редких случаях.

На существующих водопроводных очистных сооружения не снижается содержание тригалометанов в воде, а при дальнейшем транспортировании её в разводящей сети и наличии свободного хлора происходит дополнительное увеличение в питьевой воде хлороформа и других хлорсодержащих соединений. По этим причинам в новом стандарте на питьевую воду ДСанПиНе установлены дополнительные ограничения по содержанию в ней хлороформа (ПДК - 60 мкг/л).

В соответствии с действующими строительными нормами на ВОС днепровского бассейна применяют первичное хлорирование воды, при этом дозы хлора повышают по мере увеличения хлоропоглощаемости исходной воды. В летний период 1999 года концентрации хлорорганических соединений в резервуарах чистой воды города Симферополя равнялись 150:180 мкг/л.

Одним из эффективных и практически несложным приемом замедления процесса образования хлорорганических соединений при хлорировании воды является её аммонизация на станциях водоподготовки питьевой воды. Этот приём проверен и применяется на ряде водопроводов, например в США аммиак используют более чем 350 водоочистных сооружениях.

Метод преаммонизации сырой воды с последующим хлорированием и коагулированием разработан и широко используется с целью снижения концентрации образующегося при хлорировании хлороформа и других видов тригалометанов, стабилизации содержания остаточного хлора в резервуарах чистой воды и разводящих сетях, а также для экономии хлора. Введение аммиачного раствора в обрабатываемую воду должно производится до первичного хлорирования. Это обязательное условие процесса аммонизации связано с необходимостью упредить образование тригалометанов, в результате первичного хлорирования. Положительный опыт применения аммонизации имеется в городах Николаеве, Киеве, Виннице, Хмельницком. В первую очередь, аммонизацию следует внедрять, при наличии протяженных водоводов (более 5 км), длительном пребывании воды в распределительной сети, при большой хлоропоглощаемости воды и применении дозы хлора более 5 мг/л.

На рис.2 показано влияние преаммонизации воды (введение аммиака до хлора) на образование ТГМ (кривая 1) и влияние постаммонизации (кривая 2). Кривая 3 показывает нарастание концентрации ТГМ без введения аммиака (свободный хлор). Это объясняется тем, что связанный хлор имеет значительно меньшую реакционную способность и слабо взаимодействует с органическими веществами, находящимися в питьевой воде. Наибольшее значение аммонизация приобретает при хлорировании органосодержащих вод.

С другой стороны, при хлорировании связанным хлором хлоропоглощаемость воды снижается в несколько раз и хлор не расходуется на полное окисление органических веществ, а в основном тратится на её обеззараживание. Это имеет большое значение для экономии дорогостоящего хлора.

Высокая степень обеззараживания подземной воды достигается при дозе 1:2 мг/л связанного хлора и контакте 1..2 часа. Для поверхностных вод эти значения необходимо увеличивать в 2 и более раза в зависимости от уровня их загрязненности.

Внедрение аммонизации на водоочистной станции "Межгорное" Симферопольского предприятия "Водоканал" проводили в 2001-2002 годы в характерные сезоны года [32]. Исходная вода из водохранилища "Межгорное" характеризовалась низкой мутностью и цветностью, средней жесткостью и щелочностью, высокой окисляемостью в летне-осенний период.

После водохранилища исходная вода проходит через контактные камеры и смешанная с коагулянтом поступает в камеры хлопьеобразования и горизонтальные отстойники. Затем профильтрованная вода вторично обрабатывается жидким хлором, поступает в резервуары чистой воды и подается по водоводу протяженностью 25 километров в Симферополь. В ёмкостях водоочистной станции вода находится примерно 7 часов и в водоводах ещё более 18 часов.

По отработанной технологии ВОС "Межгорное" с целью окисления органических веществ в воде и удаления фитопланктона производят первичное хлорирование в холодный период года дозами 3-4 мг/л, а в летне-осенний период дозы могут повышаться до 12 мг/л жидкого хлора. Вторичное хлорирование проводится с учетом концентрации остаточного хлора необходимой перед выходом её в магистральный водовод. В проекте ВОС предусмотрено применение реагентов коагулянт, флокулянт, известь, активированный уголь, фтор, жидкий хлор. Дополнительное хлорирование питьевой воды производилось на насосной станции третьего подъема, расположенной на половине водоводов до города.

Наибольшее значение аммонизация приобретает при хлорировании органосодержащих вод. На рис.3 проведена кривая хлоропоглощаемости свободного хлора (кривая 2) и связанного хлора (кривая 1). Как видно на рис. 3, для обеззараживания воды в соответствии с ГОСТ 2874-82 требуется связанного хлора в 3,4 раза меньше. Вместо 3,3 мг/л свободного хлора достаточно всего 1,4 мг/л связанного хлора, для получения которого требуется 1,4 мг/л жидкого хлора и 0,35 мг/л аммиака. Таким образом, добавление в обрабатываемую воду 0,35 мг/л аммиака позволяет экономить 1,9 мг/л жидкого хлора. Кроме этих двух важных преимуществ, аммонизация обеспечивает консервацию остаточного хлора в резервуарах, водоводах и водопроводной сети, которая, в конечном счете, также дает экономию хлора.

Исследование процессов аммонизации воды Северо-Крымского канала проводилось в 1999-2001 годы с участием НИКТИ городского хозяйства. Аммонизация воды выполнена на водоочистной станции "Межгорное" по схеме представленной на рис.7.4.

Опыт внедрения технологии преаммонизации на симферопольском водопроводе показывает, что она позволяет сократить в два раза расход жидкого хлора, пролонгировать действие остаточного хлора до 15 часов и отдельных случаях отказаться от вторичного хлорирования воды. При этом концентрация хлороформа после отстойников сократилась в 10 раз, в резервуарах чистой воды его содержание составило 60 % от уровня хлороформа без аммонизации. Установлено, что оптимальное соотношение аммиака и хлора является 1:4 или 1:6. Увеличение дозы аммиака позволяет дополнительно снизить концентрацию хлороформа, но это приводит к чрезмерному содержанию аммиака в обработанной воде.

На практике используют аммиачный агент - 25-процентную аммиачную воду марки "А", производимую Днепродзержинским, Черкасским и другими заводами "Азот" по ГОСТ 9-92 "Аммиак водный технический. Технические условия". Для дозирования аммиачной воды используют насосы типа НД или дозаторы фирм "Грундфос", "Варнина" и др. Аммонизация питьевой воды разрешена органами здравоохранения для применения с целью водоочистки.

В заключении можно отметить, что применение аммонизации очищаемых вод обеспечивает:
• экономию хлора при обеззараживании органосодержащих вод;
• стабилизацию хлора в воде и продление времени его действия до 10:20 часов;
• предотвращение образования канцерогенных веществ, при хлорировании воды с загрязнениями антропогенного и природного происхождения;
• уменьшение коррозии стальных трубопроводов;
• снижение интенсивности запаха и привкуса хлора, особенно ощутимого в летнее время.