Расчет расхода гипохлорита натрия для очистки питьевой воды
В статье на примере рассматривается дозирование гипохлорита натрия в системе водоподготовки небольшого предприятия или домохозяйства.
Для первичного хлорирования будет использоваться гипохлорит натрия NaClO (ГОСТ 11086-76) марки А, который разрешен
для обеззараживания питьевой воды, дезинфекции и отбелки. Это жидкость зеленовато-желтого цвета с содержанием активного
хлора не менее 190 г/л. Напомним, что в соответствии с ГОСТ по истечении 10 суток допускается потеря до 30% активного
хлора относительно первоначального содержания, а также изменение окраски раствора до красновато-коричневой.
Плотность растворов гипохлорита натрия, полученных хлорированием каустической соды без выделения твердого NaCl
10 | 3,0 | 1020 | 110 | 8,0 | 1160 |
20 | 3,5 | 1040 | 120 | 8,5 | 1170 |
30 | 4,0 | 1050 | 130 | 9,0 | 1180 |
40 | 4,5 | 1070 | 140 | 9,5 | 1200 |
50 | 5,0 | 1080 | 150 | 10,0 | 1210 |
60 | 5,5 | 1090 | 160 | 10,5 | 1220 |
70 | 6,0 | 1010 | 170 | 11,0 | 1240 |
80 | 6,5 | 1020 | 180 | 11,5 | 1250 |
90 | 7,0 | 1030 | 190 | 12,0 | 1260 |
100 | 7,5 | 1050 | 200 | 12,5 | 1270 |
Выбор концентрации рабочего раствора
Для того чтобы определить необходимую концентрацию раствора в расходных баках (в том случае, если в СНиПе или
других нормативных документах нет относительно этого никаких указаний), прежде всего необходимо узнать предел
растворимости вещества при данной температуре. Для большинства реагентов, используемых в системах водоподготовки,
данные по растворимости и плотности растворов можно найти в справочнике Лурье.
Раньше для дозирования преимущественно использовали сильно разбавленные растворы, что объяснялось несовершенством
дозаторов реагента. В настоящее время воспроизводимая точность дозирования даже самых простых дозирующих насосов,
представленных на российском рынке, составляет не менее ±5%, а германские концерны поставляют на российский рынок
мембранные электромагнитные дозирующие насосы с точностью дозирования ±2%.
С учетом того, что площади для оборудования водоподготовки в котельной или на производстве, как правило, очень
небольшие и установка больших растворных и расходных емкостей невозможна, применение более концентрированных
рабочих растворов является оправданным. При этом основным фактором выбора становится стойкость материалов
проточной части дозирующего насоса по отношению к рабочему раствору.
Сегодня большинство компаний, поставляющих дозирующие насосы, предлагают модели в нескольких вариантах в
зависимости от материала проточной части. В базовой комплектации они поставляют это оборудование с проточной
частью, выполненной из полипропилена с уплотнениями из этилен-пропилена EPDM. Как опции предлагаются дозирующие
головки из непластифицированного поливинил-хлорида PVC-U с уплотнениями из фторсодержащего каучука FPM (Viton),
политетрафторэтилена PTFE (Teflon) или нержавеющей стали.
При определении стойкости материала проточной части и уплотнений можно опираться на таблицы совместимости
ASV Shtubbe Gmb и Georg Fischer. Из них, например, следует, что при температуре раствора до 40°С полипропилен
и этилен-пропилен совместимы с раствором гипохлорита натрия только до концентрации 2% по активному хлору.
Большинство итальянских фирм, чьи дозирующие насосы широко представлены на российском рынке, для своего
оборудования с проточной частью из полипропилена называют цифру до 12–14%. Однако опыт эксплуатации таких
насосов показывает, что уплотнения из EPDM абсолютно несовместимы с гипохлоритом натрия с концентрацией по
активному хлору выше 2%. Кроме того, точность дозирования насосов с проточной частью, выполненной из полипропилена,
при дозировании раствора гипохлорита натрия снижается – по-видимому, из-за изменения формы и сечения
каналов дозирующей головки насоса.
Поэтому при использовании рабочего раствора гипохлорита натрия с концентрацией по активному хлору более 2%
правильным будет выбор насоса с проточной частью, выполненной из поливинилхлорида PVC или акрила с уплотнениями
из фторсодержащего каучука Viton. Поливинилхлорид – так же как и материал уплотнений Viton – полностью совместим
с любыми концентрациями гипохлорита натрия при температурах рабочего раствора до 40°С. Еще один плюс дозирующих
головок из PVC: обычно в таких головках каналы несколько больше, чем в головках из полипропилена. Это особенно
важно для дозирования гипохлорита натрия, т. к. для приготовления раствора, как правило, используют не умягченную
исходную воду и из раствора может выпадать осадок карбоната кальция (поскольку гипохлорит натрия содержит едкий
натр, и pH раствора обычно не менее 8,5). Особенно заметные отложения образуются после продолжительного отключения
насоса, т. к. большинство специалистов, обслуживающих подобные системы, пренебрегают инструкциями по эксплуатации
и не промывают дозирующие головки насосов водой при остановке. В результате насосы с узкими каналами проточной
части могут полностью блокироваться отложениями.
Итак, принято решение использовать дозирующий насос с проточной частью из поливинилхлорида. Стойкостью материала
проточной части мы теперь не ограничены, и выбор концентрации рабочего раствора облегчается. С учетом того, что
товарный раствор гипохлорита менее стойкий, чем такой же раствор, разбавленный вдвое, мы принимаем решение
дозировать раствор с концентрацией 8% по свободному активному хлору.
Расчет расхода дозирующего насоса
Необходимо рассчитать, сколько требуется дозировать рабочего 8%-ного раствора гипохлорита натрия для поддержания
в воде концентрации 8,5 мг/л.
Доза по активному хлору: n100% = 8,5 мг/л. Концентрация рабочего раствора: η= 8% (90 г активного хлора в литре).
Плотность рабочего раствора: ρ = 1130 г/л. Расход воды по основной магистрали: Qчас = 10000 л/ч.
Тогда:
n8% = (n100% × 100%) / η = (8,5 мг/л × 100%) / 8% = 106,25 мг/л →
mчас = (n8% × Qчас) / 1000 = (106,25 мг/л × 10000 л/ч) / 1000 = 1062,5 г/ч →
qд.н. = mчас/ρ = 1062,5 г/ч : 1130 г/ч ≈ 0,94 л/ч
Таким образом, при расходе воды по основной магистрали 10 м³/ч для поддержания дозы свободного хлора 8,5 мг/л
необходимо дозировать 0,94 л/ч рабочего 8%-ного раствора NaClO.
При круглосуточной работе расход рабочего 8%-ного раствора гипохлорита натрия составит 17,5 л/сут.
Следует учитывать, что объем расходной емкости для раствора гипохлорита натрия не должен превышать
семидневный запас реагента, и помнить, что гипохлорит натрия нестоек, его концентрация постепенно снижается.
В нашем случае предпочтительным вариантом является использование расходного бака объемом 100 л, что позволит
готовить раствор примерно один раз в шесть суток.
Остается только рассчитать, сколько необходимо взять товарного раствора (190 г хлора на 1 л),
для того чтобы получить 100 л рабочего 8%-ного раствора.
Дано: товарный раствор гипохлорита натрия w1Cl2 = 15%; плотность товарного раствора ρтов = 1260 г/л.
Требуется: получить 100 л рабочего раствора (V2) гипохлорита натрия w2Cl2 = 8%;
плотность рабочего раствора ρраб = 1130 г/л.
1. Вычисляем массу раствора, который следует приготовить:
m2 = V2 × ρраб = 100 (л) × 1130 (г/л) = 113000 (г);
2. Рассчитываем количество хлора, находящегося в этом растворе:
m2Cl2 = (m2 × w2Cl2;) / 100 = (113000 × 8%) / 100 = 9040 (г);
3. То же количество хлора должно содержаться и в товарном растворе, т. е.:
m1Cl2 = m2Cl2 = 9040 г.
4. Определяем массу товарного раствора гипохлорита натрия с концентрацией 15%:
m1= (m1Cl2 × 100) / w1Cl2 = (9040 × 100) / 15% ≈ 60266 (г);
5. Вычисляем объем требуемого товарного раствора гипохлорита натрия:
V1 = m1/ρ1 = 60266 (г) / 1260 (г/л) ≈ 47,8 (л)
Таким образом, для приготовления 100 л рабочего 8%-ного раствора гипохлорита натрия
необходимо взять примерно 48 л его товарного раствора.
Подбор комплекса дозирования системы водоснабжения требует от проектировщиков серьезной
инженерной проработки, глубокого знания номенклатуры дозирующих насосов и их комплектующих,
умения работать со справочной литературой.
|