Текст
Л. А. КУЛЬСКИЙ
К?.
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ
И ОЧИСТКА ВОДЫ ХЛОРОМ
А)
ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
40СКВА
1947 ЛЕНИНГРАД
Книга дает основные сведения по теории и практике хлорирования воды.
В ней приводятся расчеты аппаратуры для испарения, дозирования и растворения хлора в воде. Даиы теоретические и экспериментальные данные по электролитическому хлорированию.
Описаны советские и заграничные конструкции хлораторов и электролитических установок и в частности конструкции автора.
Книга была написана в период Великой Отечественной войны и в ней отражены специфические условия, выдвинутые требованиями военного времени.
Эти разделы книги представляют значительный интерес В частности, материал по обезвреживанию воды от БОВ имеет чисто теоретический характер, так как опыта в этой области в условиях Великой Отечественной войны не было.
Книга предназначена для инженеров, техников и химиков, работающих в области "чистки воды.
ОТ АВТОРА
Данная книга, подготовленная издательством к выпуску в 19^ г., из-за условий военного времени не могла быть своевременно отпечатана и потому была заматрицирована.
В связи с этим в книге не нашли отражения более поздние литературные сведения и результаты исследований автора, выполненных после 1943 г. Кроме того, не было внесено в книгу и произведенное, в целях уточнения классификации, изменение марок разработанной автором аппаратуры, а именно: не исправлена марка гип'хлоритной электролитической установки КГ-10 на КГ-12, а также электролитического полевого хлоратора ЛК-12 на ЛК-17, под которыми эти аппараты сейчас используются на практике. Не могли быть исправлены а книге и некоторые неточности и опечатки, замеченные впоследствии.
7 IV 1947 г.
Л. Кульский.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящей книге автор стремился наметить и теоретически обосновать пути рациональной очистки и обезвреживания воды хлором, как в чистом его виде, так и в комбинировании с другими препаратами, усиливающими и ускоряющими эти процессы.
Материал книги систематизирован с учетом требований, выдвигаемых условиями военного времени, когда необходимо предусмотреть возможности бактериального и химического нападения врага, а рассчитывать следует, главным образом, на имеющиеся средства и местное сырье. В книге предлагаются простые и надежные методы очистки воды и аппаратура, которая может быть применена при восстановлении разрушенных водопроводов и водоочистных сооружений; освещаются также вопросы обезвреживания и очистки воды в полевых условиях.
Хлорирование, как простое и эффективное средство, широко используемое вашими водосанитарными органами, положено в основу описываемых процессов и методов обработки воды.
Основным материалом для настоящей книги послужил ряд экспериментальных исследований группы Технологии воды Ин-та Химии Акаде-мииНаук УССР,выполненных лично автором пли совместно сего сотрудниками (А. И. Когановским, II. Т. Гороновским. 31. А. Шевченко и др.) на протяжении ряда последних лет.
В оформлении книги и подбора материалов большую помощь оказали сотрудники группы И. Т. Гороновекий, А. М. Когановский, В. М. Саввина и П. Я. Френкель.
Ряд ценных указаний и исправлений при редактировании книги был сделан Заслуженным деятелем науки профессором А. Н. Сысиным, членом-корреспондентом Академии наук УССР профессором Г. И. Сухо-мелом. профессором Я. А. Фиалковым и ответственным редактором этой книги пнж. А. С. Коганом.
Многие трудности, возникшие в процессе работы над книгой, а также при ее издании, были преодолены благодаря активной помощи Наркома Коммунального Хозяйства БАССР С. А. Фролова. , . -
Автор считает своим долгом выразить всем упомянутым лицам глубокую благодарность.
.1. Кульекий.
ВВЕДЕНИЕ
Бактериальное заражение источников водоснабжения нередко было началом многих грозных эпидемий, охватывавших целые области. Холера в России в 1908—1910 гг., эпидемия брюшного тифа в 1910—19111 г. являлись прямыми результатами отсутствия дезинфекции воды.
За границей еще в 1892 году во время холерной эпидемии была произведена дезинфекция сточных вод в Гамбурге, причём в качестве дезинфицирующего средства был использован раствор хлорной извести. Два года спустя М. Траубе 1 предложил применить хлорную известь и для дезинфекции питьевых вод.
После работ Коха и Ниссена, экспериментально доказавших бактерицидное значение хлорной извести, с 90-х годов прошлого столетия проблема хлорирования воды начинает интересовать многих исследователей. Мысль о применении газообразного хлора для дезинфекции вод была высказана впервые еще в 1896 г. Д. Харгривсом, но первые опыты в этом направлении относятся лишь к 1906—1907 гг., когда Э. Фельбс опубликовал свои работы по очистке сточных вод. Дальнейшие искания принадлежат Бебли Крику, впервые употребившему газообразный хлор при стерилизации воды в Чикаго, и Форт-Майеру, работавшему над первыми приборами для дозирования и введения в воду жидкого хлора 2>3.
В 1910 г. в США химиком Орнштейном была разработана удачная конструкция такого аппарата-хлоратора. Ряд успешных опытов по дезинфекции вод с помощью этого прибора способствовал быстрому развитию хлорирования газообразным хлором в США, Германии, Англии и других странах. Значительным стимулом к этому явились и разработанные около того же времени методы хранения и транспортировки жидкого хлора в балло-зах. В 1930 г. в США насчитывалось уже свыше 6 000 водопроводов, очищающих этим способом до 20 000 000 м3 воды в сутки. <
Насколько большое распространение получило хлорирование, как метод обработки вод, могут свидетельствовать хотя бы данные об очистке водопроводной воды в Канаде 4>6. На 274 водопроводах Канады очистка воды производилась различными методами, причём обработка воды только фильтрацией проводилась на 7 водопроводах, фильтрацией с хлорированием на 123, только хлорированием на 132, фильтрацией и ультрафиолетовыми лучами на 1, умягчение и обезжелезивание проводилось на 2 водо-
проводах и обработка воды другими методами проводилась на остальных 9 водопроводах.
Хлорирование воды в России было впервые применено в 1910 году сперва как принудительная мера во время эпидемий холеры (г. Кронштадт) и брюшного тифа (нижегородский ярмарочный водопровод).
На территории России к этому времени насчитывалось уже 278 городских и сельских водопроводов, преимущественно мелких. Из них 60% питались подземной водой, остальные — водой из рек и притом в значительной части без всякой предварительной очистки.
Гор. Петербург до 1911 г. пользовался водой из Невы почти в натуральном её виде. Следствием этого была очень высокая смертность от брюшного тифа и частые эпидемии холеры. Петербург занимал одно из первых мест по высоте смертности (100 и более случаев на 100 000 чел.) от брюшнотифозных заболеваний. После того, как в 1911 г. для Петроградской стороны была построена фильтроозонная станция, а с 1913 г. введено обезвреживание воды хлорированием и на Главной станции, смертность начала снижаться, и к 1925 г., когда все водопроводные станции Ленинграда обезвреживали воду хлорированием, смертность от брюшного тифа дошла до 10 на 100 000 чел.
Период с 1910 по 1913 гг. является началом развития хлорирования питьевых вод в России. В эти годы хлорирование впервые получает у нас применение на городских и железнодорожных водопроводах, причём применяется оно как постоянная или временная мера. Внедрению этого метода способствовали дешевизна, несложность оборудохания и, самое главное, положительный эффект, получаемый при хлорировании®. Однако широкое развитие хлорирование приобрело только в 1914—1918 гг. Этому содействовали: во-первых, потребность в быстрой и радикальной дезинфекции питьевой воды массового пользования при наблюдавшихся многочисленных кишечных инфекциях водного происхождения в ряде городов и населённых пунктов; во-вторых, необходимость в кратчайший срок удовлетворить санитарные требования сосредоточенных во гремя мировой, войны на фронтах больших войсковых масс; в-третьих, усиленное производство хлора, начавшееся в период войны и обеспечившее возможность использования его для дезинфекционных целей.
Первоначально у нас, как и за границей, хлорирование воды производилось раствором хлорной извести. Лишь с началом социалистического строительства, когда в 1928—1929 гг. появились первые аппараты для дозирования хлора советской конструкции, наши водопроводы получили возможность широко пользоваться для обезвреживания i оды газообразным хлором. Этот метод дезинфекции год стал приобретать повсеместное применение, и в настоящее время в СССР хлорирование является общераспространённым непременным способом обезвреживания воды7.8.
Советская техника насчитывает значительное количество конструкций аппаратов, позволяющих хлорировать воду в стационарных и полевых условиях и работать как на растворах хлорной взвести, так и на газообразном хлоре. После начала Отечественной войны у нас еще было применено так называемое электролитическое хлорирование с помощью сконструированных для водопроводов электролитических гв-похлоритпых установок и хлорных ванн.
Значительно более широкое использование хлора для обезвреживания воды в условиях военного времени требует наиболее рациональных методов хлорирования воды для всего многообразия случаев, с которыми приходится сталкиваться на практике.
При наличии реальной угрозы применения химической и бактериологической войны, особенно важно создать условия, i арантпрующие от содержания в воде патогенных микроорганизмов и ядовитых веществ. Именно поэтому широкое применение получила водоочистка в первую империалистическую войну п ещё более серьёзное значение она приобретает сейчас.
Интересно напомнить, что сосредоточение армии свыше 500 000 чел. в местах, 1де население не превышало 30 000 чел., было не редкостью в войну 1914—1918 гг., и создавало большие трудности в водоснабжении. • ти трудности, например, летом 1915 года грозили французской армии срытом всей кампании, и только создание специальной службы водоснабжения, проведшей ряд энергичных мероприятий, помогло ликвидировать этот прорыв 8.
Итальянские фашисты, ведя захватническую войну в Абиссинии и придавая воде исключительное значение как эпидемиологическому фактору, оюспечили получение доброкачественной воды в Эритрее до 2 млн. л, а в Сомали 7 млн. л ежедневно, и несмотря на это норма снабжения водой одного человека была в 5 раз меньше установленной итальянским командованием 10.
Современная воина носит маневренный характер, с быстрой перегруп-лровкой войск, с концентрированием больших ударных армий на небольшой территории, и потому требует ешё более мощных установок для водо-набжения, а также надбитых средств очистки воды, обеспечивающих ;,олжпое бактериальное качество и освобождение её от ОВ.
Для воды представляет опасность заражения её патогенными микробами, вызывающими заболевания холерой, дизентерией, брюшным тифом, паратифом, сапом, сибирской язвой, инфекционной желтухой, туляремией, бруцеллёзом и др. Кроме возможного применения культур этих бактерий в чистом виде, можно привести в качестве примеров бактериологических средств заражения воды отравление колодцев испражнениями больных (при отступлении немцев в конце 1916 г. и) и отравление басмачами колодцев в Средней Азии птомаинами — трупными ядами.
Для химического отравления воды с наибольшим эффектом могут быть применены веще тга. хорошо растворимые п пей, не меняющие ее внешнего вида, вкуса п запаха, медленно гидролизующиеся или дающие ядовитые продукты гидролиза. К таким ОВ относятся иприт, мышьякосодержащие ОВ, цианистые соединения и, в меньшей степени, другие вещества.
Несмотря па то, что количество бактерий и ОВ, которыми можно отравить воду, очень велико и повидимому, этот арсенал может быть пополнен ещё новыми, неизвестными нам видами бактерий и ОВ, борьба с ними значительно облегчается правильной классификацией их на основные группы, с учётом специфических особенностей, и групповыми средствами борьбы с ними.
В связи с этим особенное значение приобретает, во-первых, организа-
впп противохимической обороны водоснабжения и, го-вторых. наличие точно выработанных меЛдов контроля качества воды и действенных методов водоочистки, причем схема очистки воды должна быть проста; в то же время она должна предусматривать все возможные случаи заражения, загрязнения и отравления воды.
j Одним из наиболее действенных и доступных средств борьбы, как против бактериальных, так и против ряда химических мер заражения воды, является обработка её хлором. Хлор, как сильный окислитель, разрушает органические соединения, находящиеся в воде, убивает бактерии, способствует гидролизу и изменяет строение молекул ряда ОБ, тем самым переводя многие из них в неядовитые соединения. Так, например, вода, содержащая 86 мг/л иприта, полностью обезвреживается уже 40 мг/л хлора12.
Для обезвреживания воды от БОВ, содержащих мышьяк, ничтожная доза которого вызывает смерть (около 0,1 г), хлор также служит весьма аффективным средством, которое совместно с солями железа, применяемыми в качестве коагулянта, гарантирует качественную очистку воды.
Таким образом в данный момент хлорирование, кроме его санитарно-профилактического значения, приобретает большой интерес и как один из возможных методов очистки воды от ОБ, как перспективное средство химической очистки воды для технических целей и. наконец, как эффективный подсобный способ улучшения процессов коагуляции, филироха-нпя и других методов её обработки.
Работы, проведенные в период Отечественной войны, показали, что задачи очистки, улучшения состава воды и обезвреживания её путем хлорирования могут получить ряд новых решений, существенно рационализирующих эту проблему технологии питьевых вод.
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛОРА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ПРОЦЕССАХ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ
И ОЧИСТКИ ВОДЫ
1. Некоторые сведения о хлоре
Война 1914—1918 гг. способствовала быстрому развитию производства хлора во всех странах, и сейчас выработка хлора занимает значительное место среди других отраслей химической промышленности.
Производство хлора впервые было основано в Англии в 1824 году и являлось спутником производства соды «по Леблану». До конца 19-го столетия хлор добывался почти исключительно химическим путём (способы Вельдона и Дикона) из соляной кислоты, являющейся побочным продуктом при производстве сульфата.
Первый завод, на котором получение хлора было основано на способе электролитического разложения раствора поваренной соли, был пущен во Франкфурте-на-Найне в 1890 году и с этого времени во всех странах химические способы получения хлора были, в основном, вытеснены; они сохранились лишь на единичных установках второстепенного значения.
Электролитический способ получения хлора,с одновременным получением каустической соды и водорода, был сразу оценён по достоинству. В результате многочисленных пселодований, усовершенствовавших технологический процесс и аппаратуру, этот способ получил за последние 20 лет огромное развитие.
Производство хлора электролитическим путём технически проще и экономически выгоднее химических способов. Электролитическое получение хлора заключается в следующем: при прохождении постоянного тока ч<-~ [ ез раствор хлорида натрия на аноде выделяется хлор, а на катоде происходит разряд ионов водорода и образование щёлочи. Устанавливая между анодом и катодом диафрагму, обеспечивают разделение продуктов электролиза. При этом па электродах протекают следующие процессы;
на аноде: 2CV — 2Q —> С13 на катоде: 211 • -I- 2у —> Н.,
В настоящее время в Европе и Америке имеется ряд крупнейших установок, производящих по 100 п более тонн хлора в сутки. Мировая производительность хлорных заводов в 1936—1937 гг. определялась приблизительно в 1 300 000 т хлора в год I2.
В период второго мирового экономического кризиса 1938—1940 гг. на фоне общего застоя промышленности, производство хлора во всех стра-8
нах непрерывно увеличивалось. Это вызывалось большой потребностью» хлора как в военной промышленности, так и во всем мировом хозяйстве.
Применение хлора чрезвычайно многообразно. Хлор потребляется при производстве белильной извести, гипохлорита кальция, калия и натрия, бертолетовой соли, хлороформа, фосгена, дифосгена, хлорпикрина, хлорацетофенона, в резиновой промышленности, при извлечении золота из руд, при обработке нефтяных погонов, для удаления запаха керосина и газолина и в целом ряде других производств.
Большое количество хлора идет на отбеливание в бумажной и текстильной промышленности.
Широко пользуются хлором (особенно в виде хлорной извести) в качестве дезинфицирующего средства. Особенно крупное развитие получило-во всех странах применение хлора для очистки питьевых и сточных вод.
Запасы хлора на земном шаре велики, однако благодаря своей исключительной способности вступать с другими веществами в химические соединения хлор встречается в природе только в связанном состоянии (в свободном состоянии хлор входит иногда лишь в состав вулканических газов). Наиболее распространёнными соединениями хлора являются хлориды натрия, калия и магния. Эти соли находятся либо в виде мощных отложений, достигающих до 300 и более метров в толщину, либо в растворённом состоянии в воде морей, солёных источников и т. д.
По данным академика Ферсмана 3, содержание хлора в верхней толще земли (до 15 км) равно по весу около 0,2% и в морской воде 2,07%. В тоннах количество хлора, находящегося в солях, растворённых в морской воде, выражается числом 25Х1015.
Значительное количество всего мирового запаса хлора находится в пределах СССР. Этот запас при самом широком его потреблении может обеспечить нашу промышленность на тысячи лет.
2. Физические константы хлора и растворимость его в воде
Физические свойства хлора
Хлор представляет собой газ жёлто-зелёного цвета, что и послужило-основанием для Деви предложить назвать этот газ chlorine или СЫо-ris gas от греческого слова XZwss;—жёлто-зелёный. Порядковый номер хлора в Менделеевской таблице 17. Он является смесью трех изотопов е массами 35, 37 и 39. Атомный вес хлора 35,467.
Хлор может находиться в трёх состояниях: газообразном, жидком и твёрдом.
Критическая температура хлора 143,9е; критическое давление 76,1 атм.; критическая плотность 0,573; в нормальных условиях точка кипения — 34,7°; точка плавления — 101,5е.
Удельная теплоёмкость (Ср) газообразного хлора при постоянном давлении (1 атм.) в интервале от 13 до 220° равна 0.1241 калорий. Отношение
Удельная теплоёмкость жидкого хлора г интервале температур от 0 до 24“ равна 0, 2262 кал. Теплота испарения на 1 г хлора при температуре равна 62,7 кал.
Теплопроводность газообразного хлора при 0е рагна 182,9 >z10~7 na.i/см-сек. град 4.
Коэфициент теплопроводности жидкого хлора экспериментально не установлен, но может быть приближённо вычислен по формуле Вебера 5:
1.29СО (1)
\М] '
где: D — удельный вес,
С — удельная теплоёмкость хлора, М — молекулярный вес.
Вычисленный по формуле (1) коэфициент теплопроводности равен 0,112.
Коэфициент расширения жидкого хлора в пределах температур от —30до0° равен 0,00179 (Книтч). Коэфициент сжатия жидкого хлора при -4-35,4° равен 0,000225. В пределах температур от 0 до 184,4° и давлений от 0,00569 до 1,6960 атм. свойства хлора отклоняются от законов идеальных газов.
Один лит}) хлора при 0° и давлении 760 мм ртутного столба весит 3,220 г, т. е. приблизительно в 2,5 раза тяжелее воздуха. Один грамм хлора при 0е и 760 мм ртутного столба занимает объём 0,3158 л. Удельный вес жидкого хлора при -[-15° равен 1,4256,
Для вычисления удельного веса при любой температуре Книтч 6 предложил эмпирическую формулу:
£> = 1,6583346 — 0,002003753 [Z°-f-80 + 0,0545596743 (Z° + 80)2J. (2)
Нормальный потенциал хлора по отношению к водородному электроду -=1.36 V (Ремп).
Упругость наров жидкого хлора при разных температурах по Пелла-тон у 7 приведена в табл. 1.
Таблица 1
Упругость паров жидкого хлора
Г Упругое гь 11J J-о ь Упругость паров Упругость паров
— ' !! к 12 , \ М '1 1 , V 1 гг м. । 7 и 21 , 58 атм.
J , '0,4 »> 1 — ill 2,60 » 23, «4 »
'.'0 20,0 >> 3,08 » ; 8о 26,26 »
\ .) и ’ ,; । >> ; 0 3,64 » -Ь. , 28,64 >}
0 0, 0 » 4,25 » , 9и 31,54 >>
- - » .» 82,0 » 1 + 10 4,96 » : + 95 34,4 9 »
- 70 112,0 » + 15 5,69 » ; + 100 -!', /,(1 »
— 0 5 155,0 » ' л- 20 6,5 7 » , +10 3 40, в9 »
- 0 0 215,6 » + 25 7,49 » -с ПО 44,44 »
—- л ;i 27 8,0 + 30 8, 60 » j 4-115 48,24 »
-- 5 0 362 , " » + 35 9,84 » : 4-120 52,44 а
— 1 > 4 65 , U >> + 40 11,14 » 1 4-125 56,99 »
— 40 50 5,0 » + 45 12,02 » ) +130 61.44 >>
7 \ 5 , 0 » + 50 14, 14 » i +135 Во , 34 >>
— 34, э 760,0 » 4-55 15,84 » 4 140 71,44 *
1,21 атм. 1,49 » + 60 + 65 17, 59 19,49 » » 1 79,4 4 »
Растворимость хлора в воде
Растворимость хлора в воде в зависимости от температуры и давления показана в табл. 2 (таблица высчитана Адамсом и Эдмондсом 8 по уравнению Аркадьева 9 и данным Яковкина 10).
Как видно из табл. 2, растворимость хлора растет ври понижении температуры и увеличении давления газообразного хлора. Однако г<
'Г Ил и г; а ’
Растворимость хлора в подо в паппсимостп от даплсиип и температуры
Пав ленив о°с 10° с 20° С 30° с 40° С 50° С 60° С 70° С 80° С 99° С 100° с | 1 10° С
в мм рт. столба Содержание хлора в граммах на литр
5 0,488 0,451 0,4 38 0,421 0,412 0,390 0,383 0,369 0,351 0,339 0,326 0,316
10 б; 679 0,603 0,075 0,553 0,532 0,512 0,492 0,470 0,447 0,431 0,415 0,402
30 19 21 1,024 0,937 0, 873 0,821 0,781 0,7 43 0,704 0,671 0, G 42 0,627 0,598
50 1 717 1,354 1 , 2 i(l 1,106 1,573 1,025 0,962 0,912 0,863 0,815 0,781 0,747 0,72 2
1 ПО 9? 6 7 5 2, 09 1,773 1 j 424 1,313 1,32 8 1,149 1,085 1,034 0, 987 0, 950
150 3*81 4,78 6 71 2,73 2,2 7 1,966 1, 754 1,599 1,482 1,382 1,294 1,227 1, 174 1,137
200 3,35 2,7 4 2,34 2’, 06 1,856 1,706 1 , 580 1,479 1,396 1,333 1,276
250 3i95 3, 19 2,69 2, 34 2,09 1,91 4 2, Ю 1, 764 1,642 1,553 1,480 1,413
яоо 4,54 3,63 3,03 6 ДИ 2,31 1,932 1,793 1,700 1,610 1,542
350 5,13 4,06 3,35 2,86 2,58 2,28 2,10 1,940 1,831 1,736 1,661
400 5Л 1 4,48 3,69 3, И 2,74 2,4 7 2,25 2,08 1,965 1,854 1,773
450 6,26 4,88 3,98 3,36 2,94 2,6 4 2, 41 2,22 2,09 1,972 1,880
500 6,85 5,2 9 4,30 3,61 3,14 2,80 2И9 2,85 2,21 2,08 1,986
550 7,30 5,71 4,60 3,8 4 3, 33 2,97 2,47 2,32 2,19 2,09
600 7Д)7 6,12 4,91 4,08 3,52 3,13 2, 83 2,59 2,4 3 2,29 2,19
650 8,52 0,5 2 5,21 4,32 3,71 3,29 2,97 2,72 2,55 2,41 2,28
700 90 9 6,90 5,50 4, 5 4 3,89 3,4 4 3, 10 2,84 2,66 2,60 2,37
750 9,6 5 10,21 7,29 5,80 4,77 4,07 3, 59 3,23 3,37 2,96 2,76 2,60 2,69 2,47
800 д 7,69 6,08 4,99 4,27 4,62 3,75 3, 08 2,87 2,56
900 8,46 6,68 5, 4 4 4,04 3,63 3,30 3, 08 2,89 2,74
1000 -J? 9,27 7,27 5,89 4,97 4,36 3,88 3, 53 3,28 3,07 2,91
1200 о О 10,84 8, 42 6,81 5,67 4,92 4,37 3,95 3,67 3,43 3,25
1500 13,23 10,14 8,05 6,70 5,76 5,09 4,58 4,23 3,95 3,74
2000 17,07 13,02 10, 22 8,38 7,14 6,26 5,63 6,61 5,17 4,78 4,49
2500 21,01 15,84 12, 32 10,03 8,48 7,40 6,05 6,92 5,59 6,38 5,25
3000 О 18,73 14, 47 11,70 9,83 8,52 7,54 5,97
3500 4000 4500 0000 о оо О 21,7 24,7 27,7 30,8 16,62 18,84 20,7 23,3 13,38 15,04 16,75 18,46 11,22 12,54 13,88 15,26 9,65 10,76 11,91 13,01 8,53 9,52 10,46 11,42 7,79 8,65 9,49 10, 35 7, 16 7,94 8,72 9,48 6,72 7,42 8, 13 8,84
при низких температурах образуются гидраты хлора (вероятный «остаь которых указан в таблице), выпадающие из воды и таким образом определяющие предельную концентрацию хлора в воде.
Экспериментальные данные по растворимости хлора в воде, полученные в более поздних исследованиях Визера и Вивиана11, хорошо сходятся с таблицей Адамса и Эдмондса.
Растворимость хлора в воде в зависимости от температуры п давления может быть также определена при помощи номограммы (рис. 1), составленной Дэвисом12 на основании полученных рядом исследователей экспериментальных данных*.
Аркадьевым и Волковой 13 была установлена зависимость между растворимостью хлора и его концентрацией в воздухе. Этими авторами было
.------------ t
♦ Пользование номограммой производится следующим образом:
Для определения растворимости хлора в г на 100 г. воды при температуре 20 °C и парциальном давлении хлора 0/3 ат.м. деление 0,6 на шкале Рь соединяем с делением 20 на шкале и полученную линию продолжаем до шкалы Р>. Д «лее соединяем деление 0,6 на шкале с делением 20 на шкале Lj и полученную линию продолжаем ди пересечения с шкалой ₽,. Точки пересечения проведённых линий со шкалами Pi и р2 также соединяем прямой, пересечение которой со шкалой S определяет искомую растворимость, равную в давним случае 4,о г ;см. ключ, приведённый на номограмме).
12
установлено, что по мере уменьшения равновесной концентрации хлора в воздухе относительная растворимость его в воде увеличивается. Ими же. была выведена зависимость следующего вида:
72,5
У= —4- 1,7б, у (1000С)2
где: V — количество объёмов хлора, которое может раствориться в одном объёме воды,
1000 С — концентрация хлора в миллимолях.
Если через х выразить концентрацию хлора в атмосфере, а через ¥— концентрацию его в воде в состоянии равновесия, то вследствие гидролиза его растворимость не подчиняется закону Генри, что было установлено рядом авторов (Роско м, Джонсом 16, Яковкиным и Титовым16).
Титов и Волкова проверили экспериментально значение величины ~ в зависимости от концентрации хлора в газовой фазе. Результаты их исследования приведены в табл. 3.
Таблица 3
X
Коэфициент распределения — хлора в воде
X в миллимолях
X в миллимолях
X
X
24,36
19,40
12,87
7,55
6,99
2,88
1,07
0,99
2,5
2,6
2,9
3,8
3,9
5,4
10,4
12,3
0,50 0,44 0,37 0,36 0,27 0,25
0,07
19,1 22,2 23,7
24,1
24,6
29,0
51,8
Коэфициент диффузии хлора в воде при температуре воды 12° равен 1,22 см2/сутки п.
Начальная скорость растворения хлора в воде (первые 40 мин.) при соприкосновении газа со спокойной поверхностью, по данным В. В. Стендера 18, равна 0,0984 мл на 1 см2 при температуре 22°С.
Скорость абсорбции хлора водой при перемешивании выражается уравнением:
где: F— объём жидкости, абсорбирующей газ, t — время,
Сп — концентрация насыщенного раствора, — концентрация раствора в момент t, К — коэфициент скорости абсорбции хлора водой, S — площадь раздела фаз: газ — раствор.
Применимость данного уравнения подтверждена результатами нашего исследования 59.
Полученные данные иллюстрируются табл. 4.
T j б .1 и п a 4
Применимость уравнения абсорбции газов в растворению хлора в воде
t в минутах С л в г/л КЗ Среднее значение KS Отклонение от среднего значения
абсолютное относительное в %
1 0,50 0,059 —0,001 — 1,7
2 0,93 0,056 —0,004 —6, 7
3 1,45 0,060 0,000 0,0
4 1,90 0,061 + 0,001 + 1,7
5 2,29 0,060 } 0,060 0,000 0,1'
7 3,00 0,060 | о,ооо 0,0
<0 3,99 0,061 1 + 0,001 + 1,7
12 4,5 3 0,061 -Н), 001 + 1,7
15 5,35 0,062 ' э-0,002 + 3,3
Коэфициент скорости абсорбции хлора водой растёт с увеличением температуры воды. Установленный в интервале t° от 4-15 до -]-35оС средний
температурный коэфициент20 XV 10 скорости аосороции —уЛ- =
'v t
= 1/211 при интенсивном
Рие. 2. Влияние скорости перемешивания
на коэфипнент абсорбции.
ного веса.
перемешивании возрастает пропорционально 0,6 степени скорости перемешивания. Характер зависимости коэфициента абсорбции от скорости перемешивания представлен графически на рис. 2, заимствованном из работы Хатчинсон и Шервуд21. Оти авторы показали, что коэфи-
пиент абсорбции газов водой не зависит от растворимости газов, коэфи-цвента диффузии, теплоты растворения и почти не зависит от молекуляр-
3. Некоторые химические свойства хлора и веществ, содержащих активный хлор
Химические свойства хлора
В хлоридах и хлорорганических соединениях хлор одновалентен, в кислородных соединениях он может быть 1-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-галентным. Сухой хлор при низких температурах вступает во взаимодействие с очень небольшим количеством веществ, но уже в присутствии следов влаги его активность резко повышается. В сравнении с другими элементами хлор является одним из наиболее активных. Он непосредственно соединяется со всеми металлами и, кроме кислорода, благородных газов, азота и фтора, со всеми неметаллами.
Хлор с кислородом непосредственно не соединяется, однако косвенным путём удалось получить ряд оксидов.22 23
Кислородные соединения хлора приведены в табл. о.
Кнелородвые соединения хлора Ц
Онейды Кислоты Соли
СЪО — хлор-1-оксид (окись хлора) С1О2 — хлор-П-оксид (двуокись хлора) С12Об—хлор-У1-оксид (ше-стиокись хлора) C1SO, —x.aop-Vll-оксид (семиокись хлора) СЮ, — пероксид * по Рема (четырехоьпсь хлора) НСЮ — гипохлоритная (хлорноватистая) НСЮ3 — хлоратная (хлористая) НСЮ,— хлоратная (хлорноватая) НС1О4 — перхлоратная (хлорная) МеСЮ —гипохлориты (хлорноватистокислые) МеС1О2 — хлориты (хлористокислые) MeClOi — хлораты (хлорноватокислые) МеСЮ*— перхлораты (хлорнокислые)
Оксиды С12О и С12О? можно рассматривать как ангидриды соответствующих кислот. Для С1О2, С12Ов и (С1О4)Х не существует кислот, в которых хлор проявлял бы такую же валентность, как и в данных оксидах. При действии воды эти оксиды, гидратируясь, распадаются на соединения высшей и низшей валентности:
2 С10,+Но0=НС10,-'гНС103 С1,Ов+н;о=НС1О.;+НСЮ4
(СЮ*4)2+Н2“О=НС1О4+НО1О5**.
Все кислородные соединения хлора эндотермичны и непрочны. Прочность кислородных соединений тем меньше, чем с меньшей валентностью входит в неё хлор.
Хлор-1-оксид С12О и хлор - IV-оксид С102 газы, . , .
представляющие легко взрывчатые соединения:
С12Н-О=СЬО — 17900 col.
Хлор-1-оксид (окись хлора) может образовываться при реакциях, сопровождающихся выделением такого количества энергии, которое превышает затрату энергии на образование С120. Так, например, С12О получается при действии газообразного хлора на сухую окись ртути, прпче ч образование HgCl2 сопровождается выделением большого количеств i энергии.
HgO+2Cl2 = HgCl2+Cl2O.
При понижении температуры доф-5 ° С хлор-1-оксид переходит в жидкость. Он хорошо растворяется в воде (при О1" до 200 объемов) с образованием НС1О. При соприкосновении с металлами, серой, фосфором, углем и многими органическими веществами разлагается со взрывом. Неустойчив он также при действии солнечного света.
Хлор-IV-оксид (двуокись хлора) СЮа получается при действии кислот на хлораты24.
ЗКСЮз+3H2SO4=2С1О2 +НС1О4 +п 2о+зкн so4.
* й структуре (C10J ем. Реми. Уч. Неорг. химии т. II, стр. 518 (1933).
НСЮ8 необходимо отнести к кислотам перекисного типа.
При употреблении крепкой серной кислоты реакция протекает ео взрывом. Разбавление кислоты водой или хлората инертным веществом (пемзой или другим порошком, не реагирующим с компонентами реакций) уменьшает взрывоопасность.
В настоящее время для получения хлор-1 V-оксида широко применяется щавелевая кислота.
2КС1О3+(2СО ОН)2=2С1О2+2СО2-НСООК)2+2Н 2О.
Образование СО2 делает смесь менее взрывоопасной.
Хлор-IV-оксид сжижается при -р10о. В воде растворяется, не гидро-лизуясь18. На свету медленно разлагается. При действии серы, фосфора и органических, легко окисляющихся веществ, а также при нагреве до 100' разлагается со взрывом. В растворе щелочи хлор-IV-оксид образует хлорит и хлорат:
2C1024-2Na0H=NaCl03+NaC10s+H20.
При действии света на двуокись хлора, а также при действии озона и красного света на хлор образуется нестойкая коричневая жидкость С12Ов. В смеси с другими окислами хлора это соединение очень взрывчато. Самостоятельно взрывает при соприкосновении с органическими веществами. При комнатной температуре медленно разлагается.
С12О7—бесцветное летучее масло. Образуется при обезвоживании ПСЮ4 фосфорным ангидридом ниже—10“, с последующим нагреванием до $3 . С12О7 —устойчивее других окислов. Взрывает при соприкосновении с водой и от толчков. При разложении образует С1О2 и кислород. В воде С12О7 медленно превращается в НСЮ4.
С1О4—существует только в полимеризованном виде—(С1О4)Х. Получается из перхлоратов. (С1О4)2 — представляет собой нелетучую жидкость. Это вполне устойчивое соединение. Действует на металлы как свободный радикал, образуя перхлораты:
Ме+(СЮ4)2=Ме(СЮ4)2.
Оксиды металлов превращаются под действием хлора в хлориды или оксихлориды.
Щелочные металлы соединяются с хлором весьма энергично. К числу других металлов,, с которыми хлор взаимодействует достаточно активно, следует отнести: Си, Са, Zn, Hg, Al, Sn, Mu, Fe, Co, Ni.
Взаимодействие хлора co многими неметаллами происходит настолько энергично', что сопровождается выделением света и тепла. К числу их относятся И, Р, As, Sb и др., причём один и тот же неметалле хлором может давать несколько соединений.
Свойства некоторых неорганических соединений, содержащих активный хлор
Из неорганических соединений хлора имеют значение для процессор •обезвреживания воды хлорная вода, гипохлоритная кислота неё соли, хлориты и неорганические хлорамины.
При обычных температурах при насыщении воды хлором образуется хлорная вода, обладающая сильными белящими свойствами, повышающимися при прибавлении хлоридов 10, НС1, HN03 и других кислот. При замораживании хлорной воды происходит полное разделение её 16
на гидрат хлора и чистый лед, который, будучи промыт водой, не даёт реакции на хлор с AgNO3. Образование кристаллов гидрата хлора происходит и при введении хлора в охлажденную до Ос воду, ('остан гидрата хлора разными исследователями определяется различно и общем случае может быть выражен формулой VJ,nH2O. те п может обозначать от 6 до 10 молекул воды на одну молекулу хлора. По данным Адамса и Эдмондса (1937) гидрат хлора имеет состав С1.,-8Н2О и-м. табл.
Прежние определения А. Буза (1923), считавшиеся до работы Адам ; наиболее точными, приводят к составу гидрата С1,6Н2О.
При стоянии хлорной воды протекает гидролиз хлора, причём образуется гипохлорптная и хлоридная кислоты: С124-И2Олтл11С1-[-НС1О.
Гипохлорптная кислота, фотохимически распадаясь, выделяет кислород: НС1О = HClq-O.
Гипохлорптная кислота обладает особым запахом и существует толы,-; в растворе. В очень разбавленных растворах она бесцветна, концентрированные растворы имеют жёлтый цвет и резкий запах. НПО может долго сохраняться в темноте, но на свету и при нагревании быстро распадается с образованием CU. О2 и НС103. НС10 — сильный окислитель; он обесцвечивает лакмус и индиго. Соли НСЮ — гипохлориты также являются сильными окислителями, так Са(0С1), окисляет НС1 до С12.
Легкость отдачи кислорода обуславливает возможность широкого применения гипохлоритной кислоты и ее солеи для отбелки тканей, дезинфекции и для обезвреживания воды.
Растворы солей гипохлоритной кислоты всегда гвдролизованы. Разложение с выделением кислорода идет лучше при освещении, особенно, Х'в области pH sg 7. Поэтому более гидролизованные соли, напрпмер. ^Соли цинка или алюминия, оказывают отбеливающее действие, большее. ; , чем соли щелочных или щёлочноземельных металлов. Этим же объяс-ю^няется более энергичное действие гипохлоритов, приготовленных электро-хУштическим путем, по сравнению с соответственными солями, полученными пропусканием хлора в растворы гидратов окислов. Электролитически полученные гипохлориты не содержат свободных едких щелочей, и поэтому их растворы имеют более высокую кислотность.
Гипохлориты (открытые Бертолле в 1785—1786 гг.) получаются при реакции между хлором и холодным раствором щёлочи:________________
2ОН? ф CL, = CIO' СР ф А,О. м * ' • ’
Осуществляется эта реакция лиоо при пвоп^ткании гадооор^пог > хлора в раствор щёлочи, либо при электролизегр^ст.вдрхлор.цдц^у^-лочных металлов в условиях, обеспечивающих пертмеинггтнте--продуктов электролиза.
При взаимодействии хлора с гашеной известью получается двойная соль — хлорная известь, состав которой окончательно не установлен до настоящего времени.
Процесс образования хлорной извести может быть выражен уравнением:
2Са(0Н), + ЗС1, = Са(0С1)., СаС12 -4- 2Н2О.
Однако хлорную известь нельзя рассматривать как смесь кальциевых солей хлоридной и гипохлоритной кислот: при обработке хлорной извести спиртом, хлористый кальций не извлекается, несмотря на то. что 2 Л. А. Куаьский 17
°н, как известно, хорошо растворим в спирте; при воздействии на хлорную известь углекислотой, хлор вытесняется почти полностью, чего при наличии хлористого кальция нельзя было бы ожидать.
Поэтому хлорную известь приходится рассматривать как комплексное соединение, формула которого близка к формуле, предложенной Дитцем:
/С1 /001
60а< -НоО + СаО< -Н,0.
ХОС1 ' \С1
Нейман и Крогер приписывают хлорной извести иную формулу.
,001
ЗСа -Са(0Н),-2Н,0.
CL
Нейман и Даун предлагают формулу в таком виде:
,001
ЗСа/ -СаО-бЕкО.
ХС1
Каков бы ни был состав хлорной извести, её окисляющие свойства целиком зависят от имеющегося в ней аниона гипохлоритной кислоты, । одержащего связанный с кислородом активный хлор.
По приведенным формулам теоретическое содержание активного хлора в хлорной извести соответственно составляет: 51, 43,5 и 39%. Однако существующие технические способы производства хлорной извести в заводских условиях обеспечивают продукт с содержанием активного хлора г пределах 32—36%.
Так как в хлорной извести 2/3 продукта являются балластом, то сделан ряд проб замены хлорной извести гипохлоритом кальция. Если чистый гипохлорит получать технически трудно, то смесь гипохлорита кальция Са (0С1)2 с другими солями (NaCl, CaCl.,) получается легко при хлорировании известкового молока. Такие твёрдые смеси содержат до 60— 75% чистого гипохлорита и выпускаются на рынок заграничными фирмами под различными названиями: НТН, Перхлорон, Капорит ит. п.
Высокопроцентный гипохлорит кальция получен в Физико-химическом институте имени Карпова в Москве Дмитриевым и в Государственном, институте прикладной химии в Ленинграде инж. Позиным.
Состав технических высокопроцентных иностранных и советских гипохлоритов, по данным Позина % приведён в табл. 6.
Таблица 6
Состав высокопроцентных гипохлоритов
Состагные части гипохлоритов НТН в % Капорит в % Г11 ПОХЛОрИТ Карповсного института В % * Гипохлорит •• ГИПХа в %
Са СИЛ 64,79 61,51 6 4,71 64,63
са (Ocl 2,70 0,51 1,12 0,54
<а С1. . . • 2,23 12, 20 3,44 7,10
С а ,011;., 3,14 13,62 6,2 э 11,62
СаГОз 1,82 — 2,27 2,18
NaCl 21,60 — 16,52 9, 55
SIOj • 0,70 4,38
HJJ 3, 72 — 4,99 —
Большое разнообразие химических методов получения высокопроцентных твёрдых гипохлоритов сводится к трём принципиальным схемам.
1. Хлорирование известкового молока при сравнительно низких температурах, протекающее по реакции:
2Са(ОН)2 4~ 2С1., Са(СЮ)., СаС1.> —J- ЗН.ДЭ.
По окончании реакции Са(СЮ)г оказывается в твёрдой фазе вследствие небольшой растворимости. Отделённый и высушенный продукт содержит значительные количества СаС12, что придаёт ему гигроскопичность, отрицательно отражающуюся на качестве продукта.
2. В реакции принимает участие вместе с известковым молоком какая-нибудь сильная щёлочь (каустик). В этом случае в продуктах реакции вместо СаС]2 оказывается NaCl, который выделяется с основным пус-дуктом. Так какNaCl почти не гигроскопичен, то он не ухудшает качеси а продукта, а является лишь инертным наполнителем. При этом методе осуществляется следующая реакция:
Са(ОН)2 4- 2ХаОН 4- 2С12 = 2NaCl 4- Са(ОС1)2 + 2Н..О.
.Недостатком метода является относительная дороговизна щёлочи.
3. Третий метод заключается в хлорировании известкового молока в присутствии солей щелочных металлов (большей частью NaCl). В твёрдых продуктах реакции оказывается гипохлорит, NaCl и СаС12, npmiM последний образуется в количествах, практически не изменяющих стойкости продукта. Механизм реакции в этом случае ещё не ясен.
Получение водного раствора гипохлорита натрия легко осуществляется электролизом раствора поваренной соли.
До последнего времени этот способ имел меньшее распространение, чем химические методы получения гипохлорита, вследствие несколько больших расходных коэфициентов электроэнергии и хлористого натрия сравнительно с электролизом поваренной соли на хлор и едкий натр. Широкому распространению электролитического способа препятствовало также то, что ио этой схеме получается лишь водный раствор гипохлорита.
Благодаря простоте самого процесса и доступности сырья получение гипохлорита электролизом раствора поваренной соли в условиях военного времени может приобрести большое значение. Остановимся на нем несколько подробнее.
Процесс получения гипохлорита этим способом основан, так же как и производство хлора, на электролизе поваренной соли. Разница между этими процессами заключается только в том, что при получении гипохлорита продукты электролиза не разделяются — диафрагма по устанавливается, вследствие чего между ними реакция протекает по следующему уравнению:
С1, 4- 2NaOH = NaClO 4- NaCl 4- Н2О.
Из этого уравнения видно, что продуктом электролиза в этом случае должен быть только гипохлорит.
В действительности же выход гипохлорита вследствие анодного образования хлоратов и выделения газообразного кислорода снижается.
На графике (рис. 3), составленном по данным Ферстера, 18 пока-2* 19>
;ан ход электролиза нейтрального раствора поваренной соли (концентрации 5,1 моля на литр -4-0.2°о К.,СгО4 с платинированными анодами при плотности тока 0.0(57 А/гм2 и температуре 12—13° С. Эти данные дают картину почти теоретически возможных выходов при электролитическом получении гипохлорита.
Из графика видно.что с течением процесса во времени нарастание гипохлорита в растворе протекает лишь до определенной концентрации. Дальнейший электролиз раствора поваренной соли приводит уже к образованию хлората. Последнее находит себе объяснение в том, что образующийся в результате электролиза гипохлорит также принимает участие в переносе тока. Поны СЮ', достигающие анода, разряжаются, образуя хлорат к газообразный кислород:
Рис. 3. Кривые образования гипохлорита, хлората и газообразного кислорода и выхода по току при злектролизе нейтрального раствора поваренной соли.
6С1О’ 4- ЗН.,0 + 6'Э = 2С10'3 4- 4С1' -f-6H — I1 .,0,.
При некоторой равновесной концентрации гипохлорита в электролите количество образующихся ионов СЮ' становится равным количеству ионов СЮ', расходующихся на анодноеобра-зование хлората и газообразного кислорода. С этого момента нарастание концентрации гипохлорита в растворе прекращается. (Процесс электролиза на гипохлорит необходимо вести лишь до этого переломного момента).
Особый интерес в последнее время вызывает вопрос использования хлоритов, которые, являясь более энергичными окислителями, чем гипохлориты, в то же время обладают достаточной устойчивостью.
Использование хлоритов для процессов окисления является химической новостью, однако в настоящее время за границей они нашли уже некоторое практическое применение24.
Хлориты впервые получены Гей-Люссаком и Уолтером еще в первой половине прошлого века.
Образование хлоритов, описанное в руководствах Гмелина и Меллора, протекает по реакции:
2КаС1О =NaC103+NaCi.
На процесс образования хлорита из гипохлоритов в значительной мере влияет свет.
Форстер и Дольч нашли, что скорость образования хлоритов из гипохлорита быстро выравнивается в результате протекающей реакции между хлоритами и гипохлоритами:
NaClO 2+NaClO=Ха С1 Os+NaCl.
Этой вторичной реакции, снижающей выход хлоритов, можно избежать, проводя процесс на ярком свету.
Жакмен и Доль показали, что максимальная концентрация хлорита достигается при наиболее длительней экспозиции гппохлоритных растворов в проходящем свете. Однако, таким образом могут быть получены только малые количества хлоритов, так как при более высоких их концентрациях идет интенсивное образование хлоратов.
Синтетически получить значительные количества хлоритов также не удавалось из-за образования при этом больших количеств хлоратов.
Прямое восстановление хлоратов в хлориты не может дать эффекта, так как при этом образуются хлориды, однако, можно получить хлориты из двуокиси хлора, приготовленной путем восстановления хлоратов, при последующей обработке С1О2 щёлочью или перекисью натрия.
Абсорбция щёлочью, применённая ещё в первой половине прошлого века Миллоном и Мартенсом, является неэффективным способом, так как только половина двуокиси хлора превращается в хлорит:
2ClO2+2NaOH=NaClO2ANaClO3+H2O.
Рейхлер использовал раствор перекиси в качестве восстанавливающего средства для получения полного выхода хлорита из двуокиси хлора:
2CIO,H-Naj32= 2ХаСЮ.,4-О2.
Уайт, Тейлор и Винцент24 отмечают, что предпочтительнее пользоваться перекисью кальция ввиду' простоты ее приготовления.
Хлориты натрия и кальция очень устойчивы: в твердой форме* и в еле: ка щелочных растворах они могут сохраняться значительное время без изменений.
Температура, при которой хлорит натрия начинает заметно разлагаться, лежит в-пределах ISO—209'.
При нагревании твердого хлорита натрия разложение идет по реакции:
ЗХа С1О, = 2Na ПО3 + NaCl.
Медленное разрушение хлоритов в щелочных растворах протекает также с образованием хлоратов.
В кислой среде в пределах pH 2—4 хлоритная кислота разлагается на двуокись хлора и хлорат:
4НС1О2^2СЮ2+ПСЮй+НС1+Н2О.
Хлорит натрия имеет реакцию, близкую к нейтральной.
Константа диссоциации хлоритной кислоты, установленная Барнеттом, равна 1,10 10~2 и показывает, что кислота эта довольно хорошо диссоциирована и в этом отношении приближается к щавелевой и дихлоруксусной кислоте.
Окислительное действие хлоритов, как отмечают Уайт, Тейлор и Винцент, исключительно сильно. Поэтому’ хлориты могут применяться в различных отраслях промышленности.
Применение хлоритов для отбелки текстиля, древесных масс, сахарных сиропов, а также для других окислительных процессов дает продукцию высокого качества.
Использование хлоритов как сильных окислителей, а также носителей больших количеств активного хлора, имеет перспективы практического применения и в других отраслях, в частности для обезвреживания воды.
Свойства некоторых орг а п и -- е с к и х ’соединений, содержащих активный хлор
Из органических соединений для разбираемого в данной книге вопроса представляют интерес хлорамины. Хлораминами называются продукты, в которых один или оба водородных атома аминной группы замещены на хлор (типа R—ХНС1 или R—ХС12). Получаются они действием гипохлоритов или хлорной извести на амины плп их солп:
R — NH, НС14- NaOCl—>- RNHC1 + NaCl Н,О.
Хлорамины жирного ряда — большей частью жидкости; некоторые из них дымят на воздухе, легко отщепляют хлор, обладают ясно выраженными окислительными свойствами и могут быть использованы как хлорирующие агенты в тех случаях, когда желательно избежать побочных реакций, протекающих при хлорировании свободным хлором. Таг, три помощи хлораминов удается хлорировать ядро ароматических амино.! 5-ы побочных реакций. Как хлорирующие агенты наиболее часто исполт-зг.отся симметрическая дихлормочевина СО(ХНС1)2, а также 2,4 ди-хлор Х-хлор-Х-ацетиланилпн 28,'-9.
Дихлормочевина — кристаллическое белое вещество, как и все хлорамины в водных растворах образует 1IC1O, при реакции с НС1 выделяет хлор. Большинстве жирных хлораминов । at творимо в воде и в органических растворителях. Хлорамины ароматического ряда большей часть:-) твёрдые кристаллические гещестга, легко отщепляют хлор, после че: о вступают в различные реакции конденсации; они обладают сильными окислительными свойствами; в водных растворах гидролизуются на амид и НС1О (реакция обратима).
Из этого типа соединений за границей широкое распространение получил хлорамин Т (1) и толуолсульфохлорамин натрия, выпускаемый различными фирмами под названием «Активин»-, «Дианин» и др.
У нас в Союзе внедрен хлорамин Б(П). Заслуживают внимания также дихлорамины Т (III) и Б (IV), содержащие больше активного хлора и богатый активным хлором пантоцид (пантосепт) (V).
Хлорамины Т и Б —белые кристаллические вещества, растворимые в воде; кристаллизуются с тремя молекулами воды, весьма стойки. В сухом виде потеря активного хлора в течение года не превышает 0,1%. В водных растворах стойкость их значительно ниже. Хлорамин Т содержи! 25,2°') активного хлора, хлорамин Б — 26,6%. При растворении в воде хлорамин Т гидролизуется, образуя ХаСЮ и СвН4(СН3)ЗО2 ХН2 (толуолсульфоамид), который совершенно не бактерициден30.
Дихлорамины Т и В — белые мелкие порошки, нерастворимые в воде, но растворимые в уксусной кислоте. Они содержат активного хлора около 30%.
Пантосепт —кислота—белый порошок, содержащий 26,3% активного хлора. В воде нерастворима , но растворяется в водном растворе соды. При этом образуется натриевая соль.
Хлорамин Б можно получить действием (при температуре не выше 0°) хлорсульфоновой кислоты на бензол. Выделяющийся бензолсульфохлорид обработкой 25% водным аммиаком превращается в бензосульфамид, который затем нагревается с водным раствором гипохлорита натрия; при этом выпадают кристаллы хлорамина.
В 1941 г. О. В. Васильковский синтезировал два новых отечественных хлорамина: 3-дихлорсульфамид бензойная кислота — дихлорамин Б. К. и 3,5-бие-дихлор-сульфамидобензойная кислота тетрахлорамин Б. К.
Хлорамины находят применение как дегазаторы иприта и арсинов, а также в хирургии для дезинфекции, для отбелки бумаги и тканей и в ряде других случаев. В санитарной технике они широко применяются в препаратах для стерилизации воды. По силе бактерицидного действия хлорамины не уступают сулеме и значительно превосходят лизол и карболовую кислоту81.
ШмелькесиГорнинг82"83 отмечают очень сильное бактерицидное лей-етвие азохлорампда — соединения, которому приписывают строение, выражаемое формулой:
/NH2
C1N=C — N-—N — C=NC1
Чистый азохлорамид —жёлтое кристаллическое вещество без запаха и вкуса. При комнатной температуре 1 часть азохлорампда растворяется в 3000 частей воды. Растворы его необходимо защищать от действия света. Действие его аналогично хлорамину Б н дихлорамину В, но бактерицид-ность его примерно в 16 раз больше. Получается азохлорамид действием хлора, гипохлорита или дихлормочевины непосредственно на гуандин и его соли.
При действии хлора на аммиак или соли аммония образуются неорганические хлорамины NH2C1, ХНС12, ХС13, обладающие в большей или меньшей степени хлорирующими свойствами.
Хлорамины, образующиеся при взапмодействии хлора с аммиаком, еще более широко используются при обезвреживании воды.
4. Гидролиз хлора и веществ, содержащих активный хлор
Г и д р о л и з хлора и факте р ы, влияющие п а равновесие этого процесс а
Г водой хлор в зависимости от температуры и других условий реагирует различно. При пропускании хлора с водяным паром через накалённую трубку образуются НС1 и О2 по уравнению:
•’С1г4-2П,,О = 4НС14-О3.
Такая же реакция взаимодействия хлора с водой частично происходит и под действием солнечного света.
Взаимодействие хлора с водой является обратимым процессом, именуемым гидролизом, протекает по уравнению:
С1., 4- Н.,0 джНС1 4- нею.
При этом получается лишь небольшое количество кислот, так как рав-ногеепе сильно смещено в левую сторону.
Измерениями при 25" С установлена константа равновесия:
1“»1 = К = 4,5;<;1оч
Равновесие гидролиза легко сместить вправо, например .путём нейтрализации лона водорода, т. е. проводя процесс в щелочном растворе. Увеличение температуры также сдвигает равновесие вправо, так как гидролиз происходит <• поглощением тепла. Максимальный сдвиг происходит при 4л С. Поглощение тепла с увеличением температуры уменьшается и при sj—9Q“ становится равным 0. Это иллюстрируется данными, полученными А. Якогжиным ю при изучении гидролиза хлора ио методу распределения между водой и тетрахлорметаном, в котором рас творяется только негпдролп.зованный хлор. Тепловой эффект им был вычислен из уравнения Вант-Гоффа:
, ? fl 1\ ...
11 К — 0.002 \ Г 7\) ’
где: Т —абсолютная температура,
К — коги-тапта равновесия гидролиза,
р — тепловой эффект.
Получен следующий ряд цифр, показывающий зависимость от температуры:
Т 0= 13.4= 28.6° 38.6= 51,2= 57,5°
К 0. 000 156 0.000303 0.000519 0.000664 0-000867 0.000940
кг-па I г-моль 7.4 6,10 4.65 4,27 2,75
Определения теплового эффекта, сделанные при изучении гидролиза методом растворения хлора в растворах НС1 различной концентрации, дали сходные результаты.
Прибавление сильно диссоциирующих хлористых солей и кислот сдвигает гидролиз влево: наибольшее действие оказывает НС1.
Яковкпн предположил, что процесс гидролиза хлора протекает не мнюг.епно. а требует некоторого времени для достижения равновесия.
Визер и Вивиан34 для выведения константы гидролиза хлора исследо-
налп экспериментально его растворимость в воде при температуре 10, 15. 20 и 25' С п парциальном давлении хлора от 0.06 до 1.0 атмосферы.
Растворимость хлора опррделялась этими авторами методом пропускания хлор-азотных газовых смесей через прибор, расположенный в термостате, в котором устанавливалось равновесие. Преимущество этого метода заключалось в том, что отбор проб для анализов не нарушал установившегося равновесия, что позволило сделать достаточное количество точных определений.
Результаты определений растворимости в этом исследовании очень хорошо совпадают е данными Адамса и Эдмондса.
Константа гидролиза была вычислена Визер и Вивианом по преобразованному уравнению Аркадьева при допущении, сделанном Яковкипым, о пропорциональности между парциальным давлением хлора над раствором и концентрацией негидролпзоваиного хлора в растворе.
Приводимы результаты этих вычислений:
ГС К. io-4
10 1.28
15 2.27
20 2.44
25 3,48
Значения константы гидролиза К были выведены для парциальных давлений хлора ниже 1 атм.
Для более высоких давлений данные экстраполируются с применением поправки из ц — диаграммы (диаграммы PV—Т).
Константы гидролиза, полученные Впзером и Вивианом, дают только 50 или 70°о значении, полученных Яковкпным.
Визер и Вивиан объясняют это расхождение тем, что вычисление константы гидролиза из равновесия растворимости является методом очень чувствительным и малые погрешности в данных растворимости, связанные с несовершенством методики исследования, вызывают большие различия в значении константы гидролиза.
Шилов и Купвнская54, изучавшие кинетику гидролиза хлора методом измерения электропроводности хлорной воды во времени, получили данные, указывающие, что реакция гидролиза идет с конечной скоростью около 2 минут.
Гипохлорптная кислота, являясь соединением эндотермическим, легко распадается по уравнению:
НС1О = НП — О.
Однако в чистых водных растворах и в темноте при малых концентрациях разложение гипохлоритной кислоты практически не происходит. Скорость разложения значительно увеличивается на свету и в присутствии катализаторов.
Процесс распадения НС1О на НС1 и О2, протекающий под действием света, носит название фотолиза. Фотолиз задерживается прибавкой сильно диссоциирующих хлористых солей; наоборот, слабо диссоциирующие хлориды, например HgCL. могут содействовать фотолизу, так как связывают НС1 в комплексные соединения10, вероятно, состата (HgClJ н2.
Реакция фотохимического разложения НСЮ обратима. НСЮ образуется при пропускании кислорода в дымящуюся хлоридную кислоту.
Световые лучп (прямой и рассеянный солнечный свет) снижают процент активного хлора в гипохлоритах вследствие фотохимического разложения.
Гидролиз солей гипохлорптной кислоты них стойкость
Так как НСЮ кислота очень мало диссоциированная, то соли её — гипохлориты — все сильно гпдролпзованы в растворе. Этим объясняется и распад хлорной извести под влиянием влаги.
Хлорная известь может распадаться с выделением свободного хлора, но в нейтральной или щелочной среде, каковой обычно является природная вода, реакция протекает в основном, е выделением гипохло-ритной кислоты.
Реакция распада хлорной извести, по Четнеру, представляется в следующем виде:
2СаС12О 4- 2Н2О = СаС1, + Са(0Н)2 + 2HG1O
ИЛИ
Са(ОС1), 4- Н,0 4- СО2 = СаСО3 -f- 2НСЮ.
Таким образом в результате гидролиза хлорной извести непосредственно образуется свободная гипохлоритная кислота. В зависимости от тою как протекает гидролиз хлорной извести — в отсутствии кислот (нейтральная или щелочная реакция) или в присутствии кислот, сильных или слабых, преобладает или фотохимическое разложение НСЮ с выделением атомарного кислорода или обратимая реакция с НС1, при которой выделяется свободный хлор:
НСЮ 4- ITC1;— Н,0 4- С12,
Следует отметить, что гидролиз хлорной извести протекает медленнее, чем гидролиз хлора в хлорной воде. Поэтому благодаря известной стойкости гипохлорита кальция образование НСЮ при применении хлорной извести идёт медленнее, чем в водном растворе хлора. Дальнейшая же диссоциация не зависит от начального продукта.
Аналогично гидролизу хлорной извести происходит процесс гидролиза калиевых и натриевых солей гипохлорптной кислоты.
Поскольку гипохлориты являются сильными окислителями и легко гидролизуются в растворах и во влажном состоянии, все они представляют малостойкие соединения.
Вопросы стойкости гипохлорита имеют большое техническое значение, так как они определяют условия хранения и транспортировки гипохлоритов.
Гипохлориты, наряду с чистым хлором, в данное время широко используются в санитарной технике. Гипохлориты особенно важны как средство индивидуального и группового обезвреживания воды в полевых условиях, в связи с чем наличие стойких высокопроцентных гипохлоритов имеет в настоящее время весьма важное значение.
Наиболее распространённый гипохлорит — хлорная известь — гигроскопичен вследствие содержания СаС12 и мало стоек вследствии реакции 26
гидролиза и распада под влиянием света и влажной углекислоты. Кроме того, целый ряд окислов и солей действуют каталитически на процесс разложения хлорной извести. Влияние разных факторов на стойкость хлорной извести и других гипохлоритов изучено очень мало. Ряд авторов исследовал кинетику разложения растворов NaClО в различных условиях.
Джиордани в 1925 г. нашёл, что распад ХаСЮ в водном растворе протекает по следующему уравнению:
NaClO + 2НС1О — NaC103 Д- 2НС1,
причём НСЮ возникает в растворе в результате гидролиза NaClO.
Продолжая изучение разложения гипохлорита натрия в водных растворах, Джиордани п Маттиас 36 установили протекание второй реакции:
2NaC10 = 2NaCl -f- О2.
Эта реакция отличается очень высоким температурным коэфицпептом разложения.
При сравнении устойчивости и скорости разложения растворов ряда гипохлоритов оказалось, что наиболее устойчивым является ХаСЮ.
Фабиан, Бивенс, Бриан, Пенсен 37 нашли, что в отсутствии органических веществ раствор ХаСЮ при 50°С достаточно устойчив. Ха011 и Ха3РО4 стабилизуют раствор гипохлорита; Ха2СО3как в малых количествах, так и в больших действует разрушающе. Б присутствии органических веществ (белков, углеводов) активный хлор исчезает довольно быстро.
Потери повышаются при прибавлении щёлочей. Андервуд и Мак 38, изучая разложение водного раствора ХаСЮ в присутствии солей, установили положительный солевой эффект.
Скорость разложения растворов гипохлорита увеличитается под влиянием ряда катализаторов. Каталитическое действие на разложение растворов гипохлорита оказывают соли кобальта, железа, меди,39 бикарбоната кальция, окиси магния и т. д.
Стойкость различных препаратов гипохлорита кальция изучалась П<>-зиным 27. Он исследовал влияние температуры, влажности, углекислоты, света на стойкость технических высокопроцентных гипохлоритов Института им. Карпова, ГППХ’а, Капорита и НТН.
Экспериментальные данные показали, что технические высокопроцентные гипохлориты кальция могут быть подвергнуты нагреванию д« 60°С без заметной потери активного хлора. Нагревание гипохлоритов выше 60° влечёт за собой уже значительное их разложение, в результат1 которого уменьшается содержание активного хлора. При температурах выше 100° процессы разложения гипохлоритов протекают довольно быстро. При внезапном повышении температуры выше 150° происходит взрыв гипохлоритов с выделением кислорода. Присутствие влаги, как показали опыты Позина, повышает стабильность гипохлоритов по отношению к нагреванию.
С. Урано 26 предлагает следующие схемы для разложения гипохлоритов при нагревании:
Са(СЮ), = СаС1,-4-О„;
ЗСа(С10), = Са(С1О3)2 Д- 2СаС12;
Са(СЮ)2 Д- СаС12 = 2СаО Д- 2СЦ.
При разложении протекают все три реакции, при небольшом нагревании лишь вторая реакция, при высокой температуре, главным образом, первая. Хлорная известь менее стабильна по отношению к нагреванию. Сказанпоеиллюстрируется следующими цифрами: при нагревании в течение 5 часов при температуре 100е С гипохлориты теряют около 4°,, активного хлора; хлорная известь в этих условиях теряет около 40% активного хлора, т. е. ее стойкость в 10 раз меньше.
При пропускании над гипохлоритом сухого, очищенного от ('<\ воздуха происходит только процесс сушки.
Воздух, очищенный от СО2, но насыщенный влагой, сильно увлажняет гипохлориты, но не разлагает их.
Сухая СО2 вызывает небольшую потерю активною хлора, влажная— разрушает гипохлориты очень быстро.
5, Методы контроля активного хлора
Под активным хлором условно понимают количество газообразного хлора, эквивалентное количеству кислорода, выделяемому хлорсодержащими соединениями. Определение концентрации активного хлора для целей обезвреживания воды играет решающую роль.
В литературе приводится ряд методов аналитического определения активного хлора.
Для определения активного хлора в настоящее время широко применяются объёмные и колориметрические методы: менее распространены физико-химические. В основу тех и других кладутся реакции окисления, производимые активным хлором.
О б т> Г‘ м и ы е метод ы
В группе объёмных методов наибольшей известностью пользуются методы, основанные на восстановлении хлора подпетым калием или мышьяковистой кислотой.
Взаимодействие хлора с KJ лежит в основе так называемою водометрического метода. Ход определения активного х-лора по этому способу следующий: исследуемый раствор (если нужно, подкисленный) обрабатывают избытком подпетого калия, причём выделяется свободный иод в количестве, эквивалентном присутствовавшему в растворе активному хлору; выделившийся иод оттитровыгается гппосулгфстом в присутствии крахмала.
Правильность получаемых результатов в значительной степени зависит от реакции среды. В литературе ист указаний о крайних пределах pH, при которых ещё возможно количественное протекание первой стадии процесса (окисление хлором KJ).
Относительно же второй стадии (взаимодействие иода с гипосульфитом) Кольтгофф 40 указывает, что при титровании:
0.1 X раствора иода pH должно быть <ф7,6,
0,01 Л’ раствора иода pH должно быть <% 6.5.
0.001 X раствора иода pH должно быть <) 5.0.
Ряд других авторов 42, 43 также считает, что при титровании иода гипосульфитом водородный показатель должен быть меньше 7.
Присутствие и растворе, наряду с активным хлором, других окислителей моя;ет мешать определению активного хлора.
Вредное действие окислителей начинает, однако, проявляться лишь при определённых .значениях pH.
Поданным Скопинцева и Варфоломеевой12, нитриты, а также соли трехвалентного железа при концентрации ге*", -равной 0,5—5,0 мг/л. не окисляют подпетого калия при pH больших, чем 4.5.
Поэтому при определении активного хлора в присутствии хлоратов Бетгер 44 рекомендует поддерживать концентрацию водородных ионов равной IO-3.
Чувствительность реакции, применяемой при йодометрическом методе определения активного хлора, определяется чувствительностью иодокрахмальной реакции. Последняя зависит от концентрации иодпда и других неорганических и органических соединений, а также от температуры 45. Наиболее подходящей концентрацией иодпда является 2xlO-5N. При увеличении содержания иодида чувствительность почти не изменяется, при уменьшении — заметно падает. Серная и соляная кислоты увеличивают чувствительность. Нейтральные соли действуют аналогично, но в менее сильной степени. Органические вещества понижают чувствительность. Повышение температуры также понижает чувствительность реакции 48.
Нижним пределом применимости йодометрического метода, согласно исследованию Колычевой и Тейс 47, является содержание 0,015—0,020 мг активного хлора в пробе.
При определении активного хлора по Руппу к 109 мл раствора прибавляют 1—2 г KJ и 10 мг 30%-ной уксусной кислоты (чувствительность реакции йодометрического метода по Дитцу и Чагу 46 может быть доведена до 0,00024 мг/мл активного хлора).
Подометрический метод часто применяется для определения остаточного хлора в хлорированной воде.
В последней активный хлор содержится частично в виде свободного хлора, частично же в виде ионов СЮ'; pH природных вод обычно бывает выше семи. Поэтому, при определении активного хлора в воде, она должна быть подкислена.
Применять для подкисления сильные кислоты не рекомендуется, так как присутствующие вводе нитраты и соли железа будут реагировать с йодистым калием. Во избежание этой реакции Шульц48, а также Флоппи 49 предлагают употреблять уксусную кислоту, Ольмюллер и Шпитта 50 — 25%-ную фосфорную.
Скопинцев и Варфоломеева 43 рекомендуют производить подкисление воды не кислотами, а буферным раствором с определённым значением рИ, в частности ацетатным раствором, приготовленным по Вальполю с pH ранным 4,6.
Методы, основанные на реакции между активным хлором и мышьяковистой кислотой, составляют довольно многочисленную группу. Среди них встречаются способы прямого и непрямого титрования.
' Из методов прямого титрования в первую очередь следует указать способ Пено-Лунге и, довольно часто применяющийся в производственной практике. По этому способу активный хлор оттитровывается мышьяковистой кислотой в растворе карбоната натрия. Конец реакции опре-
деляется при помощи капельной пробы па иодокрахмальной бума! е.
Чувствительность иодокрахмальной бумаги к активному хлору относительно невелика. По Дитцу и Лагу 46 она равна приблизительно 0,004 мг/мл активного хлора.
Для получения более точных результатов Родт 52 рекомендует способ Пено-Родта: после оттитрования активного хлора по Пено-Лунге нужно прибавлять небольшое количество подпетого калия, подкислять раствор и дотитровывать выделившийся иод гипосульфитом.
Чтобы сделать возможным наблюдение точки эквивалентности в самом титруемом растворе, некоторые авторы предлагают изменить порядок титрования, а именно — титровать не гипохлорит мышьяковистой кислотой, а мышьяковистую кислоту гипохлоритом в присутствии веществ, взаимодействующих с избытком гипохлорита с изменением окраски.
Так, по методу Кольтгоффа 40 активный хлор гипохлорита определяется титрованием уксуснокислого раствора мышьяковистой кислоты гипохлоритом до обесцвечивания прибавленного в качестве индикатора метилового красного.
К группе непрямых методов определения активного хлора принадлежит способ Пено, разработанный Мором53. Сущность его заключается в том, что к исследуемому раствору прибавляют избыток мышьяковистой кислоты в растворе Na,CO3, который затем оттитровывают иодом; pH при титровывании должен быть в пределах от 5 до 11.
Дитц и Маг46 произвели сравнительную проверку наиболее употребительных из описанных выше методов определения активного хлора: при помощи мышьяковистой кислоты Пено-Лунге, Пено-Родта, Кольтгоффа и Пепо-Мора с йодометрическим методом (способ работы по Раппу). Они установили, что при работе с децинормальными растворами способ Пено-Мора даёт результаты, практическп совпадающие с результатами иодо-метрического определения (отклонение 0,08% в сторону понижения результатов). По Пено-Лунге получается понижение на 0,27%, по Пено-Родту — понижение на 0,20%, а по Кольтгоффу — повышение приблизительно па 0,4% сравнительно с йодометрическим способом.
Колориметрические методы
Активный хлор обладает способностью окислять ряд органических веществ с образованием интенсивно окрашенных соединений. К этой группе веществ относятся: ортотолидпн, диметилпарафенилендиамин, бензидин, парааминодиметиланилип 54, апоморфин ss, флуоресцеин 47, гексаметил-триаминопаратрифенилметан se, а-нафтофлавон 57 и др.
На основании указанного свойства активного хлора были разработаны колориметрические методы его определения. Среди последних наиболее известны методы ортотолидиновый и диметилпарафенилендиами-новый.
1. Ортотолидиповый метод для определения хлора в воде подробно описан в американской литературе 58 п у нас включён в стандартные методы исследования воды.
Определение концентрации активного хлора по этому методу основано на сравнении жёлтой окраски исследуемого раствора, появшшейся после 30
прибавления кислого раствора ортотолидина, со стандартом, приготовленным из бихромата калия и сульфата меди (pH раствора после прибавления реактива должно быть не выше 2).
Стандарты приготовляют из двух растноров: 1) раствор А — 15 мг медного купороса растворяют в 10 мг крепкой серной кислоты (уд. вес 1,84) и доводят дестиллированной водой до объёма 1 л; 2) раствор Б — 0,25 г бихромата калия растворяют в дестиллированной воде, прибавляют 1 мл крепкой серной кислоты и- доводят объём до 1 л.
Приготовленные растворы смешивают в пропорции, приведённой в табл. 7. Смесь доводят дестиллированной водой до объёма 100 мл и хранят в закупоренных склянках белого стекла.
Ход определения следующий ®. В склянку, по ёмкости и по бесцветности стекла одинаковую со склянками для стандартов, вводят сначала ортотолидиновый раствор из расчёта 1 мл на 100 мл исследуемой воды и затем вливают исследуемую воду’ до заранее сделанной метки. При наличии активного хлора появляется жёлтое окрашивание, достигающее при комнатной температуре максимальной интенсивности через 5—'0 мин.,* после чего производят колориметрическое сравнение исследуемой пробы со стандартами, рассматривая ии на белом фоне в отражённом дневном или искусственном освещении.
Таблица 7
Стандарты для определения активного хлора ортотолидин овым методом
№ Содержание активного Раствор А Раствор Б п/п. хлора в мг/л в мл в мл
6,6
8’,7
9,0
10, 0 20,0 30,0 38,0
Ортотолидиновый метод применим при содержании от 0,5 до 0,010— 0,015 мг активного хлора в литре раствора (Колычева и Тейс). При увеличении концентрации последнего выше 0,5 мг/л, как указывают Элме и Баузер 60, а также Колычева и Тейс, жёлтая окраска раствора ортотолидина переходит в бурую, затем в красную и, наконец, выпадает красный осадок.
Колычева и Тейс проверили точность ортотолидинового метода относительно нефелометрического при определении активного хлора в воз
• Хлорамин даёт с ортотолпдином такую же окраску как п хлор, но максимальная интенсивность её достигается медленнее — минут: через 15-20.
духе. содержащем 0Х>»--0,йо5 яг, л шин ного хлопа. Как пеяазыгают полученные ими данные, расхождение между результатами колориметрически! о и нефелометрического определений । айны в среднем 2—12%, причем первый метод даёт как повышенные, та:; и пониженные сравнительно со вторым результаты.
Основным недостатком ортотолидинового метода является малая устой-чгл ость окраски, особенно при небольших концентрациях активного хлора; так п])и работе с растворами, содержащими тысячные доли мг хлора в литре, окраска начинает уменьшаться уже через несколько минут. Реакция хлора с ортотолпдшюм не специфична и получается со многими другими окислителями.
Сотрудниками лаборатории технологи!! воды Киевского индустриального института А. М. Кульбергом и О. К. ЛебодпнцевоЙ®1 под руководством автора был разработан новый вариант ортотопидипового метода определения активного хлора, основанный на колориметрировании растворов синего мсрихиноидного соединения, образующегося в результате взаимодействия ортотолидина (прибавляемого в виде спиртового раствора) с хлором при pH =4.
Преимущество этого варианта перед обычным методом заключается г, том, что верхний предел прпмеппмос-ти его лежит значительно выше (та50 мг/л активного хлора). Для определения малых концентраций хлора (ниже 5 мг/л) оп/однако. менее уд<.бон., так как ввиду малой устойчивости слабых растворов толидиновой сини при работе с этими концентрациями требуется предварительное охлаждение растворов до 0еС. Ошибки определений по этому методу также .тежц-т в пределах 10%.
2. Диметилпарафенилепдпаммне зый способ был предложен Кнут Аль-фтаном 82 для определения малых /танцентраций активного хлора в хлорированной воде. /
При работе по этому методу секраеку. даваемую реагентом Альфтана с хлором, сравнивают с окраской, Образуемой метиловым красным в кислой среде. 1мл 0,0115% раствора метилового красного в 100мл подкисленной воды даёт ту же окраску, что и 0,01 мг хлора в 100 мл воды.
Многие окислители действую»- на солянокислый диметплпарафепилен-диампн подобно хлору. Так, иод и бром дают окраску, по оттенку и устойчивости близкую к окраске, получаемой с хлором. Бихромат даёт яркокрасную окраску, гилохлорит — неустойчивую розовую, перманганат в слабых растворах не оказывает влияния, в концентрированных получается окраска, которая моментально исчезает, азотная кислота не даёт окраски. Кислород воздуха окисляет реагент Альфтана (Колычева и Тейс). Железо ио Лльфтану действует окисляющим образом; по Колычевой и Тейс его денет/впе сводится прежде всего к ускорению окисления ди метилпара фенплен;Диамина другими окислителями.
По Кнут Альфтану минимальная, определимая его методом, концентрация хлора равна 0,01 мт/л.
По Колычевой и Тейс этот метод применим в пределах от 2 до 0,008 мг/л активного хлоги.
При попытках работать/ с большими концентрациями, чем 2 мг/л, появляющаяся вначале густая окраска очень быстро исчезает, причём при свете процесс обесцвечишкпя ускоряется.
При определении х.-^зра в воздухе, содержащем 0,001—0,015 мг/л С12
точность способа Альфтана по сравнению с нефелометрическим (нефелометр Кобера), как следует из опытов Колычевой и Тейс, равна 4-10%.
Описанные колориметрические способы рекомендуются для определения активного хлора в хлорированной воде. Во многих случаях эти методы, благодаря их высокой чувствительности, являются наиболее удобными. Однако вполне заменить йодометрический способ не могут, так как они не применимы при концентрациях выше 2 мг/л. а также при работе с мутными или окрашенными водами ia.
Следует обратить внимание на большое значение колориметрических методов определения активного хлора для автоматического контроля содержания активного хлора в хлорированной воде. Последнее основано на применении фотоэлементов, регистрирующих изменения интенсивности окраски индикатора, в большинстве случаев ортотолидина. В некоторых схемах предлагается использовать иодокрахмальную реакцию 63/4,65,66.
Кроме изложенных выше методов непосредственного определения a ?t-тивного хлора разработан ряд способов, основанных на определении концентрации хлор-ионов, образующихся в результате восстановления активного хлора, что позволило применить нефелометрические методы анализа.
Колычева и Тейс установили, что нижний предел точности метода ра-вен 0,007 мг/л хлора. Кольтгоффи Ютзи 67 нашли, что этот предел лежит значительно выше и минимальная концентрация хлора, определяемая этим методом, равна 0,08 мг/л. К таким же выводам приходит и Ле-бединцева68. Отдельные попытки использовать для автоматического контроля нефелометрию пока ещё не вышли из стадии лабораторного изучения
Физико-химические методы
В технике получили некоторое распространение методы определения активного хлора, основанные на определении окислительного потенциала. Большинство из этих методов запатентовано. Так. Адольф Кроке 69 предлагает определять содержание активного хлора с помощью двух электродов, из которых один омывается хлорированной водой, а второй — нехлорированной. По второму варианту оба электрода (из неоднородного материала) омываются хлорированной водой. Количество притекающей к электродам воды должно быть постоянным.
Георг Орнштейп70 также использует в своем патенте разность потенциалов, возникающую между двумя электродами, при погружении одного в хлорированную, а другого в нехлорированную воду.
Ричард Поумрой и Артур Боуте 71 предлагают для определения концентрации активного хлора пли других окислителей в воде использовать электрохимическую ячейку, в которой один из электродов погружен в исследуемую жидкость, а другой — в раствор поваренной соли или другого электролита. Наблюдаемая электродвижущая сила изменяется с изменением окислительного потенциала исследуемой жидкости.
Кроме описанных иностранных способов физико-химического определения активного хлора М. Товбиным. М. Фельдман 72 и Щукаревым73 был предложен метод, основанный на деполяризующем действии активного хлора.
По этому методу гладкие платиновые электроды погружаются в раствор, содержащий активный хлор. К электродам приложена небольшая
3 Л. А. Кульский 33
электродвижущая сила, компенсирующая обратную электродвижущую силу поляризации. Активный хлор, деполяризуя электроды, повышает силу тока, проходящего через раствор, что отмечается чувствительным
Рис. 4. Схема определения концентрации активного хлора в воде деполяризациснь - ым ме* толом.
гальванометром, шкала которого соответственно прокалибрована. Для увеличения чувствительности метода при наличии ряда посторонних солей в растворе к последнему прибавляют KJ. Деполяризация электродов выделившимся иодом даёт значительное увеличение чувствительности метода и большую воспроизводимость результатов.
Схема установки приведена на рис. 4.
Чувствительность метода 0,05 мг/л активного хлора. Время, потребное на определение 1—1,5 мин.
Физико-химические методы анализа активного хлора хотя ещё и не получили широ
кого применения, однако, в связи с введением автоматического контроля, они приобретают всё большее значение. С их помощью возможно быстрое и точное определение концентрации активного хлора и кон-
троль за хлорированием на различных дистанциях от места, где помещён регистрирующий прибор. Параллельно с определением хлора эти методы могут обеспечить определение и ряда других качественных показателей воды.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ХЛОРОПОГЛОЩАЕМОСТЬ ВОДЫ
6. Современное понятие о хлоропоглощаемоети
Хлорирование природных вод приводит к окислению и хлорированию ряда органических и неорганических соединений, содержащихся в этих водах. К таким соединениям относятся вещества гуму< ового характера, продукты распада клетчатки, белковых веществ пт. п., соли двухвалентного железа, нитриты, аммиак и его соли, сероводород и др.
Окисление или хлорирование всех этих разнообразных соединении протекает с различной скоростью и в зависимости от концентрации хлора, pH, температуры и других условий может останавливаться на топ или иной стадии.
Сложность и многообразие процессов, объединяемых общим названием хлоропоглощаемость воды, отражается г, различном характере кривых хлоропоглощаемоети при разных условиях. Это же вытекает и из различия температурных коэфицпентов скорости поглощения хлора, измеренных в разных интервалах температуры. Для веществ, находящихся в растворённом виде, равновесное состояние в той или иной степени определяется законом активных масс; для веществ взвешенных на первый план выступают абсорбционные зависимости.
Рядом авторов были предприняты исследования влияния химической природы находящихся в воде примесей на процесс поглощения хлора водой.
Горовиц-Власова \ изучая хлоропоглощаемость различных веществ при обычной температуре, нашла, что наиболее высокой хлоропоглощаемостью обладают бензол и его производные, лиственная и торфяная вытяжки. Белок способен связывать больше хлора, чем углеводы и масла. Хлоропоглощаемость смеси не всегда равна сумме хлоропоглощаемостей отдельных веществ.
Кошкин 2,3,4ва основании исследования ряда веществ делит го величине хлоропоглощаемоети па три группы. К пергой группе он относит вещества, обладающие высокой хлоропоглощаемостью: растительные вытяжки, производные бензола (фенолы и др.), аминокислоты, ХаХ’О2 и Fe SO4. Ко второй — вещества животного происхождения с относительно небольшой хлоропоглощаемостью — бульон, желатин и др. Вещества третьей группы: глюкоза, креатин совсем не связывают хлор или связывают в ничтожных количествах. Вещества второй группы обладают способностью понижать хлоропоглгтгас месть' еществ пергой группы. Вещества третьей группы не оказывают влияния на хлоропоглощаемость других веществ.
Исследуя окисление коллоидных растворов хлором, проф. Вознесенский 5 пришёл к выводу, что при небольшом избытке хлора окисление отрицательных коллоидов протекает медленно. Защитные коллоиды резко уменьшают скорость окисления; в небольшой степени эту скорость уменьшают также электролиты; если же последние прибавлены к защищённому коллоиду, то скорость окисления повышается. Свеже коагулированные хлопья коллоидного вещества окисляются с такой же скоростью, как и частицы некоагулировавшего золя; после же некоторого времени гель окисляется медленнее, чем золь.
На основании измерения хлоропоглощаемости суспендированных и растворённых в сточной воде веществ, разделённых путем диализа, Рудольфе и Цпмба 6 нашли, что хлоропоглощаемость сточных вод определяется, главным образом, присутствием растворённых веществ.
Изучение хлоропоглощаемости помимо теоретического интереса имеет большое практическое значение. В зависимости от величины и скорости хлоропоглощаемости воды определяется доза вводимого хлора, необходимая для эффективного ведения процесса её обезвреживания. Несмотря на большое значение этого вопроса, систематическое изучение процессов хлоропоглощаемости было начато сравнительно недавно; число работ, посвящённых этому вопросу, невелико, и многие стороны этого сложного процесса ещё не выяснены. Обращает внимание и то, что эти исследования носят часто противоречивый характер и недостаточно полно освещают целый ряд условий.
В 1939 г. этот вопрос был подвергнут изучению лабораторией технологии воды Института химической технологии Академии наук УССР. Автором совместно с О. К. Лебедпнцевой была сделана попытка установить зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемости от дозы введённого хлора, времени контакта хлора с водой, температуры и некоторых добавок, вводимых при комбинированных методах хлорирования — ионов аммония, меди и серебра 7. Исследования производились при температуре 18—20° С на трёх образцах воды: киевской артезианской, неочищенной воде реки Днепр и днепровской воде, коагулированной алюминиевыми квасцами (см. дальше).
7. Хлороиоглощаемость воды при хлорировании чистым хлором
Влияние дозы хлора и времени контакта
Влияние начальной дозы хлора на хлоропоглощаемость освещается различными авторами по-разному.
Проф. Вознесенский 5 указывает на возможность существования четырех типов зависимости концентрации остаточного хлора от дозы введённого хлора (рис. 5).
Зависимость первого типа имеет место в том случае, когда вода содержит только быстро реагирующие с хлором вещества; зависимость второго типа — в присутствии как быстро, так и медленно реагирующих веществ; зависимость третьего типа — при наличии быстро реагирующих с хлором и каталитически разлагающих ги-похлоритную кислоту соединений; наконец, четвертый тип зависимости соответствует общему случаю, когда в воде одновременно присутствуют все три вида примесей.
При этом величина остаточного хлора во всех случаях плавно возрастает от дозы введённого хлора.
Как было установлено Губарем8, общий случай зависимости, описанный проф. Вознесенским, имеет место для ряда речных, артезианских, а также фекально-хозяйственных сточных вод.
Наряду с этим имеются указания о том, что зависимость остаточного хлора от начальной его дозы может и не быть плавной. Так, Скотт9 отмечает. что как в природных водах, так и в водах с добавкой фенола увели-
Рис. 5. Типы кривых остаточного хлора по схеме проф. Вознесенского.
чение дозы хлора нередко приводит к значительному понижению концентрации остаточного хлора. 11о данным Фабера 10 зависимость остаточного хлора от дозы введенного выражается кривыми е максимумом и минимумом. Это явление особенно ярко выражено для очень загрязнённых под. Подобное наблюдение было сделано также Гриффином и. Па основании исследования ряда вод рек и озёр, питающих водопроводы США, Гриффин нашёл, что кривая зависимости остаточного хлора от количества введённого хлора имеет следующую форму: вначале наблюдается подъём кривой. затем падение и, наконец, новый подъём; второй поднимающийся участок кривой по форме близок к прямой и расположен почти параллельно биссектрисе прямого угла (между координатамиф Автор считает этот тип зависимости практически общим для всех вод.
Гриффин также отмечает, что исчезновение хлорфепольного запаха и вкуса, в воде всегда наступает при введении дозы хлора немного большей, чем минимальная.
Скот и Фабер также считают, что минимальными дозами, необходимыми для устранения хлорфенольного запаха и привкуса, являются дозы, соответствующие началу второй поднимающейся ветви кривой на графике «остаточный хлор — введённый хлор».
По мнению Фабера, наличие максимумов и минимумов на кривой остаточного хлора объясняется присутствием в воде примесей с различными окислительно-восстановительными потенциалами.
Доза Обеденного мора в мв/л
Рис. 6- Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемоети от лозы введенного хлора при хлорировании чистым хлором—кривые типа Л (артезианская вода):
Доза ЬВеденногл хлора S ме/л
Рис. 7. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемоети от дозы введённого хлора прп хлорировании чистым хлором—кривые типа Б (артезианская вода):
I— остаточный хлор, 11 — хлоропоглощаемость.
I — остаточпы- хлор через С шн после лгйор’. II - Х'ЮрО! Г. I • I! iaCM'' ‘ТЬ Ч'1
лнн после (>пюр,|, I /I --'.•стат,'чнын хл-г ЧЩН* >. лисп после --ГО.'ПП. 7V — ХЛ(> Пш I шаемогг'. перс: 'нсп после отбора.
Как показывают опыты Герштейна 12, Гриффина и Боголюбова1: при удлинении времени контакта
хлора с водой концентрация остаточного хлора понижается и при достаточно длительном контакте достигает нуля. ( корпеть поглощения хлора е. течением времени уменьшаетс я. Про-ди.гж'н1е. !Ь1|ост1. сохранения остаточного хлора в воде, при дозах хлора 1—3 мг/л. не превышает нескольких часов (Боголюбов. Герштейн).
Рис. $. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропо1-лошаемо<-тп от дозы введённого хлора при хлорировании чистым хлором - кривые типа Г> (вода р.
Днепр, коагулированная):
I _осгатсчныи хлир. 11 - ХЛ'М'ОНО) ЛОЩае-МОС! Ь.
Рас. 9. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемоети от дозы введенного хлора прп хлорировании чистым хлором — кривые промежуточного типа (вода р. Днепр, фильтрованная):
1 — иСГЛиЧКЫЙ хлор, II — хлор О ПО ГЛ'», щаемос.ь.
В результате наших опытов по выяснению влияния начальной дозы хлора на хлоропоглощаемость воды при времени контакта, равном 30 мин, были получены как плавно возрастающие кривые остаточного хлора (тип А), идентичные приведенным проф. Вознесенским (]тг- (>. кривая III), так и кривые с максимумом и минимумом (тип Б), подобные описанным Фабером и Гриффином (рис. 7 и 8 кривая Г). Кривым первой группы соответствовали плавные выпуклые кривые хлоропоглощаемости (рис. 6, кривая IV), кривым второй группы — кривые хлоропоглощаемости с перегибом (рис. 7 и 8, кривая 22). Кроме линий этих двух типов было получено несколько кривых промежуточного вида, представляющих
Рис. 10. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемости от дозы введённого хлора при хлорировании чистым хлором — кривые промежуточного типа (артезианская вода): I — остаточный хлор, II —- хлоропогло-шземость.
Рис. 11. Зависимость концентрации остаточного хлора от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором (артезианская вода;:
I — концентрация введённого хлора 0,30 м/гл, II — концентрация введённого хлора 0,60 мг/л, III — концентрация введённого хлора 1,00 мг/л, IV концентрация введённого хлора 3,00 мг/л, 1'— концентрация введённого хлора 10.00 мг/л.
собой как бы ряд последовательных стадий перехода от одного основного типа к другому. На рис. 9,10 пб (кривые 2 п II) представлены варианты таких кривых.
Необходимо отметить, что тот пли иной тип зависимости не находился в прямой связи с пропсхоясдепием плп способом обработки воды.
Зависимость хлоропоглощаемости и остаточного хлора от времени контакта в наших опытах выражается прямыми или кривыми, напоминающими логарифмические (рис. 11,12, 13 и 14). Характер зависимости определяется тем, к какому участку кривой «остаточный хлор — введённый хлор» относится данная доза хлора. При концентрациях хлора, соответствующих первой поднимающейся ветви кривой (до первого перегиба или максимума), хлоропоглощаемость и остаточный хлор изменяются пропорционально времени контакта. При более высоких концентрациях хлора имеет место логарифмическая зависимость.
От того, какой части кривой остаточного хлора соответствует начальная доза хлора, зависит скорость хлоропоглощения.
Наиболее резкое уменьшение концентрации остаточного хлора имеет место при концентрациях, лежащих в области минимума кривой. Хлоропоглощаемость при концентрациях хлора ниже соответствующей максимуму вырастает в значительно меньшей степени, чем при более высоких концентрациях.
контача хлора с fodou 8 мил
Рис. 12. Зависимость хлоропоглощае-мостп от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором /артезианская вода):
J — концентрация введенного хлора и.30 м яг, 77 — Кенией/рация введённого хлора 0,00 мг л. 0f/—концентрация введённого хлора 1,ро мг/л. ]\'~ t юнш нграцил гведёштиго хлора 3,00 мг/л, V — концентрация введённого хлора—
Ряс. 13. Зависимость концентрации остаточного хлора от временя контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором (вода р. Днепр):
I — концентрация введённого хлора 0.50 мг'л, II — концентрация введённого хлора 0,75. .аг л, III — концентрация введёнцпгп хлор-' 0,00 мг/л, 1\ --концентрация введённого хлора 1,00 мг,л.
V — ккннеитрйпия введённого хлора
2 0,00 мг л.
Влияние те м п е р а т у р ы И f Г; р Т <1
Боголюбов 1П, Кошкин 2’3’’1 и Герштейн г- отмечают небольшое увеличение хлоропоглощаемостп при повышении температуры. В опытах Герштейна влияние температуры делалось заметным только при времени -контакта выше 30 мин. Повышение температуры приводило к уменьшению продолжительности сохранения остаточного хлора в хлорированной годе.
Влияние температуры па хлоро-поглощаемоеть было изучено нами на артезианской киевской воде, осво
бождённой от аммиака путём выстаивания при температуре от 5 до 35’С. В результате опытов было уста-
новлено. что е повышением температуры увеличивается моеть и её температурный коэфициент (рис. 15).
Время контакта хлора с божй ё мин.
Рпс. 14. Зависимость хлоропоглощаемости от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором (вода р. Днепр;:
/ — концентрация введенного хлора 0,50 мг/л. II — концентрация введенного хлора 0-75, мг/л, III — концентрация введённого хлора 2,00 мг/л, IV — концентрация введённого хлора 4,0 мг/л, концентрация введённого хлора 20,00мг/л.
хлоропоглощае-
Зависимость хлоропоглощаемости от освещения изучалась Кошкиным, который установил, что освещение хлорированной воды увеличивает количество поглощённого хлора.
8. Хлоропоглощаемость воды при хлорировании с аммонизацией
Влияние аммиака
на хлоропог лощаемост ь
воды
Большой практический интерес представляет изучение влияния аммиака на хлоропоглощаемость воды. В последние годы этот вопрос начал изучаться как с практической, так и с теоретической сторон. Приводим результаты нескольких основных исследований по данному вопросу.
Кошкин в опытах с дестиллпрованной водой с добавлением сенной вытяжки установил, что прибавление аммиака в любых количествах снижает
хлоропоглощаемостьпо сравнению с обычным хлорированием. При некоторой концентрации аммиака, изменяющейся в зависимости от количества прибавленной сенной вытяжки, величинахлоропоглоща-емости достигает минимума, и при дальнейшем увеличении количества аммиака остается постоянной. Аналогичное наблюдение было сделано Боголюбовым для невской воды. По данным Боголюбова, минимальная хлоропогло-
Рпс. 15. Зависимость хлоропоглощаемости от температуры при хлорировании чистым хлором (артезианская вода):
I — доза введённого хлора 2,00 мг л, II — доза введённого хлора 5,00 xir.’.i,
щаемость достигается при соотношении хлора и аммиака 4 : 1 (в весовых единицах).
Вопреки приведённым выше данным, Герштейн указывает, что
уменьшение количества хлора,
поглощенного водой, имеет место не при всех концентрациях аммиака, а именно, при приближении весового соотношения хлора и аммиака 10 : 1 наблюдается не понижение, а повышение хлоропоглощаемоетн воды. Это заключение было выведено на основании анализа хода кривой остаточного хлора для воды, к которой было прибавлено небольшое количество аммиака, сравнительно с ходом этой! кривой для той же воды без аммиака. В последнем случае наблюдалось непрерывное повышение
концентрации остаточного хлора при увеличении введённого хлора;
в первом же случае, после достижения некоторого максимума, имело
место снижение количества остаточного хлора.
В соответствии с мнением Герштейна о характере зависимости хлоропоглощаемости воды от концентрации аммиака находятся наблюдения Бурдика 14, который констатировал увеличение хлоропоглощаемости при добавлении сульфата аммония в условиях работы в жаркое время года. Это явление, как отмечает автор, сопровождалось количественным переходом аммиака в нитриты.
В настоящее время является общепризнанным, что понижение хлоро
поглощаемости в присутствии аммиака сопровождается также замедлением уменьшения концентрации остаточного хлора во времени. О степени этого замедления свидетельствуют данные, приведённые Герштейном. В одном из опытов, проведённых этим исследователем, при температуре в 20е С и дозе введённого хлора 1 мг/л без аммиака остаточный хлор сохранялся в течение 2 часов, тогда как в присутствии 0,5 мг/л аммиака при тех же условиях продолжительность сохранения остаточного хлора доходила до 120 часов.
В литературе также указывается, что в присутствии аммиака фотохимическое разрушение хлора значительно замедляется.
Кошкиным было проведено изучение влияния аммиака на хлоропоглощаемость различных органических веществ. Согласно полученным им результатам, хлоропоглощаемость веществ первой группы (см. классификацию веществ по хлоропоглощаемоети на стр. 35) в несколько раз понижается в присутствии аммиака. Для веществ второй группы уменьшение хлоропоглощаемоети составляет несколько процентов от начальной величины. На хлоропоглощаемость веществ третьей группы аммиак не оказывает действия. Смесь из веществ первой и второй групп имеет в отношении понижения хлоропоглощаемоети в присутствии аммиака свойства веществ второй группы. Прибавление веществ третьей группы не оказывает никакого влияния на поведение смеси.
Как о причинах уменьшения хлоропоглощаемоети воды при добавлении аммиака, так п по вопросу химизма хлорирования с аммонизацией имеется ряд мнений. Многие исследователи (Рашиг, Гарольд, Брей и Донелл, Райдил, Рейсе Хаустон. Тилли и Чейпин, Элме, Беккер, Шмелькес и др. 15>16 п) предполагают образование в воде хлораминов как продуктов взаимодействия аммиака с хлором. По мнению Беккера, Шмелькеса и других, более низкий окислительный потенциал хлораминов и является причиной пониженной активности хлора в присутствии аммиака. Имеются, однако, факты, говорящие против возможности образования хлораминов в хлорированной воде. Наиболее серьёзным аргументом против этой гипотезы можно считать то, что (согласно опытам Тилли и Чейпина 1S) основным условием для образования хлораминов являются высокая концентрация и большой избыток ионов аммония. Принимая это во внимание, Брейдпк 19 считает более вероятным, при взаимодействии хлора и аммиака, образование в воде гипохлорита аммония.
По мнению Кошкина, понижение хлоропоглощаемоети в присутствии аммиака является результатом воздействия аммиака не только на хлор, но и на находящиеся в воде примеси, благодаря чему способность последних реагировать с хлором понижается.
Вследствие того, что причины, вызывающие большие изменения хлоропоглощаемоети при наличии аммиака, довольно сложны и неясны, этот вопрос был подвергнут изучению также и нами. Материалом для исследования в наших работах служила киевская артезианская вода, освобождённая от аммиака окислением его путём длительного выстаивания.
Бак видно из графика (рис. 16), кривые остаточного хлора имеют минимум при соотношении хлора и аммиака 1 : 1/2 и горизонтальную ветвь, начиная с эквимолекулярного соотношения хлора и аммиака. Этому минимуму соответствует максимальная хлоропоглощаемсть, а горизонтальному участку отвечает возврастающая хлоропоглощаемость.
Рис. 17. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемости от дозы введённого хлора при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение С12 : NH3 = 1 : Р3 (артезианская вода):
/ — остаточный хлор, //—хлоропоглощаемость.
Рис. 16. Завпспмость концентрации остаточного хлора от соотношения хлора и аммиака при хлорировании с аммонизацией (артезианская вода);
I — концентрация введённого хлора 10,00 мг/л, II — концентраця введённого хлора 5,00 мг/л. Ill — концентрация введённого хлора 2.00 мг/л,
Зависимость остаточного хлора и хлоропоглощаемости от начальной дозы хлора при разных соотношениях хлора и аммиака выражается кривыми типа А пли очень близкими к ним (рис. 17,18,19 и 20), причём, начи
ная с эквимолекулярного соотношения, остаточный хлор и хлоропоглощаемость увеличиваются пропорционально начальной дозе.
Рис. 18. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлормюглощаемэети от дозы введённого хлора при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение С1„ : ХН3 = 1 : 2 , (артезианская вода/:
I — ОСГ.ЧОЧНЫ/i хлон II—хлоропог И'-ШЛ^ЧоСТЬ.
Доза введенного хлора в мг/л
Рис. 19. Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемости от дозы введённого хлора при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение С1, : NH3 = 1 : i (артезианская вода):
/ — остаточный хлор, II — хлороштло-щаечость.
То, что пода, не содержащая аммиака, даёт зависимость хлоропоглощаемости и остаточного хлора от дозы хлора, выражающуюся кривыми типа А, а также и то, что существует максимум для хлоропоглощаемости при соот-43
ношении C12:NH3,равном 1:%и минимум при соотношении равном 1:1,привело нас к мысли, что форма кривых типа Б обусловлена взаимодействием хлора с аммиаком присутствующим в натуральной воде. Действительно, в этом случае увеличение дозы хлора сопровождается уменьшением общего количества аммиака, приходящегося на весовую единицу хлора.Это уменьшение должно обусловить следующее изменение количества остаточного хлора и хлоропоглощаемостп при повышении дозы хлора. При малых концентрациях хлора, когда действительное соотношение хлора и аммиака не
Рис. 20. Зависимость концентрации остаточного хлора п хлоропоглощаемостп от дозы введённого хлора при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение С12 : NH3 = 1 : 20 (артезианская вода):
/ — остаточный хлор, II — хлоропогло-гдаемость.
Концентрация введенного хлора в мг/л
Рис. 21. Влияние присутствия аммиака па зависимость концентрации остаточного хлора от дозы введённого хлора (артезианская вода):
/ — без добавки ХН3, II — концентрации введённого хлора в водупрпХТЦО.эОмг/л.
превышает 1:1, хлоропоглощаемость должна быть небольшой п концентрация остаточного хлора должна возрастать приблизительно пропорционально дозе введённого хлора; при приближении соотношения хлора и аммиака 1: % хлоропоглощаемость должна резко возрастать и количество остаточного хлора соответственно уменьшаться. При дальнейшем увеличении этого соотношения рост хлоропоглощаемостп замедлится и количество остаточного хлора опять начнёт возрастать, что и выражается ходом кривых типа Б.
Результаты наших опытов указывают на правильность высказанного предположения. Так, прибавление к выстоявшейся воде незначительных количеств аммиака вызывает появление на кривой остаточного хлора максимума и минимума, а на кривой хлоропоглошаемости —точек перегиба, характерных для кривых типа Б (рис. 21 и 22).
Опыты показывают также, что количество введённого аммиака оказывает различное влияние па хлоропоглощаемость, в зависимости от начальной концентрации введённого хлора и концентрации аммиака входящего в состав хлорируемой воды. Если соотношение этих концентраций (в граммолях) больше 1 : 1i, зависимость хлоропоглощаемо-44
сти от относительного количества введённого аммиака выражается кривой, подобной кривой, описанной для случая хлорирования свободной от аммиака воды. При соотношении 1 : %—1 : 1. с увеличением введённого аммиака, хлоропоглошаемость уменьшается до некоторого предела; при соотношении 1 : 1 п меньшем введение, аммиака никакого влияния на хлоропоглощаемость не оказывает.
Доза введенного илора в мг/л
Рпс. 22. Влияние присутствия аммиака на зависимость хлоропоглощаемоети от дозы введённого хлора (артезианская во дал
У—без добавки КН,, // — концентрация введённого в воду NII3 ОДО мг/л.
Время контакта хлора с Зовов в мин.
Рис. 23. Зависимость концентрации остаточного .хлора от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором (артезианская вода;:
I — концентрация введённого хлора 0,50 мг/л, //—концентрация введённого хлора 1,00 мг/л, 111 — концентрация введённого хлора 3,00 мг/л, IV— концентрация введенного хлора 10,00 мг/л.
Время контакта хлора с водой в мин.
Рис. 25. Зависимость остаточного хлора от времени контакта хлора с водой при хлорировании с аммонпзацей. Молекулярное соотношение. Cl, : NH3~ ~ 1 : у2 (артезианская вода);
I — концентрация введённого хлора 0,00 мг/л, II — кониентрания введённого хлора 1,00 мг/л, ill — концентрация введённого хлора 2,00 мг/л, /V — концентрация введённого хлора 3,00 мг'л, V — концентрация введённого хлора 5,00 мг/л. VI — концентрация введённого хлора 10,00 о г/л.
время контакта хлора с водой в мин
Рпс. 24. Зависимость хлоуопоглошаемо-сти от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором (артезианская волан
I -- котшенгрсиня введённого хлора 0,50 мг/л. II — концентрация введенного хлора 1.00 мг'л. 41 — концентрация введён-Неге х.юра Л.00 мг'л, IV — концентра-ццн введённого хлора 10,00 мг/л.
Изменение остаточного хлора и хлоропоглощаемостп го времени, при введении аммиака в выстоявшуюся воду, при соотношении хлора и аммиака от 1 : U до 1 : изображается «логарифмическими» кривыми (рис. 23, 24, 25 и 26), а при большем количестве аммиака, хлоропоглощаемость и уменьшение концентрации остаточного хлора становятся
Рис. 26. Зависимость хлоропоглощае-моетп от времени контакта хлора с водой при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение С12 : NH3== — l:1/, (артезианская вода):
I — концентрация введённого хлора 0,50 мг/л, II — концентрация введённого хлора 1,00 мг/л. III — концентрации введенного хлора 2,00 мг/л, IV — конце-трация введённого хлора 3,00 мг/л.
V — концентрация введённого хлора 5,00 мг/л. VI — нонцешрациЯ введённого хлора 10.00 мг/л.
пропорциональными времени контакта (прямолинейная зависимость) (.рис. 27, 28, 29 и 30).
Добавление различных количеств аммиака, оказывает значительно большее влияние на скорость поглощения в начале процесса, чем
Время контакта хлора с водой 8 мин
Рис. 27. Зависимость концентрации остаточного хлора от времени контакта хлора с водой при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение С12 : NH3 = = 1:1 ('артезианская вода):
/—концентрация введённого хлора 0.50 мг/л, ГТ—концентрация введённого хлора 5,00 мг/л.
во второй его стадии, когда поглощение делается более медленным.
Наибольшая скорость поглощения (рис. 25 и 26; наблюдается при 1:*4, наименьшая — при эквимолеку-27 и'28).
соотношении хлора и аммиака как лярном количестве аммиака (рис.
Характерно то, что в освобождённой от аммиака воде при хлорировании без аммонизации отсутствуют прямолинейные зависимости между
хлоропоглощаемостью — остаточным хлором и временем контакта (рис. 22 и 24), наблюдавшиеся в сырой воде при малых концентрациях хлора (рис. 11 и 14). Появление этих зависимостей, также можно отнести за счёт влияния входящего в состав воды аммиака. Это явствует из того, чю при малых дозах хлора мы, фактически имеем дело с хлорированием, при соотношении хлора и аммиака 1 : 1 и меньшем, для которых характерен такой тип зависимости.
Следует отметить, что наличие двух перегибов на кривой, выражающей зависимость остаточного хлора от концентрации аммиака, указывает на возможность образования в подвергнутой хлорированию с аммонизацией воде от двух различных соединений хлора и аммиака. Появление этих перегибов при соотношении хлора и аммиака 1 : Чи 1 : 1 (соответствующих ХНС12 и ХН, С1) говорит в пользу хлорамкнной теории.
Пзъюрова и Шустова 20 получили убедительные доказательства образования моно-и дихлораминов, определяя окислительно-восстановительный потенциал, который они измеряли одновременно с хлоропогло-щаемостыо воды,
С точки зрения уменьшения расхода хлора при обезвреживании воды хлорированием с аммонизацией, наиболее выгодным является соотпоте-гпе NHS: С1„=1 : 1. что соответствует монохлорамину. Сложность зави
симости хлоропоглощаемости от ряда факторов показывает, что определение необходимой дозы остаточного хлора в воде можно
Время контакта хлора с водой 8 мин
Рис. 29. Зависимость конпентрдашш остаточного хлора от времени контакта хлора с водой при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение C12:NH3 = 1 : 6 (артезианская вода):
/ — концентрация введённого хлора 0,50 мг/л, II — концентрация введённого хлора 1,00 мг/л, III — концентрация введённого хлора 5,00 Мг/л, IV — концентрация введённого хлора 10,00 мыл.
Рис.31. Зависимость хлороноглитпе-мостп от температуры при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение C12:NH3 = 1 : 3/з (артезианская вода):
/—.доза введённого хлора 2,00 мг/л, II—доза введённого хлора 5,00 мг,л.
время контакта /лора с водой S мин.
Рис. 28. Зависимость хлоропогло-шаемостп от времени контакта хлора с водой црп хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение Cl, : NH3 = 1:1 (артезианская вода;: I — концентрация введённого хлора 0,50 мг/л, II — концентрация введённого хлора 5,00 мг/л.
Время контакта хлора с водой в мин
Рис. 30. Зависимость хлоропоглощаемости от времени контакта хлора с водой при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение C1S;NH3 — 1 : 6 (артезианская вода):
I — концентрация введённого хлора 0, 50 мг/л, II — концентрация введённого хлора 1.00 мг/л, III — концентрация введённого хлора 5,00 мг/л. IV— концентрация введённого хлора 10,00 мг/л.
производить только после получения графика зависимости количества остаточного хлора от количества введённого хлора в условиях практи-
ческого применения.
Таким образом, изучение влияния аммиака на процесс хлорирования приобретает теперь и практический интерес, так как, зная коли-
чество аммиака в воде, можно заранее вычислить оптимальную
Рис. 32. Зависимость хлоропоглощаемости от температуры при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение C12:NH3 = l:1^ (артезианская вода);
I —доза сведённого хлора 3,00 мг/л, П — доза введённого хлора 10,00 мг/л.
Рис. 33. Зависимость хлоропоглощаемости от температуры при хлорировании с аммонизацией. Молекулярное соотношение C12:NH3 = 1:1 (артезианская вода):
I — доза введённого хлора 2,00 мг/л, 11 — доза введённого хлора 5,00 мг/л.
Влияние т е м п е р ат уры на х л о р о и о г л о щ а е и о с т ь в присутствии аммиака
Литературные сведения по вопросу о влиянии температуры на хлоро-цог.ющаемость в присутствии аммиака крайне малочисленны.
Полученные нами данные о влиянии температуры (5—35°) на процесс хлоропоглощаемоети при соотношениях С12: ХН3 равном 1 :г/8; 1 ; и 1:1 (рис. 31, 32 и 33) показали, что при увеличении температуры хлоропоглощаемость в присутствии аммиака также возрастает, но в меньшей степени, чем при хлорировании чистым хлором, за исключением соотношения С12 и NH3 как 1:1.
Температурный коэфициент хлоропоглощаемоети в отличие от температурного коэфпциента при хлорировании чистым хлором, либо остаётся постоянным, либо даже с повышением температуры уменьшается.
9. Влияние тяжёлых металлов на процесс хлоропоглощаемоети вод ы
По вопросу о влиянии тяжёлых металлов на хлоропоглощаемость имеются очень ограниченные сведения. Так, в работе Колтуновой 21 приводятся данные о некотором увеличении хлоропоглощаемоети при введении в воду ионов меди. То же отмечает и Славин 22 в отношении серебра, объясняя увеличение хлоропоглощаемоети—реакцией между хлором и введёнными ионами серебра.
При выяснении влияния ионов меди и серебра на скорость поглощения хлора и величину хлоропоглощаемости воды, наши исследования показали, что ионы меди и серебра практически не оказывают влияния на хлоропоглощаемость воды (см. табл. 8 и 9), что противоречит данным Колтуновой и Славина.
Таблица 8
Зависимость концентрации остаточного хлора и хлоропоглощаемости от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором и в присутствии ионов меди
Время контакта хлора с водой в минутах Концентрация остаточного хлора в мг/л Хлоропоглощаемисть в мг/л
хлорирование чистым хлором хлорирование в присутствии Си 0,2 мг/л хлорирование чистым хлором хлорирование в присутствии Си 0,2 мг л
Доза введённого хлора равна 1,75 мг/л
5 0,87 0,85 0, 88 0. 9с
10 0,70 0,69 1,05 1. ио
20 0,48 0,55 1,27 1,20
30 . . . 0,45 0,41 1,30 1 . 3 *
45 0,45 0,45 1,30 1 , 30
60 0,41 0,43 1,34 1,32
Доза введённого хлора равна 0,5 мг/л
5 0,37 0, 38 0,13 0, 12
10 0,33 0,33 0,17 0, 17
20 0, 31 0,29 0,19 0,21
30 0,37 0,34 0, 13 0,16
4 J 0, 33 0,29 0, 17 0,21
60 0,33 0,3 4 0, 17 0, 16
Зависимость концентрации остаточного хлора п хлоропоглошаемости от времени контакта хлора с водой при хлорировании чистым хлором и в присутствии ионов серебра
Время контакта хлора с водой в минутах
Концентрация остаточного хлора D мг/л
Хлоропоглощаемость в МГ''Л
хлорирование чистым хлором
хлорирование в присутствии Ау
х.юриров.1- । хлорирование чистым ' ште в присут-хлорим ствин Au
Доза введённого хлора равна 4,00 мг/л, доза Ag равна 0, 1 мг/л
5 2,68 2,68 1,32 | 1,32
15 2 , 50 2,46 1.50 { 1,54
30 2,36 2,33 1,64 1 6 7
60 2,28 2,21 1,72 1 1,79
Доза введенного хлора равна 1,00 мг/л, доза Ag равна 0, 1 мг/Л
0,59 0,60 о, и 0. 1 в
30 ; 0,33 0,37 0,67 0,6 з
60 0,26 0,27 0,7 4 0,73
Доза введённого хлора равна 4,00 мг/л, доза А g равна 1,0 мг/л
5 3,46 3, 42 0, 54 0,58
15 3,28 3,16 0,72 0,84
30 3, 16 3,19 0,84 0,81
60 3,12 3,03 0,88 0,97
4 Л. Л. Кульский
10. Методы определения хлоропоглощаемоети воды
В практическом отношении определение величины хлоропоглощаемоети не только свидетельствует о степени загрязнения воды, но и является основным показателем при установлении потребной для хлорирования дозы.
Потребная доза хлора определяется суммированием хлоропоглощаемости воды и остаточной дозы хлора, необходимой для поддержания должной стерильности воды в течение заданного отрезка времени.
В качестве ориентировочных указаний по выбору дозы хлора для разных источников водоснабжения, в руководстве по полевому водоснабжению войск РККА23 рекомендуется исходить из следующих данных; 1) воды грунтовые, речные, озерные и проточные с окисляемостью до 10 мг кислорода на 1 л имеют хлоропотребность от 0,6 до 2,5 мг хлора на 1 л; 2) воды прудовые и болотно-проточные с окисляемостью от 10 до 20 мг кислорода имеют хлоропотребность от 2,5 до 4,5 мг хлора на 1 л; 3) воды болотные и торфяных карьеров (стоячие) с окисляемостью 20 и выше мг кислорода на 1 л воды имеют хлоропотребность от 5 мг на 1 л и больше.
В качестве примера того, как влияет степень загрязнённости воды на её хлоропоглощаемость, а следовательно и на дозировку хлора, укажем, что хлоропоглощаемость воды Москва-рекп колеблется в пределах 4—9 мг/л, в то время как более грязная вода р. Яузы обладает хлоропоглощаемостью 25—45 мг/л.24
Вода заражённая ОВ, так же как и вода загрязнённая не ядовитыми органическими веществами, обладает повышенной хлоропоглощаемоетью. Поэтому определение хлоропоглощаемоети может явиться и косвенным показателем наличия в воде ОВ. Так например, ряд авторов2 считает, что 1 мг иприта поглощает около 1—2 мг хлора; исходя из этого ”ни судят о приблизительном содержании в воде иприта.
Определение хлоропоглощаемоети производится следующим способом. К 250 мл исследуемой воды приливают 250 мл хлорной воды известной концентрации (примерно 100 мл С1, в 1 л воды). Раствор взбалтьпают и оставляют стоять в течение 15—30 мпн.. закрытая часовым (теплом колбу Эрлен.мсйера, в которой производят определение. После указанного времени определяют концентрацию хлора и по разности между начальной и конечной концентрацией вычисляют хлоропоглощаемшть воды. Начальную концентрацию активного хлора в воде п остаточный хлор определяют по одному из методов, приведённых в главе I.
Хлоропоглощаемоети можно определить и введением в исследуемые пробы воды навесок хлорной извести, с известным содержанием в них активного хлора. Через 15—30 мин. в этих пробах находят остаточный хлор.
В некоторых случаях производится качественная проба воды па хлоропоглощаемость. Для качественного определения хлоропоглощаемоети приготовляют хлорную воду, водный раствор хлорамина пли хлорной извести, с примерным содержанием актпвного хлора 1 мг на 1 л. К этому раствору прибавляют 1 мл смеси 5%-ного раствора подпетого калия и 1% раствора крахмала. Полученный синий раствор (вследствие выделения пода) добавляют к исследуемой воде по каплям. Исчезновение синего окрашивания указывает на наличие в воде хлоропоглощаемоети.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ХЛОРИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
11. К теории бактерицидного действия хлора
Первые наиболее значительные работы, касающиеся теории дезинфекции, принадлежат Паулю и Кренигу, Фиккеру, Икеда, Гаррпэтте, Шик, Модсену и Ниману 0 Эта исследователи показали, что явления дезинфекции могут быть сведены к химическим изменениям, причём большинство из них протекает по уравнению мономолекулярной химической реакции.
Бернштейн, Рейсс и др. объясняют отклонения от уравнения мономолекулярной реакции физическими причинами. Эйкман, Кронер, Рейхель и Рейхенбах обратили внимание на биологические особенности, которые должны быть учтены в теории дезинфекции.
В настоящее время существуют две теории, пытающиеся объяснить бактерицидное действие хлора, хлорной воды и гипохлоритов.
Одна из них (теория Баркера) объясняет действие хлора и хлоросодержащих веществ на бактерии хлорированием и окислением протоплазмы бактериальных клеток. Вторая (Буно-Варилла) — действием ультрафиолетовых лучей, возникающих при реакции между хлором п органическими веществами, находящимися в воде.
Обосновыгая первую теорию. Эмбо 2 (1933 г.) нашёл, что повышение окислительной способности хлорной воды прп нагревании, происходит параллельно с повышением её бактерицидного действия. Он считает, что бактерицидная сила хлора и его соединении изменяется е изменением окислительного потенциала системы.
Рейсс п Тихонейрес 3 (1933 г.) прп изучении хлорирования по методу верденпзации пришли к выводу, что усиление бактерицидного действия хлора при верденизацпи. обусловлено повышением окислительно-восстановительного потенциала хлорированной годы, вызываемого энергичным перемешиванием.
Донич 1 (1939 г.) объясняет бактерицидное действие хлорных препаратов, образованием вследствие гидролиза гипохлоритной кислоты и окислением выделяющимся кислородом (при разложении НСЮ) веществ бактериальных клеток. Однако, если для ряда препаратов возможно образование НС1.0 и окисление веществ протоплазмы кислородом, то для других веществ более вероятно хлорирующее действие.
Закощиков 4>5 показал в ряде работ, что хлорамины каталитически г 51
разлагают НПО, в результате чего происходит окисление плазмы при бактерицидном действии.
Треш 6 (1933 г.) считает, что кислородные гипотезы несостоятельны, а предполагает, что на бактерии действует непосредственно хлор. Этот же взгляд на бактерицидное действие хлора, как на результат хлорирования плазмы, приводится и в книге Лапшина и Строганова 7. Франк Т. Грейн и Э. Готлиб 8 также пришли к выводу, что действие хлора заключается в хлорировании веществ плазмы и питательных веществ включённых в плазму.
Вторая теория бактерицидного действия хлора была выдвинута Бупо-Варилла 9. Он объясняет гибель большей части бактерий при вердеппза-цип действием ультрафиолетовых лучей, появляющихся в результате химической реакции между хлором и органическими веществами, содержащимися в воде.
Верденпзацпя, обеспечивая хорошее перемешивание, ускоряет протекание химической реакции.
Однако, Карлос Сагастуме и Артур Коларп 10 показали, что применённая в опытах Буно-Варилла методика даёт слишком большие ошибки, чтобы на основании этих опытов сделать какие-либо выводы. Попытки исследовать излучение спектрографически не привели к каким-либо определённым результатам. Эти авторы ставили опыты с очень бедными В. coli и typhi водами в кварцевых и стеклянных сосудах, находившихся в растворах КСЮ с добавками мочевины и без них. При этом влияния излучения на бактерии авторы не обнаружили.
Ф. Динер и П. Эртпллар 11 экспериментально доказали, что при стерилизации хлором существует чисто химическое действие (хлорирование и окисление веществ клеток), соответственно теории Баркера, и ио существует никакого косвенного действия, благодаря излучению х.юро-содержащей среды.
Слабой стороной теории, поясняющей бактерицидное действие хлора излучением, возникающим при реакциях хлора с органическими веществами воды, является также и то, что излучение, как показал Рене Одю-бер 12 *, тождественно с митогенетическими лучами А. Г. Гурвича, открытыми с помощью биологических детекторов. Это тождество следует из тождества интенсивности, спектральной области (1900—2500 А) и ряда источников излучения.
Однако митогенетические лучи характеризуются своим стимулирующим действием на деление клеток и, в связи с этим чрезвычайно мало вероятно, что именно амитогенетпческое излучение вызывает высокий бактерицидный эффект, какой имеет место при хлорировании воды.
Таким образом можно считать более вероятным, что бактерицидны it эффект хлора заключается, во-первых, в его окислительном действии и во-вторых, в действии самого хлора на плазму бактерий.
12. Некоторые данные о бактериальном загрязнении воды и методах изучения её обезараживапия
Бактерии встречаются во всякой воде. Среди них имеются безвредные и патогенные. Для сравнения характеристики бактериального загрязне-
ния различных вод приводим данные, заимствованные у Брилинга 14, представленные в табл. 10.
Таблица 1
Данные о степени бактериальной заражённости воды в зависимости от характера иеючнина
Характер источника
Бактериальное заражение
Ключевая вода, защищённая от внесения извне бактериального загрязнения ............................
Ключевая вода, не вполне защищённая...............
Колодезная вода, хорошо защищённая от заневеиия заразного начала .................................
Колодезная вода обыкновенных нолодпев. вс вполне защищенных от загрязнения.........................
Вода больших озер.................................
Чистая речная веда ...............................
Вода артезианских колодцев, грунтовая вода .......
Очищенная через слов песка поверхностная вода . . .
от » 0 10 До 200 » 3 0 00 зародышей
» 10 » 1000 »>
ДО 80 000 »
» 1 5 00
» 12 5 0 0 »
» 0 »
»> 100 »
Из сопоставлении этих данных видно, какой фильтрующей силой обладает почващднако даже самая чистая вода в бактериальном отношении может быть носителем разных водноэпидемических заболеваний.
Как видно iis табл. 10, лучшими водами в бактериальном отношении являются артезианские воды но и они поднимаясь в скважинах и попадая в. насосы, в ряде случаев подвергаются большему или меныпему загрязнению, и в бактериальном отношении перестают быть безупречными.
Воды открытых бассейнов подвергаются гораздо большей возможности бактериального заражения, а поэтому использование их в неочищенном виде, всегда представляет большую угрозу возможности возникновения и распространенья воднокишечных заболеваний.
Обеззараживание воды от патогенных микроорганизмов является самым важным этапом очистки воды, и приобретает первостепенное значение в военное время.
Пз истории войн известно, что большое количество бойцов выводится из строя не в результате действий противника, а в результате водпоэпиде-мичес к их за бо лева ни и15.
Водным путём могут распространяться такие эпидемии, как брюшной тлф, паратифы. .холера, острые гастроэнтериты, бруцеллёз, инфекционная желтуха, туляремия ,сап, сибирская язва и другие, часто смертельные болезни 1в. Однако большинство бактерии, являющихся возбудителем этих инфекций, очень чувствительно к целому ряду внешних факторов. Многие из этих бактерий погибают под действием света, от химических примесей в воде, бактериофагии, уничтожаются другими микроорганизмами и пр.
По данным Габовича, продолжительность жизни бактерий в сравнительно чистой воде, значительно больше чем в грязной. Последнее было им установлено в лабораторных условиях при температуре 10 — 20эС.
Продолжительность жизни ряда бактерий можно иллюстрировать тем фактом, что бациллы брюшного тифа в колодезной воде сохраняются в течение 6 и более месяцев. Некоторые патогенные микроорганизмы (например, холерный вибрион), хорошо сохраняются в илистых отложениях водоисточников и резервуарах для воды ещё более длительное время 17. При этом бактерии выживают тем дольше, чем больше их концентрация в воде; разбавление заражённой годы способствует их гибели. При большом количестве, бактерии живут даже в дестиллирован-
поп воде, очевидно за счет отмирающих !Ч. Вегетативные формы микроорганизмов надежно обезвреживаются имеющимися дезинфицирующими средствами. Споровы' формы в этом отношении представляют значите;: ьиыс затруднения.
Примньмше бактерий для заражения воды в военное время вполне реально. При отступлении противник может искусственно заражать источники водоснабжения или йенэльзовать бактериологические средства для диверсионных актов в тылу.
В литературе указывается 1в, 19, что применение новых, неизвестных видо)! бактерии в целях бактериального заражения вод в военное время маловероятно. Отмечается возможность применения споровых бактерий, например, сибирской язвы, которые более устойчивы и противостоят обычным методом дезинфекции. Польский военный врач Корышковский16 указывает на возможность перенесения заболеваний животных n;i человека при бактериальной войне. В качестве примера он приводит бруцеллез, инфекционную анемию лошадей, передающуюся ультравирусом, проходящим через бактериологичесю е фильтры.
Следует иметь в виду и работы, проводимые по привыканию мш -робов, например к хлору. Известны работы парижской лаборатории, которой удалось путём постепенной акклиматизации разводить кишечную палочку в среде 1%-ного фенола и 2°„ мышьяка20.
Среди используемых в практике средств дезинфекции воды хлорирование остаётся одним из лучших шюсобов индивидуального, группового и массового обеззараживания в>>дн.
Хлорировании в практике обезвреживания вод применяется около 4( > лет. По изучению этого метода им стоя большое число трудов. Однако, при рассмотрении существующей литературы по вопросам хлорирования воды обращает внимание противоречивость выводов, к которым приходят различные исследователи. Это особенно относится к определению величины бактерицидных доз хлора и влиянию на бактерицидный эффект хлорирсзания различных факторов.
Также обстоит вопрос и <-i, сравнительной оценкой методов хлорирования воды, применяемых в настоящее время на практике. Методы усиленного хлорирования (хлорирование повышенными дозами хлора, двой-но хлорирование и т. д.). хлорирование с прижженном других веществ (хлорирование е аммонизацией, хлорсеребряпый. хлормедный способы, хлорирование <• мапгапированпем п пр.) не имеют точной оценки;'а также пет и указаний, в каких случаях следует применять тот или иной Метод И В Чём преимущеетс.о каждого из ПИХ.
Несовпадающие данные, полученные многими авторами, объясняются прежде всего тем. что исследования производились не только на различном биологическом материале, но и тем, что применялась различна;! техника и методика исследования.
Г-млее объективное сравнительное изучение процессов обезвреживания воды при различных методаххлорировапип.можетбыть осуществлено лишь на однородном биологическом метериале, учитывая имеющие здесь место значительные колебания результатов дезинфекции, зависящие от индивидуальной изменчивости микроорганизмов.
Для иравильнего представления об эффективности обезвреживания
необходимо знать течение процессов, зависящих не только от состава воды, но и от методов хлорирования.
Учитывая это, мы попытались провести сравнительную оценку основных методов хлорирования с точки зрения их бактерицидного эффекта па однородном биологическом материале, пользуясь одинаковой методикой*. Полученные нами** данные приводятся в соответствующих местах настоящей главы.
Все сравниваемые дозы хлора изучались одновременно в каждом опыте. При изучении бактерицидного эффекта хлорирования с добавками солей или аммиака, ставились контрольные пробы с чистым хлором при той же концентрации остаточного хлора.
Различная стойкость отдельных микроорганизмов и их индивидуальная изменчивость, являются причиной некоторых расхождений при определении бактерицидного эффекта в ряде повторных опытов. Для объективной оценки полученных данных необходимо производить их обработку на основе вариационной статистики, либо устанавливать пределы колебаний результатов ряда параллельных' опытов. Так как мы считали, что 5—6 повторений опыта недостаточно для обработки материала при помощи уравнений вариационной статистики, то в таблицах, иллюстрирующих полученные нами данные, приведены две цифры, характеризующие предельные расхождения ряда определений величины бактерицидного эффекта.
13. Влияние условий хлорирования воды на бактерицидный эффект
Влияние доз хлора и времени контакта
На основании опубликованных материалов можно прптти к выводу, что обезвреживание воды малыми дозами хлора часто не достигает своей цели. Колеблющиеся результаты такого хлорирования воды нашли своё отражение в чрезвычайно разнящихся величинах бактерицидных доз хлора, предлагаемых различными авторами. Так, А. Бекк 21 рекомендует применять для обезвреживания питьевой воды дозы хлора в пределах 0,15—0,2 мг на 1 л. Дитгорн 1 расширяет несколько эти пределы, 0,2—0,3 мг/л. Тоннеп 22 указывает, что малые дозы хлора 0,15— 0,25 мг/л достаточны для уничтожения вегетативных форм бактерий. Рао-Сагиб, Раявахари и Ситхарама 23 нашлп, что при дозе 0,2 мг/л введённого хлора, достаточный бактерицидный эффект в 60% случаев получался даже в мутных водах. По их мнению, для прозрачных вод доза 0.1 мг/л введённого хлора, вполне достаточна для дезинфекции воды. Однако Лютц 24, Буно-Варилла, Стона ль, Ольцевскпй доказали, что дозы остаточног0
* Перед каждым опытом устанавливалась кривая зависимости концентрации остаточного хлора от дозы введённого По этой кривой определялись дозы хлора необходимые для получения требуемых концентраций остаточного хлора. Хлор вводился в ряд проб воды объёмом по 25 0 мл каждая. После внесенпя хлора к воде прибавлялось определённое количество суспензии суточной культуры Coli (кишечные бактерии) и через определённые промежутки времени определялся coli-титр. Исследования производились методом Эйкмана с последующей идентификацией В. coli при засеве на цветной ряд. Посевы воды производились в среду Эйкмана различной концентрации. Дозы воды брали в мл: 100; 50; 25; 10; 5; 1; 1,1; 0,01; 0,001 0,0001; 0,00001; 0,0000001.
В большинстве, опытов, параллельно с определением coli-титра, производились подсчёты колоний В. coli на среде Эндо.
•* Бактериологические исследования были проведены при участии ассистента Института микробиологии Академии наук УССР Е. К. Руммега.
[.а меньше 0,1 мг,л вообще не обладают бактерицидным действием. При применении малых доз хлора для дезинфекции воды, в ряде случаев было установлено, что вслед за временным падением числа, зародышей через несколько часов наступает значительное их развитие, так называемый «послерост бактерий» (Абель1, Лангер1, Л. Аатман, Г. О. Пирс и Пауль Каблер 23).
Вопткеиич, Новопашепный и Несмеянов26 указывают, что только при дозах больше 1 мг остаточного хлора в 1 л воды, бактерии окончательно погибают и более не развиваются.
Английские микробиологи Рессель и Хатчинсон, объясняют ото обстоятельство тем, что во время стерилизации в первую очередь погибают protozoa, как наиболее чувствительные к влиянию антисептика; поэтому бактерии потеряв своих антагонистов, свободно размножаются. Существует также мнение, что в этих случаях имеется стимулирующее влияние антисептика на бактериофаг, которое замечено при влиянии малых доз отравляющих веществ.
В литературе приводятся многочисленные данные, на основании которых указывается недостаточность в ряде случаев стерилизации малыми дозами хлора.
Проф. Малшпевскии 27 подчёркивает, что хлорирование воды дозами в 0,3—0,5 мг, обычно применяемыми на практике, уничтожает огромное количество микроорганизмов и делает воду по санитарным нормам, пригодной для питья. Однако, такая вода в скором времени снова становится не гарантированной в бактериальном отношении.
Результаты хлорирования воды реки Марны, приведённые Малишев-скпм, дают наглядное представление о действии хлора на бактерии coli и другие микроорганизмы (табл. 11).
Т дб.1 dU Й 11
Влияние различных доз хлора на бактерии сои и дрппе Пактерип
Дозы хлора
Необработанная вода
Обработанная дозами хлора 0,2 мг
Обработанная дозами хлора 0,4 мг
Обработанная дозами хлора 0,5 мг
Обработанная дозами хлора 1.0 мг
Обработанная дозами хлора 2,0 мг
обработанная дозами хлора 3,0 мг
3000
50
20 0 О о
Из табл. 11 следует, что бактерии coli погибают уже при дозе хлора в 0,5 мг, но другие более живучие виды, остаются в небольшом количестве и после дозы в 3 мг.
Бюргер, Ульзамер 1 рекомендуют более высокие дозы хлора для дезинфекции воды, доходящие до 1,5 мг/л. Тонней22 нашёл, что для споровых микроорганизмов достаточно бактерицидными являются дозы хлора лишь от 2,5 до 2,8 мг/л.
По вопросу о времени контакта хлора с водой, необходимом для достижения достаточного бактерицидного эффекта, также не существует какого-либо определённого мнения. Так, цитированный выше Ф. Тонней
с сотрудниками нашёл (при дозе остаточное хлора 0,15—0,25 мг/л для вегетативных форм и дозе 2,5—2,8 мг/л для споровых форм бактерий) время контакта достаточным —% мин. Мальман и Кери 28 установили в своей работе, что это время равно 10 мин. Тауссон, Хатман с сотрудниками нашли потребное для дезинфекции время контакта с хлором 2 часа. Стритер29 и другие авторы, приводят ещё большее время контакта хлора с водой, необходимое для стерилизации.
В. Рудольфе и Цимба 30 нашли, что при достаточной дозе хлора бактерицидное действие, вообще не зависит от времени контакта.
А. Лоде 31, проводя исследования по влиянию разных концентраций хлорной извести на кишечную палочку, холерный вибрион, споры сибирской язвы, палочку Эберта и др., пришёл к выводу о недостаточности 1 мг хлора для стерилизации 1 л воды даже при 24-часовом контакте хлора с водой. Тот же автор указывает, что влияние 30 мг хлора на 1 л заражённой воды, в течение 10 мин. уничтожает все вегетативные формы микроорганизмов; 8 мг хлора на 1 л воды за 5 мин. уничтожают палочку Эберта, за 20 мин. кишечную палочку, за 25 мин. холерного вибриона и за 30 мин. всех водных микробов.
Работы Гримма 32 и других авторов подтверждают выводы Лоде.
Габовпч приводит интересные данные некоторых американских исследователей. которые отмечают, что действие хлора особенно сильно проявляется в течение первого получаса, причём из патогенных микроорганизмов наиболее чувствительными к хлору, являются бациллы брюшного тифа, дизентерии и холерный вибрион.
Паратиф В и микрококк являются более резистентными. По данным Габовича хлорирование на споровые формы почти не действует.
Проведённые проф. Войткевичем и Новопашенным 26 опыты, иллюстрируют бактерицидный эффект хлорирования очень загрязнённой воды. Для опыта ими была взята вода, содержащая 232 000 бактерий в 1 мл. Хлор вводили в количестве 0,5; 1.0; 2,0; 4.0 мг на литр. Результаты приведены в табл. 12.
Таблица 12
Бактерицидный эффект хлорирования воды в зависимости от доз хлора н времени контакта
Время контакта Доза хлора на 1 л
0,5 мг j 1,0 мг 2,0 мг I 4, 0 мг
Количество бактерий в 1 мл
До хлорирования 232000 232000 232000 232000
Через 30 мин 65000 2300 50 77
Через 1 час 44000 180 36 52
Через 2 часа 29500 111 23 47
Через 4 часа 37000 85 60 40
Через 24 часа 75000 10 9
Из табл. 12 видно, что даже в случае значительного бактериального загрязнения, доза хлора в 1 мг на 1 л делает качество воды достаточно удовлетворительным. Хотя полной стерилизации при хлорировании такими дозами обычно не достигается, но в числе небольшого количества ‘ 57’
-W
iff!
•остающихся в питьевой воде микроорганизмов, сохраняются лишь споровые.
Нахтпгаль и Аби 33 подчеркивают значение скорости окислительных процессов протекающих в воде, для выбора дозы хлора, обладающей достаточным бактерицидным эффектом. Однако выбор дозы хлора усложняется ещё и целым рядом других факторов: временем контакта хлора с водой, t°, pH воды, солевым составом воды, взвесями и т. д.
С целью установления правильной оценки данных, приведённых в рассмотренной литературе, нами был проведён ряд опытов по изучению бактерицидного эффекта различных доз остаточного хлора при нормальном хлорировании и суперхлорировании.
Результаты этих опытов, проведённых по методике, описанной на стр. 55, приведены а табл. 13, 14 и на графике (рис. 34).
Из таблиц и графика видно, что в воде с очень низкой хлоропоглощаемостью (до 0,1 мг/л), достаточный бактерицидный -I эффект получается лишь при [дозами в 1 мг/л хлора, при времени контакта не ) меньше 30 мин. и 2 мг/л хлора при времени контакта не меньше 15 мин. Дозы остаточного хлора меньше 1 мг/л в данных условиях, дают совершенно недостаточный эффект.
Увеличение хлоропоглощаемости воды, улучшает бактерицидный эффект хлорирования при равной концентрации хлоропоглощаемоети в 0,5 мг/л
___| хлорировании I хлора, при вре
о.г ,о,з о,4 . !>д дв
Концентрации остатчного глоро В мг/л Рис. 34. Зависимость бактерицидного эффекта хлорирования воды от концентрации остаточного хлора и времени контакта его с водой (Артезианская вода. Хлоропоглощаемость до 0,1 мг/л):
I — время контакта хлора с водой 5 мин; II — время контакта хлора с водой— 15 мин.
остаточного хлора (табл. 14). Так, при :
при 30-минутном контакте coli-титр равен уже 5—25, при 60-минутном контакте 50—100. При хлоропоглощаемоети же в 4—5 мг/л, при тех же данных, coli-титр соответственно равен 25—50 и 100—100. Однако и при более высокой хлоропоглощаемоети, дозы остаточного хлора меньше 0,5 мг/л оказывают совершенно недостаточный бактерицидный эффект.
Так как заражение воды в нормальных условиях обычно значительно меньше, то доза остаточного хлора в 0,5 мг/л при времени контакта в 30 мин., должна полностью обеспечить санитарные требования предъявляемые к бактериологическому качеству воды.
В случае эпизодического, бактериального заражения воды, более стойкими и опасными культурами, доза хлора должна быть поднята значительно выше и установлена путём специальной экспериментальной проверки, так как эффективность дозировки хлора будет зависеть и от характера водоёма и от природы внесённой культуры.
Таблица 13
Зависимость бактерицидного эффекта хяорированп воды от концентрации остаточного хлора и временя контакта хлира с водой (артезианская вода) (t° 18 — 20°, хлоропоглощаемость 0.1 мг)
Концентрация сстат. чпогс хлора в мг/л Coli-тптр при времени контакт а хлора о 4!о;юй
5 мин. 15 мин. 60 мин.
0 (контроль) 0,0001 0,0001 0,0001
0,2 0,1—1,0 0,1—1 0 0.1
0,3 о, 1—1,0 о, 1—1,0 1,0
0,5 — 1,0 1,0
1,0 1.0 5,0 100,0
2,0 50,0 100,0 100, 0
3,0 100,0 100,0 100, 0
10,0 100,0 100,0 100,0
Таблица 1;
Влияние хлоропоглощаемостп воды на бактерицидный эффект при дозе остаточного хлора 0,5 мг/л и температуре 18—20° С
Величина хлоропоглощаемостп в мг/л Col i-титр при времени контакта хлора с водой
30 мин. 60 мин.
0 (контроль) 0,0001 0,0001
0,1 (артезианская вода) 1 ,0 —
0,5 (артезианская вода) • 2—3 (днепровская коагулированная 5—25 5 0-100
вола) 25—25 1 00—1 Оо
4—5 (сырая г.од\ р. -Днепр) 25—5 0 1 00—100
Изучение данных по двукратному хлорированию воды показало, что такая мера не оказывает ощутимого увеличения бактерицидного эффекта, по сравнению с введением суммарной дозы единовременно.
В л и я п п е т е ми е р а т у ры, pH и взвесей в вод о на бактерицидный эффект х л о р и р о в а н и я
По вопросу влияния температуры на процесс обезвреживания воды хлором в литературе приведены различные указания. Так, Эмбо 2 нашёл, что повышение температуры воды от 0 до 25°, повышает стерилизующее действие хлора. А. А. Смородпнцев 34 в результате своих исследований над ролью температурного фактора при обезвреживании сточных вод хлором выяснил, что увеличение температуры с 4 до 15е и выше, значительно изменяет течение во времени дезинфицирующего процесса п требует столь же значительных изменений дозировки хлора. Доза хлора, при температуре 4е, необходимая для полного отмирания кишечной палочки, может быть уменьшена в 1,5—2 раза при температуре 16°, в 3—4 раза при температуре в 37е ивэ—10 раз при температуре 45°. По данным опытов Смородппцева. предельный срок контакта, за которым уже праити-59
чески прекращается дальнейшее действие дезинфицирующего агента равен;
при 0°—3 часа, прп 4°—4 часа, при 16°—1 час, при 37°— 15—30 мин. и при 45е —10 мин.
Боголюбов 35 не нашёл никакого изменения бактерицидного действия хлора в интервале температур от 13 до 22° С, а при снижении температуры от 14 до 5°, бактерицидный эффект хлорирования, по его данным, улучшается.
Нами изучалось влияние температуры па бактерицидный эффект хлорирования, как при постоянном количестве вводимого хлора, так и при постоянной концентрации остаточного хлора, чтобы разграничить эффект, зависящий от влияния температуры на хлоропоглощаемость и от влияния температуры непосредственно на бактерицидный эффект.
Прп постоянном количестве вводимого хлора, нам не удалось обнаружить какого-либо влияния температуры на бактерицидный эффект хлорирования, потому что наряду с повышением температуры росла хлоропоглощаемость и снижалась доза остаточного хлора. Прп всех температурах мы получали одинаковый бактерицидный эффект.
' Результаты исследования влияния температуры на бактерицидный эффект, при постоянной концентрации остаточного хлора, приведены в табл. 15 и на графике (рис. 35).
Рис. 35. Влияние температуры па бактерицидный эффект хлорирования воды при постоянной концентрации остаточного хлора (0,3 мг/л).
Т а ё л и ц 1 1 5
Влияние температуры на бактерицидный эффект хлорирования воды прп ио.-гоянноп концентрации остаточного хлора 0,5 мг'.т и времени контакта 30 мин.
Контроль соИ-тнтр 0,0001
Температура в -С Coli - титр
0 50—100
14 25—50
24 50—100
3 4 100—100
Из приведенной таблицы видно, что температура оказывает сравнителг-нонебольшое влияние на бактерицидный эффект хлорирования. Характерно для бактерицидного действия хлора, наблюдавшееся небольшое усиление бактерицидного эффекта при низких температурах (4-5,-ф6°). Небольшой температурный коэфициент бактерицидного эффекта хлорирования связан с очень небольшим температурным коэфицпентом хлоропоглощаемости при обработке чистым хлором, как это видно из рис. 15 (см. главу II).
Относительно влияния pH воды на бактерицидное действие хлора известно, что с повышением pH бактерицидный эффект хлорирования уменьшается 28> 36.
Влияние pH на эффект хлорирования воды, 31альман показывает га примере своих наблюдений, результаты которых представлены в виде графика (рис. 36).
Рис. 36. Влияние времени контакта хлора с водой на её обезвреживание при разном pH.
Свои наблюдения Мальман проводил на хлорированной воде из запруды, со елабокислой реакцией (pH-6,5). В эту воду, с целью избежать коррозии трубопровода, вводили известковое молоко, в одних случаях в количестве необходимом, чтобы лишь связать свободную углекислоту, в других — в количестве, необходимом для полного перехода бикарбонатов в карбопаты. В результате установлено, что в то время как для воды с рН-6,5доза активного хлора достаточная для полной дезинфекции равна 0,1 мг/л. при рН-7.8 уже необходима доза хлора 0,16—0,20 мг/л; при pH-8,5 —9,0 полный эффект обезвреживания достигается лишь дозами хлора 0,4—0,5 мг/л.
Эти данные Мальман иллюстрировал кривой, приведённой на рис. 37.
Отметим, что падение кригей при рН/>9,5, как подчеркивает и
автор, не является результатом повышения активности хлора, но связано с увеличением щёлочности воды, тормозящей рост бактерии и при отсутствии хлора.
Очевидно, влияние рИ на бактерицидное действие хлора в воде, сводится в основном, к смещению равновесия гидролиза, в связи с чем соответственно изменяется состояние и реакционная способность хлора в воде.
Рис. 37. В зияние величины pH воды на дезинфекцию свободным хлором.
При обычном хлорировании воды, лишь незначительная часть хлора расходуется па разрушение бактериальных клеток; большая часть хлора, расходуется на побочные реакции с многочисленными компонентами природных вод. Особенно отрицательным фактором при хлорировании, является наличие взвешенных примесей как органического, так и минерального происхождения. Пх поверхность, сорбируя на себе хлор, извлекает ею из воды. В то же время, бактерии находящиеся в середине комоч-
ков, могут и не подвергаться влиянию хлора. Дезинфекция богатых примесями вод затруднена, требует значительно увеличенных доз и продол-.кительного контакта хлора е водой, причём эффект стерилизации такой 'оды и ее, вкусовые качества, обычно бывают снижены.
14. Усиление бактерицидного действия хлорирования путем введения некоторых добавок
Из приведенного краткого обзора современного состояния вопроса о хлорировании воды, можно заключить, что хлорирование малыми дозами не всегда обеспечивает достаточный бактерицидный эффект; после хлорирования малыми дозами хлора, часто наступает вторичный рост бактерий; для уничтожения споровых форм дозу хлора нужно значительно повышать, увеличивая при этом и время контакта.
В то же время, один из наплучших методов обезвреживания воды — еуперхлорирование — связан с повышенными затратами хлора и требует специального дехлорирования годы перед подачей её потребителю.
Поэтому, недостаточный и непостоянный эффект хлорирования малыми дозами, вызвал поиски наиболее рациональных методов хлорирования воды и способов усиления бактерицидного действия малых доз хлора, добавками других соединений.
По мнению ряда авторов, усиление эффекта достигается добавками перманганата калия, солеи меди, серебра, висмута, ртути и других тяжёлых металлов, а стабилизация действия актпгпого хлора в течение большего времени, чем при обычном хлорировании, — путём добавления аммиака пли солей аммония перед хлорированием.
Бактерицидны й эффект хлорирования воды в присутствии солей меди и серебра
Результаты применения добавок катионов тяжёлых металлов, обладающих, по мнению большинства авторов, каталитическими свойствами, гои ма различны. Орнштеин и Круке37, Ольцепский 38 считают, что добавки меди и серебра, улучшают бактерицидный эффект хлорирования при малых концентрациях ионов этих металлов значительно сильнее, чем это могло бы иметь место при аддитивном суммировании бактерицидного эффекта каждого из этих веществ.
Адольф Бекк нашёл, что по величине убывающего бактерицидного эффекта можно расположить методы хлорирования в следующий ряд: хлорирование с добавлением ионов Си; хлорирования с добавлением Cii-j-Ag; чистое хлорирование; хлорирование е добавлением ионов Ag, т. е. он утверждает, что ионы меди усиливают бактерицидный эффы т хлорирования, а ионы серебра понижают этот эффект. К аналогичным выводам пришёл и Длтгорн.
Подробно исследуя влияние ионов меди на усиление бактерицидного эффекта прп хлорировании, Колтунова а9 в опытах проведённых па бидистиллироьанной воде, нашла значительное усиление бактерицидного действия малых доз хло] а ионами меди. СсбивенньШ бактерицидный эффект ионон меди в применявшихся концентрациях, был ничтожен или равен нулю. Ноны меди не только усиливали бактерицидное 62
действие хлора, но и ускоряли его, что подтверждает по мнению автора, каталитическую природу этого эффекта. Чрезвычайно важно сделанное Колтуновой наблюдение, что прибавление небольших количеств маннита к воде, совершенно уничтожает усиливающее и ускоряющее бактерицидное действие меди. Оно свидетельствует о чувствительности этого метода к органическим веществам растворённым в воде.
Славин 40 указывает на то, что если учесть расхождения в результатах между параллельными опытами, то нельзя установить, вызывается ли ускорение или усиление бактерицидного действия хлора прибавлением солей меди или серебра. Во всех случаях Славин нашёл, что суммарное действие хлора и серебра, аддитивно слагалось из бактерицидного действия компонентов.
Данные наших бактериологических опытов по усилению действия хлорирования добавками солей меди и серебра, представлены в табл. 16 и 17.
Табл и ц и 1 о
Бактерицидный эффект хлорирования воды с добавлением CnSO4 при температуре 18—20* эС
Концентрация остат. хлора в мг/л
Концентрация Си
В МГ/Л
СоН-тптр при времени контакта хлора и меди с водой
3 0 мин. ПО мин.
О (контроль) 0,5 0, 5 0 , 5 0
0 (контроль) о
0,5
1 , 0
1,0
0.0001 5 0- I 00 5G— 1ОО
0,0001 5 0— 1 ОО 50—100
1 03
О, 1 — 0., 01
Из табл. 16 видно, что ионы Си не вызывают существенного усиления бактерицидного действия хлора. Невидимому такие результаты наших опытов, находятся в связи с наблюдением Колтуповой 39 над инаьтша-цпеп ионов меди, в присутствии добавок маннита к воде. Возможно, что органические ющестга содержащиеся в природных водах, оказывав,т такое же инактивирующее действие ла добавки ионов меди. Это предположение подтверждается также тем, что мы не нашли никакой разницы в хлч-ропоглощаемости воды при одном хлорировании и при хлорировании с добавлением CuSO4 (см. главу II, табл. 7).
Т а б л и ц а 17
Бактерицидный эффект хлорирования (соГ;-титр! с добавками АеХО, нпи темпе! атч>е + 18—20° С
Концентрация остаточного хлора в .мг/л Концентрация ионов Ag в мг/л ( ol 1-Tii ip про ’• ] V/; 1 контак!.'
30 мин. 60 МНВ
0 (контроль) 0 (контроль) и,0001 0, (11(11
о,3 0 1.0 25—50
0,3 о, ion 3 2 5— 10 и
0,5 0 5—2 ) 50—Юи
0 5 0, 100 25 100—10и
0 0, 100 0,1 1
Таким образом, полученные нами данные показывают, что усиление
(найденное некоторыми авто-
бактерицидного эффекта хлорирования
Гемперагпура в "С
Рис. 38. Влияние темпсчтуры на бактерицидный эффект хлорировании воды с добавкой А... мг/л) । концентрация остаточного хлора О. „ мг/л, концентрация — 0.1 мг/л.
рами в бидистиллированной воде) добавками солей меди к натуральной годе невозможно.
Наблюдаемое небольшое ускорение действия хлорирования при добавке ионов Ag, находится в пределах аддитивной суммы бактерицидного эффекта хлора и ионов серебра. Получаемый эффект может быть ценен лишь для предотвращения воды, обезвреженной этим методом, от последу
ющего бактериального заражения. Благодаря тому, что бактери-
цидное действие ионов серебра быстро усиливается при нагревании воды, бактерицидный эффект хлорсеребряного метода также улучшается с нагреванием, как это видно из графика (рис. 38).
Влияние добавки перманганата кадия на бактерицидный эффект хлорирования воды
Энслоу 41 предложил применять хлорирование с предварительным или последующим введением в воду К1111О4 в дозах 0,04—0,08 мг/л, не вызывающих ещё выпадения осадка JfnO2. Прибавление КМпО< по Энслоу уси-
ливает бактерицидное действие хлорирования, разрушает хло1 -фенолы и устраняет неприятные запахи, возникающие при хлорировании заросших водорослями вод. Если прибавление К31пО4 производится до отстойников, то дозу Ю1п04 молено увеличить до 0,1—0,25 мг/л. В этом случае перед поступлением в сеть вода фильтруется.
Наилучшее для каждого случая соотношение дозы КИпО и хлора должно быть
-» время контакта С1г и КМппО4 с водой S мин — '—Концентрация остаточного хлора 0,05 мг/л ———Концентрация остаточного хлора 0,10 мг/л
------Концентрация остаточного хлора 0,20 мг/х Рис. 39. Бактерицидный эффект хлорирования воды с добавлением перманганата калия (концентрация КМпО4 — 0,3 мг/л):
I чистый хлор, II — хлор + КМпО;
установлено путём предварительных лабораторных исследований. Такой комбинированный способ был впервые применён на водопроводах Лон-
дона и Родчестера, после чего нашёл применение и в ряде других городов.
Результаты наших данных ио бактерицидному эффекту хлорирования с добавлением небольших количеств КМпО4 приведены па графике (рис. 39).
Эффект хлорирования усиливается при добавлении КМпО4 в количестве 0,3 мг/л и уже при концентрации остаточного хлора 0,20 мг/л достигается почти полное уничтожение В. Coli. Так как КМпО4 является сам по себе хорошим окислителем, то было бы интересно изучить этот вопрос прп разных соотношениях хлора и КМпО4, г целях наилучшего использования этого комбинированного метода в условиях работы тех водопроводов, в которых применение суперхлорпрования вызывает осложнение.
Влияние аммонизации на эффект хлорирования воды
По фиксации активного хлора в воде аммиаком или солями аммония имеется большая литература.
Хинман и Бенсон 42 рекомендуют хлорирование воды с предварительной аммонизацией в тех случаях, когда необходимо обезвредить нефильтрованную воду. Непременным условием при таком обезвреживании является большое время контакта.
А. Е. Гриффин 43 подчёркивает, что образование хлораминов значительно замедляет бактерицидное действие хлорирования; так при одном и том же времени контакта для достижения одинакового бактерицидного эффекта, концентрация хлорамина должна быть в два раза больше концентрации чистого хлора.
Дозировки хлораминов и соотношения между аммиаком и хлором прп хлорировании с аммонизацией разными исследователями рекомендованы различные, всё же большинство из них останавливается на некотором избытке хлора по сравнению с вводимым аммиаком в пределах Cl.,: NII3 =2 : 1 или 4 : 1 (в весовых частях).
'Джордан 44 указывает, что прибавление (NH4).,SO4 к воде перед хлорированием улучшает вкус воды и даёт хороший бактерицидный эффект при соотношении NH3 : С1, =1 : 2,25.
Траучхольд45 показал, что прп борьбе с бактериальной слизью лучше всего применять дихлорамин и трпхлорамин, так как применение этих хлораминов позволяет значительно снизить расход хлора.
Абсолютные дозы активного хлора при хлорировании'с аммонизацией колеблются в большинстве случаев от0,25 до 0,5 мг/л (Бейли, Джонсон 4С).
К положительным свойствам хлораминов нужно отнести и отмеченное некоторыми последователями отсутствие «послероста» бактерий (Бауэр-ман 47, Боголюбов 35).
На основании приведённых данных можно заключить, что хлорирование с аммонизацией снижает хлоропоглощаемость, стабилизует остаточный хлор в отдалённых участках сети, усиливает бактерицидный эффект хлорирования, предупреждает «послероет» бактерий, улучшает вкус воды и снижает расход хлора.
Боголюбов при изучении хлорирования е аммонизацией годы реки Невы нашёл, что при 24-часовом контакте аммонизация улучшает бактерицидный эффект хлорирования. Скорость бактерицидного действия зависит от соотношения между аммиаком и хлором, а также от температуры. Прп весов,ых соотношениях C12:NH3ot4 : 1 до 0,5 : 1 аммонизация замедляет скорость бактерицидного действия хлорирования. При соотношении С1„: N1I3= 32 : 1, 16 : 1 и 8:1 бактерицидное действие хлорирования б Л. A. i:y.n>.,'i:iii'i
не замедляется и даже напротив; в первые 30 мин. бактерицидный эффект хлорирования усиливается. При контакте в течение 1 часа, бактерицидный эффект хлорирования равен бактерицидному эффекту хлорирования с аммонизацией. При 2-часовом контакте бактерицидный эффект хлориро
вания с аммонизацией превосходит бактерицидный эффект ооычного хло
Молекулярное соотношение
Рис. 40. Зависимость бактерицидного эффекта хлорирования воды с аммонизацией от соотношения хлора и аммиака (концентрация остаточного хлора 0,5 мг/л)
/ — время коптаита хлора и аммиака с водой 15 мин.; II — время контакта хлора и аммиака е водой — 30 мин.
рирования. Нагревание воды (в пределах температур 5—6й до 20—22° С) улучшает бактерицидное действие хлораминов.
Бурдик48 нашёл, что применение хлорамина имеет ограниченное значение для стабилизации остаточного хлора Он установил, что летом на фильтре исчезает до 2,4 мг/л NH3 в результате жизнедеятельности усваивающих аммиак микро-
организмов, развитие которых не может быть задержано обычным избытком хлора.
Мы провели изучение бактерицидного эффекта хлорирования с аммонизацией при остаточных дозах хлора0,5 мг/л
и при действии хлора и ам-
миака в соотношениях, соответствующих монохлорамину, дихлорампну, трихлорамину, а также при значительно больших избытках аммиака.
Полученные при длительном времени контакта данные приведены в табл. 18 и времени контакта в 15 и 30 минут на графике (рис. 40).
Таблица 1
Бактерицидное действие хлорирования с аммонизацией (coli = титр) при концентрации остаточного хлора 0,5 мг/л и температуре 4-20 —22°
Молекулярное соотношение CL.: N1I: Coli-титр при времени контакта хлора и аммиака с водой
30 мин. 6 0 мин. 120 мин.
Контроль . 0,0001
3:1 — 50—100 100
2:1 50 50—100 1ОО
1:1 25 2 5—50 100
1:2 — 10—25 100
1:5 0 25—50 100
Чистый хлор 50 50—100 100
Влияние температуры на бактерицидный эффект хлорирования воды с аммонизацией, при постоянной концентрации остаточного хлора 0,3 мг/л, иллюстрируется графиком, приведенным на рис. 41.
На основании изложенного материала, можно сделать вывод о ценности аммонизации как метода, улучшающего эффект хлорирования воды. 66
Наши данные подтверждают, что хотя вначале хлорирование с аммонизацией несколько уступает по бактерицидности чистому хлору, но уже через 1—2 часа эффект выравнивается, и дальше аммиак уже фиксирует бактерицидное, действие хлора. Хлор и аммиак в соотношениях, отвечающих монохлорамину, обладают более медленным действием, чем
хлор с аммиаком н соотношениях, эквивалентных дихлорамину и трихлорамину. Десятикратный и больший избыток аммиака значительно замедляет бактерицидный эффект хлорирования; избытки аммиака меньшие, чем пятикратный, не отражаются на скорости бактерицидного действия. Наиболее бактерицидно соотношение хлора и аммиака, отвечающее дихлорамину.
Повышение температуры усиливает бактерицидное действие хлораминов, однако это ускорение не превышает 20—30% при нагревании на 10° С. Более значительный температурный коэфицпент бактерицидного действия хлораминов. чем температурный коэфи-цчент бактерицидности чистого
Температура В °C
Рис. 41. Влияние температуры на бактерицидный эффект хлорирования воды с аммонизацией прп постоянной концентрации остаточного хлора 0.3 мг/л:
I — молекулярное соотношение Cl,: NH, = 1:1
II — молекулярное соотношение С13: NH3 = 2:1
Ш — молекулярное соотношение Cl2: NH3 = 3: 1
хлора,связан с большим темпера-
турным коэфицпентом хлоропоглощаемоети хлораминов.
Сравнивая кривые хлоропоглощаемоети при хлорировании с аммони-
зацией (см. главу II) с данными бактериологических опытов, можно
приттн к заключению, что наиболее рациональным молярным соотношением хлора п аммиака при хлорировании с аммонизацией, является среднее между 1 : 1 и 1 : %; оно обеспечивает достаточно длительное сохранение бактерицидного действия воды п в то же время быстрее монохлорамина даб-т необходимый бактерицидный эффект.
15. Методы бактериологического контроля воды
Бактериологический контроль является основным методом оценки результатов хлорирования воды. Другие методы контроля, как папрв-чер, химические. органолептические о т. д..являются лишь вспомогательными и приобретают значение только при использовании хлора, как хпмич скоги средства для улучшения качества воды.
Бактериологический анализ воды может быть разделён на еледующ: е группы контроля:
а) определение общего количества бактерий;
б) определение кишечной палочки;
в) установление патогенно-кишечной флоры (т. е. выявление микробов ojiioibi.i го jit .-фа, паратиф* г. холеры, бациллярной дизентерии и т. д.);
г) оироделспие друшх патогенных микроорганизмов — возбудителей 3* 67
бруцеллёза, сибирской язвы, сапа, туляремии и прочих эпидемиологически связанных с водой бактерий.
Вода, поступающая для питьевых целей, обычно подвергается исследованию на определение общего количества бактерий и на загрязнение её кишечной палочкой.
В случае подозрения на инфицирование воды патогенными микроорганизмами (эпидемии) или умышленное бактериальное заражение воды (диверсии), производится идентификация выделенной патогенной флоры специальными методами исследования для каждого вида микробов отдельно.
Принципы определения общего количества бактерий и В. с о 1 i
Определение общего количества бактерий сводится к решению этой задачи косвенным путем, а именно, к засеву на питательной среде небольшого количества исследуемой воды и к подсчёту числа колоний, выросших из имевшихся в воде бактерий и определяющих их начальное количество 49.
По внешнему виду выросших на питательной среде колоний нельзя определить, какие из них принадлежат к кишечной палочке; поэтому для определения кишечной палочки пользуются ее способностью вызывать брожение некоторых видов сахаров и образовывать при этом газ.
Обычно в практике руководству и,тся следующими нормами, предложенными Упплем 50:
«чистая вода», — если кишечная палочка найдена в 100 мл воды и более;
«достаточно чистая вода», — если кишечная палочка найдена в 10 мл воды и более;
«сомнительной чистоты вода», — если кишечная палочка найдена в 1 мл воды и более;
«очень плохая вода», — сели кишечная палочка найдена в 0,1 мл воды.
Применение мембранных ультрафильтров
В последнее время в практику7 бактериологического исследования воды, всё больше входит применение ультрафильтров *. С их помощью довольно быстро и просто производится определение фекального загрязнения (Coli-титра и Coli - индекса), методом прямого счета на питательных средах.
Ультрафильтры при фильтровании через них воды задержи! а и т на своей поверхности находящиеся в профильтрованном объеме микробы, распределяющиеся более или менее равномерно по поверхности всего фильтра. Эти фильтры, положенные затем на питательную среду Эндо в чашках Петри и помещённые в термостат, через 24 часа позволяют по количеству выращенных колоний произнести прямое определение числа бактерии в заданном количестве воды. Такой анализ уско
• Ультрафильтры представляют собой пористые, нитроцеллюлозные (коллоксилпно, вые) плёнки, более или менее легко проницаемые для воды, но не проницаемые для бактерии. Объем пор б таном фильтре составляет 70Sj общего объёма.
ряет срок его проведения на 24 часа по сравнению со старыми методами. Он позволяет вести определение в условиях низких концентраций микрофлоры исследуемой воды прямым подсчетом количества микроорганизмов; разрешает выделять изолиро! энные чистые культуры п микроорганизмы и сохранять документальные данные в форме ультрафильтров с выросшими на них колонииям, что имеет особо важное значение в условиях военного времени.
Фабрикой ультрафильтров Наркомхоза РСФСР освоен выпуск ше<тп номеров ультрафильтров, характеристика которых приведена в табл. 19.
Таблица 19
Ультрафильтры для бактериологического анализа воды
Водопроницаемость (по номерам ) Средняя продолжительность фильтрации 500 мл воды Колебания Средний диаметр пор в микронах
№ 1 - 9 минут 6—1 минут 0,35
№2 4,5 » 3—6 » 0,5
№ 3 2,25 » 1,5—3 » 0,7
No 4 7 0 секунд 4э—90 секунд 0,9
\о Q 35 » 25—45 » 1,2
II редварптельные фильтруют очень бы-
фильтры стр о — 3—_»
Наиболее ходовыми являются мелкопористые ультрафильтры № 3 и № 4. При необходимости произвести определение в воде кишечнопато-гепной флоры или других патогенных микроорганизмов, эпидемиологически связанных с водой, бактериологический анализ не производится в лабораториях обычного типа, а материалы передаются в специально приспособленные для этого лаборатории, находящиеся введении органов здравоохранения пли других ведомств. Стандарты для бактериологического анализа воды, проводимого в набора, ори ix водопроводов, памп даны в приложении II этой книги.
Г Л \ В \ ЧЕ Т В Г. Р Т А Я
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХЛОРИРОВАНИЯ
КАК СРЕДСТВА ХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЕЕ ОТ ОВ
16. Некоторые данные о загрязнении и отравлении естественных вод
Вкусовые качества и свойства природной воды зависят; от соприкасающихся с ней геологических структур, от органической жизни в воде н, наконец, от механических примесей и посторонних загрязнений.
Специфические особенности того или другого источника воды, а также и то влияние, которое оказывают па качество природной воды находящиеся вблизи населенные и промышленные пункты, приводят к самой различной оценке этого источника, как сырья для приготовления питьевой воды или воды для технических целей. .
Вода, употребляемая для литья, по своим органолептическим свойствам должна отвечать следующим требованиям: быть прозрачной, бесцветной (в более глубоких слоях голубого цвета), без запаха, иметь прият-.ый освежающий вкус, содержать в себе некоторые количества газов, входящих в состав воздуха, и иметь Г от 7 до 10°С. Однако этим качествам ывечае! далеко не всякая иода.
Оценка примесей, находящихся в естественно й воде
В естественном состоянии наиболее химически чистой является дождевая вода и то лишь в верхних, незагрязнённых слоях атмосферы. Различные примеси из воздуха и недр земли значительно изменяют состав природной воды. цвет, запах и вкус и могут сделать иногда её совершенно непригодной для питьевых целей.
Присутствие в питьевой воде взвешенных органических и неорганических веществ, особенно глинистых примесей, детрита и плесени делают воду невкусной и неприятной для питья.
Гуминовые вещества, большое содержание железа, загрязнения органического характера придают воде окраску от желтоватого до бурого цвета.
Кроме того, гуминовые вещества придают годе неприятный, болоти-(тый запах. При разложении г. воде большого количества омертвевших организмов, вода приобретает затхлый запах. Наоборот, вода получает освежающий вкус от примеси в ней определённого количества углекислоты и извести.
По Рубнеру вкус поваренной соли ощущается при наличии её в 1 л воды от 300 до 400 мг, гипса—от 500 до 600 мг, сульфата магния —
от 500 до 1 000 мг, хлорида магния — от 60 до 100 мг и смеси этих солей — от 300 до 400 мг 1,2.
Большинство вод, вследствие присутствия в них карбонатов кальция и магния, имеют слабо щелочную реакцию (pH до 7,2).
Углекислота, гуминовые и минеральные кислоты придают воде кислую реакцию.
Бикарбонаты и свободная углекислота действуют корродирующим образом наряд металлов (Си, Zn, Pb, Fe), а также на асфальтировку труб. <
Совместное действие свободной углекислоты и кислорода вызывает ржавление железа.
В водах, выходящих из недр земли, часто встречается сероводород, но на воздухе он быстро выделяется из воды. Сероводород в воде образуется как от разложения серосодержащих органических веществ, так’ и от производственных вод, от разложения сернокислых солей (гипса) или сернистого железа (например, серного колчедана).
Железо в грунтовой воде встречается в виде растворённого бикарбоната двухвалентного железа, реже в соединениях с гуминовой, фосфорной или другими кислотами. Бикарбонат двухвалентного железа разлагается в результате окисления кислородом воздуха и гидролиза, с выделением углекислоты и образованием нерастворимого гидрата окиси железа, выпадающего в виде ила в осадок. Реакция протекает по уравнению:
2Fe(HCO3)„ 4- О + Н5О = 2Fe(OH)3 — 4СО2.
Количество железа в воде варьирует в пределах от 0 до140 мг в 1 л. По Рубнеру, Флюге и др., большое содержание железа в воде не вредит здоровью, но уже при дозах 0,3 мг/л придаёт ей вкус чернил, а в соединениях с гумусовыми кислотами— болотный вкус.
Железо вредно тем, что может привести к развитию в трубопроводах железных водорослей, способных быстро снижать проходимость по ним воды и даже полностью их закупоривать. В связи с этим предельная допускаемая доза железа в воде не должна превышать 0,3 мг/л, а для промышленных предприятий — 0,1 мг/л.
Марганец встречается в почве в виде МпО2. При наличии серной кислоты, получающейся под влиянием воздуха на сернистое железо, образуется легко растворимый в воде сульфат марганца.
Двуокись марганца может при доступе воздуха, в результате понижения уровня почвенных вод, образовывать также растворимое в воде соединение, которое при повышении уровня грунтовых вод выщелачивается и проникает в колодцы. При выделении из воды марганец образует чёрный, крайне вредный ил, под влиянием альг заполняющий трубопроводы даже в большей степени чем железо. В большинстве случаев содержание соединений марганца в воде не превышает 0,3 мг/л.
Во вкусовом отношении марганцевые соединения ощущаются в воде при наличии 0,5 мг/л.
По Гортнеру наибольшее допускаемое количество марганца в воде составляет 0,05 мг/л1.
Большинство питьевых вод содержит до 30 мг/л хлоридов. Присутствие хлор- органических соединений в воде нежелательно. Воды, сво-
бодпые от хлора, держатся над водами более тяжёлыми, содержащими магний и хлор, что дает возможность снабжать пресной водой приморские населенные пункты из поверхностных слоёв почвенной воды. Серная и кремневая кислоты п щелочные воды вредны для паровых котлов. Следы фосфорной кислоты указывают на загрязнение воды животными отбросами.
Органические примеси в воде могут служить, в зависимости от их качества и количества, мерилом степени загрязнения воды.
В водах открытых водоёмов они бывают животного и растительного происхождения. Первые, окисляясь и разлагаясь, образуют аммиак, переходящий в азотистую и азотную кислоты. Вторые, разлагаясь, дают различные органические соединения (гумусовые вещества), не содержащие аммиака1. Таким образом, присутствие аммиака в воде является верным показателем загрязнения ее органическими веществами животного происхождения.
Если причиной образования аммиака является гниение белковых соединений, то такие воды непригодны для питья.
Азотистая кислота встречается в воде в большинстве случаев в незначительном количестве — от 0,01 до 1 мг, т. е. в таких концентрациях, когда она еще безвредна. Х2О3 может образовываться также и в результате загрязнения воды животными отбросами.
Азотная кислота в воде является конечным результатом окисления содержащих азот веществ. Присутствие её в воде допустимо в количествах до 30 мг в 1 л.
Хорошая питьевая вода должна в общем содержать на 100 000 частей не более
а) 50 весовых частей остатка после выпаривания или 0,5 мг па 1 л;
б) 18—20 весовых частей щелочноземельных металлов (Са и Mg);
в) 2—3 весовых части хлора или 3,3—5 частей поваренной соли:
г) до 6 частей ангидрида серной кислоты (SO3);
д) 0.5- 1,5 весовых частей ангидрида азотной кислоты (Х2О5);
е) аммиака, ангидрида азотистой кислоты (Х2О3), а также ядовитых веществ не должно быть вовсе;
яс) органические вещества могут содержаться в количествах, требующих на окисление 0,6—0,8, но не более 1,0 весовой части перманганата калия на 100000 частей воды.
Требования к воде, употребляемой для технических целей, сводятся в основном к тому, чтобы вода не давала накипи в паровых котлах, не вспенивалась, не разъедала труб, котлов, стенок резервуаров, водоводов и пр. Для применения воды в химическом производстве, к ней, помимо этих требований, обычно предъявляются условия, чтобы содержащиеся в воде-примеси не влияли бы на эти процессы, не изменяли окраски продуктов и т. д. Данные о том, какое влияние оказывают те или иные примеси на качество технической воды, приведены в табл. 20.
Проф. Кнут предлагает следующую приблизительную шкалу оценки жёсткости воды:
от 0 до 4 градусов — очень мягкая,
от 4 до 8 градусов — мягкая,
от 8 до 12 градусов — средней жёсткости,
от 12 до 18 градусов — довольно жёсткая,
от 18 до 30 градусов — жёсткая,
выше 30 градусов — очень жёсткая.
Обычно поверхностные воды бывают очень мягкие (до 3,5°), почвенные—от 3 до 12°, грунтовые — выше 30°.
Таблица 20
Влияние примесей иа качество технической воды (по В. Т. Турчиновичу)
Название примесей
Образующие накипь
Разъедающие материалы
Способствующие вспениванию
0-2 соа Са(НСО,)2 Mg(HCO3h caSOi MgSO4 CaSiO3 MgSiO3 CaCl3 MgCl2 Ca(NO,)3 Mg(NO3)j Na3CO, Na>SO4 NaCl NaNO3 NaOH
Соли алюминия и железа
Взвешенные вещества
Масла
Органические вещества
ОВ, к от ор ы мп ы ожет быть з а р а хлорирования при ее обе
ж е н а в о д а, и р о л ь.
звреживании*
В условиях военного времени, кроме обычных примесей, возможно' присутствие в воде БОВ и продуктов их распада.
Для заражения воды опасны, главным образом, стойкие БОВ в капельно-жидком состоянии, так как в газообразном и дымообразном состоянии ОВ практически не вызывают заражения воды3. Однако, в некоторых случаях вода, находившаяся длительное время в атмосфере, зараженной парами ОВ, может также оказаться опасной к употреблению. Так, пары синильной кислоты в замкнутом пространстве могут отравитьводу; в откры тых водоемах, где длительный контакт паров синильной кислоты, с поверхностью воды исключается из-за небольшой плотности ее паров (относительная плотность 0,93), опасность заражения воды реЗко уменьшается, и поэтому синильная кислота в парообразном состоянии практически непригодна для заражения воды.
Некоторые арсины (например, адамсит) в дымообразном состоянии при оседании на поверхность воды также вызывают отравление ее поверхностного слоя, вследствие образования трудно растворимой пленки.
Нестойкие ОВ в капельно-жидком состоянии, попадая в воду, придают ей токсические свойства на срок .зависящим от свойств и концентрации
» Часто встречающийся в литературе термин «дегазация воды от О В» не отвечает своему буквальному смыслу и потому применение его к обезвреживанию воды мы считаем неправильным.
ОВ. Степень и длительность отравления воды зависит в большинстве случаев <н степени гидролиза ОВ.
'Гак, например, жидкий дифосген даже v холодной воде гидролизуется сравнительно быстро, поэтому попадание его в водоем в жидком сос тоянии может привести лишь к кратковременному отравлению воды.
Жидкая синильная кислота гидролизуется медленнее, чем дифосген, поэтому попадание ее в воду (в отличие от действия ее паров) делает воду совершенно непригодной для употребления в пищу.
Наиболее длительное заражение воды вызывают стойкие ОВ типа пирита, а также вещества, содержащие мышьяк, продукты гидролиза которых сами по себе ядовиты почти в такой же степени.
Кроме; того, в результате диверсионных актов, возможно отравление источников водоснабжения алкалоидами,солями тяжелых металлов: меди, свинца, ртути и некоторыми другими ядами. Все обычные примеси,а также многие искусственно введенные в воду ядовитые примеси и БОВ способны взаимодействовать с хлором. Поэтому хлор является одним из лучших средств для очистки воды и обезвреживания ее от ряда БОВ. Характеристика хлора, как одного из активных факторов очистки воды, была рассмотрена в I-п и П-й главах, в III-й детально разбиралось бактерицидное действие хлора. Весь дальнейший материал настоящей главы посвящен рассмотрению реакций взаимодействия хлора с органическими и минеральными веществами, находящимися в воде, и с теми ОВ, наличие которых практически опасно для отравления воды.
В настоящее время наиболее правильно считать, что механизм происходящих при хлорировании воды процессов в основном состоит в окислении различных примесей, в увеличении их гидролиза, а также и в непосредственном хлорировании ряда соединении, что приводит к уничтожению бактерий и изменению химического состава воды. Особенно значительное изменение химического состава воды происходит при применении больших доз хлора.
Сущность процессов очистки воды хлором от различных ОВ также заключается в том, что в результате реакций хлора с ОВ существенно изменяется состав молекулы ОВ и, вследствие этого изменяется её физиологическое действие. Это можно объяснить тем, что большинство ОВ представляют собой органические вещества, содержащие в составе своей молекулы незамещённый водород, связанный с атомами углерода(например, в иприте — - 8 незамещённых атомов водорода). При действии хлора может происходить замещение атомов водорода с образованием полигалопдных соединений, часто обладающих меньшей токсичностью.
Таким образом, хлорирование представляет собой один из методов обезвреживания воды, содержащей ОВ, продукты хлорирования которых мало токсичны.
Помимо непосредственного хлорирования, хлор способствует гидролизу некоторых ОВ и в случае, если продукты гидролиза обладают меньшей токсичностью, этим самым также обезвреживает воду.
Изменение химического состава воды под влиянием хлорирования настолько значительно, что в большинстве случаев позволяет использовать хлорирование, как основной метод очистки воды от ряда нежелательных компонентов, в первую очередь от органических примесей •некоторых ОВ и других случайных загрязнений.
1?. Применение хлорирования для улучшения органолептических качеств воды
В л и я и г; е х л о р в р о в а н и я на привкусы п запахи воды
Не останавливаясь на специфическом запахе самого хлора, который может сообщаться воде при хлорировании (при остаточных дозах, превышающих 0,4—0,5 мг/л) и сравнительно легко удаляемого аэрацией или путём дехлорирования, нужно отметить, что хлорирование нормальными дозами вод, богатых органическими веществами, может резко повысить их первоначальный неприятный привкус и запах. Усиление этих запахов и привкусов происходит вследствие взаимодействия хлора с жирами и продуктами распада растительных и животных организмов, находящихся в воде.
Обработка воды хлором приводит, как мы уже видели, к осуществлению ряда химических процессов, объединяемых термином «хлоропоглн-щаемость». Несомненно, что основную роль в процессах хлоропоглощаеме-сти играют реакции окисления и хлорирования органических веществ, находящихся в природных водах, однако некоторые неорганические соединения также могут реагировать с хлором, либо с НС1, образующейся при его восстановлении.
Майоров 4 указывает, что величина дозировки хлора не всегда идёт параллельно с усилением запаха; небольшие дозы могут усилить этот запах, а повышение их приводит к полному исчезновению запаха, так как избыток хлора разрушает те соединения, которые могут образоваться в воде, хлорированной малыми дозами.
Наряду с этим Додд 5 при изучении методов удаления привкусов и запахов воды (США, штат Пенсильвания) нашёл, что хлорирование устраняет запахи, вызываемые органическими веществами, и улучшает условия коагуляции воды. Так, хлорирование воды уменьшает интенсивность её запаха со 100 до 8 единиц, что делает хлорирование основным средством борьбы с запахами. Эффект хлорирования, очевидно, зависит от окисляющего действия хлора,
Карл Грин 6 нашёл, что ослабление окислительных свойств хлора при использовании хлораминов приводит к тому, что запахи, обусловленные образованием хлорфэнолови других органических содержащих хлор соединений, большей частью не устраняются вследствие того, что хлораминами эти вещества не разрушаются.
* Особенно устойчивыми и неприятными являются запахи, возникавши « при введении небольших доз хлора в воды, загрязнённые стоками, содержащими фенолы, а также некоторые другие ароматические соединения. Образование хлорфенолов и хлорирование других ароматических соединений ведет к появлению привкусов и запахов, напоминающих йодоформ. Привкусы появляются при хлорировании воды даже такими минимальными дозами, как 0,1—0,2 мг/л, при содержании в этой воде фенола в разведении 1 :10 000 000 частей и более, причём эти привкусы и запахи весьма стопки, со временем иногда даже усиливаются и при нагревании не исчезают. Практически установлено, что одним из лучших способов борьбы с образованием хлорфенолов является хлорирование воды усиленными дозами хлора, так как уже 1—3 мг/л хлора в
большинстве случаев приводит к полному устранению запахов в результате разрушения хлорфенолов и хлорпроизводных других ароматических соединений.
Таким образом, в различных случаях хлорирования воды должны учитываться особенности водоёма, состав и качество подвергаемой действию хлора воды, так как в каждом отдельном случае или периоде могут требоваться различные дозы хлора.
• В связи с тем, что хлорирование часто значительно улучшает органический состав воды, разрушая ряд вредных органических соединений, оно в некоторых случаях применяется перед другими этапами обработки воды.
Изменение
цветности воды под действием
хлорирования
Хлорирование в практике очистки воды может использоваться также для устранения цветности, а в некоторых случаях и мутности воды, если последняя является следствием присутствия органических веществ в воде. Нами было установлено, что при хлорировании цветность заметно снижается, в результате разрушения хлором значительной части гумусовых кислот. Однако одним повышением доз хлора нельзя добиться полного обесцвечивания воды.Снижение цветности зависит от величины доз хлора лишь
Рис. 42. Изменение цветности
воды в зависимости от дозы введённого хлора:
до 2—3 мг на литр, дальнейшее же повышение концентрации хлора заметно не отражается на изменении цветности воды (рис. 42).
Можно считать установленным, что при средней начальной цветности воды 60—100° хлорирование снижает на 40—60% количество гумусовых веществ, растворённых в воде.
П р и м е и е и и е
х л о р и р о в а-
ния д л я уд а л е н и я взвесей
I _ начальная цветность воды 164°, II — начальная цветность воды 134°, III — начальная цветность волы 93°, IV _ начальная цветность воды 76°, V—начальная цветность воды 45°, VJ — начальная цветность воды 31°.
И 3 в о д ы
Приведённые данные по изменению цветности воды позволяют сделать предположение, что гуминовые вещества, невидимому, стабилизируют неорганические суспензии, как, на-
пример, коллоидную гидроокись алюминия или железа. Предвари-
тельное хлорирование воды, разрушая гуминовые вещества, т. е. удаляя стабилизатор, способствует ускорению и улучшению процессов
коагуляции.
С этой целью Розановой7 (аспирантом нашего института) было исследовано стабилизирующее действие альбумина крови на суспензии отмученного каолина и влияние хлорирования на защищённую и незащищённую суспензии *.
Гумматы и альбумин крови стабилизируют суспензии каолина. Стаби-
* Изучение производилось при помощи седиментометричеишх весов Фигуровсниго.
лизирующее действие альбумина, конечно, значительно больше, чем гум-матов. Хлорирование, разрушая частично альбумин и гумусовые вещества, как и следовало ожидать, повышает скорость оседания суспензии (рис. 43 и 44).
Рпс. 43. Влияние хлорирования на скорость оседания каолиновой суспензии в присутствии гуминов:
/—каолиновая суспензия 250 мг/л: II — каолиновая суспензия 2-»0 мг.'л1 > лишь, 250 мг/л--хлор 3 мг/л; III — каолиновая суспензия 250 мг/л + гумивы 2 50 mi/л.
Рис. 41 Влияние >хлори}»ованпя па скорость коагуляции каолиновой суспензии в присутствии альбумина:
/ —каолиновая суспензия 250 мг/л: 11— каолиновая суспензия 250 мгЛт Ч-хлор 3 мг.'л 111 — каолиновая ослензпя 250 мг/л —альбумин 250 мг.л-г-хаор 3 мг/л; /V — каолиновая суспензии 250 мг л--альбумин 2 50 мг;л.
Ир;-ьлл 1.ко неожиданные результаты были получены прп изучении mjosulji хлорирования на скорость оседания незащищенной суспензии ааолина. Хлорирование заметно повысило ее устойчивость. Этот ;ффект возможно объясняется стабилизацией частпц путём адсорб-
дни трёхвалентных катионов А1+ + + или Fe+ + + , которые образуются при действии хлора на частицы суспензии.
Во всяком случае, такая стабилизация суспензий значительно более слабая, чем стабилизация органическими коллоидами, и не может иметь практического значения.
Рис. 45. Эффект прехлорирования при коагуляции, проводимой малыми долами мутовского и нефелинового коагулянта (вода р. Днепр):
7 — мутовскпй глинозем; II — мутовский глинозем 4- хлор; III — нефелиновый коагулянт; IV — нефелиновый коагулянтф-хлор.
Предварительное хлорирование при коагуляции глинозёмом Мутта и нефелиновым коагулянтом даёт аналогичный эффект.
Хлорирование ускоряет коагуляцию и вызывает снижение дозы коагулянта для достижения допустимого минимума цветности. Это снижение дозы коагулянта в опытах Розановой достигло 20% от дозы, применяемой без хлорирования.
Рис. 46. Эффект прехлорирования при коагуляции, проводимой средними юзами мутовского и нефелинового коагулянта (вода р. Днепр):
I — мутовсний глинозем I7J— мутовсвпй глинозем - хлор: III — нефелиновый коагулянт; IV— нефелиновый коагулянт -р хлор.
Интересно, что при малых дозах коагулянта эффект прехлорирования-виражей значительно более резко. Это иллюстрируется рис. 45, 46 и 47.
Другие авторы указывают на значительно большее снижение дозы коагулянта при применении предварительного хлорирования. Так, Адамс 8 нашёл, что предварительное хлорирование позволяет в 4 раза снизить дозу коагулянта.
Кроме того, хлорирование предотвращает образование комков песка в загрузке фильтров.
Предварительное хлорирование может применяться при очистке воды коагуляцией как сульфатом алюминия, так и железным купоро-
/ —мутовскпй глинозём; 11 — мутовскии глинозём 4-хлор; 111— нефелиновый коагулянт: IV — нефелиновый коагулянт + хлор,
сом. В последнем случае хлорирование необходимо для окисления закисного железа в окисное, что увеличивает степень гидролиз» и приводит к быстрой коагуляции хлопьев Fe (ОН)3.
Коагуляция железным купоросом и другими солями железа с предварительным хлорированием обрабатываемой воды ещё не получила достаточно широкого распространения, хотя этот вопрос и приобретает особую актуальность. СНК РСФСР в 1940 г. вынес постановление о распространении этого метода очистки воды. Однако по этому вопросу существ уют ещё противоречивые мнения о применимости метода к целому ряду вод, о дозировках хлора, способах его введения в воду и производимом им эффекте. Так, Горштейн и Руденко 9 пришли к выводу, что очистка воды хлорированным железным купоросом п гашёной известью является довольно «капризным» процессом. Р. Воронцов 10, который провёл более 600опытов по очистке мягкой воды болотного происхождения хлорированным железным купоросом, констатировал, что в результате обработки достигается снижение цветности до 20° и ниже,' уменьшается содержание железа, а окисляемость падает примерно вдвое (с 13 до 7 мг/л О2). При отсутствии избытка хлора доза купороса колеблется от 100 до 150 мг/л.
Оптимальная концентрация остаточного хлора была найдена в опытах Воронцова равной 0,2 0,3 мг/л. При низкой щёлочности воды расход хлора больше теоретического. При рН>7—7,5, т. е. выше нормальной щелочности, осветление воды происходит при любом соотношении хлора ii купороса, но качество воды получается ниже стандарта.
При достаточной дозе купороса (около 150 мг/л) можно без ущерба .тля качества воды снижать соотношение между купоросом и хлором от теоретического (7,8 : 1) до 11 : 1. При установлении дозы хлора должна считываться хлоропоглощаемость воды, подвергающейся очистке.
В связи с трудностями снабжения водопроводов сульфатом алюминия, в условиях военного времени применение солей железа для коагу-
•f/ги д ошнылаво» /osotf
Вдемя полного осаждения immeeS В юсаг
Рис. 48. Коагуляция воды хлорным железом (вода р. Уфимкп. температура поды 53С).
ляцип стало ещё более актуальной задачей, чем раньше. Изучение процессов коагуляции железным коагулянтом приобретает сейчас большее значении вследствие того, что этот коагулянт является необходимым средством при очистке воды от ряда ОВ.
Исходя из этого, на водоочистных сооружениях г. Уфы лабораторией технологии воды Института химии Академии наук УССР были поставлены опыты по изучению процесса очистки воды методом коагуляции железным коагулянтом и влияния
различных условий па качество и скорость коагуляции.
Исследование процесса коагуляции сернокислым и хлорным железом проводилось научными сотрудниками JI. С. Беренблюм и А. X. Герц, под руководством автора. Опыты велись на сырой необработанной воде реки Уфпмки, взятой из водовода до поступления в камеру реакций очистных сооружений. Показатели этой воды были следующие: общая жёсткость 27,2 немецких градуса; карбонатная жёсткость 11,5 градуса; постоянная жёсткость 15,68 градуса; хлоридов 8,8 мг в 1 л воды; окисляемость 0,9 мг/л; хлоропоглощаемость 0,29 мг/л; pH—7,8.
При проведении опытов с хлорным железом на сырой воде без до
бавок выяснилось,что в данном случае коагуляция протекает весьма эффективно (рис. 48). Наблюдается интенсивное образование крупных хлопьев и быстрое их осаждение. Оптимальной дозой хлорного железа является 80— 120 мг/л, при полном осаждении в течение 2 часов.
Процесс очистки воды железным купоросом без введения допол-
нительных реагентов — активного хлора или извести — практически неосуществимо вследствие того, что образование из закисного железа окисного в виде Не (ОН).,, действующего как коагулянт, протекает в природной воде очень медленно.
Реакция взаимодействия хлора и железного купороса идёт в соответ
ствии е уравнением:
6FoSO4 -- ЗС1.2 = 2Fe.,(SO4)3 2FeCl3 с дальнейшим гидролизом и с выпадением в осадок гидроокиси железа, Fe2(SO4)3 4- ЗСа(НСО3)., + 6Н;О = 2Fe(OH)3 + 3CaS04 + 6Н3СО3,
что теоретически соответствует отношению хлора к железному купоросу как 1 : 7,8, или 12,8% активного хлора от веса железного купороса (FeSO4. 7Н,О).
Наши опыты, как видно из рис. 49, показывают, что для данной воды достаточной дозой железного купороса является 120—160 мг/л, при применении хлора в соотношении к железному’ купоросу 1 : 10 и 1 : 15; при этом хлопьеобразование наступает через 5—16 мин. после добавления коагулянта (см. табл. 21).
При уменьшении дозы хлора в 10 раз против теоретической, скорость оседания хлопьев коагулянта уменьшается в 2—3 раза.
Процесс хлопье образования в этом случае протекает чрезвычайно медленно п к концу второго часа отстоя успевают образоваться
Саштшиение активного /лира и коагулянта
Рис. 49. Влияние хлорал гипохлорита на скорость коагуляции, проводимой железным купоросом прп добавке извести к железному купоросу в соотношении 1:6 (вода р. Уфимки, температура воды 3°): /—доза коагулянта 80 мг/л; II— доза коагулянта 120 мг/л; III — доза коагулянта 160 мг/л.
Рис. 60. Влияние известкования воды на скорость коагуляции, проводимой железным купоросом (вода р. Уфимки, температура воды 3° С):
I— доза коагулянта 80 мг/л; II—доза коагулянта 120 мг/л: III—доза коагулянта 160 мг/л.
только мелкие хлопья, которые могут проходить через фильтр и засорять его, а оставшаяся часть коагулянта, не успевшая разложиться до гидроокиси, продолжает коагулировать.
Для сравнения перспективности применения хлора при коагуляции железным купоросом, с коагуляцией в присутствии извести приводим данные по влиянию разных доз извести, вводимых самостоятельно и совместно с хлором.
Для оценки значения извести, применяемой вместо хлора при коагуляции железным купоросом, были проведены опыты с дозами коагулянта от 60 до 160 мг/л и при дозах извести по отношению к коагулянту 1:6, 1:5, 1:4, 1:3, 1:2, 1:1.
Характер процесса хлопьеобразования при замене хлора известью ухудшается. После двух часов в растворе остаётся часть коагулянта в коллоидном состоянии, способного проходить через фильтр и продолжать коагулировать в водохранилищах для питьевой воды.
Для обеспечения нормального протекания процесса коагуляции, при применении а,'слезного купороса с известью, количество извести необхо-6 .1. А. Гъу81
время riojwceu йсам:Сепия ллопоев 5 часал
51. Влияние хлорирования воды на ско-
Рис.
рость коагуляции, проводимой железным купоросом при известковании и без него (вода р. Уфимки, температура воды 3° С):
/ — известь 1 : 6; II — хлор 1:8; III — хлор 1 :8 4- известь 1:6.
димо значительно увеличить по сравнению с теоретическим. При дозе коагулянта 120—160 мг/л (рис. 50) соотношение окиси кальция к железному купоросу должно быть 1 : 1—1 2.
Отклонение от соотношения 1 : 2 не должно превышать 5%, так как ббльшие отклонения приводят к сильному замедлению процесса коагуляции. - ‘
Процесс хлопьеобразования и осветления воды, как это видно из данных, приведённых в табл. 21, протекает значительно интенсивнее в присутствии хлора. Это вызывается не только ею способностью разрушать защитные коллоиды, но и окислительным действием, ускоряющим реакцию образования окисной формы железа.
Результаты опытов по совместному введению в воду хлора и железного купороса, с последующим известкованием сниженными дозами показали, что и в этом случае добавление активного хлора значительно улучшает процесс, которые иллюстрируют влияние
также совместное влияние хлора с известью на
На рис. 31 приведён ряд кривых, извести и хлора, а процесс коагуляции.
Как видно из этих графиков, в случае добавления извести к коагулянту (в соотношении 1:6), для обеспечения полного осаждения в течение 2 часов, дозу его пришлось бы увеличить до 20()мг/л и больше.
Табл и па '21
Влияние хлорирования на характер хлоиьеооразованпя
1 ц п ах । °О и о — IcooTHOnie-! Время до ) образова- I ния круп- | них t хлопьев j Время до наступления полного осветления Характеристика хлопьеобразования
О FCS0--71I: в МГ/Л И 1 нести в г | отиош. 6: ние коагулянта и активно! О хлора Время до начала коагул я-цпп
1 6 6 8:1 30 мпп. 1 ч. 05 м. о час 25 мин. Крупные Х.10Ш.Н. среди
них мною мелких
п 80 8:1 30 мни. 1 час 2 час 10 мин. Крупные хлопья
3 100 8:1 25 мин. 55 мин. 1 час 4е мин. То же
4 120 8:1 1 0 мин. 45 мин. 1 чае 30 мин. »
5 140 8:1 10 мин. 35 мин. 1 час 25 мин. »
6 160 S:1 5 М1' i;. 2 5 мин. 1 час 2 0 .мни.
1 60 иеэ хлора 4.25 5.25 6 час 25 мин. Едва заметные хлопья;
2 80 — 2 час 55 мин. 3 час 55 мин. 6 час 05 мин. медленно осаждаются
3 100 — 1 час 35 мин. 0 час 1 0 мин. 4 час 4 5 мин. Мелкие хлопья
4 120 — 1 час 00 мин. 1 час 45 мин. 3 час 5 5 мин. То же
Хлопья немного круп-
нее, среди них много
5 140 — 0 час 45 мпп. 1 час 25 мин. 3 час 20 мпп. мелких
6 160 — 0 час 40 мин. 1 час 15 мин. 2 час 45 мин. Крупные хлопья
При добавлении хлора к железному купоросу (в соотношении 1 : 8), достаточной дозой коагулянта является уже 140 мг/л, а при коагуляции с совместным добавлением хлора и извести (в указанных выше соотношениях) полное осаждение хлопьев происходит в течение 2 часов прп дозе коагулянтов 58—70 мг/л.
В результате ускорения процесса коагуляции, вызываемого совместным действием хлора и извести, хлопьеобразование и осветление воды протекает быстрее и эффективнее; хлопья, как это видно из табл. 21, образуются крупные, хорошо оседающие.
Таким образом, при коагуляции, проводимой железным купоросом, следует рекомендовать хлорирование с последующим известкованием; расход железного купороса при этом уменьшается, примерно, в 2,5 раза.
Для выяснения влияния добавки активного хлора на коагуляцию хлорным железом, нами был поставлен ряд опытов с применением доз, равных 1, 2 и 3 мг/лактивного хлора. Установлено,что процесс коагуляции хлорным железом, как указано выше, идёт и без добавок хлора, но добавление его, даже в небольших количествах, в сильной степени ускоряет процесс коагуляции (рис.
Рис. 52. Влияние активного хлора на процесс коагуляции, проводимой железным купоросом и хлорным железом (вода р. Уфимки во время наводка, температура воды 3°):
I — доза коагулянта 80 мг/л; II — доза коагулянта 120 мг/л; III — доза коагулянта 160 мг/л.
52). Время полного осаждения хлопьев при дозе коагулянта
80 мг/л и активного хлора до 3 мг/л уменьшается до 50—60 мин.
Таким образом, обработка воды хлорным железом с предвари-
тельным хлорированием небольшими дозами хлора является наилучшим
методом коагуляции при применении солей железа.
18. Применение хлора в целях улучшения минерального состава воды
Изменение минерального состава воды при хлорировании высокими дозами (суперхлорирование) почти не изучено. Это объясняется тем, что до последнего времени хлорирование воды производилось с бактерицидными целями и дозы хлора не превышали 2—3,5 мг/л. Применение больших доз хлора при современных методах очистки воды вызывает необ-ходимостьизучения изменений ее минерального состава. Эти изменения в ряде случаев бывают значительными и могут быть использованы для улучшения качества воды.
Предпринятые нами в этом направлении исследования имели лишь разведочный характер, однако они показали, что применение хлорирования, и особенно хлорирования с другими добавками, является достаточно перспективным прп имлфировании воды, для уменьшения вспенивания котловых вод и т. д.
Влияние х л о р ир о и а н н я на удаление п з вод ы соле й я; е л е з а и м арганца
Естественные воды часто содержат различные соединения железа, в некоторых случаях и соли марганца.
Хлорирование обычно освобождает воду от содержащегося в ней железа. Так, после обработки разных вод этим методом количество железа во всех случаях оставалось меньше 0,1 мг'л.
Уменьшение содержания в воде железа происходит благодаря разрушению хлором гумматов и других органических соединений железа и переходу их в неорганические соли трёхвалентного железа, легко гидролизующиеся. В результате гидролиза выпадает осадок гидроокиси железа, либо продуктов неполного гидролиза—основных солей железа различного состава.
В литературе неоднократно встречаются указания на применение хлорирования для освобождения воды от марганца, при использовании её для нужд бумажной и текстильной промышленности12.
Таким образом, хлорирование может быть применено и как фактор химической очистки воды тем более, что оно так или иначе проводится из санитарно-гигиенических соображений.
Хлорирование как метод борьбы со вспениванием
Применение суперхлорирования для изменения минерального состава вод может быть рационально лишь в случае содержания небольших концентраций хлоридов, так как при восстановлении хлора вводе образуется дополнительное количество хлор-ионов. Следующие цифры, полученные нами 13 при хлорировании артезианской воды одной из жел.-дор. станций вблизи торфяных залежей, иллюстрируют изменения состава воды, вызванные такой обработкой (табл. 22).
Таблица 22
Результаты усиленного хлорирования воды из скважины вблизи торфяных залежей
Доза вводимого хлора 1 в мг/л Концентрация бикарбонатной СОа в мг/л Концентрация С1 'ионов после обработки в мг/л Цвет воды Хлоропоглощаемость в мг/л Окисляе-мость в мг/л оа pH поды Характер вспенивания при кипении
0 (до обработки) 80 .... 207 . .. . 360,8 240,0 160,0 !86,6' 176,6 293,6 Бурожёлтый Чуть желтоватый Безцвет-ный 81,5 82,0 9,1 3,3 3,3 7,35 6,9 6,9 Вспениваемость очень высокая пена стойкая Вспениваемость небольшая Вспениваемость почти отсутствует
I Из табл. 22 видно, что при дозе хлора 90 мг/л, являющейся вполне достаточной для данной воды, удаётся разрушить большую часть органических веществ и удалить, вследствие реакции между НС1 и бикарбонатами, до 33% бикарбонатной углекислоты. При этом pH снижается лишь на 0,45 и находится вблизи нейтральной точки. Вследствие уменьшения кон-
центрацип органических веществ и концентрации ионов ПС03 резко снижается и вспениваемость воды, что представляет интерес ряда вод в паросиловом хозяйстве. Кроме основной реакции, протекающей между HCI и бикарбонатами, имеют значение для удаления углекислоты также реакции, протекающие между карбонатами или бикарбонатами и хлором:
2NaHCO3 4- CU = NaClO + 2СО, -f- Н,0 -f- NaCl;
2NaC10—>-2NaCl-hO3;
HCO'j — катализатор.
Таким образом, хлорирование воды по отношению к неорганическому составу даёт результаты, аналогичные импфированию воды соответствующими дозами соляной кислоты. Отсюда вытекает, что для целей импфи-рования может быть использована всякая реакция, при которой образуются Н'-ионы в достаточном количестве.
Мы предположили, что удовлетворительный эффект импфированпя должен получиться при применении ряда легко гидролизующихся солей железа и алюминия и, в первую очередь, хотя бы таких, которые уже используются в технике водоснабжения в качестве коагулянтов. Поставленные нами опыты полностью подтвердили это предположение. Предварительное хлорирование воды и в этом случае играет большую роль, улучшая эффективность обработки воды такими солями. Особенно резкий эффект достигается при обработке воды железным купоросом с предварительным хлорированием. В результате окисления Fe" доРе-" и усиления в связи с этим степени гидролиза, выпадает осадок Ре (ОН)3, а образующиеся Н'-ионы производят импфирование воды.
Таким методом удается удалпть бблыпую часть карбонатной и бикар-бопатной углекислоты прп относительно небольшом изменении pH. Достоинство такого метода по сравнению с импфированием непосредственно кислотой заключается в значительно большей легкости дозирования вводимых реагентов, а также в одновременно осуществляемой при этом коагуляции.
Эффект импфирования некоторых вод железным купоросом с предварительным хлорированием иллюстрируется табл. 23 и 24.
Таблица 23
Результаты обработки артезианской воды одной из станций Юго-Зап. ж. д. железным купоросом с предварительным хлорированием
Концентрация
FeSOr7 ILO
в мг/л
в мг на
1 мг СО-2
С (до об- 0 (до об-1 работки) работки) 200 0,556
0,72 / Бурожё.т-i 7,35 | Очень высокая, । тын | | пена стойкая
<0,1 । Беецвет- I 6,9 Небольшая, пена | ный I нестойкая
360,8 9,1
41,8 1,4
Из таблицы видно, что 200 мг/л PeSO4. 7Н.,0 удаляют 319 мг/л карбонатной и бикарбонатной'углекислоты, что составляет 88,4% от начальной ее концентрации.
Удаление СО - ионов при обработке воды желе гнмм купоросом с предварительным хлорированием
| № п п | Дозы EeSO-,-7 11а0 Концентрация хлора в мг/л Концентрация СО7 3 в мг'л Удалено СО4 3 pH воды после обработки Концентрация SO" после обработки воды В МГ/Л
в мг л в мг на 1 мг со" до обработки после обработки в мг л О/ /О
1 во 0,113 3,06 4 02, 0 369,Об 3 2,б 5 7,3 2 0,71
2(‘О 0,5 88 10,06 339,8 234,4 103,4 31,01 6,9 69, 06
3 400 1, 177 27,6 339,8 128,9 210,9 6'2,06 138,1>
Л 0 00 1, /66 36,8 339,8 82, 0 257,8 75,86 6,8 207,18
8 00 2,33 4 41,04 339, 8 80,3 26 9,5 76,36 6,6 276,24
Интересно сравнить эффект импфирования воды одним сульфатом алюминия и сульфатом алюминия с предварительным хлорированием. Из приводимых в табл. 25 данных видно, что хлорирование улучшает эффект удаления связанной углекислоты лишь при наличии достаточного количества органических веществ в воде, восстанавливающих С12 до СГ-ио-нов. В искусственном же карбонатном растворе хлорирование практически не изменяет эффекта обработки воды сульфатом алюминия.
Таблица 25
Влияние предварительного хлорирования на эффект импфирования воды сульфатом алюминия
Образец воды, о и- £ О -Z -лиц -Oil 01 -mew Доза О 5 Удалено псо' ч
А1. soja • 1* ню
взятой для иссле<* о 1~~* X — 3 Т - “ в мг
с досания •- . . — на 1 мг
о - — " _. в мг л ! в мг/л в %
4 й а с з S = = = = НСО
1 Артезианская » вода одной i 500,4 81,5 185 0,37 0 365,6 7 3,06
из станций ( Юго-Зап. ж. д. 7 500,4 81,5 185 0,37 60 445,0 88,92
о Раствор NaiCO3 1
и NaIlCO3 в 1 339,8 0 360 1,059 0 222,6 65,5
дестиллиро- ( ванной воде . . / 339,8 0 360 1,059 9,2 222,6 6 5,5
Особенно хорошие результаты были получены при импфпровании карбонатных вод хлоридом железа — FeCl3. Пмпфирование хлоридом железа по сути идентично импфированию НС1 . Данные по импфированию хлоридом железа приведены в табл. 26 и 27. Из этих таблиц видно, что вполне удовлетворительные результаты очистки воды,содержащей COg-ионы, получаются при дозе FeCl3 около 0,588 мг на 1 мгС 0"3, а для воды, содержащей НСО' -ионы,—при дозах FeCl3 около! мг на 1 мг ПС0/. При дозах FeCl3 больших, чем 600—800 мг/л, гидролиз протекает медленно, и образуются стойкие золы Fe(OH)3.
Таблиц а 2 6
Импфированне воды, содержащей СО -ионы, хлоридом железа
№ п/п Концентрация СО -иоиов до э обработки в мг/л Концентрация FeCb УдаленоСО -иоиов 3 pH воды после обработки
в мг/л в мг на 1 мг С Оз в мг/л В
1 533,17 60 0,112 5,86 1,09 7,9
2 533 17 100 0,187 41,01 7,69 7,9
3 533,17 140 0 262 76,17 14,28 7,8
4 339,8 200 0.588 243,42 71,63 7,2
5 339,8 400 1,177 287 54 84,56 7,0
6 339,8 600 1,766 327,60 96,40 6,6
Т б л и ц а 27
Импфнрование воды, содержащей НСО -ноны, 3 хлоридом железа
Концентрация Концентрация FeCl3 Удалено НСО -ионов 3
№ НСО3 - понов в мг на 1 мг рП воды после
п/п до обработки в мг/л в мг/л В % обработки
в мг/л ИСО 3
1 392 55 60 0.153 52,71 13,44 7,3
2 392,55 140 0,356 76 16 19,40 7,1
3 392,55 200 0 502 123,04 31,34 6, »
4 392,55 392,55 400 1,019 263,65 67,16 6,5
5 600 1,527 369,11 94,09 6,0
Хранение и транспортировка хлорида железа довольно затруднительны, вследствие чрезвычайной гигроскопичности этой солп, а при применении для целей импфирования и коагуляции воды его понадобятся значительные количества. Нами был предложен метод непосредственного получения FeCl3 в воде путём взаимодействия суперхлорированной воды с железной насадкой фильтров 14. Описание схемы установки приведено в последней главе книги.
19. Применение хлорирования при очистке воды от ОВ
Возможность применения БОВ для отравления воды, как уже упоминалось выше, довольно ограничена, так как практическое значение заражения водоёмов может иметь место лишь при попадании, главным образом, стойких ОВ в капельно-жидком состоянии.
При попадании в воду ОВ независимо от группы, к которой оно относится, действие его на организм сказывается как общеядовитое. Так, например, адамсит, хлорпикрин и др. в определенных концентрациях в воде действуют общетоксически на живые организмы.
Групповая и индивидуальная характеристика свойств ОВ в воде
В прифронтовой полосе отравление водоемов может иметь место при разрыве химических снарядов и бомб в самом водоеме или поблизости от него, при разбрызгивании ОВ из специальных приборов с самолета
Краткие сведения об известных ОВ, применение которых практически опасно при отравлении воды
Группа БОВ Название ОВ и их формула Характеристика ОВ Растворимость в воде Скорость гидролиза О В Характеристика продукта гидролиза Токсические концентрации ОВ в воле
2 3 4 5 6 7
Органические соединения мышьяка Иприт zCHaCII2Cl s< хСНаСИаС1 трихлортриэти л-амин /СНа-СНа—01 N—СТ1а—CHj—01 XcHj-CIIj—01 Жидкость уд. веса 1,28, запах горчицы ощутим при концентрации 10—30 мг/л. При этих ясе концентрациях вода приобретает вкус хрена Растворяется медленно и незначительно (500—800 мг/л)•» падает на дно. На поверхности воды иногда остаются маслянистые расплывающиеся пятна Гидролизуется медленно в течение 2-3 часов. Гидролиз ускоряется кипячением. В спокойном состоянии растворение идёт быстрее гидролиза ,СЩСН3С1 S( +П«О = хС1ЬСи3С1 /СПзСПаОП ~S< +2J1C1 хспаспаоп Продукты гидролиза— —тиодиглиноль и соляная кислота не токсичны По Явичу 15 вода, содержащая О В 1 мг/л» является уже опасной
Люизит — смесь трех соединений С1СН=СН AsClg (С1СИ—CHhAsCl, (С1СН=СН)аАз Жидкость уд. веса 1,88; технический люизит зеле-нофполотового или бурофиолетового цвета. Воде придаёт резкий запах герани уже при концентрации 15—30 мг/л Растворяется медленно 500 мг па 1 л воды. Падает на дно. На поверхности остаются маслянистые расплывающиеся пятна Гидролизуется быстро CICII =CIIAsCl3 + + IljO^zziClCII = = CHAsO+2HCl Продукты гидролиза ядовиты Общетокслческое действие сильнее иприта (0,048 мг по Чер-кесу)10
Метил-дихлорар-син СНз-AsOl, Жидкость уд. веса 1,83. Залах резкий Растворяется хорошо Гидролизуется быстро СП8—AsCla+H.O® =СП8АзОЧ-2ПС1 Продукты гидролиза ядовиты Токсическое действие при концентрации 45мг/л1Ь
Этилдихлорарсин CHaCHj-AsCL «ДИК» Маслянистая жидкость уд. веса 1,7. При стоянии окра ш и в ается в коричневый цвет; придаёт воде фруктовый запах Растворяется мало (растворимость До 5°/0) Гидролизуется быстро CHsCHaAsCla+ Н 3О = = CHaCH„AsO + 2НС1 Продукты гидролиза ядовиты По Рачинскому3 токсическая концентрация уже 0,034 мг/л
_ Неорганические
Синильная кислота гг ее солп соединения мышьяка
Мышьяковистая кислота HjAsOj (АЗаОз) и её соли Арсенит натрия NajAsOj Арсенит калия KjHAsO, Белое порошкообразное вещество. Вкус и запах воды не меняется даже при смертельных дозах Кислота трудно растворима Соли легко растворимы в воде As,O34-3H„O = 2H3AsO3 Na3AsO3+3II,O = =11яАзО1+ 3N.-1OII Гидролизуется быстро KjAsO., 4-311,0 = = H,AsOs+3KOH Гидролизуется быстро Ядовита Продукты гидролиза ядовиты Отравление вызывает доза 10—30 мг, дозы 100—300 м, смертельны1’
Трёххлористый мышьяк— AsCla Бесцветная, маслообразная жидкость уд. веса 2,2 Хорошо растворим в воде Значительно гидролизуется 2АзСЫ-ЗП3О = =61101 4Аз20л Продукт гидролиза ядовит Ядовитее солей мышьяковистой кислоты—0,22 мг/л16
Синильная кислота: (IICN) II—G=N^=±I[ —N =С 99,9% 0,1% (митр и ль» (изонит-ная фор- рильная ма) форма) и её соли Бесцветная, легко-подвижная жидкость уд. веса 0,7017. В небольших концентрациях сообщает воде запах горького миндаля, в больших—запах клопов С водой смешивается во всех отношениях 11 CN-J-211,0-* —►IICOO1I4-NII, Продукты этой реакции (муравьиная кислота и аммиак) очень мало токсические соединения Ио одним данным30 смертельная доза 50 — 70 мг, по другим данным111 доза 1 мг
Цианид калня KCN Цианид натрия— NaCN Цианид ртути Hg(CN), Твёрдое, белое кристаллическое вещество Твердое, белое порошкообразное вещество Растворяется г. воде очень хорошо Растворяется в воде хорошо Гидролизуется хорошо NaCN + П,0 =Na ОН + 4-IICN KCN+HSO=KOH + + HCN Пе гидролизуется Продукт гидролиза ядовит, но довольно быстро разлагается (см. гидролиз IICN) Ио одним данным” смертельная доза 250 мг, по другим данным” 300 мг Более ядовита, чем NaCN a.KCN18
• Но одним данным,1’ растворимость иприта в воде при 25" С составляет 0,047“М. по другим1’ — O.OfiP"',, при той же температуре,
пли отравлении воды при отступлении противника. Случайное загрязнение воды может происходить от соприкосновения с заражёнными предметами или при попадании сточных вод после неполной их дегазации. Отравление водоемов возможно л в глубоком тылу с целью диверсии.
В таблице 28 приведены ОВ, попадание которых в воду может вызывать более пли менее стойкое отравление воды.
В основу построения этих таблиц положена теория токсофоров. предложенная в 1925 г. Янковским и впоследствии развитая Некрасовым. По этой теории токсичность химических соединений определяется характерной химической группой или элементом (токсофор), остальные части соединения (ауксотоксы) только усиливают или ослабляют действие токсофоров.
Как видно из таблицы 28, несмотря на сравнительно большое количество ядовитых веществ, способных вызвать стойкое отравление воды, ОВ по своему химическому строению образуют группы с общими характерными свойствами, используя которые можно применять единую методику обезвреживания всех соединений, входящих в данную группу Вследствие этого методика индикации, а в большинстве случаев и очистка воды от ОВ значительно упрощается.
Большинство ОВ, которые могут быть применены для стойкого отравления воды, разрушаются при обработке воды хлором и другими соединениями, содержащими активный хлор (гипохлориты, хлорамины).
Таким образом, хлорирование имеет особое значение для обезвреживания воды, зараженной ОВ.
Обезвреживание воды от иприта
Из табл. 28 видно, что в результате гидролиза иприта образуется нетоксичный тнодигликоль, вследствие чего обезвреживание воды от иприта возможно было бы путём простого её выстаивания, по исследование процесса гидролиза иприта показало, что гидролизу подвергается лишь растворённый в воде иприт, находящийся в капельно-жидком состоянии, практически не гидролизуется 24. Так как иприт растворяется в воде крайне медленно, то и процесс его гидролиза практически протекает чрезвычайно медленно. Иприт может сохраняться на дне резервуара или в колодце в течение многих месяцев, систематически отравляя воду 16. На ускорение процесса гидролиза иприта влияет температура и перемешивание,25 что видно из табл. 29.
Приведённые в табл. 29 данные показывают, что повышение температуры и перемешивание значительно ускоряют гидролиз иприта, однако, в условиях водопроводов искусственно повысить температуру не представляется возможным и вследствие этого температурный фактор не может оказывать влияния на очистку воды от иприта.
Коагуляция воды сернокислым алюминием лишь незначительно снижает содержание иприта в воде за счёт увлечения его на дно отстойника осаждающимися хлопьями 1в.
Алексеевский приводит указания немецких авторов на то, что для технических целей достаточно производить очистку воды от иприта и 90
люизита путем декантации и другими механическими способами удаления ОВ из воды.
Таблица 29
Влияние температуры и перемешивания на степень гидролиза иприта в чистое воде
Температура воды
15° 37,5° 85°
Без перемешивания Количество иприта, перешедшего в раствор 0,12 г/л 0,25 г/л 1,16 г/л
Количество гидролизовавшегося иприта 0,06 г/л 0,4 г/л 1,15 г/л
Степень гидролиза в процентах 50 62,5 100
При перемешивании Количество иприта, перешедшего в раствор 1,53 г/л 9,58 г/л 50 г/л
Количество гидролизовавшегося иприта 1,20 г/л 8,94 г/л 50 г/л
Степень гидролиза в процентах. 84,3 98,8 100
Ряд иностранных авторов 26 рекомендует фильтрацию отравленной ипритом воды через песочный фильтр, с толщиной слоя не меньше 80 см, и утверждает, что в фильтрате остаётся только иприт в растворённом состоянии Однако растворённый иприт имеется в фильтрате даже спустя 14 часов после начала работы фильтра, что свидетельствует о последующем растворении иприта в процессе фильтрования. При фильтрации через английский фильтр (поверх 50-см слоя песка налагается биологическая плёнка толщиной в 3 ем) установлено, что капельно-жидкий иприт задерживается и процент гидролизованного иприта увеличивается, но вместе с тем и увеличивается до 60 часов продолжительность последующего растворения иприта, задержанного плёнкой.
Таким образом, механические методы очистки воды от капельно-жидкого иприта, а именно: отстаивание, фильтрация и коагуляция снижают концентрацию иприта в воде, но полностью не обезвреживают её.
К числу химических методов очистки воды от иприта можно отнести хлорирование в мангапирование. Не рассматривая способа освобождения воды от иприта перманганатом вследствие его практической непригодности в полевых условиях, а равно и в условиях стационарных водопроводов (необходимость кипячения обрабатываемой перманганатом воды и выполнение других сложных операций, не осуществимых в больших масштабах16), остановимся на хлорировании, как основном методе обезвреживания воды, заражённой ипритом.
Реакция между ипритом и хлором в воде протекает по следующему уравнению:
,СН,СН,С1 ,СН,СН,С1
Cl.,4-H,0 4-S< ' —<-2HCl-4-O = S<f '
xch,ch2ci x;h2ch,ci.
Продукт реакции — сульфооксид не токсичен.
Штампе, Гроскопф и другие 26, изучая очистку воды от иприта хлором, показали, что хлор окисляет иприт и в то же время хлорирует его. По их данным, вода, содержащая 86 мг/л иприта, обезвреживалась
40 мг/л хлора. Фильтрат той же воды после английского фильтра требовал для своего обезвреживания лишь 10 мг/л хлора. Одновременно эти авторы указывают, что продукты окисления иприта действуют раздражающе на носоглотку в случае, если концентрация иприта в воде превышает 50 мг/л; меньшие концентрации иприта после обработки хлором почти не изменяют органолептических свойств воды.
Гипохлориты также являются чрезвычайно активными реагентами по отношению к иприту. При взаимодействии иприта с гипохлоритами происходит окисление иприта в сульфооксид и сульфон по уравнениям:
2НС1О—*-2НС1 + Ог
ZCH, — СН..С1 .СН, - СН,С1
S< ' ’ -f-O—-o=s< '
ХСН, - СП.,Cl х СН, - СН,С1
уСНг — СН2С1 (X .СН, — СН,С1 o = s< 4-о—> ^s< '
СН,2 — СНгС1 (У7 ХСН, — СН,С1.
Окисление иприта в водном растворе происходит не только под влиянием гипохлорита натрия или калия, но и под влиянием хлорной извести и перхлорона.
Гипохлориты окисляют иприт и одновременно хлорируют его в результате того, что под действием НС1, являющейся продуктом неполного гидролиза иприта, происходит выделение хлора из молекулы гипохлорита.
ZCH, — СН,С1 s< '
ХСП„ — СН,С1
/СН, — сн,он 4-2Н,О—>8< ’ “ 4-2НС1
ХСН,-СН,ОН
но 4- нс1О5=*н,,о 4- ci,.
Хлор реагирует с ипритом и продуктами его окисления, образуя полихлориды иприта, сульфооксида и сульфона. При замещении в молекуле иприта двух и большего числа атомов водорода хлором, образуются продукты, не обладающие кожно-нарывным действием, например,
✓СН, - СН,С1
•X (тетрахлордиэтилсульфид).
ХСС1, — СН,С1
Одновременное хлорирование и окисление иприта приводит к полному его разрушению до серной кислоты, хлораля, тексихлорэтапа и прочих веществ с небольшим молекулярным весом, лишённых токсических свойств 27.
Химизм взаимодействия гипохлорита с ипритом довольно сложен, и до сего времени еще не установлено, какие направления реакции гедут к полному распаду иприта, так как чрезвычайно трудно учесть количественно все продукты распада.
В результате наших исследований и исследований ряда других авторов 28 следует признать, что наиболее эффективное обезвреживание воды от иприта достигается при применении больших доз хлора, значительно превышающих хлоропоглощаемость воды.
Применение повышенных доз хлора сокращает продолжительность очистки воды, делает эту очистку более надёжной и воду вполне пригодной для питья после дехлорирования сё гипосульфитом, сернистым газом или особенно активированным углём.
Что касается использования угля, то необходимо подчеркнуть, что некоторые авторы 15> 19 вообще считают возможным производить очистку воды от иприта и некоторых других стойких ОВ фильтрованием её через специальные сорта активированного угля. По Явичу 15 1 г такого угля задерживает 25—40 мг СОВ. Штампе 26 и другие получили полное обезвреживание при фильтрации воды, отравленной максимальной концентрацией иприта (750—780 мг/л при Г =10'), через слон такого активированного угля толщиной в 80 см, при скорости фильтрации 1 м в час. При меньшей концентрации иприта в воде скорость фильтрования можно увеличить и уменьшить высоту слоя угля, прп этом вода получается приятной на вкус и совершенно не содержит вредных веществ. Хорошие результаты достигаются и добавлением к отравленной воде угольного порошка в количестве 0,5 г/л.
Однако ввиду дефицитности и высокой стоимости активированного угля использование его в качестве самостоятельного средства очистки воды может оказаться затруднительным при заражении большими количествами БОВ и не всегда гарантирующим полноте обезвреживания.
Вследствие этого использование сорбционных свойств активированных углей нужно считать рациональным не в качестве самостоятельного метода, а лишь в виде завершающего этапа очистки после предварительной обработки воды хлором. Применение предварительного хлорирования не только снижает расход активированного угля, но и гарантирует более полное и совершенное удаление из воды иприта и продуктов его распада.
Обезвреживание воды от О В, с о д е р ж а щ и х мышьяк
Вследствие большой токсичности мышьяка и его соединений прп незначительном влиянии некоторых, особенно его неорганических соединений, на органолептические свойства воды, применение этих соединений для отравления воды надо считать наиболее вероятным из всех известных ОВ.
В подтверждение этого можно указать, что ещё в первую империалистическую войну немцы применяли неорганические соединения мышьяка для отравления колодцев в Юго-Западной Африке и во Фландрии во время своего отступления 28.
Поскольку продукты гидролиза всех ОВ, содержащих мышьяк, не менее токсичны, чем само исходное вещество, очистка воды от них должна основываться на совершенно другом принципе, чем очистка её от иприта и подобных ему ОВ.
Наиболее типичным и распространенным представителем мышьяк-содержащих боевых отравляющих веществ является люизит, Люнзиг представляет собою смесь трех соединений:
люизита
люизита
люизита
/ /СН = СНС1\
А [ р хлорвинил — дпхлорарсин As—С1 )
/ /СН=СНС1\
В — дихлорвинил-хлорарспн As—СН=СНС1
/ /СН=СНС1\
С I рр' Р"—трихлорвиниларсин As—СН=СНС1 I.
В воде люизит растворим плохо. Растворённый люизит легко гидролизуется водой с образованием окиси р — хлорвинпларсина.
/СН=СНС1 СН=СНС1
AS\C1 +H2O^As/f +2НС1.
”о
Однако гидролиз не ведет к обезвреживанию воды, так как окись р—хлорвинпларсина чрезвычайно токсична и обладает, помимо общетоксического, также кожно-нарывным действием.
Действие сухого хлора приводит к разложению люизита с образованием треххлористого мышьяка и тетрахлорэтана
/ СН=СНС1
As-Cl + 2С1, - AsCl-H-CHCl, - СНС12.
\С1
Гипохлориты и хлорная известь одновременно окисляют и хлорируют люизит. В результате этого процесса в воде образуются пеор-। аническпе соединения пятивалентного мышьяка.
Другие арсины взаимодействуют с хлором и гипохлоритами аналогично.
Таким образом, задачей очистки воды от содержащих мышьяк веществ является не только разрушение молекул ОВ, но и связывание мышьяка в нерастворимые соединения с последующим удалением этих соединений из воды.
Еще Д. 1'1. Менделеев29 в своем дополнении к «Основам химии» рекомендовал в качестве противоядия от мышьяка свеже осажденную водную окись железа, «так как при этом образуется нерастворимое соединение FeAsO3, на которое не действуют желудочные кислоты, а потому и не происходит отравления».
Гидроокись железа входит в ряд препаратов, служащих противоядием от мышьяка (противолюизитная мазь, Antidotum arsenici).
В настоящее время существуют две различные точки зрения на механизм взаимодействия гидроокиси железа с соединениями мышьяка; первая, объясняющая это взаимодействие образованием трудно-растворимых соединении и вторая — адсорбцией соединений мыщьяка на гидроокиси железа. Наиболее вероятной нужно считать адсорбционную теорию.
Исследованиями проф. Я. А. Фпалкова и Миндлин 30 установлено, что сущность взаимодействия заключается в адсорбции мышьяковистого 94
ангидрида гидроокисью железа: процесс характеризуется кривыми типа адсорбционных изотерм, зависит от развития поверхности гидроокиси железа; кроме того, при взбалтывании продуктов взаимодействия с водой получаются растворы, концентрация которых связана с десорбционными процессами.
Для очистки воды от содержащих мышьяк примесей было предложено несколько методов, основанных на применении соединений железа. По методу, предложенному в конце 1915 г. консультантом английской армии, проф. Бекером23,31, вода, содержащая соединения мышьяка, обрабатывается хлорной известью и железными квасцами и затем фильтруется. При концентрациях мышьяка в воде, превышающих 100 мг/л, необходимо добавлять едкий натр. Хлорная известь и едкий натр прибавляются с целью достижения pH раствора, нужного для образования из квасцов гидроокиси железа, на которой адсорбируются затем соединения мышьяка.
Данные, приведенные в табл. 30 и 31 материалы, взяты из статьи Габовича 19>. Таблица 30 показывает, что количество железных квасцов увеличивается не пропорционально увеличению концентрации мышьяка, очевидно, вследствие того, что в концентрированных растворах часть мышьяка реагирует с солями, обусловливающими жёсткость воды, и выпадает в виде нерастворимых соединений.
Таблица 30
Потребное количество железа и едкого натра для очистки воды, содержащей трехвалентный мышьяк (по английской инструкции»
ASjOj В Г/Л Хлорная известь 25%-ная в кг Na ОН в кг Железные квасцы в кг
0,02 0,07 нет 0,323
0,05 0,16 » 0,706
о,1 0,31 » 0,907
0,15 0,48 0,378 1,411
0,2 0,62 0,504 1,814
0,3 0,93 0,756 2,722
0,4 1,24 1,008 3,528
0,5 1,55 1,260 4,334
Таблица 31
Потребное количество железа и едкого натра для очвсткн воды, содержащей пятивалентный мышьяк (но английской инструкции)
ASaO5 в г/л Железные квасцы в кг Na ОН в кг
0,02—0,1 1,18 1,76 0, 126
0, 15 0,192
0,2 2,37 0,252
0,3 3,53 0,378
0,4 4,71 О, 504
0,5 5, 50 0,630
После осаждения геля гидроокиси железа вода фильтруется через песчаный фильтр. Английские авторы при фильтрации воды через ткань, обработанную железным коагулянтом, обнаружили, что мышьяк не проходил через фильтр. Последнее обстоятельство даёт основание считать, что плёнка геля, осаждающаяся на песке, дополнительно адсорбирует мышьяк. Следует подчеркнуть, что в то время как гель гидрата окиси железа задерживает мышьяк, гель гидрата окиси алюминия (алюминиевый коагулянт) не освобождает воду от мышьяка 19.
В последнее время был проведён ряд опытов по применению железного коагулянта и хлора в целях очистки воды от веществ, содержащих мышьяк, давших положительные результаты.
В частности, нами было предложено ведение коагуляции свежеприготовленным хлорным железом в результате непосредственной обработки железной насадки хлорной водой14. Применение полученного этим методом хлорного железа в присутствии некоторых избыточных количеств активного хлора в воде содействует реакции железа с мышьяком и последующему осаждению продукта этой реакции гелем гидроокиси железа.
Применение этого метода удобно не только в случаях заражения воды ОВ, содержащими мышьяк, но и некоторыми другими ОВ. Этот метод также удобен при очистке и обезвреживании воды в условиях нормальной работы водопроводов.
Описание метода и схемы нашей установки как в стационарных, так и в полевых условиях приведены в главе XI.
Очистка воды от других арсинов, например, дифенплхлорарсипа, адамсита и др., осуществляется темп же методами, что и очистка от типичного их представителя — люизита.
Обезвреживание воды от синильной кислоты и ее солей
Синильная кислота и ее соли — цианиды — принадлежат к числу наиболее сильных ядов. Вместе с тем, большая реакционная способность синильной кислоты дает ряд возможностей для обезвреживания воды от цианистых соединений. Сильными окислителями синильную кислоту можно перевести в нетоксическую циановую кислоту.
HCN4-0 H>-HCNO,
легко гидролизующуюся с образованием аммиака и СО2
HGNO 4- Н2О -> СО, 4- NH3.
При хлорировании воды, содержащей цианистые соединения, образуются хотя и менее токсические, но все же достаточно ядовитые продукты, вследствие чего применение хлора в качестве самостоятельного метода не является достаточно эффективным. Хлорирование может быть использовано лишь после других методов обработки, как завершающий этап очистки воды. Например, хлорирование может быть рекомендовано для удаления избытка двухвалентного железа из воды после применения железного купороса, являющегося ередствомвобезврежпвания воды, отравленной солями синильной кислоты.
При такам обезврелкиванип используется реакция
6K0N + 2FeSO4 = К2 [Fe (CN)6] + 2K3SO4.
Избыток FeS04, как уже указывалось, удаляется при хлорировании вследствие образования гидроокиси трехвалентного железа, выпадающего в осадок в присутствии щелочного резерва в воде (см. стр. 80).
Очистка воды от нестойких п других малоэффективных при отравлении воды ОВ
Опасность отравления воды НОВ крайне невелика; отравление ими воды практически возможно только, если НОВ находятся в жидком состоянии.
Вода с попавшими в неё НОВ приобретает токсические свойства, зависящие от свойств и концентрации ОВ.
Концентрация нестойких отравляющих веществ в воде определяется: 1) величиной растворимости их (в тех случаях, когда жидкое НОВ смешивается с водой в избытке),2) парционалыюн упругостью их в атмосфере.если НОВ химически не реагирует с водой, и 3) степенью гидролиза их. Так, жидкий дпфосгенвхолодной воде сравнительно медленвогидролпзуется.что может привести к временному отравлению водоёма; жидкий хлорпикрин, практически не гидролизующийся водой, может вызвать довольно стойкое отравление воды.
Применение НОВ в жидком виде с целью отравления воды мало вероятно, так как эффект такого отравления не может быть сколько-нибудь значителен, и очистка воды от них крайне проста. Применение НОВ в парообразном состоянии (боевое применение почти всех НОВ) обычно совершенно не вызывает отравления воды, поэтому не может быть использовано для этой цели. Заражение воды нестойкими ОВ и дымами не требует специальных химических методов очистки*. Фильтрование через угольные фильтры надёжно освобождает от этих ОВ воду и делает её пригодной для питья.
Хлорирование воды не может служить в данном случае средством её очистки от ОВ, так как не приводит к образованию нстоксических продуктов.
Остальные известные ОВ, например, чихательные — адамсит, дпфе-нилхлорарсин, дпфенплцианарсин; слезоточивые — бромбензилциаппд, хлорацетофенон; крапивные и другие ОВ, не имеют никакого практического значения для отравления воды, так как все они в воде нерастворимы и только при исключительных условиях могут отравить поверхностные слои воды (при оседании на неё значительных количеств дыма этих ОВ).
В случае отравления воды неизвестным ОВ, необходимо прежде всего определить, к какой группе оно относится и только после этого производить обезвреживание способом, рекомендованным для этой группы.
Введение в воду алкалоидов или солей тяжелых металлов вызывает ее стойкое отравление. Однако практическая применимость их. как
* В справочнике по ПВО (Ленинград, 1937 г.) и других Подобных справочниках и наставлениях указывается, что вода, пораженная нестойкими ОВ, типа удушающих и раздражающих, годна к употреблению и очистки нс требует,
7 Л. А. Кульский 97
химического оружия, маловероятна вследствие ряда технических и тактических соображений. Все же необходимо отметить, что при отравление воды алкалоидами и солями тяжёлых металлов, хлорирование не может быть применено как метод обезвреживания. В этих случаях следует пользоваться специальными указаниями.
•Освобождение воды от денатурирующих веществ
Кроме ОВ, которые отравляют воду, делая её употребление опасной для жизни, могут быть применены вещества, которые, хотя и не отравляют воду, но делают её совершенно непригодной для питья. Количество этих, так называемых денатурирующих веществ, ещё больше, чем количество ОВ, причем в качестве денатурирующих веществ могут быть использованы самые разнообразные соединения, применение которых в большинстве случаев зависит от наличия их па месте. Например, абиссинцы растворяли в колодцах поваренную соль, от которой воду трудно освободить ввиду сложности опреснения 1в.
Денатурировать воду в больших масштабах можно такими веществами, как хлорфенолы, крезолы и др. Один грамм фенола при добавлении к 100 000 л воды придает ей неприятный аптечный вкус.
Освобождение воды от этой группы денатурирующих веществ хорошо осуществляется адсорбцией активированным углем после суперхлорирования.
Общего же метода очистки воды от денатурирующих веществ не может быть, так как эти методы зависят от природы самих веществ.
Помимо применения веществ для ухудшения вкусовых качеств воды и для маскировки введённых в воду ялов, возможно и обратное, т. е. добавление к воде безвредных веществ, симулирующих наличие ОВ. Так, например, добавление к воде сахара и повышение вследствие этого окис-ляемости воды, являющейся показателем загрязнения воды органическими примесями, может служить причиной того, что вода будет забракована для питья. В же время вода, в которой может находиться сильно действующее в малых концентрациях ОВ, не дающее высокой оки-сляемости, при недостаточном контроле может быть признана годной к употреблению.
Мероприятия по охране водоемов при возможности заражения их О В
Наиболее застрахованными от возможного попадания БОВ являются артезианские колодцы, значительно большую опасность представляют собой колодцы и водоёмы открытого типа (реки, озёра, пруды), особенно небольших размеров.
В срубовых колодцах, вследствие медленного наполнения водой, стойкие ОВ задерживаются на чрезвычайно длительный срок, так как ОВ, осевшие на дно, гидролизуются крайне медленно и концентрация их при постоянном объёме воды снижается в малой степени.
Особенную опасность представляет попадание ОВ в воду, централизованно поступающую потребителю в водонасосные станции, баки с 98
чистой водой или основные магистрали), так как в этом случае чрезвычайно трудно провести обезвреживание отравленной воды.
Значительное количество ядовитых веществ, которыми может быть отравлена вода, вызывает большие трудности при её обезвреживании.
Вследствие этого, для успешного снабжения населения и армии чистой водой необходимо провести целый ряд мероприятий.
Во-первых, на каждом организованном источнике водоснабжения должны быть установлены надёжные и скорые методы контроля, определяющие возможный характер отравления воды.
Этот контроль должен быть по возможности обеспечен автоматами, контролирующими воду в местах её забора, на очистительных сооружениях и прп подаче её в сеть (см. главу IX).
Во-вторых, в целях сведения до минимума возможности диверсионных актов, необходимо проводить строжайшую охрану водоисточников и водохранилищ; необходимо также организовать ряд мероприятий по предохранению их от возможности попадания химических отравляющих средств.
В третьих, в каждом центре водоснабжения необходимо иметь вс<* средства очистки воды для быстрого и чёткого налаживания массового обезвреживания воды, в случае попадания в неё ядов.
В четвертых, каждый водопровод должен иметь возможность выпуска воды наружу и промывки отдельных участков очистных сооружений и сети.
Все эти условия должны быть обеспечены также и в местах прохождения воинских частей.
20. Обнаружение ОВ в воде
В условиях возможного химического нападения, все источники водоснабжения должны находиться под тщательным контролем. Сигнализировать о заражении воды могут некоторые внешние признаки и данные обычных методов контроля, так как наличие ОВ вызывает изменение ряда показателей при анализе воды.
При указаниях на отравление воды следует вести систематический, епе -цпальнып контроль на присутствие ОВ в воде, пользуясь общими групповыми реакциями.
Общие показатели отравления воды
Тщательный внешний осмотр может обнаружить следующие висните признаки заражения воды. 11а поверхности воды, прп попадании мсльчг.йт ших капель ОВ типа иприта, образуется маслянистая плёнка.В воде мчгу-также находиться мелкпекапли в виде эмульсии.По мере растворения и гидролиза капли и плёнка исчезают. Крупные капли стойких ОВ могут находиться и па дне водоёма, где их можно обнаружить при помощи длинного шеста, обёрнутого чистой тряпкой. Некоторое значение имеет запах воды, так как бВ придают ему специфический характер.
Иприт придаёт воде горчично-чесночный вапах, люизит —запах герани, синильная кислота — запах горького миндаля, хлорпикрин —
неприятный, раздражающий запах. На возможное присутствие в воде ОВ может указывать также наличие разорвавшихся бомб или артиллерийских снарядов.
Из основных показателей обычного анализа воды при заражении её ОВ могут резко измениться: pH воды, окисляемость и содержание хлоридов. Поэтому эти показатели, в условиях возможного отравления воды ОВ, должны определяться и фиксироваться систематически.
Питьевая вода обычно обладает реакцией, близкой к нейтральной Реакция воды при расти (рении в ней ОВ может либо вести к понижению, либо к повышению pH.
Вода приобретает кислую реакцию при заражении её ипритом, люизитом или другими дихлорарсинами, фосгеном, дифосгеном и солямитяжёлых металлов (олова, цинка и, в незначительной степени, свинца и ртути). Изменение pH воды, вызываемое гидролизом этих ОВ, зависит от жёсткости воды. Так. при наличии в воде большой карбонатной жёсткости, введение люизита и иприта в количестве 75—150 мг/л не изменяет заметным образом ее pH, благодаря буферному действию среды.
pH воды повышается при заражении её растворимыми цианидами (цианистымкалпем или натрием) или арсенитами (мышьяковистым калием или натрием). Однако, щелочная реакция воды может быть вызвана также выщелачиванием гидроокиси кальция из цементного и известкового раствора стенок водоёма. Таким же образом на реакцию воды может повлиять смена железной трубы на керамическую.
Несмотря на то, что реакция воды не мэжет служить характерным показателем наличия ОВ в воде, резкое и быстрое изменение pH воды при отсутствии других причин может сигнализировать о её заражении ОВ.
Присутствие в воде ОВ вызывает также увеличение иодопоглощаемости. Это особенно относится к арсинам, количественно окисляющимися водным раствором пода. Так, 1 мг растворённого в воде люизита поглощает более 1 мг пода.
Иодопоглощаемость определяется аналогично хлоропоглощаемостп (см. главу П).
Некоторые указания для косвенного суждения о заражённости воды могут дать данные об изменении количества растворённого в воде кислорода, а главное, о скорости его исчезновения из воды в замкнутом сосуде. Например, растворённый в воде люизит в концентрации 100 мг/л вызывает уменьшение растворённого кислорода е 7,5 мг в литре до 1 мг в продолжение 74 часов при постоянной температуре.
Окисляемость воды повышается при заражении ее ОВ, способными окисляться: ипритом, люизитом, другими дихлорарсинами и всеми растворимыми соединениями трёхвалентного мышьяка. Синильная кислота незначительно повышает окисляемость воды.
По Эрисман)3 окисляемость питьевой воды не должна превышать 2 — 3 мг кислорода па лит)'.
В присутствии иприта пли люизита в концентрациях от 25 до 100 мг л окисляемость нередко доходит до 20—55 мг кислорода на 1 л, что и может служить признаком наличия их г. воде. Благодаря значительной скорости гидролиза люизита, окисляемость воды, заражённой им, быстро повышается и перестаёт изменяться. При концентрации люизита 100 мг, л, 100
окисляемость достигает величины 40 мг кислорода в 1 л на третьи —четвертые сутки после заражения.
Иприт в капельно-жидком состоянии, вследствие своей малой растворимости, медленнее повышает окисляемость воды; величина её доходит до 55 мг кислорода па 1 л при концентрации иприта 100 мг/л лишь на 9-е сутки после заражения.
Содержание хлоридов в воде повышается при заражении воды ипритом, люизитом и другими дихлорарсинами, трихлортриэтиламином, дифосгеном и др. ОВ, содержащими хлор. Содержание хлоридов может повышаться также вследствие загрязнения воды выделениями людей и животных. Значительное содержание хлоридов. вызываемое продуктами выщелачивания солончаковых почв и систематически обнаруживаемое анализом в таких водах,не является отрицательным показателем качества воды.
Хлоропоглощаемость воды, аналогично окисляемости, повышается при заражении воды органическими ОВ. Так, 1 мг иприта поглощает около 1 мг хлора19.
Для правильной оценки ненормального увеличения хлоропоглощаемости, которое может быть вызвано заражением воды ОВ, необходимо иметь для сопоставления систематические данные по хлоропоглощаемости, характеризующие воду этого водоёма.
Методы определения ОВ в воде
Обнаружение и индикация ОВ может производиться методами химического, физтг логического и биохимического контроля. Физш л )гичес-кие и биохимические методы требуют большой затраты времени и сложного лабораторного оборудования. Они применяются только в исследовательской работе, главным образом, для проверки химических методов и в некоторых случаях при определении конца очистки.
Более быстро и легко определение ОВ производится методами химического контроля, при помощи групповых и характерных для отдельных ОВ реакций. При выборе реакции следует исходить из специфичности и чувствительности её, так как ОВ уже в чрезвычайно малых концентрациях обладают токсическим действием наживой организм. Выполнение реакций часто затрудняется из-за растворённых в воде примесей.
Наиболее полно методы химического контроля по обнаружению и количественному определению ОВ освещены в специальных руководствах по этому вопросу, в книгах Алексеевского «Общий курс химии защиты»27, Рачинского «Химия и индикация БОВ»3 и специальной инструкции, разработанной Всесоюзным институтом патологии и терапии интоксикаций Наркомздрава СССР «Обнаружение и определение БОВ, алкалоидов и солей металлов» (1942 г.33).
В связи с тем, что проблема индикаций ОВ в воде имеет для водоснабжения военного периода очень большое значение, мы сочли необходимым дать в приложении к настоящей книге, наряду с методами полного анализа питьевой воды, и описание специфических реакций для контрол® воды на заражённость ее БОВ и некоторыми другими ядами, которые могут быть применены противником с диверсионной целью.
Контроль за к а ч е е т и о м вод ы н о е л е о ч и с т к и е ё о т ОВ
После очистки воды от ОВ необходимо проверить её качество. Обезвреженная вода должна обладать малой окисляемостыо, ничтожной хлор- п иодопоглощаемостью. должна быть лишена запаха и приятна на вкус и, самое важное, должна давать отрицательную реакцию на то ОВ, которым она была заражена. Конец очистки можно определить биологи -Ч'екими химическим контролем. Если вода была отравлена ОВ. действие которого на животный организм уже было изучено заранее и были установлены химические методы индикации большей чувствительности, чем количество, оказывающее токсическое действие на организм, то в таком случае вполне достаточно осуществления одного химического контроля воды на присутствие в ней данного ОВ (см. приложение III «Индикация ОВ»). В случае же отравления води неизвестным ОВ, т. е. таким ОВ, биологическое действие которого га организм не было сопоставлено е чувствительностью химической индикации, необходимо применять и бпокоптро, п>.
Под биологическим контролем имеют в виду проверку действия исследуемой воды на животных, на некоторых рыбак, в некоторых случаях пользуются результатами действия следов ОВ на микроорганизмы.
Получение достаточно точных результатов при применении биоконтроля требует производства целой серии опытов и довольно продолжительного времени (сутки и даже больше). Неудобство биоьонтроля заключается также в необходимости значительного лабораторного оборудования.
Исследуемую воду дают пить животным. Если животные не пьют её, году можно вводить в желудок с помощью зонда. Воду дают мны ократпо и производят тщательное наблюдение за общим состоянием животного. мор-^о.логичелщпмч и био.тогиче'кпми изменениями в крови, измонениями в моче и т. д.
Для определения в вод- наличия веществ кожно-нарывного действия, удобно использовать в качо’ тве бко.ии’ического индикатора глаз кролика. Исследуемую воду, каплю :а каплей, наносят в течение нескольких минут на глаз кролика. В другой глаз (контрольный) вводят параллельно такой я:е объём дестпллироваппой воды. Сравнительно малые- концентрации пв-Ы'стных ОВ кожно-нарывного действия в зтих условиях дают характерное поражение глаз.
Присутствие ОВ, можно также устаношпь методом биохимического «••ПТр’ЛЯ. иди соо ГИгТ|ТВуюЩ 'М подборе культур микроорганизмов и определённой методике *).
* Тон. кирх т no ni едложению Штудипгера можно индицировать при помощ; Дрожжей двумя способами. Берут 1 г прессованных дрожжей и взбалтывают их со 100 мл ! ..... раствора глюкозы. По первому спосооу в одну из однорогих пробирок для
брожения вводят небольшое количество воды, содержащей иприт (или просто микрок-аилю пирша’, н и,3 мл алкоголя для растворения. Затем оое трубки заполняют сахарной суспензией дрожжей, закрывают их пробками, сильно взбалтывают и выдерживают в термостате при 4 0Ч-. Из нрооы без пирита выделяется в час свили 5 мл двуокиси углерода, проба же с ипритом по дает выделения газа.
По второму способу, в прооирки вносят по 10 мли сходной сахарной суспензии дрожжей п добавляют в каждую по идшш капле метиленовой сини. В одну из пробирок вносят мпкрокаплю иприта. Содержимое пробирок взбалтывают и оставляют в термостате при 4и0 С на 20 мин. За это время в пробирке, -одержашей пирит, образуется объёмистый светлоголубой осадок мёртвых дрожжевых клеток, а в другой пробирке, где нет пирита, дрожжевые клетки остаются живыми. Для иприта эта реакция не специфична, т.н; как осадок мертвых дрожжевых клеток образуется и при наличии других О В, отравляющих воду.
ГЛАВА ПЯТАЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ВОДЫ X.I Р HI И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
21. Классификация методов хлорирования воды
Приведённые материалы по хлорированию иллюстрируют многообразие процессов, протекающих в воде под действием хлора.
В связи с этим в каждом случае при выборе методики хлорирования необходимо учитывать: целевое назначение этого процесса, наличие и характер загрязнений, имеющихся в воде, возможные изменения в составе воды, специфические особенности данных водоочистных сооружений, а также а самую схему осуществления процесса хлорирования воды.
Исходя из различных целей хлорирования, все существующие методы обработки воды хлором можно объединить в две основные группы: группу постхлорированпя и группу прехлорирования воды.
1. II о с т х л о р и р о в а н п е применяется в тех случаях, когда хлорирование ведётся как завершающий этап очистки воды.
Постхлорирование может проводиться, как небольшими дозами — нормальное хлорирование,—-так и мет дамп усиленного хлорирования: суперхлорироваппсм и комбинированным хлорированием.
Нормальное хлорирование, применяемое при небольшом Загрязнении воды, в технологической схеме очистки является завершающим этапом; но в практике нередко применяется и как самостоятельный процесс, когда вода достаточно чиста и обезвреживание её производится, главным образом, исходя из профилактических целей.
. Суперхлорирование (хлорирование повышенными дозами хлора) применяется для улучшения вкусовых и бактериальных качеств воды в тех случаях, когда нормальное хлорирование не приводит к улучшению органолептических свойств воды (например, при наличии в воде фенолов) или к достаточному бактериологическому эффекту. Суперхлорирование в некоторых случаях может быть использовано и как средство очистки воды от ОВ. Вследствие тою. что суперхлорирование проводится как завершающий этап обработки воды, оно обычно требует удаления избыточного хлора с примененном тех или иных методов дехлорирования.
Комбинированные методы хлорирования, т. е. хлорирование воды совместно с введением окислителей или других добавок, применяются в целях усиления действия хлора или фиксации хлора в воде на более длительный срок.
2. Прехлорирование применяется в тех случаях, когда хлорирование является этапом вспомогательным, предшествующим другим процессам очистки воды. При этом хлор используется в качестве химического средства, улучшающего эти процессы (например, коагуляцию, фильтрацию, отстаивание или обесцвечивание воды).
Применение прехлорирования при коагуляции способствует значительной экономии коагулянта (доходящей при использовании алюминиевого коагулянта до ТО0^). Положительный эффект прехлорирования при применении самых различных коагулянтов — сульфата алюминия, железного купороса, хлорида железа и проч. (см. гл. IV) —можно считать фактом установленным. В практике наиболее распространен способ одновременного хлорирования и обработки воды алюмениевым коагулянтом. При этом вода, после!—2 часового отстаивания, обычно не содержит свободного хлора и потому, как правило, после фильтрования подвергается добавочному хлорированию для полного обезвреживания воды. Интенсивная коагуляция достигается и последовательным введением в воду хлора и железного купороса.
Примененный на Рублевском водопроводе (Москва) для очистки питьевой воды этот способ дал увеличение прозрачности и уничтожение запахов. Большое значение имеет хлоржелезный способ и при очистке сточных вод.
Прехлорирование можно использовать в качестве метода борьбы с вспениванием и агрессивной углекислотой, как основное мероприятие при борьбе с значительным бактериальным заражением и как эффективный способ обезвреживания воды при отравлении её рядом ОВ.
Прехлорирование, как правило, всегда проводится большими дозами, превышающими хлоропотребность воды и обычно не требует специального дехлорирования, так как избыточное количество хлора почти полностью восстанавливается пли связывается последующими процессами обработки воды.
Эти основные две группы, по сути, охватывают все случаи практического использования процесса хлорирования воды.
В практике очистки вод нередко применяется двойное и многократное хлорирование 2: при этом предъявляются к ним различные требования, например: первичное хлорирование проводят для того, чтобы подготовить воду к последующим этапам её очистки, конечное хлорирование ведут с тем, чтобы обеспечить требуемую концентрацию остаточного хлора в воде, поступающей в сеть, и тем самым гарантировать бактериальное качество последней.
В зависимости от назначения и целей хлорирования, условий его осуществления и качества воды, потребные дозы хлора меняются в широких пределах.
22. Краткая характеристика методов простого и комбинированного хлорирования воды
Основываясь на литературном материале, а также на результатах наших исследований, описанных в главах III и IV. можно сделать некоторые выводы о практической ценности и применимости разных методов хлорирования, воды.
a
и
м
i-
0
f-
5-
X
I я >1. e-
13-Ц
Ti-
ani a-1Я .in
IB
e-
a-
?я T-
Нормальное хлорирование
»мальное хлорирование применяется, как уже было отмечено, в ка-гдинственпого или завершающего этапа очистки воды. Дозы хлора вливаются такие, при которых вкусовые качества воды не были бы ры. Количество остаточного хлора после 15—30-минутного конечно допускается до 0,5 мг/л. Контакт воды с хлором до поступле-• потребителю обеспечивается не менее 30 мин. Введение хлора дится обычно до поступления воды в водоводы, причём должно уществлено хорошее смешение его с водой.
способ является по настоящее время наиболее распространён-: в нашей, так и в заграничной практике.
С у п е р х л о р и р о в а н и е
гнное хлорирование осуществляется несколькими способами, и из первых применённых в практике способов усиленного ;ания явилось суперхлорирование, иногда называемое перегнием.
хлорирование применяется с целью устранения неприятных в, запахов, уничтожения бактерий, планктона и т. д., а так же hi может применяться и в некоторых случаях очистки воды
ратуре приводятся сведения о том, что в США получило довольно [рименение суперхлорирование при очистке сточных и питьевых ём отмечается, что, кроме гибели микробов, таким способом до-уничтожение всех органических субстанций, служащих для пи-ктерий. Доза остаточного хлора при суперхлорировании ржится в пределах 0,5—10,0 мг/л.
щческое суперхлорирование приобрело большое значение для <лаждающей воды теплоэлектростанций3. Величина доз хлора, [ых при таком периодическом хлорировании, должна обеспечи-эчный хлор в количестве от 1,5 до 5,0 мг/л.
жительность периодов между двумя моментами введения хлора от 10 мин. (при длительности хлорирования в 3 мин.) до пегасов (при хлорировании в течение 30 мин).
штате хлорирования достигается не только остановка в разви-бразующих бактерий, забивающих конденсаторы турбин, но ся уже заросшие стенки трубок конденсатора, что приводит ию вакуума 1.
к хлора, превышающий допустимую норму, удаляется из рированием.
б и и и р о в а пн ы е методы х л о ри р о в а и и я
°" нке, как было указано выше, все большее применение пахо--аа ываемые комбинированные методы хлорирования. Примененп > о- :лучаев является вполне рентабельным. К комбинированным юрирования относятся: хлорирование с манганировапие.м,.
;е- тный и хлормедный способы, а также хлорирование с аммо-
Комбинированные методы используются не только как средст; обработки больших объёмов воды на стационарных водопроводах, и и как средства обезвреживания воды индивидуального полевого на: начення (таблетизированные препараты).
В литературе указывается 3,4, что хлорирование с манганирование .применяется как усиленный способ обработки вод с неприятными зап; хами и привкусами, вызванными наличием фенола, органических в; ществ, водорослей.
При атом процессе перманганат вводится в воду в виде слабого водно! раствора после фильтров и при дозах, образующих осадок сжислов ма| ганца до фильтров (см. главу III).
В зависимости от порядка введения хлора и перманганата подо; рается место ввода этих компонентов.
Хлорирование с мапганированвем в ряде случаев я> ляется достаточно эффективным методом обезвреживания воды, оп бепно тогда, когда в воде имеется большое количество органическ; примесей и процесс окисления их необходимо максимально ускорить.
Результаты наших опытов также показали некоторое усиление ба терицидного действия при добавлении перманганата.
Хлорсеребряныи и хлормедный способы могут быть применены д. дезинфекции и последующего консервирования обезвреженной вод Однако, ценность их, как показали наши исс.ш доваппя, весьма нет лика.
Орпштейн и другие авторы, ; екомеидующие хлор; ej ебряный и хло медный способы, подчеркивают, что для обезвреживания питьевых ъ может быть применён только хлорееребряный способ.
Практически эти методы могут быть осуществлены путём одновреме ново введения в воду хлора и ионов серебра пли хлора и ионов меди.
Получение потребной концентрации ионов серебра в практике дост гается введением азотнокислого серебра или серебряной воды, получаем, либо контактированием воды с развитой серебряной поверхностью (к тадпповый способ либо в результате электролитического насыщен! воды серебром с помощью серебряных электродов’,8 (электрокатадинов! способ).
Хлорирование с аммонизацией является одним из лучших среде для фиксации активного хлора в воде.
Аммонизация может производиться либо перед введением хлора (ni аммонизация), либо после его введения (постаммонизация).
Действие хлора п аммиака в различных соотношениях описаны в г;: вах II и III.
Как правило, преаммонизация задерживает действие хлора (требует более длительный контакт), удлиняет срок стерильности воды и препят; вует появлению хлорфенольных запахов.
Добавление аммиака после хлорирования не устраняет хлорфенол ных запахов, однако имеет то преимущество, что не замедляет общего nj цесса очистки воды и обеспечивает консервацию остаточного хлора длительный срок. Следует отметить, что запахов, связанных с мути стью воды и имевшихся до хлорирования, аммонизация не устраня;
Хлорирование с аммонизацией особенно эффективно при борьбе с ц[ тением воды, развитием планктона и водорослей.
В настоящее время хлорирование с аммонизацией применено в США на 650 водопроводах 9. Этот процесс получает применение и на водопроводах СССР.
Схемы установок по хлорированию с аммонизацией ничем не отличаются от обычных установок по хлорированию.
При использовании комбинированных методов хлорирования, для индивидуального обезвреживания воды нашли довольно широкое применение таблетизированпые препараты, содержащие активный хлор илп образующие его при растворении в воде.
Таблетками начали пользоваться ещё во время первой империалистической войны, однако по заключению английской, французской, а также немецкой армий, применение их в качестве индивидуального средства обезвреживания воды не дало должного эффекта10. У нас таблетки рекомендуются только в качестве дополнительного средства обезвреживания, создающего гарантию доброкачественности воды. В качестве самостоятельного средства, таблетки могут быть применены только в исключительных случаях, когда отдельные бойцы оторваны от своих войсковых соединений (например, в разведке). Основным недостатком применения большинства таблеток, является непостоянство их состава (разложение от действия света, влаги, тепла). Вследствие этого возникают трудности дозировки в них бактерицидных веществ, осложняющиеся ещё и тем, что в походе приходится иметь дело с водой различного качества.
При применении недостаточного количества бактерицидных веществ, дезинфицирующий эффект получается неполный, а избыток придаёт воде неприятный вкус. Ввиду этого, несмотря па большое количество испытанных препаратов, пока ещё нет таблеток, удовлетворяющих санитарно-тактическим требованиям. Эти требования сводятся: к полной дезинфекции воды в течение 60 мин., стойкости таблеток в течение года и совершенной их безвредности при неизменяющемся вкусе воды.
Пз всех испробованных у нас таблеток наилучшую оценку получили хлориновые, хлораминовые и бисульфатные.
Хлориновые таблетки приготовляют из 35%-ной хлорной извести — 0,003 г и хлористого натрия — 0,147 г на одну таблетку; таким образом, каждая таблетка весит 0,15 г. Такая дозировка рассчитывается на дезинфекцию одной фляги воды.
Растворяются таблетки в течение 8—10 мин.
Таблетки укладывают в стеклянные запарафинированные трубки по 20 шт. Основным недостатком этих таблеток является быстрая потеря хлора. При хранении во внутренних карманах (температура 30°), верхние таблетки во вскрытых трубках теряют большое количество активного хлора в течение 3—5 суток. При нормальных условиях, таблетки в течение 30 млн. уменьшают количество бактерий с нескольких тысяч до единицы в кубическом сантиметре. Эти таблетки пе только просты по составу, но и легко приготовляются; поэтому при условии их изготовления в самих войсковых соединениях и тщательном контроле за содержанием в них активного хлора, использование хлориновых таблеток может найти достаточное применение.
Хлорамиповые таблетки более стопки чем хлориновые, по их бак-
тррицидное действие значительно меньше, а при малой оке-позиции и совершенно неудовлетворительно11.
Наиболее распространенными из хлораминовых таблеток являются таблетки, содержащие хлорамин Т( ем. главу I) и дихлорамин Т. По данным Панке 9 и Ефремова10, при 30-минутном контакте хлорамин и дихлорамин ’Г уничтожают лишь холерный вибрион, да и то не всегда; кишечная палочка, бациллы дезинтерии и брюшного тифа требовали экспозиции, достигающей 3 часов и более. Исследования хлорамина Т в НИПСИ РККА11 также дали отрицательный результат.
Бактерицидное действие хлораминов зависит от продуктов гидролиза, дающего в результате хлорноватистую кислоту. Плохое бактерицидное действие хлораминов при малой экспозиции объясняется медленностью их гидролиза в воде. На скорость гидролиза хлораминов большое влияние оказывает состав воды.
Военный врач Бабецкий10 рекомендует препарат «аквастер». помещённый в стеклянную трубочку, в которой с одной стороны находятся таблетки хлораминоанпогена, а с другой — таблетки лимонной кислоты. Обе таблетки бросают одновременно в флягу е водой. Такая обработка более надёжна, так как гидролиз хлорамина в кислой q еде происходит значительно быстрее.
В настоящее время НИХФП выпущены таблетки «пантоцид», соде] -жащие в качестве бактерицидного вещества хлорамин (дихлорпарасульфамид бензойной кислоты).
В каждой таблетке содержится 3 мг активного хлора. Таблетки стойки и дают удовлетворительные бактерицидные результаты при 30-60-минутном контакте. Однако эти таблетки ещё не испытаны в полевых условиях и поэтому требуют тщательного изучения.
Бисульфатные таблетки (Бутса) применяются в английской армии. Они состоят из 1 г бисульфата натрия, лимонного масла и сахарина для улучшения вкуса воды. Эти таблетки рекомендуется употреблять для дезинфекции воды, находящейся не в металлической посуде. Исследуя эти таблетки спустя 7—8 лет. Менкевич (ВМА РККА) нашёл, что они дают в отношении возбудителей острых желудочно-кишечных инфекций достаточно надёжный бактерицидный эффект при 60-минутной экспозиции.
Максименко1'2 в НИИСП РККА подтвердил бактерицидное действие бисульфата натрия, но рекомендовал его для полевых условий в комбинированном виде с таблетками из соды. Вначале в воду бросают таблетку, содержащую 1,2 г бисульфата натрия и спустя 40 мин. вторую таблетку, содержащую 0,5 г соды. Положительным качеством этих таблеток является их стойкость, но разновременное добавление таблеток усложняет их применение.
Рядом экспериментов было установлено, что после 60-минутной экспозиции эти таблетки давали вполне удовлетворительный бактерию д-ный эффект, но всё же он немного слабее, чем при обработке воды полноценными хлориновыми таблетками.
В е р д е в и з а ц и я
Одним из условий обеспечения хороших результатов, кап- при применении хлора, так и других вводимых в воду веществ, является быстрое 108
и полное перемешивание компонентов со всей массой воды, подвергаемой очистке.
Интенсивное перемешивание раствора хлора с водой в технике получило название «верденизацин» в связи с тем. что этот способ был применён при осаде Вердена. по предложению Буно-Варплла 13. и дал повышенный бактерицидный эффект, несмотря на хлорирование небольшими дозами хлора (от 0,1 до 0,2 мг/л).
Успешные результаты этих опытов Буно-Варилла приписал окислительному действию хлора, хорошему механическому смешению хлора с водой и биологическому действию будто бы возникающих при этом ультрафиолетовых лучей.
Русские авторы 14,15 в своих работах отвергают наличие последнего фактора, отмечая, что при встряхивании создаются лишь лучшие механические условия, дающие хлору возможность в кратчайшее время вступить в контакт с микробами.
При обсуждении вопроса о верденизации на конференции по хлорированию в 1934 г. 16.было рекомендовано при всех случаях хлорирования обеспечивать хорошее смешение хлора с водой.
23. Дехлорирование воды
При суперхлорировании и в случаях прехлорирования особенно большими дозами хлора (например, при очистке воды от ОВ), оставляющими в воде повышенную против нормы концентрацию остаточного хлора, должно быть применено дехлорирование воды.
Пли относительно небольшом избытке остаточного хлора удаление его производится путём аэрации.
При больших избытках остаточного хлора используется ряд химических методов. Наибольшее распространение в практике дехлорирования получило связывание хлора гипосульфитом, сульфитом и бисульфитом натрия, обработка хлорированной воды активированным углём и дехлорирование воды сернистым ангидридом.
В СССР для дехлорирования питьевых вод применяется почти исключительно гипосульфит, являющийся одним из наименее активных препаратов.
В США применение жидкого SO, 17 все более вытесняет другие методы дехлорирования воды. Такой метод отличается высокой экономичностью в связи с активностью препарата, его дешевизной и удобством дозирования газа нз баллонов при пользовании обычной хлор-а-торной аппаратурой. Это делает дехлорирование сернистым ангидридом весьма перспективным и в условиях работы водопроводов СССР.
В Германии и Голландии наибольшее развитие получил метод дехлорирования активированным углём, основанный на адсорбции хлора из воды углём и последующем восстановлении его до хлор-иона18.
Применение угля для дехлорирования кое-где осуществлено и в СССР.
Нашими исследованиями19 было установлено, что наряду с применением для дехлорирования воды активированных углей, вполне возможно использование и неактивированных древесных углей, с максимально допустимой в техническом отношении степенью измельчения. Наиболее активным оказался уголь берёзовый, в несколько меньшей степени—сосновый.
Дехлорирование воды химическими средствами
Приведём некоторые практические данные для использования главных химических методов дехлорирования воды.
Потребное количество гипосульфита для дехлорирования воды колеблется в широких пределах, в зависимости от условий протекания реакции.
При избытке гипосульфита реакция идет по уравнению:
2Na3S,O3 4- Cl, = Na .S4OG 4- 2NaCl.
Стехиометрический расчёт показывает, что в этом случае на 1 мг хлора требуется 7,1 мг Na2S,O3-5 Н3О.
При малом количестве гипосульфита реакция протекает по уравнению:
Na,S,O3 4- С12 + Н ,0 = Na,S04 4- 2НС14- S,
причём на 1 мг требуется 3,5 мг Na,S,O3-5 Н,0.
Исходя из этих расчётов и экспериментальных данных для дехлорирования воды гипосульфитом, разные авторы рекомендуют выдерживать соотношения: Войткевич 20, Комягин и Сидоров 21—1 : 0,8, Бойко 1:2,5 —3,522, Чижиков—1: 4,0 п, Красовская и др.—1 : 7,1 23.
Габовпчем 10 экспериментально установлено, что для дехлорирования вполне достаточно добавлять гипосульфит в соотношении 1 : 3,5.
Однако по мнению этого автора, необходимую дозу гипосульфита лучше всего определять пробной дехлорацией. Дехлорирование воды сульфитом натрия протекает по уравнению:
Na,SO3 4- Н,0 4-Cl, =Na,SO4 4- 2НС1,
т. е. на 1 мг хлора нужно 3,5 мг Ka2SO3 . 7Н2О.
Прп дехлорировании воды сернистым газом, реакция представляется в следующем виде:
SO, 4- 2П.0 4- Cl.j = H,SO4 -4 2НС1, т. е, на каждый мг хлора необходимо 0,9 мг SO2.
Дехлорирование воды с помощью угольных сорбентов
Значительные преимущества, по сравнению с предыдущими способами, представляет дехлорирование воды активированным углём. В этом случае в воду не вводится никаких посторонних веществ, улучшается вкус воды, процесс протекает автоматически и контроль за ним значительно упрощается.
Дехлорирующее свойство угля является результатом двух процессов, протекающих параллельно: адсорбции и мутации.
Адлер 18 показал, что хлор с активированным углём в присутствии воды реагирует по уравнению:
2С1,4- 211,0 4- С = 4НС14- со,.
В процессе работы дехлорирующая способность угольного фильтра ослабевает, вследствие заполнения пор угля продуктами реакции, а также взвешенными частицами, находящимися в воде. Регенерацию, т. е. восстановление сорбционной способности угля, проводят промывкой его по
обратно;! струёй воды, горячим раствором соды или едкого патрия и другими способами.
Изучая вопрос регенерации древесных углей при применении их для дехлорирования боды, автор совместно с Ю. М. Глазманом 21 нашли, что исключительную ценность представляет последовательное воздействие на угли хлорной водой и щелочи. Такая комбинированная обработка не только возвращает углям их первоначальную активность, но и активирует их, повышая сорбционную способность. Оптимальными условиями применения хлорщелочного метода регенерации и активирования углей является обработка угля 1—2N горячим раствором едкого натра или соды, после промывки угля хлорной водой с содержанием 30—70 мг/л хлора. Вполне приемлемые результаты даёт обработка углей N NaOH после утомления их хлорированной водой. Авторы считают, что эффект регенерации и активирования объясняется окислением плёнки поверхности угля, отмыванием содержащихся в угле смолистых веществ и разрыхлением внутренней поверхности угля.
Точных данных о характеристике применяемых в практике углей и угольных фильтров нет.
В результате наших исследований 19 по сравнительной оценке углей были получены данные, приведённые в табл 32.
На основании экспериментальных данных, можно рекомендовать степень измельчения углей от 1,25 до 2 мм в диаметре.
В США были проведены опыты по использованию угольной пыли, которая в виде взвеси вводилась в воду до фильтров. Использование такого метода не только обеспечивало быстрый эффект дехлорирования воды, но и приводило к большому улучшению её органолептических свойств. Ещё более интересные результаты чем сугольной пылью были получены при применении так называемого «чёрного коагулянта» — раствора коагулянта с добавлением угольной пыли 9.
Приближённый расчёт угольного фильтра проводится на основании определяемой лабораторным путём поглотительной способности угля S, до момента проскока хлора через лабораторный фильтр. Считая эту поглотительную способность постоянной, рассчитывают количество угля А7, необходимое для поглощения заданного количества хлора.
Время работы угольного фильтра (защитное действие), исходя нз этих данных, определяется уравнением:
24-Q-m r=io6o^s суток’
(С'>
где: Q — часовой расход воды в м3/час;
т — доза остаточного хлора в мг/л или г/м3;
А7 — количество активированного угля в кг;
S — поглотительная способность угля, определённая в лабораторных условиях при скорости поступления воды, пропорциональной Q, в ki/кг.
В качестве руководящего материала для проектирования угольных фильтров проф. В. Т. Турчиновпч 25 приводит следующие данные: толщина слоя угля в фильтре должна быть до 2,5 м, крупность зёрен угля — от 1,5 до 2,5 мм,
Ш
Сравнительная оценка сорбционной способности древесных неактпви
дехлорирующей.
Процент поглощённого хлора в зависимости
или марва у 1 л я Характеристика у тли 1 •) з %
Цеантнв. [\новый Л? 1 Величина зерна от 3 мм 2 до 6 3 . 5 05,4 84,2 88,1 — 9 2 , >
Пеактив. ;\’бовый .V 2 Величина зерна от до 2 мм .... 1 ,2 3 87,8 93,2 95 , t 98,4 98,9 98, 9 —
Неантин. СОСНОВЫЙ До 1 Величина зерна до 3 мм .... эт 2 78,7 85,8 — 88, 4 9 1,3 - 9 7,3
И еантпв. (•исНОВЫЙ № 2 Величина зерна от до 2 мм .... 1.23 90,5 90 ,9 93, 1 96,6 97,6 — —
Пеактив. берёзовый № 1 Величина зерна от 3 мм 2 до 79,5 8 3,:; 87,5 — 9с .2 93,2 95,8
Пеактив. йррё.зовьтп «V 2 Величин.! зерна от до 2 мм .... 1 ,2 3 93,.3 97,0 9 7,6 —
< %Г>< ?Дг КПН актпвпро-1; а иным .V 1 Величина зерна от 3 мм 2 до 95,9 97. > 98.2 9% 5 -
Злводский антивиро-ванньш л; 2 Величина зерна до 1,2 3 мм - 1.3 %; (>Т 1,25 ММ ДО 2 мм — 36%: от 2 до 3 мм — 62,4%; выше 3 мм— 0.1% 97, 5 98,0 — 98,9 99,0
За видений активированный д? з Величина зерна ДО 1,2 3 и, i%; <»Т 1,23 До 2 Мм --1 1,6%; от 2 Д<> •> мм — 4 4%, имин- 3 мм — 4 4%,; . . 95,9 96,6 98,3 98,3 99,2 99,2 99,2
Заводский а । .тивиро-санный Л:_- 4 Величина зерна До .3% , до 1 0 мм — ВЫПИ* 1 0 ММ — 37° 3 мм 60%, 52, 1 68,4 74,4 79,1 84,5 — —
Заведения активиро-нанпый Величина зерна от 3 мм -5%; ит Н) мм --91.7%: 10 мм - 3,3% . 2 до 3 До выше 50,0 64,7 — 67,7 — 69,1 —
роваппых и заводских активированных угией при испопьзоваиии их в качестве
воду материала
от времени контакта угля с водой в минутах
9 10 12 13 15 1G 2 0 30
95,5 96,4 97,7 — 99,1 — 99,8 —
98, 9 99,9 — — — — —
97,3 100 100 — — — —
98,1 — 99,6 98,6 — 98,6 — —
96,0 96,8 97,5 92,1 — — — — —
98,1 — 98,6 99,0 — — 99,6 — —
99,5 — — — — 99,5 — 99,5 —
— — 99,2 — — 100 — 100 —
— 99,2 — — — — 99,2 — —
87,5 88,8 92,7 95,2 — — 97,6 100
74,4 76,9 79,7 87,7 87,7 92,7 — 96,6
скорость фильтрации — от 20 до 60 м/час,
продолжительность работы фильтра—около 1 мес. между регенераци-. ями,
интенсивность промывки водой и содой —18 л на 1 №/сек, потеря угля — около 15% в год.
24. Теоретические предпосылки к выбору схем и расчету установок по хлорированию воды
Процессы хлорирования воды, имеющие место в практике, в основном можно разделить на две группы:
1) хлорирование как постоянное мероприятие на стационарных водопроводах и на станциях по обработке технических и сточных вод,
2) хлорирование кратковременное или периодическое, применяемое при дезинфекции водопроводной сети, фильтров, отстойников, хлорирование воды в плавательных бассейнах, а также в лагерях, в походе и т. д.
Различные условия хлорирования, охватываемые каждой из этих групп, соответственно с требованиями, предъявляемыми к аппаратуре, можно свести к небольшому числу случаев, а именно:
Для стационарных установок:
1) хлорирование непрерывное в пределах хлородозировок примерно до 500 г хлора в час, имеющее место на небольших водоочистных установках санаторий, ’больниц, заводов, на малых жел.-дор. водопроводах, в колхозах, совхозах и т. д.. а также в условиях передвижных водоочистных станций, смонтированных па автомашинах (с часовой подачей воды до 250 м%
2' ) хлорирование непрерывное, при средних хлороподачах, примерно, от 500 до 5000 г в час, имеющее место на городских водопроводах, на водоочистных станциях, при хлорировании технических и сточных вод, на крупных жел.-дор. станциях и т. д. (с часовой иодачей воды в среднем от 250 до 2500 м3);
3) хлорирование непрерывное при больших подачах хлора, примерно, от 5 до 50 кг в час, получившее применение на новых крупных городских в центральных водопроводах (с часовой подачей воды от 2500 до 25000 м% при хлорировании воды повышенными дозами хлора, при процессах прехлорирования с коагуляцией, с аммонизацией и т. д., при обработке хлором сточных вод, а также при некоторых процессах хлорирования, имеюших место в химической промышленности.
Л л я п е р е д в и ж п ы х у с т а п о в о к:
4) хлорирование порционное, т. е. хлорирование отдельных небольших объбмов воды путём разовой подачи хлора в воду в пределах от 20— 30 мг до 2—5 г (например, прп дезинфекции воды в баках, вёдрах и т. д.);
5) кратковременное хлорирование различных количеств воды, как непрерывное, так и порционное в разнообразных переменных условиях (при авариях водопроводной сети, при дезинфекции фильтров, бассейнов, молодцев, прп лабораторных и эк педпционных изысканиях, на сезонных промыслах п т. дЫ с подачей до 500 г хлора в час.
ш
В то время как установил по применению солей хлора, в осношо?.:, используются на практике в стационарных условиях, баллонный хлор применяется как в стационарных, так и в полевых, походных условиях.
Выше уже было сказано, какое значение имеет правильный выбор метода хлорирования воды, однако обеспечение оптимальных условий при применении любого метода связано с соблюдением целого ряда обязательных требований. Во-первых, необходимо обеспечить хорошее смешение вводимых в воду компонентов со всей массой воды. Во-вторых, выдержать потребное время контакта воды с веществами, введёнными в неё для очистки. В-третьих, должна быть обеспечена возможность обработки воды принятым методом при всех условиях работы водопровода, как при минимальной подаче воды, так и при максимальной, как при наилучшем качестве воды, так и в период её наибольшего загрязнения (например, во 1 ремя паводка или даже в случае умышленного заражения воды).
Для обеспечения выполнения этих требований в практических усло-I иях приводим некоторые расчётные данные.
Перемешивание хлора с водой
Надёжное смешение хлора со всей массой хлорируемой воды обычн< осуществляется путём подачи её во всасывающую трубу насоса, у строп ством перегородок в резервуарах для воды, интенсивным размешиванием г.оды в баках при хлорировании воды в полевых условиях и т. д.
Как уже упоминалось выше, при энергичном взбалтывании доза хлора может быть уменьшена,а бактерицидный эффект хлорирования ускоряется и усиливается. Некоторые авторы 21 даже предполагают существование следующей зависимости:
R = kExTya, (7)
где: R — результат обеззараживания,
Е — энергия перемешивания,
Т — время контакта, а — доза хлора, 1:, х, у — коэфициенты.
Из формулы видно, что, увеличивая один из множителей, мы можем уменьшить два других.
Усиленное перемешивание особенно рационально проводить в тех случаях, когда источник водоснабжения находится в черте населённого пункта, и после хлорирования вода непосредственно попадает в сеть. В таких случаях подача хлора до насоса, с целью использования его перемешивающего деш-твия. должна быть обязательна.
Расчёт времени контакта воды с хлором
Для определения времени контакта воды с хлором следует учитывать особенности технологической схемы и местные условия работы водопровода.
Минимальное. время контакта воды с хлором — tmjn определяется опытным путем па оспоггнни данных бактериологического и химических анализов. Если ш> каким либо причинам tmin не может быть определено, то его принимают равным 30 мин.
(9)
(Ю)
При расчёте времени контакта для нормального хлорирования возможны случаи 21:
а) хлор поступает во всасывающую трубу насоса, подающего воду из источника или резервуара в водонапорную башню. При этом время контакта слагается из времени прохода воды по напорной линии и времени пребывания воды в водонапорной башне. Расчёт производится по формуле:
L 0,26 IF, -60 L 16
h = 37Г "i--------= Д7Г "I------ мпнУт; (8)
60г/ 1 q 60е/ q
б) хлор поступает во всасывающую трубу насоса, подающего воду, через разводящую сеть в напорный резервуар.
Формула упрощается, так как второй член предыдущей формулы отпадает и время контакта будет равно только времени прохода воды по напорной линии до первого водоразборного крана:
t = ±-1 60г/’
в) хлор вводится в трубу, отводящую воду в резервуары чистой воды. В этом случае время контакта хлора и воды будет состоять из времени пребывания воды в резервуарах и времени прохода воды от насосов второго подъёма до потребителя:
601Гр ^ = -у-
В приведённых формулах: L — длина напорной линии в метрах; v—скорость движения воды в напорной трубе в м/сек; IV,-;— полезная ёмкость баков водонапорной башни в м3; JJV— полезная ёмкость резервуаров чистой воды в м3; р— производительность насосов второго подъёма в м3; 0,25—коэфициент, учитывающий запас воды в баках, q — максимальный часовой расход воды из баков, равный:
aQL з 24 М ’
где-. Q — суточный расход воды из баков,
а =2 — коэфициент часовой неравномерности водопотребления.
В случае, если i,найденное по формулам, меньше tmin, то для увеличения времени контакта проводят следующие мероприятия:
1) напорно-разводящую сеть разделяют на напорную и разводящую 1бТ7/>
и этим удлиняют время контакта на величину —— , так как водонапорный контррезервуар будет работать, как водонапорная башня;
2) увеличивают ёмкость водонапорной башни с W'6 до JVg так, чтобы:
3) увеличивают запас воды в башне путём перестановки нижнего сигнала «качай» на более высокий уровень, чем увеличивается коэфициент заполнения с 0,25 до соответственно формуле:
• mia ‘i === >
4) строят промежуточный резервуар ёмкостью Ж' на насосной станции перекачки из расчёта, что:
wn -=>. $ ™п р5 60%‘
В полевых условиях необходимое время контакта обеспечивается получасовым выдерживанием воды после введения хлорного раствора и тщательного перемешивания его со всей массой хлорируемой воды путём взбалтывания, перемешивания шестом, переносной мешалкой с ручным или механическим приводом или пропусканием через нагнетательный насос.
В случае суперхлорирования, а также при методах прехлорирования, для вычисления времени контакта необходимо дополнительно учитывать время пребывания воды в очистных сооружениях, в которых после введения других реагентов начальная доза хлора будет снижена.
При комбинированных методах хлорирования необходимо учитывать консервирующее или усиливающее влияние второго компонента.
Расчёт производительности установок по хлорированию воды
На стационарных водопроводных станциях, где хлорированию подвергается непрерывный поток воды, мощность хлораторных установок, т. е. потребное часовое количество хлора в граммах вычисляется, исходя из часового расхода воды Q м3/час и её хлоропотребности. Для хлорной извести учитывается также процентное содержание в ней активного хлора.
Потребное для обработки воды количество активного хлора определяется по формулам: 21
-Twin — ^-Omin г(час, (110
Ушах = «Ртах г/час> №")
где: Q т]п — минимальный расход воды в м3/час,
Q max — максимальный расход ноды в м3/час,
т — доза активного хлора в мг/л или г/м3, необходимая для полной дезинфекции воды.
Это минимальное п максимальное потребление активного хлора и должно быть обеспечено хлораторной установкой. Прп работе последней па газообразном хлоре должна быть обеспечена часовая подача хлора в указанных пределах, так как баллонный хлор содержит почти 100% активного хлора. В случае же дезинфекции хлорной известью её часовой расход определится из соотношений:
A"min
100 -mQn-jn Р
г/час,
•^тах
(120
(12")
= -------3 Ы.х г/час
Р
где р — процентное содержание активного хлора в хлорной извести (принимается обычно 20—25%).
Обычно при хлорировании хлорной известью активный хлор вводится в воду ввиде «хлорного раствора». Максимальный часовой расход его, или
гак называемая
формулой:
«струя хлорпого раствора», определяется следующей
Qmax • * 100 ,
=------77-----л; час
рКизв
1000- Qmax ‘tfl 100
60 рКиэв
мл мин.,
(13’)
где К г,3„ — концентрация раствора хлорной извести в г/л.
Для установок, работающих на газообразном хлоре, расчёты максимальной струи хлорной воды (водный раствор хлоргаза) упрощается, так как в этом случае р =100%:
а-—
7 max
Qinax • ftl ~~КТГ
л час
ЮОО-фтдх’Ш =-------------мл мин,
ЬОл.гл
(13")
Концентрация активного хлора в растворе хлорной извести определяется соотношением:
Г ' Р * / /1 4
Какт. хл — —1()0~ Г' (14 )
Для хлорной воды концентрация активного хлора равна концентрации хлора в воде,т- е.:
Кант, Кхл. (14 ’)
Исходя из полученных данных q^- или д^~,производится расчёт труб, подводящих воду к хлораторной установке, и сливных шлангов для хлорной воды или хлорного раствора. Величина q не должна быть меньше 150 мл в минуту.
Расчёт количества хлора, которое необходимо отмерить при порционном хлорировании воды, производится, исходя из объёмов подвергающейся хлорированию воды и её хлоропотребности. Если объём воды, подвергающейся хлорированию в ведре, бакс или колодце—V, а установленная доза— т. то количество активного хлора, которое должно быть обеспечено разовы.м отмериванием, определяется из зависимости:
Q~V-m. (15)
В случае, если такое количество хлора нельзя обеспечить разовым отмериванием, процесс повторяют.
25. Схемы подключения установок по хлорированию к водопроводным и водоочистным сооружениям
Для эффективного использования разнообразных методов хлорирования имеет большое значение место введения хлора и порядок его подачи по отношению к другим добавляемым к воде реагентам. Приводим несколько показательных схем подключения установок для хлорирования воды в систему водоочистных и водопроводных сооружений, а также схем ввода хлора во всасывающую и водонапорную часть водовода.
На рис. 53 показана простая схема хлорирования воды, производимого непосредственно на водонасосной станции; в этом случае хлор вводится в колодец (к сосуну), во всасывающую либо в водонапорную трубу.
При хлорировании воды на водопроводах, имеющих очистные сооружения, ввод хлора в зависимости от применяемых методов очистки воды 114
может проводиться в ряде мест. Схема с указанием участков, в которых наиболее рационально производить подачу хлора, приведена на рис. 54.
Рис. 53. Места ввода хлора при хлорировании воды, подаваемой в сеть без очистки.
На рис. 55 изображён наиболее разработанный тип установки для осветления и обеззараживания воды по методу суперхлорирования, с после
дующим дехлорированием.
Место ввода хлора при нортальнот хлорировании
Колодец
Место задора
Место Ввода хлора apo L прехлорировании и усиленном хлорировании воды
Очистные сооружения
Насосная вгоподъемя
Насосная ‘ й-го подзелга
Сворный резервуар
Рис. 54. Места ввода хлора при хлорировании совместно с другими
процессами очистки воды.
Этот тип установки, предложенный Р. и О. Адлер, носит название «Ад-лер-дихлор-мутенит-стандарт процесс».или сокращенно—АДМС-процесс18. Работа установки сводится к тому, что вода через смеситель 7. в котором
дехлорированием активным углём.
она смешивается с необходимым количеством сернокислого алюминия, и с первичной дозой хлора поступает в осадочный бассейн 2. Бассейн рассчитан на пребывание воды в течение 2%—3 часов.
Осветлившись, вода проходит во второй смеситель 3, где смешивается со вторичной дозой хлора и отсюда поступает во второй бассейн 4, рассчитанный на 30-минутный контакт. Дальше вода поступает на песочные фильтры 5 и после этого на угольные фильтры 6. Отсюда чистая вода идёт в водоразборную сеть.
За исключением суперхлорирования с дехлорированием активированным углем ("при котором допустимы некоторые произвольные колебания в дозировании), для осуществления всех остальных способов хлорирования вод необходимо достаточно точное дозирование хлора и других вводимых в воду реагентов.
Дозирование и растворение хлора в воде осуществляется с помощью специальной аппаратуры; точность работы таких приборов, степень их механизации и простота эксплоатации решают вопрос осуществления рационального ведения процессов хлорирования.
26. Характеристика и классификация аппаратуры, применяемой для хлорирования воды
Находящаяся в эксплоатации аппаратура по хлорированию воды, в основном, делится на установки, работающие на хлорной извести или других веществах, содержащих активный хлор, и на установки, работающие на компримированном газообразном хлоре.
Однако такое деление полностью еще не характеризует объёма и характера работы установок. Поэтому существующие установки целесообразно рассматривать как аппаратуру, обеспечивающую в основном три вида работы.
К аппаратуре, обеспечивающей первый вид работы, относятся установки, работающие на готовых осветлённых растворах, содержащих активный хлор. Работа их сводится к подаче в воду дозируемой струи готового раствора, т. с. функции их весьма ограничены, и по существу установки такого типа являются просто дозаторами жидкости.
Установки второго типа обеспечивают кроме подачи в воду растворов, содержащих дозированный активный хлор, еще и приготовление этих растворов из сухих солей пли компримированного хлора. В некоторых случаях они обеспечивают смешение с хлорируемой водой чистых отдозпрован-ных реагентов. Эти установки являются основными типами аппаратов по хлорированию воды, причём значительно преобладающим видом является аппаратура, работающая на компримированном хлоре — хлораторы.
К третьему виду установок по хлорированию воды следует отнести аппаратуру, которая не только выполняет все функции установок первых двух типов, но включает в себя и получение из первичного сырья дезинфицирующего вещества. К этому типу относятся установки по электролитическому хлорированию.
Установки первого типа, работающие, на готовых растворах, лишь в некоторых случаях применяются как самостоятельные. Обычно же они являются частью установок по хлорированию воды хлорной известью.
В последние годы как за границей, так и у нас был разработан ряд небольших установок, обеспечивающих подачу дезинфицирующих растворов в зависимости от качества потребляемой воды. Эта аппаратура проста и для хлорирования небольших объемов воды достаточно переспективна.
Установки второго тина для хлорирования воды хлорной известью или другими препаратами, содержащими активный хлор, технически и технологически очень просты, но громоздки и сам процесс хлорирования имеет ряд недостатков, из которых наиболее 120
существенными являются: денатурирование воды содержащимся в хлорной извести балластом (в количестве до 75%), трудность хранения хлорной извести в сухом виде и вредные санитарные условия, связанные с приготовлением раствора. Вследствие этих недостатков, хлорирование хлорной известью было в значительной степени вытеснено дезинфекцией воды газообразным хлором. Имевшиеся до войны установки по хлорированию хлорной известью в большинстве случаев были законсервированы и служили лишь для аварийных целей. Что касается других препаратов, то практическое использование их, в связи с высокой стоимостью и дефицитностью, не имело места в нашей водосанитарной технике.
При работе с установками второго типа, работающими на газообразном хлоре, эти недостатки отсутствуют.
Хлораторы, производящие дозирование п растворение газообразного хлора в воде, высокомеханизированы и компактны.
Они бывают различных типов, размеров и назначения; их основными общими функциями являются: регулировка и измерение количеств подаваемого хлора, а также приготовление хлорного раствора для обработки воды.
Существующие конструкции хлораторов по характеру их работы можно разделить на два основных типа: приборы непрерывного и приборы порционного действия; по условиям работы — на хлораторы стационарного и переносного типа. Кроме этого, по принципу действия их можно разделить на хлораторы, работающие под давлением — напорные п под разрежением — вакуумные.
Хлораторы непрерывного действия, в основном, являются стационарными приборами и предназначены для стационарных водоочистных установок. Такие хлораторы в зависимости от назначения изготовляются самой разнообразной производительности: сверхмощные хлораторы подающие свыше 5 кг хлора в час, мощные хлораторы, подающие до 5 кг хлора в час, хлораторы для мелких водоочистных установок, подающие до 1 кг хлора в час. Хлораторы порционного действия обычно являются переносными приборами, приспособленными для периодического использования их в походной обстановке. Порционные хлораторы предназначены для отмеривания небольших доз газа п приготовления из них отдельных порций хлорного раствора, для хлорирования небольших объёмов воды (бак, ведро, цистерна).
Конструкции стационарных аппаратов появились ранее переносных и являются, благодаря широкой сфере их применения, наиболее распространёнными.
Установки третьего типа электролитические, вырабатывающие дезинфицирующие растворы из первичного сырья, экономически оправдывают себя в местах с дешёвой электроэнергией. Такая аппаратура уже получила некоторое распространение за границей. В СССР этот тип аппаратов только начал разрабатываться и получил применение лишь в последние годы. В условиях военного времени, прп возникновении трудностей в получении водопроводами хлора или хлорной извести, электролитические хлораторы могут заменить обычную хло-раторную аппаратуру, работающую на газообразном хлоре и обеспечить нормальную очистку воды хлором.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
УСТАНОВКИ ПО ХЛОРИРОВАНИЮ ВОДЫ ХЛОРНОЙ ИЗВЕСТЬЮ ИЛИ ДРУГИМИ ВЕЩЕСТВАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ
АКТИВНЫЙ ХЛОР
27. Установки, работающие на предварительно приготовленных растворах, содержащих активный хлор
Установки для хлорирования готовым раствором хлорной извести, хлорной водой или другими растворами, содержащими активный хлор, оправдывают себя лишь в условиях потребления небольших количеств воды (в колхозах, совхозах, МТС и т. п.). В условиях военного времени, при необходимости быстрого налаживания водоочистки на мелких водопроводах или при колодезном водоснабжении, установки такого типа могут приобрести особое значение вследствие простоты своего оборудования и эксплоатации.
Приводим описание наиболее интересных из них.
Уст.ановка системы В. В. Лебедева и А. И. Мягкова
Установка Лебедева и Мягкова 1 состоит из двух стеклянных сосудов и нескольких каучуковых и стеклянных трубок. Сосуд «предохранительный» служит для предотвращения попадания воздуха во всасывающую трубу и для хранения аварийного запаса хлорной воды. Сосуд «питающий» применяется для храпения рабочего запаса хлорной воды.
Сосуды соединены между собой каучуковой трубкой. Предохранительный сосуд присоединён к всасывающему трубопроводу, герметически закрыт пробкой и наполнен на 2/3 своего объёма хлорной водой.
К стенкам обоих сосудов прикреплены шкалы, каждое деление которых равняется 1 л. Для хлорирования 1500—2000 л воды авторами применялись сосуды следующих размеров: «предохранительный» ёмкостью в 5—6 л, «питающий» в 25—30 л. По мере израсходования хлорного раствора питающие сосуды заменяют без выключения аппарата из работы. Установка Лебедева и Мягкова изображена на рпс. 56.
Процесс работы этой установки состоит в следующем: образующийся при работе насоса вакуум из верхнего предохранительного сосуда засасывает раствор, который непрерывно пополняется из нижнего питающего сосуда, в результате получающегося в верхнем сосуде разрежения.
Регулировка подачи хлорного раствора производится при помощи регулировочного зажима на выводной трубке «предохранительного» со-122
суда. Дозировка раствора производится по понижению уровня жидкости в «питающем» сосуде. Приготовление раствора для установки Ле-
Рис. "о. Установка В. В. Лебедева и А. И. Мягкова.
беДева и Мягкова производится отдельно. Крепость раствора хлорной извести или другого раствора, содержащего активный хлор, устанавливается от 2 до 25% в зависимости от производительности. Раствор, после отстаивания, отделяется от осадка при помощи сифона.
Установка системы Н. Н. Богданова
Установка по дозированию системы Богданова2 основана на принципе сосуда Мариотта (рис. 57).
Она состоит из металлического сосуда 1, в крышке которого сделаны два отверстия 2 и 3, завинчивающиеся колпачками (или пробками). Одно из этих отверстий служит для наполнения сосуда хлорной водой, другое— для выхода вытесняемого воздуха. Внизу сосуда имеется третье отверстие, в котором при помощи пробки закрепляется патрубок 4 с краном для выключения дозатора из работы. Через этот кран происходит подача из сосуда хлорной воды.
В крышке сосуда также на резиновой пробке укрепляется воздушный регулятор 5, состоящий из капельной воронки, заполненной ватой (воздушный фильтр), стеклянного крана б, регулирующего поступление воздуха, и воздухоподводящей трубки 7, опущенной в сосуд до уровня патрубка 4.
К стенке сосуда герметически прикрепляется трубка 8 — указатель уровня жидкости в сосуде. Для обеспечения герметичности и необходимой прочности сосуд рекомендуется делать из листового 2-мм железа, швы должны быть сварными, крышка съёмная, на болтах, устанавливаемая на резиновой прокладке. Для предотвращения коррозии
из
5
Рис. 57. Дозатор системы Богданова .
металла сосуд внутри и снаружи покрывается 3—4 раза асфальтовым лаком.
Фильтр и стеклянный кран для защиты от поломок закрываются металлическим колпачком с замком.
Для пуска дозатора в действие сосуд 1 наполняют хлорной водой и открывают краны 4 п 6. Тогда по трубке 7 начинает поступать воздух, засасывающийся в сосуд взамен вытекающей из него через патрубок 4 хлорной воды. Вследствие герметичности сосуда производительность дозатора будет практически зависеть от количества поступающего черев регулирующий кран воздуха. Так как воздух поступает на постоянной высоте по отношению к выходному отверстию трубки 4, расход хлорной воды из дозатора не зависит ни от уровня жидкости в сосуде, ни от диаметра патрубка, а будет регулироваться только степенью открытия стеклянного крана 6. При малой производительности водопровода целесообразно отрегулировать кран 6 таким образом, чтобы жидкость пз дозатора вытекала отдельными каплями, что может дать в 1 мин. около 25 мл раствора.
В этом случае прп 8-часовой работ.-установки потребуется сосуд в 12 л. В описанном Богдановым дозаторе ба:: имеет диаметр 300 мм, общую высоту л, что обеспечивает при подаче хлоро работу аппарата без дополнительна.:
362 мм и полезный объём 24 воды со скоростью 25 мл в мин. зарядки в течение 16 час.
Установив рабочую дозу хлора для хлорирования вычислить количество 5%-ного раствора, которое нужно дозатора. Вычисление производится по _______________________________V-Q-n ~Xb-S.q
где: Т — количество 5%-ного раствора нужно влить в сосуд;
V — полезная ёмкость сосуда дозатора в литрах,
Q — расход обеззараживаемой воды в л/мин., п — количество мл 0,5%-ного раствора, которое пошло для пробного хлорирования, при определении хлоропотребности воды, 8—объём воды, в котором производилось пробное хлорирование, q — расход хлорпой воды в л/мин.
За исключением п все величины для данных условий работы являются постоянными. Поэтому, обозначив ppyyj; через К, приведем формулу к более простому виду:
Т = Кп мл.
Таким образом, чтобы вычислить количество 5%-ного раствора, по-
формуле:
мл,
ВОДЫ, МОЖН'-влить в сосуд
(16)
хлорной извести
в мл, которое
требного для зарядки сосуда, необходимо п умножить на известное для данного сосуда ГС
Преимуществом данной установки является то, что поскольку подача раствора хлорной извести зависит только от притока воздуха, отводная трубка п кран могут быть взяты заведомо больших диаметров, что исключает возможность их засорения. Этот дозатор не имеет никаких трущихся или движущихся в воде частей, что увеличивает надёжность его в работе.
Установка для обезвреживания воды системы автора
В 1942 г. в лаборатории технологии воды АН УССР, автором при участии И. Т. Гороновского была разработана конструкция аппарата-
дозатора для обезвреживания сырой воды, поступающей непосредствен-
но из водопроводной сети к водоразборным кранам вокзалов, ки основ, больниц, общественных столовых и т. Д.3 Такой дозатор производит добавление к воде дезинфицирующего раствора, автоматически поддерживает постоянную концент-чацпю ого в соответствии с расходом воды, а также обеспечивает надлежащее время контакта дезинфектора с водой до поступления её к потребителю. В качестве дезинфицирующего раствора может быть применён водный раствор гипохлорита, хлорной извести, хлорной воды, серебряной воды и пр.
Дозатор (рис. 58) состоит из двух основных частей: дозирующего узла и контактного бачка.
Дозирующий узел расположен в верхней части
аппарата, представляю-
щей собой круглый шкафчик с двумя дверцами. Этот узел состоит из: манометра для определения давления в водоводе, водопроводного крана со шкалой, водоструйного насоса лабораторного типа с диффузором вне камеры смешения и дозировочной склянки с дезинфицирующим раствором.
Работа дозирующего узла аппарата основана на том, что струя воды, проходя через водоструйный пасос, создает вакуум, благодаря чему из дозирующей склянки засасывается дезинфицирующий раствор, который в диффузоре водоструйного насоса смешивается с водой. Вода с дезинфектором из водоструйного насоса поступает в контактный бачок.
Так как образующийся в водоструйном насосе вакуум ио величине пропорционален массе проходящей через него воды, то водоструйный насос автоматически поддерживает в проходящей через него воде постоянную дозу дезинфицирующего реагента, путем засасывания соответствующего количества его из дозировочной склянки.
Количество поступающей в водоструйный
насос воды зависит от напора в водопроводной линии и степени открытия крана.
Доза вводимого в воду реагента регулируется величиной капилляра, устанавливаемого и дозировочной склянке (рис. o'J), и определяет, я уравнением Пуазейля. Капилляр (а) изготос-ляется из стекляной трубки путем вытягиван ия её над пламенем. Имея при аппарате набор капилляров разного диаметра, можно варьировать дозировку дезинфицирующих реагентов в довольно широких пределах. При наличии стеклодувной мастерской может бытьицготовлей универсальный капиллярный дозатор (б). Передвигая установленный в таком дозаторе стеклянный стержень, можно менять величину и длину капиллярного кольцевого зазора, тем самым регулируя скорость протекания чсьез
Рис.50. Капилляр и капиллярный зозатор я струпному аппарату системы автора.
пего жидкости.
Дозирующая склянка, в целях устранения влияния колебаний уровня жидкости на скорость вытекания, сделана по типуеосуда Мариотта.Она
герметически закрывается резиновой пробкой, через которую пропущена капиллярная трубка, которая доходит до дна склянки и соединяется с
предохранительной воронкой. Через воронку заливается раствор дезинфицирующего вещества. Сквозь пробку пропущена короткая трубка с краником для выпуска воздуха при заливке в склянку дезинфицирующего раствора. При работе прибора краник закрывается и воздух поступает в дозирующий сосуд через предохранительную воронку. Емкость дозировочной склянки 1,0 л. Устанавливается она на подставке внутри шкафчика.
Контактный бачок состоит из резервуара ёмкостью 50 л с внутренней циркуляционной трубой диаметром 150 мм, верхняя часть которой выполнена г виде большой воронки, являющейся крышкой !Ю!паиг-ного бачка.
В дне воронки имеется отверстие для установки на пробке водоструйного насоса п укреплена трубка с краником для выпуска воздух! из контактного бачка. К кранику при помощи резиновой трубки прикреплена стеклянная трубка —указатель уровня. Кроме того, имеется отверстие, закрываемое пробкой, для выпуска воды, попавшей в воронку.
] La боковой поверхности воронки укреплён отводной штуцер с резиновым шлангом. Шланг соединён с выпускным штуцером аппарата, чечез который вода из контактного бачка поступает для потребления.
В днище контактного оачка имеется спускной штуцер с заглушкой для выпуска воды.
Габариты аппарата: диаметр оОО мм, высота 1200 мм.
Пропускная способность аппарата до 10 л воды в минуту.
Аппарат присоединяется к напорной линии при помощи трубы, на которой устанавливается перекрывающий вентиль.
Перед пуском аппарата в работу в дозировочный сосуд его наливают
Рис. 60. Зависимость времени контакта дезинфицирующего раствора с водой от интенсивности водоразбора.
дезинфицирующий раствор определённой концентрации, установленной предварительно. Заполняют контактный бачок водой, открывая кран со шкалой и краник в воронке циркуляционной трубы, через который выходит воздух из бачка. Когда в стеклянной трубке над кра-
ликом покажется вода, его закрывают.
После этого аппарат является подготовленным к работе. С помощью крана со шкалой из аппарата отбирают потребные количества продезинфицированной воды (не менее 0,5 л).
При падении давления в водопроводной сети ниже 1 атм, водоструйный насос работает плохо п не соблюдается точность дозировки дезинфектора.
На нормальную работу аппарата указывает равномерная пульсация воздуха, через жидкость в колене предохранительной воронки при открывании крана <-о шкалой. Аппарат обеспечивает постоянную дозу дезинфицирующего вещества в воде в пределах ^-20%.
Время контакта дезинфицирующего веще'-тва с водой зависит от ее разбора (рис. 60).
Рие. с>1. Хлоратор Уоллес и Тирпен с часе-вым. механизмом .
Типы заграничных д о з а т о ров
Чтобы иллюстрировать, в каком направлении ид i разработка дозирующей аппаратуры за границей, на рис. 61 приводим так называемый хлоратор с часовым механизмом 4, выпускаемый для мелких объектов фирмой Уоллес п Тирпен (США). Дозировка хлора в этом аппарате осуществляется с помощью цилппдра-вытеепителя. подвешенного к часовому механизму, который, по мере погружения в цилиндрический сосуд < ранее заготовленной хлорной водой, равномерно вытесняет последнюю в другой сосуд е постоянным уровнем.
ЗатЗярныеоачш
Доэирующш/ /ран
Рис. G2. Установка по хлорированию воды хлорной известью.
Отсюда хлорная вода с помощью эжектора подается к месту назначения. Доза хлора регулируется маятником, причём расход всей порции раствора происходит в течение 20—72 часов. В промежутках же между зарядками аппарат работает автоматически.
• Этой же фирмой выпускается и готовый раствор хлорной извести или гипохлорита кальция, содержащий до 15% активного хлора. Такой раствор разливается в 30—40-л тёмные бутыли и носит название «хлорос».
Указанная фирма изготовляет также дозирующий аппарат4, при подключении которого непосредственно к бутылям с «хлорос», жидкость из них вытесняется определёнными объёмами воздуха, вводимыми в бутыль отдельными пульсациями. По числу этих пульсаций п ведётся учёт расхода хлорной воды при различной дозировке.
Для дозирования готового раствора применяется также аппарат «хлорометр», автоматически дозирующий хлорный раствор, в зависимости от изменения расхода обезвреживаемой воды 5.
28. Установки по хлорированию воды хлорной известью
Типовые уставов к и, р а б о-т а ю щ к она х л о р н ой и з в е с т и.
Установки для хлорирования воды технической хлорной известью пли другими веществами,содержащими активный хлор, выполняют больший объём работы, чем установки, работающие на готовых растворах. Несмотря на то,что хлорирование воды хлорной известью является менее совершенным способом, чем хлорирование жидким хлором, все же в первые годы дезинфекции воды этот способ получил широкое распространение. В на
стоящее время, в ряде случаев (например, прп отсутствии хлораторов или жидкого хлорафэтп установки также могут бытье успехом использованы.
Конструктивное оформление аппаратуры по хлорированию воды хлорной известью достаточно просто. Схема установки показана на рис. 62. Обычно она состоит из затворных баков, растворных рабочих баков (отстойных чанов), одного дозирующего бачка и в некоторых случаях регулирующего бачка (для предохранения всасывающей линии от попадания в нее воздуха). На некоторых водонасосных станциях пользуются для затирания хлорной извести специальной камерой5 с решёткой bmoci о пола (рис. 63). В этом случае по установленным на решётке релыам в помещение вкатываются бочки с хлорной известью. Через отпорют с е в стенке камеры разбивают ломом дно бочки и с помощью брандспойта струёй воды вымывают содержащуюся в ней хлорную известь. «Хлорное 128
молоко» через решётку стекает в растворный бачок и оттуда в большой отстойный бак, в котором производится отстаивание раствора. Баки лучше всего изготовлять из цемента. Если же материалом для их изготовления служит дерево или железо, то внутреннюю поверхность баков покрывают цементом по гвоздям или по металлической сетке, наружные поверхности окрашивают кузбасслаком, свинцовыми белилами или суриком.
Установки Для хлорирования воды хлорной известью однотипны и отличаются друг от друга только своими габаритами, обусловливающими пх различную мощность.
Расчёт установки крайне прост и заключается в установлении требуемой ёмкости затворных и рабочих баков, а также в определении диаметров трубопроводов для подачи воды и резиновых шлангов для отвода хлорной воды.
Рис. 63. Камера для заготовки раствора хлорной извести.
В затворных баках производится затирка заранее взвешенных количеств хлорной извести. Обычно затирка производится вручную, мешалки применяются редко и, главным образом, на больших установках.
Затворный бак должен помещаться вад рабочим баком для обеспечения поступления раствора самотёком. Полезная ёмкость затворного бака Должна составлять около 10% емкости рабочего бака, причем ёмкость затворного бака не должна быть меньше 24 л.
Полезная ёмкость {В) каждого рабочего бака пли чана для храпения и расходования раствора хлорной извести определяется по следующей формуле 6:
где: X— количество хлорной извести, расходуемой г. час. в граммах. Значение У находится по приведённой ранее в формуле (12).
Т — длительность отстаивания раствора хлоркой извести до ei о употребления в баках (чанах). Величина Т в небом шкх установках обычно равна 12 или 24 часам;
Кизв — содержание хлорной извести в хлорной воде в граммах па 1 л воды.
9 Л. А. Кульсний 139
Рабочие баки имеют по два крана. Один кран для отвода хлорной воды в дозирующий бачок должен быть расположен на высоте 1/3 общей высоты рабочего бака для того, чтобы предотвратить унос осадка
Рис. 64. Поплавковый клапан дозирующего бачка.
извести, образующегося при отстое в рабочем баке. Второй кран расположен в днище рабочего бака и служит для спуска шлама.
Главной составной деталью, как дозирующего бачка, так и регулирующего, является поплавковый клапан. Поплавок делается из дере
полого цилиндра; если поплавок делается из жести или дерева, он окрашивается свинцовой краской. Устройство поплавкового клапана изображено на рис. 64.
Дозирующий бачок не рассчитывается. Обычно он имеет ёмкость от 15 до 30 л. Размеры его при эллипсоидальном сечении 0,5 X 0,4 м и высота 0,3м. Емкость регулирующего бачка также не рассчитывается и примерно равна ёмкости дозирующего бачка. Регулирующий бачок включается в работу по двум схемам, в зависимости от того, действует ли одна или одновременно несколько
ва или лучше из стекла или жести в виде
Рис. 65. Схема последовательного и параллельного подключения дозирующего и регулирующего бачков.
всасывающих линий.
Если насосная станция работает на одной всасывающей линии, то Дозирующий и регулирующий бачки подключаются последовательно, согласно схеме «а» рис. 65.
В этом случае в регулирующий бачок равномерно поступает хлор-
Рис. 66. Схема подключения установки к напорной линии.
Рпс. 67. Штуцер для соединения резиновых рукавов с цементным баком.
пая вода, а через поплавковый клапан поступает вода из напорной линии. Для лучшего перемешивания хлорной воды с сырой водой при работе одной всасывающей линии в регулирующем бачке устанавливаются деревянные или эбонитовые перегородки.
При работе насосной станции на двух и более всасывающих линиях при нескольких одновременно работающих насосах дозирующий и регули-
рущий бачки работают параллельно по схеме «б» рис. 65.
В таком случае вода из напорной линии поступает в регулирующий бачок через поплавковый клапан, а хлорная вода поступает из дозирующего бачка через воронки, распо
ложенные на одном уровне с регулирующим бачком. Эти приёмные воронки должны располагаться ниже дозирующих кранов на 20 см для того, чтобы дать возможность подставить под краны мерные цилиндры при проверке расхода раствора. Каждая воронка соединяется резиновым рукавом отдельно как со всасывающей линией насоса, так и с регулирующим бачком, т. е. число воронок должно быть взято равным числу всасывающих линий.
Схема подключения установки к напорной линии с помощью инжектора показана на рис. 66.
Если хлорная вода подаётся не во всасывающую линию, а непосредственно в резервуары, колодцы и т. д., то регулирующий бачок устанавливать не требуется.
Все соединения обычно производятся при помощи резиновых рукавов. Соединения резиновых рукавов с деревянной или бетонной стенкой (днищем) баков, а также ввод хлорной воды во всасывающую линию осуществляются при помощи специальных железных штуцеров (рис. 67). Штуцер для ввода хлорной воды в трубопровод ввертывается до середины трубы на расстоянии от насоса, не меньшем чем 50 D (D— диаметр трубопровода). Устройство ввода показано на рис. 68.
Внутренняя поверхность штуцеров покрывается 3—4 раза свинцовой краской (суриком пли белилами). Вместо железных штуцеров могут применяться также фарфоровые или эбонитовые трубки, закрепленные в стенке с помощью сальника. Штуцер ввертывается в бобышку, которая наплавляется на стенке трубы. На резиновом рукаве, подводящем хлорную воду к всасывающей линии насоса, помещается эбонитовый кран или зажим для выключения установки при заливке всасывающей линии и при остановке насоса.
Подвод воды к установке осуществляется по трубе с расходом, обеспечивающим заполнение рабочих баков за время не более часа.
0* ш
Диаметр резиновых рукавов для отвода хлорного раствора из дозирующего или регулирующего бачков определяется по формуле Ясюко-вича«:
откуда
(] I 9
Ч > max
I 3
(18)
где: i — относительный уклон, равный (h — превышение
уровня
воды над уровнем природных вод в метрах, z — длина резинового рукава в метрах, 1,1 — коэфициент потери напора),
в мл/мин., определяемый по формуле (13') с учётом разбавления его в регулирующем бачке водой, т0—коэфициент шероховатости, равный для резиновых рукавов 2000, d—внутренний диаметр шланга.
Эксплоатация установок ио хлорированию воды хлорной
q max — расход хлорного раствора
Рис. 68. Устройство вводов хлорной воды в трубопровод.
известью пли растворами других солей, содержащих активный хлор, сводится к следующим основным операциям: приготовлению раствора хлорной извести (хлорной воды), регулировке струи раствора, пуску и выключению из работы установки и чистке трубопроводов и баков.
Количество хлорной извести берется из расчёта потребной концентрации и ёмкости одного рабочего бака. Это количество может отвешиваться на весах или отмериваться специальной меркой и засыпается в затворный бак. Туда же подаётся при размешивании вода до получения густой однородной кашицы. После этого затворный бак наполняется водой доверху п полученный раствор сливают в один из рабочих баков.
Операцию «затирания» хлорной извести с водой повторяют до тех пор, пока не заполнится рабочий бак, в котором раствору дают отстояться. В это время в работе находится второй бак с раствором. В от
стоявшемся растворе определяется содержание активного хлора и, учитывая заданную для хлорирования воды дозу и расход воды, вычисляют потребную струю раствора хлорной извести по формуле (13'). Величина струи может быть взята и из таблицы, заранее рассчитанной по этой формуле Для разных концентраций активного хлора и возможных расходов воды.
Регулировка струи ведется при помощи зажима. Контроль осуществляют путём отмеривания объёма раствора, вытекающего в единицу
времени.
Практически удобно иметь на шланге от дозирующего бачка одновременно кран и зажим. В этом случае регулировку величины струи ведут зажимом при полном открытии крана. Включение и выключение производят краном.
Дозирование можно проводить также при помощи градуированного крана, снабжённого шкалой с показанием расхода раствора.
Регулировкой струп хлорного раствора заканчивается подготовка всей системы.
Перед каждой загрузкой рабочего бака производят его промывку от шлама путём наполнения, перемешивания и затем выпуска воды через спускной кран в днище.
Пуск установки осуществляется открытием крана рабочего бака и кранов дозирующего и регулирующего бачков. Если дозирующий, кран имеет градуированную шкалу, то его устанавливают на потребную дозу (струю раствора) в соответствии с концентрацией хлорной воды. Остановка системы производится закрытием крана рабочего, дозирующего и регулирующего бачков. Если хлорный раствор поступает в открытую воронку, соединённую со всасывающей трубой, то одновремен! о с пуском и остановкой системы необходимо открывать или закрывать кран, соединяющий эту воронку со всасывающей линией.
Установка И. В. Новопашенного
Установка II. В. Новопашенного представляет собой упрощённую конструкцию для хлорирования воды хлорной известью, которая может быть использована в колхозах, совхозах и других небольших пунктах водоснабжения. Эта установка компактна, эксплоатация её не трудоёмка, оборудование п монтаж могут быть осуществлены собственными силами и средствами.
Установка Новопашенного (рис. 69) состоит из деревянного бака А, разделенного перегородками на шесть равных частей. Перегородки имеют четырехугольные прорезы, расположенные последовательно внизу и вверху для удлинения пути воды, протекающей через установку. Вода, поступившая в первое отделение, перемещается из одного отделения в другое, подымаясь и опускаясь, пока не достигнет шестого, из которого она уже может разбираться потребителем (рис. 70). В первое отделение вода, смешанная с хлорным раствором, поступает из смесителя О, в который вода вводится из бачка М, а раствор хлорной извести подается из дозатора К. Дозатор питается раствором хлорной извести пз рабочего бачка D. По пути раствор проходит через регулирующий бачок С, фильтр В и через кран 1 попадает в дозатор. Вода, поступающая в смеситель, регулируется впускным краном 2, готовая хлорированная вода подаётся потребителям через кран 3.
Так как все три крана (1, 2, 3) соединены одной общей рукояткой, то при повороте этой рукоятки включается вся система, и количество забираемой потребителем воды в баке А заменяется таким же количеством воды, обработанной раствором хлорной извести, что обеспечивает синхронность работы всей установки.
Для подачи воды в бачок М, регулирующий поступление её в бак А и в рабочий бачок D, установка снабжена небольшим ручным насосом, закачивающим воду в эти бачки непосредственно из колодца.
Бак А изготовляется из досок толщиной в 50 мм. Размеры бака: высота 1,5 м, верхний диаметр 1,4 м, нижний — 1,5 м, толщина перегородок 120 мм.
В целях большей прочности и герметичности тёе, из которого делаются перегородки, ставится внутри бака горизонтально, причем для
L
Рис. 69. Установка И . Б. Новопашениого.
предупреждения перетекания воды из одного отделения в другое тесины должны быть соединены между собою в шпунт. Концы перегоро
док плотно пригоняются к стенкам бака и аккуратно заделываются в среднем стояке. При сборке перегородок в местах их соединения заливается густой железный сурик, после чего ко всем стыкам и соеди-
нениям во всю длину приколачи-Рис. 70. Схема бака с перегородками. ваются рейки. Особенно важно, чтобы вода не просачивалась из первого отделения непосредственно в шестое. Для большей надежности эту перегородку желательно оштукатурить по железной сетке цементом. Бак сверху закрывается крышкой, состоящей из двух половинок. На стойке бака укрепляется смеситель, представляющий деревянный ящик с внутренними размерами 200 X 190 X 150 мм. Внутри смеситель
резделён на четыре части, ширина каждой 90 мм; длина первой и третьей 90 мм, второй и четвертой — 100 мм. В трех перегородках и в стенке последнего отделения бака сделаны одинаковые вырезы размерами 30 X 60 мм, расположенные так же, как и в баке Л, последовательно — вверху и внизу. Конец трубы, подводяшей воду в первое отделение смесителя, должен не доходить до его дна на 10—15 мм. Чем выше расположен конец трубы от дна, тем хуже смешенпе воды с дезинфицирующим раствором, который поступает из дозатора в воронку, вставленную в угольник железной трубы, подводящей нехлорпрованную воду. Смеситель должен быть расположен выше уровня воды в баке на 30 мм.
Для изготовления дозатора лучше всего использовать железные фасонные части — футорку и заглушку. Диаметр футорки следует брать от 37,5 до 50 мм. Заглушка просверливается в навертывается на конец футорки. На дно заглушки укладывается диафрагма из листового железа, в которой пробивается отверстие с учётом, чтобы из него вытекало 250—300 мл раствора в минуту. При напоре в 300—400 мм диаметр этого отверстия должен быть не менее 2 мм. На эту диафрагму на резиновой прокладке кладётся железное кольцо с внутренним диаметром 35 мм, которое закрывается сеткой с диаметром отверстий не более 1 мм. для задержания крупных взвешенных частиц. Для герметичности соединения частей сетка прижимается вторым железным кольцом с резиновой прокладкой и затем навертывается заглушка. Отверстия всех этих колец (резиновых и железных) должны быть одинаковы. Все составные части дозатора должны быть тщательно окрашены железным суриком.
Расстояние от уровня раствора хлорной извести в регулирующем бачке С до нижнего конца дозатора 300—400 мм. В тех случаях, когда напор воды больше, отверстие в нижней пластинке должно быть менее 2 мм, но это может привести к быстрому его засорению и нарушению правильности дозировки. Гарантией правильности работы дозатора на продолжительное время служит то, что верхняя пластинка (сетка), задерживающая взвешенные вещества, имеет площадь во много раз большую, чем нижняя диафрагма. С целью предохранения дозатора от закупоривания, в данной установке имеется фильтр, который служит для задержания крупных взвешенных частиц, какие могут оказаться в растворе.
Загрузка фильтра делается из хорошо отмытого песка с крупностью зёрен около 1 мм, а для предупреждения большого сопротивления движению жидкости толщина слоя песка берётся всего в 100 мм. Фильтр изготовляется из деревянной кадки высотой в 470 мм и средним диаметром 400 мм. Под дырчатым дном, поддерживающим гравий и песок, помещена деревянная четырехугольная подставка с прорезами в стенках для пропуска профильтрованной воды к отводящей трубе. Отверстия в дне кадки не должны быть более 5 мм. Гравий укладывается в два слоя толщиной каждый 15 мм. Верхний слой гравия имеет зерна диаметром от 2 до 4 мм, а нижний — от 5 до 8 мм.
Бачок D, е внутренним диаметром 70 см. предназначающийся для раствора хлорной извести, изготовляется из дерева. При расчёте работы бачка учитывается время работы аппарата и расход жидкости из дозатора.
Для правильной работы установки необходимо равномерное поступление воды из источника в бак А соответственно установленному расходу из аппарата. Для этого при колодезном водоснабжении воду из колодца накачивают насосом в бачок М, в котором постоянный уровень воды поддерживается путём спуска излишней воды по боковой трубке. Объём бачка М должен быть не менее 70 л. Высота бачка от дна до трубки, через которую вытекает излишняя вода, равна 300 мм.
В случае хлорирования воды из водопровода, последняя подводится к бачку М по трубе, на конце которой в бачке должен быть навернут шаровой клапан, регулирующий поступление водопроводной воды в бачок М, сливная трубка при наличие клапана не нужна.
В установке Новопашенного при хлорировании мутной воды на дне бака А скопляется осадок, который необходимо возможно чаще удалять через спускную трубу, а бак хорошо промывать.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СТАЦИОНАРНЫХ И ПЕРЕНОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ХЛОРИРОВАНИЯ ВОДЫ ЗА ГРАНИЦЕЙ
29. Общие замечания к конструкциям иностранных хлораторов
В условиях военного времени, когда необходимо обеспечить чистой водой значительные скопления людских масс, при большой манёвренности войсковых соединений и при возможности разрушения стационарных водоочистных сооружений, наличие мощного хлораторного хозяйства становится весьма важной задачей.
В настоящей войне, когда фронтовая полоса имеет очень большую протяжённость и на этой территории, как и освобожденной от врага, разрушено большое количество водопроводов; встаёт со всей серьёзностью вопрос максимального использования всех имеющихся в стране и возможных при настоящей ситуации ресурсов.
В связи с возможностью использования иностранной хлораторной аппаратуры в настоящей главе даётся описание конструкций наиболее распространённых и совершенных заграничных приборов.
Широко рекламируя отдельные аппараты тех или иных фирм, иностранные журналы необычайно редко и мало останавливаются на описании их конструкций. Специальные научные исследования, производимые за границей для усовершенствования аппаратуры, находят в иностранной литературе самое незначительное отражение. Большинство конструкций нам становится известно не по имени их автора, а по марке фирмы, которая выпускает аппарат.
Некоторые’фирмы, несомненно, знают рецепты и способы изготовления специальных сплавов п других материалов для хлораторов и владеют техникой производства этих приборов, но всё это запатентовано и не поддается огласке.
Всё же конструкции даже лучших заграничных хлораторов не вполне совершенны. Они в большинстве случаев сложны, составлены из очень большого количества деталей, наделены ломкими стеклянными измерителями, имеют большие габариты и вес, непомерно дороги; наконец, на их изготовление расходуется значительное количество таких ценных материалов, как платина, серебро, эбонит.
Все это говорит о том, что наша техника пе может и не должна переносить в свои конструкции все принципы построения заграничной аппаратуры.
Иностранный опыт и технические достижения могут быть максимально использованы нами, но в основу конструирования советских
аппаратов должны быть положены требования, обусловленные особенностями нашего социалистического хозяйства.
Материал по иностранной хлораторной аппаратуре изложен в настоящей главе таким образом, чтобы при наличии этих аппаратов максимально облегчить нашим работникам их освоение и эксплоатацию на практике.
30. Типы применяемых за границей стационарных хлораторов
В настоящее время за границей имеется около 20 запатентованных конструкций хлораторов. В зависимости от назначения хлораторы изготовляются самых разнообразных типов и конструкций.
В Германии общества «Хлоратор» и «Тритон» изготовляют хлораторы системы доктора Орнштейна, одноимённую систему хлоратора производит общество «Бамаг-Магуин» в США.
Рис. 71. Схема аппарата для очпсткп воды хлором.
Значительной известностью пользуются также американские вакуумные стационарные и переносные хлораторы, изготовляемые фирмой «Уоллес и Тирнен», инжекторные хлораторы общества «Параден», английские хлораторы фирмы «Петерсен и Ко» и др.
До настоящего времени наибольшей известностью пользуются стационарные хлораторы системы Орнштейна.
Первая удачная конструкция хлораторов была разработана в США в 1910 г. доктором Орнштейном. Хорошие результаты использования этих аппаратов на практике способствовали быстрому распространению хлорирования воды жидким хлором и послужили основой для развития хлораторной аппаратуры в ряде стран.
Принципиальная схема напорного хлоратора, получившего наиболее широкое распространение на западе и у нас, представлена на рис. 71.
Как показано на схеме, хлоратор состоит из следующих основных частей: газоочистного прибора — фильтра 1, приборов, понижающих и регулирующих давление газа и воды — редукционных клапанов 2 и 3, прибора, измеряющего количество дозируемого газа — измерителя 4\ прибора, в котором происходит растворение хлора в воде — смеситель-лого устройства 5; вентилей 6, 7 и 8 и манометров 9 и 10.
Напорные стационарные хлораторы
Хлоратор Орнштейна’ (рис. 72) смонтирован на двух мраморных досках; каждая размерами 650X450 мм. На одной из них помещены приборы, снижающие давление газа, а также газоочистные и измерительные приборы, на другой — смесительный цилиндр с водозапорным клапаном и водопроводящей системой. Аппарат имеет три манометра — два для измерения давления газа 4 и 5 и один для воды 6, фильтр для механической очистки газа 7, редуктор 8, измеритель 9 и смеситель 10.
Рпс. 72. Хлоратор системы Орнштейна.
Схема работы аппарата следующая: из баллона хлор, проходя через баллонный вентиль 1 и вентиль хлоратора 2, по гибкой медной трубке 3 попадает в фильтр и затем в редукционный клапан, после чего под сниженным давлением идет в газомер. Отрегулированное с помощью вентиля 11 количество хлора из газомера через трубку и обратный клапан 12 вытекает в смеситель, где приготовляется хлорный раствор. Отсюда по специальному шлангу хлорный раствор подается к месту хлорирования всей массы воды.
Остановимся кратко на основных частях хлоратора.
Фильтр хлоратора Орнштейна представляет собой металлическую трубку, наполненную стеклянной ватой, которая служит для очистки хлора, поступающего к газоредуктору.
Газоредуктор или редукционный клапан предназначен для снижения давления баллонного хлора и сохранения постоянного рабочего давления газа. Сконструирован он по принципу, предложенному в 1899 г. Фурнье 2.
Газоредуктор состоит из Двух фланцев, между которыми зажата серебряная мембрана. Одной стороной мембрана соединена с клапаном, а другой — упирается на пружину. Изменение давления газа, изменяя прогиб мембраны, перемещает клапан, соответственно уменьшая 139
Рис. 73. Пузырьковый измеритель системы Орнштейна.
или увеличивая приток газа в редуктор и сохраняя, таким образом, установленное давление.
Измерители в хлораторах системы Орнштейна, рассчитанные для больших и средних расходов газа, применяются стеклянные с жидкостным диференциальным манометром (типа реометра).
Каждый такой измеритель состоит из двух стеклянных трубок, вставленных одна во внутрь другой,и капилляра .включённого между ними по ходу газа. Наружная трубка внизу заканчивается замкнутым шарообразным утолщением с индикаторной жидкостью (H2SO4. СС14 и др.). Жидкость, находящаяся в уширении наружной трубки, испытывает давление, под которым газ поступает к капилляру, а полость внутренней трубки находится под сниженным давлением газа, прошедшего через капилляр. В зависимости от количества протекающего газа, образующаяся разность давлений вызывает соответствующее повышение уровня жидкости во внутренней трубке. По градуированной шкале определяется количество дозируемого газа.
В хлораторах для малых расходов газа (до 20 г/час) применяются так называемые пузырьковые измерители, е помощью которых учет количества хлора производится по количеству пузырьков газа, прорывающихся через гидравлический затвор, образуемый серной кислотой. Пузырьковый измеритель системы Орнштейна показан на рис. 73. Проходя через среднюю узкую трубку 1, хлор прорывается пузырьками через жидкостный затвор и по широкой стеклянной трубке 2 идет к смесителю. При измерителе находятся маленькие песочные часы на одну минуту. По количеству пузырьков газа, проходящих в одну минуту, определяют его расход: 19 пузырьков в минуту соответствуют расходу 1 г хлора в час, 194—10 г в
час, 296—20 г в час. Дальнейший отсчет пузырьков невозможен.
Смеситель в хлораторах системы Орнштейна (рис. 74) представляет собой стеклянный цилиндр 1, в верхней части которого оканчиваются трубки 2 п 3, подводящие хлор и воду под давлением (не меньше 1,3 ат.). Поступая в цилиндр, вода поглощает хлор, и затем образовавшийся раствор по трубе 4, доходящей почти до дна цилиндра, уходит к месту хлорирования.
Стационарные аппараты системы Орвштейна изготовляются различной производительности: от 1 до 20 г хлора в час, от 20 до 200 г в час и т. д.; наибольшая мощность—до 5000 г хлора в час. Вес стационарных хлораторов системы Орнштейна, в зависимости от производительности, колеблется между 50 и 90 кг.
Смонтированная установка хлораторов системы Орншгейпапоказана на
рис. 75. Хлораторы этой системы имеются •в Москве, Ленинграде, Баку. Кривом Роге, Сталино и других Гиродах3.
Б значительной мере распространены за границей стационарные напорные хлораторы фирмы «Уоллес и Тирнен» (США4 Л).
Хлоратор этой системы (рис. 76), подобно аппарату Орнштейна, смонтирован на двух досках. На одной размещены: фильтр, редуктор, манометры и стеклянный измеритель, на другой — смеситель с водоподводящей и выводной трубой.
Как и в описанном хлораторе системы Орнштейна, в аппарате применен измеритель типа реометров, а для малых расходов газа — особый пульсирующий прибор, представляющий собою объёмный измеритель, суточный расход хлора в котором определяется прп помощи соответствующей таблицы по числу пуль-
и в СССР. Они установлены
саций В минуту. рпс. 74. Смеситель системы
Пульсирующий измеритель (для рас- Орнштейна.
хода газа от 2 до 200 г хлора в час)
системы Уоллес и Тирнен (рис. 77) состоит из стеклянного цилиндра, внутри которого находится стеклянная трубка в виде обратного сифона. Измеритель помещён в сосуде с водой. По трубке газ попадает
Рис. 75. Установка хлораторов системы Орнштейна.
в цилиндр и левую половину короткого сифона, выталкивая оттуда жидкость. Затем измеритель снова наполняется водой.
Рис 76. Стационарный напорный хлоратор системы Уоллес и Тирнен.
С конструктивной стороны такой пульсирующий измеритель, как и описанный выше пузырьковый, вряд ли может быть оценен удовлетворительно, хотя отсчёт и регулирование пульсаций представляют меньшие затруднения, нежели работас пузырьковым измерителем.
Схема работы рассмотренного стационарного хлоратора та же, что и хлоратора системы Орнштейна; вес его—40 кг.
Стационарные хлораторы американского общества «Пара доп» в
конструктивном отно-
шении несколько отличаются от аппаратов типа Орнштейна. Хлоратор «Парадов» (рис 78) монтируется не на доске, а на пустотелой эмалированной колонке с подставкой; в верхней части колонки помещены
измерительные приборы, а в средней — инжектор, заменяющий смеситель.
Работает хлоратор следующим образом. Из баллона газ впускается в аппарат с помощью вспомогательного вентиля 1. По длинной гибкой трубке и более широкой сборной газ поступает к манометру 2, в котором средой, передающей давление, служит масло, и далее попадает в редукционный клапан 3. Отсюда хлор проходит через сопло, представляющее собой стеклянный капилляр с диф1 р'‘н-циальным манометром, заполненным ш'-тыреххлориг-тым углеродом. Регхлпрлгка давления до и за капилляромпрои?.г.<?'''•' и с помощью вентиля постоянного дав.ю-нпя 4. Далее газ попадает в ипчтю'ф 3.
Рис. 77. Пульсирующий измеритель спстемы Уоллее и Тирнен.
где получается хлорная вода. .Между измерителем п инжектором находится предохранительный прибор б, предупреждающий возможность попадания воды в контрольный прибор. Вода, поступающая из водопроводной трубы, в инжекторе проходит черж,
фильтр, давление её определяется третьим манометром 7. Хлорная вода уходит по отводной трубе 8. Резиновая трубка 9, идущая вниз, слу-
жит для спуска лишней воды из предохранителя.
Той же фирмой «Парадов» изготовляется другой вариант хлоратора (рис. 79) для подачи газообразного хлора непосредственно в обезвреживаемую воду. Отдо-зированный газ из аппарата по серебряной трубке направляется в магистраль или в открытый водовод. В этом случае на дно опускается
Рис. 78. Стационарный хло- Рис. 79. Хлоратор «Параден» для непосредстпен-ратор «Парадон». ной подачи газообразного хлора в воду.
трубка со специальным приспособлением для ускорения растворения газа.
Все ответственные части аппаратов «Парадон», соприкасающиеся с хлором, делаются из эбонита, серебра и платины.
В СССР стационарные хлораторы «Парадов» имелись в Ленинграде и Ростове-на-Дону.
Заслуживает внимания и широко распространённый в Англии стационарный хлоратор, носящий название хлоронома, выпускаемый английской фирмой «Петерсен». Хлоратор этот изображён на рис. 80. Вме-
•сто стеклянного смесителя-цилиндра аппарат имеет больших размеров .поглотительную колонку, на которой укреплена доска с приборами,
-Рис. 80. Хлоратор фирмы «Петерсен-.,
регулирующими и контролирующими газоподачу.
Эти приборы6 состоят из фильтра!, двух редукционных клапанов 2 и 3, Двух манометров / и 5 и жидкостного измерителя в виде стеклянной трубки с серной кислотой, имеющей форму обратного сифона. Помещённый на отдельной подставке сосуд б е затвором из серной кислоты заменяет обратный клапан. Хлор подаётся в колонку снизу, вода льётся свободной струёй сверху, поглощает хлор и вытекает через отводную трубу 7, находящуюся у основания колонки. В тех случаях, когда хлоратор снабжён пульсирующим измерителем, затвор 6 не ставится, так как жидкость измерителя играет одновременно роль затвора. На рис. 81 показана установка хлоратора «Петерсен», в которой поглотительные устройства вынесены в виде самостоятельных небольших башен, а на доске оставлены только газодозирующее и контрольное устройства.
Гис. cl. Установка хлораторов «Петерсен».
В а кvумные стационарны е хлорате р ы
Кроме рассмотренных напорных хлораторов в технике- хлорирования. особенно в США. широко применяются хлораторы вакуумного типа «Уоллее п Тирпен»7.
Эти хлораторы обладают той отличительной особенностью, что время работы хлор в них находится под давлением меньше атмосферного. благодаря чему устранена возможность утечки газа в воздух.Схема и общий вид хлоратора представлены на рис. 82 п 83.
Рис. 82. Разрез вакуумного хлоратора Рис. S3 i h'ljunii гл 11 pj>\«'того хло-«Уоллее и Тпрнеи». ратира «Уоллес и Тирпен-;.
В стеклянном колпаке 7 вакуум поддерживается видовым инжектором 2, который питается водопроводной водой. Но-ж.му уровень воды в колпаке держится выше, чем г, сосуде 3. в который ок опрокинут. Один поплавковый клапан 1 ретулж^т повышение уровня веды, другой—5 — управляет пуском хлора. Серел узкое отверстие наружной трубки газомера 6 хлор засасывается инжектором. Манометром служит двойная трубка 7.
Расход газа измеряется по разности уровней в колпаке и наружной трубке, имеющей внизу маленькое отверстие. В инжекторе, заменяю-
1'.5
11' Л. А. Кольский
щем смеситель, хлор перемешивается с водой, после чего по трубе 8 нагнетается в обезвреживаемую воду. Максимальная мощность хлоратора — 5 700 г хлора в чао, минимальная — 19 г в час.
L'uc. 61. '’r.iiHiHii в KiiiB.ieiue рлбитающал на
хлиратира^ паkvу.много типа.
По данным фирмы оллес и Тиршен, вакуумхлораторы широко распространены в США; только в 1931 г. их было выпущено 2500 штук. На рис. 84 показана установка в Кливленде. работающая на вакт;м-пых хлораторах.
3!. Автоматические установки для хлорирования воды за границей
Вес описанные конструкции "зипопа;. них xnoj гогыв предоiав-ляют собой приборы, которые автоматически поддерживают oipeivnu-ровапную, вначале ручным способом, дозу хлора.
Такая механизация полно'-тыо оправдывает себя только в условиях равномерной п постоянной подачи годы нае'ччшмп устажж-ками. В этом случае при остановке ;:.~и пуске иаеоеа приходится чать или выключать хлоратор. В '•лучао же изменения количеств о ?t-iv.eM'iii naeoiciMi! воды необходимо соответственно изменить и дозы га :а хлоратором.
Однако в тех случаях, когда водопровод обслуживается насосами неодинаковой мошпоец,-. включающимися в работу в различных сочетаниях в небольшие ж; щ "М-нн. такое управление хлораторами становится чрезвычайно затруднительным.
В последние годы за границ.!! щ-едек в дебету целый ряд полностью автоматизированных вод.'ж.н'водн.ж егапщ'.н, работающих в зависимости от расхода воды. В .шж случаях ружн •' управление хлораторами уже совершенно неприемлемо в требуется автоматическое регулирование процессом хлорирования воды.
Так как рассмотренные типы хлораторов, по существу, являются достаточно механизированными приборами и для их автоматизации недополнительные приспособления, то в довольно широко псполь-
еТР'Ч i.l OpIlllIT
через запорный r.oi
обходимы только некоторые заграничной практике в последнее время зуются устройства, обеспечивающие полную автоматизацию процесса хлорирования воды.
Для автоматической регулировки подачи хлора, а также для остановки и пуска хлоратора Орнштсйном разработаны два типа дополнительных приборов к хлораторам 8А
Для автоматической остановки или пуска хлоратора Орнштейп предложил так называемы!! реле-вентиль, изображенный на рис. 85.
Реле-вентиль с помощью гибких медных трубок присоединяется к хлоратору между редуктором и газомером.
Газ. прежде чем попасть в измеритель, должен пройти через реле-вентиль. Хлор входит в реле-ш'нтг.пь по трубке / и выходит по трубке 2 1Ппппдель хлорного вентиля со.едип"п с диафрагмой, помещают..fa. у г коробке X Через верхнюю часть этой коробки проходит небольшая. ткгя
ьодыпотргоке от ш.порпыотруиопровода о: пока злектргчсскг!!
открыт, вода проходит г трубу 7 и выливается я отвод 8. Клапан 6 управляется тем же током, что и электромоторы: пока ток гд;"т в моторы, клапан открыт, как только ток прекращается, клапан закрывается; тогда вода по может уже вытекатт через трубку/, поднимается по труб ке 0 п уходит через отвод 10. Давление в коробке 4 повышается, > диафрагма, ш.ю-двпгаясь. закрывает, хлорный В1Ч1ТПЛ1
Для автоматического pery.ut роваппя шдачп хлора в зависимости от расхода подл-' в водной магистрали. < йллитейнех разработан другой апшр; т — атл оматичеекий
с: vnpvonaiai.’M
регулятор.
Этот дрглю.. укрепляется па место редукционного клин;.на ла до; хе хлоратора и соедпнястея двумя трубками трубе; .йал\ рг.. ее; ..м горую ’пиоходпт ил подвергаемая хлорирование. < да (рш-. об). ж1-;и.ю-
щееся с щечном расхода воды дата егие в у псом и широком месте трубы Вентури с оответственно перемещу.а ...пан хлорорегулятора. Прибор пропускает большее пли меньшее количество хлора в зависи-
мости от расхсда воды.
X,дот .агоры системы Орнштейна с такими приспособлениями оы-
ю-:
147
пускает фирма <> 1 сетей». Для смешения воды с хлором в этих конструкциях применена заполненная коксом башня.
Фирмой «Петерсен» выпущены хлорографы —аппараты, снабжённые,
кроме регулирующих подачу газа частей, еще специальным записываю-
щим расход газа прибором10 (рг
Рис. 87. Х.ТП]'ограф фирмы сои.
'. 876.
Этот прибор (счетчик) соединён со :теклянпой трубкой манометра. Колебания давления газа, проходящего через аппарат, передаются посредством специально!! жидкости из диафрагмовой камеры к анероидному элементу, Перо, соединённое с этим элементом рычажной системой, отмечает колебания па диаграмме, приводимой в движение часами с семидневным заводом. Количество протекающего газа устанавливается специальны?.! микрометрическим вентилем п поддержиг-ается е помощью двух обратных клапанов. Весь аппа; ат помещён в стоячий металлический футляр, в верхней части которого под стеклом находится счётчик.
Из описанных в последние годы в литеуатуре автоматических устройств отметим достаточно простую и пнтерес-
ведена на рис. (Ди напорной трубы Г, бачка
_ hvio установку для автоматического хлорпрованпя воды, разраоотапную Ьу-но-Варилла11. Схема этом установки при-:1 состоит из боковой ветви 2, отходящей от •б. высоте!! в 200 мм; крапа с механизмом 4,
соединённым е насосом для автоматического включения и выключения
остановке на-труб 5 и 6;
Рис. 88. Автоматически действующая установка Вуно-Варилла.
его при пуске и coca; сливных трубы 7, ведущей к бифуркационному насосу; бифуркационного насоса 8, задвижки 9, сосуща для дезинфицирующего раствора 10\ пробки II, герметически закрывающей сосуд; стеклянной трубки 72; фильтра для очистки раствора от взвесей 13, эфилюры 1-1.
Диаметры труб подбираются таким образом, чтобы дебет питающей бачок трубы, 2 был больше сумм!.! дебетов тру б 6 и ". Нижнее отверстие обеспечивает быстрое опорожнение бачка и труба, идущая к бифуркационному насосу обнажаете;!, а верхнее отверстие удерживает воду в бачке на максимальном уровне, не допуская переполнения ею водой.
В бифуркационном насосе вода, поступающая из бачка, увлекает воздух пз верхней его части и вызывает разрежение, которое сказывается на всём протяжении системы между насосом и сосудом для дезинфицирующего раствора. Раствор,
засасываемый насосом, поступает в вихревой поток воды и увлекается к всасывающей трубе 16 насоса станции. Если насос станции перестал работаю, то немедленно прекращается питание водой бачка 3. В обнажившееся отверстие трубы, иду шей к бифуркационному насосу, проникает воздух, и дальнейшее засасывание дезинфицирующего рас-твоу, пз сосуда прекращается. Когда насос станции снова начинает работать, бачок наполняется водой, которая, заполняя отверстие трубы 7, приводит в действие бифуркационный насос.
Для расчёта необходимой концентрации активного хлора в дезинфицирующем растворе Буно-Варилла предложил формулу:
X = 1000 А ~ , (19,:
Рис. 90. Регулятор к хлоратору «Уоллес и Тирнен».
ГДе. Рис. S9. Ошппз вп.1 автоматического ьак\-
(X —дебет насоса станции В М час, умного хлоратора "Уоллее н Гирн -1, .
п —дебет сосуда 10 в л/чае.
А — доза активного хлора в г/л.
X — искомая концентрация ~
дезинфицирующего раствора в г/л.
Представляет интерес также автоматический вакуумный хлоратор, разработанный фирмой «Уоллес и Тирнен».
Общий вид этой установки представлен на рис. 89.
В этом аппарате подача хлора автоматически регулируется в зависимости от расхода воды. При этом регулировка осуществляется от различных измерителей расхода, как например, от водомера Вентури, трубки Пито, диафрагмы водослива и др.
Рис. 31. Автоматическая установка в г. Лос-Анжелос.
света и фотоэлементом и, следовательно
Во всех случаях разность давлений при прохождении через измерительное приспособление придётся особому аппарату (рис. 90), при помощи которого и регулируется производительность хлоратора.
Кроме описанных установок, имеющих своей целью автоматизацию процесса хлорирования воды в зависимости от расхода последней, за границей имеются установки, автоматизирующие процесс хлорирования в зависимости от её качества. К числу таких установок принадлежит автоматическая установка на водопроводе в г. Лос-Анжелос (США)12,13.
Общий вид её представлен на рис. 91.
Основной её частью является автоматический анализатор концентрации активного хлора в воде. Работа этого анализатора основана па следующем принципе: к двум колбам, в которых вентилятором создаётся вакуум. поступает хлорированная вода. В одну из колб автоматически поступают определённые количества НС1 и раствора ортото-ллдина. Вторая колба — коп ': идьная—'-пас-женацветным диском, окрашенным в жёлтый цвет, по интенсивности еоотвегствующей необходимой концентрации активного хлора. Колбы с хлорированной водой помещены между источником сила света, падающего на
фотоэлемент, зависит от интенсивности окраски воды, т. е. от концентрации в ной активного хлора.
Сила тока, возникающая в фотоэлементе, зависит от величины светового потока, проходящего через колбу с водой и контрольный диск. Эта сила тока используется при передаче управления к реверсивному мотору, регулирующему подачу хлора. Каждые три минуты пз колб автоматически выливается вода, колбы промываются и таким образом подготавливаются к приёму для анализа следующей порции хлорированной воды.
Как показали результаты работы такой установки (на водопроводе в г. Лос-Анжелос), последняя даёт возможность постоянно поддерживать в воде заранее заданный избыток хлора. Таким образом обеспечивается надежность дезинфекции воды и предотвращается появление 150
запахов и вкусов, имеющих место при колебании остаточных доз хлора.
32. Иностранные конструкции переносных хлораторов
Если судить по опубликованной иностранной литературе, то до последнего времени конструкциям переносных хлораторов уделялось небольшое внимание. Основным типом применяемых за границей перенос-
Рис. 92. Передвижной хлоратор фирмы Уоллес и Тирнен, размещенный в двух яткпкг.х-
ных аппаратов являются маломощные приборы непрерывного действия, приспособленные для условий передвижения. Об аппаратах для порционного отмеривания хлора в заграничной литературе совсем не упоми-
Рис, 93. Передвижной хлоратор фирмы Уоллес п Тирнен, размещенный в одном ящике, нается. Существующие переносные хлораторы выпускаются фирмами «Уоллес и Тирнен», «Парадон» и др.
На рис. 92 показана передвижная установка «Уоллес и Тирнен», размещённая в 2 деревянных ящиках. В одном из них помещен хлоратор
94. Переносный xaojason Парафин.
с приспособлениями как для приготовления хлорного раствора, так и для непосредственного введения газа в ь"ду. Во втором ящике помещаются добав .-ные части, как-то: рукав, соединительная трубка, серебряный диффузор для непосредственного введения хлора в воду, реактивы и посуда для контроля за введенным хлором.
Конструкция другого переносного хлоратора «Уоллес и Тирнен» изображена на рис. 93. Этот хлоратор обеспечивает прямое введения хлора в воду без смесителя. Он помещён вместе с хлорным баллоном и добавочными частями в один большой ящик. Вынутый из ящика и установленный на подставке этот аппарат превращается в обычный стационарный хлоратор непрерывного дей-отия.
Переносный хлоратор фирмы «Параден» (рис. 94) также является аппаратом <• прямой подачей газообразного хлора в воду. Аппарат смонтирован в чемодане, куда помещены и реактивы для определения количества остаточного хлора. Баллоны с хлором уложены в отдельный чемодан (рис. 95).
Рис. %. Чемодан с баллоном к переносному хлоратору «Парадов».
Переносные хлораторы «Параден» выпускаются различной производительности: от 5 до 50 г в час; от 40 до 200 г в час и др.14.
Описанными типами аппаратов исчерпывается опубликованный материал о современных переносных хлораторах, применяемых для хлорирования воды за границей.
Как видно из приведённого материалам стационарные и переносные хлораторы изобилуют ломкими стеклянными частями, которые, снижая ценность аппаратуры, в то же время служат неотъемлемыми их деталями уяю в силу того, что измерение газа, являющееся одной из основных функций хлоратора, построено в них па принципе работы стеклянного жидкостного реометра.
Единственная попытка, хотя бы частично, освободить хлораторнмю установку от жидкостного измерителя имеется в конструкции хлорографа с автоматическим измерителем расхода газа. Такое конструктивное оформление хлораторной аппарату]® мы считаем наиболее интересным, вследствие чего в следующих главах при описании теорий и направлений конструирования советских хлораторов этому вопросу уделено особое внимание.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ТППЫ СОВЕТСКИХ ХЛОРАТОРОВ II ИХ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
33. Основные направления в конструировании советских хлораторов
Вопрос применения чистого хлора для дезинфекции воды в России был поднят впервые в 1910—1912 г,г. В это время в Петербурге на водопроводной станции были спец: ально установлены две импортные ванны Спмменса-Биллптера для опыт< в по хлорированию воды.
Однако из-за их несовершенства опыт.,1 вскоре сылл прекращены.
Ввиду отсутствия производства жидкого хлора вопрос о применении его для хлорирования воды являлся неактуальным. Только после применения Германией во время мировой войны хлора как удушливого газа производство жидкого хлора в России было налажено и начало быстро развиваться. В 1917 г. Н. А. Эльманович1 на Ленинградской водопроводной станции поставил первые опыты по приготовлению хлорного раствора из жидкого хлора. Опыты непосредственного введения газа в воду из баллонов были неудачны, а сконструировать прибор для дозирования газа и растворения его в воде не удалось.
Импортирование заграничной аппаратуры представляло большие трудности, сперва в связи с империалистической войной, а затем вследствие высокой стоимости таких приборов. Установлены они были только на водопроводах наиболее крупных центров и в очень ограниченном количестве, на большинстве же водопроводов обезвреживание воды производилось раствором хлорной извести. Несмотря на все дефекты, связанные с хлорированием хлорной известью, этот метод был основным до 1928 года.
Изготовление хлораторов в СССР началось в 1928 г. Первыми из советских конструкций были напорные стационарные хлораторы непрерывного действия: хлоратор системы инженера Ремесницкого, системы инженера Бромлея и хлоратор системы автора. Опыты показали, что даже эти первые приборы немногим уступали заграничным образцам, и с тех пор хлорирование воды у нас так же, как и за границей, стало осуществляться почти исключительно жидким хлором.
Стационарный хлоратор системы инженера Ремесницкого® как по конструкции, так и по способу действия близко напоминал уже описанный ранее, первый аппарат системы доктора Орнштейна.
В отличие от хлоратора Орнштейна этот прибор (рис. 96) смонти* рован не на двух, а на одной мраморной доске, и смеситель его имеет 15Т
несколько иную конструкцию. Материалами для его изготовления служат: медь, латунь, серебро, эбонит и стекло.
Следует отметить, что в сравнении с хлоратором Орнштейна, эта первая советская конструкция была более компактной и облегчённой по весу. Однако жид -оетный измеритель Ремесницкого в конструктивном отношении менее удачен, чем измеритель Орнштейна, т. к. внутренние каналы головки в нём не гарантированы от попадания индикаторной жидкости при выплёскивании ее из трубки измерителя.
Рис. 96. Стационарный напорный хлоратор непрерывного действия системы инж. В. М. Ремесницкого марки В.
Хлоратор Ремесницкого получил значительное распространение на наших водопроводах. В последнем, модернизированном виде он подробно разбирается в следующей главе.
Другим типом разработанного в СССР напорного хлоратора являлся хлоратор инженера Г. Бромлея, сконструированный в 1929—1930 гг.
Хлоратор Бромлея3, в отличие от хлоратора Ремесницкого, смонтирован на металлической подставке, внутри которой проведена труба, подающая в аппарат воду.
Хлоратор Бромлея состоит из частей, подобных частям хлоратора Ремесницкого (общпй вид хлоратора Бромлея показан на рис. 97). Он
состоит из ооыкновенного стеклянного измерителя с серной кислотой 1, редукционного клапана 2, манометров 3 и J. стеклянного смесителя, вентилей и двух цилиндров для воды. Эти цилиндры 5 и 6 укреплены в верхней части подставки и представляют собой автоматический регулятор, поддерживающий определённый приток воды в смеситель. Водя
ной регулятор является главной
Рис. 97. Стационарный хлоратор системы Рис. 98. Первый ппж. Г. Бромлея.
особенностью хлоратора Бромлея.
Второй отличительной особенностью этого хлоратора являются три микрометрических дозирующих вентиля перед измерителем и один вентиль за ним. для обеспечения точной регулировки газа и предохранения от выплёскивания жидкости из измерителя, что имеет 'исто в хлораторе Ремеышцкою.
хлоратор системы автора.
В 1930—1931 гг. было изготовлено несколько таких аппаратов; один из них был установлен на Московском водопроводе. Дальнейшего применения в технике водоочистки эта конструкция не получила вследствие её большой сложности.
Первая экспериментальная конструкция стационарного хлоратора системы автора 4 была предложена в 1928 г. Однако в силу ряда технических затруднений прибор был изготовлен только в 1930 г. и после испытаний установлен на Дарницкой водопроводной станции Юго-Западных ж. д.
Хлоратор (рис. 98) был смонтирован на мраморной доске, на которой укреплена и полуметровая колонка с насадкой для смешения хлора с водой; опыт работы с этим аппаратом привел автора к мысли
О нецелесообразности применения сорбционных колонок и качестве смесителя. Аппарат получился излишне громоздкий, весом в 37 кт.
В качестве материала для хлоратора были применены марганцевая бронза, стекло, эбонит; для гнёзд, клапанов и мембран —еерс-бро; для прокладок — клингерит.
В дальнейшем конструкция стационарного хлоратора была значительно видоизменена и усовершенствована; и т лом виде она получила название хлоратора «1К-1.
Хлоратор ЛК-1 показан на рис. 99.
Аппарат смонтирован на доске размерами 900><550 мм. Он состоит из частей, изготовленных из хлоростойкого бронзового литья, эбонита и серебра; вес аппарата — 24 кг.
Хлоратор ЛК-13>вв сравнении с иностранными конструкциями. иа-цшшарными хлораторами системы цн;к. Ремееницкого и др. имеет следующие отличительные особенности: а) газоизмерпте.лышп прибор хлоратора благодаря применению в нем специального капиллярного крана позволяет, не останавливая аппарата,включать капилляр необходимого диаметра, т. е. производить учёт газа в более широких пределах газоподачи; б) газовый редукторный клапан обеспечивает возможность изменения производительности в широких пределах благодаря двойной регулировке,
достигаемой поджатием пружины и изменением длины штифта обратного клапана; в) аппарат снабжён сигнально-звонковой си'темой, обеспечивающей непрерывный контроль над работой хлоратора, так как звонок приводится в действие при всяком уклонении аппарата от установленной подачи хлора; г) прибор имеет усиленный га зоочи-тигельный механизм (два фильтра: одни до редуктора, другой в редукторе) для предохранения хлоратора от засорения; д) в смесителе хлоратора ЛК-1 применён водяной распылитель с шестпходовон ленточной резьбой, улучшавший растворение хлора в воде.
Гис. 10и. IIniieiccci xuopaiup непрерывного деистгил спет, мы пня;. 1>. М. Р<-sn-ciuiir.:oro.
В 1932 г. конструкция хлоратора .Пл-1 была рассмотрена тюоогпо.тной 'юмм.ч-.юй и-' ":андартизацпи совет-ппх хлораторе;; (Акхтгар одобрена и положена в основу установленного комиссией типа единого '-оветег.ого хлоратора.
В течение 193i —19'33 гг. было вынгшеио около 50 образцов хлораторов марки ЛК-1 (ЮРИС и KXTUC по'-л'* ел от тип хлоратора был заме-
нён новой ’.•ощ-'г» гтппи'п И'!!;:? пжжого хлоратора ЛК-3, опшанпе которой приводим долее С:;. ?'2 .
Пишые конструкции •тг о ! пах поьеносвых хлораторов были менее удг.ч-r-f чем стзцг'Н ас”ь!о. р "деству- пе отвечали требованиям, и; е, р,-ЯВЛЯС',:. ?: К водпб|‘4р .
19''.;л"'зе'п'' н' гр;.’-. С м, .:1;цк;>м коредшылюй хлоратор (рис. 100) пве;ыгаолпл '-"6Ki л-енл невольно видопзмепёппхю коп'-тр,,ю его ет;<цш:н.'1!” ‘То ало'. : |! мгп'чк.ж свндплнгь т- облегчению обрат-
ного клгн.-кш г kooo'io.- до ; .и положения частей. В то:;пу виде аппарат был емегы’ гд:": 1 ящике как передвижной хлорат >р непрершигего дей'-твия. Воезт'то -двпял'ого п)щбо।а: равнялся‘24 кг.
Кроме nepcpi'inoia'iо хлоратора иен;!С!>Ы1.:!ого действия ипж. Ре?'о<-Н1ЩКИМ был скоп труп; *-паи перспос-пый хлоратор порционного действия ’ 158
Этот прибор предназначался для хлори; овапия небольших объёмов воды в резервуарах.
Переносный порционный хлоратор был помещён в япшк вместе с баллоном па 2,5 кг жидкого хлора и со всеми добавочными частями весил 15 кг. Описание этого аппарата дано в главе X.
В то время как стационарные хлораторы системы инж. Ремсспицкого с момента их появления получили широкое распространение, переносный порционный хлоратор технического применения не получил.
Объясняется это тем, что в конструкции аппарата допущены существенные недостатки. Работа прибора построена па применении сжимающегося резинового бачка, который нп в какой мере не гарантирует необходимой герметичности и точности. Часть отмеряемого хлора растворяется в воде бачка; резиновые и брезентовый части способствуют пропуску газа, в результате чего ошибки при отмеривании достигают 40’’(! и более; наличие стеклянных частей не обеспечивает необходимой портативности и прочности прибора.
В 1933 г. был предложен переносный хлоратор комбинированного действия системы автора, выпущенный под маркой ЛК-2 (рпс. 101).
Хлоратор ЛК-2, в отличие от друшх конструкций переносного типа, совмещал работу
порционного хлоратора с работой хлоратора непрерывного действия. Прибор давал возможность производить разовые отмеривания небольших порций хлора п приготовлять из них хлорный раствор для дезинфекции отдельных объёмов воды или включать его в водную магистраль для равномерного длительного хлорирования непрерывно поступающей воды.
Порционное отмеривание и дозировка непрерывно протекающею га. а в хлораторе ЛК-2 производились с помощью стеклянных xci х.ых цилиндров, вставленных один в другой. Газ вытеснялся пз каждого цилиндра попеременно с номощькюдпой п той же порции воды. Эти же мерительные цилиндры при работе аппарата как хлоратора непрерывного действия позволяли пользоваться ими как газовым реометром и производить дозировку протекающего через аппарат хлора. Однако практическая работа с изготовленным образцом выявила ряд существенных сто недостатков.
Как и в описанных выше переносных хлораторах системы инж. Ре-месницкого, в этом приборе не было достигнуто важнейшее требование, предъявляемое к переносным хлораторам: портативность и прочность. Аппарат имел хрупкие стеклянные части; наличие .хлора и воды в >то
внутренних каналах приводило к быстрому разъеданию их хлором и засорению хлорными солями.
Всего было изготовлено два опытных образца переносного хлоратоиа, госле чего этот тип был заменен новыми, более портативными коп-। трукциями переносных хлораторов системы автора ЛК-4 и ЛК-5.
В 1934 г. был предложен еще один вариант переносного хлората; а (рис. 102), который автором его—врачом А. II. .Майоровым—назван <-пер'‘-косиым хлоратором прерывистого действия для прямой подачи хлора в воду» 8. Прибор был смонтирован в чемодане и состоял из баллопчщ а < хлором и 2 стеклянных градуированных цилиндров, один из которых заполнен четыреххлористым углеродом. С помощью 5 вентилей хлор подавался из баллона в цилиндр и через коллектор —в резервуар с водой, подлежащей хлорированию.
Рп«* рн !Ь>ре|н•«•по:! хлоратор врача А. II. Майорова.
Дозировка хлора в этом аппарате, как и в предыдущих конструкциях, основапа на измерении объемов газа. Несколько хлораторов этой конструкции было изготовлено па Харьковском заводе «Хлоратор», но г,следствие ряда недостатков этот прибор не получил распространения.
Первые советские хлораторы, разрешив в основном проблему хлорирования воды, всё я:е не могли еще полностью удовлетворить нхжд пашей водосанитарной техники, так как работа первых конструкций переносных хлораторов оказалась неудовлетворительной; существенными дефектами обладали также и первые стационарные хлораторы. Главными недостатками были: малая механическая прочность и недостаточная хлоростойкость частей этих приборов. Большое количество деталей и стеклянные жидкостные измерители затрудняли транспортиговаппе и эксплоатацию хлораторов, особенно в условиях мелких водоочистных установок, и тормозили возможность широкого их применения.
Стала очевидной потребность внесения существенных улучшений в конструкции советского хлоратора.
В 1935—1936 гг. наметились два основных направления в части изыскания новых принципов построения совет: кого хлоратора. Во-первых, определилось стремление перехода от напорных хлораторов к вакуум-160
ным, которые в это время получили значительное распространение в американской и немецкой практике, во-вторых, начались изыскания в части разработки новых, более совершенных типов напорных хлораторов, обеспечивающих требуемую при эксплоатации прочность и портатив-
Рпс. 103. Вакуумный хлораю] непрерывного действия системы UHJK. II. И. Овчинника.
Разработка вакуумных хлораторов была связана с стремлением упростить хлоратор, создать лучшие условия для работы его стеклянных измерителей и других деталей и предохранить от просачивания хлора наружу в наиболее ломких частях и стыках.
Первые конструкции отечественного вакуумного хлоратора были разработаны Б. 31. Ремесницким.
В 1938 г. им был предложен стационарный вакуумный хлоратор, а в 1939 г. этот аппарат был смонтирован в чемодане вместе с хлорным баллоном и инструментами с целью приспособления его к типу переносных хлораторов10. По своему устройству он ничем не отличался от стационарного хлоратора.
Описание и рисунки этих хлораторов даны в IX и X главах.
Вакуумные хлораторы непрерывного действия системы инж. Ремес-ницкого в настоящее время разработаны для подачи хлора от 2 до 2000 г в час. Опытные образцы уже работают в ряде городов.
Интересное решение задачи построения простого вакуумного хлоратора непрерывного действия дал инженер Овчипкпн 11. Он упрощает конструкцию вакуумного хло
ратора, доводя её до типа лабораторной установки, смонтированной почти полностью из стеклянных частей, соединённых резиновыми трубками. Единственной металлической частью хлоратора является дифе-ренциальнып кран редуктора, присоединённый к баллону с хлором для подачи газа под сниженным давлением в стеклянные части аппарата. Схема хлоратора представлена па рис. 103.
Основные детали конструкции следующие: дпференцнальлый кран-редуктор J; измеритель количества хлора 2; капилляр 3; водоструйный эжектор-смеситель 4; ограничитель вакуума 5. Процесс- работы вакуум-хлоратора заключается в следующем: хлор из баллона 6 поступает через фильтр в редуктор» и под сниженным давлением проходит через камеру диференцпаявного крана к измерителю. Пройдя измеритель и капилляр, хлор непрерывно засасывается водоструйным эжектором, в котором и приготовляется хлорная вода. Эжектор подобран таким образом, чтобы он мог засосать количество газа большее, чем то, которое может пройти через измеритель; поэтому оп засасывает через ограничитель вакуума 11 Л. A. Ky.ibCHUii Г 1
некоторое количество добавочного воздуха, меняющееся в зависимости от количества воды, протекающей через эжектор. Газообразный хлор, пройдя через капилляр, теряет часть своего давления и вследствие того, что во внутренней трубке измерителя давление будет ниже, чем в наружной, — происходит поднятие уровня воды во внутренней трубке. Положение уровня воды в этой трубке и служит показателем расхода хлора. Расход хлора зависит от диаметра капилляра, который тарируется соответственно шкале, нанесённой на наружном цилиндре измерителя.
Конструкции вакуумных хлораторов, являясь более простыми по сравнению с напорными хлораторами, имеют ряд недостатков. Прежде всего в этих аппаратах не устраняются недостатки, присущие напорным хлораторам, поскольку они питаются баллонным хлором, и ряд их частей (например, соединения хлоратора с баллоном, редуцирующие устрой ства), работая под давлением, не гарантированы от просачивания хлора наружу.
Из-за наличия большого количества стеклянных частей и металлических соединений эти аппараты ломки и мало надёжны в работе. В случае засорения или зажатия резиновой трубки, отводящей хлорную воду от водоструйного насоса, или засорения каналов, подводящих к нему газ, все стеклянные части подвергаются опасности разрыва, так как они оказываются под давлением. Легкое сотрясение или. удар выводят аппарат из строя, чем нарушаются условия техниг и безопасности.
Подача больших количеств газа и воды в вакуумных хлораторах нежелательна и рискованна,. Как отмечают авторы этих аппаратов, они наиболее приемлемы при работе на мелких водопроводах, для которых существенным является и невысокая стоимость таких хлораторов.
В ином направлении шли изыскания автора этой книги, который задался целью возможно более упростить конструкцию напорного хлоратора; обеспечить максимальную химическую и механическую прочность его частей, а также надлежащую точность работы и простоте управления. Кроме того, преследовалась цель освободить хлоратор от жидкостного стеклянного измерителя, заменив последний металлическим измерителем манометрического типа.
В качестве первого варианта такого аппарата был предложен хлоратор ЛК-3, предназначенный для хлорирования воды на водопроводах небольшой и средней мощности 12>13.
На рис. 104 показан общий вид хлоратора ЛК-3. Аппарат смонтирован на небольшой металлической доске размерами 30x42 см, общий вес его 8 кг, производительность от 20 до 3300 г хлора в час. На рис. 105 показана установка хлоратора ЛК-3 на одном из водопроводов Союза.
Вся конструкция состоит из нескольких соединённых Друг с другом узловых частей: хлоровпускного вентиля, газоредукторного узла, дозирующего газоконтрольного узла и газоводяного смесителя с водоре-дуктором.
Хлоровпускиой пли вспомогательный вентиль состоит из корпуса с ниппелем и гайкой, которую навинчивают на штуцер баллона, и из бокового штуцера с гайкой и трубкой, присоединяемой к газоредуктору хлоратора. В передней части вентиля помещён небольшой фильтр, представляющий собой металлическую трубку со стеклянной ватой.
Рис. 104. Общий вид стационарного напорного хлоратора ЛК-3.
«
Рис. 105. Хлоратор ЛК-3, установленный на водопроводе.
Газоредукторный узел слагается пз редуктора, к верхнему штуцеру которого присоединен манометр высокого давления, а к нижнему —прикреплена трубк.л соединяющая редуктор с хлоровпускным вентилем.
В се]едипе передней части редуктора помещён фильтр, где хлор вторично очищается перед тем. как проникнуть во внутренние каналы хлоратора. Сам газоредуктор состоит кв переднего корпуса и крышки, между которыми зажата серебряная мембрана. С одной стороны она соединена с клапаном, а е другой — упирается в металлический диск и пружину с нажимной гайкой. Работа редуктора основана на принципе Фурнье.
Дозирующий узел представляет собой главную часть хлоратора. Он состоит из газодозирующего вентиля с манометром низкого давления, капиллярного гнезда со спускным вентилем, выпускного вентиля и второго манометра низкого давления, либо мановакууметра.
Газодозцрующцй узел работает по принципу реометра, в котором разность давлений до и после капилляра фиксируется при помощи металлических манометров системы Бурдона с серебряной пружиной.
Смеситель в хлораторе применён уменьшенного размера со специальным впхрителсм для ускорения процесса растворения хлора в воде. Вода поступает в него через водяной редуктор постоянной струен. Водоредуктор устроен, в основном, по типу газоредуктора. В верхней своей части он имеет вентиль для включения воды.
По сравнению с другими системами напорных хлораторов прибор был существенно упрощён и усовершенствован; значительно уменьшены размеры аппарата, число его деталей и вес (хлоратор, примерно, в 3 раза легче аппарата системы Ремесницкого и в 5—8 раз легче хлоратора системы Орнштейна).
Конструкция аппарата освобождена от стеклянного газоизмерительного жидкостного прибора, который заменён дроссельным измерителем с металлическими манометрами- Благодаря этому узлу была получена возможность вести достаточно точный учет дозируемого газа в широких пределах, увеличены прочность и портативность конструкции и разрешен вопрос транспортировки приборов в собранном виде.
Как п хлоратор ЛК-1, эта конструкция имеет сигнализационную систему, автоматически включающуюся при неисправной работе хлоратора.
В практических условиях работы этот тип аппарата показал ряд положительных особенностей и с 1936 г. вошел в серийное производство.
Удачное конструктивное разрешение напорного хлоратора ЛК-3 послужило основанием к дальнейшей разработке и усовершенствованию хлораторов этого типа.
В 1936—1939 гг. автором были разработаны конструкции стационарных и переносных хлораторов, в основу которых был положен тот же принцип измерения газа с помощью дроссельных устройств.
Для небольших и средних водопроводов конструкция ЛК-3 была модернизирована и гыпущепа под маркой ЛК-6. Для крупных водопроводов разработан мощный хлоратор ЛК-7.
В этих конструкциях предусмотрена возможность подключения механизмов, автоматизирующих процессы хлорирования воды.
Для работы в походно-полевых условиях предложены конструкции порционного переносного хлоратора ЛК-4 и переносного хлоратора ЛК-5 порционно-непрерывного действия.
Все эти аппараты были разработаны таким образом, что части их являлись взаимозаменяемыми. В работе они выявили себя как портативные и достаточно надёжные хлораторы.
Кроме того, в конце 1941 г. были разработаны упрощённые типы хлораторов ЛК-8 и ЛК-9, производство которых может быть с успехом освоено мастерскими каждого водопровода.
В основу дозирования газа в хлораторах ЛК-8 и ЛК-9 также положены измерители дроссельного типа с металлическими манометрами (см. главу IX).
Для хлорирования воды некомпримированным хлор-газом (например, газом, поступающим непосредственно из хлорных ванн) разработана конструкция вакуумного хлоратора без редуктора с ротационным измерителем, выпущенная под индексом ЛК-10.
Описание хлоратора приведено в главе XI, в которой рассмотрены типы хлорных ванн, рекомендуемых автором для использования па водопроводах.
Весьма важным этапом в развитии вопроса рационального хлорирования воды в СССР должно послужить применение механизмов, которые обеспечили бы автоматизацию контроля и процессов обработки воды хлором на наших водопроводах, что особенно актуально в условиях военного времени. В этой области проводятся только изыскания и имеются некоторые схемы и конструкции (см. главу IX).
Построение заграничных и наших хлораторов осуществлялось без надлежащих теоретических обоснований, а попытки экспериментирования в этой области не выходили за пределы практического испытания аппаратов.
В связи с этим мы считали необходимым провести ряд специальных исследований, которые позволили бы с помощью не только практических, но и научных данных обосновать расчет основных элементов советского хлоратора.
34. Теоретические обоснования и элементы технологического расчета хлораторной аппаратуры
Характеристика работы элементов хлоратора
Элементами хлоратора, обусловливающими его нормальную работу и производительность, являются;
1) устройство,обеспечивающее снятие необходимого количества хлора из баллонов;
2) газоредуктор, снижающий давление хлора до требуемых пределов;
3) дроссельное устройство с измерителем, обеспечивающим измерение газообразного хлора в пределах максимальной и минимальной га-зоподачп;
4) смесительное устройство необходимой производительности для приготовления из газообразного хлора и воды концентрированого водного раствора хлора — «хлорной воды».
Хлораторная аппаратура должна иметь максимальную интенсивность в работе.
Газоподача хлора из баллонов
При больших газоподачах температура остающегося в баллоне хлора быстро падает, так как количество тепла, передающегося хлору от окружающей среды через поверхность баллона, не может компенсировать общего количества тепла, уносимого газообразным хлором.
Снижение температуры жидкого хлора, за счет скрытой теплоты испарения приводит к уменьшению испарения, а следовательно, и к уменьшению газоподачи, обмерзанию аппаратуры и может привести к засорению сифонной трубки баллона и каналов хлоратора твердым хлором.
ПаДение температуры жидкого хлора при условии отсутствия теплообмена с внешней средой может быть подсчитано по формуле14:
а
= (И)
где: А — удельная теплота испарения жидкого хлора, равная 62,7 к кал/кг;
С —удельная теплоемкость жидкого хлора,равная 0,2262 к кал/кг (средняя между 0 и 24° С);
т —количество испарившегося хлора в килограммах;
а — количество жидкого хлора в баллоне до испарения в килограммах.
Количество тепла, которое должно быть подведено к баллону для испарения определённого количества хлора и предохранения его от охлаждения, определяется формулой:
(18)
Норма съёма газообразного хлора с одного баллона принимается равной 0,5 кг/ час при естественном теплообмене 13. Для обеспечения больших газоподач требуется подключение серии баллонов или проведение дополнительного их обогрева. При больших расходах хлора число баллонов, находящихся в эксплоатации, определяется многими десятками, а иногда и сотнями (в США имеются хлорные установки на 200—300 баллонов)10. Большое число работающих баллонов требует больших площадей, связано со сложной коммуникацией и большим количеством соединений, являющихся очагами утечки хлора, а также нуждается в значительном числе обслуживающего персонала. Поэтому при больших подачах газообразного хлора для увеличения съёма его с баллонов и бочек более рационально применять обогрев их (воздухом, водой и т. д.) или проводить испарение хлора в испарителях-теплообменниках с внешним обогревом. При расчёта поверхности нагрева таких нагревателей п теплообменников можно пользоваться формулой14:
Qucn = — — (19)
гДе: Qucn—теплота испарения заданного количества жидкого хлора в к. кал.;
X—удельная теплота испарения в к. кал/кг;
т — количество испаряющегося хлора в килограммах, в час ;
8 — поверхность нагрева в м2;
t — время испарения в часах;
Т, — Т2— разность температур внешней среды и жидкого хлора;
К —коэфициент теплопередачи в к. кал (час через 1 м2 поверхности при разности температур 1°С.
Для расчёта по этой формуле необходимо знать величину К для каждого отдельного случая.
В нашей лаборатории автором совместно с А. М. Когановским и И. Т. Гороиовским экспериментально установлены и рассчитаны значения К для трех типичных случаев 17, а именно: для обогрева хлорного баллона в водяном и воздушном термостате и для нагрева хлора в прямоточном вертикальном трубчатом теплообменнике (см. рис. 106).
Рис. 106. Схематическое
изображение условий теплопередачи.
Как и следовало ожидать, испарение хлора в динамических условиях (в теплообменнике) происходит значительно интенсивнее, чем в статических.
Из приведённых данных видно также, что водяной обогрев даёт значительно лучший эффект, чем воздушный. Конструкции подогревателей для снятия больших количеств хлоргаза из баллона приводятся в главе IX-
Редуцирование газа
и регулирующие устройства хлоратора
Регулирующие устройства хлоратора, т. е. редуктор, микровентили, регулятор остаточного давления и др. являются весьма ответственными его частями. От их работы зависит в большой мере точность работы всего хлоратора. Вследствие этого расчету и правильному подбору таких устройств должно быть уделено особое внимание.
Факторами, определяющими нормальную работу этих механизмов, являются: для газоредуктора — величина заданного давления газа и величина газоподачп или мощность редуктора; для регулятора остаточного давления — сохранение установленного постоянного остаточного давления и обеспечение выпуска газа в заданных количествах; для микровентилей — плавная регулировка поступления хлора во всём диапазоне газоподач хлоратора.
Регулирующие устройства хлораторов изменяют количество поступающего хлора посредством дросселирования. При этом сечения отверстий изменяются пли автоматически (редуктор, регулятор остаточного давления) или приложением внешнего усилия (микровентплн) в зависимости от требуемой подачи газа и необходимого перепада давлений.
Принципиальные схемы регулирующих устройств хлораторов приведены на рис. 107.
/азореомтоь
°егулятор астаттнаго давления
Рис. 107. Схемы дроссельных устройств хлоратора.
вентиля
Из схем видно, что редуктор и регулятор остаточного давления принадлежат к автоматическим регуляторам мембранного типа, у которых изменение регулируемого состояния создаёт усилие, необходимое для выполнения соответствующего регулирующего действия18. Расчёт их в основном сводится к установлению пределов, в которых должно изменяться сечение отверстия для истечения газа при действующем перепаде давлений. Затем соответствующим подбором мембраны и пружины должен быть обеспечен ход клапана, отвечающий найденному изменению сечения.
Микровентплн, как видно из схемы, имеют ручную регулировку. Расчёт их сводится к нахождению проходного сечения, отвечающего требуемой подаче хлора, а также к обеспечению плавного изменения газоподачн, что достигается подбором шага винта на подающем шпинделе.
Механизмы регулирующих устройств должны быть изолированы от разрушающего действия хлора, что несколько усложняет их конструкцию.
Переходя к расчёту регулирующих устройств, необходимо отметить, что литературных данных по этому вопросу очень мало и часто приходится прибегать к их экспериментальной проверке.
к ••
пели для жидкости приращение живой силы струи (—) происходит под влиянием разности работ внешних сил, то для газов к этому еще добавляется работа расширения19-20. Причём, как для газов, так и для жидкостей ТГ=J 2pL, где L—работа, производимая газом или жидкостью. Исходя из этого положения и принимая, что газ при истечении расширяется адиабатически, приходим к двум случаям истечения, определяемым по величине критического соотношения (J, равного следующему выражению: 168
к
_2___У + 1
fc+ ij
(20)
где к — показатель адиабаты в уравнении Пуассона.
т-> Р-
в первом случае истечения, когда — > р, секундный расход газа (если
Pi
пренебречь входной скоростью) определяется формулой:
где: рг и рг — давления до и после дроссельного отверстия,
Yj — плотность газа перед дросселем,
/ — проходное сечение дроссельного устройства, дг — секундный расход хлора.
Повтором случае истечения, когда—<0, в узком сечении дросселя
Pi
б удет достигнута критическая скорость, которая не может быть превзойдена даже при повышении перепада давлений. Формула секундного расхода, газа принимает в этом случае следующий вид:
e~f]/ 1 — (22)
Для хлора (pmax = 0,47. »
Нами экспериментально была проверена газоподача хлора при разных перепадах давлений через дроссельные устройства, в которых изменение проходного сечения производится конусным клапаном21. Работа проводилась с обычным микровентилем хлоратора, присоединённым к дозирующему узлу, при помощи которого учитывалась газоподача хлора. Одновременно определялся перепад давлений в микровентиле по разнице между показаниями крайнего манометра дозирующего узла и атмосферным давлением. Результаты опытов приведены в табл. 33 и на графиках (рис. 108 п 109), составленных для практического использования.
Сравнение экспериментально полученных данных по истечению хлора с данными, найденными по формулам адиабатического истечения газов (21) и (22), показывает значительные расхождения (см. рпс. 110). Это, повидимому, объясняется тем, что истечение в данном случае происходит не полностью адиабатически, а также тем, что оно осложняется наличием в отверстии для истечения конической насадки, вызывающей появление' вихрей и оказывающей дополнительное сопротивление. Поэтому для точного расчёта дроссельных устройств необходимо основываться на экспериментальных данных, представленных на графиках (рис. 108, 109) и г табд. 33. Приведенные формулы можно рекомендовать лишь для приближённых подсчетов.
Эффект Джоуля-Томсона, т. е. охлаждение газа вследствие дросселирования, для хлора в тех интервалах давлении, при которых работай хлораторная аппаратура незначителен и, следовательно, обмерзания аппаратуры за счёт понижения давления газа в ней происходить не будет.
гж
Исходя из приведённых экспериментальных данных и должен производиться расчёт проходных сечений вентиля, газоредуктора и регу-
^озпподпиа хпооа Я г/час
Рис. 108. Сопротивление микровентиля Рис. 109. Сопротивление дроссельного хлоратора при разном открытии и газо- устройства с конусным клапаном при подаче. разных газоподачах.
лятора остаточного давления. Для вентилей подбирается шаг нарезок на подающем шпинделе, обеспечивающий плавное изменение газоподач.
Для редуктора и регулятора остаточного давления производится подбор механизмов, обеспечивающих автоматическую регулировку подачи газа.
Механизмы регулирующих устройств могут быть охарактеризованы такими величинами 1S:
Период давлении в ат.
——- Зкспериментальная кривая
—-----Кривая расчитанная по фор-
мяле для адиабатического истечения газов
Рис. ЦО. Сравнение экспериментальных данных по истечению хлора через дроссельные устройства хлораторов с теоретическими.
Pi и ?2—давления до и после дросселя при установившемся состоянии;
Ар.
и = —- — относительное отклоне-
‘ Pz
ние давления;
т = — степень открытия про
ходного сечения дросселя;
Ат р = ——------отклонение открытия
сечения от требуемой величины;
AQ
Т| = --отклонение количества
газа от требуемой величины.
Ясно, что чем меньше значение <р, р ИТ), тем больше чувствительность регулирующего устройства. Малая ве
личина р, р и т( указывает также на согласованность взаимодействия частей
всего механизма регулятора. При разработке редуктора и регулятора остаточного давления следует стремиться к возможно меньшему значению этих величин.
Газоредуктор и регулятор остаточного давления, как отмечалось раньше, должны пропускать определённое количество газа под определённым давлением. Требуемая газоподача и давление предварительно
’Г а б ли ц а 33
Сопротивление дроссельного устройства типа конического клапана микровентпля, редуктора и регулятора остаточного давления
Сечение прохода в мм2 Газоподача хлора в г/час Перепад давлений в мм рт. столба Сечение прохода в ММ2 Газоподача хлора в г/час Перепад давлений в мм рт. столба
so 34 5 315 35
80 7 20 455 110
0,8’» 215 1 030 2,39 595 175
240 1 400 730 280
2 60 1 7 05 780 285
180 280 325 15
390 540 465 • 50
1,30 । 430 790 2,77 । 600 95
535 1 050 740 145
«30 1 140 765 160
265 173 325 5
395 370 470 20
1, «7 520 570 3.27 600 50
6 5 0 760 735 80
710 84 5 76? (И)
305 70
t 4 4 0 205 — —
2,03 < 490 290 —• —— —
730 390 — —
880 4 40 — —
Прпмечаипе. Температура 19,5° С. Атмосферное давление 748,5 мм рт. столба.
регулируются вручную, причем после каждого изменения притекающего или вытекающего количества газа устанавливается равновесие между этими количествами13, а давление на некоторое время отклоняется от требуемого значения.
В работе редуктора и регулятора остаточного давления характерны следующие моменты. Если вытекающее количество хлора из газоредук-тора внезапно возрастает, то в нём мгновенно понижается давление и, благодаря увеличению перепада давлений во впускном сечении и уменьшению перепада на выходе, вновь устанавливается равновесие между притекающими и вытекающими количествами хлора. В этом случае регулятор должен медленно открыть дроссельное отверстие так, чтобы давление достигло желаемой величины. При уменьшении отбора газа процессы протекают в обратном порядке.
Увеличение притока хлора в регуляторе остаточного давления вызывает повышение давления в нем, вследствие чего возрастает перепад давлений, а соответственно и скорость вытекания хлора на выходе, и уменьшается перепад давлений на входе. Благодаря этому вновь устанавливается равновесие между притекающими и вытекающими количествами хлора. Регулятор при этом должен медленно открыть дроссельное отверстие и снизить давление до нормы. При уменьшении поступления хлора процессы протекают в обратном порядке.
Импульсы в колебании давления в этих регуляторах воспринимаются серебряной мембраной, связанной с клапаном, регулирующим проходное сечение дросселя. Давление газа на мембрану в них уравновешивается (так называемая разгрузка мембраны) регулировочной пружиной.
При равновесном состоянии мембрана находится под действием усилий:
PA=f(h + TJl (23)
где: р — избыточное давление хлора в кг/см2;
А— эффективная площадь мембраны в см2;
f — измеряемый прогиб мембраны в мм;
h — жёсткость мембраны в кг/мм;
Н — жёсткость пружппы в кг/мм.
Пружины подбираются для регуляторов, исходя из следующих расчетных формул для цилиндрических пружин:22 допустимое усилие
nd3 As
максимальный прогиб
,_64№ Р_____4Рпг’’ R
’ di ' 'G~~ d~ 'G’
где: с? — диаметр проволоки;
г—радиус пружппы до осп проволоки;
п — число витков пружины;
G — модуль сдвига;
Rs — допустимое напряжение на скручивание.
В отношении подбора мембран твёрдо установленных данных в литературе не имеется. Известно лишь 21>23,24, что жёсткость металлических мембран возрастает с уменьшением диаметра и увеличением толщины, а также зависит от материала, качества и степени его закалки и т. д. Жёсткость является также функцией прогиба, т. е. с увеличении м кривизны мембраны она возрастает.
Работоспособность металлических мембран (сила, умноженная на перемещение) невелика. Максимальный ход центра мембраны без остаточной деформации не превышает 2 мм.
Наибольшей чувствительностью обладает плоская мембрана, однако под влиянием перегрузок в ней получаются остающиеся прогибы. Поэтому металлическим мембранам в большинстве случаев сообщается напряжение, направленное от середины к краю путем устройства концентрических желобков — гофр. Под действием э>)го напряжения мембрана стремится вернуться в исходное положение, так как края крепко 172
зажаты. С увеличением глубины гофр жёсткость и допустимый прогиб мембраны уменьшаются.
О величине прогибов гофрированных серебряных мембран и действующих при этом усилий можно судить по нашим экспериментальным данным'21, полученным при испытании двух типов (с равной глубиной и формой гофр) серебряных мембран (рис. 111).
Экспериментальные данные прогиба мембран
Мембрана, образец № 1
Давление газа па Прогиб мембраны
мембрану в кг/см2 в мм
Давление газа на мембрану в кг;с.м-
Мембрана, образец X 2
Црогиб мембраны в мм
0,060
0,160 0,205 0,270
0,2 6 0,33 0,38
о i;;
Данные о прогибе таких мембран под действием равномерно распределённой нагрузки (давление газа) приведены в табл. :А.
Для обеспечения большей равномерности работы мембран в регуляторах центр мембран закрывается жёстким диском, служащим одновременно опорой для пружины. На прогиб в этом случае работают лишь края мембраны. Эластичную часть редко делают меньшей, чем 20% от полного диаметра мембраны. Активная поверхность составляет при этом около-% от всей поверхности. °
Измерение расхода хлора
Учёт количества хлора, протекающего- через хлоратор, осложняется тем, что хлор является очень активным газом. Поэтому в качестве измерителен могут быть применены лишь механизмы, не содержащие легко корродирующих частей. Здесь неприменимы такие ротационные измерители, как газовые часы, анемометры или пневмометрпческле измерители, сконструированные по типу трубок Пито и т. и.
В практике хлорных производств для учёта количества протекающего хлора обычно пользуются ротационными газомерами с поплавком, в хлораторыой же аппаратуре применяются объёмные и дроссельные измерители.
Объёмное измерение хлора в хлораторах
Образец Ш
Pee.jll. Опытные мехбра-
советских конструкций используется, главным вы п схема пх нагрузки, образом, в порционной аппаратуре. В некоторых
иностранных конструкциях (хлоратор системы Орнштейна, Уоллес и Тирнен, Петерсен) объёмный метод учёта хлора применён н для непрерывно
НI Ы ГГ^2
рости его течения, а значит и мерилом
Рис. 112. Схемы измерителем для учета протекающих количеств газа, работающих на принципе сужения питона.
действующих аппаратов в пульсирующих ’и пузырьковых измерителях.
Наиболее прочное место в хлораторах разных конструкций завоевал метод учета хлора по принципу искусственного сужения потока газа прп помогай дроссельного устройства и измерения происходящего при этом перепада давлений.
Величина разности давлений, зависящая от геометрических размеров сужения, величины струи и от природы газа, служит мерилом ско-количества газа, протекающего через поперечное сечение в единицу времени. Принципиальная схема таких измерителей, работающих по типу реометра, приведена на рис. 112 (а и б).
В измерителях «а» газ дросселируется от давления р, до некоторого остаточного давления р2. Перепад давления фиксируется при малом значении pj—р2 жидкостным диференциальным манометром, а при большем значении — с помощью двух металлических манометров, установленных до и за капилляром.
В измерителях «б» истечение газа происходит в среду
с постоянным давлением. В этом случае необходимо измерять лишь избыточное давление газа до капилляра при помощи жидкостного или металлического манометра и иметь данные о величине избыточного давления среды.
В зависимости от применяемых в измерителях размеров капилляров и типов манометров изменяются п расчётные формулы для истечения газов. Во всех случаях необходимо экспериментально проверять пригодность теоретических формул для того или иного типа измерителей.
Прп длинных и узких капиллярных трубках и малом перепаде давлении. измеряемом жидкостным дифференциальным манометром, для учёта количества протекающего хлора может быть применена формула ПуазеЙля25: у р.,
где: : ~ количество хлора, проходящего через капилляр в единнпу времени;
— перепад давления в капилляре;
т(—динамическая вязкость, равная для хлора 147 х10~® г/см-сек.: / — длина капилляра;
г — радиус капилляра.
Для определения количества хлора в весовых единицах формула (26) может быть преобразована следующим образом;
гдс:а =-----кинетическая вязкость хлора;
1
— плотность хлора, равная 3,214 г/л.
При пользовании этой формулой необходимо учитывать,- что она дарт правильные результаты лишь при ламинарном потоке газа в капилляре и при небольших значениях-^-, когда можно игнорировать сжимаемость газа.
Так как вязкость газов в широких пределах не зависит от давления, то объём хлора, протекающего в единицу времени при определённой разности давлений до и ва капилляром, будет одинаков при разных остаточных давлениях. Скорость истечения хлора увеличивается на 0,1% при повышении температуры на 2° С.
В случае замены индикаторной жидкости в диференциальном манометре следует пользоваться формулой2®:
= (28)
71
где: v — скорость истечения хлора в л/час;
у — удельный вес индикаторной жидкости.
Удельные веса жидкостей, применяемых в качестве индикаторной жидкости для диференцпального манометра при работе с хлором, приведены в табл. 35.
Таблица 35
Удельные веса жидкостей, применяемых в измерителях хлораторов
,, > дельныи
Наименование жидкости | вес
!
Петролейный эфир.......; *’,66
Бензин.................j и, 74
Парафиновое мз* .г<< . . . . 0,88
Вода...................1,00
ЧстыреххлорпетыЛ угле- ; род....................1 1,63
Серная кислота.........> 1,84
ртуть при пуедохр.;г.-енпи j слоем Пырафпв'Люго ; масла..................i *3,56
Несколько иная зависимость получается, если в измерителе применяется в качестве дросселя короткий i -"пплляр. В этом случае математическое выражение скорости истечения практически несжимаемых жидкостей в своём наиболее общем виде может быть представлено формулой 28:
G = 0-tY‘igh-; г'час, (30)
где: а — коэфициент истечения газа, установленный экспериментально;
/ — сечение капилляра;
А — разность давлений до и за капилляром;
у — удельный вес газа.
Г' Р“>
Если — имеет малое значение, то для газов в приведённые формулы Pi
вводится еще так называемый коэфипиент сжатия £.
Формулы (29) и (30) легко могут быть выведены из уравнения Бернулли, основанном на принципе сохранения энергии в движущемся потоке жидкости или газа.
Коэфициент истечения а должен быть определён экспериментально, так как математическое определение его с необходимой для измерений точностью невозможно. Величина коэфициента истечения определяется-5:
а) плотностью среды у,
,< „ „ ?в наименьшем сечении сужения;
о) вязкостью среды т)2/ J ’
в) скоростной характеристикой потока 1У2;
г) диаметром сужения d2;
д) диаметром газопровода d*;
е) шероховатостью стенок газопровода.
Значение коэфициента истечения удобно выражать как функцию от числа Рейнольдса, что позволяет, используя закон подобия, производить расчет дроссельных устройств разной производительности. Кроме того, величина коэфициента истечения зависит также от соотношения
d?
йх
, а коэфициент сжатия от р,—рг.
Критерий Рейнольдса для сужения можно выразить
в виде:
/?е = ^3. (31)
Практикой работы с диафрагмами установлено, что для чисел Рейнольдса, больших некоторой предельной величины, коэфициенты расхода дроссельных приборов не зависят ни от диаметра трубопровода, ни от скорости измеряемой среды и её расхода, ни от рода этой среды и её параметров и лишь находятся в функциональной зависимости от от-d.-,29
ношения-- . При этом по данным Ходгсона величина коэфициента «1
d.,
при -^<ф0,7 почти постоянна.
«1
Исходя пз этого, а также учитывая, что отношение диаметра капилляра, являющегося дросселем, к диаметру газоходов в хлораторе значительно меньше величины, даваемой Ходгсоном, мы разработали способ учёта количеств хлора в условиях больших перепадов давления. Нами был сконструирован дроссельный измеритель, в котором перепад давления до и после капилляра измеряется металлическими манометрами, что обеспечивает достижение предельных чисел Рейнольдса.
В результате проведённых экспериментальных работ30 по истечению хлора из капилляров были составлены таблицы хлороподачи для практической работы с хлораторами типа ЛК, имеющими такой измерительно-дозирующий узел. Полученные данные по истечению хлора через капилляры изображены графически на рис. 113. Анализ этих данных позволил установить, что при постояв-
ной разности давлений, линейная скорость истечения хлора через капилляр в измерителях такого типа постоянна и количество вытекающего в единицу времени хлора пропорционально квадрату диаметра капилляра. Последнее удобно выразить в виде следующей формулы:
где:^ и d2 — капилляры разных диаметров, Qj и Q2 — соответствующие им газоподачи.
Рис. 113. Данные о скорости истечения хлора через капилляры диаметром 0,2: 0,4; 0,6 и 0,8 мм.
Применяя формулу (32), можно легко установить подачу хлора при помощи измерителей с металлическими манометрами, если известен диаметр капилляра и газоподача через какой-нибудь калиброван
ный капилляр в заданных условиях. Имея же данные о газоподаче через капилляр неизвестного диаметра, можно вычислить и диаметр, самого капилляра. С помощью этой же формулы можно пересчитывать все газоподачи на капилляр одного диаметра. Экспериментальные данные по истечению хлора через капилляры разных диаметров, приведённые на рпс. 113. прп пересчёте их на капилляр днамет-
Рпс. 114. Данные пересчета скоростей истечения хлора к капилляру дпа.метром 1 мм.
ром 1 мм дают семейство на-
к гадпвающихся друг на друга кривых (рис. 114').
При пселедовашш данных, приведенных к капилляру диаметром 1 мм в логарифмических координатах (рис. 115), установлена зависимость между величиной подачи хлора и разностью давлений. Последнее позволило вывести общие формулы по истечению хлора в завпеи мости от диаметра капилляра и разности давлении^1. Выведенные ф>р-мулы имеют следующий вид:
12 Л. A. Kycibcuiui
177
Газоподача в t/час
Уис. 11Ь. Зависимость скорости истечения хлора от разности давлений до и за канил-ляром диаметром 1 мм.
для разности давлений 0,1—1,1 ат
Q = 210(W2/Ajr, (33')
для разности давлений 1,1—2,0 ат
Q = 21004’^ (Др7. (33^
где: Q — газоподача в г/чао;
d — диаметр капилляра в мм;
Др — разность давлений до и за капилляром в ат.
Наличие двух формул для истечения хлора объясняется тем, что при разности давлений 1,1 ат скорость потока хлора в капилляре достигает критической32, т. е. скорости звука, равной в хлоре 205,8 м/сек.
Формулы (33 ) и (33 ) были выведены для условии, при которых остаточное давление за капилляром 0,3 атмосферы, барометрическое давление 750 мм рт.столба и температура 15° С. При работе хлоратора в других условиях нужно вводить поправочный коэфициент /,33, и тогда газоподача будет определяться следующим экспериментально проверенным уравнением:
Qdeiicme'=-'jQmap\ (>И)
, / одейств _ / рдейств / Ттар
V Отар V ртар г I действ
где: ртда , р тар* Ттар— плотность хлора и абсолютные значения остаточного давления и температуры, при которых градуирован измеритель;
Qmap — соответствующая этим условиям газоподача;
рэейств, Рдейств и Тдейств — плотность хлора и абсолютные значения остаточного давления и температуры при дозировании хлора;
Чдейств — действительная газоподача хлора.
Изучение влияния длины капилляра на скорость истечения хлора показало, что изменение длины капилляра от 0,3 до 1,0 см не оказывает существенного влияния. Увеличение же длины последнего до 3 см привело к преуменыпённым результатам. Проведённые исследования показали, что в практике пользования хлораторами длина капилляров (в хлораторах длина капилляров 3 мм) не имеет значения, особенно при больших диаметрах последних.
На основании приведённых формул для работы с дозирующими устройствами, снабженными металлическими манометрами типа ЛК, автором, совместно с М. А. Шевченко и И. Т. Горо’новскнм34, составлены номограммы, позволяющие определять подачу хлора в разных условиях (см. главу IX).
Несколько сложнее обстоит дело с измерителями, в которых для учёта перепада давления, создаваемого капилляром, применены жидкостные диференцпальные манометры.
В этом случае ввиду малого значения градиента давлений
,7
—— длина капилляра) оказывают оолыпое значение силы внутреннего трения, которые приводят к непостоянству коэфпциепта истечения.
Специальных исследовании по измерителям такого типа в литералу! е не приводится, и поэтому для каждого отдельного образца необходимо производить градуировку.
Нашими исследованиями установлено, что для таких измерителей, при замене индикаторной жидкости, подача газа изменяется пропорционально квадратному корню из плотности индикаторной жидкости. При изменении условий работы проградуированного измерителя для установления действительной газоподачи можно пользоваться формулой (34).
В порционных хлораторах объёмное отмеривание хлора может быть осуществлено с помощью двух типов отмеривательных приборов: жидкостных и сухих.
42* 47»
Работа приборов первого типа (рпс. 1161 основана на следующем принципе: цилиндр определённой ёмкости, градуированный в долях литра, вначале заполняется водой пз сообщающегося сосуда или засасываемой из резинового резервуара; после этого он наполняется хлором до заданного деления путем вытеснения соответствующего объёма воды.
Рис.. 116. Схема жидкостных порционных измерителей хлора.
Рис. 117. Схема сухого измерителя хлора.
Зная вес единицы объёма хлора, можно определить весовое количество отмеренного газа.
Так как аппаратура подобного типа может быть изготовлена только из стекла, отмеривание хлора в ней производится под атмосферным дав-
лением.
Приборы подобного типа достатки, заключающиеся в
имеют значительные принципиальные петом,
Рис. 11S. Чистота отмериваемого газа в зависимости от числа «промывок».
что при отмеривании газа не учитывается изменение удельного веса хлора е изменением атмосферных условий, и изменение растворимости хлора вводе при разном давлении, создающемся в хлороизме-рителр при отмеривании.
При односторонних отклонениях погрешность, даваемая аппаратом может превысить допускаемые пределы.
Сухие отмерительные устройства типа ЛК для хлора состоят (рис. 117) из металлического цилиндра <• укрепленным над ним манометром системы Бурдона с серебряной пружиной.
Наполняя огмерительпый цилиндр до определенного давления хлором и выпуская газ до некоторого остаточного давления (обычно (1.5 атм.), мы можем отбирать любые количества хлора. Во избежание адиабатического расширения газа, выпуск хлора производится через капилляр со скоростью не выше 2 г в минуту.
Перед дозированием от.мерительныи узел должен быть «промыт» хлором для удаления имеющегося в узле воздуха, искажающего результаты отмеривания. Как видно пз графика (рис. 118), количество
промывок, исходя из закона Дальтона, а также из полученных памп экспериментальных данных35, должно быть не меньше трёх.
Расчёт отмеренных количеств газа может производиться несколькими путями зв>37. Использовать для этого можно закон Бойля-Мариотта, уравнение Ван-дер-Ваальса и характеристическое уравнение состояния газа с коэфициентом сжимаемости.
Согласно уравнению Ван-дер-Ваальса для любого количества газа:
(р + ^)(И-пЬ) = ЛГ, (35)
где: р—абсолютное давление реального газа в атмосферах;
п — количество молей газа, равное ~ (д — вес заданного объёма хлора в г, М — молекулярный вес хлора);
а и b — константы Ван-дер-Ваальса (соответственно равные для хлора 6,50-10® и 56,2);
В — универсальная газовая постоянная, равная для хлора 82,1 атм.-еч3 моль.градус;
Т — абсолютная температура;
V — объём газа.
Составив два уравнения — одно для начального, а другое для конечного давления в отмерительном узле при постоянных V и Т, — можно из них найти величину Q = — <?2> отвечающую отмеренной дозе хлора.
Эту же величину можно найти, исходя из уравнения состояния газа, написанного в следующей форме:
pV=CnRT, (36)
где: G — коэфициент сжимаемости, зависящий от температуры, давления и рода газа, г»— количество молей газа.
Значение коэфициента сжимаемости при нормальных условиях ^С„) вычисляют, пользуясь соотношением:
М du -22412’
(37)
где dH — плотность хлора в граммах на литр при 0° С и 760 мм рт. столба, равная 3,214 г/л. Этой же формулой можно пользоваться и в других случаях.
Преобразуя уравнение (36). получим удобную для расчета формулу:
(38)
1 i\ С । 2 ’
Наиболее простое выражение для расчёта получается при использовании термического коэфициента расширения хлора; допуская, что газообразный хлор при изменении давления в небольших пределах подчиняется закону Бойля-Мариотта, имеем:
_ — Pi)
- //O(l + W’
(39)
где: Q — количество отмеренного хлора в мг;
V — объём отмерительного узла в см3;
р0 — удельный вес газообразного хлора, равный при 0° и 760 мм рт. столба .3.214 мг/см3;
Pi—начальное давление в от мерительном узле в ат.;
р.,— конечное давление в отмерительном узле в ат.;
1/0—нормальное атмосферное давление, равное 1,033 ат.;
jj —термический коэфициент расширения газообразного хлора, равный в пределах от 0 до 100° С—0,00383;
t — температура помещения при- отмеривании.
Так как хлор выпускается из отмерителыюго узла с давлением несколько выше атмосферного, то показания барометра из расчётной фор-
Началыюе давление 6 ^яеритель/ея иле в арпм.
Риг. 119. ОтклоН'Чшя от расчетных данных, пол}'чаюгциося при работе с порциопнмч измерителем.
мулы исключаются и контрольными приборами служат лишь манометр и термометр.
Несмотря на различный подход к расчёту отмеренных количеств газа, все три приведённые формулы дают довольно близкие результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными33, что видно из графика на рис. 119.
В дальнейшем для расчётов принята формула (39), на основании которой составлена номограмма31 для практической работы с порционными измерителями такого типа (см. главу X).
Практика работы с сухими пор
ционными измерителями показывает, что, применяя металлические манометры < допусти, мой по ОСТ’у погрешностью, можно легко обеспечит!. >зпрование хлора с точностью до 10%, а при больших дозах — до 5%.
Данные о применении дозирующих устройств хлораторной аппаратуры для контроля расхода других газов, используемых в технике водоснабжения
Применение описанного выше принципа учета хлора, невидимому, является рациональным также для контроля и дозирования других газов, используемых при обработке воды и н<- имеющих у нас специальной аппаратуры.
К таким газам относятся аммиак, сернистый ангидрид и некоторые другие. Весьма возможно, что этот метод учёта газа найдёт себе место и в других областях промышленности, применяющих компримированные ГЭ.ЗБ1.
В литературе приведён ряд формул, устанавливающих зависимость между скоростями истечения газов, их плотностью и вязкостью. Так, по закону Грехема 25,38 основанному на кинетической теории газов, для случаев истечения, позволяющих игнорировать величину трения газа о стенки, скорости истечения газов из небольших отверстий при равных 182
к
давлениях обратно пропорциональны корням квадратным из их плотностей:
с,
(40)
где: (71 и (72 — скорости истечения газов в см/сек, фиф — плотности газов в г/см3, Mi и М2— молекулярные веса газов.
В случае длинных капиллярных трубок, в которых сказывается влияние вязкости газов25,26 при одинаковых давлениях и диаметрах капилляров, скорости истечения газов обратно пропорциональны их динамическим вязкостям:
21 = ^, (41)
vi ’ll
где: v1 и v2 — скорости истечения газов в см8/сек,
г(1 и т12 — динамические вязкости газов в г-сек/см.
Пользуясь этими формулами и имея точные данные по истечению хлора через капилляры при работе с измерителями типа ЛК, нами были вычислены и экспериментально проверены коэ-фициенты для СО2, NH3, SO2, О2 и других газов31. С помощью этих коэфицпентов может быть определена их газоподача по формуле:
Q.’ = KQx, (42)
где: К — коэфициент пересчёта;
Qx — газоподача хлора;
Q., — газоподача пнтересующег
100 200 300 400 ' 500
Разница даёлений 5 ни ртутного столба.
Рпс. 120. Экспериментальные данные истечения газов через капилляры разных диаметров (~0,3; ~0,6; ~0,8 мм).
нас газа в условиях, соответствую-
щих истечению хлора.
Полученные нами экспериментальные данные по истечению упомянутых газов через капилляры разных диаметров при определенной разности давлений приведены на рпс. 120. Пз графика видна полная аналогия между кривыми истечения хлора и этих газов.
На рис. 121 приведены кривые пересчёта газоподач указанных газов на капилляр диаметром 1 мм. Характер кривых и в этом случае одинаков с кривой для хлора, что говорит о пригодности формулы (32) для расчёта газоподач других газов.
Полученные данные, как и следовало ожидать, для измерителей типа ЛК (рис. 122) соответствуют коэфицнентам пересчёта, вычисленным по формуле (40).
В табл. 36 приведены значения коэфициентов пересчёта газоподачи хлора на газоподачу других газов.
Таблица 36
Коэфициенты для расчёта газоподач некоторых газов по газоподаче хлора
Наименование газа
Коэфициент пересчета
Аммиак .........
Азот..............
Кислород..........
Углекислый газ . . . .
Сернистый газ.....
Хлор .............
В случае применения жидкостных измерителей для дозирования этих газов следует ожидать иной зависимости [возможно близкой к формуле (41)],
так как здесь трение в капилляре играет большую роль. Для таких измерителей в каждом отдельном случае необходимо экспериментально проверить газоподачу.
Теоретические основы абсорбционных устройств хлоратора
В технике существует большое количество аппаратов для непрерывного растворения газов в жидкостях.
Применение их в тех или иных областях обусловливается требованиями, предъявля-мыми технологической схемой.
По ходу материальных потоков такие абсорбционные аппараты делятся в основном на две группы: аппараты с противотоком жидкости и газа и аппараты с параллельным их потоком.
Рис. 121. Кривые истечения газов через ^-е касаясь преимуществ капилляры диаметром ~0,3; ~0,6 и ~0,8 мм, этих аппаратов, необходимо пересчитанные на капилляр диаметром 1мм. отметить, ЧТО аппаратура первого типа применяется обычно при селективной абсорбции газов, в
случаях необходимости получения высоких концентраций газа в жидкой фазе, когда поглощение газа сопровождается сильным разогревом
жидкости и 1<‘к далее.
£ В
Рис. 122. Сравнение экспериментальных коэфициентов с теоретическими, рассчитанными по плотности и вязкости.
на поступаю-
или энер-
Аппараты второго типа применяются для поглощения концентрированных газов, имеющих малый температурный коэфициент растворения и пр.
По принципу действия абсорбционные аппараты могут быть разделены на оросительные (с насадкой и без насадки), в которых жидкость распределяется внутри газа, и барботажные, где газ распределяется внутри жидкости. Отдельно стоят поверхностные поглотитель-' ные установки типа целлариусов и турилл.
В последнее время замечается стремление использовать в качестве абсорбционных и смесительных устройств форсунки, инжекторы, струйные насосы 11 ДРУгие приборы, работающие энергии,
щей под давлением жидкости, гии компримированного газа.
В хлораторной аппаратуре для абсорб-
ции хлора водой нашли себе применение из перечисленных устройств, главным образом, аппараты без насадки, с механическими распылителями и параллельным поступлением газа и жидкости, а также инжекторы и водоструйные насосы. В некоторых конструкциях применены оросительные колонки (см. хлоратор ~ автора первой конструкции) с коксовой или керамической насадкой при противотоке газа п жидкости.
В настоящей главе приводятся некоторые данные к расчёту смесительных устройств наиболее распространённых в СССР напорных хлораторов, а также основные принципиальные положения по вопросу использования для смешения хлора с водой водоструйных насосов, получивших применение в вакуумных хлораторах.
Исходя из некоторых аналогий между явлениями абсорбции и теплопередачи (рис. 123), можно основные зависимости процесса абсорбции газа жидкостью выразить математически39.
Количество газа G, прошедшее через поверхность F за время t из основной массы газового потока с парциальным давлением газа р к его поверхностной плёнке на границе раздела фаз, где парциальное давление «. равно;
G = KsFt (р —р-), (43')
где К2 — коэфициент диффузии для газовой среды.
«Петерсен»
хлоратор
газ р
граница
раздело фаз
Pi ТГ
Сж 1 Жадности
Рис. 123. Схема процесса абсорбции газа жидкостью.
и
Количество газа, прошедшее через ту же поверхность и за то же время из пограничного слоя жидкости, где концентрация газа равна С,, в слои глубинные с концентрацией Сж равно:
G=КЖП - Сж), (43")
где Кж — коэфициент диффузии в жидкости.
Если течение процесса абсорбции выразить через парциальные давления, учитывая, что по закону Генри Сж = Нрж, где Н — коэфициент пропорциональности, то уравнения (43') и (43") можно свести к одному аналогичному уравнению теплопередачи:
G~K-Ft(p — рж). (44)
В приведённом уравнении К— -j—* представляет собой общий К^НКЖ
коэфициент абсорбции, учитывающий суммарное сопротивление обеих пограничных плёнок.
Анализ формул (43' ), (43") и (44) показывает, что скорость абсорбции пропорциональна: поверхности контакта газа и жидкости, разности парциальных давлений (или концентраций) между глубинным и поверхностным слоем и коэфициенту абсорбции, т. е. она обратно пропорциональна толщине пограничных плёнок и прямо пропорциональна скорости обновления поверхностных слоев границы раздела фаз.
Числовое значение коэфициента абсорбции зависит от многих факторов. Из пих главные, форма абсорбционной установки и насадки в ней, скорость и характер движения жидкости и газа, парциальное давление газа, температура, плотность и вязкость жидкости и т. д. Величина его для каждого отдельного случая устанавливается экспериментально*.
Из приведённых формул (43'), (43") и (44) также видно, что одним из важнейших путей интенсификации процесса абсорбции является возможно большее развитие поверхности соприкосновения фаз, достигаемое для оросительных устройств без насадки, распылением жидкости на возможно меньшие частички. О значении величины диаметра частиц для развития активной поверхности можно судить по следующим простым подсчётам46: если при распылении F м3 воды образуется п капель
«Р тг 6V
с диаметром а м, то;----п=ум3, откуда п —-------. Поверхность же
v ~ds
6V шаровидных капель равна F — iwFn м2 и, следовательно, F — — .
d
Таким образом, развитие поверхности соприкосновения газа и жидкости находится в прямой зависимости от величины частиц, на которые
* Проблема изучении скорости растворения газов в жидкости имеет большое практическое значение, далеко выходящее за пределы вопросов хлорирования воды. Теории абсорбции газов в настоящее время посвящен ряд работ ", ", ", ". Наиболее интерес-
ные представления о механизме абсорбции выдвинуты Уитменом “ и Миямото ,s. Уитмен, основываясь на теории гетерогенных процессов, предложил диффузионную двухпленочную теорию абсорбции. Миямото, не соглашаясь с основными положениями диффузионной теории, разработал свою теорию абсорбции, исходя из молекулярно-кинетических соображений, используя аналогию между абсорбцией и процессами испарения и конденсации.
Рис. 124 Схема работы смесительного устройства.
диспергируется жидкость распылительным устройством, и чем меньше величина этих частиц, тем больше развита поверхность.
Такое тонкое распыление жидкости в абсорбционных аппаратах без насадки достигается при осуществлении под давлением одновременно поступательного и вращательного движения в момент вылета ее из отверстия (механические форсунки47, дюз Кертинга48) или резким изменением движения жидкости вследствие удара струи о стенку или встречную струю (дюз Ленерта48, наконечник Жапи).
Широко распространены также распылители центробежного типа, в которых жидкость распыляется при помощи быстро вращающихся дисков, конусов (волчок Келлера48, горизонтальный скрубер49) и турбинок (турбинка Петерсена48), но для абсорбции активных газов применение их очень ограничено.
В смесительных устройствах советских конструкций напорных хлораторов для распыления водопроводной воды, находящейся под давлением, используются первые два принципа. Действие их в основном сводится к следующему (рис. 124): водяной струе при помощи насадки со спиральной нарезкой — вихрителя — сообщается вращательное движение. Быстро вращающаяся водяная струя ударяется об утолщение на трубке, по которой поступает хлор, и в виде тонкой водяной пелены (с обновляющейся вследствие вращательного движения поверхностью) падает на стенки цилиндрического абсорбционного сосуда. Падая под определённым углом на стенку и обладая большим запасом кинетической энергии, водяная пелена отражается внутрь абсорбционного сосуда и вследствие резкого изменения направления движения
частицы и струйки, омывающие трубку для хлора.
Смесительные устройства некоторых типов напорных хлораторов (системы инж. Ремесницкого) не имеют специального вихрителя, и вращательное движение струе сообщается тангенциальным подводом воды к головке.
Хлор в реакционное пространство смесителя поступает через головку и трубку с эллипсообразным утолщением и движется параллельно с поступающей водой, заполняя свободные пространства внутри цилиндра. Вода, поглотившая хлор, выходит из смесителя через нижнее отверстие. Во избежание прорыва наружу хлора, не успевшего раствориться, выпуск хлорной воды регулируется так, чтобы над выводным отверстием все время сохранялся водяной затвор.
Имеющийся в воде запас кинетической энергии, вследствие окружной скорости или гидравлического удара, расходуется на преодоление сцепления между частицами воды и на рассеивание их в пространстве (дисгрегация жидкости) Чем большей кинетической энергией обладает частица воды и чем меньше сопротивление в приборе, тем эффект
распыляется на мелкие
у — число
№
Рис. 125. Вертикальная и горизонтальная составляющие скорости в струе воды, выходящей из вихрителя.
распыления значительнее и абсорбционные качества такого поглотительного прибора лучше. Скорость, с которой проходит вода по каналам вихрителя, определяется формулой47:
^“х/бО-бО.ЮОО М^сек’ -45)
В приведённой формуле:
Q — количество воды в кг/час, поступающей под некоторым давлением р,
f — поперечное сечение каналов нарезки в мм2, )в нарезки.
Эта скорость v направлена (рис. 125) под углом а к горизонту, где а — угол наклона нарезки в вихрителе.
Разложив вектор скорости на горизонтальную и вертикальную составляющие, имеем:
vx = vcosa, (46')
Vz = vsina. (46'')
Вращательной скоростью является скорость vx . Под действием ее в витке воды возникает центробежная сила рц> равная:
niv-, ,,
рц=-^, МО
где: т — масса воды,
R — средний радиус нарезки.
Эта центробежная сила зависит от шага винта. Чем шаг меньше, тем рц будет больше, но одновременно возрастает и трение в насадке и, следовательно, происходит большая потеря напора.
Чтобы не было отдельных пучков распылённой жидкости, а получался сплошной факел, в распылителе дается еще кольцевой зазор вокруг трубки для подвода хлора. Отдельные струйки из нарезки, сливаясь с пеленой из кольцевого зазора, сообщают ей вращательное движение, и дают водяной конус с некоторой потерей скорости и отклонением вектора скорости вовнутрь факела.
В распылителях, не имеющих нарезки, вращательная скорость, а, следовательно, и центробежная сила возникает вследствие эксцентричного подвода воды к распылителю.
Частица жидкости с массой ш, выходящая из канала распылителей описанных типов, находится под влиянием. 1) скорости д t, обусловливаемой силой тяжести, и 2) скорости г, направленной под углом 2 к горизонту, т. е. мы можем рассматривать эту частицу как тело, брошенное с некоторой высоты с начальной скоростью v под углом з. Пз теоретической механики известно, что в этом случае траекторией полёта такой частицы будет парабола, которая выражается уравнением:
Обычно при исследовании распылителей подобного типа за параметры, характеризующие их работу, принимают угол при вершине водяного конуса-факела и длину факела, приравнивая ее к длине, дальше которой преобладают уже силы пцпяженвя (дис. 126). Чем больше угол 188
при вершине факела и длина самого факела, тем условия для распыления лучше, что вполне согласуется с вышеизложенным.
Московским научно-исследовательским институтом водоснабжения и сантехники (ныне — ВОДГЕО) было испытано при избыточном давлении воды 0,5—5 ат до 30 конструкций советских и иностранных распылителей, работающих на аналогичном принципе60.
Опыты показали, что длина факела 1 растёт с увеличением давления воды Р. Получается прямолинейная зависимость типа:
I — а -ф- ЬР, (4“;
где: а и Ъ — опытные коэфициенты.
При этом I увеличивается по мере увеличения диаметра сопла. Установлено также, что угол при вершине факела является функцией давления
воды и диаметра сопла, а именно:
а) угловой размер факела fl растет с увеличением диаметра отверстия сопла d;
б) тот же угол увеличивается с ростом давления воды Р;
в) с увеличением диаметра отверстия сопла возрастание ’ в зависимости от увеличения Р падает;
г) при известном критическом диаметре сопла угол 3 делается йостоянным, не зависящим от
давления воды; после перехода через этот критический диаметр угол имеет тенденцию падать с ростом Р.
Указанная функциональная зависимость угла j от d и Р носит прямолинейный характер и может быть представлена формулой:
? — Bad + (А& 4- 8i,d, )Р,
Рис. 126. Схема вольного конуса-факе. ia.
образуемого распылителем .
(50)
где Ва, Аь и Вь — числовые коэфициенты, зависящие от конструкции распылителя.
Критический диаметр сопла находим из формулы (50). Для этого берём производную по Р и приравниваем её 0, т. е.:
4,^'- B^d О,
откуда . Аь
Исследование кривых структуры факела в отношеппп плотности орошения показывает, что подобные распылителя дают максимум распыления на краях и минимум в осевой части факела. Это подтверждает целесообразность установки трубки, подводящей хлор, в центре водяного факела, так как она не искажает работы самого распылителя, а выходящий из трубки хлор, расширяясь. дг'.гл:о'.’ пройти полосу инт ,г-сивного орошения.
Имеющееся на трубке для хлора, эллппсообразное уширение уве.т-,-чивает угол водяного конуса и направляет водяную пелену на стен: л смесителя, от которых она отражается уже в распылённом состоянии.
Об усилиях, имеющих место ири ударе жидкости о сгенку, можно судить по величине давления струи на встречаемые ею препятствия. Из гидродинамики известно22, что давление струи на выпуклую
поверхность типа эллипсообразного уширения на трубке, подводящей хлор (рис. 127 случай «а»), выражается формулой:
P=fQv(i — cos ₽).
(51)
Давление струи жидкости на плоскую пластинку, размещенную под ' , случай «б»), можно выразить формулой;
Р= pQ.p-Sin а. (52)
В приведённых формулах: р — плотность жидкости, Q — количество поступающей жидкости,
v — скорость поступающей жидкости.
Таким образом, чем больше угол - падения воды на стенки цилиндра Рис. 127. Схема гидравлического удара смесителя, т. е. чем больше угол при струи жидкости о препятствия. вершине водяного конуса, образуемого вихрптелем, и чем больше скорость водяной струи, обеспечиваемая напором и живым сечением вихрителя, тем следует ожидать большего эффекта распыления.
Производительность распылителей типа механических форсунок по исследованиям ВОДГЕО50 определяется формулой:
W=K-dPn,
(53)
где: К — коэфициент, устанавливаемый экспериментально,
п — показатель степени, постоянный для данного распылителя,
Р — давление воды в атп,
d - диаметр выводного отверстия для воды в миллиметрах.
Эта формула вполне пригодна и для расчёта вихрителей смесительных устройств хлораторов. На графике (рис. 128), составленном на основании наших исследований, ясно видна степенная зависимость скорости поступления воды в смеситель от избыточного давления её в водопроводе. Согласно этим данным, показатель степени п для вихрителей смесительных устройств хлораторов в приведённой формуле находится в пределах 0,55—0,60, а коэфициент К равен 45—50.
В целях установления оптимальных условий ведения процесса поглощения хлора водой в смесительных устройствах хлораторов, описанного типа, автором с сотрудниками были проведены специальные п«'ле-дования 51,52. Для характеристики мы пользовались показателями: концентрацией получающейся хлорной воды, продуктивностью работы аппарата, т. е. количеством хлора, растворенного в аппарате за единицу времени, интенсивностью работы аппарата, т. е. продуктивностью, отнесённой к единице объёма, потерями хлора, обусловленными вытеканием из смесителя вместе с хлорной водой мелких пузырьков нерастворёшюго газа.
В своих исдедоваииях мы стремились экспериментально проверить высказанные теоретические положения. С этой целью нами, 190
изучению условии работы при разных подачах воды.
<00-
300-
гоо>
$
WO-
была поставлена серия опытов по сительного устройства хлораторов при подаче воды под разным давлением. Работа производилась со смесителем хлоратора типа ЛК. Данные о производительности такого смесителя при разных режимах приведены в таблице 37.
Из приведенных данных видно, что подача воды под большим избыточным давлением улучшает абсорбционные свойства смесителя. Концентрация хлорной
воды при этом несколько
повышается. Продуктивность же,
а также интенсивность работы смесителя по газу возрастают пропорционально увеличению подачи воды. Увеличение подачи воды при неизменном сечении вихрителя и других конструктивных элементов смесителя
Таблица 37
Зависимость концентрации хлора в воде от скорости поступления её в смеситель
Разность межв* давлением воды и давлением 6 смесителе в атм
Рис. 128. Производительность вихрителя смесительного устройства хлораторов ЛК.
Габариты цилиндра смесителя Давление водц до вихрителя в ати Подача воды в л|час Скорость воды в вихрителе в м|сек. Концентрация хлорной воды в г|л Производительность смесителя в г|час Интенсивность смесителя в г!час Примечание
Диаметр в мм Высота в мм
90 300 0,6 215 2,4 2,26 500 250 Избыточное давле-
90 300 1,0 390 4,3 2,53 1000 500 ние в смесителе — 200 мм рт. столба
55 300 0,4 46 0,5 1,61 75 100 Высота водяного
55 300 0,6 210 2,3 2,18 500 700 затвора на выходе из смесителя 4 см
55 300 1 ,о 345 3,8 2,53 900 1300 Температура хлорной водк 5—6° С
85 300 0,6 290 3.2 2,03 600 2000 Вихритель с 4-мя нарезками
даёт повышение скорости, с которой вода проходит по каналам вихрителя (формула 45). Последнее увеличивает горизонтальную составляющую скорости, а, следовательно, и величину центробежной силы (формула 47), что в сочетании с поступательным движением жидкости обеспечивает усиление распыления. Распыление воды также увеличивается в связи с тем, что возрастает сила удара водяного конуса, образуемого вихрптелем, о стенки абсорбцпонпого сосуда, за счет увеличения скорости жидкости и роста угла падения струи, так как угол при вершине водяного факела должен увеличиваться с повышением давления (формула 52).
Увеличения концентрации хлорной воды можно достигнуть также и за счёт повышения давления в реакционном пространстве. Хотя хлор при растворении в воде и отклоняется от закона Генри, всё же, как это обычно для газов, повышение парциального давления его над раствором вызывает увеличение равновесной концентрации. На графике (рис.
129) приведены экспериментальные данные о влиянии повышения давления в смесителе на концентрацию образующейся хлорной воды52. Как и следовало ожидать, зависимость носит прямолинейный характер и может быть выражена формуло I:
t С =Сй-\~Кр, (54)
где: С — концентраци хлорной воды в г/л,
р — избыточное давление в реакционном пространстве смесителя в мм рт. столба,
Со — концентрация хлорной воды з г/л, получающаяся при отсутствии избыточного давления в смесителе,
К — экспериментальный коэфициент, зависящий от условий работы
смесителя.
Однако наряду с положительным влиянием в смесителе оказывает и отрицательное
Избыточное давление б реакционном npocmpw CfnSe смесителя в мм рт ст
Рис. 129. Зависимость концентрации хлиршш воды, получающейся в смесителе хлоратора от давления в реакционном пространстве.
той водяного
Вначале с дани; однако,
повышение давления действие на его работу, так как при этом возрастает сопротивление прибора, ухудшающее распыление воды. Одновременно усложняется сохранение водяного затвора на выходе из смесителя.
О механическом уносе хлора водой, вытекающе i из смесителя, а также об условиях работы смесителя, обеспечивающих наименьшие потери, можно судить по нашим экспериментальным дапны t, приведённым в табл. 38.
На основании этих данных можно заключить, что существует завпсимость между высо-
затвора и величиной аосолютпых потерь хлора (рис. 130). увеличением высоты водяного затвора потери быстро па-после достижения затвора 3,5—4 см высоты абсолютные
потери достигают постоянной величины, которая колеблется в определённых пределах при дальн'чйием увеличении высоты затвора.
Табанил Зч
Потери хлора от механического jtioca с вытекающей пз смесителя водой
Высота ро-днного затвора над выводным отверстием в см Подача Концентр ация хлорной воды в г/л Потери хлора Примечание
’ОДЫ в л/час хлора ; г,час абсолютные в г/л относительные В %
7,0 15о 50 0,о/ 6, 2 ДавЛСНН'' ВюДЫ Ди них-
6,5 150 75 0,47 0,03 5, S рителя 0,5 атп
6,0 150 105 0,6 7 0,03 •3, 7 Давление в реткцпоп-
150 125 <t S’’ 0,02 2,9 ном пространстве ем”-
5,0 150 150 0,04 0,07 6, 7 гптеля не измерялось
4 3 140 160 1,11 0,04 3,3 Внхритель с 6-ю нарез-
4,0 14а 200 1,31 0,06 4,6 нами
3,5 230 1,42 о, 06 4,0 Температура воды
1,5 1 4 5 260 1,6 1 1,93 0,13 /,.) 12- 14°С
0,0 143 315 0,19 9,0
Таким образом высота водяного затвора в смесителе является фактором, определяющим, в основном, величину абсолютных потерь хлора. Существует некоторая минимальная высота затвора, ниже которой потери быстро возрастают. Следовательно, чтобы обеспечить наименьшие потери хлора, необходимо работать при затворе не ниже минимального,
установленного опытом.
Для смесителей описанной конструкции вполне достаточен затвор, равный 3,5—4,0 см.
Влияние конструктивных размеров цилиндра смесительного устройства на эффективность его работы изучено мало. Из предварительных опытов52 выяснилось, что при давлениях поступающей воды до 0,6 ати
удлинение цилиндра смесителя хотя и вызывает увеличение концентрации хлорной воды, но не в полном соответствии с изменением длины. Кроме того, начиная с некоторой длины цилиндра возрастание концен
трации прекращается. Увеличение диаметра цилиндра позволяет несколько увеличить эффективную длину смесителя* .
Объяснить полученные результаты можно следующим образом. При малых давлениях воды, подводимой к распылительному устройству, из указанных выше факторов, обусловливающих развитие поверхности соприкосновения фаз, играет доминирующую
Высота водяного затвора 8 см
Рис. 130. Зависимость величины абсолютных потерь хлора от высоты водяного затвора в смесителе.
роль лишь поверхность
вихрящегося водяного конуса. Поверхность его определяется высотой до места пересечения со стенками цилиндра. Ниже этого места вода стекает по стенкам цилиндра, так как распыление и отражение водяной пелены внутрь реакционного пространства вследствие удара ее о стенку при таких малых давлениях незначительно. Чем больше диаметр цилиндра смесителя, тем ниже стенки его пересекаются с водяным конусом. Это пересечение водяною конуса и стенок цилиндра и определяет оптимальную длину смесителя при малых давлениях поступающей воды.
При больших давлениях воды следует ожидать увеличения распыления от удара о стенку цилиндра. В этом случае вследствие большого развития поверхности и заполнения всего реакционного пространства капельками и струйками воды концентрация хлорной воды должна возрастать пропорционально удлинению смесителя при неизменной интенсивности аппарата по жидкости и газу.
Эффективность работы смесителя хлораторов в отношении развития
* Опыты производились с девятью образцами смесителей, снабженных цилиндрами диаметров 3,5; 5,5; 9,0 см ц длиной 15; 30; 90 см.
13 Л. А. Кульскдй 193
поверхности соприкосновения фаз может быть охарактеризована отношением абсорбирующей поверхности, развиваемой распылительным устройством, к поверхности внутренних стенок цилиндра смесителя.
Абсорбирующую поверхность смесителя можно рассчитать, используя формулу скорости абсорбции газов жидкостями и экспериментальные данные о концентрации хлорной воды, получающейся в смесителе. Из формулы (4) (см. главу I, стр. 13) абсорбирующая поверхность
S — — In — tK С„-Сх или, используя десятичные логарифмы,
При подаче воды в смеситель под давлением в 1 ати получается хлорная вода с концентрацией 2,5 г/л активного хлора при времени контакта ~ 0,1 сек. (см. таблицу 37). Концентрация же насыщенной хлором воды при температуре опыта равна 10 г/л (см. главу I, табл. 2), а К для данного случая равен 2,8 г-см2/час-г/см3.
Подставив эти данные в формулу, находим 8=4,5 м2.
Внутренняя же поверхность опытного образца смесителя равжа
Sj = ~Dh = 3,14X5,5X30 = 520 см2.
Отсюда отношение, характеризующее эффективность работы смеси теля, равно
45 000 _ й_ ” = ^2СГ^87-
В результате исследований, проведённых автором совместно с 0. К. Ле-бединцевой51 по изысканию способов интенсификации процесса абсорбции хлора водой, установлена высокая эффективность смесительного устройства, как абсорбционного прибора. Опыты показали, что скорость растворения хлора в смесителе превышает таковую в барботере в 110—170 раз. Интенсивность работы смесителя при этом в 16—28 раз больше, а потеря хлора в 6—8 раз меньше.
Высокая интенсивность смесителя в работе позволила применить его и вне области хлорирования воды58.
Наряду с описанным смесительным устройством в хлораторной аппаратуре в последние годы получают применение, как уже отмечалось выше, инжекторы, водоструйные насосы и другие струйные прибо ш.
В основу форсунок, инжекторов, водоструйных насосов положен принцип непосредственной передачи энергии от одного потока к другому при помощи струи. Понятие «струи» в этом случае включает в себя явления разрыва и предполагает наличие вихревого движения на поверхности потока и поэтому должно быть резко отделено от понятия об элементарной струе при ламинарном движении совершенной жидкости.
В этих устройствах частицы рабочей струи, обладающие большим запасом энергии и большой скоростью, вовлекают в движение частицы вещества (жидкого или газообразного) с меньшим запасом енергпи.
Рпс. 131. Схема водоструйного насоса с регулятором вакуума.
Конструктивно такие устройства чрезвычайно просты, так как передача энергии производится непосредственно между потоками, что совершенно исключает надобность в промежуточных механизмах. Габа-питные размеры их незначительны, и они могут быть удобно размещены в люоом месте.
Распыление рабочей струи и наличие в пей вихревого движения позволяют выгодно использовать эти устройства в качестве поглотительных приборов, осуществляющих одновременно с абсорбцией и транспортировку необходимых количеств одного из компонентов. Явление гидравлического удара, наблюдающееся в таких приборах при смешении газа с жидкостью, также благоприятствует успешному протеканию процесса абсорбции.
Переходя к расчёту струйных приборов, необходимо отметить, что. хотя в литературе и имеется значительное количество работ по этому вопросу, но точного метода расчётов до настоящего времени нет. Некоторые авторы находят в работе струйных насосов явление смешения двух потоков, движущихся с различными скоростями, и расчёт ведут, исходя из основных уравнений гидравлики и механики. Другая, меньшая, группа авторов рассматривает процессы, протекающие в струйных наносах, как явления засасывания в рабочую струю окружающей среды, т. е. как «явления рассеивания энергии рабочей струи»34.
Из всех типов струпных приборов в практике хлорирования воды наибольшее распространение получили водоструйные насосы (вакуумный
хлоратор Ремесницкого, мановакуумный хлоратор системы автора и др.). Поэтому на теоретических предпосылках к их расчету п применению в качестве абсорбционных приборов мы останавливаемся несколько подробнее.
Устройство водоструйного насоса видно из схемы (рис. 131). По трубе 7 и насадке 2 течёт вода (со скоростью w0) и через отверстие 3 (с поперечным сечением Fo) поступает в насос. Газ поступает в окружающую насадок камеру всасывания 4 по патрубку J (со скоростью wx) с входным отверстием 6. затем через кольцевой зазор вокруг отверстия насадка (с сечением У2) входит в дпффузор 7. В диффузоре газ смешивается со струен воды, и, начиная с нижнего конца диффузора 8 (с сечением Гх), оба потока протекают (с общей скоростью wx) по трубе 9. В некоторых типах водоструйных насосов (французский тип) для усиления эффекта смешения газа с жидкостью на выходе из диффузора 8 устанавливается шарообразная камера 10, благодаря которой резко изменяется направление потока вследствие отражения его от стенок.
Процесс абсорбции хлора водой в водоструйных насосах интенсивнее всего протекает в диффузоре, где происходит сжатие смеси, а также в дополнительном шарообразном сосуде, где имеет место гидравлический удар и диспергирование газа во всей массе жидкости.
Постоянство вакуума, создаваемого водоструйным насосом при
использовании его в качестве поглотительного прибора, обеспечивается регулятором.
Исходя из положений первой теории работы струйных насосов, к расчёту водоструйного насоса можно подойти следующим образом49.
Определяем скорость истечения воды из насадка по формуле:
(55)
где: и — коэфициент истечения для данного насадка — 0,95, Яо — напор воды перед водоструйным насосом в метрах, w0 — скорость воды в водопроводной линии в м/сек. Разрежение в камере смешения в формуле не учитывается, так как при наличии регулятора вакуума оно незначительно и им можно пренебречь.
Скорость газоводяной смеси при входе в диффузор находим, исходя из уравнения количества движения:
откуда
2® щ,, । Gs w = 9w+g-2 2g 2g 1 2g 3’
Gw-w2-]~ Gg-w3
Wa~ G„ + Gg ’
(56)
где: Gg— вес газа, засасываемого водоструйным насосом, в кг/сек.,
Gw— вес воды, протекающей через насадок, в кг/сек.,
— скорость смеси газов, поступающих в камеру всасывания, в м/сек.
В приведённой схеме работы водоструйного насоса газ, засасываемый в камеру всасывания, будет представлять собой смесь хлора, воздуха и водяных паров, вносимых воздухом. Таким образом:
Gg — Gci + Gi 4- Gd,
где: Gci — вес хлора,
Gt— вес воздуха,
Gd — вес водяных паров.
Соотношение между хлором и воздухом в смеси может колебаться в самых широких пределах (от 100%-ного содержания хлора в газе до нулевой концентрации его) в завпсимостп от поступления хлора из дозирующей части и вакуума, обеспечиваемого водоструйным насосом. Обычно водоструйный насос подбирается таким образом, чтобы средняя газоподача хлоратора обеспечивала 50%-ное содержание хлора в засасываемом газе. Содержание водяных паров в газовой смеси зависит от подсасываемых количеств воздуха, который можно считать насыщенным водяными парами.
Теоретически вследствие удара газового потока о струю воды должно яроизойти повышение температуры воды. Это нагревание связано с переходом части кинетической энергии в тепловую, с растворением хлора водой, частичной конденсацией водяных паров и, наконец, охлаждением воздуха. [ Практически изменение температуры незначительно, и для упрощения выводов им можно пренебречь, т. е. можно Припять температуру 196
воды и газовой смеси при входе в диффузор, равной начальной температуре воды, т. е.:
= tj = t2.
Цо изменению температуры t3, зная процентный состав смеси, можно найти парциальные давления хлора, воздуха и водяного пара при входе в диффузор, при этом:
^ci, + Pie + Pd> = Ps кг/м2.
Удельные объёмы хлора и воздуха при входе в диффузор будут соответственно равны:
РГ3 11,967-3 ,, Рсц = =---амЗ/кг.
Pci’ Рек
РТ3 29,27
рГм /кг-
Общий объём газоводяной смеси при входе в диффузор будет:
Vg-w — 4- GiV\t G№VWs GdVdl.
Зависимость между скоростью водяной струи и давлением в любой точке диффузора выражается следующей формулой, выведенной с помощью уравнения Бернулли:
w2=wl — 4gVw{P —Pg), (57)
где: w — скорость в любом сечении диффузора в м/сек.,
Р — давление в любом сечении диффузора в кг/м2.
Исходя из величины скорости водяной струи в диффузоре, находим площадь любого сечения диффузора:
G V
F — (58)
W
Так как в водоструйном насосе находится всегда большое количество' воды, то можно считать, что процесс сжатия газа будет протекать изотермически. При этом необходимо учесть, что сжиматься будет лишь воздух, а хлор почти нацело перейдет в раствор.
Работу сжатия 1 кг воздуха можно выразить при изотермическом процессе следующей зависимостью:
L- Р!а V/Jn кгм, (59)
при этом, если скорость смеси при выходе из диффузора обозначим через w4, получим следующее равенство:
2Л = _ ю2у (60)
Выделившаяся при изотермическом сжатии теплота будет поглощена выходящей из водоструйного насоса хлорной водой, которая нагреется До температуры t4, определяемой уравнением:
(Нагревом воздуха и изменением теплоёмкости воды от поглощения хлора пренебрегаем). Зная t4, находим из таблиц парциальное давление
197
пара pdi и его удельный объём Vdi. Вес водяного пара в выходящем а хлорной водой воздухе будет равен:
Gdi~~~yd:-
Содержание в этом же воздухе хлора, очевидно, определяется зависимостью, установленной Аркадьевым п Волковой (см. главу I).
В приведённом примерном расчёте водоструйного насоса не учитывается ряд величин, существенно отражающихся на его работе. Из них главные: расстояние от насадка, подводящего воду до диффузора, пространство, на котором фактически протекает засасывание газа, длина самого дпффуйора, форма смесительной камеры и т. д.
Некоторую ясность в этом отношении вносит теория струйных насосов, основанная на растекании рабочей струп во внешней среде. Согласно этой теории54, струя жидкости, вытекая из насадка в неподвижную среду, расширяется с уменьшением поступательной скорости. При движении струп в неподвижной среде давление вблизи её поверхности всегда меньше атмосферного, ввиду чего такая струя всасывает и увлекает за собой часть окружающей ее среды. Понижение давления и всасывающее действие поверхности вытекающей из насадка струи объясняются тем, что эта поверхность является вихревой поверхностью. Вихри ' па поверхности возникают в связи с тем, что она представляет собой раздел двух сред, движущихся относительно друг друга с конечной разностью скоростей. Всасываниепроисходит тем энергичнее, чем меньше диаметр самой поверхности. На вихревые движения затрачивается энергия струи, из чего следует, что по мере удаления струи от пасадка поступательная скорость ее замедляется. Одновременно энергия потока затрачивается и на вовлечение в движение среды, т. е. энергия струи постепенно рассеивается в этой среде.
К сожалению, по этой теории разработана методика расчёта лишь струпных приборов для однородных сред (воздушная эжекция, гидроэлеваторы).
Приводим главнейшие экспериментально установленные формулы этой теории для движения водяной струи в воде.
Основной закон движения струи:
w,-z — const.
Уравнения конуса растекания струи:
,?1>35 = 6,81d с1й.
Расстояние, на котором струя не расширяется:
•З'д 4,65б/д.
Закон изменения средней осевой скорости в зависимости от расстояния от сопла:
г = 4,65( rf0.
Уравнение скорости всасывания: шг = 0,22 - 0
ZO,SS
Уравнение расхода подсасываемой жидкости:
Qi = g-Q,
В приведённых формулах:
а0 — расстояние, па котором струя не расширяется,
d0 — начальный диаметр струи у насадка,
гог — начальная скорость струи,
г — расстояние от устья насадка,
d — диаметр струи на расстоянии z от устья насадка,
wz — скорость струи на расстоянии z от устья насадка,
•и)г — скорость подсоса внешней среды,
Q — расход рабочей жидкости,
(Д — расход подсасываемой жидкости.
Исходя из этих экспериментально установленных формул, может быть произведен расчёт гидроэлеваторов—струйных насосов, в которых рабочая струя воды засасывает воду. Применение этой теории к расчёту водоструйных насосов для газа возможно будет лишь по установлению экспериментальным путём законов движения водяной струи в среде газа.
Энергетический коэфициент полезного действия водоструйного насоса не превышает в лучшем случае 10% и может быть вычислен по формуле:
__Еполезн _(Gci-j- Gj-^-G^h Еэатрач____Gw • ’
где: h — высота жидкости в регуляторе вакуума в метрах,
Но — напор рабочей струи в метрах.
Эффективность работы насоса как абсорбционного прибора в настоящее время еще мало изучена.
Материал этой главы построен как на наших экспериментальных данных, так и на использовании литературных сведений. Он является только первой попыткой дать теоретическое обоснование построения советской хлораторной аппаратуры.
35. Механический расчет частей хлораторной аппаратуры
Общие данные
Хлораторная аппаратура должна удовлетворять следующим основным требованиям: быть прочной, иметь возможно высокий К.П.Д., иметь низкую стоимость изготовления, быть безопасной для обслуживающего персонала и иметь надлежащее конструктивное оформление.
Исходным пунктом при расчете любой аппаратуры является качество материала, применяемого для изготовления деталей. Ниже (таблица 39) приводим список п характеристику материалов, применяемых в производстве хлораторов.
По существующим положениям для аппаратуры, работающей под давлением, запас прочности должен быть не ниже 3—3,5.Практически при расчетах трубопроводов или прокатного материала берут запас прочности 4—4,5, а для литья даже 7. Расчет хлораторной аппаратуры должен исходить из тех же норм запаса прочности (3,5—7). Этот расчет в основном можно разделить на следующие части:
Характеристика материалов» Применяемых в производстве хлораторов
а СО со с В
С со Ь
£
Примечание Э„ПН 8й НХВ8Й 91ЧННВК эннчивхоо ’«хнехэноя хияэоьиеиф вяинйодэ» ей швея эннне^
Относительное удлини- 1 ние в । 21—25 34—38 10-15 25—30 45-60 *) 50 •) 18-45 *) 50*) 1000 20-40
Временное сопротивл. на разрыв КГ|СМ’ 3800—4500 6000—7000 1200—1300 5000—6000 3500—4000 2200-2400 1600—3000 ’) 300—1200 900—2000 *) 500 375 1000 250 100—600
10 6 10е 10“ 10“ •10“ 10’
Модуль СДВИГЕ в иг|сма со ОО # -3* С О ? 2 О Q Ф 7 о“ , 7 J 4 и 1й7। СО ч-1 . . Д - . • о с- ~ с? 1 Illi
S ° чГ
'ДУЛЬ упругое! Е в вт|см2 2-10“ — 2,1.10' » » 75-10’— 1 ,05-1 ,125-10’ *) 785-10“ — 1-Ю1 1-10’— 1-3-10' 0-805-10’ •) 0-720-10“ •) 0,166-10’ •) 2630 0,7—10’ 0,1—10’ 8000—11000 2500—3500
О о
£ « —. и.
РД0СТ1 нонел G4 О О ° “ СЧ {"4.0 СЧ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Illi
Тве; по Ef 15 0-45-30-25-16- 4-
1 эИЫЙ 1 СО ОО ОО ОО c> Ф юТ 1 IwT
ф 7, 7, 7, 8, 8 , 8, 10 2 И 1 -8'0 '1 -L‘0 г
териала
те ма * :
С5 О К ф с£2 . . =5 • • • &оо • • • • • • § • • а • • И 2 й • ftS tt О © 1 «5 НЬ £ & e =c “ & So
№ п1п‘ ^?с:'5ч^ЛСГ'Х1С'.С: о CQ<r
а) расчет крепежных деталей и соединительных частей, б) расчет подвижных частей и движущих приспособлений, в) проверка прочности частей, работающих под большим давлением и г) расчет главнейших механизмов хлоратора.
Приводимые ниже по этим разделам расчетные формулы и таблицы заимствованы из различных справочников, руководств по расчетам деталей и ОСТ’ов, поэтому теоретических выводов к ним не даем, ограничиваясь ссылками на первоисточники.
Крепежные и соединительные части
К крепежным п соединительным частям относятся болты для крепления хлоратора на стене, стойки для крепления частей хлоратора на раме, стойки смесителя, винтовые соединения узлов и частей хлоратора, фланцевые соединения узлов и частей хлоратора, фланцевые соединения редукторов и т. д.
Так как хлораторы в процессе работы требуют прочистки, смены некоторых частей, ремонта и пр., то соединительные и крепежные части их делаются всегда разъемными, главным образом, на винтовом соединении. Резьба для хлораторов и размеры гаек, болтов, шуруповит. д. берутся как и при обычном конструировании по существующим ОСТам, список которых приводим (табл. 40). При
етом для крепежных частей обычно применяется нормальная метрическая резьба, а для соединительных частей мелкая метрическая и трубная, особенно при больших диаметрах.
Таблица 40
Перечень ОСТов, применяющихся для деталей хлораторов
№ 1 п|п 1 Наименование резьб №№ ОСТов Условные обозначения в чертежах
1 Резьбы Резьба метрическая нормальная для диаметров от 1 до 5 мм 94 М2ОСТ94 или М2 Х0,4
2 Резьба метрическая нормальная для ОСТ94
диаметров от 6 до 68 мм ..... ... 32 М20ОСТ32 или М2ОХ2.5
3 Резьба метрическая 1-я мелкая для диа- ОСТ32
метров от 1 до 400 мм. • 271 1 М20 X 1,5 ОСТ 271 2М, 20 XI ОСТ 272
4 То же 2-я мелкая для диаметра от 6 до 30 272
5 Резьба трубная цилиндрическая .... 263 2" труб.
6 Дюймовая резьба с углом профиля 552 . 1260
1 Крепежные изделия Болты 1715,1716
2 Шурупы —
3 Гайки 1744,1746
4 Шайбы 1756,148
5 Сбег резьбы и заточки 1714,1
6 Концы болтов, винтов и шпилек 1713
Для расчета отдельных частей могут быть использованы приведенные далее формулы.
Стойки для крепления частей хлоратора на раме и болты для крепления хлоратора на стене должны рассчитываться аналогично болтам для крепления кронштейнов, так как они подвержены действию срезывающей силы и крутящего момента. Расчетная формула для одного болта имеет вид Б7,58:
<62>
где: Q — внешняя сила, равная весу самого хлоратора (болты длякрепле-ления хлоратора) или его части (для стоек) и усилию, прилагаемому человеком, которое можно принять равным 25—30 кг;
I—плечо для момента, которое можно принять равным расстоянию от гайки до крайней точки, к которой может быть приложено усилие человека;
а—расстояние между верхними и нижними болтами;
р.— коэфициент трения между гайкой и рамой, который может быть принят для железа по железу — 0,44.
Материал болтов СТ-3 можно принять В.г = 800 кг/см2.
Сечение болта или стойки рассчитывается как сечение консольной балки, нагруженной в конце сосредоточенной силой по формуле 59.60:
п 1 яз _ QL и,та - Rb,
(63)
где: d — диаметр болта или стойки, Q и I — как и в формуле (62), Rb — для СТ-3 — 800 кг/сма.
В связи с тем, что изгибающий момент уменьшается к концу стоики, ей зачастую придают коническую форму.
Расчет стоек, с помощью которых рама хлоратора крепится на станине (см. хлоратор ЛК-7), и стоек смесителя хлоратора производится по формуле Эйлера56 на продольный изгиб.
<64)
где: а — коэфициент закрепления = 4/4,
Е — модуль упругости = 2 • 10е,
п — запас прочности = 5,
I —длина стойки в см,
J — экваториальный момент инерции,
для круглого сечения J = 0,05В4, для полого сечения J = 0,05,
В — dl и для прямоугольного сечения J = ,
Q — внешняя сила. Ее можно принять для стоек, поддерживающих раму, равной сумме веса частей хлоратора без станины и дополнительной силы 30 кг.
Для стоек же смесителя она равна сумме веса водоподводящих частей хлоратора и добавочной силы — 30 кг.
Установочные или упорные винты, поддерживающие детали хлоратора, рассчитываются на срез, при этом осевая сила затяжки:
Q = -p,
где: Р —вес деталей плюс усилие человека,
ц — коэфициент трения, равный для железа по железу 0,44.
Соединения частей хлоратора, за небольшим исключением (напр. редукторы и смеситель в сверхмощном хлораторе), винтовые. Эти соединения могут быть осуществлены с помощью штуцера и муфты. Уплотнение достигается прокладкой или сферой в конусе. Винтовые соединения
ОСТ 6635 нормализованы, см. gpgg '
В хлораторах ЛК употребляются только соединения штуцером с некоторым видоизменением. Уплотнение достигается прокладкой из свинца.
Для проверки размеров и резьб этих соединений можно исходить из усилия, необходимого для раздавливания свинцовой прокладки и определяемого по формуле:
Q = (65)
где О и d —наружный и внутренний диаметры прокладки, a Rd—напряжение, при котором начинает деформироваться свинец, равное 25—30 кг/см2.
Фланцевые соединения рассчитываются на разрыв винтов и на изгиб самих фланцев по формулам57: для винтов:
Q = (66)
для фланцев;
Qa —^-KdmteRe , (67)
где: n —количество винтов в соединении;
а —0,50—0,75—поправка на затяжку винтов напряженного соединения;
— внутренний диаметр резьбы винтов;
а —расстояние от наружной стенки до оси винтов;
dm — средний диаметр прокладки смесителя или диаметр уплотняющего выступа в редукторах;
/г —толщина фланца;
Q —внешняя сила, определяемая по формуле:
(J = ——р, где р — внутреннее давление;
Вг — для СТ-3 800 — 1000 кг/см2;
Rh для бронзы — 200 кг/см2, для чугуна — 20 кг/см2.
Диаметр окружности центров винтовых отверстий должен быть подобран минимальным, но все же обеспечивающим удобство свертки винтов. Количество винтов следует брать четным, желательно кратным четырем. Шаг между винтами должен быть в пределах 3,5 d где d — диаметр винта.
Подвижные части и движущие устройства
К подвижным частям и движущим устройствам относятся ходовые винты микровентилей, вентилей для воды и хлора, винтовые прижимающие пробки и пр. Ходовые винты, работающие под нагрузкой, рассчитываются на разрыв и кручение. Для упрощения расчета, исходя из теории прочности Сан-Венана, их рассчитывают на фиктивную силу Q = Qk, где fc = l,25—1,5.
Действующей силой для микровентилей нужно считать давление на мембрану Q=^-p-\-упругость мембраны при прогибе ее на1—2мм. Для ходовых винтов вентилей к хлорному баллону и к водоредуктору действующей силой можно считать усилие, приходящееся на их поперечное сечение по формуле Q —^~р, но при этом необходимо учесть тот факт, что при заедании (особенно часто это бывает с хлорными вентилями) они целиком работают на кручение под действием крутящего момента Md — Pl, где Р— сила человека = 25—30 кг, а I —диаметр маховичка. Поэтому для них необходимо произвести проверку на кручение по формулам:
Md = 0,2 d3Rt,
_ Mdl ? — GO,Id1’
где: d—Диаметр стержня вентиля,
6г —модуль сдвига, I — длина стержня, — угол закручивания и Rs — допустимое напряжение на скручивание.
Усилие на прижимные пробки рассчитывается, исходя из условий максимального прогиба пружины и действующих при этом усилий.
Расчет ходовых винтов ведется следующим образом: исходя из дейст-
(68)
(69,
вующей силы, находят фиктивную силу. Сечение винта определяют из формул:
для сплошных
(70)
^d~2~d^ RZ=QU (71)
диаметр резьбы, d0 — внутренний диаметр вы-
ДЛЯ ПОЛЫХ
где: deH — внутренний
точки вб олте и 1Д — допустимое напряжение на разрыв. Проверку нарезки на смятие можно производить по формуле:
(d?Hav-d2m) R8=ns J (d\ap- d?eH)Rt==Q-
— количество ниток нарезки в соединении,
— наружный диаметр резьбы,
— внутренний диаметр резьбы,
— минимальная длина нарезки, s — шаг нарезки и
ВЬ — допустимое напряжение на смятие.
Усилие, необходимое для завинчивания и отвинчивания вентилей, определяется из зависимости:
где: п Инар de»
M = QrJ-3+.^ 1—tea .
6 cos {i
(72)
(73)
где: М — момент внешних сил, g — коэфицпент трения, $ —угол = *'2 Угла нарезки (для метрической 30°), s — шаг нарезки, г — средний радиус нарезки, Q —действующее усилие.
К. П. Д. винта с треугольной нарезкой определяется по формуле: ц \ to 11—to-----------------------------й
__ ° \ = cos ру
(74)
tZI У- -'-г
COS р
Расчет на прочность частей, работающих под давлением
Для хлораторной аппаратуры расчет частей на прочность рекомендуется производить только как способ проверочного порядка, так как для обеспечения газонепроницаемости деталей и длительной коррозионной устойчивости, толщина стенок обычно берется с значительно большим запасом, чем это необходимо для Тем не менее такая проверка весьма полезна тать обязательной.
Расчетные формулы для толщины стенкп в
1) Для тонкостенных деталей (S 0,02 см) лениях:
для трубопроводов
механической прочности, и потому ее следует счи-
этом случае следующие61: или прп умеренных дав-
5 = - р— + Ci
для сферических фасонных частей
S=j^ + c; (Т5-)
2) Для толстостенных деталей (5^0,02 см) или при высоких давлениях для трубопроводов
для сферических фасонных частей
5 = 0,5
Rz ~Ь Р Rz — 0,675 р
1 )d + C.
(76")
В приведенных .формулах:
5 — толщина стенки,
р—давление в трубопроводе или резервуаре,
d — диаметр трубопровода,
ю —коэфициент прочности шва (для безшовных частей tp= 1), С — добавка на коррозию, допуски и прочее, Вг—допустимое напряжение на разрыв.
Значения Rz и С для материалов хлораторной апаратуры следующие;
Медь .................... ЗОО кг/см’ 0,15 см
Латунь................... 400 » 0.15 »
Бронза................... 200 » 0,90 »
СТ-3 .................... 800 » 0,10 ->
Чугун..............* . . 200 » 0,90 »
Характеристика частей хлоратора, условия работы и методика их расчета
Баллончик для жидкого хлора. По существующим нормам материал для баллончика должен иметь временное сопротивление на разрыв не менее 33 кг/мма при относительном удлинении не менее 17%. Прочность сварного шва должна быть не менее 70% прочности баллона. Проверку шва на прочность необходимо производить по формуле:
2 = ^- р = 1,25 5п d В'га, (77)
где: 5 —толщина стенки баллончика, d — диаметр баллончика, а —коэфициент непроварки вершины угла сварного шва, равный 0,7—0,8,
р — давление в баллончике и
Н'г —допустимое напряжение на разрыв для шва.
Шов делается встык двухскосный, так как <5 находится в пределах 3—13 мм.
Толщина стенки баллончика рассчитывается по ранее приведенной формуле для деталей трубопроводов, работающих при умеренных давлениях (формулы 75' и 75"). Толщина стенок должна быть не меньше 3,25 мм, что отвечает ОСТ/НКТП —8865/297.
Вентиль ставится либо на конической резьбе (уклон1/, в), либо на цилиндрической резьбе с уплотняющей стык свинцовой прокладкой (см. рис. 132).
Маховичок и стержень вентиля рассчитываются по формулам для ходовых винтов (68, 69, 70, 72 и 73). Диаметр выводного отверстия в вентиле делается в 4 мм, что обеспечивает газоподачу, требуемую для переносных хлораторных установок. Сальник применяется мягкий, асбестовый, так как р<(12 ат. При этом57: длина набивки h — d и
толщина набивки 5 = (Vs-^1/^) где —диаметр стержня вентиля. Затяжка сальника производится одной центральной гайкой.
Рис. 132. Крепление вентиля в корпусе баллончика.
Нормальное заполнение для баллона 1,25 кг жидкого хлора на 1 литр
тары.
Испытательное давление 35 ат.
Баллонный вентиль. Материал баллонного вентиля должен обеспечивать газонепроницаемость и прочность при испытательном давлении 35 ат.
Расчет стержня вентиля, маховичка и размеры сальника берутся те же, что и для вентиля баллончика.
Для присоединения к хлорному баллону нормального образца вентиль должен иметь прижимную гайку с нарезкой %" труб. ОСТ-266.
Трубки из красной меди, хлоратора и
применяющиеся для соединения деталей ОСТ
к баллону нормализованы 1-т5.Гт'гт 3210.
111x111
подключения его
Газоредуктор и регулятор остаточного давления
Нормы, предъявляемые к материалу газоредуктора и регулятора остаточного давления, те же, что и к материалу для баллонного вентиля, но испытательное давление может быть снижено до 15 ат ввиду того, что рабочее давление в них значительно ниже.
Толщина стенок корпусов проверяется по формуле (75" и 76"). Толщина и диаметры фланцев рассчитываются по формуле (67), винты для затяжки фланцев —по формуле (65), нажимные ганки и пробки рассчитываются по формулам для ходовых винтов (68, 69, 70, 71, 72 и 73). Для расчета пружин применяются формулы, описанные в предыдущем параграфе, что касается мембран, то диаметр их, толщина и форма гофр подбираются экспериментально с учетом замечаний, приведенных ранее.
М и к р о в е и т и л и. Работа микровентилей в отношении оказываемого ими сопротивления потоку газа проверена нами экспериментально, 206
Данные эти, приведенные ранее (рис. 108 и 109), могут быть целиком положены в основу расчета микровентилей.
Для обеспечения большей точности регулировки газоподачи маховичок вентиля, благодаря наличию двух резьб н теле стержня, сообщает перекрывающему конусу незначительное поступательное движение. Это поступательное движение, равное разности шагов резьб на внутренней части и на наружной части стержня маховичка, должно быть не больше 0,3 мм на один оборот вентиля. *
На основании изложенного ранее экспериментального материала видно, что сопротивление микровентиля практически уже не ощущается при открытии его на два полных оборота. Поэтому работа микровентиля в хлораторе может быть ограничена максимум тремя оборотами. Последнее отвечает прогибу мембраны около 1 мм. При испытании серебряной мембраны диаметра и толщины, употребляющихся для микровентилей, на усталость, при амплитуде колебаний в 1 мм, оказалось, что она может выдержать только около 2000 колебаний. В связи с этим необходимо в комплект запасных частей к хлоратору включить и запасные мембраны для микровентилей в количестве 2—3 штук на каждый микровентиль.
Расчетные формулы для соединительных частей и ходовых частей микровентиля уже приведены ранее. Нормы для материала те же, что и для газоредуктора.
Дозирующий узел. В основном этот узел рассчитывается по формулам (33) и (34), приведенным ранее. Необходимо упомянуть только, что материалы газодозирующей части (литье) должно обеспечивать газонепроницаемость и прочность при испытательном давлении в 15 ат. Толщина стенок газоходов при этом проверяется по формуле (75"), отмерительный цилиндр измерителей системы ЛК по формуле (75'). Манометры для дозирующей части системы ЛК берутся со шкалой 3 ат. В данном случае рабочее давлеппе (0,5—2,0ат) находится во II и III четверти шкалы, что обеспечивает наибольшую точность показаний. Согласно ОСТу 1355/1 шкала таких манометров должна быть градуирована через каждые 0,05 ат при допускаемой ошибке показаний + 0,025 ат.
Необходимо несколько подробнее остановиться на подборе манометров для дозирующей части системы ЛК, так как они в основном обеспечивают нормальную работу хлоратора.
Из известных систем манометров Шефера (мембранный) и Бурдона (трубчатый) предпочтительнее применять манометры Бурдона ввиду их большей чувствительности и точности. Последнее объясняется тем, что свободный конец трубки Бурдона перемещается при максимальном рабочем давлении на 6—10 мм, в то время как в шеферовских манометрах центр мембраны дает перемещение только на 2—4 мм, требуя тем самым значительно большей передачи и увеличивая мертвый ход механизма62.
Кроме того, манометры мембранного типа дают больший процент ошибок при изменении температуры, чем манометры трубчатые63, что видно из графика, составленного по Вольфарту (рис. 133).
В случае применения для дозирующей части обычных манометров с латунной трубкой, ее необходимо защитить от разрушающего действия хлора при помощи серебряной мембраны или сильфона (рис. 134). Трубка манометра и пространство над мембраной или сильфоном при этом заполняется
глицерином. Однако, необходимо отметить, что точность манометра при этом снижается, так как к упругому последействию пружины манометра добавляется упругое последействие серебряной мембраны или сильфона и обычно манометр необходимо переградуировать.
Для обеспечения хлоростойкости манометров нами предложено заменить латунную трубку бурдоновских манометров серебряной.
Манометры системы Бурдона с серебряной пружиной как при наших лабораторных исследованиях, так и при испытаниях во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии (Ленинград) дали положительные результаты в отношении механической стойкости и оказались
вполне хлороустойчивыми.
При испытании на усталость бурдоновского манометра с серебряной пружиной и шкалой в 2 ат во Всесоюзном Научно-исследовательском
Рис. 133. Зависимость величины ошибки манометров от температуры:
1 — манометр системы Шефера; •>'— манометр системы Бурдона (со стальной трубкой); Д' —манометр системы Бурдона (с латунной трубкой).
институте метрологии после 10 000 колебаний давления от 0 до предела и перегрузки в 2б°/0 от предельного значения шкалы показания прибора не
Рис. 134. Устройства для защиты пружин манометров системы Бурдона.
дали изменений, превышающих допуск на погрешность этих приборов. Упругие свойства пружины оказались вполне удовлетворительными64.
Для испытания на хлороустойчпвость памп65 были подвергнуты действию влажного хлора под давлением 1—1,5 ат манометр системы Бурдона с серебряной пружиной и для сравнения обычный манометр системы Бурдона с латунной трубкой. Результаты опытов приведены в табл. 41.
.Таблица 41
Испытания на хлоре манометров с серебряной и латунной пружинами
Манометр системы Бурдона Время коррозии в часах Остаточная деформация пружины в ат Показания испытуемого манометра при давлении на контрольном манометре 4 ат
С серебряной пру- 144 0,0 4.0
ЖИН011 288 0,0 4,0
С латунной пружи- 144 0 ,3 4 !)
НОЙ 288 0,7 5,1
Как видно из данных табл. 41, серебряная пружина оказалась вполне хлороустойчивой.
Манометр с серебряной пружиной должен быть снабжен специальной надписью «хлораторный манометр».
Смеситель. Детали смесителей напорных хлораторов должны обеспечивать газо- и водонепроницаемость при испытательном давлении 3 ати.
Смесители вакуумных хлораторов обычно стеклянные.
Данные к гидродинамическому расчету смесителей приведены ранее.
Во дор е д у кто р. Материал водоредуктора должен удовлетворять нормам материалов для запорных приспособлений водопроводов. Расчет мембраны и пружины аналогичен расчету их в газоредукторе. При этом подача воды через клапан, как несжимающегося вещества, может быть рассчитана по формуле:
C = y2gHi<f,
(78)
где: С — скорость в отверстии истечения,
—коэфициент сопротивления водоредуктора. Расчет вентиля и сальника водоредуктора производится так же, как и для балонного вентиля.
Насос для переносных хлораторов. Толщина стенок рассчитывается по формуле (75'). Клапаны и пружины по формулам, приведенным в предыдущем разделе. Шток насоса рассчитывается по формуле Эйлера (64).
Сопротивление трения при работе насоса равно:
Т — (79)
где: То — трение холостого хода 1 кг,
D — диаметр поршня, р — давление среды, р. — коэфициент трения кожи по металлу — 0,1, b —ширина манжет.
Исходя из этой формулы, можно определить величину усилия, необходимого для создания насосом требуемого напора воды. Последнее должно отвечать силе человека, так как насос приводится в действие рукой.
36. Хлороустойчивость материалов
Общие замечания о хлоро устойчивости материалов
Хяор является химически весьма активным элементом. Находясь в атомарном, молекулярном или ионном состоянии, он способен реагировать с большей или меньшей скоростью почти со всеми веществами. В хлораторной аппаратуре хлор может находиться как в молекулярном, так и в ионном состоянии.
С молекулярным состоянием хлора мы встречаемся при отсутствии в нем влаги (сухой хлоргаз, жидкий хлор). В этом состоянии хлор не активен, и действие его выдерживает даже такой коррозионно-неустойчивый материал, как обычное железо. Из практики известно, что стальные баллоны с успехом служат тарой для жидкого хлора.
При наличии в хлоре влаги в конденсированном состоянии или в виде
14 Л. А. Кульский -O'J
паров, как уже указывалось в I главе, происходит его гидролиз. В воде появляются ионы хлора в виде соляной кислоты при одновременном присутствии окислителей НСЮ и С12. Наличие сильной кислоты и сильных окислителей в растворе вызывает интенсивную коррозию материалов в отдельных частях хлораторных установок.
Обычно коррозию материалов в различных средах учитывают весовым путём в виде потерь в граммах с одного квадратного метра за час.
Учитывая удельный вес материала, иногда весовые потери переводят на уменьшение толщины материала во времени66.
Для оценки коррозионной устойчивости чёрных и близких к ним по удельному весу цветных металлов принята следующая шкала:
вполне стойкие при потере в весе меньше 0,1 г/м2 час, достаточно стойкие .... 0,1—1,0 г/м2 час, довольно стойкие...................1,0—3,0 г/м2 час,
малостойкие................3,0—10,0 г/м2 час,
нестойкие..................больше 10 г/м2 час.
Коррозия материалов, в особенности металлов, в хлоре иногда с течением времени замедляется вследствие пассивирования, т. е. образования на поверхностп защитной плёнки из окислов или других продуктов коррозии, предохраняющих материал от разрушающего действия реагента.
Пиллингом и Бедвортом67 для случая окисления металлов установлено, что, если объём продуктов коррозии больше, чем объём затраченного на их образование металла, и если они хорошо связываются мим металлом, то может образоваться плотная плёнка, которая задерживать процесс коррозии.
Ими для расчёта предложено выражение:
Wd wD ’
где,: W — молекулярный вес продуктов коррозии, w — вес соответствующего им количества металла, D — плотность продуктов коррозии, d — плотность металла.
В случае, если число, найденное из данного выражения, меньше!, следует ожидать пористой плёнки, а еслп больше 1, то ной защитной плёнки.
Приведённая формула вполне применима и для случая образования защитных плёнок при коррозии в хлоре.
В целях подбора материалов для хлораторной аппаратуры нами были проведены обширные испытания металлов и сплавов68, металлических и неметаллических покрытий69, пластмасс и других неметаллических материалов70 в хлорной воде, во влажном хлоргазе и на границе раздела хлорная вода— влажный хлор. Данные этих исследований, приведённые ниже, хотя и не дают точных сведений о коррозии материалов в производственных условиях, всё же позволяют произвести сравнительную оценку их пригодности для хлораторной аппаратуры.
Очень часто о хлороустойчивостп судят только по коррозии материала в соляной кислоте. Однако, па основании имеющихся данных, материалами, пригодными для хлораторной аппаратуры, необходимо 210
с са-будет
(80)
будет плот-
считать как те, которые устойчивы к влажному хлору и хлорной воде, так и те, которые устойчивы к соляной кислоте.
Переходим к характеристике коррозионной устойчивости материалов.
Хлороустойчивость металлов и с п л а л о в
Чёрными металлами и с п л а в а м и, устойчивыми к хлору, являются импортные гастеллои,дюрихл ори наши союзныеантихлор71,термоси-лид, хромоникелевые стали типа Энерж би 7, стали V 2А и V 4А, хромистая сталь типа Энерж 1 и хромомоли бдев овольфрамоникелевая сталь72. Имеются также указания на удовлетворительную стойкость хромистого, а также обыкновенного плотного мелкозернистого чугуна в условиях производства четыреххлористого углерода73.
О коррозии некоторых материалов этой группы можно судить по данным наших исследований68, приведённых в табл. 42.
Таблица
Коррозия черных металлов в хлорной воде п увлажненном хлоре за 210 часов
Металлы Состав или марка Коррозия в хлорной воде с концентрацией активного хлора 5 г/л Коррозия в увлажненном хлоргазе
потеря веса в г/м2 час характер коррозии потеря веса в г/м2 час характер норрезни
Железо Сталь 3 18,0 Сплошная 12,8 Сплошная
Нержавеющая сталь . . Энерж 6 5, 96 Точечная 6,9 »
Ковкий чугун Si —1,07 Мп —0,72 S —0,18 1 } 36,(1 Сплотиая 6,3 »
Хромистый чугун . k . Р —0,15 С —2,98 Сг —30% по шихте ) 0,92 ^Местная 8,0 »
Кремнистый чугун (тер.мосплид; .... Si —14,5% по шихте 6,002 — 6,2 »
Как видно из таблицы, даже рекомендуемые для хлора материалы оказываются сравнительно малоустойчивыми, так как коррозия их превышает 3 г/м2 час. Устойчивые в хлорной воде хромистый и кремнистый чугуны, а также антихлор (кремнистый чугун с присадкой молибдена) очень твёрдые материалы и обрабатываются лишь на шлифовальном камне.
Сплавы группы меди различно относятся к хлорной воде и влажному хлору. Как правило, латунь корродирует во влажном хлоре и хлорной воде сильнее, чем бронза. Усиленное разрушение латуни объясняется гигроскопичностью и хорошей растворимостью продуктов коррозии. Прп этом для нее характерен процесс «обезцинкиванпя», т. е переход в раствор цинка вследствие обменной реакции74 и разрыхление поверхности.
В литературе в качестве хлороустопчивых материалов рекомендуют из этой группы: фосфористую медь (0,01% Р), сплав никеля и меди (Ni 60-70%, Си 25 - 35%, Fe 1-3%, Мп 0,25-2% и Si 0,02-1,5%), а также никель (Ni 99%).
14* 211
Таблица 43
Коррозия медных сплавов в хлорной воде п увлажненном хлоре за 216 часов
Металлы Состав или марка Коррозия в хлорной воде с концентрацией, активного хлора 5 г/л Коррозия в увлажненном хлоргазе
потеря веса в гм2 час характер коррозии потеря веса п г/м2 час характер коррозии
Бгонза фосфористая . . 13,0 Сплошная 7,82 Сплошная
Бронза алюминиевая . Бр. Амс. 9 - 2 16,5 » 9,2 »
Бронза кремнистая . . Si-8% по шихте 11,4 » 7,57 »
Бронза марганцевистая Латунь с добавкой 1-2% Мп 15,3 » 18,8 »
Латунь ЛС-59 16,3 » 14,8 »>
Монель-металл N1- 66% Си—34% 26,9 Сплошная, кое-где раковины 15,9 »
Как видно из табл. 43, составленной
по нашим опытным данным,63
материалы этой группы, так же как и чёрные металлы, не являются устой-
чивыми и без защиты не могут применяться в хлораторных установках.
Коррозия 8 зблажненном хлор-газе
Коррозия 8 г горной воде. Концентр 5 г [л о о
время коррозии в часах
200
Свинецп его сплавы (РЬ — 94% и Sb — 6%) по литературным данным являются устойчивыми к хлору72.
По нашим данным68, коррозия свинца в хлорной воде с концентрацией активного хлора в 5 г/л на протяжении 216 часов составляет 26,3 г/м2-час, а в увлажнённом хлоре—3,3 г/м2час; таким образом
Рис. 135. Коррозия свинца в хлорной воде и увлажненном хлоре.
можно считать, что по отношению к влажному газообразному хлору свинец ввиду большого удельного
веса является достаточно устойчивым материалом, а к хлорной воде неустойчивым. Образующаяся в процессе коррозии плёнка хлористого свинца или его основных солей, очевидно, не оказывает за-
щитного действия, так как коррозия свинца с течением времени не уменьшается, что вытекает из наших данных, приведённых на рис. 135. Это несколько противоречит данным Таммана и Кестера'5, установившим, что действие влажных гаплоидов на свинец подчинено зависимости:
у"--~2р(, (81)
где: у — толщина слоя гаплоидного соединения на поверхности металла,
t — время корродирующего действия среды,
р— константа, возрастающая о повышением температуры.
П з благородных и редких металлов необходимо указать на значительную устойчивость к хлору таллия 76. В отношении серебра и его сплавов в литературе существуют разноречивые мнения; некоторые авторы считают его непригодным для нснользовання в аппа-£12
ратуре, работающей под хлором”, другие характеризуют его как до' вольно устойчивый материал 74,78.
В наших опытах69 серебро, особенно чистст . выявило себя вполне устойчивым к хлорной воде и влажному хлору, что видно из прилагаемой табл. 44.
Таблица 4 4
Коррозия е» и его сплавал в хлорной воде н в увлажненном хлоргазе
Металлы Коррозия в хлорной воде с концентрацией активного хлора 5 г/л Коррозия в увлажненном хлоргаае
потеря веса в г/м’-час характер коррозии потеря веса в г/м*-час характер коррозии
Электролитическое серебро 0, 12 Сплошная 0,12 Сплошная
Техническое серебро 8 4 пробы) . . . 0, 71 0,35 »
Коррозия серебра и его сплавов в хлорной воде и увлажнённом хлоргазе с течением времени уменьшается, что указывает на защитное действие образующейся в процессе коррозии плёнки AgCl.
Применив формулу Пиллинга и Бедворта (80) для плёнки AgCl, находим число у=2,5, что подтверждает данные о защитном действии такой плёнки. Однако защитное действие плёнки AgCl частично снижается, очевидно, вследствие способности галлоидных серебряных плёнок переходить через некоторое время в кристаллическую форму79.
Хлороустойчивость некоторых металлических покрытий
Как видно из предыдущего материала, устойчивыми к хлору являются металлы либо дефицитные (нержавеющие стали) и дорогостоющие (серебро), либо металлы, изготовление из которых ряда деталей затруднено (термоеилид, антихлор). Однако, дефицитные и дорогостоющие материалы, в частности нержавеющая сталь и серебро, могут применяться лишь для особо ответственных деталей (клапаны, мембраны и др.), а остальные удобно изготовлять из обычных чёрных или цветных металлов, защищённых хлоростойкими покрытиями.
Защитные покрытия могут быть металлические и неметаллические. Из металлических известны покрытия серебряные, никелевые, хромовые, свинцовые, цинковые и т. д.
В наших исследованиях в хлорной воде, в увлажнённом хлоргазе и на границе раздела хлорная вода — влажный хлор*—хлороустойчивыми из перечисленных покрытий оказались лишь серебряные, нанесенные гальваническим путём. Отмеченная в нескольких случаях коррозия основного металла на посеребрённых образцах происходила в виде отдельных, большей частью мелких точек, в местах, где металл был плохо защищён вследствие пористости покрытия. На рис. 136 показан внешний вид образцов железа и бронзы без покрытия и покрытых серебряной пленкой после коррозиинагранице раздела хлорная вода—влажный хлор.
♦ Граница раздела для покрытий представляет собой интерес в связи с отмеченной Эван-сом’1 способностью некоторых образующихся в процессе коррозии защитных пленок разрываться на границе двух сред, обуслсрднвая этим явление локализации коррозии.
V непокрытых плёнкой металлов в пограничном слое происходит силь-
ное разъедание в глубь образца. Для
Бронза J/Свлсзо
образцов тех же металлов с серебряным покрытием на уровне воды и хлора характерно появление светлой полоски, однако разъедания в этих местах не замечено. Следы коррозии, имеющие на рисунке вид точек, носят случайный характер и лежат вне области границы раздела.
При металлографическом исследовании посеребрённых образцов, подвергавшихся коррозии, выяснилось, что разрушения металла под плёнкой не происходит. На рис. 137 приведены снимки шлифов посеребрённых образцов, подвергавшихся испытаниям и хлорной воде.
Гис. 136. Внешний вщ образцов после i.-оррозпи па границе раздела—хлорная вода — влажный хлор:
Верхний ряд.— Образцы, не защищенные.
Н г а; н и й ряд. — Образцы, защищенные пленкой,из электролитического серебра.
Наличие даже самых малых пор в плёнке, которые могут образоваться вследствие недостаточной толщины серебряного покрытия либо несоблюдения необходимых условий при процессе серебрения, способствует
сметному разрушению металла в незащищённом месте. О характере лих разрешений можно судить по шлифам, произведённым через п коррозии посеребрённых образцах рис. 138). Особенно сильному разрушению ы-ледствие анодной коррозии подвергается же- езо.
На посеребрённых изделиях под действием ьтажпого хлора и хлорной коды образуется, ! ак и в случае чистого серебра, плёнка AgCl, пособствующая замедлению коррозии во времени. Еще большего защитного действия (примерно вдвое) можно достигнуть, получив о а посеребрённых изделиях плёнку AgyS, погружением их на несколько часов в нагретый лч 80° С сернистый аммоний.
Усиление защитного действия при замене плёнки AgCl па Ag2S объясняется меньшей рас-; е.оримостыо Ag.S по сравнению е AgCl. При-miiiitb формулу (80) для пленки Ag2S, получаем число 1.8. которое также говорит о её защитном свойстве.
Таким образом для получения устойчивых к хлору серебряных плёнок необходимым условием являются отсутствие пористости и наличие достаточной толщины плёнки.
Часто в установках для хлорирования воды применяются оцинкованные железные
Рис. 137. Металлографические снимки покрытий из серебра после коррозии в хлорной воде.
!
изделия, например, трубы. Применение их возможно из тех соображений, что цинковые покрытия химически защищают железо. В образовавшейся при коррозии гальванической паре, анодом явится цинк, который и будет корродировать вместо железа. Коррозия железа
начинается лишь после того, как исчезнет весь цинк из покрытия.
При небольших концентрациях хлора возможно применять также хромовые и никелевые покрытия. При больших концентрациях хлора и в концентрированной хлорной воде происходит
отслаивание плёнок этих покрытий от основного металла, вследствие коррозии его под плёнкой.
Гальванические свинцовые покрытия в хлоратор-ных установках непригодны как вследствие их малой хлороустойчпвости, так и мягкости.
Хлоро устойчивость неметаллических покрытий
Неметаллические защитные покрытия можно разбить на следующие группы:
1) покрытия, приготовленные из каучука и его вулканизаторов;
2) хлоркаучуковые покрытия;
3) покрытия, изготовленные на основе различных смол, битумов и других материалов.
В качестве покрытий первой группы применяются: обкладка готовых аппаратов чистой резиной или эбонитом при помощи резинового клея, покрытие мелких деталей слоем резины путём алектрофа-реза, а также создание на небольших деталях защитной плёнки резины или эбонита с помощью лака или клея и последующей вулканизации. Толщина плёнок в последнем случае получается меньше, так как резиновые лаки и клеи обладают значительной вязкостью.
Резиновые покрытия весьма стойки к соляной кислоте, щелочам, шпохлорптам, хлорной воде 80, 81, 82, 83. Еще большие защитные свойства показывают
Рпс. 138. Металлографические спим-
ки, показывающие коррозию основного металла под неплотной серебряной пленкой.
эбонитовые покрытия 76, 80, но резиновые имеют преимущества благодаря лучшей устойчивости к температуре и эластичности, что компенсирует различие тепловых коэфициентов расширения металла
и покрытия.
Ряд авторов указывает, что резина из синтетического каучука имеет большую устойчивость, чем из натурального84, и не изменяется в более широких пределах температуры 84, 85, 86.
Покрытия второй группы—хлоркаучуковые—представляют еще больший интерес для защиты металла от хлора. Вязкость хлоркаучуковых растворов мала, что удобно для получения лаков, которые быстро сохнут и дают твердую, гибкую и весьма стойкую плёнку. При нагреве выше 150° С наступает разложение хлоркаучука. Хлоркаучук не разъедается
газообразным хлором, хлорной водой, кислотами и щелочами 76, 80, 81, 87 89
Из материалов, используемых для получения хлороустойчивых покрытии третьей группы, наилучшими являются бакелитовые и асфальтовые лаки. За границей широкое распространение получили также лаки из винилацетиленовых смол 90,и. Одним из наилучших асфальтовых лаков, получивших широкое распространение в СССР, как дешёвое защитное покрытие является кузбасслак.
Хлороустойчивость неметаллических материалов
Из неметаллических материалов неорганического происхождения в качестве хлороустойчивых можно указать следующие: из естественных каменных пород — андезит, из плавленных силикатных материалов — стекло обычное и кварцевое (оченв устойчиво), эмали (могут быть сделаны хлоростойкими), керамика (при низких температурах не разъедается), цементные замазки, бетоны (менее стойкие, чем керамика) н др.76.
Из неметаллических материалов органического происхождения в хлораторных установках часто применяются дерево, пластические массы, эбонит, резина и некоторые другие материалы.
Дерево, хотя и не является устойчивым к хлору материалом, веб же в ряде случаев находит применение благодаря его доступности и дешевизне. Более хлороустойчпвымп являются твердые и смолистые породы дерева. Обычно, применяя дерево для разного рода баков, резервуаров п пр., его пропитывают смолами, варёным маслом, бакеллтируют или покрывают внутреннюю поверхность цементным раствором по железной сетке или каркасу из набитых по стенкам гвоздей. Об устойчивости дерева можно судить по нашим экспериментальным данным 70, приведённым в табл. 45.
Т а "> лиц а ) г
Устойчивость дерева к воздействию увлажненного хлоргаза п хлорной воды за 336 часов
Материалы Коррозия в хлорной воде в г/м2 час Коррозия в увлажненном хл орг г. ле в г/м2 час
Дерево (дуб; — 1,8
Дегги пропит шное вареным маслом . . + 0,2 4-1,0
Дерево бакслитированное + 0,8 -Ь 2,2
Пз данных таблицы видно, что пмпрегнирование дерева некоторыми материалами улучшает его устойчивост*.
По литературным указаниям 76 из пластических масс стойкими к действию хлора являются материалы, изготовленные на основе резольных и виниловых смол, битумных материалов и пр.
Так как в литературе отсутствуют количественные данные об устойчивости и характере коррозии пластмасс, мы провели испытания70 в 216
жлорной воде, во влажном и сухом хлоре нескольких типов пластификатов фенолоальдегидной группы и винилитов. *
Таблица 46
Коррозия винилитов в хлорной воде и во влажном хлоре за 216 часов
Материалы Коррозия в хлорной воде в г/м -час Коррозия ВО ВЛ37КНОМ хлоре в г/м*-час
Окрашенная поливиниловая смола Перегретая поливиниловая смола . . . . Поливиниловая смола с древесной мукой Поливиниловый пресспорошон 4-0,026 4-0,041 4-0,033 4-0,024 4-0,026 -40,047 4-0,127 -4-0,026
Приведённые в табл. 46 и 47 данные указывают на сравнительно хорошую устойчивость пластмасс к хлору и хлорной воде. Внешне они изменяются мало. В наших опытах одни пластмассы изменили цвет, покрылись плёнкой хлорированного вещества (литые фенопласты), другие же внешне совершенно не изменились (поливиниловые смолы).
Коррозия пластмасс, как правило, протекает с увеличением веса материала, что находит объяснение в замене легких атомов водорода хлором. Порядок интенсивности коррозии с 1 м2 в час во всех средах как для фенопластов, так и для винилитов один и тот же. Для винилитов коррозии в увлажнённом хлоргазе больше, чем в хлорной воде, а для фенопластов наоборот. Чистые впнилиты и фенопласты более устойчивы, чем их композиции с наполнителями.
Коррозия некоторых пластмасс уменьшается во времени вследствие образования на поверхности защитной плёнки из продуктов коррозии; для других — увеличивается в связи с развитием поверхности в процессе коррозии.
Пластмассы в химическом аппаратостроении применяются в виде лаков, футеровочных плиток и т. п. для защиты от коррозии металлических, бетонных, деревянных и др. поверхностей, а также и как самостоятельный конструктивный материал, что относится особенно к таким прочным пластикам, как текстолит.
Резина и, особенно, эбонит также имеют значительную устойчивость к хлору. При наших исследованиях потери эбонита в увлажнённом хлоре не превышали 0,30 г/м2-час, в хлорной воде — 0,23 г/м2-час и сухом хлоре — 0,15 г/м2-час. Устойчивость эбонита, однако, в сильной степени зависит от способа приготовления и состава.
Как видно из приведённого обзора, материалы, которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к хлораторной аппаратуре, дороги и крайне дефицитны. Материалы более доступные обычно одновременно не удовлетворяют требованиям химической стойкости и механической прочности, необходимым для аппаратуры, работающей под давлением.
Наиболее простым и доступным в настоящее время решением является использование защитных покрытий на недефицитных чёрных металлах; однако это не исключает дальнейших изысканий в области подбора, коррозионно-устойчивых к хлору материалов.
пз вкинлмюв в Советском Союм освоено производство пластических композиций иа основе нзготовлвющихсв у мае хлорвинила и давиннлацетилена.
218
Коррозия фенопластов в хлорной воде, сухом и увлажненном хлоргазе за 210 часов
Т а б л и ц а 4 7
Материалы Состав Коррозия в хлорной воде в г/м^-час Коррозия 1- увлажнённом хлоре в г/м2-час Коррозия в сухом хлоре в г/м2-час Примечание
Бакелит Карболит Чистые пластмассы фенолоальдогпдноп гр\ииы, раз- Н- 0,031 4- 0,063 + 0,008 4 0,058 4-0,022 Слегка посветлел Изменений нет
Кристаллит пинающиеся лишь методами получения и приме- --0, 104 --0,062 --0,028 Слегка помутнел
Неолейкорит няе мымп к ата л и з а т ор а м и --0,035 --0,017 --0,183 Трещины
Неолейкорит окрашенный --0,037 --0,054 --О.064 Трещины
Смола ио типу неолейкорита I Смола по типу неолейкорита II Формальдегид с крезолом, полимеризованный в присутствии катализаторов: в I ст. NH3, во 11 ст. фталевого ангидрида Тоже самое с катализаторами: в1 ст.—NJIa, 1)0 II ст. смесью фталевого ангидрида и щавелевой кислоты -1-0,004 + 0,048 Ч-0,040 + 0,058 —
Смола по типу неолейкорита Ш То я^е самое с катализаторами: в I ст.— NH(, во II ст. щавелевая кислота + 0,061 4- 0,032 — —
Текстолит Хлопчатобумажная ткань, пропитанная спиртовым раствором резиновой смолы с нислсдуи'Шей полимеризацией при нагревании — 0,014 + 0,044 4- 0,126 Посветлел
Фаолит То же самое, взамен ткани взят асбест + 0,112 + 0,076 + 0,252 Потемнел
Фенолоформальдегидный прессовочный порошен Фенолоальдегидная смола с наполнителем, спрессованные под большим давлением н при высокий температуре + 0,064 + 0,090 + 0,019 Изменений г (г
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
КОНСТРУКЦИИ ОСНОВНЫХ СОВЕТСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ХЛОРАТОРОВ II ИХ ЭКСПЛОАТАЦИЯ
37. Общие замечания
Техника хлорирования воды в настоящее время располагает целым рядом конструкций отечественных хлораторов, из которых одни находятся в эксплоатации, другие, обладая существенными недостатками, не применяются на практике, а некоторые ещё не успели найти себе массового применения, несмотря на ряд положительных и ценных особенностей.
В этой главе описываются те конструкции, которые уже достаточно широко используются в технике водоочистки или применение которых может быть рационально и легко осуществлено в условиях войны и в восстановительный период.
Имеющиеся у нас в эксплоатации хлораторы по системе измерения расхода хлора можно разделить на два основных типа: на аппаратуру с измерителями, работающими на малых перепадах давления, и на аппаратуру, работающую на больших перепадах.
В то время как измерение перепадов давления в хлораторах первого типа осуществляется диферепцпальными жидкостными стеклянными манометрами, в аппаратуре второго типа применяются дроссельные устройства, в которых перепад давления измеряется металлическими манометрами.
К хлораторам с измерителями, работающими на малых перепадах давления, относятся все заграничные конструкции. По этому же типу построены хлораторы Ремесницкого и ряд других отечественных приборов. К аппаратуре с измерителями, работающими на больших перепадах давлений, относятся почти все конструкции хлораторов типа ЛК системы автора.
38. Хлораторы с измерителями типа жидкостного реометра
Напорный хлоратор Г системы Ремесницкого
Модернизированная конструкция напорного хлоратора системы Ремесницкого получила у нас в Союзе широкое распространение.
Выпущена она под маркой Г (нормальный тип) и отличается от ранее разработанных Ремесницким хлораторов марок А и Б только несколько иным монтажом его узлов1.
Хлоратор Г показан на рис. 139 и состоит из следующих частей: вспомогательного вентиля I, редукционного клапана 2, манометра высокого
Рис. 139. Стационарный напорный хлоратор системы Б. М. Ремесницкого марки Г.
давления 3, регулирующего крана 4, манометра низкого давления о, хло* роизмерителя 6, выпускного крана 7, обратного клапана 8, редукцион* ного клапана для воды 9. фильтра для воды 70, смесителя 77 и фильтра для хлора 12.
Хлоратор с помощью металлической трубки и вспомогательного вентиля I присоединяется к вентилю промежуточного баллона, который питается хлором от рабочих баллонов.
Редукционный клапан, показанный на рис. 140. близко напоминает редуктор Орнштейна.
Клапанпмеет форму шурупа с конической шляпкой, которая плотно притёрта к гнезду. При открытом поступает дуктора давление мембрану. Изгибающаяся
клапане хлор в ПОЛОСТЬ poll производит на круговую
под давлением газа мембрана передвигает прикреплённый к ней с помощью гайки клапан и закрывает щель. При уменьшении давления мембрана отгибается и щель увеличивается., чему способствует находящаяся с противоположной стороны пружина. Установленное с помощью
пружины рабочее давление в дальнейшем поддерживается редуктором автоматически.
Газ из промежуточного баллона, пройдя через баллонный и вспомогательный вентили, поступает в редуктор, из которого затем под сниженным, постоянным давлением протекает в регулирующий мембранный кран и дальше в хлороизмерп-тель.
Хлороизмеритель, изображённый на рис. 141, представляет собой жидкостный диференциальвый манометр, показывающий расход хлора на основании
Рпс. 1 > । Редуктчр хлоратора Реме липкого марки Г.
разности между статическим и скоростным напорами газа.
Он устроен также, каки описанный выше жидкостный измеритель Орнштейна.
Хлор, поступая в измеритель, попадает в наружную стеклянную трубку с жидкостным затвором на конце, а пройдя через капилляр, оказывает давление на ту же жидкость через отверстие внутренней
трубки. При проходе через отверстие капилляра газ теряет часть своего давления, поэтому оно во внутренней трубке измерителя будет мень-
ше, чем в наружной. Разница давлений будет тем значительнее, чем больше будет протекать через капилляр хлора.
Этой разностью давлений хлор выжимает из наружной трубки во внутреннюю индикаторную жидкость, что позволяет производить учёт проходящего через измеритель газа.
Рис. 141. Хлороизмеритель хлоратора Ремесницкого марки Г.
Рис. 142. Обратный клапан хлоратора Ремеснлц];ого марки Г.
Из измерителя хлор попадает в смеситель через так называемый обратный клапан, показанный на рис. 142; поступая в обратный клапан через боковой канал, хлор своим давлением приподнимает мембрану, соединенную с клапаном, п открывает гнездо для прохода газа в смеситель. Давление в клапане поддерживается автоматически и устанавливается соответствующим сжатием пружины с помощью зажимного болта.
Смеситель показан на рис. 143.
Хлоргаз поступает в смеситель сверху через колпак, создающий газовый буфер.
Вода подводится сбоку, п, благодаря тангенциальному расположению входного отверстия, приобретает вращательное движение и но
кольцевой щели попадает в цилиндр, в котором происходит смешение
её с хлором.
В смеситель вода подаётся через водоредуктор, работающий по тому же принципу, что и редуктор для газа, а также через сетчатый фильтр для
Рис. 143. Смеситель хлоратора Ремесницкого марки Г.
очистки воды от крупных механических взвесей.
Из напорных хлораторов с жидкостным измерителем системы Ремесницкого и других авторов этот аппарат можно считать наиболее удачным.
Регулировка и эксплоатация этого хлора описаны подробно в конце настоящей главы.
Рис. 144. Вакуумный хлоратор системы Ремесницкого.
Вакуумный хлоратор системы Ремесницкого
Вакуумный хлоратор Ремесницкого,2 выпущенный в 1938 г., не имеет такого широкого распространения, как напорный хлоратор, по всё же он применяется в некоторых городах.
Этот хлоратор (рис. 144) является аппаратом непрерывного действия. Он смонтирован на доске размерами 480x285 мм и состоит из следующих основных элементов: редукционного клапана 1 с одним манометром высокого давления, регулирующего вентиля 2, измерителя количества хлора 3, эжектора 4, предохранителя 5 ц стеклянного обратного клапана б.
39. Хлораторы с измерителями дроссельного типа с металлическими манометрами
Напорный хлоратор ЛК - 6
Наши экспериментальные и теоретические изыскания в области усовершенствования и рационализации напорной хлораторной аппаратуры послужили основанием к разработке типовых конструкций, в которых
измерение газа основано на дроссельном принципе и перепад давления измеряется металлическими манометрами. При дальнейшем
усовершенствовании описанная выше (см. главу У1П)конструкция стационарного хлоратора ЛК-3 подверглась значительным видоизменениям, в
результате которых было упрощено управление хлоратором, изменён монтаж и переконструирован ряд частей. Такая видоизменённая конструкция стационарного хлоратора выпущена под маркой ЛК-6. В 1938 г. экспериментальными мастерскими Академии наук УССР было налажено серийное производство этих аппаратов, а с 1940 г. началось их массовое заводское производство.
Хлоратор ЛК-6, кроме общих требований, должен был обеспечить возможность наибольшей рационализации процесса хлорирования в условиях не только обычных, но и новых, высоко механизированных водопроводов; поэтому хлоратор ЛК-6 сконструирован таким образом, что к нему легко могут быть присоединены механизмы для автоматизации управления хлорированием, как например: автомат для остановки, пуска 4 и регулирования хлороподачи (см. далее), приборы для автоматической регистрации
Рис. 146. Общий вид отацио- количества хлора и др.
парного напорного хлоратора Как видно из рис. 145 и 146, части ап-АК-6- парата ЛК-6 размещены на Т-образном щите,
в верхней половине которого расположены газодозирующий и регулирующий подачу хлора узлы, а в нижней—смеситель с водоредуктором и хлороспускной вентиль. Габариты хлоратора 55X34X12см, размер щита 46x34 см. Вес аппарата, смонтированного на чугунном щите, 14 кг. Аппарат крепится при помощи кронштейнов
на стене.
На рис. 147, 148 и 149 показаны отдельные узлы конструкции.
® Газоредуктор хлоратора ЛК-6 (рис. 147), в отличие от конструкции хлоратора ЛК-3, наделён усиленным фильтром, который имеет форму гильзы и ввинчивается снизу в коллекторный штуцер газоредуктора. Устройство коллектора обеспечивает возможность питания аппарата хлором одновременно из двух баллонов. Баллоны с хлором присоединяются к коллектору хлоратора при помощи медных трубок и вспомогательных сальниковых вентилей.
Регулировка упругости мембраны в газоредукторе, прочистка
Е‘24
влапана и гнезда, а также фильтра могут быть произведены достаточно быстро без разборки самого редуктора. Работа газоредуктора
Рис. 146. Чертеж стационарного хлоратора ЛК-6.
построена на вибрации упругой мембраны, зажатой между его флан" цами. Перемещение мембраны вызывает перемещение соединённого с
ней клапана, благодаря чему изменяется и размер щели в гнезде, через которую поступает газ. Противодействие давлению хлора, оказываемое упругостью мембраны, регулируется дополнительным давлением пружины, которая находится по другую сторону мембраны.
Дозирующая часть аппарата (рис. 148) состоит из манометров, микрометрического мембранного вентиля, гнезда с капилляром и регулятора остаточного давления, конструкция которого подобна
Рис. 147. Газоредуктор хлоратора ЛК-6.
225
15 Л. А. Кульский
газоредуктору (за исключением клапана). Газ поступает в регулятор под мембрану, своим давлением отжимая ее открывает клапан и проходит в смеситель. Регулятор автоматически поддерживает необходимое давление за капилляром, облегчая процесс дозирования. Учёт газоподачи производится, как и в хлораторе ЛК-3, по разности показаний манометров с помощью номограммы или таблицы пересчёта этих показаний в грамм час3, 4. Регулировка газоподачи ведётся микрометрическим вентилем.
Рис. 148. Дозирующая часть хлоратора ЛК-6.
Смеситель хлоратора ЛК-6 (рис. 149) о целью увеличния производительности несколько удлинён по сравнению со смесителем хлоратора ЛК-3. Для уменьшения потери давления вихритель его укорочен; поплавок перемещён из головки смесителя в расширенную часть газоподводящей трубки, находящейся в верхней части смесительного стакана.
Наличие регулятора остаточного давления и установка смесителя с поплавковым затвором ниже газодозирующего узла гарантируют хлоратор от попадания воды в другие части аппарата. .
Производительность хлоратора ЛК-6 равна 4750 г/час хлора. !
Сообразно с установленной производительностью хлоратора рассчитаны его узлы и детали и разработан график нормального режима работы. Газоподача в указанных пределах обеспечивается набором капилляров диаметром от 0,2 до 1,2 мм, состоящим из двух комплектов по шесть номеров в каждом.
Первый комплект от 0,2 до 0,7 мм для газоподачи от 20 до 1600 г/час хлора.
хлоратора
Рис. 149. Смеситель ЛК-6.
Второй комплект от 0,7 до 1,2 мм для газоподачи от 300 до 4750 г/час хлора.
Газодозирующая часть снабжена манометрами системы Бурдона с серебряной трубкой, на 3 атм. и с ценой деления 0,05 атм.
Смеситель с водоредуктором обеспечивает прохождение воды через вихритель под давлением до 2 атм. в количестве до 16 л в минуту. В смесителе при времени контакта хлора с водой до 5 сек. получается хлорная вода с концентрацией активного хлора до 5,0 г/л.
Микрометрический вентиль даёт возможность регулировать газоподачу с необходимой точностью.
Точность регулирования достигается разностью шага в 0,3 мм между внутренней и наружной нарезкой стержня маховичка, с помощью которого перемещается перекрывающий конус клапана.
Газоредуктор обеспечивает постоянство давления в пределах от 0,5 до 3,0 атм.
Последнее достигается наличием двойной (серебряной и латунной) мембраны, рабочая поверхность которой равна 40 см2 и толщина каждой мембраны 5=0,25 мм. Максимальный прогиб при 3 атм. равен 1—2 мм.
Для противодавления мембрана поджата пружиной с жёсткостью 12 кг/мм, при поворачивании нажимной гайки редуктора (имеющей шаг резьбы 1 мм) на один поворот создаётся нажимноеусилиена мембрану со стороны пружины, равное12кг.
Регулятор остаточного давления сохраняет постоянным давление газа за капилляром в пределах от 0,3 до 1,0 атм.
Регулятор имеет одну серебряную мембрану толщиной 0,4 мм и рабочей поверхностью 40 см2.
[Максимальный прогиб мембраны — 1 мм.
'£$Й||Я.5КЙ
Напорный хлоратор ЛК - 7 большой производительно ст и
Сверхмощный стационарный хлоратор ЛК-7, сохраняя общую конструкционную схему хлоратора ЛК-6, предназначен для обслуживания крупных водопроводных станций и очистных сооружений для сточных и технических вод5. Этот аппарат рассчитан на подачу хлора до 50 кг/час. В связи с этим дозирующая часть аппарата соответственно переработана, размеры каналов и капилляров увеличены, увеличен размер смесителя и усилено его вихрительное устройство.
Хлоратор снабжён мощным фильтром и коллектором, обеспечивающим возможность подачи газа из батареи хлорных баллонов бочек или цистерн.
13* 227
В отличие от других советских и заграничных конструкций, в хлораторе ЛК-7 цветное литье заменено чугуном и железом, защищенным хлоростойкими лаковыми покрытиями.
Конструкция хлоратора ЛК-7 представлена на рис. 150. Общий вид аппарата дан на рис. 151.
Хлоратор смонтирован на стойке и состоит из ряда соединённых друг с другом узловых частей.
Рис. 150. Чертеж стационарного напорного хлоратора ЛК-7, увеличенной производительности.
Вверху на раме расположены части для механической очистки и дозирования поступающего из баллонов газообразного хлора, под ними на стойке укреплены части, обеспечивающие подачу воды и растворение в ней хлора.
Основные узлы хлоратора представлены на рис. 152, 153 и 154.
Первым узлом по ходу газа является коллектор (рис. 152). Он представляет собой полый стержень, имеющий семь штуцеров. Штуцеры служат для присоединения к коллектору хлороподводящих трубок, предназначенных для подачи в хлоратор хлоргаза из питающей группы баллонов. 228
Второй узел — фильтр (рис. 152). Это — полый цилиндр, внутрь которого вставляется гильза, набитая стеклянной ватой и имеющая ряд отверстий для впуска и выпуска протекающего через гильзу хлора.
У входного отверстия фильтра расположен сальниковый вентиль, которым можно приостановить доступ хлора из коллектора в фильтр. Фильтр присоединён с помощью ниппеля и гайки к газоредуктору. ,
Газоредукторный узел (рис. 153) состоит из газоредуктора и манометра высокого давления. Газоредуктор хлоратора ЛК-7 аналогичен такому же в хлораторе ЛК-6, отличается он от последнего только размерами клапана и отверстий. Хлор, поступая в газоредуктор под давлением, регистрирующимся на манометре, теряет в нём часть своего избыточного давления и поступает в дозирующий узел хлоратора.
Газодозирующий узел (рис. 153) состоит из манометра низкого давления,
Рис. 16'2. Коллектор и фильтр хлоратора ЛК-7.
Рис. 151. Общий вид хлоратора ЛК-7.
капилляра и мембранного микрометрического вентиля, которым регулируется подача хлора. Капилляр помещён за мембранным вентилем в гнезде корпуса, которое закрыто головкой. При прохождении хлора через капилляр возникает разность давлений газа до и за ним. Часовая подача хлора определяется по показаниям манометров и данным номограммы.
Регулятор остаточного давления (рис. 153) служит для сохранения постоянного давления за капилляром, которое регистрируется находящимся над ним вторым манометром низкого давления. Регулятор ЛК-7 подобен по устройству регулятору остаточного давления хлоратора
ЛК-6. Внизу регулятора имеется хлоровыводной вентиль, обеспечиваю-
щий возможность выпуска хлора наружу. Хлор, проходя через дозирующий узел, поступает в смеситель.
Смеситель (рис. 154) состоит из корпуса свих-рителем и хлороподводящей трубкой, смесительного цилиндра в металлической оправе и основания с предохранительным колпачком над выводным отверстием.
X л оропод водящая трубка имеет на конце уширение, в котором помещён поплавке вый клапан, предохраняющий, как и в смесителе хлоратора ЛК-6, другие части хлоратора от попадания воды прп наполнении смесителя.
Вихритель устроен таким образом, что вовремя работы он подаёт воду в виде двухслойного вращающегося спирального конуса, внутрь которого поступает хлор. Это вращение воды осуществляется с помощью имеющихся в вихрителе двух круговых щелей с ленточной резьбой. Величина основной, наружной щели устанавливается поджатием вихрителя к кольцу корпуса посредством резьбы в его головке.
Предохранительный колпачок смесителя состоит из выступающей над выводным отверстием трубки с окнами, которая накрыта колпачком. Последний предназначен для предохранения от проскока в выводное отверстие нерастворившегося в воде хлора.
Редуктор для воды, через который она поступает в смеситель, аналогичен такому же в хлораторе ЛК-6.
Все чаьти хлоратора рассчитаны на подачу хлора в пределах от 1 до 50 кг/час.
Газоподача в указанных пределах обеспечивается набором капилляров диаметром 1,5, 2,0, 3,0, 3,5 и 4,0 мм.
Смеситель с редуктором для воды обеспечивает подачу до 10 м* воды в час, при давлении 2,5 — 3 атм. Максимальная концентрация активного хлора в смесителе достигает 5 г/л. Нормальная работа смесителя рассчитана на остаточное давление газа в 0,5 атм. Определение
газоподач в различных условиях производится по таблицам или номограмме.
Конструкция аппарата предусматривает возможность присоединения к нему механизмов, регистрирующих подачу хлора, и автоматических устройств ДЛЯ механизации процесса управления аппаратом. *
Материалы по регулировке и эксплоатации этих хлораторов приведены в конце настоящей главы.
Лановакуумнай хлоратор ЛК-8
В 1941—1942 гг., когда заводское изготовление хлораторов в СССР было нарушено войной, возник вопрос о разработке такого хлоратора, который был бы прост и портативен, а изготовление его доступно мастерским любого водопровода.
Такой тип аппарата был разработан автором в г. Уфе и выпущен под названием мановакуумного хлоратора ЛК-8.
При конструировании этого хлоратора имелось в виду обеспечить максимальную экономию материала и
отказаться, как и в хлораторе ЛК-7, от применения дефицитных
цветных металлов за счёт изготовления всех частей из обычного
сортового железа®.
Хлоратор ЛК-8 не только освобождён от стеклянного измерителя, но и от манометров, лимитировавших выпуск продукции еще и в довоенное время. Благодаря своим небольшим габаритам и весу хлоратор ЛК-8 даёт экономию металла, достигающую 84—90% по сравнению с хлораторами других конструкций.
Хлоратор предназначается для хлорирования воды на стационарных водопроводах, но благодаря своим малым габаритам, может устанавливаться даже и на самых небольших передвижных установках.
Хлоратор ЛК-8 (рис. 155 и 156) может работать как вакуумный и как напорный хлоратор.
Рис.155.ХлораторЛК-8еподклю'1енным к нему вакуумным смесительным устройством.
Аппарат состоит из следующих частей: крепительного хомута (скобы), редукционного вентиля, мембранного металлического реометра со стрелочным механизмом и вакуумного смесителя или инжектора.
Рис. 156. Общий вид мановакуумного хлоратора ЛК-8 с инжекторным устройством.
Крепительный хомут применяется обычного образца и служит для присоединения хлоратора к баллону.
Редукционный вентиль (рис. 157) представ-
ляет собой редуктор для газа обычного типа.
Положение мембраны, а с ней и клапана определяется равновесием между давлением газа и пружины на мембрану. Отличительной особенностью этого узла является то, что редуктор служит одновременно и вентилем, так как мембрана с клапаном соединены при помощи обратной тяги с маховиком, что обеспечивает возможность плотного перекрытия проходной щели.
Металлический мембранный измеритель (рис. 158) представляет собой реометр, в котором перепад давления измеряется при помощи двух упругих металлических мембран; одна из этих мембран находится под давлением газа до капилляра, а вторая — под давлением газа после его
Рие. 157. Редукционный вентиль хлоратора ЛК-8.
дросселирования в капилляре. Капилляр расположен в центре мембран, соединённых друг с другом втулкой. Перемеще-
ние мембран происходит в результате разности усилий, обусловливаемых давлением газа. Это перемещение при помощи тяги передаётся стрелочному механизму и фиксируется на шкаяе, градуированной в атмосферах. При определении газоподачи пользуются номограммой или таблицей в
соответствии с номером установленного капилляра.
Рис. 158. Измеритель хлоратора ЛК-8.
В качестве упрощённого измерителя может быть также использован в этом хлораторе узел, состоящий из капилляра, помещённого в тройник, и обычного хлораторного манометра низкого давления, который соединён с пространством до капилляра (рис. 159). Измерение в таком случае производится по избыточному давлению газа до капилляра с помощью манометра.
Смеситель в хлораторе ЛК-8 дан в двух вариантах: водяной эжектор (рис. 160) и инжекторное устройство для ввода хлора непосредственно в воду (рис. 161). В первом случае смеситель состоит из обычного водоструйного 233
насоса французского типа, снабжённого обратным предохранительным клапаном и регулятором вакуума. Струя воды, протекая через водоотруй-
Рис. 159. Хлоратор ЛК-8 с манометром Шеффер-Бурдон.
ный насос, засасывает газообразный хлор, поступающий из измеритель
ного узла.
Недостающий объём газа возмещается воздухом, засасывающимся через регулятор вакуума, чем обеспечивается постоянство абсолютного
Рис. 160. Вакуумное смесительное устройство к хлоратору ЛК-8.
давления за капилляром.
В другом варианте смесительного устройства хлор поступает под давлением из измерительного узла непосредственно в водовод и смешивается с водой в инжекторе. Вода в количестве, необходимом для растворения хлора, подсасывается струёй газа.
С эжектором хлоратор работает как вакуумный, а с инжекторным устройством — как напорный.
Хлоратор ЛК-8 может быть использован также и как дозатор хлора пли других компримированных газов, например, аммиака, углекислоты, сернистого газа. Возможность использования этого хлоратора в качестве дозатора газов вы-
текает из того, что его дозирующая часть не связана с абсорбционным устройством, а также и благо-
даря тому, что весь хлоратор изготовлен из железа, изолированного внутри коррозионно-устойчивой плёнкой.
Вариант аппарата ЛК-7 для подачи в воду других газов
Автором была разработана специальная конструкция напорного газодозатора для осуществления процессов аммонизации, дехлорирования воды сернистым газом и пр7.
Этот аппарат, названный дозатором типа ЛК-7, как о конструктив-ной стороны, так и по характеру своей работы приближается к хлоратору этой марки. Он отличается от хлоратора тем, что в нём отсутствуют смесительное устройство и редуктор для воды. Кроме того, на газодозаторе ЛК-7 установлен самозаписывающий прибор для определения расхода газа во времени.
Газодозатор ЛК-7 (рис. 162) состоит из стойки, на верхней части которой смонтированы газодозирующий и редукционный узлы, а ниже — регистратор расхода газа с самозаписывающим прибором.
Газодозирующий и редукторный узлы в дозаторе те же, что и в хлораторе ЛК-7.
Запись подач газа в пеги- т> . Т1
" " Рис. 161. Инжекторное смесительное устройство
страторе осуществляется с к хлоратору ЛК-8,
помощью механизма, состоящего из серебряной пружины типа Бурдона, конец которой связан с записывающим пером, скользящим по поверхности барабана, вращающегося с помощью часового механизма.
Перо чертит на ленте, с нанесённой на ней градуировкой, кривую давления газа до капилляра, которое при постоянном остаточном давлении пропорционально его расходу7.
40. Интенсификация съема хлора из баллонов
Для нормальной работы хлоратора необходимо обеспечить подачу определённых, иногда весьма значительных количеств газообразного хлора.
При больших расходах газа требуется либо одновременное включение большого количества баллонов, либо создание температурных условий, обеспечивающих постоянный и быстрый переход жидкого хлора в газообразное состояние. Для интенсификации процесса съёма хлоргаза из баллонов предложено несколько способов, получивших различное конструктивное оформление. Одни способы основаны на испарении хлора в самих баллонах, Другие — на переливании жидкого
хлора из хлорных баллонов в специальные обогревательные герметические сосуды—хлороиспарители, в которых и происходит переход жидкого хлора в газообразный. * Рассмотрим некоторые из этих установок.
Рис. 162. Га.юдозатор ЛК-7 для подачи в воду аммиака, сернистого ангидрида и других газов.
Установки, интенсифицирующие испарение хлора в самих баллонах
И. Н. Кузнецов (при участии других сотрудников ЛОВОДГЕО) сконструировал электротермостат, в котором потеря тепла на испарение хлора компенсируется подогревом баллонов электрическим нагревателем9. Аппарат этот (рис. 163) состоит из термостата, прикреплённого на цапфах к тележке, удобной для передвижения. Термостат имеет форму
*В настоящее время в СССР проводятся исследования по хлорированию во ты непосредственной подачей в воду жидкою хлора.
На одном из водопроводов г. Москвы поставлена опытная установка, разработанная инж. И. Ц. Извековым*, осуществляющая хлорирование /кидким хлором.
По . iirrepa'j урным данным этот способ применен в нескольких местах и за границей для получения больших количеств хлорной воды.
Основными причинами, тормозящими внедрение этого метода в практику, являются: а) обмерзание трубок, подающих жидкий хлор из баллонов к месту ввода; б) замерзание воды в малых потоках при соединении с жидким хлором; в) интенсивная коррозия металлических частей вблизи места смешения хлора с водой; г) выделение газообразною хлора из воды в атмосферу, т. е. потеря хлора; д) неточность дозировки хлора.
езб
прямоугольного параллелепипеда, представляющего собой железный каркас,обшитый внутри асбестовым картоном, а снаружи—защитной обшивкой из кровельного железа. В днище термостата имеются два отверстия диаметром 100мм, к которым приварены железные кольца, представляющие собой опорные гнёзда для шеек баллонов с вентилями, выходящими наружу через днище. В целях удобства зарядки термостата и строгой ориентировки положения баллонов относительно нагревательных элементов внутри термостата установлены для каждого баллона направляющие рейки, приваренные к каркасу и днищу. Для укрепления бал-
Рис. 163. Электротермостат для интенсивного испарения хлора из баллонов системы Н. Н. Кузнецова.
лонов в крышке термостата предусмотрены два нажимных болта, снабжённых со стороны баллонов чашкообразными шайбами.
Термостат закрывается крышкой, которая закрепляется
на нем затяжными барашками, рас-
положенными по периметру.
Обогрев баллонов производится шестью электрическими нагревателями сопротивления, укреплёнными на дне термостата. Под термостатом укреплён трехканальный коллектор, два отростка которого предназначены для присоединения к баллонам, третий — к запорному крану, установленному на термостате. Термостат предназначен для работы с баллонами, снабжёнными сифонными трубками. Коэфициент полезного действия этой установки близок к 65%. Термостат рассчитывается так, чтобы температура внутри его не превышала 60°. При повышении температуры выше 90° С может начаться взаимодействие хлора с металлическим железом, чего ни в коем случае нельзя допускать. Для обеспечения постоянного нагрева баллонов в термостате имеется терморегу-
лятор. Кроме того, каждый термостат снабжён ешё контактным манометром, выключающим питание нагревателей при повышении давления
с додэи 'юдогэе&стелЬ
Рис. 164. Установка с водяным обогревом баллонов системы автора.
Рис. 165. Хлороиспаритель системы Б. М. Ремесницкого.
в коллекторе выше предельной величины. Опыт применения такого электротермостата в производственных условиях при мощности хлораторной установки в 180 кг/час показал, что число хлорных баллонов сокращается с 260 до 30, при соответствующем сокращении длины коммуникационных линий и уменьшении количества деталей.
Нашими экспериментальными данными10 установлено, что при водяном обогреве теплой одача гораздо более эффективна, чем при воздушном. В связи с этим нами была предложена установка с водяным обогревом баллонов. Схема этой установки представлена на рис. 164. Она состоит из бачка с гнёздами для 10 баллонов и прикреплённой к бачку стойки с коллектором, к которому подключаются баллоны. Необходимый съём хлора обеспечивается электрическим обогревателем, вмонтированным в дно бачка. Терморегулятор обогревателя связан с контрольным манометром.
Установки для испарения хлора вне баллонов
Хлороиспарительная установка Ремесницкого предусматривает обогрев хлороиспарителя водой комнатной температуры. Такой «обогрев», по данным Ремесницкого, незначительно увеличивает съём хлора и может быть применён на мелких водопроводах,
которые обслуживаются вакуумными хлораторами.
В тех случаях, когда требуются повышенные объёмы хлоргаза, температура обогревающей воды должна быть доведена до 35° С.
ЕЗВ
Хлороиспаритель гемесницкого (рио. 165) изготовляется из стан-плотного хлорного баллона, помещённого в чехол-рубашку из стальной
трубы диаметром 250 мм. В горловину хлорного баллона ввинчивается специ* альная головка с двумя хлорными вентилями, один из которых подаёт жидкий хлор в испаритель, а другой отводит из него хлоргаз. В головке хлороиспарительного баллона заделана осевая трубка длиной 175 мм, которая предохраняет хлороиспаритель от заполнения жидким хлором и таким образом устраняет возможность его разрыва в том случае, если температура хлора в хлороиспарительном баллоне почему либо возрастёт. В рубашку хлороиспарителя к нижнему штуцеру подводится вода, предназначенная для обогрева баллона; вода отводится из рубашки по боковому верхнему штуцеру. Схема этой установки такова (рис. 166): хлорные баллоны 7, питающие установку жидким хлором, разделяются на группы и устанавливаются в стойках в ванны с проточной водой вентилями вверх. Каждая группа баллонов объединяется одним первичным коллектором 2. Все первичные коллекторы объединяются вторичным расходным коллектором 3, из которого жидкий хлор течёт непосредственно в хлороиспарители 4, соединённые с разгрузочным коллектором 5.
Остаток неизрасходованного хлора поступает к специальному эжектору через разгрузочную магистраль в баллон-ловушку 6 и прибор 7 для измерения и регулировки количества удаляемого остатка хлора. Эжектор 8 создаёт разрежение в хлоропроводах и соединённых с ним приборах, отсасывая хлор и освобождая от него трубопроводы в случае его утечки.
'Нами предложена установка с трубчатым испарителем для хлора. Схема этой установки изображена на рис. 167. Жидкий хлор из перевёрнутых баллонов поступает в нижнюю камеру испарителя, состоящего из 20 латунных трубок диаметром 12 мм и длиной
ез»
1200 мм (поверхность нагрева около 1 м2). Поднимаясь по трубкам, обогреваемым снаружи теплой водой, хлор испаряется и в газообразном состоянии поступает в верхнюю камеру, откуда и подаётся к месту назначения.
Для предупреждения случайного попадания жидкого хлора в расходный коллектор на выходе из испарителя помещён промежуточный баллон, установленный на весах. В случае попадания жидкого хлора
Рис. 167. Трубчатый хлороиспаритель системы автора.
в баллон равновесие весов нарушается, и замыкаются контакты сигнализации. Такая схема интересна тем, что позволяет подавать до 50 и более кг/час газообразного хлора, даже при включении только одного— двух баллонов. Число одновременно работающих баллонов при работе по приведённой схеме определяется лишь удобством обслуживания.
41. Советские конструкции и схемы автоматизации процессов хлорирования воды
Устанавливаемые на водопроводах стационарные хлораторы непрерывного действия являются приборами, лишь самостоятельно поддерживающими дозировку хлора, уже отрегулированную ручным способом.
Такая система хлороподачи целиком себя оправдывает в тех случаях, когда количество подаваемой насосными станциями воды постоянно, и поэтому количество хлора, отрегулированное вручную, оставаясь неизменным, обеспечивает требуемую дозировку. При частых остановках насосов и особенно при переменной работе нескольких насосных агрегатов разной мощности, регулирование процесса хлорирования вручную очень усложняется, так как требуется постоянный тщательный контроль остаточных количеств хлора в воде и частая регулировка хлоратора.
В таких условиях значительное удобство представляют установки по хлорированию воды с автоматической регулировкой, механически изменяющей дозы хлора в зависимости от количества подаваемой насосами воды или, что еще лучше, в зависимости от бактериального и химического состояния воды, при котором основным показателем 140
надёжности очистки является постоянная величина остаточноп хлор\ в воде.
В СССР автоматизация хлорирования воды разработана и внедрена я гораздо меньшей степени, чем за границей. Только на некоторых водопроводах этот процесс частично автоматизирован (например, в Кинешме). Кроме таких частично автоматизированных установок, имеется несколько проектов автоматизации новых водопроводов.
В настоящее время, когда эксплоатации действующих, а также и налаживаемых после разрушения водопроводов (в местах, освобождаемых от временной оккупации) требует значительных кадров квалифицированных водопроводчиков и особенно бдительного наблюдения за работой водопроводов, вопрос автоматизации процессов дезинфекции воды является ещё более актуальным, чем до войны. Автоматические устройства не только заменяют труд квалифицированных работников, но и гарантируют надёжность процесса дезинфекции. Они могут быть использованы и для автоматического определения . в воде некоторых групп ОВ и обезвреживания последних.
Ниже приводим разработанные в последние годы в СССР наиболее интересные схемы автоматического хлорирования воды.
Схемы и устройства, автоматизирующие регулировку хлораторов в зависимости от работы насосов
Для целей автоматизации процессов хлорирования в соответствии с работой насосов, а также количеством подаваемой воды, в настоящее время в СССР разработан ряд схем.
Осуществление таких схем, автоматизирующих процесс управления хлораторами и заменяющих ручное регулирование автоматическим, может быть основано на использовании механизмов, включающих клапаны с проходами для газа заданного постоянного сечения или сообщающих движение маховику регулирующего вентиля, изменяющего сечение канала.
В качестве примера автоматических устройств, работающих на принципе изменения газоподачи включением проходов постоянного сечения, приводим разработанную нами ещё в 1933 г. схему электроавтома-тического регулятора, производящего регулировку подачи газа включением капилляров с диаметрами, соответствующими мощности работающих насосов и, 12 и схему автоматического включения хлоратора в зависимости от работы или остановки насоса, разработанную в 1937 г. Б. М. Ремесницким. •
Электроавтоматический хлорорегулятор системы автора обеспечивает регулировку подачи хлора, в зависимости от количества подаваемой воды, и автоматически включает и выключает хлоратор во время пуска и остановки насосной станции. Электрорегулятор приспособлен для работы на автоматических и других насосных станциях любой мощности с любым количеством насосов, работающих в различных сочетаниях ДРУГ е другом, т. е. для работы в тех случаях, когда ручная регулировка является слишком затруднительной или даже невозможной.
Электроавтоматический регулятор состоит из нескольких электроклапанов, причём количество газовых клапанов должно соответствовать 16 Л. А. Кульский 241
количеству насосных агрегатов данной станции, а количество водяных клапанов — количеству хлораторов, работающих на данной установке.
Газовые клапаны соединены между собой параллельно при помощи коллекторных трубок, которые присоединяются к хлоратору в двух местах — до и после наглухо закрытого газодозирующего вентиля. Весь хлор, выходя из газоредуктора, проходит через клапаны и только после этого поступает к измерителю.
Рис. 168. Схема установки для автоматической регулировки подачи хлоре с помощью электроклапанов системы автора:
1 — хлоратор ЛК-6; 2— газовые клапаны; 3— гидрокланан; 4 — баллон для хлора.
Водяной клапан включён в трубопровод, подающий воду в смеситель хлоратора.
На рис. 168 представлена схема такой установки.
Каждый из газовых клапанов электрически связан с одним насосным агрегатом и отрегулирован соответственно мощности последнего. При включении в работу насоса автоматически открывается и соответствующий клапан регулятора, увеличивая таким образом хлоро-подачу.
Электроклапан состоит из собственно клапана, электромагнита, управляющего его работой, и специального переключателя; все эти части монтируются на общей литой раме.
Газовые и водяные клапаны представляют собой механизмы мембранного типа, снабжённые микровентилями, дающими возможность регулировать пропускную способность клапанов (рис. 169). Герметичность клапанов в закрытом положении обеспечивается специальной пружиной, сила нажатия которой может быть отрегулирована. Открытие и закрытие клапана производится коленчатым рычагом, с отношением плеч 1:5. Длинный конец рычага приводится в действие вертикальной тягой, связанной с сердечником электромагнита; короткий конец сое-242
динён с промежуточным стержнем, приводящим в движение шпиндель клапана через соединительную муфту.
Включение и выключение электроклапанов осуществляется с помощью электромагнитов. Для установки использован стандартный, тормозной электромагнит завода «Динамо» типа КМТ-0, со следующей характеристикой: тяговое усилие 8 кг, длина хода якоря 30 мм, потребление мощности при втянутом сердечнике 30 ватт.
В нижней части станины клапана устанавливается переключатель барабанного типа с пружинящими контактами. Вращение переключателя производится вертикальной тягой клапана. Переключатель управляет как водяным клапаном, подающим воду хлоратора, так ной звуковой сигнализацией.
Электрическая установки обеспечивает связь между газовыми клапанами и соответствующими насосными агрегатами, а также между каждым из газовых клапанов с водяным клапаном. При этом хотя бы одного подающего газ, автоматическое
и электромагнита водяного клапана.
Световая сигнализация разработана е таким расчётом, чтобы можно было установить положение каждого клапана в любой отрезок времени. При наруше
нии нормальной работы приводится в действие звуковая сигнализация.
Для более полной автоматизации установки рубильники моторов к насосам могут быть заменены автоматами, соединёнными с газовыми клапанами таким образом, что при нарушении нормальной работы одного из клапанов, автоматически выключается и соответствующий ему насос.
смеситель
контроль-световой
в и и
схема
п
Рис. 169. Газовый клапан в разрезе.
включение клапана, вызывает включение
Ряс. 170. Устройство системы Ремес-иицкого для автоматического включения и выключения хлоратора.
Схема для автоматического включения и выключения хлоратора в зависимости от работы и остановки насоса, предложенная Б. М. Ремесниц-ким 13, изображена на рис. 170 и состоит в следующем:
В трубопровод для хлорного газа, питающий хлоратор, включается специальный кран 1, который удерживается давлением воды в открытом состоянии. Конус крана, открывающий и закрывающий проход хлора через этот кран, связан с мембраной. Мембрана может свободно колебаться в герметической камере 2, образуемой мембраной при соединении её со сплошным выпуклым диском. Соединение этого диска с мембраной производится посредством болтов и кольцевого фланца. Диск имеет два отростка 3 и 4 для прохода воды через камеру над мембраной. Когда проход для воды через отросток 3 и отросток 4 свободен, мембрана не нажимает на конус крана 1 и происходит питание хлоратора хлором. Когда же выход воды из отростка 4 закрыт, то вода нажимает посредством мембраны на конус крана 1, закрывает проход для хлора и хлоратор останавливается. Сквозной проход воды над мембраной открывается и закрывается автоматически при пуске и остановке насоса посредством крана 5, приводимого в Движение электромагнитом 6. Когда пускают в ход насос, электрический ток поступает одновременно и в электромагнит 6 и, вследствие притяжения якоря электромагнита, открывает кран 5. Напорная водопроводная вода, питающая смеситель хлоратора, поступает к отростку 3, проходит через отросток 4, кран 5 и попадает в смеситель хлоратора. Так как в это время вода не нажимает на мембрану, то кран 1 открыт, и хлоратор работает. Когда же останавливается насос, ток в электромагните прерывается, и пружина 7 закрывает кран 5. В этом случае вода, не имея выхода из отростка 4, нажимает на мембрану и последняя закрывает кран 1. Таким образом, одновременно прекращается питание смесителя хлоратора хлором и водой. Кран 8 служит для переключения хлоратора па ручную регулировку.
Автоматическая регулировка подачи газа, осуществляемая по принципу изменения сечения для прохода газа, обычно производится подключением вентиля с особым устройством, параллельно закрытому газодозирующему вентилю хлоратора.
Управление автоматическим вентилем может быть осуществлено электрическим, гидравлическим и пневматическим приводами. Работа привода должна быть строго согласована с характером работы задающих устройств так, чтобы между компонентами (хлором и водой, хлором и раствором коагулянта и т. д.) была соблюдена полная пропорциональ-244
ность. Так как в данном случае регулирующим органом является вентиль, то работа привода должна быть также согласована и с характеристикой самого вентиля.
На рис. 171 и 172 показан общий вид и приведена схема установки для автоматического дозирования хлора пропорционально расходу воды, разработанная лабораторией автоматики Академии коммунального хозяйства. По этой схеме регулирование производится при помощи
Рис. 171. Схема автоматической установки для хлорирования воды со следящей реостатной системой АКХ и хлоратором ЛК-7.
электрического привода, соединённого жёсткой обратной связью с реостатной следящей системой. Следящая система привода соединена с аналогичным устройством индикатора расхода воды по схеме неравновесного моста Уитстона.
Изменение производительности станции вызывает нарушение согласованности между следящими реостатами привода и индикатора производительности. Вследствие этого, возбуждается реле, включённое в диагональ моста, которое замыкает цепь приводного мотора. Мотор, устанавливая дозирующий вентиль в надлежащее положение, одновременно перемещает и следящую систему в состояние баланса, после чего он обесточивается.
По заданию Академии коммунального хозяйства РСФСР в 1941 г. в группе технологии воды по проекту автора разработаны три схемы установок для автоматического регулирования подачи хлора в зависимости от расхода воды. Установки состоят из хлоратора и связанного с ним прибора — регулятора подачи хлора.
Первая установка включает в себя регулятор, схема которого дана на рис. 173. Этот регулятор состоит из мембраны, прогибающейся под влиянием разности давлений воды в трубопроводе до кольца Вентури и после него. В зависимости от величины прогиба мембраны, т. е. от расхода воды в водопроводе, передвигается ползунок реостата небольшого мотора (мощностью 5—10 ватт), связанного с вентилем хлоратора. При изменении силы тока изменяется вращающий момент якоря мотора, открывающего вентиль. Степень открытия вентиля регули-руетсяспециальным приспособлением.
Рис. 1,2. Электрическая схема автоматической установки АКХ:
1 — поплавок; 2 — потенциометры: з— реле; 4 — привод, мотора вентиля.
По второй схеме (рпс. 174) труба Вентури гибкими шлангами соединяется с двумя герметически закрытыми баллонами, помещёнными sii весах. Во время работы водопровода по обе стороны трубы Вентури устанавливается разность давлений и баллон, подсоединённый до трубы Вентури, наполняясь водой в большей степени, чем баллон, подсоединённый после неё, опускается и, поворачивая маховичок регулятора подачи хлора, соответственно перемещает клапан дозирующего вентиля.
Третья схема в механической своей части соответствует второй, но перемещение баллонов, присоединённых до и за трубой Вентури, передается регулятору подачи хлора при помощи приводного мотора, связанного со следящим коммутатором тока. Когда разность давлений в трубе Вентури изменяется, баллоны на весах перемещаются и, поворачивая ползунок, переключают коммутатор секций, включая ток. Током приводится в действие реле, замыкающее цепь приводного мотора.
Приводной мотор одновременно с вращением дозирующего вентиля вращает дисковый следящий коммутатор (рис. 175) до тех пор, пока вырез в нём не придется над секцией, соединённой с коммутатором рычажного устройства. При этом цепь реле обесточивается, реле срабатывает, размыкается цепь приводного мотора, и дозирующий вентиль 246
Устанавливается в заданном положении. Прямой и обратный ход приводного мотора обусловливается тем, что дисковый следящий коммутатор °остоит из двух частей, соединённых каждая со своим реле.
Рис. 173. Схема мембранного автоматического регулятора системы автора.
Таким образом, осуществление приведённых схем даёт возможность автоматизировать пуск, остановку и регулировку подачи хлора в зависимости от расхода воды.
Схемы автоматического контроля остаточного хлора в воде
Наряду с приведенными регуляторами значительный интерес в современных условиях представляют установки, обеспечивающие автоматический контроль остаточного хлора в воде и управление работой хлоратора в зависимости от бактериального и химического заражения воды.
Работа такого типа установок, обычно, основывается на обеспечении в воде постоянного количества остаточного хлора, независимо от хлоропоглощаемости воды.
Как уже было сказано в главах II, III и IV, хлоропоглощаемость воды служит показателем степени её загрязнённости. В связи с этим автоматизация процесса хлорирования, построенная на обеспечении постоянного избыточного количества хлора в воде, является наилучшей гарантией очистки воды, особенно в условиях военного времени.
Приводим несколько схем автоматического контроля остаточ-
[ного хлора в воде, и разработанную нами схему установки для автоматического управления процессом хлорирования, в зависимости от степени
Рис. 174. Схема гидро-автоматической установки для хлорирования воды системы автора.
загрязнения воды.
Соколов14 разработал схему для автоматического определения хлора, приведённую на рис. 176. Весь прибор состоит из четырёх основных частей: определителя хлора, смесителя, дозатора реактивов и доски управления.
Определитель хлора А состоит: из сосуда 1. фотоэлемента 2, гальванометра 3, электролампы е рефлектором 4 и аккумуляторной батареи 5. В схеме принят фотоэлемент ку прокси ого типа.
Для определения остаточного хлора в воде включают фотоэлемент е гальванометром и зажигают лампу. Смеситель В наполняется водой и одновременно приводится в действие дозатор реактивов С. В ре-
Рис. 175. Схема электрической части автоматической установки с коммутацией тока системы автора.
1Й48
зультате испытуемая вода смешивается с индикатором (крахмал и йодистый калий определённых концентраций в постоянном соотношении) и окрашивается в синий цвет, интенсивность которого зависит от количества остаточного хлора в воде. От интенсивности окраски зависит в свою очередь пучок проходящего света от лампы. По отклонению стрелки гальванометра судят о концентрации активного хлора в воде. ч»
Вайнштейн и Демиденко15 также используют фотоэлемент для авто-
матизации контроля за содержанием остаточного хлора в хлорированной воде. Принцип схемы прибора аналогичен выше описанному. В
качестве индикатора применён ортотолидин, что позволяет упростить
дозировку индикатора (к воде добавляется один раствор вместо двух). Отклонения стрелки гальванометра пред-
варительно калибруются ва основании йодометрического анализа ряда растворов, содержащих активный хлор.
Сиротина16 предложила схему автоматизации контроля остаточного хлора в воде при помощи селенового фотоэлемента вентильного типа. Предлагаемая схема, как отмечает сам автор, пригодна для вод, не содержащих нитритов и солей железа, так как они вызывают с ортотолидином зеленовато-желтую окраску воды.
Эта установка (рис. 177) состоит из: отвода от трубы Вентури 1, игольчатого клапана 2, калиброванного резервуара 3, сифона 4, измерительных кювет 5 и 6, поплавкового клапана 7, соленоидов 8, Л,
Рис. 176. Схема автоматического определения хлора Соколова.
26 и 27; пружин со стержнями 9, 10,30 и
31, поплавка/?. ртутно-вакуумного выключателя 13, синхронного мотора Уоррена 14, барабанного коммутатора 15, понижающего трансформатора 16, кимографа 17, отметчиков 18, 19 и 20; контактов гальванометра 21, 22 м 23; линз 24 и 25, запорных клапанов 28 и 29, звонка 32, синей лампы 33, желтой лампы 34, конденсаторов 35 и 36; регулировочного крана 37, регулятора 38, отводной трубки Т, спускной трубки С: трубки для воздуха К; бачка для дестиллированной воды В; поршневого насосика Н, дозатора ортотолидина Д\ лампы J; фотоэлементов Ф,Ф.
Установка работает следующим образом: хлорированная вода через отвод трубы Вентури 1 поступает в калиброванный резервуар 3. Достигнув в резервуаре верхнего колена сифона. 4, вода сливается через сифон в две кюветы 5 и 6, причём в первую очередь наполняется кювета 5, в которую одновременно с водой добавляется ортотолидин (2 см3 на 200 см3 воды). Кювета 5 закрывается поплавковым клапаном 7, и остальная вода из резервуара 3 поступает в кювету 6, причём излишек выливается через спускную трубку С. После, того как сифон сработает, резервуар снова начинает наполняться.
Электроавтоматическая работа устаковки происходит так: вода, наполнив резервуар 3 до уровня, при котором она начинает выливаться в кюветы, поднимает поплавок 12. поварачивающий при этом ртутно-
вакуумный выключатель 13, чем замыкается цепь, питающая синхрон-
иый мотор Уоррена 14, который через фрикционные редукторы вращает группу барабанных коммутаторов, управляющих работой электрических приспособлений.
Мотор даёт ток на соленоид 8, который начинает давить на поршень дозатора Д, наполненного определённым количеством ортотолидина, и проталкивает ортотолидин в кювету 5 в момент наполнения её водой.
Через 4—5 мин., необходимых для реакции остаточного хлора с ортотолидином, коммутатор 15 включает свет. Если концентрация оста-
Рпс. 177. Схема автоматического контроля хлора при помощи селенового фотоэлемента, предложенная Сиротинок.
точного хлора в пределах нормы, то стрелка гальванометра остаётся в нулевом положении (нулевое положение специально предварительно устанавливается). Если же концентрация остаточного хлора выше или ниже нормы, то, отклоняясь, стрелка включает сигнализацию (звуковую или световую).
Недостатки предложенной схемы, в основном, следующие: по сх«ме автоматизация звуковой. светс:л;й и гпафпш- кой епгна.шзацьп основана на замыкании контактов при крайних положениях стрелки гальванометра. Однако в практических условиях трудно обеспечить хороший контакт. Система гальванометра со стрелочными контактами, приводимая в движение ничтожными изменениями силы тока (равной разности силы тока в фотоэлементах), не сможет обеспечить надёжности контактов и, следовательно, автоматизировать процессы регистрации и сигнализации прп падении или повышении количеств хлора в воде, По--следние обстоятельства исключают также возможность использования -250
1T,с . 17о. Общий в;;,; автоматического фотоэлектронного анализатора АКХ системы инж. Михайлова .
такой установки для автоматизации управления процессом хлорирования воды.
В Академии коммунального хозяйства инж. В. А. Михайловым17 был разработан и построен автоматический фотоэлектронный анализатор оригинальной конструкции. Аппарат осуществлён для автоматического измерения мутности и цветности питьевой воды, но также может быть использован для определения концентрации остаточною хлора, pH виды и т. д. Весь цикл измерения проходит совершенно автоматически и' фиксируется как на местных визуальных приборах, так и на дистанционных регистраторах.
При выборе системы фотоэлемента Михайлов остановился на фотоэлементе с внешним фотоэффектом, так как его чувствительность, выраженная через напряжение выходной цепи, в тысячи раз больше, чем элемента вентильного типа, что позволяет без многокаскадного усиления использовать ток фотоэлемента для управления анализируемыми процессами. Для устранения погрешностей из-за утомляемости и нестойкости параметров фотоэлементов с внешним фотоэффектом им использована балансовая схема с одним фотоэлементом.
Благодаря соответствующей оптической системе дополнительной коммутации света фотоэлемент с достаточно высокой частотой (100 раз в секунду) поочередно освещается то светом, проходящим через контролируемую жидкость, то светом, проходящим через эталон сравнения— подвижной оптический клин. При разнице г. интенсивности обоих пучков света в фотоэлементе возникает переменный (пульсирующий) ток, который легко усилить и подать на сериес-мотор, перемещающий оптический клин до тех
пор, пока интенсивность обоих пучков света сравняется, и переменный ток в фотоэлементе прекратится.
В зависимости от того, будет ли происходить ослабление или усиление интенсивности пучка света, проходящего через анализируемую воду, обращается фаза переменного тока, пользуясь этим, можно осуществить управление контролируемыми процессами. На оси оптического клина находятся приспособления для передачи показаний анализатора на расстояние.
На рис. 178 и 179 представлены общий вид анализатора и его упрощённая принципиальная схема (оба рисунка заимствованы из статьи Михайлова17).
Обозначения на схеме следующие: 1— источник света, 2 оптические конденсаторы, 3 — призмы с полным внутренним отражением, 4 — контролируемая среда, 5 — фотоэлемент с внешним фотоэффектом, 6 — обтюратор, 7—синхронный мотор, 8 — оптический клин, .9 — сериесный моторчик, 10 — редуктор, 11 — электронный усилитель, 12— 251
междуламповый пупшульный трансформатор, 7.3 — электронная усилительная лампа, 14 и 75 — слаботочные электромагнитные реле, К— электрический передатчик системы телеизмерения, 77 — контакты автоматического управления.
Схема инж. Михайлова безусловно является одной из наиболее интересных среди описанных схем автоматического контроля в технике водоснабжения.
Рис. 179. Упрощенная принципиальная схема автоматического фотоэлектронного ана* лизатора АКХ системы инж. Михайлова.
Схема установки для автоматического контроля и управления процессом хлорирования воды в зависимости от её хлоропоглощаемоети и других показателей
Для сохранения постоянной концентрации остаточного хлора в воде, независимо от изменения хлоропоглощаемоети и других показателей, нарушающих дозировку хлора, нами была предложена схема автоматической установки, основанной на применении фотоэлемента для контроля концентрации активного хлора в воде и управления работой хлоратора.
В нашей схеме применён фотоэлемент вентильного типа. Этот тип выгодно отличаются от фотоэлементов с внешним фотоэффектом значительно большей стойкостью своих параметров, хотя температура и оказывает большое влияние на величину фототоков подобных элементов.
При разработке такой установки можно было пойти по двум направлениям. Первое из них заключается в применении усиления фототоков, второе — в разработке очень чувствительных реле, которые позволили бы использовать репосредственно неусиленные фототоки.
При ведении работ в первом направлении некоторые преимущества представляет использование фотоэлементов с внешним фотоэффектом (см. схему анализатора инж. Михайлова); во втором— значительные преимущества представляет использование вентильных фотоэлементов. При разработке нашей автоматической установки мы пошли по второму направлению, так как считали, что оно может привести к менее сложным схемам, чем установки е усилителями. Колебания температуры в условиях работы такого автомата настолько невелики, что можно пренебречь погрешностями работы фотоэлементов, зависящими от температурного ко. >ф я ц пента.
Чувствительность вентильных фотоэлементов при работе е неусиленными токами достаточна для определения концентрации остаточного хлора в воде до 0,05—0,1 мг/л.
Принципиальная схема установки по автоматическому управлению хлорированием воды, в зависимости от ее хлоропоглощаемости и других меняющихся факторов, представлена на рис. 180, 181 и 182.
Рис. 180. Общая схема автоматической установки по контролю и управлению хлоратором в завпсимости от загрязнения воды системы автора.
Па рис. 180 показана общая схема автоматической установки. Она состоит из хлоратора, автомата, регулирующего работу хлоратора, в зависимости от качественных показателей воды, н контрольного щита е приборами для учета ц записи процесса хлорирования, дистанционного наблюдения за состоянием всех частей и механизмов этой установки во время работы18. Главными частями установки являются: 1 — прибор для учета количества воды, подаваемой в хлоратор, 2 — регистратор подачи хлора, 3 — мотор управления хлороподачей, 4 — регистратор количества хлора в рабочих баллонах, 5 — указатель работы реле 1, 2, 3 (см. электрическую схему), 6 — указатель работы контрольных сосудов и поступления воды, 7 — звуковой сигнализатор аварий, 8 — указатель работы фотоэлемента, 9 — указатель работы фотоэлемента специального контрольного агрегата, 10—- записывающий прибор для регистрации подаваемого в воду хлора и концентрации остаточного хлора в воде, 11 — выключатель установки с фотоэлементом, 12 — выключатель установки с фотоэлементом специального контрольного агрегата, 13 — указатель остаточного хлора в мг/л в хлорированной воде, 14 — указатель циклов работы автоматизированных механизмов, 15 — указатель подачи хлора в г/час., 16 — ука-253
затель подачи воды в хлоратор, 11 — указатель количества хлора в рабочих баллонах.
Схема работы установки такова: анализатор при помощи фотоэлемента систематически анализирует воду па остаточный хлор.
Показания анализатора фиксируются на указателе 73, помещённом на центральном контрольном щите.
Одновременно ток фотоэлемента проходит через реле к мотору 3, управляющему автоматическим дозирующим микровентилем.
Дозирующий микровептпль соединён с хлоратором таким образом, что хлор из газоредуктора, поступая в измерительную часть хлоратора, должен пройти через этот автоматический вентиль.
Манометр, находящийся над дозирующим микровентилем хлоратора, соединён тройником с регистратором подачи хлора, показания которого передаются на центральный контрольный щит. На этом же щите расположены указатели работы отдельных узлов и реле автоматического анализатора, а также указатели поступления воды в хлоратор и запаса хлора в рабочих баллонах.
Металлический поплавок водомера 7 является сердечником соленоида и, в зависимости от величины подачи воды, входит в него в большей или меньшей степени, изменяя его индуктивное сопротивление. Эти изменения передаются на гальванометр К, проградуированный непосредственно в литрах в час воды, протекающей через хлоратор.
Баллоны, установленные на весах, позволяют учитывать количество испарившегося хлора в каждый момент работы, так как показания весов также электрически передаются на указатель 11 контрольного щита.
Разберём несколько подробнее электрическую часть автоматической установки (см. рис. 181).
Слагается она из: 1 — реле подачи воды, индикатора и включения мотора мешалки; 2 — реле подачи смеси в сосуд для определения остаточного хлора; 3 — реле включения фотоэлемента и выпуска воды после определения в ней хлора; 4 — мотора мешалки; 5 — контактора для последовательного включения реле; 6 — записывающего прибора для регистрации подачи хлора и концентрации остаточного хлора в воде; 7 — указателя количества хлора в мг; 8 — источника света с батарей и контрольно-измерительным прибором; 9 — фото -элемента; 10 — реле мотора управления подачей хлора; 11 — указателя часовой подачи хлора.
Вращающийся контактор 5 последовательно включает реле 1, 2 и 3. При включении первого реле открывается кран и впускается анализируемая вода, вместе с ней из сосуда с индикатором поступает определённый объём индикаторной жидкости в смесительный сосуд. Одновременно включается мотор мешалки 4. При включении второго реле вода, смешанная с индикатором, поступает в измерительную кювету с плоскими параллельными стенками. При включении третьего реле зажигается лампа 8, свет которой, проходя через линзу, направляется сквозь кювету на фотоэлемент 9, также включающийся в цепь третьим реле.
Ток фотоэлемента подаётся на реле мотора управления подачей хлора и на указатель количества хлора в мг/л. Вал контактора 5 приводит в 254
движение ленту записывающего прибора 6, отмечающего результаты фотоанализа и количества вводимого автоматом хлора.
Для того, чтобы на показания фотоэлемента не влияла мутность и цветность хлорируемой воды, к автоматическому анализатору подключён специальный контрольный агрегат (рис. 182). Он состоит из фотоэлемента 9, на который действует пучок света проходящий через, контрольную кювету с водой. В зависимости от интенсивности окраски воды изменяющийся ток фотоэлемента приводит в действие диафрагму 6. При этом величина светового пучка, поступающего на
Рис. 181. Электрическая схема автоматической установки системы автора.
Рис. 182. Схема специального контрольного агрегата автоматической установки системы автора.
фотоэлемент автомата, изменяется настолько, чтобы компенсировать, влияние цветности и мутности воды.
Этот агрегат также позволяет производить контроль воды на присутствие в ней OB. С этой целью он дополнен; реле 1—2—3, мотором с мешалкой —4, и склянками для подачи индикаторов в воду, поступающей к фотоэлементу. Схема (см. рис. 182) показывает способ подключения контрольного агрегата к автоматпческому анализатору — 7 основной установки и к контрольному щиту.
Опыты, поставленные нами для проверки работы электрической части автомата, дали вполне удовлетворительные результаты.
42. Некоторые общие сведения по эксплоатации хлораторов
В настоящей главе описаны основные типы применяемых у нас стационарных хлораторов. Достаточно точных указаний об эксплоатации
вакуумных хлораторов в литературе не имеется и практикой они еще не выработаны, поэтому мы приводим эксплоатационные данные, касающиеся в основном напорных хлораторов, как наиболее широко распространённых в СССР. Полноценное использование всех конструкций в практических условиях строится на некоторых общих сведениях и принципах их рациональной эксплоатации. Главными условиями являются: правильная установка и подключение хлоратора к водопроводу, тщательно произведённая регулировка хлоратора, обеспечение нормального режима работы аппарата, а также периодическая проверка хлоратора на проходпмоств его каналов и хлоронепроницаемость, чистка и ремонт частей и соединений.
Присоединение хлоратора к системе водопровода
В помещениях, отведённых на водопроводах под хлораторную, должны иметься запасные хлораторы (не меньше одного в запасе). Рабочие баллоны с жидким хлором обычно устанавливаются в том же помещении, где находятся и хлораторы. Это помещение должно иметь специальную вентиляцию, быть сухим и отопляться таким образом, чтобы температура в нём поддерживалась в пределах 10—25° С. На случай аварии хлорных баллонов вблизи помещения должна быть яма и бочёнок с гашеной известью для засыпкп сброшенного в яму баллона.
Включение хлоратора в систему водонасосной станции производится по схеме, приведённой на рис. 183,,следующим образом. К нижнему штуцеру водяного редуктора (в хлораторе Ремесницкого к штуцеру на фильтре для воды) прикрепляют железную или оцинкованную трубу, соединённую с напорной линией для подачи воды в газоводяной смеситель. Диаметр трубы определяется из расчёта 2 л воды на каждый грамм хлора. На нижний ниппель газоводяного смесителя надевают резиновый шланг, другой конец которого присоединяют ко всасывающей трубе насосной станции, либо опускают в отстойный колодец, или другое место, предназначенное для смешения хлорного раствора с водой.
Лучшим местом для смешения хлорного раствора с обезвреживаемой водой следует считать то, через которое проходит вся масса воды. В случае присоединения хлоратора ко всасывающей трубе, на соединяющем их шланге обязательно ставится кран для отключения хлоратора при заливке насоса.
С целью обеспечения спокойного режима работы смесителя отводящий от него шланг лучше присоединять не непосредственно ко всасывающей трубе станции, а через регулирующий бачок такого же типа, как и в установках при хлорировании воды хлорной известью. Диаметр шланга для отвода хлорной воды определяется по формуле Ясюковпча. ’
Выпуск остатков хлора из аппарата производят через тонкую металлическую или резиновую трубку, идущую от хлороспускного вентиля наружу помещения. Лучше всего эту трубку с присоединённым к ней стеклянным концом опускать в закрытую яму, наполненную до половины 25G
гашеной известью. При этом хлор, выпущенный при продувке аппарата, будет поглощаться гашеной известью.
В хлораторе системы Ремесницкого перед его пуском наливают жидкостный манометр серной кислотой или четыреххлористым углеродом. Эту операцию проводят в следующем порядке: поворачивают в левую сторону стеклянный предохранитель, отворачивают прижимную гайку и удаляют грандбуксу, затем вынимают из гнезда стеклянную трубку и заливают её индикаторной жидкостью не менее 3/4 объёма шарика при подвижной шкале. Если шкала на измерителе неподвижная, то жидкости наливают столько, чтобы прп установке трубки на место мениск жид-
Насос
Спорна» Вода
НагнетатепЬноя т^уба
ВсасЬ/бающая труба
Ирлодецили отстойнЬ/й резервуар
источник питания с неочищенной или ух?
подвергнутой процессом механической и химической
очистн.и баЗой
Рис. 183. Схема подключения хлоратора к водоносной станции.
кости совпал с нулевым делением шкалы. После этого трубку устанавливают в измеритель, повторяя описанные выше операции в обратном порядке. При этом необходимо, чтобы верхний конец широкой трубки прошёл через уплотняющее резиновое кольцо и уперся в шайбу. При несоблюдении этого условия, можно прижимной гайкой, вследствие сплющивания резинового кольца, закрыть проход в широкую трубку для хлора и тем нарушить нормальную работу хлоратора. Если шкала измерителя подвижная, то, после установки трубки с жидкостью, нулевое деление дпкалы подводят к уровню индикаторной жидкости при помощи винта, находящегося внизу шкалы. В хлораторах типа ЛК эта операция отсутствует, так как дозирующий узел не включает в себя жидкостного измерителя.
Съёмный хлоровпускной вентиль присоединяют к рабочему хлорному баллону, установленному не весах, и посредством металлической трубки подсоединяют его к хлоратору. Для удобства обслуживания рабочие баллоны укрепляются в стойках.
Если рабочий баллон имеет внутри сифонную трубку, то его крепят в стойке вниз вентилем, если сифонная трубка отсутствует, 17 л. А. Кульский
то — вверх вентилем. Это мероприятие обеспечивает поступление
хлора из баллонов лишь в газообразном состоянии. Для предо
Рис. 184. Схема установки хлоратора с промежуточным баллоном.
хранения хлоратора от попадания жидкого хлора и грязи, желательно подключать к нему рабочие баллоны через промежуточный баллон, устанавливаемый на тех же весах, что и рабочий.
Схема установки стационарных хлораторов с промежуточным баллоном приведена на рис. 184.
В случае, если соединительные штуцеры на вентилях баллонов имеют изношенную резьбу, их присоединяют посредством специального хомута, надеваемого на вентиль баллона и прижимаемого к нему натяжным болтом (рис. 185 ). Для обеспечения необходимого съёма хлора из баллонов при больших газо-подачах, как отмечалось
выше, необходимо применять обогрев баллонов.
В хлораторах типа ЛК перед пуском включают также звонковую
Рис. 185. Хомут для подключения к хлоратору баллонов с изношенной резьбой.
или световую сигнализацию, контролирующую работу хлоратора. Если хлораторная установка снабжена какими-либо автоматическими устройствами, то их одновременно с хлораторами также подготовляют к работе.
Проверка хлоратора на хлоронепроницаемость частей п проходимость каналов
Присоединённый к водопроводной системе аппарат перед пуском в работу должен быть проверен на хлоронепроницаемость стыков и частей и отрегулирован в пре
делах газоподач, необходимых для обслуживания данного водопровода.
Проверка аппарата на хлоронепроницаемость и одновременно проходимость каналов производится по частям, последовательным включением и испытанием узлов под хлором. Пробу на пропуск хлора частями и соединениями производят приближением к проверяемому месту ватного тампона, смоченного раствором аммиака. Пропуск самых небольших количеств хлора определяется появлением белого дыма, образующегося при соединении аммиака с хлором в местах его утечки. Обнаружив пропуск, следует его немедленно устранить. Проходимость каналов устанавливается по нормальному протеканию хлора из испытываемых частей в следующие по ходу газа.
Сама техника проверки аппарата состоит в следующем:
а) пускают в смеситель водопроводную воду для растворения хлора в таком количестве, чтобы в нижней половине цилиндра сохранялся некоторый объём воды (водяной затвор); I
б) закрывают все вентили — хлоровпускной на баллоне, дозирующий (в хлораторе Ремесницкого регулирующий кран) и спускной; j
в) открывают медленно, примерно на оборота, баллонный вентиль и пробуют на хлоронепроницаемость место присоединения хлоровпускного вентиля к штуцеру баллона, а также сальник баллонного вентиля;
г) затем постепенно открывают хлоровпускной вентиль до тех пор, пока стрелка на манометре высокого давления не придёт в движение.' Таким же способом проверяют хлоронепроницаемость соединений й частей хлоровпускного вентиля, промежуточного баллона (если он имеется) и газоредукторного узла. В газоредукторный узел хлор впускается до давления в 2,5 атм., после чего закрывают хлоровпускной вентиль. Сохранением давления на манометре устанавливается герметичность дозирующего вентиля (регулирующего крана);
д) закончив осмотр газоредукторного узла, открывают дозирующий вентиль (регулирующий кран), пропускают хлор через дозирующий узел под давлением 1—1,5 атм. и проверяют хлоронепроницаемость дозирующего узла и газоводяного смесителя. При этом стрелки на манометрах низкого давления в хлораторах типа ЛК должны прийти в движение л занять положение, отвечающее давлению протекающей струе газа,а в хлораторах системы Б. М. Ремесницкого должна подняться по внутренней трубке индикаторная жидкость. В верхней части смесителя также должно появиться асёлто-зеленое окрашивание. Убедившись в том, что хлор свободно протекает в стеклянный цилиндр смесителя и что дозирующий узел работает нормально, а также отсутствует пропуск хлора наружу, переходят к испытанию других узлов;
е) приоткрывают спускной вентиль и проверяют на пропуск хлора соединения хлороспускной трубки с вентилем. Если давление в дозирующем узле при этом начнет быстро падать, то это свидетельствует о том, что проход в трубке не забит.
Проверку аппарата на хлоронепроницаемость следует производить с большой осторожностью и тщательностью. При пропуске ощутимых количеств хлора надо включать вентиляцию и надевать противогаз.
d /*
259
Установление пропускной способности и регулировка хлоратора
Регулировка механизмов хлоратора производится после испытания их на хлоронепроницаемость. Производится она с целью установления правильного режима и согласованности работы всех частей аппарата. Для удобства пользования и устранения возможных неясностей описание регулировки хлораторов Ремесницкого и ЛК приводится отдельно.
Регулировка хлораторов системы Ремесницкого, также как и хлораторов других систем, должна обеспечить правильную подачу воды и газа в смеситель. Признаками правильной подачи воды в смеситель хлоратора Ремесницкого являются: положение уровня воды в смесителе приблизительно на половине его высоты, при давлении поступающей воды в 1—1,5 атм.
О нормальном поступлении газа судят по положению индикаторной жидкости в измерителе. При полном открытии регулирующего крана, эта жидкость должна стоять на уровне верхнего деления шкалы, а манометр низкого давления (при поступлении в редукционный клапан хлора под давлением 5—6 атм.) должен показывать давление газа, указанное в паспорте хлоратора.
а) Обеспечение нормальной подачи воды и регулировка её давления производятся посредством редукционного клапана для воды. При ввертывании нажимной гайки редукционного клапана давление возрастает, при вывертывании — падает.
Количество воды, поступающей в смеситель, регулируется открытием вентиля, находящегося по ходу воды за манометром. Если при полном открытии этого вентиля поступление воды в смеситель недостаточного можно подачу увеличить, вывернув трубку редукционного клапана. Уровень воды в смесительном цилиндре устанавливают при помощи зажима, имеющегося на резиновом шланге, по которому отводится вода из смесителя.
б) Установление необходимой газоподачи производят (согласно Майорову) следующим образом, вывертывают нажимной болт редукционного клапана почти до полного прекращения доступа хлора в аппарат, после чего завертывают его обратно, пока не установится нормальное поступление газа; закрывают регулирующий кран; вывертывают нажимной болт обратного клапана на ’Д—1 оборот для ослабления пружины, после чего медленно открывают регулирующий клапан до тех пор, пока мениск жидкости в измерителе не поднимется до верхнего деления шкалы. Затем, завертывая нажимной болт обратного клапана, увеличивают давление в измерительной части аппарата, тем самым снижая перепад давления дои за капилляром. Таким образом опускают жидкость в измерителе до половины шкалы. После этого вновь открывают регулирующий кран, доводя жидкость снова до верхней черты шкалы, и вторично её опускают, завертывая нажимной болт обратного клапана. Эти операции повторяются до тех пор, пока регулирующий кран не будет открыт полностью и индикаторная жидкость при этом не установится на уровне верхнего деления шкалы. Одновременно при завертывании нажимного болта обратного клапана будет увеличиваться давление на манометре низкого давления. В конце регулирования оно должно достигнуть ука-260
ванной в паспорте величины (1—1,2 атм.). Если же оно поднимется выше, то уменьшают приток хлора в аппарат, отпуская нажимной болт редукционного клапана, если же ниже — увеличивают доступ хлора завертыванием нажимного болта редукционного клапана.
Действуя таким образом то на нажимной болт обратного клапана, тона нажимной болт редуктора, достигают такого положения, когда при полностью открытом регулирующем кране жидкость в измерителе будет стоять на уровне верхнего деления шкалы, а давление на втором манометре будет равно паспортному.
Повертывание нажимных болтов обратного и редукционных клапанов следует производить при закрытом на это время регулирующем кране, в противном случае жидкость может быть выброшена из стеклянных трубок хлороизмерителя в аппарат. На этом заканчивается регулировка хлоратора.
После регулировки хлоратора производится проверка его паспорта (составленного на заводе) для выбранного номера капилляра. Форма паспорта указывается в табл. 48.
Таблиц а 48
Форма паспорта к хлоратору 1». М. Ремесницкого
Давление хлора по манометру низкого давления в атм. Показание но шкале хлороизмс-рителя в мм Расход хлора за 1 час в г Давление хлора по манометру низкого давления в атм. Показание ип шкале хлороизмерителя в мм Расход хлора за 1 час в г Примечание
0, 8 1, о 70 152 Паспорт состав-
0, S 10 4 0 1,0 80 162 лен вновь в спя-
0,8 20 i о 1,0 90 .—. зи е установкой
0,9 30 90 1,9 1 — нового напил-
0,9 40 но 1, 1 1 1 0 — ляра
0,9 50 12S 1, 1 ' 12 0 —
0,9 60 140 1, 1 130
Производительность хлоратора на водопроводных станциях опре* деляют в следующих случаях: при замене капилляра хлоратора новым, при утере паспорта хлоратора и в том случае, когда подача газа, указанная в паспорте, вызывает сомнения.
Регулировка хлораторов типа ЛК сводится к установлению потребного диаметра капилляра, пропускаемости водяного л газового редукторов, а также регулятора остаточного давления. Хлораторы этого типа работают в широком диапазоне хлороподач.
Однако чем правильнее установлен капилляр, т. е. чем уже крайние пределы дозировки хлора, даваемые этим капилляром, тем большей точности и чёткости работы можно ожидать от контрольного газодозирующего узла.
Выбор капилляра производится с помощью номограмм (см рис. 186 и 187), рассчитанных по формулам (33' и (33"), или с помощью таблиц*. Капилляр подбирают такого диаметра, который обеспечивал бы
* В инструкциях, прилагаемых к выпускаемым хлораторам, помещены таблицы газо-подачи, составленные для рекомендуемого в эксплоатации остаточного давления, а именно: для ЛК-6; равному 0,3 ати. ЛК-7; равному 0,5 ати и ЛК-8; равному атмосферному.
протекание максимальных и минимальных количеств хлора, необходимых для хлорирования заданных объёмов воды.
При выборе капилляра следует иметь ввиду, что часовой расход хлора должен обеспечиваться дозирующим узлом при разности давлений до и за капилляром в пределах от 0,5 до 1,5 ати и остаточном давлении за капилляром в пределах от 0 до 0,75 ати.
При выборе капилляра, при управлении и контроле за работой хлоратора следует пользоваться разработанными номограммами и таблицами. Приводим краткое описание и правила пользования номограммами, а также несколько практических примеров.
Номограмма для непрерывного дозирования хлора, представленная на рис. 186, составлена для газоподач от 6 до 5000 г/час при разности давлений от 0,1 до 2 ати и остаточном давлении за капилляром от 0 до 0,5 ати. диаметр капилляров от 0.1 до 1.2 мм. Номограмма предназначена для хлоратора ЛК-6 и ЛК-8, а также и ЛК-7 в случае небольших газоподач.
Номограмма, представленная на рис. 187, составлена для больших газоподач применительно к работе хлоратора ЛК-7. Интервал газоподач, охватываемых номограммой, — от 1,5 до 60 кг хлора в час при разности давлений от 0,1 до 2 ати и остаточном давлении за капилляром от 0,3 до 0,75 ати, диаметр капилляров от 1,5 до 4 мм.
Общие правила, которые необходимо соблюдать при пользовании номограммами, следующие: точки шкалы диаметров (d) могут быть соединены только с точками на шкале остаточного давления за капилляром (Р2). Одновременно точки шкалы разности давлений (Др) могут соединяться лишь с точками на шкалах газоподач (Qt или Q2). Немая шкала служит для перехода от первой пары шкал ко второй и наоборот.
Приводим несколько примеров пользования номограммами.
Пример I. Определение пределов газоподач, обеспечиваемых капилляром, и выбор оптимального диаметра капилляра.
Имеется водопровод с часовой подачей воды от 600 до 800 м3. Хлоропоглощаемость воды 0,6 мг/л. Остаточное количество хлора установлено в 0,4 мг/л. Итого на один литр воды требуется 1,0 мг хлора. Часовая подача хлора в этом случае должна быть в пределах 600—800 г. Для определения оптимального диаметра капилляра принимаем, что нижний предел газоподачи обеспечивается разностью давлений до и за капилляром 0,5 ати, а верхний — 1,5 ати. На шкале номограммы для средних газоподач (рис. 186) находим деление 600 г, соединяем его с делением 0,5 ат на шкале Др и продолжаем соединяющую их прямую (1а) до пересечения с немой шкалой. Учитывая, что остаточное давление за капилляром будет равно 0,25 ат, соединяем прямой (1 в) полученную на немой шкале точку с делением 0,25 ат на шкале Р2 и продолжая ее до пересечения со шкалой d, находим, что диаметр капилляра в этих условиях должен быть равным 0,63 мм.
Аналогично поступаем и для верхнего предела газоподачи. В этом случае соединяем деление 800 г на шкале Q2 ° Делением 1,5 ат на шкале Др и продолжаем ее до пересечения с немой шкалой (прямая 2а). Полученную на немой шкале точку соединяем прямой (2 в) с делением 0,25 ат на шкале Р2 и, продолжив ее до пересечения со шкалой d, определяем, что диаметр капилляра должен быть равным 0,55 мм. Ясно, что установив 202
d аг г
1.2 -1,1 -1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -05 -05 г 5000 Ё- 4500 - 4000 - 3500 3000 Ё 2500 ? гоой ? 1800 ?- 1500 /400 72ОО_ - юоо" 900 йтЧИ20_ |- тоо~-Ё- 600 3500 3000 2500 2000 1800 1600 1400 1200 1000 900 800 700 -боа soa 400 зод ® ' / / » / / ' / 1 / ' / / / 1 ! 1 / 1/ (/ it 1 / 110 - 1.00- 0.90- 0.80- 0.70- 0.60- ~~~ТГЗЬ- 2.0 - 1.90 - 1.80 - 1,70 - 1.60
^0,4 - 500 - 400 200 ~~о^е2
У / /1/ L - - 1.50
-0.3 - гоо ч«ю 80' 70 50 50 ч 0,30- - 1.40
-иг 8 s § е 8 s з 4 40 30 го 020- d-Диаметр капилляра в^Зим^ Рг - Остаточное давление за капилляром в ат л Р - Разница давлений до и за ksmuTui^om в ат Q-Газоподача 8 г/час для разницы давлений ' gl-1.1 ат \ Qj-Газоподача в г/час для разницы давлений 1,1 -2,0 ат § В / 1- 1- — 1
- 30 - 10 -
-o,f - 20 в о.ю - - 1.Ю
р.
0.50
0.40-
0.30-
(L20-
0.10 -
Рис. 186. Номограмма для перевода показания газодозирующего узла в г/ч хлора лри непрерывном дозировании для малых и средних газоподач.
d
Q,
лР
-4./7 -40 1.10 - — 2,00
Ё-00
Г г 55 — 35 1.00 -
-50 0,00- -1.90
-зо
-.75 -45 0.80- Г
- —25
-40 - -1.80
• - 070-
- -'55 — 20 -
- - - 0.60 — -1.7и
-JZ? -30 — -
— 15
- 7 — 0.50/-
-к-
- ? s’. -1.60
— — 10 /@f -
— -го
-9.0
“2.5 г~ -1.50
-8,0
- - /
- > -Т# 0.30-
- — 15 ‘
-6,0
-1.40
— — -
- ~4,0 0.20- -1,30
"-3,5
d—Диаметр капилляра в мм
-5,0 Рг — Остаточное давление за
—3.0 капиляром в ат -
- -5.0 а Р — Разница давлений до и за капиляром в ат
-2,5 Q — Газоподача 5 г/час для раз- - 1,20
ницы давлений 0,1 -1.1 ат
- — £0 0г— Газоподача в г/час дпя. раз-
ницы давлений 1,1 -2,0 ат
-2,0
-6,0 -
-1,5 0,10 -
-f,5 — 5,0 г 1,10
узла в кг/ч
показаний газодозирующего ; дозировании для больших газоподач.
Рис. 18/. Номограмма для перевода при непрерывном
0.75
0,70-
0,60-
0,50.-
0,40—
0.30-1
хлора
в дозирующем узле хлоратора ЛК-6 калиброванный капилляр диаметром 0,6 мм, можно обеспечить газоподачу в заданных пределах при оптимальных условиях работы дозирующего узла. Пределы газоподачи выбранного капилляра находим следующим образом: соединяем деление 0,6 мм на шкале dA с крайними делениями на шкале Р2 и находим в результате этого на немой шкале две точки: одну из них, отвечающую наименьшему остаточному давлению, соединяем прямой с делением 0,1 ат на шкале Др, а другую, отвечающую наибольшему остаточному давлению — соединяем прямой е делением 2,0 ат на той же шкале. Пересечение первой прямой со шкалой дает нижний предел газоподачи выбранного капилляра, а пересечение второй прямой со шкалой ф2дает верхний предел. Для капилляра 0,6 мм таким образом находим, что обеспечиваемая им газоподача лежит в пределах 210—1275 г/час.
Пример П. Определение разности давлений до и за капилляром, обеспечивающей необходимую газоподачу хлора при известном диаметре капилляра.
На водопроводе со средней производительностью 500 м3 в час производится коагулирование воды железным купоросом. Доза коагулянта установлена 100 мг на литр воды. Отношение хлора к коагулянту 1 : 7,8. Оно отвечает хлоропотребности 12,8 мг/литр, т. е. общей газо-подаче хлора 6,4кг/час. Хлорирование воды осуществляется при помощи хлоратора ЛК-7, в котором установлен капилляр диаметром 2,0 мм.
Остаточное давление за капилляром поддерживается 0,5 ат.
Разность давлений, обеспечивающую подачу хлора в количестве 6.4 кг/час, находим по номограмме (рис. 187) следующим образом: соединяем деление 2,0 мм на шкале d с делением 0.5 ат на шкале Р2 (прямая 1а). Точку пересечения прямой (1а) с немой шкалой соединяем прямой (1в). с делением 6,4 кг на шкале Qr, и продолжаем ее до пересечения со шкалой Др.
Точка пересечения прямой (1в) со шкалой Др и определяет искомую разницу давлений, равную 0,5 ат. Таким образом, установив на манометре за капилляром (диаметром 2,0 мм) давление 0,5 ат, а на манометре-до капилляра 1 ат (разница 0,5 ат), обеспечиваем требуемую газоподачу хлора 6,4 кг/час.
Пример III. Определение часового расхода хлора по показаниям измерителя хлоратора. Водопровод оборудован хлораторами ЛК-8 с вакуумным смесителем. В работающем хлораторе измеритель показывает разность давлений 1, 35 ат. Капилляр в измерителе установлен диаметром 0,4 мм. Для вакуумного хлоратора остаточное давление за капилляром можно считать равным атмосферному, благодаря наличию регулятора вакуума с водным затвором.
этом случае газоподача хлора, даваемая хлоратором, определяется по номограмме (рис. 186) таким образом. Деление 0,4 мм на шкале d соединяем прямой (За) с нулевым делением шкалы Р2. Точку пересечения этой прямой с немой Шкалой соединяем с делением 1,35 ат на шкале Др. Пересечение прямой (Зв), соединяющей точку на немой шкале с делением на шкале Др со шкалой Q2, определяет искомую газоподачу, которая равна 360 г/час.
Для использования измерителей типа ЛК для дозирования аммиака, сернистого ангидрида или других газов пользуются таблицей или номо-265
граммой, рассчитанной по приведенной ранее формуле (42).
Выбранный капилляр ввинчивается в гнездо, находящееся в измерительном узле хлоратора.
Газоредуктор обычно не требует специальной установки при небольших и средних количествах подачи газа. При необходимости пропустить через аппарат большое количество хлора, пропускная способность газоредуктора может оказаться недостаточной. В таком случае необходимо увеличить упругость мембраны редуктора. Это достигается соответствующим поджатием гайки редуктора. Газоредуктор должен быть установлен на рабочее давление в 2—2,5, максимум в 3 атм. Аналогичным путем должен быть установлен на давление в 0,3 или 0,5 атм. и регулятор остаточного давления газа. После того как отрегулирована подача хлора, устанавливают водоредуктор на постоянную подачу воды в смеситель. Количество поступающей в аппарат воды регулируется вентилем на водоредукторе и должно быть таким, чтобы в нижней трети смесительного цилиндра остался постоянный уровень воды (водяной затвор), который предохранял бы от уноса хлора из смесителя. Если вентилем редуктора нельзя достигнуть необходимого уровня воды в смесителе, то необходимо усилить водоподачу редуктора. Последнее достигается при помощи нажимного болта, который, сжимая пружину, отгибает мембрану, а с ней и клапан от гнезда, и этим усиливает приток воды. Этими операциями исчерпывается подготовка хлоратора к работе.
Пуск, наблюдение за работой и остановка хлоратора
Пуск установленного и подготовленного к эксплоатации хлоратора производится следующим образом. Открывают вентиль на шланге, отводящем хлорную воду из хлоратора, и вентиль на напорной линии, подводящей воду. Через смеситель пропускают воду небольшой струёй. Затем, открыв вентиль баллона и соединённый с ним впускной вентиль хлоратора, вводят в аппарат хлор. Дозирующим вентилем устанавливают требуемую часовую подачу хлора, соблюдая при этом указанные раньше правила дозировки хлора при помощи измерителей разных систем. Так, для хлораторов Ремесницкого, дозирующим вентилем устанавливают уровень индикаторной жидкости на том делении шкалы, которая отвечает требуемой газоподаче. Дозировка производится по паспорту хлоратора.
В хлораторах типа ЛК устанавливают часовую хлороподачу с помощью таблиц или номограмм созданием соответствующей разности давлений на манометрах.
После установления дозы хлора увеличивают приток водопроводной воды в смеситель до тех пор, пока водяной затвор над выходным отверстием не достигнет высоты не меньше 4 ем.
При работе хлоратора следует наблюдать за тем, чтобы отмериваемое количество хлора гарантировало бактериальную очистку воды. Поэтому помимо контроля газоподачи не реже, чем через каждые 2 часа, проверяется количество остаточного хлора в воде.
Наблюдение за работой хлоратора сводится к проверке п записи по-тказаний дозирующего узла, к контролю за работой смесителя (к кон-566
тролю положения водяного затвора), наблюдению за состоянием подводящих газ коллекторных трубок и фильтра хлоратора (по показаниям манометра высокого давления на хлораторе), и проверке наличия хлора в баллонах (по изменению веса рабочих баллонов).
Остановка хлоратора производится закрытием в начале вентиля на баллоне и затем, после полного падения давления в хлораторе, закрывают вспомогательный и дозирующий вентили. По мере падения давления в хлораторе постепенно прикрывают водопроводный вентиль, следя за тем, чтобы вода не заполнила смеситель и одновременно весь поступающий в смеситель хлор был растворён и выведен из хлоратора. После полного падения давления, смеситель промывают ещё несколько минут водой, затем закрывается водопроводный вентиль и перекрывается кран на шланге, соединяющем хлоратор со всасывающей или напорной трубой.
Подробное описание эксплоатации хлораторов приводится обычно в инструкциях, прилагаемых к самим аппаратам.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ХЛОРАТОРЫ ПОЛЕВОГО ТИПА
43. Общие замечания
Снабжение войсковых соединений пригодной для питья водой, осо* бенно в условиях военного времени, является ответственной и важной задачей, решение которой часто связано с рядом трудностей. Не касаясь случая, когда обеспечение войск водой может быть осуществлено исполь-
Рис. 188. Схема простейшей походной водоочист-~ ной станции системы Клюканова.
0 зеванием стационарных водопроводов (дей-
ствующих или восстановленных после разрушения), можно считать, что наиболее совершенным решением вопроса полевого водоснабжения является использование нолевых водоочистных станций, смонтированных на автомашине или на простой повозке. Основными элементами таких походных водоочистных станций (ПВО) являются секции: 1) насосно-силовая, 2) фильтрующая и 3) стерилизующая. В качестве простейшей ПВО приводим схему повозки Клюканова1 (рис. 188).
Для общего представления о полевых водоочистных станциях за. границей приводим английскую водоочистную установку на автопри-2С8
щепе (рис. 189). Вода, подаваемая при помощи ручного насоса в уста новку, проходит два тканевых фильтра, где растворяет коагулянт. После коагуляции отфильтрованная вода по шлангам поступает в
металлический резервуар, где она хлорируется.
Интересным решением походной полевой водоочистной станции является английская передвижная установка на автоприцепе системы
Эллиота. Особенностью этой установки является использование в качестве дезинфицирующего средства гипохлорита натрия, получаемого в ней самой электролизом раствора поваренной соли. Схема этой установки приводится на рис. 190. Она слагается из: насоса— 7; динамо — 2, предназначаемого для электролиза поваренной соли; измерительных электроприборов — <3; эбонитовых бачков 4 и 5 для ра-
Рис. 189. Английская воодочистная установка на автоприцепе.
створов поваренной соли и серпокислого аммония, электролизера и фильтрующей секции — 6> п 7. По нашему мнению; использование
водоочистных установок этого типа является в походных условиях
весьма удобным и перспективным.
Как уже отмечалось в предыдущих главах, среди всех этапов очистки
воды наиболее ответственным является процесс
Рис. 190. Схема английской водоочистной установки системы Эллиота.
обезвреживания её хлором. Поэтому при отсутствии возможности проведения полной очистки воды, хлорирование во всех случаях должно быть совершенно обязательным.
Как на восстанавливаемых водопроводах. так и в походных станциях, а иногда и при колодезном водоснабжении могут быть
использованы стационарные хлораторы, описанные в предыдущих главах.
Однако для обезвреживания воды хлором в полевых условиях наиболее удобными являются переносные типы хлораторов2.
К числу конструкций переносных хлораторов, получивших приме-
нение в нашей практике, следует отнести хлораторы системы автора: переносный порционный хлоратор ЛК-4, хлоратор порционно-непрерывного действия ЛК-5, упрощенный передвижной хлоратор ЛК-9, а также порционный хлоратор и передвижной вакуумный хлоратор непрерывного действия системы Ремесницкого.
44. Переносные порционные хлораторы
Для хлорирования воды в резервуарах, бочках, грунтовых колодцах и т. д. требуется введение определённых порций хлора. Для этой цели применяются так называемые порционные хлораторы.
Ранцевый порционный хлоратор ЛК-4
Полевой порционный хлоратор ЛК-4 получил широкое применение в практике. Он представляет собой портативный, переносной аппарат. Его назначением является механическая очистка хлора, отмерива-
ние. 191. Ранцевый полевой порционный хлоратор ЛК-4 во время переноски.
ние точных доз этого газа отдельными порциями и растворение отмеренных порций в воде.
На рпс. 191 и 192 показан хлоратор ЛК-4 во время переноски и в раскрытом ранце. На рис. 193 показан его чертёж в последнем переработанном варианте.
Хлоратор ЛК-4 состоит из баллона для хлора, сухого манометрического газоотмерительного узла и смесителя, которые расположены на алюминиевой раме, являющейся основой ранца. В крышке ранца помещены: химический набор для контроля за хлорированием воды, водяной насос, шланги, ключи, соединительная металлическая трубка для переливания хлора из стандартного баллона и другие необходимые в работе части.
Баллон предназначен для сохранения минимального запаса хлора, необходимого в условиях полевого хлорирования. Устройство баллона показано на рис. 194. Это тонкостенный стальной сосуд цилиндрической формы; он рассчитан на давление 35 атм. и вмещает запас жидкого хлора весом в 1 кг. В верхней части его находится привинченный в горизонтальном положении вентиль с удлинённым сальником и утолщённым телом, что предохраняет от
просасывания хлора наружу.
Газоотмерительный узел хлоратора ЛК-4 служит для порционного отмеривания газа. Этот узел показан на рис. 195.
Его главные составные части — манометр низкого давления и метал-
лический отмерительный цилиндр, которые соединены с верхним и нижним штуцером крестовины. В теле крестовины по ходу газа размещены: фильтр,
впускной вентиль, капилляр и выпускной вентиль.
В нижней части крестовины над отмерительным цилиндром помещён;
Рис. 192. Хлоратор ЛК-4 в раскрытом ранце.
спускной вентиль для выпуска хлора из цилиндра наружу. Размещение внутренних каналов крестовины таково, что хлор, войдя через впускной вентиль, попадает одновременно в отмерительный цилиндр и манометр, а затем через капилляр поступает к выпускному вентилю'1. Наличие капилляра обеспечивает постепенность подачи хлора в смеситель, независимо от степени открытия выпускного вентиля.
Смеситель в хлораторе ЛК-4 применён такой же, как и описанный выше в конструкции хлоратора ЛК-6, но в связи с условиями монтажа в ранце он несколько укорочен В верхней его части имеется выдвинутый вперед ниппель, на который надевается резиновый шланг для подачи воды в смеситель; внизу имеется эбонитовый выпускной кран с горизонтальным ниппелем для шланга, через который вытекает готовый хлорный раствор Эбонитовым краном регулируют высоту водяного затвора в смесителе во время работы аппарата
Добавочные и запасные части помещены в крышке ранца хлоратора.
Одним из важных добавочных устройств является ручной насос (рпс. 196), который нужен для работы хлоратора в тех случаях, когда водой из-водопровода пользоваться невозможно, как например, при хло-272
i
рировании воды в колодцах, небольших резервуарах, баках и т. д. В таких случаях насос подключают к хлоратору и равномерной струёй пропускают воду через смеситель для растворения заданной порции хлора. Насос обеспечивает подачу воды равномерной струёй благодаря тому, что цилиндр с поршнем помещены во второй, герметически закрытый цилиндр с краном для выпуска воды. Во время накачивания вода, поступая во внешний цилиндр, сжимает находящийся в нём воздух и под давлением с постоянной скоростью выходит из насоса. Выпускным краном насоса легко установить потребное количество воды. Максимальное количество воды, подаваемой насосом в 1 мин. — 5 л, минимальное — 0,25 л.
Вода в насос поступает через кран с сосуном, который выполняет роль фильтра, не допуская засасывания взвешенных частиц. Сосун имеет форму цилиндра с дырчатыми стенками и внутри выстлан металлической сеткой. Один конец этого цилиндра имеет дырчатое дно, второй — рубку для шланга и клапан.
Испытания хлоратора в лабораторных и полевых условиях выявили следующие показатели: обслуживание хлоратора производится одним человеком, время приведения в действие (развертывание)—3 мин., время, затрачиваемое на одно отмеривание —1,5— 2,5 мин., время свертывания 2 мин., максимальное количество хлора, отмериваемое в 1 раз, 1000 мг, минимальное количество хлора, отмериваемое в 1 раз, 20 ный для хлорирования 500 м3 1 габаритыранца 16X34X37см, габариты аппарата в развёрнутом виде 65x37x18 см, дозирование газа можно производить с погрешностью, не превышающей 5%. Более детальное описание конструкции дано в специальном руководстве4.
Рис. 196. Ручной насос к хлоратору ЛК-4.
мг, запас хлора в баллоне (достаточ-воды) 1 кг, вес аппарата с ранцем 12 кг,
Порционный хлоратор прерывного действия Б. М. Ремесницкого
Порционный хлоратор прерывного действия Ремесницкого5 (рис. 197 и 198) смонтирован в небольшом деревянном ящике размером 68x35x14 см и весит около 15 кг. Он состоит из стального баллона с железным вентилем и толстостенного стеклянного измерителя. Баллон вмещает около 2,5 кг жидкого хлора, что достаточно для дезинфекции, примерно, 48 л. А. Кульский 273
Рис. 197. Переносный порционный хлоратор системы инж. Ремесницкого.
1250 м3 воды. Толстостенный стеклянный измеритель представляет собой цилиндр, на котором нанесена шкала, указывающая количество отмериваемого хлора в мг. Для удобства подсчета имеется стрелка устанавливаемая на заранее определённое деление. Обычная ёмкость хлороизмерителя 1500 мг хлора.
Для плавной подачи хлора в хлороизмеритель над ним; установлен наполняющий кран. В качестве гидравлического затвора служит резиновый сосуд, в котором хранится вода, налитая сверху через отверстие в крышке. В сосуд опущена эбонитовая трубка, идущая от нижней части хлороизмерителя.
Рис. 198. Чертеж порционного хлоратора Ремесницкого.
Для засасывания газообразного хлора и перемешивания его с водой служит водяной эбонитовый эжектор. При отсутствии водопровода вода накачивается ручным насосом.
Для отсоединения водяного эжектора от хлороизмерителя при подаче в последний хлора и для соединения их после наполнения хлоро-измерителя устанавливается запорный кран.
Работает прибор следующим образом. Воздух из измерителя всасывается эжектором и измеритель заполняется водой из резинового сосуда. Затем из баллончика в измеритель впускается хлор, снова вытесняющий воду в резиновый сосуд. Газ впускается в хлороизмеритель до заранее установленного стрелкой деления и затем снова засасывается из него эжектором. Хлор—газ, перемешиваясь в эжекторе с проходящей через него водой, образует хлорную воду, которая по рукаву стекает в резервуар, наполненный водой, подлежащей хлорированию.
В тех случаях, когда количество хлора, потребное для обеззараживания воды, окажется более ёмкости цилиндра смесителя (1500 мг), дезинфекция воды производится в несколько приёмов.
Несмотря на то, что при работе этого порционного хлоратора ошибки по сравнению с заданными дозами достигают 40% и более и при эксплоатации не гарантируется его герметичность, все же он получил некоторое распространение.
45. Переносные хлораторы непрерывного и порционнонепрерывного действия
В полевых условиях, кроме переносных порционных хлораторов, в ряде случаев требуются и аппараты непрерывного действия. Применение
Рис. 199. Переносный вакуумный хлоратор системы инж. Ремесницкого.
последних весьма удобно в случаях необходимости быстрой организации процесса обезвреживания воды, особенно при восстановлении небольших водопроводов, когда стационарные хлораторы отсутствуют или находятся в непригодном состоянии. К такому виду аппаратов надо отнести передвижной вакуумный хлоратор непрерывного действия системы Ремесницкого и хлораторы нэпрерывного ЛК-5 и ЛК-9 автора.
Переносный вакуумный хлоратор ~ ницкого, как уже было нами отмечено, представляет собой очень близкий вариант стационарного вакуумного хлоратора этого же типа, описанного в IX главе.
порционно-действия системы
Ремес-
48*
675
В отличие от стационарного, переносный вакуумный хлоратор смонтирован в чемодане вместе с необходимыми инструментами. Общий вид его показан на рис. 199. Схема его действия аналогична действию стационарного хлоратора этого типа.
Переносный хлоратор порционн о-н епрерывного действия ЛК - 5
Переносный хлоратор ЛК-5 является универсальным прибором, предназначенным для хлорирования воды как в полевых условиях, так и на стационарных водопроводах, особенно в тех случаях, когда требуется срочное налаживание процесса хлорирования воды. Хлоратор ЛК-5 является прибором порционно-непрерывного действия, в чем и заключается его основное преимущество в сравнении с другими типами хлораторов 6,7.
Рис. 200. Переносный хлоратор порционно-непрерывного действия Л.К-5 в ящике. '
.✓Хлоратор ЛК-5 при установке на непрерывное действие аналогичен хлоратору ЛК-3 и ЛК-6, а при использовании его в качестве порционного— хлоратору ЛК-4.
Аппарат смонтирован на небольшой металлической раме, помещённой в специальном ящике, к крышке которого прикреплены части, необходимые для присоединения аппарата к водопроводной системе или водоёму. <
Размеры аппарата—15,2 X 36,7 X 48,6 см, размер ящика—18 X 43 X X 51 см, вес аппарата 12 кг. Вес аппарата в ящике с комплектом добавочных и запасных частей и хлором 22,5 кг8.
Хлоратор ЛК-5 показан на рис. 200 в ящике и 201 установленным для работы. На рис. 202 показан его чертёж в последнем, переработанном варианте.
Хлоратор состоит из следующих главных частей, соединённых друг
с другом и закрепленных на раме: оаллона,газоредукторного узла, га водозирующего узла, газоводяного смесителя.
Комплект дополнительных и запасных частей, помещённых в крышке ящика, таков: редуктор для.воды с резиновым шлангом, ручной насос с нодовсасывающим шлангом, выводной шланг к смесителю, соединительная трубка, ключи, запасные детали для ремонта аппарата на месте и хим-набор.
Баллон для небольшого запаса хлора (1 кг) применён такой же, как и в хлораторе ЛК-4. Этот запас хлора достаточен для порционного хлорирования небольших объёмов воды (до 500 м3). При потребности больших количеств хлора для непрерывного хлорирования к газоредуктору может быть параллельно присоединён и большой стандартный баллон с хлором. Газоредукторный узел, обеспечивающий постоянное сниженное давление, необходим при длительном равномерном хлорировании, т. е. при работе пере
Рис . 202. Чертеж хлоратора ЛК-о в последнем, переработанном виде.
носного хлоратора, как хлоратора непрерывного действия. Когда же аппарат работает как порционный, газоредуктор служит небольшим резервуаром, сохраняющим запас профильтрованного газа под сни-
женным давлением.
Газодозпрующий узел (рис. 203) хлоратора ЛК-5 состоит из отмери-те.тьного цилиндра для порционных отмериваний газа, системы двух
манометров с капиллярным гнездом между ними и двух вентилей (дозирующего и выпускного), которыми пользуются для порционного и непрерывного дозирования.
При порционном дозировании с помощью этих вентилей подают в отмеритель-ный цилиндр и затем выпускают в смеситель потребное количество газа, причем пользуются показаниями первого манометра низкого давления и данными приложенной к руководству таблицы или номограммой.
При непрерывной хлороподаче с помощью дозирующего и выпускного вентилей устанавливают такие показания манометров, при которых, согласно данным таблицы (см. руководство)или номограммы (рис. 186)
аппарат подаёт требуемое количество газа в час. При длительном равно-
мерном хлорировании, к аппарату присоединяют редуктор для воды, обеспечивающий постоянное количество воды, подаваемой в аппарат. Вода в редуктор может подаваться не только из водопровода, но и насосом (см. хлоратор ЛК-4).
При всём многообразии случаев применения хлоратора порционнонепрерывного действия этот аппарат обслуживается одним человеком. Такой работник, разумеется, должен иметь специальную подготовку по методике обезвреживания воды хлором и обязательно изучить устройство аппарата.
Подачу хлора при непрерывной дозировке хлоратором ЛК-5 можно производить в пределах от 20 до 4500 г в час, с погрешностью до 8—10%;
при порционной дозировке, при разовом отмеривании можно подава/гь хлор в количестве от 20 до 1000 г с ошибкой, не превышающей 5%.
Переносный хлоратор порционно-непрерывного действия ЛК -9
По типу простейшего стационарного хлоратора ЛК-8 нами в последнее время разработан портативный хлоратор порционно-непрерывного действия, получивший название переносного хлоратора ЛК-9.
Хлоратор ЛК-9 (рис. 204) смонтирован на стойке и состопт из следующих частей: небольшого баллончика для хлора, хомутика, соединяющего
Рис. 204. Хлоратор ЛК-9.
дозирующее устройство с баллончиком, редукционного вентиля, металлического мембранного реометра, отмерительного цилиндра с выпускным вентилем, барбатажного устройства для подачи хлора в диспергированном состоянии в воду и крышки, которой закрывается хлоратор во время переноски.
Баллончик изготовляется из трубы диаметром 1,5", к которой привариваются сферические днища. В одно из днищ ввинчивается обычный вентиль, устанавливаемый на стандартных баллонах с жидким хлором. Емкость баллончика 1,5 л. •
Хомутик представляет собой скобу, снабжённую штуцером с нарезкой, прижимаемую с помощью болта к вентилю баллончика. При помощи хомутика также прикрепляются части хлоратора к стойке.
ния, которым соединен
Рис. 205. Отмерительный цилиндр хлоратора ЛК-9.
необходимых количеств
Редукционный вентиль аналогичен редуктору хлоратора ЛК-8. Он обеспечивает постоянное давление при подаче газа непрерывной струёй и используется только как вентиль при подаче газа отдельными порциями.
Металлический мембранный реометр, как и в хлораторе ЛК-8, представляет собой прибор, в котором перепад давления определяется при помощи двух упругих металлических мембран, из которых одна находится под давлением газа до капилляра, а вторая — после ег© дросселирования в капилляре.
В качестве упрощённого измерителя может быть также использован, как и в хлораторе ЛК-8, измеритель, состоящий из капилляра, помещённого в тройник, и обычного хлораторного манометра низкого давле-с пространством до капилляра.
При дозировании хлора отдельными порциями, капилляр в измерителе заменяют глухой пробкой и им пользуются как обычным манометром. Этот капилляр переносится в таких случаях в выходной штуцер на отмерительном цилиндре.
Отмерительный цилиндр (рис. 205) представляет собой небольшо i металлический сосуд, который верхним концом присоединён к редукционному вентилю, а на нижнем конце снабжён вентилем мембранного типа. На выходном штуцере вентиля имеется гнездо для капилляра.
Отмеривание газа отдельными порциями, как и в хлораторах ЛК-4 и ЛК-5, основано на объёмном принципе. Газ под давлением, фиксируемым манометром, заполняет объём редуктора, измерителя и отмерительного цилиндра. Выпусканием газа до более низкого давления (до 0,5 атм.) осуществляется отмеривание хлора.
Давление, до которого приходите г вводить газ в отмерительны t узел для обеспечени i подачи требуемых количеств газа, определяете t по номограмме или таблице.
Барбатажное устройство имеет целью обеспечить развитие абсорб-ционно г поверхности и тем самы i ускорить процесс растворения хлора в воде. Он> изготовляется и воронки Шотта № 1, соединённой с хлоратором с помощью гибкого резинового шланга.
Все перечисленные части хлоратор , смонтированы нь стойке, представляющей собой штатив, укреплённый на деревянном основании, в котором имеете t ящиче : для хранения инструментов, запасных и добавочны; деталей.
При переноске хлоратор закрывается крышкой.
Дозатор поле, ого типа ЛК - 5
Для возможности дозирования в полевы: условиях кроме хлора и других газов, например, аммиака или сернистого ангидрида, нами предложен дозатор типа ЛК-5 (рис. 206 и 207), который по своему устрой-280
ству представляет нескольк» видоизменённый вариант конструкции переносного хлоратор ЛК-5.
В этом приборе, как и в стационарном дозаторе ЛК-7, отсутствует
смесительное устройство с водоподводящей частью.
Дозатор ЛК-5 состоит из съёмного баллончика, газоредуктора и газодозирующего устройства, смонтированных на раме, укладываемой для переноски в ящик. Все части строго соответствуют тем же частям хлоратора ЛК-5 и потому аппарат может быть полностью собран из указанных частей хлоратора.
Дозатор представляет собой прибор порционно-непрерывного действия и может быть использован как для отмеривания отдельных объёмов газа, так и для дозировки непрерывно протекающей струи. Подготовка аппарата к работе и управление полностью соответствуют описанным процессам для дозирующей части хлоратора ЛК-5.
Рис. 206. Дозатор типа ЛК-5 (общий вид).
Аппарат предназначен для дозировки аммиака при процессах аммониза-
ции воды, сернистого газа при процессах дехлорирования и т. д.
Дозировка при непрерывной подаче этих газов производится с помощью таблицы или номограммы, составленной по формулам (33') и (33"), с учётом формулы (42).
Рис. 207. Дозатор ЛК-5.
При порционном дозировании хлора пользуются таблицей или номограммой, составленной по формуле (39).
46. Некоторые эксплоатационные данные по хлораторам полевого типа
Описанные конструкции хлораторов полевого типа достаточно полно обеспечивают требовани t полевого водоснабжения.
Переносные хлораторы дают возможность быстро наладить процесс хлорирования воды и нт стационарных водопроводах, например, при авариях хлораторных установо ; или при необходимости усиления хлорирования ’> отдельных местах водовода, фильтров, резервуаров и пр.
Особенно широко используются в таких случаях хлораторы порционно-непрерывного действия, как наиболее универсальные. Не вызывает больших трудностей также п применение переносных порционных и переносных непрерывных хлораторов.
практике, прежде чем приступить к порционному или непрерывному хлорированию, необходимо установить:
1) какое количество хлора требуется для обезвреживания данного объёма воды в резервуаре (порционная дозировка) или
2) какое количество хлора следует подавать в час, исходя из часового расхода хлорируемой воды (непрерывная дозировка).
В том и другом случае в лаборатории или на месте с помощью химического набора определяют опытным путем количество хлора, необходимое для обезвреживания одного литра воды, подлежащей дезинфекции.
Прп хлораторе ЛК-4, как и при хлораторе ЛК-5, имеется химический набор4,8,9, смонтированный в отдельном ящичке, также помещённом в крышке ранца. В нём находятся необходимая химическая посуда (склянки, чашки, пипетки), гигроскопическая вата; в небольших плоских склянках с притертыми пробками хранятся необходимые реактивы (N/50 раствор гипосульфита, N раствор соляпой кислоты, 1%-ный консервированный раствор крахмала, раствор аммиака, иодистый калий, 1%-нып раствор хлорной извести и реактив для быстрого определения крепости хлорного раствора). Химический набор обеспечивает возможность определять количество хлора, необходимое для дезинфекции воды данного качества, определять остаточный хлор, концентрацию хлорной воды, проверять хлоронепроницаемость аппарата, находить место просаеывания хлора. Очень портативный «химический набор» разработан также Александровым 1>10.
Подготовка хлораторов к работе
Подготовляют хлораторы к работе следующим образом: порционный аппарат в раскрытом ранце устанавливают на какой-либо горизонтальной подставке, высота которой должна быть не ниже верхнего края резервуара, в котором дезинфицируют воду. При пользовании непрерывным хлоратором для создания требуемого напора воды аппарат устанавливается ниже питающего резервуара, примерно, на 1—2 м. Проверяют целость отдельных частей аппарата наружным осмотром и его хлоро-непроницаемость путём введения небольшого количества хлора последовательно во все части аппарата, которые обводят тампоном, смоченным раствором аммиака. Отсутствие дыма показывает, герметичность сборки аппарата. В соединениях, показывающих утечку газа, подтягивают гайки с помощью ключа. Аппарат дожен быть исправен и все его части взаимно отрегулированы (см. главу IX).
При порционной дозировке хлоратор присоединяют следующим образом: надевают всасывающий шланг на соответствующий штуцер насоса, а сосун опускают в резервуар с водой; напорным шлангом сое-
диняют насос с редуктором для воды и последний — со смесителем; отводной шланг от цилиндра смесителя опускают на дно резервуара, с хлорируемой водой, нагнетают насосом воду и проверяют проходимость смесителя и шлангов.
При непрерывной дозировке водоредуктор присоединяют к смесителю, а штуцер водоредуктора шлангом соединяют с водопроводной трубой. Этим шлангом можно брать воду и из резервуара, находящегося выше аппарата. Отводной шланг присоединяют ко всасывающей трубе водопровода или водоочистной установки. Открывая вентиль редуктора, проверяют его работу, а также проходимость вихрителя, находящегося в корпусе смесителя.
При хлорировании больших количеств воды (городской, сельский водопровод, насосно-фильтровальные станции временного типа) хлор удобнее подавать из стандартного большого баллона. Для этого баллон соединяют при помощи соединительной трубки с запасным штуцером фильтра газоредуктора, в хлораторах ЛК-5, ЛК-9 и непосредственно к штуцеру газоредуктора в хлораторах Ремесницкого. Если баллон военного образца (с сифоном), то он должен находиться в перевернутом состоянии кверху дном.
Порционное дозирование хлораторами ЛК-4, ЛК-5 и ЛК-9
Порционное дозирование газов ведётся по указаниям манометра низкого давления, находящегося над отмерительным цилиндром, в соответствии с данными таблицы, рассчитанной по формуле (39) или при помощи составленной по той же формуле номограммы рис. 208.
Номограмма для порционного дозирования составлена для отмериваний отдельных порций газа в пределах от 15 мг до 2300 мг при начальном давлении в отмерительном узле от 0,6 до 3 ати и конечном давлении 0,5 ати.
Номограмма рассчитана для отмерительного узла объемами от 50 до 300 см3 и предназначена для работы с хлораторами ЛК-4, ЛК-5 и ЛК-9.
Приводим пример для ознакомления с правилами пользования номограммой.
Прим е р: для дезинфекции 1,2 м3 воды необходимо отмерить 2000 мг хлора. Необходимо определить начальное давление, обеспечивающее указанную газоподачу при объеме отмерительного узла хлоратора ЛК-5 равном 280 мл и t° помещения 10° С.
Соединяем деление 280 на шкале V с делением 10 на шкале t° (прямая 1 а). Точку пересечения прямой с немой шкалой соединяем с делением 2000 на шкале гл (прямая 1 в), продолжаем эту линию до пересечения со шкалой F, п находим искомое начальное давление. В этом случае оно будет равно 2.9 ат.
Процесс дозирования при порционном хлорировании заключается в наполнении отмерительного цилиндра хлором до необходимого давления и в выпуске газа в смеситель до показания на манометре остаточного давления (0,5ати). Поскольку перед началом работы в газо-отмерительном узле хлоратора находится воздух, то первые отмеривания 283
I/
Ж q 29Q -280 -27Q -260 -250 240-230 r 220-2Ю -200-
190 -
180 -
170 -
160 -150-
140 -
130 -
120 -
tH -
юс -
7? Г ₽
Z ' ‘V5^ - _ 2301 □ —й?й?“Е 1800 ~ (500 ~ 1400 - "* "7200 — tore -300 -3'Л‘ - 100 - 600 - 500 - 5-_ 7 - 5- 11 — 12 ~ 13 ~ 14 - LLL, IJ.I.M.I.I J .1 . i I...1 .1,1 z? 26 2.4 2.2 2.0 '.9 1.8 1.7 ts 15 1.4
400 ЗОС 15 - 16 - J7 - 1.3 i.2
!8 - - f.f
$ 200 150 >9 - 20- 21— ^2- - KO 0.9
Ч~и5ъе* отмеритель»ого *зла 9 с*1 t ~Геилературр при ртнеривании 5 3С Р- начальное давление в отмерительном ' /зле в ат т-количество отмериваемого глора 9 иг (при остаточном Заилении в отмени’ яелызом Гме 0.5 ат} ЮО 90 80 70 60 S? 40 - Ъо t\> tsj rsa K> *J Co "J '>> <Л Л Uj L^l . I . I . I . I L . I - 0.8
1эе 30- ; 3i-
ге зг-!’33 -
Й ' 33- 0.6
Рис. 208, Номограмма jyia перевода показаний газоотмерителъного узла в мг хлора цоридюнном дозировании^
вЬтусн wo pa 6 атмосферу
Резе
-cetm
Рис. 209. Схема установки и работы хлоратора ЛК-5.
будут недостаточно точны; поэтому перед началом дозирования дозирующий узел хлоратора промывают хлором, т. е. наполняют 3—4 раза газом до давления 1,5—2 атм. и затем газ выпускают через спускную трубку.
Сначала открывают баллонный вентиль и хлор впускают в аппарат до газодозирующего вентиля. Затем открывают газодозирующий вентиль и впускают хлор в отмерительный цилиндр до давления, при котором ко- цдак личество газа соответствует (учитывая остаточное дав-ление) требуемому для обез- , вреживания данного количества ВОДЫ.
После этого в хлораторах ЛК-4 и ЛК-5 с помощью насоса или из водопровода в смеситель пускают струю воды, причём количество её в смесителе регулируют нижним эбонитовым краником так, чтобы установился постоянный водяной затвор высотой в 3—4 см, затем постепенно открывают впускной вентиль и хлор вводят в смеситель, сохраняя при этом неизменный водяной затвор. Капилляры № 1 и 2 целиком обеспечивают достаточно постепенный выход хлора в смеситель, при капилляре № 3 и др. газ выходит интенсивнее, почему нужна дополнительная регулировка выпускным вентилем. В хлораторе ЛК-9 хлор из отмерительного
Хлоратор
Рис. 210. Схема установки и работы хлоратора ЛК-9.
узла поступает в барботер, надетый на конец резинового шланга, который опускается в подвергаемую хлорированию воду. I
Хлор выпускают в течение 1—2 мин., пока стрелка манометра (над отмерителем) не упадет до 0,5 атм. Закрыв выпускной вентиль, воду пропускают ещё в продолжение 1 мин. ния полного остающегося газа, а при устройстве в течение 1 мин. перемешивают воду.
При разовом отмеривании можно получить дозу хлора в пределах от 20 до 1000 мг. Если количество хлора, потребное для данного объёма
Бак сводой
для обеспече-растворения в смесителе барбатажном
воды, не может быть получено разовым отмериванием, то требуемую дозу
получают в несколько приёмов.
Рис. ’2И. Хлораюр .llv 1 ы> время работы.
Схемы установки и работы хлораторов порционного действия указаны на рис. 209 и 210.
На рис. 211 показан хлоратор ЛК-4 во время работы.
Непрерывное дозирование переносны мп хлораторами ЛК-5 и ЛК-9
Конструкция переносного вакуумного хлоратора Ремесницкого ничем не отличается от описанной выше конструкции его стационарного вакуумного хлоратора, поэтому процессы дозирования и управления хлоратором совершенно аналогичны.
В хлораторе ЛК-5 непрерывное дозирование ведётся, как п в хлораторе ЛК-6, по разности показаний манометров низкого давления с помощью таблицы или номограммы (рис. 186) для дозирования непрерывной струи газа.
Перед началом работы выясняют, обеспечивает ли установленный в хлораторе капилляр пропуск количеств хлора, достаточных для хлорирования заданных объёмов воды, и при необходимости заменяют его другим соответствующего номера капилляром.
Выясняют по таблице или номограмме, какое давление на манометрах низкого давления будет соответствовать пропуску требуемых количеств 280
хлора при установленном капилляре. Открывают впускной вентиль и впускают газ в редуктор до газодозирующего узла и затем, осторожно регулируя газодозирующим вентилем количество поступающего хлора, следят, чтобы разность давлений между показаниями манометров низкого давления была равна найденной в таблице. Регулировка достигается осторожным открытием или прикрытием газодозирующего и выпускного вентилей. Остаточное давление следует
Выпуск хлора в атмосферу
Нагнетательная труба Хлорируемая__
Колодец о пи отстойный резервуар
Источник питания с неочи -шенной или у>ке подвергнутой процессам механической и химической очистка воды
Рпс. 212. Схема подключения хлоратора ЛК-5 к водопроводу.
всегда устанавливать одинаковым, равным 0,3—0,5атм., и исходить из него при определении искомой разности давлений. Отмеренное количество газа проходит в смеситель, где, смешиваясь с равномерно подаваемой через водоредуктор водой, растворяется в ней и по выводному шлангу уходит к месту хлорирования воды. Как и при порционной дозировке у основания цилиндра должен быть водяной затвор.
Регулировка п управление хлоратором ЛК-9 при непрерывном хлорировании производится так же, как и хлоратором ЛК-8.
Схема подключения к водопроводной системе хлоратора ЛК-5 приведена на рпс. 212.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ХЛОРИРОВАНИЯ ВОДЫ
47. Некоторые теоретические и экспериментальные данные по электролитическому хлорированию воды
О применении электролитического хлорирования воды
По характеру работы установки для хлорирования воды, как уже упоминалось, можно разделить на три основных типа.
Первый тип установок работает на готовых растворах, содержащих активный хлор (см. главу VI). Установки второго типа не только обеспечивают дозирование растворов, содержащих активный хлор, но и приготовляют эти растворы из сухих солей пли компримированного хлора (см. главы VII—X).
В настоящей главе описаны установки третьего типа, которые, выполняя функции установок первых двух типов, включают в себя и получение дезинфицирующего раствора из первичного сырья — поваренной соли путём электролиза её водного раствора.
Электролиз поваренной соли можно’ вести в двух направлениях: без разделения продуктов электролиза для получения гипохлорита натрия и с разделением их при помощи диафрагмы с получением газообразного хлора.
По аналогии с техническим термином «электролитическое беление», принятым в практике отбелки тканей, бумаги и пр., использование для обезвреживания воды гипохлорита натрия и хлора, полученных электролизом на месте потребления, может быть названо «электролитическим хлорированием воды». *"
По данным Гейлера, приводимым проф. Угловым1, бактерицидный эффект гипохлорита натрия выше, чем хлорной извести. Электролитически полученные растворы гипохлорита, как отмечает Эфраим 2, обладают еще более сильным окислительным действием, чем приготовленные химическими методами, так как в них выше содержание гипохлоритной кислоты.
Работами автора совместно с В. М. Саввиной3 установлено, что растворы гипохлорита натрия, полученные электролизом,обладают большей бактерицидностью, чем хлорная вода и все другие дезинфекторы, действующим началом которых является активный хлор.
Кроме того, гипохлорит натрия обладает и рядом свойств, ценных в техническом отношении. Его водные растворы не имеют взвесей и поэтому не нуждаются в отстаивании, в противоположность растворам 288
хлорной извести. Растворы гипохлорита натрия ^устойчивее растворов других гипохлоритов, в том числе и хлорной извести, и, следовательно, могут сохраняться более длительное время. Применение гипохлорита натрия для обезвреживания воды не вызывает увеличения ее жесткости, так как он не содержит солей кальция и магпия.
При электролитическом хлорировании воды отпадает также необходимость в транспортировании и хранении хлорной извести и хлора. Одновременно с этим устраняется и потребность в большом количестве тары для хлора (стальных баллонов и бочек), что связано с значительной экономией металла.
Несмотря на ряд отмеченных преимуществ, электролитическое хлорирование до последнего времени не имело большого распространения в санитарной технике вследствие большой дешевизны хлора, получаемого с хлорных заводов.
В условиях военного времени быстрота и простота получения гипохлорита натрия электролизом поваренной соли приобретают исключительное значение для использования этого процесса при обезвреживании воды на всех водопроводах, куда легко может быть завезена соль и где имеется электроэнергия. На крупных водопроводах возможно также получение хлора в специальных ваннах, хотя зксплоатация их несколько сложнее.
В заграничной литературе есть указания о том, что в США электролитическое получение гипохлорита натрия уже нашло практическое применение на водопроводах — существует конструкция электролитического хлоратора, в котором получается гипохлорит натрия для хлорирования воды4,5. Обезвреживание воды гипохлоритом натрия, полученного в результате электролиза раствора поваренной соли, осуществляется и в новейшей походной водоочистной установке системы Эллиота (см. главу X). Существуют также небольшие карманные приборы,6 работа которых основана на том же принципе.
За границей широкое распространение имеют устаиовки электролитического получения гипохлорита для отбелки тканей. Из них наиболее распространены установки непрерывного действия, работающие по способу д-ра Кельнера (фирма Сименс и Гальске) с горизонтальными сетчатыми, биполярно работающими электродами из платино-иридиевой проволоки, расположенными в ступенчатой ванне со стеклянными перегородками; непрерывно действующие установки фирмы Шуккерт и К° с вертикальными платиновографитовыми электродами (анод— платина, катод—графит), помещенными в ступенчато расположенных ваннах с промежуточными холодильниками; установки периодического действия Хаас и Эттель с графитовыми биполярными электродами и естественной циркуляцией раствора в ванне и др.’А9,10.
Конструктивных данных об установках для отбелки тканей, а тем более об аппаратах для хлорирования воды, в литературе не приводится.
Более обширные сведения в литературе имеются о ваннах для получения хлора.По этому вопросу насчитывается большое количество капитальных руководств 7,10,11,12,13,14,15 ПОлно освещающих конструкции существующих типов хлорных ванн (за исключением некоторых, данные о которых заграничными фирмами держатся в строгом секрете). Из хлорных ванн наибольшее распространение получили ванны с фильтрующей диа-19 Л. А. Кульский 289
фрагмой и проточным электролитом. Основными из них являются ванны с вертикально расположенными электродами, ванны Кребса и Ворса за границей и Х-2 и Х-3 у нас в Союзе, и с горизонтально расположенными электродами ванны Сименс-Биллетера. Во всех этих ваннах материалом для анодов служит графит, а для катодов —железо.
В литературе имеются сведения о применении на водопроводах в США ванн Ворса7. Попытка применить хлорные ванны для обезвреживания воды была произведена в Ленинграде в 1918 году. Однако она не дала положительных результатов16.
У нас в Союзе к началу 1942 г. на многих тыловых водопроводах остро стал вопрос о подыскании более доступных в условиях военного времени методов дезинфекции воды.
В связи с этим нами были проведены исследования по вопросу практического использования электролитического метода хлорирования воды, основанного как на применении водного раствора гипохлорита, получаемого в результате электролиза поваренной соли, так и на использовании газообразного хлора, получаемого в специальных ваннах непосредственно на водопроводах.
Наши лабораторные исследования преследовали цель обеспечить оптимальные условия технологического процесса в разрабатываемых установках, используя при этом имеющиеся на водопроводных станциях недефицитные материалы и водопроводные детали. Описание экспериментальных данных и разработанных нами конструкций приводим в этой главе.
Теоретические данные по электролизу поваренной соли
При прохождении тока через водный раствор поваренной соли,содержащий ионы Na-.СГ и ионы диссоцированной воды ОН' и Н- при некотором определенном напряжении начинается процесс электролиза. Как известно, разряд ионов зависит от величины их разрядных потенциалов, причем в первую очередь разряжаются ионы с наименьшим потенциалом разряда.
Нормальный потенциал натрия равен 2,71 вольта, а потенциал водорода — 0,415 вольта. Поэтому, если потенциал на катоде превысит 0,415 вольта, начинается выделение водорода.
Анодный потенциал разряда кислорода вследствие большего перенапряжения близок к -|-1,8 вольта в то время, как потенциал хлора равен + 1,36 вольта, почему на аноде при электролизе выделяется хлор.
Ионы Na- с ионами ОН' на катоде образуют НаОН.По закону Фарадея для получения грамм-эквивалента какого-либо вещества расходуется 26,8 амперчасов. Закон Фарадея в общем виде может быть выражен формулой:
А т ,
3 =
где: q — количество выделяющегося на электроде вещества в г;
А — грамм-атомный вес вещества;
п — валентность вещества;
J — сила тока в амперах;
t — время в секундах;
F — число Фарадея, равное 96500 кулонов.
Таким образом при электролизе раствора поваренной соли 1 ампер-час выделяет:
35.46 -
хлора gg-g-—1,а23г,
водорода = 0,037 г, едкого натра — 1,493 г.
Количество образующегося в растворе активного хлора, если электролиз ведется без разделения продуктов электролиза, исходя из уравнения реакции Na ОН С12 и уравнения окислительного действия образующегося при этом гипохлорита натрия (см. главу I), также равно 1,323 г на 1 ампер час.
В действительности выход хлора и др. продуктов всегда меньше, чем Теоретический. Отношение количества полученного продукта к теоретическому, рассчитанному по закону Фарадея, называется выходом по току или коэфициентом использования тока. Использование тока в хлорных ваннах достигает 90—95%. При электролитическом получении гипохлорита выход по току значительно ниже и находится в пределах 50—75%.
Исходя из величины разрядных потенциалов хлора и водорода или теплоты реакции образования хлора, водорода и раствора едкого натра из поваренной соли и воды, по формулам Нернста или Гельмгольца можно вычислить напряжение разложения раствора хлористого натрия, т. е. минимальное напряжение, необходимое для начала электролиза. В первом случае при 18 С для раствора NaCl 5 мол/л (293 г/л) оно оказывается равным 2,16 вольта, во втором случае — 2,18 вольта. Таким образом теоретически для получения одного грамм-эквивалента хлора расход электроэнергии составляет 96500X2,16 == 208000 джоулей.
Выделение на электродах газов Н2,О2, С12 и др. происходит при потенциалах несколько больших, чем разрядные потенциалы. Это явление, называемое перенапряжением, зависит от материала электродов. Так, при выделении водорода на железе величина перенапряжения равна 0,53вольта, на графите 0,74 вольта. При электролизе насыщенного раствора поваренной соли перенапряжение хлора на графите составляет 0,2—0,5 вольта. Величина перенапряжения увеличивается с повышением плотности тока.
Значительное влияние на падение напряжения при электролизе оказывает также омическое сопротивление электролита, определяемое по формуле:
В = (82)
где: R — сопротивление электролита в омах;
I — расстояние между электродами в см;
S — площадь электродов в см2;
х — удельная электропроводность раствора в обратных омах.
Удельная электропроводность растворов поваренной соли при 18°С иллюстрируется табл. 49.
49* 291
Таблица 49
Удельная электропроводность растворов поваренной соли при 18° С
Концентрация соли в »/0 Удельная электропроводность в обратных омах
5 10 15 20 25 0,0672 0,1211 0,1642 0,1957 0,2135
Удельная электропроводность растворов поваренной соли при любой температуре определяется формулой: ’
х = х18 [1 + a (t - 18)], (83)
где х —удельная электропроводность при 18° С;
а —температурный коэфициент, равный для солей и оснований 0,02 — 0,025, т.е. с повышением температуры на 1° С электропроводность растворов поваренной соли увеличивается на 2—2,5%.
Таким образом падение напряжения на ванне при электролизе концентрированного раствора NaCl слагается из следующих величин:
напряжение разложения.............................2,16 вольта
перенапряжение на аноде...........................0,2 —0,5 »
» на катоде........................0,5 —0,7 »
падение напряжения в электролите..................0,4 —1,0 »
падение напряжения в диафрагме....................0,15— »
» » в электродах.......................0,10— »
> » на контактах........................0,10 »
Ввиду потерь напряжения при электролизе расход электроэнергии, затрачиваемой на процесс, значительно выше теоретического.
Отношение теоретического количества энергии к фактически затрачиваемому — так называемый коэфициент использования энергии — обычно не превышает 50%. Остальная часть электрической энергии расходуется, главным образом, на нагрев электролита.
В процессе электролиза электролит разогревается вследствие выделения джоулевого тепла, которое может быть подсчитано по формулам:
Q = 0,239 J2Rt кал. (84')
или
Q = 0,239 EJt кал. (84")
где: J — сила тока в амперах;
R — сопротивление ванны в омах;
Е —напряжение на электродах в вольтах;
t — время электролиза в секундах.
В случае получения хлора выделяющееся тепло благоприятствует проведению процесса, так как электролит при этом нагревается и его электропроводность увеличивается. При получении гипохлорита натрия чрезмерный разогрев электролита может привести к переходу гипохлорита в хлорат. Во избежание этого выделяющееся джоулево тепло должно устраняться при помощи охладительной системы.
Принципиальная схема электролизеров, применяемых для получения
гипохлорита и хлора электролизом раствора поваренной соли, изображена на рисунке 213.
В гипохлорнтном электролизере а (рис. 213) анодное и катодное пространства не отделены друг от друга. С течением электролиза концентрация NaOH у катода возрастает. Хлор на аноде, растворясь в электролите, реагирует с водой, давая гипохлоритную и соляную кислоты. При этом концентрация NaCl у анода и катода падает.
Щелочь вследствие электролитического переноса, а также вследствие осмотической диффузии перемещается в анодное пространство и на некотором отдалении от анода реагирует с гипохлоритной кислотой, образуя гипохлорит натрия (основной процесс).
Образующийся гипохлорит натрия по мере накопления сам начинает принимать участие в электролизе. Разряд ионов СЮ' приводит к образованию хлората и кислорода (побочный процесс), вследствие чего содержание гипохлорита в электролите не может быть получено выше определенной концентрации (см. главу 1).
Поэтому процесс электролиз,а рационально вести во времени лишь до достижения этой равновесной концентра
ции, которая может изменяться в зависимости от условий электролиза.
Максимально достижимая концентрация гипохлорита в электролите часто в процессе электролиза снижается:
а) в результате разложения гипохлорита с образованием хлорила и газообразного кислорода, вызываемого некоторыми примесями, а также разогревом раствора:
б) вследствие «катодного восстановления» гипохлорита выделяющимся на катоде водородом (in status nascendi) и
в)’от химического образования хлоратов в кислой среде прианодного пространства (от присутствия НСЮ).
Из литературных данных известно,12,17 что равновесное состояние наступает при более высоких концентрациях гипохлорита в случае ведения процесса электролиза при больших концентрациях и плотностях тока. При этом электролит должен быть нейтрален, иметь возможно низкую температуру и не перемешиваться. Повышение содержания поваренной соли в рассоле также благоприятствует получению высоких концентраций гипохлорита.
Материал электродов играет существенную роль в процессе электролиза. Аноды должны иметь наименьшее перенапряжение для хлора, а материал катода наряду с малым перенапряжением для выделения водорода не должен давать значительного катодного восстановления.
Удачный подбор электродов для проведения процесса электролиза в основном предрешает его экономические и технические показатели.
В хлорщелочных электролизерах, для разделения продуктов электролиза применяются три метода—диафрагменный, колокольный и ртутный. Наиболее широко распространен первый из них с проточным электго-литом. На рисунке 213(6) приведена принципиальная схема такого электролизера. Анодное и катодное пространства отделены друг от друга фильтрующей диафрагмой из асбестового картона или ткани, предохраняющей смешение анодной и катодной жидкостей и в тоже время не препятствующей движению ионов и тем самым прохождению тока от одного электрода к другому. Аноды изготовляются из электрографита. Катоды железные, т. н. проточные с перфорированной поверхностью.
Основными продуктами, получаемыми в таком электролизе, являются хлор и водород, отводимые с верху анодного и катодного пространства, а также раствор щелочи, вытекающей из катодного пространства снизу. Все упомянутые выше процессы, протекающие при электролизе, в том числе и образование гипохлорита, являются побочными, снижающими выход основных продуктов по току.
Для предотвращения миграции ионов ОН' из катодного пространства в анодное создается противоток электролита. Для этого свежий рассол подается в аподное пространство и, фильтруясь через диафрагму, попадает в катодное пространство, относя движущиеся в анодное пространство ионы ОН' обратно к катоду. Это позволяет получать в ванне с подвижным электролитом щелока с большим содержанием КаОН и вести процесс электролиз;! непрерывно.
Теория процесса электролиза с проточным электролитом при получении хлорг! благодаря работам Ангела, Биллитера, Стендера и др., хорошо разработана. Остановлены основные требования к проведению этого процесса, обеспечивающие оптимальные условия и высокие выходы по току продуктов электролиза. В основном они сводятся к следующим положениям12.
Электролит применяется концентрированный с содержанием поваренной соли 300—310 г/л. Благодаря этому снижается растворимость хлора и протекание побочных процессов, снижается потенциал выделения хлора и увеличивается электропроводность. Рассол предварительно очищается от Са и Mg, так как наличие их уменьшает протекаемость диафрагмы и создает переходное сопротивление на катоде в связи с образованием гидратов. Рассол также освобождается от механических примесей, а. иногда и от иона SO"4. действующего на аноды разрушающим образом. Электролит в ванны часто подается подогретым. Выделяющееся при электролизе тепло также благоприятствует проведению процесса, так как при этом увеличивается электропроводность.
Электроды изготовляются из материалов, химически стойких к среде анодного и катодного пространств, а также с достаточной механической прочностью. Материал электродов должен быть с малым перенапряжением для выделения продуктов электролиза. Поверхность электродов должна быть возможно большей для снижения плотности тока п как следствие перенапряжения. Расстояние между электродами делается минимальным. Электроды не должны быть слишком длинными и должны иметь небольшое количество контактов и стыков. При подводе тока следует принять меры против его утечки.
В практике применяют обычно для анодов электрографит, предвари
тельно импрегнированный для уменьшения пористости, а для катодов — железо, материал вполне устойчивый в щелочной среде.
Диафрагма должна обеспечивать полное разделение продуктов электролиза во избежание протекания побочных химических реакций и быть достаточно химически и механически прочной. Этим требованиям почти полностью удовлетворяют диафрагмы из асбестового картона, материала дешевого, щелочно-стойкого с незначительным сопротивлением к прохождению электрического тока и хорошей фильтрационной способностью. Единственным недостатком их является малый срок службы.
В электролизерах-ваннах должны быть приняты меры к затруднению проникновения ОН' в анодное пространство. Этого можно достигнуть, снижая щелочность электролита, или создавая противоток электролита от анода к катоду.
Подача рассола в ванну и отвод раствора щелочи из ванны не должны приводить к утечке тока. Последнее может быть устранено применением специальных типов питателей и капельниц.
Необходимо поддерживать высокую концентрацию каустика и газов. Обычно в анодном пространстве создают давление, а в катодном вакуум в несколько мм водяного столба, что предохраняет от проникновения водорода в анодное пространство.
При проектировании элетролизеров-ванн необходимо стремиться к достижению наиболее простой и удобной для ремонта формы с минимальным количеством стыков, подлежащих замазке, а также болтов и др. мелких деталей. При выборе материалов для корпуса и деталей исходят из их химической стойкости и механической прочности. Детали должны быть дешевы, иметь стандартные размеры и легко заменяться. Электролизеры при малой занимаемой площади должны давать высокую производительность.
Нормально в ваннах с проточным электролитом обеспечивается выход йо току не менее 90%. Расход электроэнергии на 1 кг. хлора 3—3,6 квч.
Концентрация хлоргаза около 92%, водорода—98%, содержание электролитического щелока до 120 г(л NaOH.
Так как напряжение на ванне составляет 3,4—4.3 г. то при работе от генераторов постоянного тока в 120—440 V их подключают последовательно сериями от 30 до 70 шт. ,
Экспериментальные данные к проектированию установок по электролитическому хлорированию воды
Проектирование установок для электролитического получения хлоргаза и гипохлорита натрия, приспособленных к условиям эк<-пл<»атацпи их на водопроводах, требует знания целого ряда конструктивных показателей и технологической характеристики электролизеров.
Условия работы хлор-щелочных электролизеров достаточно освещены в нашей технической литературе, вследствие чего мы на них не останавливаемся (см. специальные руководства по данному вопросу). Сведения же о гипохлоритных установках имеются лишь в патентах заграничных фирм, а данные, необходимые для проектирования, совершенно отсутствуют.
Для выяснения оптимальных условий электролитического получения Гипохлорита натрия и получения необходимых конструктивных показателей автором при участии II. Т. Гороновского был проведен ряд исследований 18,20, которые привели к разработке нескольких конструкций электролитических гипохлоритпых установок. Поэтому настоящая глава в основном и представляет результаты этих работ.
Как мы уже упоминали при рассмотрении общих положений, одним из основных факторов, определяющих технические и экономические показатели осуществления процесса электролиза, является удачный подбор электродов.
В большинстве заграничных конструкций гипохлоритпых установок для электродов применяется платина, что значительно повышает их стоимость и в основном препятствует их широкому распространению.
Для установок непрерывного действия мы на основании своих исследований остановились на графитовом аноде и железном катоде, мате-териалах не дорогих и вполне доступных даже в военное время.
Графитовые аноды, обладающие насколько большим перенапряжением для выделения хлора, чем платиновые, имеют один крупный недостаток— пористость. В порах, благодаря пониженной плотности тока и отсутствию диффузионных течений, интенсивно протекает процесс разряда ОН' и CIO' с образованием кислорода . Газообразный кислород реагирует с материалом электрода, давая С02, что приводит к химическому и механическому разрушению анода. Разрушению графитовых анодов способствует также наличие в рассоле иона $0"4.
Для замедления процесса разрушения рекомендуется импрегнирова-ние ( пропитка различными веществами) анодов, охлаждение электролита в процессе электролиза, применение плотностей тока меньших, чем для платины и др.
По литературным данным и как выяснилось пз наших опытов, износ искусственных графитовых анодов сильно зависит от степени их графита-ции и однородности структуры.
Нами установлено, что в качестве анодов могут быть использованы электроды хлорных ванн, которые являются наиболее стойкими в жестких условиях электролиза на гипохлорит. Такие электроды диаметром 18 мм при электролизе периодически сменявшегося 10%-ного раствора поваренной соли в течение месяца при анодной плотности тока 0.5—• 0,6 А см2 не показали признаков износа.
Железные катоды, хотя и подвергаются разрушающему действию такой агрессивной среды, как гипохлорит, но соответственно подбирая толщину, можно обеспечить их работу в течение длительного срока. Сложнее обстоит дело с защитой гипохлорита от катодного восстановления, которое на железе достигает значительной величины. Добавление бихромата калия или хромирование катода в тех случаях, когда гипохлорит идет на обезвреживание питьевой воды, рекомендовать нельзя.
Положительным фактором, уменьшающим катодное восстановление, на железе, является наличие в рассоле примесей солей кальция п магния. В процессе электролиза выпадают осадки их гидроокисей, которые, оседая на катоде, образуют пленку, предохраняющую гипохлорит от катодного восстановления.
Влияние расстояния между электродами, а также влияние объема.
электролита на ход электролиза мало освещено в литературе; между-тем эти вопросы имеют большое практическое значение при конструктивном оформлении электролизеров и, в основном, определяют возможные пути интенсификации процесса.
"Как видно из графика (рис. 214), построенного на основании полученных нами экспериментальных данных, уменьшение объема электролита при
неизменных: силе тока, расстоянии между электродами и времени электролиза, приводит к увеличению использованиятока на основной процесс — получение гипохлорита. При этом, с уменьшением объема электролита, т. е. с повышением концентра-циитока (сила тока в единице объема) резко возрастает концентрация образующегося при электролизе гипохлорита. Влияние концентрации тока на ход электролиза особенно заметно при протекании в электролите вторичных процессов19, к которым относится и образование гипохлорита.
Достижениеминималь-ного объема электролита, участвующего в электролизе, связано с расстоянием между анодом и катодом.
Как видно из графика (рис. 215), уменьшение расстояния между электродами также благоприятствует получению больших количеств гипохлорита в электролите вследствие увеличения процента использования тока. Особенно заметно
ОьъемЛ-^ехтсопита в ни
Рис. 214. Влияние изменения объема электролита-(концентрации тока) на выход по току и содержание гипохлорита при электролизе раствора поваренной-соли (концентрация NaCl 5,3 эквивалента на литр, электроды графитовые).
Рио. 215. Зависимость выхода по токуй напряжеиия-на электродах от расстояния между анодом и катодом при электролизе (концентрация NaCl 0,5%, электроды графитовые).
это при расстоянии между электродами 0,5—2,0 ем. Напряжение на элек-
тродах при уменьшении расстояния между ними падает, что приводит в ко-нечн ом итоге к уменьшению расхода электроэнергии на процесс электролиза.
Исходя из этих данных, можно заключить, что при техническом осуществлении процесса электролиза поваренной соли на гипохлорит уменьшение габаритных размеров ванн и применение высоких концентрации
тока улучшает течение процесса. Последнее позволяет проводить электролиз в компактной аппаратуре малой емкости, обеспечивающей получение растворов гипохлорита с большим содержанием активного хлора за небольшие промежутки времени и при меньшей затрате электроэнергии.
С увеличением содержания поваренной соли в электролите (рис. 216) значительно возрастает выход гипохлорита по току. При этом растет
Рис. 216. Выход потоку и содержание активного хлора в растворе при разных концентрациях поваренной соли (электроды графитовые).
Рис. 217. Течение электролиза во времени при концентрациях поваренной соли в электролите Э,5 п 10% и электродах из графита.
одновременно и концентрация гипохлорита в растворе, вследствие чего в нем увеличивается содержание активного хлора.
Повышение концентрации активного хлора в растворах с высоким содержанием поваренной соли, связанное с увеличением концентрации гипохлорита в них, находит себе объяснение в смещении равновесного состояния между образующимися в процессе электролиза гипохлоритом и хлоратом в сторону накопления гипохлорита в растворе. Коэфициент использования тока при этом также возрастает. Последнее ярко иллюстрируется графиком (рис. 217). составленным на основании данных наших опытов. Пз графика видно, что, если максимально достижимая концентрация гипохлорита при электролизе 0.5%-ного раствора NaCl около 1 г/л, то при электролизе 10%-ного раствора NaCl она доходит до 7 г/л. Кривая накопления гипо
хлорита в растворе во втором случае поднимается более круто, чем в первом, указывая на увеличение использования тока. Выход гипохлорита по току при 10%-ной концентрации NaCl в растворе, примерно, в 3 раза больше, чем для 0,5%-ной концентрации.
Следует отметить, что для исследованных концентраций поваренной соли кривые «концентрации гипохлорита—время электролиза» лишь на участке 0—3 минуты имеют почти прямолинейный характер. На этом участке можно считать концентрацию гипохлорита в растворе—пропорциональной времени электролиза. При дальнейшем удлинении времени электролиза нарастание гипохлорита в растворе замедляется вследствие
Рис. 218. Расход поваренной соля и электрознергпи на получение 1кг активного хлора при разных коп-деитраппя хлора рассола и графитовых электродах.
расхода его на анодное образование хлората, концентрация которого с этого момента начинает резко увеличиваться. В связи с этим целесообразно процесс электролиза поваренной соли на гипохлорит вести не более 3 минут.
Положительным фактором для растворов, содержащих большие количества поваренной соли, является также то, что электролиз в них протекает при гораздо меньшей затрате электроэнергии вследствие возрастания электропроводности раствора и понижения в связи с этим напряжения на электродах. Как видно из приведенного графика (рис. 218), расход электроэнергии па получение 1 кг активного хлора резко снижается при увеличении содержания соли в растворе, примерно, до 10%-ной концентрации. При дальнейшем увеличении содержания соли в растворе расход электроэнергии снижается незначительно.
Однако. повышение содержания поваренной соли в электролите имеет и отрицательную сторону, так как при этом возрастает расход поваренной соли на 1 кг активного хлора в растворе, что видно из того же графика.
На основе приведенных данных можно сделать
вывод, что повышение.
концентрации рассола в основном благоприятствует проведению процесса электролиза. При этом повышается выход гипохлорита по току и его равновесная концентрация в растворе и одновременно резко снижается (до 10% концентрации NaCl) расход электроэнергии. Повышение концентрации раствора отрицательно сказывается лишь на расходе поваренной соли.
Оптимальной концентрацией является раствор, содержащий 10% поваренной соли. При этой концентрации можно получить дезинфицирующие растворы с содержанием до 5 г активного хлора в литре, что примерно отвечает концентрации растворов хлорной извести, обычно применяемых при обезвреживании воды. Применение такого раствора гипохлорита для бактериального обезвреживания питьевой воды связано с увеличением содержания хлоридов в ней от 10 до 30 мг/литр при дозах активного хлора от 1 до 2,5 мг на литр воды*.
В отношении содержания хлоридов в питьевой воде твердых норм не существует. Проф. В. Т. Турчинович 18 и некоторые другие авторы указывают, что содержание хлоридов в питьевой воде может быть допущено до 300 мг/л без особого изменения вкусовых качеств.
* В 1 см3 раствора гипохлорита, приготовленного на рассоле с Ю°'0-ной коп-цептрацией поваренной соли, находится около 100 мг NaCl, что отвечает содержа -нию СГ'—60 мг.
Таким образом повышение содержания хлоридов в результате электро-
литического хлорирования воды не ухудшает ее качества.
Приведенные выше экспериментальные данные относятся к электролизерам с графитовыми электродами. При замене графитовых катодов же-
Рис. 219. Смещение равновесной концентрацив гипохлорита при замене графитового катода железным (концентрация электролита 10% NaCl).
лезными происходит, как уже указывалось, некоторое снижение концентрации гипохлорита в растворе вследствие катодного восстановления.
О величине снижения концентрации гипохлорита в растворе в результате увеличения катодного восстановления при замене графитового катода железным (сталь 2) можно судить по построенным нами графикам (рис. 219 и 220).
Из графика (рис. 219) видно, что для графитовых электродов равновесная концентрация гипохлорита, получающая-
, ся при ведении электролиза
10% раствора поваренной соли во времени (анодная плотность тока 04)5 А/см2), примерно, в 1,5 раза больше, чем для графито-железных электродов (анод - графит, катод—железо) при тех же условиях. Почти 30%-ную потерю в максимально возможной концентрации гипохлорита
Рис. '220. Использование тока при электролизе 10%-го рассола на образование гипохлорита при разных электродах и плотностях тока.
следует отнести за счет восстановления его водородом, выделяющимся на железе в более активной форме.
Имеющее место частичное восстановление гипохлорита водородом в общем итоге приводит к некоторому снижению выходов по току, что наглядно иллюстрируется , графиком, изображенным на рис. 220. График показывает процент использования тока на образование гипохлорита при электролизе 10% раствора поваренной соли в течение 3 минут с
графитовыми и графито-желез-
ными электродами прн разных анодных плотностях тока. Как и
следовало ожидать, при применении для электролиза графитовых
электродов, выход гипохлорита ио току с увеличением плотности тока снижается. Выход гипохлорита по току для графито-железной пары электродов несколько ниже, чем для графитовой, но зависимость его от плотности тока менее резкая. Это можно объяснить тем, что в первой паре находится лишь один графитовый электрод, для которого характерно
soc
резкое снижение выходов по току с увеличением плотности тока, а также тем, что с увеличением плотности тока уменьшается катодное восстановление 17.
Варьируя плотность тока и соответственно концентрацию его, можно компенсировать потери гипохлорита от катодного восстановления при применении железного катода.
О концентрациях гипохлорита и выходах по току, получающихся при различных плотностях и концентрациях тока в случае графито-железных электродов, можно судить на основании экспериментальных данных, приведенных на графике (рис. 221).
Рис. 221. Влияние плотности тока на содержание активного хлора и выход по току для железо-графитовой пары электродов при электрлизе 10%-ного раствора поваренной соли.
Как видно из этого графика, содержание активного хлора в растворе растет с повышением плотности и концентрации тока, а процент использования тока падает. Повышением плотности тока на электродах при 3-минутном времени электролиза можно достигнуть довольно высокого содержания активного хлора в растворе (до 20 г/л). Это указывает на то, что при высоких плотностях тока равновесное состояние между гипохлоритом и хлоратом устанавливается при больших концентрациях гипохлорита, чем при ведении процесса с низкими плотностями тока.
Экономические показатели электролиза поваренной соли с графито-железными электродами представлены на графике рис. 222. Из этих данных видно, что при плотностях тока на электродах ниже 0,2—0,3 А/см2 (концентрация тока 0,4 А/см3) резко увеличивается расход поваренной соли, а расход электроэнергии растет почти пропорционально плотности тока.
Из технических и эксплоатационных соображений можно считать, что наиболее подходящий интервал плотностей тока для графито-железной .пары электродов лежит в пределах 0,25—1,00 А/см2.
В результате исследований мы остановились на использовании в качестве анода угольного графитизированного электрода хлорных ванн и катода — железной трубы (сталь 2). Наиболее приемлемым оказался
10%-ный раствор поваренной соли. Оптимальное расстояние между электродами 0,5—2.0 см при плотности тока от 0,25 до 1,0 А/см2.
g Данные лаборатор-
ий ных опытов показали,
что на содержание ги-
Рис. 222. Расход соли и электроэнергии при электролизе 10%-ш>г<> рассола с железсграфитовыми электродами при разных плотностях тока.
похлорита в растворе оказывает влияниекон-центрациятока и время пребывания рассола в электролизере.
Учитывая эти данные, были сконструированы три типа электролизеров, отличавшихся друг от друга расстоянием между электродами (0,5; 1,0 и 1,9 см) и объемом для электролита (0,1; 0,2 и 0,45 л). Испытания их производились в полу-производственных ус-
Рис. 223. Схема полупроиэводствеппой установки по электролитическому получению гипохлорита натрия.
ловиях на водопроводе г. Уфы.
Электролизеры испытывались по схеме, изображенной на рис. 223. Рассол из бутыли 1, обеспечивающей 2-часовую производительность, поступал в сифонный бачок 2 и затем отдельными пульсациями ("для разрыва струп электролита в целях предотвращения замыкания тока) сливался в приемную воронку 3 и по трубе подводился снизу к электролизеру 4. Поступающий рассол вытеснял полученный в процессе электролиза раствор гипохлорита через верхнюю сливную трубу в сборный резервуар 5. В процессе опытов электролизер охлаждался непрерывной струей воды, протекавшей через его кожух.
В некоторых опытах, образующийся при электролизе га? отсасывался водоструйным насосом 6, с помощью сепаратора 7 отделялся от воды, раст
ворявшей хлор, и подвергался анализу. Вода из сепаратора поступала
S сборник 8 и в ней определялось содержание хлора. Результаты опытов сведены в табл. 50.
При сопоставлении данных, полученных для всех трех электролизеров, видно, что сокращение времени электролиза, т. е. времени пребывания
рассола в элементе, благоприятствует повышению производительности его и приводит к большему использованию тока на основной процесс. Однако,.
вследствие небольшой концентрации гипохлорита получающийся при этом расход поваренной соли сильно возрастает. Отсюда вытекает, что для форсирования работы электролизера необходимо стремиться к обеспечению возможно меньшего времени пребывания рассола
в электролизере, допуская
повышенный расход соли. Для экономии расхода соли и получения растворов с
более высоким содержанием активного хлора требуется
удлинение времени электролиза, что связано с уменьшением выхода по току и увеличением расхода электроэнергии.
Повышение плотности тока, а следовательно и концентрации тока, способствует повышению производительности электролизера, получению более концентри-рованныхрастворовгипохло-рита и уменьшению расхода солипринеболыпом увеличе-
вреыя пребывания рассола в злегтролизере
/- Анодная плот посети, тона 0.30-0.45 А/сиг
п- " 0,65-0,75
Ш- - - 0,88 - 0,98 -
Рис. 224. Технологические показатели работы 11-го электролизера.
время лребыдания рассола в электролизере
Рис. 225. Экономические показатели работы П-го электролизера.
иии расхода электроэнергии.
Поддерживая одинаковую концентрацию тока при электролизе, получаем для всех трех электролизеров близкие друг к другу данные. Последнее подчеркивает большое значение этого показателя. Как видно из таблицы. увеличение концентрации тока благоприятствует течению процесса электролиза. Однако повышение концентрации тока лимитируется допустимой для электродов плотностью тока, выше которой они (особенно графитовые) быстро разрушаются.
На основании анализа этих данных выявилось, что оптимальные-условия обеспечиваются в электролизере № 2 (с расстоянием между электродами в 1 см и рабочим объемом в 0,2 л).
На рис. 224 и 225 приведены данные, характеризующие графически работу такого электролизера в различных условиях.
1’ а б л и ц а 5 6
Плотность тока на аноде А1см’
о,1 180
0,25 180
0,45 • ( 15 30 60 120 180
0,7 < 15 30 60 120
0,9 • 15 30 60
Показатели работы отдельных электролизеров при patioie на 10%-ном рассоле и искусственном охлаждении
Элекуролизер I Э л ( к т р о л и з е р II Электролизе j. III
Рабочая цлощадь анода 15 см’ Рабочая площадь анода 15 см3 Рабочая площадь анода 119 см’
Рабочая площадь катода 130 см! Рабочая площадь катода 25 0 см* Рабочая площадь катода 370 см’
Расстояние между электродами 0,5 СМ Расстояние между электродами 1,0 см Расстояние между электродами 1,9 сх
Объем электролита 0,1 л Объем элекуролиуа 0,2 л Объём электролита, 0,45 Л
ф ф ф ф
О ф я № пз да £ о' о S га & О о да да
то Ф £ га актв S га у га в % * 2 и га X № ТО S ©-№ ф а тока да го 1КТИ к О А
ентрация М"3 'рев рассо. ентрация а в г'л вводит. НС тору в г!ч. д по току льзивание и в % ентрация м3 Ф га да & енI рация ; 1 в пл вводит, по юру в Г(Ча д по тону тьзованне и в % к Я го Е-< а « рев рассо. ентрация ; i в Пл зводит. по юру в г|ча ц по току тьзованис и В %
И Ф ф СО га я Р< я о о * ф и •7S Ф “ Й Ф и Ф Й Ф • ф СО й £ §2 о * ф и 3 ф 5 с ° ф я « ф 5° я 3 я ф и 3 ф р; 52
- Л Л и и Й со Й № л •й -z! м И да й да Л м й Й я 05 К ®
0, 10 — 2,7 6 4 0 4,8 0,05 — 1 ,5 7 4 2 2 .4 0,02 — 0,9 60 1 ,5
0,30 — 4,3 11 30 7,2 0,15 — 3,2 14 38 5,3 0,06 — 1,9 16 45 3,2
4 1,0 41 62 2,0 0,9 1,5 68 1,5
4 2,6 35 52 4 ,5 2 36 Г» 5 2,4 А 0,6 (18 1 , 1
0,50 4 3,8 26 39 6 ,4 0,25 3 9 О 34 52 3,7 0,10 8 1,5 3 5 5 3 О
4 5, 3 18 27 8,8 h 3,8 26 4 0 6,4 15 2,6 31 51 4,2
* 7,2 16 25 12,0 5 6,1 25 4 0 10,1 22 3,9 30 46 о, 5
7 2,1 4 8 50 3,3 5 1 ,3 61 66 2,2
0,80 8 3,2 43 40 5 ,4 0,40 7 2,9 65 70 4,9 0,18 6 1,5 71 63 4 ,0
9 4,9 34 32 8,1 13 5,0 58 6 3 8,4 к 2,4 54 4 8 8,4
11 5,7 21 2 0 9,5 15 6,8 4 4 4 7 11,5 12 5,0 56 50 13,6
1 ,00 — — — — 12 2,1 81 61 3 ,4
—« — — —« — 0,50 16 3,4 80 59 5,6 0,2 3 12 2,7 112 79 4,0
24 5,4 66 4 9 9,0 12 3 ,2 70 50 5 ,4
Выводы лабораторных и полузаводских исследований были использованы нами для проектирования описанных ниже гипохлоритных установок непрерывного действия.
При разработке стационарных установок периодического действия, железо в качестве катода не может быть применено, так как в период обес-
точивания электродов усиливается корродирующее действие среды, что приводит к быстрому разрушению железных катодов и загрязнению раствора продуктами коррозии. Поэтому, для установок периодического действия в качестве анода и катода, нами были приняты графитизированные электроды хлорных ванн, показатели работы которых приведены выше.
Использование одинакового материала для анода и катода позволило применить ячеечный тип ванн с биполярным подключением электродов, при котором одна сторона электрода работает в качестве катода, а другая—в качестве анода. В
Рис. 226. Схема ячеечной ванны с биполярно работающими электродами и естественной циркуляцией электролита.
таких ваннах электроды размещаются в
виде вертикальных перегородок в сосуде из хлороустойчивого материала
и крайние из них подключаются к источнику тока.
Рассол к ванне подводится снизу. Образующийся при электролизе раствор гипохлорита отводится сверху. Циркуляция рассола через ванну повторяется до получения максимальной концентрации гипохлорита.
Интересным в отношении подачи рассола в ванну является способ, основанный на естественной циркуляции электролита.
Как известно, при электролизе раствора поваренной соли на катоде выделяется водород,распределяющийся в электролите в виде мелких пузырьков. Кроме того, при прохождении тока электролит разогревается. Все это приводит к понижению плотности раствора. Помещая ванну с электродами в больший сосуд с исходным рассолом, можно использовать образующуюся разницу удельных весов для обеспечения циркуляции рассола при электролизе (рис. 226). Скорость циркуляции рассола через ванну в данном случае определяется сечением входного и выходного отверстия, высотой ван-
ны и силой тока.
На основании исследований автора18,20 установлено, что в электролизерах подобного типа плотность тока на электродах определяет равновесную концентрацию гипохлорита в растворе (рис. 227), устанавливающуюся в процессе электролиза.
При повышении плотности тока ускоряется процесс накопления активного хлора в электролите и сокращается время, необходимое для достижения равновесного состояния.
В начале электролиза почти весь ток расходуется на образование гипохлорита и выход по току получается высокий (тем выше, чем больше плотность тока). По мере накопления в электролите гипохлорита, выход по току падает. Содержание активного хлора в электролите прп помощи таких ванн может быть доведено до 8—10 г/л без добавления бихромата.
Количество подключенных последовательно ячеек, при постоянном
20 л. А. Кульский
305
J- Плотность тока 0,10 А/смг
Рис. 227. Влияние плотности тока на выход по току
и равновесную концентрацию гипохлорита в растворе при электролизе насыщенного рассола в вапне с естественной циркуляцией электролита.
объеме электролита и постоянной плотности тока в основном определяет скорость нарастания концентрации активного хлора в растворе.Как видно из графика (рис. 228), время, необходимое для достижения одинаковой концентрации активного хлора, пропорционально количеству включенных ячеек. Выход по току в этом случае не зависит от количества работающих ячеек, а лишь от концентрации гипохлорита в электролите.
Данные, приведенные ранее о влиянии на процесс расстояния между электродами, концентрации тока и другие, остаются в силе и для настоящего типа ванн.
Изменение полярности электродов при электролизе, как видно из графика (рис. 229), приводит к снижению равновесной концентрации гипохлорита.
Количество активного хлора, образующегося в электролите в процессе электролиза для таких ванн, мало зависит от изменения концентрации рассола в пределах от 10 до 26,5% (насыщенный раствор NaCl).
Разогрев электролита не превышает 15—20° С при достижении равновесной концентрации гипохлорита, т. е. ванна может работать без охлаждения.
Расход электроэнергии в связи с уменьшением выхода по току к концу электролиза возрастает и ь среднем составляет 8—9 кв.-ч. на 1 кг активного хлора.
Расход поваренной соли на 1 кг активного хлора зависит от концентрации образующегося гипохлорита и концентрации исходного рассола. Вследствие этого ванна для электролиза должна иметь возможно меньшие размеры, а концентрацию рассола нецелесообразно подымать выше 10%.
Эти данные были положены нами в основу описанных далее стационарных гипохлоритных установок периодического действия.
Из сопоставления наших экспериментальных данных с патентными данными заграничных установок8 видно (см. табл. 51), что при проведении электролиза с платиновыми электродами расходные коэфици-енты для сырья и электроэнергии значительно меньшие, а концентрация активного хлора в растворе выше, чем при проведении процесса с гра-306
Таблица 5f
Сравнение патентных данных о работе заграничных электролитических гипохдоритных установок с данными иаших исследований
Способ, по которому работает установка Электроды Расход поваренной соли Расход электроэнергии Технические свойства продукта
1 3 4 5
Кельнера (старый) Вертикальные из платино-ири-диевой проволоки Рассол 10%. На 1 кг акт. хлора 10—25 кг Naci Использование тока 66%. На 1 кг акт.хлора 6 кв.-ч Температура раствора 15° С, 10 г акт. хлора в л.
Кельнера (новый) Горизонтальные из платино-иридиевой проволочной сетки Рассол 15%. На 1 кг акт. хлора 5—10 кг Naci Использование тока 78%. На 1 кг акт. хлора 5,9— 9 кв.-ч Температура раствора 25° С, 25—50 г акт. хлора в л.
Шуккерта и К° Вертикальные, анод—платина, катод—графит Рассол 10— 15%. На 1 кг акт. хлора 6— 7 кг Naci Использование тока 60%. На 1 кг акт. хлора 6,0— 7,0 кв.-ч Температура раствора 35— —40е С, 18—20 г акт. хлора в л.
Хаас и Эт-теля Вертикальные, биполярно работающие графитовые электроды Рассол 15—20%. На 1 кг акт. хлора 14 кг. Naci Использование тока 50%. На 1 кг акт. хлора 7кв.-ч Температура раствора 25° С, 8—13 г акт. хлора в л.
Электроливер непрерывного действия (И) Вертикальные, анод—графит, катод—железо Рассол 10%. На 1 кг акт. хлора 10—20 кг Naci Использование тока около 60% на 1 кг акт. хлора 8—12 кв.-ч Температура раствора около 30е С, 5—6 г акт. хлора в л.
Электролизер периодического действия Вертикальные, биполярно работающие графитовые электроды Рассол 10% п выше. На 1 кг акт. хлора 15— 20 кг Naci Использование тока около 50%. На 1 кг акт. хлора а—9 кв.-ч Температура раствора около 45° С. 8—10 г акт. хлора в л.
фиговыми и графито-железными электродами. Однако, разница в расходных коэфициентах компенсируется значительной дешевизной и доступностью материалов для электродов, примененных в наших конструкциях електролизеров. Этот фактор имеет существенное значение в связи с тем, что в жестких условиях электролиза расход платины довольно значителен.
Стремление заменить платину в гипохлоритпых установках другими материалами имеет место и в заграничной практике (способы Шуккерт и К°, Хаас и Эттеля и др.). Показатели работы таких установок довольно близки к нашим.
Экономичность электролитического хлорирования воды может быть приблизительно подсчитана по'приведенному, несколько видоизмененному уравнению Эберта и Нисбаума 21.
Х = С-К-к + С.8-8 + ^., (85)
где:
X — общая стоимость ежедневно потребляемых количеств активного хлора в руб.;
С —общее количество ежедневно потребляемых количеств активного хлора в кг;
К —число расходуемых кв.-ч на получение 1 кг активного хлора; к — стоимость 1 кв.-ч в руб.;
aS — число кг поваренной соли, потребляемой установкой на 1 кг
активного хлора;
s —стоимость 1 кг соли в руб. на месте потребления;
Концентрации активного Хлора в г/л.
I - Одна ячейка Д- Две ячейки Ш~ Три ячейки
Рис. 228. Течение электролиза насыщенного рассола в ванне с естественной циркуляцией электролита при разном количестве работающих ячеек и плотность тока 0,10 А/см3.
Рис. 229. Влияние изменения полярности электродов в процессе электролиза насыщенного рассола в ванне с естественной циркуляцией электролита при плотности тока 0,07 А/см8.
А —стоимость приобретения и монтажа установки для электролитического хлорирования воды;
j — число лет, в течение которых работает установка;
Ь —число производственных дней в году.
Пользуясь приведенной формулой для сравнительной оценки электролитического способа хлорирования воды с хлорированием воды жидким хлором и хлорной известью, необходимо учесть для них прокат баллонов, стоимость установок и срок их службы.
Экономические и технологические показатели работы гипохлоритных электролизеров определяются по следующим формулам; ;
Количество выработанного активного хлора m — xWr, (86) производительность электролизера
Q = 3600 г/час, (87)
использование тока жТГ-ЮО
35,46 Jt
Т} --------- =
96 500
= 75,5 (88)
расход электроэнергии на 1 кг активного хлора
JVt J-V 3600а;. w~ Q КВ*'Ч:
(89)
расход поваренной соли на 1 кг активного хлора (приближенно)
„ А 100 ------------- кг. с х
(90)
в
г/д;
вольтах.
Рис. 230. Образование гипохлорита в электролите при разных катодах и плотностях тока (электролит—насыщенный рассол).
получе-полевых важным поддер-электро-
его оез спе-измерительной
где:
х —концентрация активного хлора в растворе гипохлорита РУ — объем электролита в электролизере в л;
t — время электролиза в сек.;
А — концентрация рассола в процентах;
J — сила тока в амперах;
F —напряжение на электродах в
На основании этих формул составлены номограммы для практической работы. приведенные ниже.
При работе аппаратов для электролитического ния гипохлорита в условиях очень моментом является жание постоянной проводности раствора. Это обстоятельство облегчает контроль и регулировку процесса, давая возможность проводить циальной аппаратуры.
Применяя для них насыщенные растворы поваренной соли. можно исключить влияние разного солевого состава природных вод, идущих для растворения, и получать растворы с почти одинаковой электропроводностью. Применение более концентрированных растворов соли целесообразно также с точки зрения более экономного расхода электроэнергии и использования в полевых условиях маломощных источников тока. Увеличение расхода поваренной соли не так существенно ввиду малых количеств раствора, потребляемых для дезинфекции в полевых условиях.
Основными показателями, определяющими успешную работу таких приборов, являются: концентрация образующегося в -растворе гипохлорита, использование тока, напряжение на электродах и время электролиза. Материал электродов и в данном случае играет решающую роль. Для та -ких приборов, являющихся по принципу работы периодическими, ост;
ются в силе замечания в отношении катодов, приведенные выше. На графиках (рис. 230 и 231) приведены сравнительные данные для некоторых материалов, которые могли бы быть использованы в периодически действующих полевых гипохлоритных установках в качестве катода 20.
Сравнительная характеристика электролиза при катодах из разных материалов (анод—платина) при разных плотностях тока показывает, что оптимальные условия электролиза обеспечиваются в случае применения
/ ь з^зд - платина'
о Китли • сеяебро
IL Earned - нерж^Зеющая стань Л7 катод - железо
Концентрация тока в А/л
20 30 40 50 60
0,04 о,об о,08 ojo орг
Плотность mat а 8 А/см2
Рис. 231. Выход чо току и напряжение на электродах при катодах из разных -материалов (электролит насыщенный рассол).
зовании тока.
в качестве катода нержавею-щей стали. Последнее объясняется образованием защити oil пленки хромихромата из имеющегося в нержавеющей стали хрома, хорошо предохраняющей гипохлорит от катодного восстановления. Однако применение такого материала для катодов нежелательно в связи с возможностью попадания солей хрома в раствор, идущий для обезвреживания питьевой воды. Рекомендовать нержавеющую сталь можно лишь в том случае, если подучаемый раствор гипохлорита употребляется для каких либо других дезинфекционных целей.
Выход по току при серебряном катоде очень близок к выходу по току на гладкой платине. Содержание активного хлора в растворе в этом случае может быть легко доведено до 10 г/л при 90%-ном исполь-
При катоде, изготовленном из обычного железа, получение растворов с большим содержанием активного хлора осложнено в связи с усилением процесса катодного восстановления, с ростом концентрации гипохлорита в растворе. Поэтому выход по току при повышении содержания активного хлора в растворе резко снижается.
Замена железа графитом, как видно из данных наших исследований, приведенных ранее, благоприятствует увеличению устанавливающейся при электролизе равновесной концентрации гипохлорита. Использование тока в этом случае также больше, чем при катоде из железа.
Положительным фактором для катодных материалов является низкое .напряжение на электродах при электролизе, что позволяет использовать для процесса аккумуляторы, сухие батарейки и другие источники электроэнергии.
На основании проведенных исследований мы остановились на применении в качестве катода для полевых аппаратов группового пользо-
to
вания графита, а для малых индивидуальных приборов—серебра. Ь качестве анода использован графит в обоих типах аппаратов.
Для групповых аппаратов был использован электролизер с биполярным подключением электродов и естественной циркуляцией электролита,
схема которого описана выше.
Расположение электродов для графито-серебряной пары было принято горизонтальное. Внизу размещается графитовый анод, а вверху серебряный перфорированный катод (рис. 232). Такое расположение электродов
при электролизе на гипохлорит благоприятствует течению процесса, так как при этом электролит не перемешивается выделяющимся на катоде водородом и приток ионов CIO' к аноду уменьшается, в связи с чем уменьшаются потери гипохлорита от анодного образования хлората. Кроме того газообразный хлор, частично выделяющийся при электролизе, подымаясь вверх, проходит через щелочную среду катодного пространства, где почти полностью поглощается.
Графито-серебряная пара электродов представляет собой значительный практический интерес, также в связи с тем, что при помощи ее можно получать как гипохлорит, так и электрокатадиновый раствор серебра, обладающий высоким бактерицидным действием 22, 23. В первом случае графитовый электрод подключается в качестве анода, а серебряный—в качестве катода. Электролиз проводится в небольшом объеме насыщенного раствора поваренной соли. Во
Рис. 232. Схема ванны с горизонтальным расположением электродов.
втором случае полярность электродов изменяется и электролиз проводится в обычной воде.
48. Стационарные гипохлоритпые установки по электролитическому хлорированию воды
Основные технические показатели гипохлоритпых установок
В целях обеспечения обезвреживания воды на водопроводах различной мощности, а также для более широкого использования разных типов генераторов постоянного тока автором совместно с И. Т. Гороновским было спроектировано два типа стационарных гипохлоритпых установок непрерывного действия, выпущенных под индексами КГ-11 и КГ-13 и гипохлоритная установка периодического действия-под индексом КГ-14.
При проектировании были приняты такие показатели: для КГ-11 изготовление гипохлорита в пересчете на активный хлор в количестве до 500 г/час при мощности генератора в пределах 4—5 кв и максимальной силе тока 75 А. Для КГ-13 производительность до 2000 г активного хлора в час, при мощности генератора 18—20 кв и максимальной силе тока 300 А.
При проектировании аппарата периодического действия был принят тип установки средней мощности с биполярными электродами. Производительность этого типа установки (индекс КГ-14) до 1 кг активного хлора в час, при мощности генератора от 3 кв и минимальной силе тока 50 А.
Параллельное или последовательное подключение нескольких таких установок должно обеспечивать возможность применения обычных генераторов постоянного тока с напряжением 110—220 V.
На основании соображений эксплоатационного порядка были определены следующие показатели работы первичных элементов гипохло-ритных установок:
1) производительность электролизеров установки КГ-11 от 50 до 60 г/час хлора и установки КГ-13 — от 175 до 200 г/час, производительность одной ячейки установки КГ-14 — до 100 г/час;
2) выход по току не ниже 5О°/о;
3) концентрация активного хлора 3—6 г/л.
Исходя из этих требований и наших экспериментальных данных, для электролизеров установок непрерывного действия были приняты следующие условия работы:
1) концентрация тока 0,3—0,4 А/см3;
2) плотность тока на аноде 0.5—0,6 А/см2;
3) плотность тока на катоде 0.25—0.35 А/см 2;
4) расстояние между электродами 1 см;
5) время пребывания расеода в электролизере до 100 секунд.
Для ванны-электролизера установки КГ-14 были приняты такие условия:
1) концентрация тока не ниже 0.1 А/см3,
2) плотность тока на электродах не менее 0.05 А/см 2,
3) расстояние между электродами 1 ем.
4) время электролиза —до получения максимальной концентрации.
Установки КГ-11 и КГ-13 слагаются из 10 электролизеров, объединенных в одну секцию, питающуюся раствором из распределительного устройства и имеющую общий вывод для получаемого раствора гипохлорита. Установка КГ-14 состоит из электролизера с 10 ячейками, опущенного в бачок с раствором поваренной соли.
Установка типа КГ-11 была построена в количестве пяти < екций мастерскими Водоканалтреста г. Уфы и установлена па главной насосно-очистной станции нового водопровода для прехлорирования воды реки Уфимки.
К началу паводка 1942 г. эта установка была пущена в эксплоатацию. В мае 1942 г. комиссией НККХ БАССР эта установка была принята в нормальную эксплоатацию. Все показатели работы электролизеров, положенные в основу проектирования, в основном подтвердились.*
Заводской образец установки КГ-13, смонтированный на Главной насосно-очистной станции Уфимского водопровода для постхлорирования воды, был испытан в июле 1943г.комиссией НККХ БАССР. При испытании выявилось, что но производительности установка КГ-13 превышает проектную мощность, примерно, на 30°(1. В течение полутора месяцев с помощью такой установки производилось обезвреживание всей подаваемой водопроводом воды, при этом она вполне отвечала санитарным нормам питьевой воды. Сырая вода не коагулировалась и только частично фильтровалась.
* См. акты испытаний гипохлоритпых установок КГ-11, КГ-13 и КГ-14 архив Ии-та Химии Академии наук УССР 1942 и 43 it.
На основании экспериментально установленных характеристик комиссия рекомендовала эти установки для экеплоатации на водопроводах и отметила следующие положительные особенности этих конструкций.
1. Установки монтируются из частей и деталей, вполне доступных для каждого водопровода (трубы, фитинги и т. д.) и могут быть легко изготовлены и собраны хозяйственным способом.
2. Количество секций в установке определяется для каждого водопровода его мощностью и дозой вводимого хлора, т. е. может быть изменено в широких пределах.
3. Эксплоатация установок очень проста. Установки вполне обслуживаются кадрами, работающими по хлорированию воды газообразным хлором или хлорной известью.*
При испытании установки КГ-14, проведенной комиссией НККХ БАССР в августе 1943 г., ее проектные данные подтвердились.Комиссия констатировала пригодность ее для дезинфекции воды в условиях работы водопроводов.*
Схема работы г и по х л о р и т н ы х установок
УстановкиКГ-11 и КГ-13, как отмечалось, состоят из группы электролизеров, укрепленных при помощи изоляторов на стойках.
Подача рассола к электролизерам производится при помощи сифонного' бачка, помещенного в верхней части стойки. Сифонный бачок обеспечивает поступление рассола определенными порциями и осуществляет разрыв его струи, чем предотвращается утечка тока через электролит. Высота и сечение сифонной трубки в бачке регулируются так,, чтобы обеспечить сбрасывание жидкости за 20 сек. в количестве, отвечающем ёмкости электролизеров всей секции.
Рассол из сифонного бачка поступает в распределительный бачок, из которого равномерно распределяется в приёмные воронки электролизеров. Равномерность распределения рассола обусловливается имеющимися в бачке решеткой и проволочными зажимами на резиновых трубках. по которым рассол отводится из бачка.
В качестве воронок использованы разрезанные бутылки соответствующей емкости. В них на пробке укреплены стеклянные трубки, вторые концы которых соединены с нижними ниппелями электролизеров резиновыми трубками. Стеклянные трубки позволяют вести наблюдение за уровнем жидкости в электролизерах.
Электролизеры представляют собой ванны небольшой ёмкости без диафрагмы. Корпуса их, изготовленные из газовых труб, служат катодом. Цилиндрические аноды, изготовляемые из электродов хлорных ванн, размещены в центре ванн и изолированы от корпуса резиновыми прокладками. Рассол, поступая в электролизеры через нижний ниппель, заполняет пространство между анодом и корпусом до сливного отверстия. В течение короткого времени, определяемого пульсациями сифона, протекает электролиз, вследствие чего в растворе образуется гипохлорит натрия. Последующая порция рассола выталкивает из электролизеров рассол с образовавшимся в результате электролиза гипохлоритом через сливные трубки в сборную трубу.
* См. акты испытаний гипохлоритных установок КГ-1], КГ-13 и КГ-14—архив Ин-та Химии Академии наук УССР 1942 и 43 гг.
Сливные трубки от электролизеров соединены со сборной трубой резиновыми шлангами, препятствующими замыканию тока через корпус стойки.
В процессе электролиза электролизеры непрерывно охлаждаются водой, которая подводится в кожухи через нижние, а отводится через верхние ниппели. Эти ниппели резиновыми трубками соединяются с соответствующими ниппелями на подводящей и отводящей воду трубах.
Установка КГ-14 с биполярно работающими электродами, работает так же, как и лабораторный образец электролизера, описанный при изложении наших экспериментальных работ.
Гипохлоритная установка КГ -11
Установка КГ-11 состоит из 10 электролизеров с рабочей емкостью 0,2 л каждый.
Корпус электролизера (рис. 233) изготовляется пз газовой трубы диаметром 11/2", кожух водяной рубашки — из трубы 21/а". Ниппели для подвода воды и рассола, отвод для гипохлорита и другие части также изготовляются из стандартных водопроводных деталей. Анод — графитизированный уголь хлорных ванн диаметром 18 мм, укрепляется в электролизере при помощи резиновой пробки. Габариты электролизера —диаметр 75 мм, высота 250 мм.
Электролизеры установки (рис. 234) укрепляются попарно на изоляторах, закрепленных при помощи деревянного бруса в стойке из углового железа размером 1250 X 900 Х150 мм. Стойка снабжена 4 лапами, позволяющими устанавливать ее над резервуаром.
. . в виде корытца размером 830 \ 100Х100 мм с 10 ниппелями в днище и внутренним дырчатым бачком.
Пз распределительного бачка рассол поступает в приемные воронки, размещенные на деревянных полках. В качестве воронок применены бутылки емкостью 0,5 л с отрезанным дном.
Сборная трубка для гипохлорита диаметром 2” снабжена 10 ниппелями и сливным патрубком того же диаметра.
Подвод и отвод воды для охлаждения осуществляется через трубы 3/4" с ниппелями.
Сифонный бачок при разовом сбрасывании обеспечивает подачу в влектролизеры 2-х литров рассола. Габариты установки 1650Х900Х X40Q мм.
При последовательном влючении электролизеров сила тока для всей секции равна 50—70 А и напряжение 60—70 V.
Расход рассола 150—250 л/час.
Гипохлоритная установка КГ -13
Установка КГ-13 также смонтирована из электролизеров, но с ёмкостью 0,7 л каждый.
Корпус электролизера (рис. 235) изготовляется из нестандартной трубы с внутренним диаметром 82 мм и наружным 98 мм. Кожух для
Рис. 234. Общий вид установки КГ-11.
водяного охлаждения—из трубы диаметром 5", остальные детали из обычных фасонных частей. Анод —стандартный электрод хлорных ванн диаметром 62 мм. На анод навинчивается деревянная крышка, закрепляемая на корпусе при помощи шпилек. Габариты электролизера: диаметр 140 мм, высота 350 мм.
для гипохлорита и также снаожепа нпппе;
Рис. 235. Электролизер установки КГ-13.
Электролизеры установки КГ-13 (рис. 336) при помощи изоляторов III0-70 укрепляются на круглой стойке. Ствол стойки монтируется из трубы диаметром 4", разделенной перегородками на четыре части. Две средние из них служат для распределения охлаждающей воды по электролизерам и снабжены ниппелями и штуцерами для подключения и отвода воды. Нижняя часть ствола стойки служит сборной трубой ми для присоединения шлангов. Стойка укреплена на трех лапах и устанавливается над резервуаром для гипохлорита.
Сифонный бачок круглый и обеспечивает подачу около 7 л рассола в один раз.
Распределительный бачок, снабжённый внутренним дырчатым бачком, также круглый и крепится на стойке : С ПОМОЩЬЮ Муфты. В нём имеются гнёзда, в которые вставляются ножки сифонного бачка. Размеры распределительного бачка: диаметр 600 мм, высота
100 мм. В днище его вблизи стенок расположены 10 ниппелей, через которые рассол отводится в приёмные воронки.
Приёмные воронки изготовляются из боржомных бутылок. Расположены они па круглой деревянной полке, прикреплённой к стойке кронштейнами.
Внешний вид гипохлорптной установки КГ-13 представлен на рис. 237.
Габариты установки: диаметр 1,1 м и высота 1,9 м.
При последовательном включении электролизеров сила тока на всей секции равна 300 А и напряжение 60—70 V.
Расход рассола 450—850 л/чае.
Г и в о х л о р и т н а я установка КГ -14
Установка КГ-14 состоит из электролизера, разделенного графитовыми электродами на 10 ячеек'. Рабочий объем каждой ячейки около 1-го литра. Размер электродов 500x180 x 50 мм. Рабочая площадь электродов 800 см2. Расстояние между электродами 1 см.
Электроды при помощи врубок прочно закреплены в корпусе электролизера. Корпус электролизера изготовляется из 1" дубовых досок и покрывается кузбаслаком. В нем внизу и на боковых стенках сделаны отверстия для циркуляции электролита-
Электролизер вставлен в цементный бачок размером 60X70X90 см, который заполняется рассолом до отверстий в боковых стенках электролизера. В передвижных установках цементный бачок заменяется бачком из прорезиненного брезента.
Рис. 236. Общий вид установки КГ-13.
Крайние электроды присоединяются к генератору постоянного тока, остальные работают биполярно.
В процессе электролиза рассол циркулирует через имеющиеся в корпусе электролизера отверстия, благодаря чему в электролите постепенно возрастает концентрация активного хлора.
Общий вид установки представлен на рис. 238.
Минимальная сила тока, при которой еще может работать установка — 50 А. Напряжение на крайних электродах при нормальной работе 60—70 V.
Расход рассола на одну операцию 200—300 л.
Гипохлоритная установка ЛК-15
На основе опыта работы стационарных гппохлоритных установок разработана электролитическая гипохлоритная установка малой производительности ЛК-15. Она предназначена для периодического получения
небольших количеств гипохлорита натрия и может быть установлена в больницах, санаториях, столовых и пр.
Установка состоит из цилиндрической керамиковой колонки (рис. 239) и выпрямителя(рис. 240).
Керамическая колонка, в которой проводится электролиз рассола, слагается из трех главных частей: резервуара для раствора соли с фильтром, электролизера с питателем и резервуара для раствора гипохлорита.
Резервуар для раствора соли емкостью 10—12 л имеет внизу краник, которым регулируется поступление рассола в питатель электролизера. Вверху резервуара помещен фильтр из плотной ткани для удаления пз рассола взвесей.
Питатель электролизера сифонного типа обеспечивает периодическую смену электролита.
Электролизер представляет собой ванну с графитовыми би-
Рис. 237. Внешний вп.1 устаноркп КГ-13, полярно работающими электродами и естественной циркуляцией электролита. Количество последовательно подключенных ячеек —10. Размер электродов 30 X 3 X 0,5 см.
Сборный резервуар для раствора гипохлорита имеет емкость 10—12 л и снабжен внизу краном для отбора раствора. <
Колонка, собранная из отдельных частей, устанавливается на подставке и закрывается крышкой. Резервуары н питатель снабжены указателями уровня.
На рис. 241 приведен упрощенный вариант колонки, монтирующейся из асбоцементных муфт системы «Симплекс».
Рис. 239. Гипохлоритная установка ЛК-15. Рис. 241. Упрощенный вариант гипо-хлоритной установки ЛК-15.
Рис. 242. Схема газотрон-ного выпрямителя.
Выпрямитель, питающий током установку, работает от сети переменного тока 110—220 V. Он должен обеспечивать силу тока в ЗА при напряжении 35—40 V. Выпрямитель снабжен приборами для контроля и регулировки силы тока и напряжения. Наиболее подходящим типом выпрямителя является газотронный. Электрическая схема его представлена на рис. 2-12.
Пуск установки осуществляется включением выпрямителя в сеть и заливкой рассола в резервуар. Затем устанавливается необходимая сила тока и подача рассола в питатель.
Производительность установки до 25 г активного хлора в час. Концентрация образующегося в растворе гипохлорита в пересчете на активный хлор до 10 г в литре.
Установка может быть легко автоматизирована и переведена на непрерывную работу.
Некоторые данные по монтажу и стационарных гипохлоритных
з к с п л о а т а ц и и установок
Установки для электролитического хлорирования воды КГ-11 и КГ-13 обеспечивают изготовление раствора гипохлорита натрия определенной концентрации. Подача гипохлорита в воду производится с помощью
Рис. 243. Монтажная схема стационарной гипохлоритной установки непрерывного действия.
обычных дозирующих бачков типа, применяемого в установках для хлорирования воды раствором хлорной извести.
При монтаже установки (рис. 243) необходимо предусмотреть изготовление двух цементных или железных баков для приготовления раствора поваренной соли. Емкость баков рассчитывается на работу установки в течение одной смены. Растворные баки снабжаются ящиком 1 (для засыпки соли и разбалтывания ее с водой) с густой сеткой на выводном отверстии у дна. Выводное отверстие растворного бака 2 должно находиться на 2 м выше сифонного бачка установки. В реагентном хозяйстве имеются баки соответствующей емкости, расположенные ниже установки, делают небольшой промежуточный бачок, в него подкачивают периодически рассол из растворного бака насосом 3, еслп имеется сжатый воздух —монтежю. В качестве такого 320
промежуточного бачка может быть использована железная бочка 4, .укрепленная на кронштейнах, заделанных в стену.
Вентили 5 служат для подачи рассола в промежуточный бачок из одного или другого растворного бака.
К установке рассол подводится по трубе. Подводящая рассол труба снабжается двумя вентилями: для регулировки поступления рассола и для включения и выключения подачи рассола.
Подаваемый к установке рассол поступает непрерывной струей в сифонный бачок 6, откуда периодически сбрасывается сифоном в распределительный бачок 7. Из бачка рассол равномерно распределяется по приемным воронкам 8 электролизеров 9. Пройдя электролизеры, рассол вместе с образовавшимся в процессе электролиза гипохлоритом сливается в сборный резервуар.
Рис. 244. Электрическая схема стационарной гипохлоритной установки непрерывного действия.
Для этого аппараты КГ-11 и КГ-13 устанавливаются непосредственно над цементным бачком для сбора раствора либо под ними делается цементная воронка 10, из которой раствор гипохлорита поступает самотеком в сборный бак 11.
В воронку можно спустить сливные трубки для гипохлорита от каждого из электролизеров, не соединяя их резиновыми шлангами с общим сливом. Для лучшей изоляции каждую сливную трубку погружают в стеклянный стаканчик. Для этой цели могут быть использованы донышки, остающиеся при обрезании бутылок. Такие стаканчики размещаются на полочке, устроенной в цементной воронке (см. пунктирные линии на рис. 243), а сливные трубки погружают в них так, чтобы получался жидкостный затвор. В качестве сборных баков для гипохлорита могут быть использованы баки установки для хлорирования хлорной известью. К сливной воронке или баку для гипохлорита должна быть обязательно подключена вытяжная вентиляция. •
Вода для охлаждения подводится к установке под давлением не более 1,0—1,5 атм. Подводящие и отводящие воду трубы снабжаются вентилями.
Электрическая схема стационарных гипохлоритных установок КГ-11 и КГ-13 показана на рис. 244.
Генератор, питающий установку током, монтируют в помещении, изолированном от гипохлоритной установки. Удобнее поместить его в
21 Л. А. Кульский 321
машинном зале. Генераторная установка обеспечивается реостатом Pi для регулировки силы тока и напряжения амперметром А и вольтметром V. Вольтметр должен быть снабжён переключателем Т, позволяющим измерять напряжение как всей секции, так и отдельных: электролизеров.
При пуске установки включают подачу рассола (струя которого должна быть заранее отрегулирована), водяное охлаждение и вентиляцию. После этого поднимают напряжение и увеличивают силу тока до нормы.
Остановка системы производится в обратном порядке: вначале снимают напряжение, после чего прекращают поступление рассола и воды на охлаждение. При длительных остановках электролизеры промывают водой, для чего в приемную воронку каждого электролизера наливают несколько кружек воды.
В тех случаях, когда в каком-нибудь электролизере сработается анод, стрелка амперметра начинает сильно колебаться или в цепи вообще прекращается ток. Электролизер, в котором выбыл из строя анод, находят
Рис. 245. Монтажная и электрическая схемы стационарной гипохлоритпон тттановкп периодического действия.
яри помощи вольтм^т] а путём проверки напряжения на контактах электролизеров. Смену электродов производят при остановленном генераторе, после того, как жн. тролизеры у места исправления будут за-;, кнуты накоротко.
Общая монтажная схема установки КГ-14 приведена на рис. '243.
Опа состоит из растворного бачка В с механической мешалкой для прд-готовлеипя раствора поваренной соли и сеткой-фильтром на выходном отверстии,бачка с электролизером Э для получения раствора гипохлорита и дозирующего бачка Д для подачи этого раствора в воду. Установка обеспечивается генератором постоянного тока соответствующей мощности J/-G, амперметром А, вольтметром V и регулировочным реостатом В. Приготовление рассола производится в бачке с мешалкой, после чего рассол периодически вводится в ванну гппохлоритной установки.
Электролиз ведут до момента прекращения повышения концентрации гипохлорита в растворе. Время,необходимое для достижения максимальной концентрации гипохлорита, определяется силой тока.
Полученный в результате электролиза раствор гипохлорита расходуется для обезвреживания. •
Бачок с электролизером при работе должен быть закрыт п должна работать вентиляция.
Раствор поваренной соли приготовляется для работы в течение всей смены. Концентрация рассола поддерживается около 10%. что проверяется ареометром. Данные по удельному весу растворов поваренной, соли при разных температурах приведены в табл. 52.
323
Таблица 52
Уюлытые роотппров поваренной соли при ра.пп.п температурах
г. м п е Р я т у р а и у д е л ь и ы е веса
трация рассола В °ID 5° 10° 15° 20® 2 5”
° Be г ' с м1 г|см’ ’Be °Вр г|см3 0 Ве Г1СМ1
5 5,0 1,0378 4 ,9 1,0374 4,8 1,0366 4,6 1,0351 4,5 1 ,0339
6 6,0 1,0458 5,9 1,0446 5,7 1,0434 5,5 1,0419 5,3 1,0406
7 7,1 1 ,0535 6,0 1 ,0520 6,8 1,0514 6,6 1,0598 6,4 1,0485
8 8,0 1 .0308 7,9 1,0597 7,7 ' 1,0584 7,5 1.0571 7,3 1,0552
9 9,1 1,0686 8,9 1,0673 8,7 1,0659 8,5 1,0643 8,2 1 ,062 6
10 10,2 1,0773 10,0 1,0761 9,8 1 ,0746 9,6 1,0727 9,3 1,0704
И 11,2 1 ,084 8 10,9 1 .0831 10,8 1 ,08iG 10,5 1 . 0798 10,3 1 .078 1
17 12,1 1,0020 11.9 1,0904 11.7 1.0887 И .2 1,0870 11,2 1.0849
10 13,2 1 , 0099 13,1 1 ,0992 f О . 9 1,0976 12,6 1,0956 12, 1 1.0924
14 13,9 1 , (16 3,3 1 з , 8 1,1048 13,5 1,1031 13 ,4 1,1012 13,2 1,0999
15 1 м 1,1110 1 'i , 6 1, 1 125 14.4 1,1090 14,4 1 , 1090 14,0 1,1069
В помещении гипохлоритной установки нс допускается открытый огонь.
Общий контроль за работой установки осуществляется лабораторией. Журнал учёта работы гипохлоритных установок непрерывного действия ведётся по форме, приведённой в табл, 53 периодического действия — по форме, приведённой в табл. 54.
Таблица 53
Форма учёта работы гипохлоритной установки непрерывного действия н нормы режима
1 В ремя Сила тока в цепи в А Напряжение на секции электролизера в V Время одного цикла сифонного бачка в сек. Объём рассола, сбрасываемого сифонным бачком в л Температура Концентрация гипохлорита* в г1л
рассола гипохлорита
Через 2 часа 50-70 60-70 Уста-новка КГ-t 1 30-100 | Около 2 <20- С <40- С 3-5
Через 2 часа 280—300 60—70 « Установка КГ-13 30-60 | Около 7 <!».С <40- С з--.
Таблица 5 4
Форма учёта работы гипохлоритной установки периодического действия и нормы режима
Й Продолжительность электролиза в часах Сила тока в цепи в А Напряжение на электролизере в V Объём рассола в ванне в л Температ ура в °C Концентрация гипохлорита в г'.л
рассола гипохлорита
— 1-2 125 и выше Установка КГ-14 50—60 | до 300 < 20 <45 5-6
В этих же таблицах приведены нормы, в пределах которых следует поддерживать режим работы гипохлоритных установок.
По данным журнала легко определить основные показатели работы установки, пользуясь специальными номограммами (рис. 246 и 247).
Номограмма, приведенная на рис. 246, составлена на основании формул (87,88, 89,90) и дана для упрощения методики расчета основных показателей работы гипохлоритных установок непрерывного действия при их эксплоатации.Правила пользования номограммой поясняются следующими примерами.
* Определение содержания активного хлора в растворе гипохлорита производится так же, кап и в хлорной извести (см. главу I).
Концентрация рассола б %
Объем pacuha сбрасываемого охровым бойком 8 п 5 >« й; N W го «у — _.
,1^.1 .'ii jiHt|
&? S« ft§S У>С*
о *^з са сэ сь й>
В)ямя оЗнОгч ци^па^си^Аного Вочка в сек.
г /
Уме. 246. Номограмма для расчёта технологических и экономических показателей работы гипохлоритпых установок непрерывного действия.
зэ-
Сила тока 8 А
Номограмма для расчёта технологических и экономических показателей работы гипохлоритных установок периодического действия.
Пример 1. При работе гипохлоритной установки КГ-11, смонтированной на водопроводе и состоящей из одной секции, за некоторый промежуток времени получены следующие средние данные:
нонпентралия акгпньюхи хлора f растворе пиюхлоритй ....... 5 г/л удельные пес исходного рассола................. . . ,....... 1,072
объём рассола» подаваемого сифонным бачком ................... 2,0 л
время срабатывания сифона..................................... 60 сек
сила тона в цепи при последовательна включенных электролизерах 60 А напряжение на секции электролизеров...........................75 V
Чтобы определить с помощью номограммы производственные показатели и расходные коэфициенты соли и электроэнергии, соединяем линией «, точку 5 на шкале X сточкой 2 на шкале И7. Через точку 60 на шкале t проводим линию бр параллельную предыдущей (с помощью линейки и угольника! до пересечения ее со шкалой Q. В точке пересечения находим, что производительность установки равна 600 г/час.
Соединяя найденную точку на шкале Q с 60-м делением на шкале J линией et и продолжая ее до пересечения со шкалой ij. находим, что использование тока в этом случае составляет 75,5%.
Расходные коэфициенты поваренной соли и электроэнергии определяем при помощи двух боковых графиков. Вначале по удельному весу рассола находим его концентрацию (см. табл. 59). которая в данном случае равна 10%. Затем проводим от деления -5 шкалы Л’ горизонтальную прямую у до пересечения ее с линией 10°/о-ной концентрации. Опуская перпендикуляр % с точки пересечения на шкалу Нс. находим, что расход поваренной соли равен 20 кг па 1 кг активного хлора.
Для определения расхода электроэнергии поступаем следующим образом: от деления 75,5 на шкале \ проводим горизонтальную прямую ех до пересечения с линией 75 вольт. Так как на графике ее нет, то для данного случая приводим ее отрезок между линиями 70 и 80 вольт. С точки пересечения опускаем перпендикуляр на шкалу Кэ. и находим, что расход электроэнергии равен 7,5 квч на 1 кг активного хлора.
II р и м е р 2. На водопроводе для целей обезвреживания воды смонтирована гипохлоритная установка КГ-13. Установка обслуживается генератором на 250 А. Напряжение на установке 70 вольт. Рассол поддерживается 10%-пой концентрации. Средняя концентрация активного хлора в растворе гипохлорита около 4 г/л; сифонный бачок подает 7 л рассола за 60 сек. Требуется определить экономические и технологические показатели работы установки.
Соединяя прямой п2 деления 4 на шкале I п 7 на шкале II и проводя параллельную ей линию <7, через деление 60 на шкал-- t до пересечения со шкалой Q. находим.что ппоизводитеш-ность \'<-ганоы:и равна 1709 г/чае.
Соединяя найденную па шкале Q точку с делением 250 па шкале J прямой у. находим в месте пересечения ее со шкалой у. что выход по току в этом случае 51'%.
При помощи прямых г., и % находим на левом график'1, что расход поваренной соли составляет 25 кг на 1 кт активного хлора.
11а правом графике при помощи лпппп е2 и э.-су находим расходный коэфициент электроэнергии. В данном случае он равен 10,3 квч на 1 кг -актирного хлора.
Номограмма (рис. 247) составлена на основании формул (86, 87, 88, 89 и 90) и дана для упрощения методики расчета основных показателей работы порционных гипохлоритпых установок при их эксплоа-тации.
Правила пользования номограммой иллюстрируются приведенным ниже примером.
Пример 3. При работе гипохлоритиой установки КГ-14 в течение 2 часов было получено 300 литров раствора, содержавшего5, 6 г/л активного хлора. Сила тока при электролизе равнялась 125А и напряжение на электродах—50 вольтам. В качестве электролита применялся 10%-ный раствор поваренной соли.
Для определения с помощью номограммы технологических и экономических показателей работы установки за данный промежуток времени, поступаем следующим образом: соединяем прямой («Д деления 5,6 на шкале X и 300 на шкале W. Затем, проводя параллельную («J прямую (5j) из точки 120 (2 часа) на шкале t, находим на шкале Q производительность установки равную в данном случае 850 г/ч; так как время электролиза равнялось двум часам, то количество активного хлора, накопленного в электролите 850x2— 1700 г. Соединяя найденную на шкале Q точку 850 с делением 125 на шкале J прямой («г) и продолжая её до пересечения со шкалой rt, получаем, что выход по току в этом случае 5(Г/0. Проводя прямые (gj) и (dj) на левом графике, находим, что расход поваренной соли на 1 кг активного хлора составляет 17,8 кг. Проводя прямые е, и жп на правом графике определяем расход электроэнергии на 1 кг активного хлора, равный 7,6 квч.
Для гипохлоритных установок расходные коэфициенты, исходя из которых должны рассчитываться запасы сырья, электроэнергия и необходимые ёмкости баков, следующие:
На 1 кг активного хлора расходуется: поваренной соли............ 10— 20 кг
воды для растворения. . . 100—200 л электроэнергии..... 8— 10 квт-час
Из приведенного описания видно, что изготовление гипохлоритных установок несложно и эксплоатация достаточно проста.
49. Хлорные ванны для электролитического хлорирования воды
Для электролитического хлорирования воды кроме гипохлоритных установок могут быть применены хлорные ванны. Однако, использование на водопроводах распространенных в Союзе хлорных ванн типа Х-2 не представляется возможным из-за отсутствия соответствующих генераторов, рассчитанных на работу одной-двух ванн. Это затруднение устранено в хлорных ваннах фильтрпресеного и цилиндрического типов, спроектированных автором совместно с сотрудниками и выпущенных под индексами КГ111-18 и КГ-19, работающих от обычных генераторов постоянного тока с напряжением ПО—220 V. Ванны предназначены для получения хлоргаза на крупных, средних и даже мелких водопроводах 32$
для целей хлорирования воды, на электростанциях для очистки воды и т. д, € целью удобства эксплоатации этих ванн спроектирован хлоратор ЛК-10
Фильтрпрессные ванны
Ванны фильтрпрессного типа впервые был и применены в практике электролиза воды. Первая фильтрпрессная ванна для электролиза поваренной соли с целью получения газообразного хлора была предложена Финлеем.
Ванна Финлея 7,12 состояла из ряда отдельных ячеек. Катодное пространство ячейки отделялось от анодного диафрагмами, образующими промежуточное пространство, куда подавался рассол. Аноды
Рис. 248. Схема ваниы Дау.
и катоды ванны включались параллельно. Ванна отличалась большой' компактностью. Габариты блока из 6 ячеек равнялись 900X630x800 мм. Ванна Финлея из стадии лабораторных испытаний не вышла и промышленного распространения не получила.
Ванны Дау 7>26, установленные на одном из крупнейших хлорных заводов Америки, являются более удачным вариантом ванн фильтрпрессного типа. По сообщению Биллитера 11 производительность хлорной установки заводов Dow Chemical С° в 1930 г. составляла 100 т хлора в сутки. Так же, как и ванна Финлея, ванна Дау (рис.248) состоит из ряда отдельных ячеек. Важной частью ячейки ванны является бетонная рама; при сборке число рам определяет количество ячеек. Рама бетонной перегородкой разделена на две неравные камеры —анодную и катодную. Графитовые аноды в форме плит укрепляются в анодном пространстве с помощью графитовых же брусков. С одной стороны брусья посредством шурупов прикрепляются к плитам, с другой стороны соединяются с катодной сеткой. Диафрагма накладывается на сетку и при сборке ячеек зажимается между рамами. Электроды ванны работают биполярно и включены последовательно. Рассол в анодное пространство поступает из колпаков, проте
кает через диафрагму к катоду и собирается в катодном пространстве, откуда удаляется через трубки.
Из отечественных опытных конструкции следует указать на фильтр-преесную ванну, разработанную инж. Н. С. Гардениным и И. М. Соломатиным.
Вайна Г. С. собирается из ряда анодных п катодных ячеек. Анодные ячейки состоят из четырехугольных железобетонных рам. пропитанных смолистыми веществами, в которых устанавливаются аноды, работающие двухсторонне. Катодные ячейки представляют собой железные рамы. При сборке ванны между ячейками укладывается асбестовая диафрагма. Катодные и анодные ячейки ванны работают параллельно.
Сравнительная характеристика известных фильтрпрессных ванн приведена в табл. 55.
Таблиц а 5 л
С'ривнитрльная характеристика фяяътрпрессных вапн
Название
ванны
Рабочее : нлпряжг-1 шее в А’ {
I Ьфма.чь-1
или на- , Плотнеет;
грузка I .пка с, ki4.
ванн в А I
Инюль- I ИСПО.ЧЬ-I зоваиис
Нонпепт-
Р а ния щелочи
в г|л
Соде ржание С Оз в хлоре В о:о”1О
Сравнение ванны Х-2 < ванной Г. С., проведенное авторами последней, показало, что прп одинаковой производительности кубатура здания для вапн Г. С. требуется в > раза меньшая. вес анодов в 2 раза меньший, вес железных частей в 2.5 раза меньший и общий вес ванны в 2.5 раза меньший. . Ванна Г. С. до сих пор промышленного распространения не получила, несмотряна вею экономичность и иерспективиоеть подобных конструкций.
Ванна КПП-18, разработанная автором настоящей книги совместно с ][. Т. Горонов< ким и )[.А. Шевченко i pic-. 24'.Ч, собирается из 10 отдельных асбоцементных ячеек, соединенных вместе с помощью стяжных болтов и зажимных пластин. Блок ячеек скреп ьчется на стойке. Производительность ванны может меняться в широких пределах с изменением размеров ячеек. Катодное пространств.о отде.тип от анодного стенкой из цемента. в которой укрепляется графитовый туц.тщь. На один конец стержня навинчивается графитовый анод, с другой стороны стержень соединяется е катодом. Вплотную к катоду прилегает диафрагма из асбестового картона. Рассол поступает из, питателя е шаровым клапаном в распределительные трубы и из них по рез.пновым трубьа м к отдельным ячейкам. Пита-татель с помощью чеки может те га на i.. i иват вся на различных уровнях. Образующиеся в процессе электролиза хлор и водород поступают в хлороотводящую и водородоотводящую трубы. ровень щелочи в катодном пространстве устанавливается с помощью отводящей трубки. Скорость
фильтрования рассола через диафрагму регулируется изменением гидростатического напора соответствующей перестановкой питательного бачка. Стекающая по трубкам щелочь поступает в жолоб из листового железа. Ток к ванне подводится с помощью медной шипы. Ячейки ванны включаются последовательно.
Основными частями ванны являются ячейки, аноды, катодные листы, диафрагмы, питатель, жолоб, хлоро- и водородопроводы и стойка.
Ячейки ванны изготовляются из асбоцементных муфт системы Симплекс или отрезков асбоцементных труб. Длина ячейки 150 мм. Диаметр ячейки зависит от производительности. Внутри муфты делается железобетонная перегородка толщиной 25 мм. В ней укрепляется один или несколько графитовых стержней, на которых крепятся катодный лист и аноды. В стенке корпуса ячейки имеются отверстия для подвода рассола, отвода хлора, водорода и щелочи, а такие отверстие для указателя уровня. В стенке ячейки укрепляются два железных ушка для центрирования ее на параллелях. Конструкция ушек разрешает в случае необходимости снимать отдельные ячейки, не разбирая всего блока.
Аноды ванны изготовляются из электродов хлорных ванн и представляют собой графитовые плиты толщиной 50 мм с нарезкой в центре. При помощи нарезки
Рис. 249. Общий вид фильтрпр‘П'ной хлорной ванны КГШ-18.
аноды укрепляются на стержнях ячеек. Перед сборкой аноды должны подвергаться химической обработке *.
Катодный лист изготовляется из листового железа, толщиной 0,5 мм. Весь лист за исключением кромки в 20 мм и мест, соприкасающихся с стержнями, перфорирован. Диаметр отверстий 10 мм, расстояние между рядами— 10 мм. Отверстия расположены в шахматном порядке. Сбоку листа находится ухо, к которому крепится провод, соединённый с вольтметром. Ухо служит также для закорачивания ячеек, для чего в ном имеется отверстие диаметром 15 мм.
Диафрагма изготовляется из асбестового картона толщиной 0,5 мм. Картой должен быть приготовлен из чистого, белого, длинноволокнистого асбеста. Толщина, крепость и фильтрующая способность асбестового картона определяются лабораторным путём, окончательное заключение о качестве картона делается после испытания его в ванне.
Питатель ванны (рис. 250) представляет собой четырехугольный бачок емкостью 5 л. Рассол подводится через полудюймовую железную трубу. В бачке металлическая труба переходит в мягкую резиновую трубку, заканчивающуюся полудюймовым отростком, загнутым вниз. В крышке
бачка имеется деревянный упор, в самом бачке плавает полый эбонитовый шар. При наполнении бачка шар поднимается и прижимает резиновую трубку к упору, регулируя тем самым величину проходного отверстия трубы. Из питателя рассол отводится в распределитель, ниппели которого при помощи резиновых трубок соединены с вводными отверстиями внизу ячеек.
Жо.лоб для отвода щелочи изготовляется из листового железа и крепится внизу стоики под ячейками ванны. В него опущены стеклянные трубки, по которым щелочь поступает из ячеек. Отвод щелочи из жолоба осуществляется через полудюймовый патрубок.
Хлоропровод ванны представляет собой асбоцементную трубу с отверстиями. через которые пропущены резиновые трубки, соединяющие хлоропровод с отдельными ячейками.
Водородопровод изготовляется из железной трубы с ниппелями для подключения его к ячейкам.
Стойка изготовляется из сортового железа. На параллелях, образуемых приваренными к стойке уголками, помещаются ячейки ванны, связанные с помощью стяжных болтов и зажимных пластин в один блок.
Рис. 250. Питатель ванны ПГ1П-18.
* Химическая обработка производится в баках, заполненных льняным маслом. Время обработки колеблется от 18 до 24 часов нри температуре масла 110—120°. Затем электроды помещаются в баки для хлорирования. Хлорирование графита в холодной воде продолжается в течение суток. После 24 часов холодного хлорирования нагревают возу до 95 —100° и продолжают горячее хлорирование в течение 48 часов. Этим проце-с химической обработки адюдов заканчивается.
Вверху стойки крепится хлороотвод и водородоотвод, внизу жолоб для отвода щелочи. Сбоку стойки помещается питатель, закрепляемый с помощью 3 чек, что позволяет передвигать его по высоте стойки. Сверху стойка покрыта деревянным платом, на котором размещаются приборы для контроля за ходом процесса. В плате же укрепляются изоляторы токоподводящих шин. В лапах стойки имеются отверстия для крепления стойки на фундаментных болтах и для наращивания серии ванн по высоте.
Спроектированный экспериментальный образец ванн КГШ-18 имел следующие основные размеры: площадь катода-^-300 см 2, площадь анода 300 см2, размер ячейки — диаметр 20 см, длина —15 см.
Производительность экспериментальной ванны из 10 ячеек 0,5 кг/ч. Установлена ванна на водопроводе г. Уфы. В настоящее время производится всестороннее испытание ванны с целью установления её рабочей характеристики.
Цилиндрические ванны X - 2 и КГ -19
Как уже указывалось, ванны с фильтрующей диафрагмой и вертикально расположенными электродами являются наиболее разработанным типом хлорных ванн.
Особенно широкое распространение получили вапны Ворса за границей и ванны Х-2 — в Союзе. Эти ванны отличаются конструктивной простотой, дешевы и легки в изготовлении и удобны в эксплоатации.
Ванна Х-2 (рис. 251) состоит из трёх основных частей: анодного комплекта, катодного комплекта и кожуха. При сборке ванны комплекты собираются отдельно, после чего их вставляют в кожух.
Анодный комплект состоит из крышки, в которой укреплены 24 графитовых электрода, предварительно подвергнутые химической обработке (см. обработку анодов ванны КГШ-18), в крышке же укреплен питатель, являющийся одновременно и регулятором уровня.
Питатель ванны состоит из стеклянного корпуса, стеклянный поплавок, плавая по поверхности рассола, своим штырем свободно входит в суженную часть корпуса. Изменяя свое положение при изменении уровня рассола, он открывает или закрывает, отверстие. Для разрыва струи рассола служит боковая трубка. При выходе в корпус питателя рассол захватывает воздух из боковой трубки и тем самым струя прерывается.
Катодный комплект состоит из цементного кольца, на которое опирается краями крышка анодного комплекта, днища и дырчатого катодного листа, имеющего вид железного цилиндра, выложенного изнутри асбестовой диафрагмой. Вверху лист закрепляется на кольце, внизу — на днище.
Кожух ванны представляет собой железный цилиндр с днищем, в который вставляются катодный и анодный комплекты. Для отвода щелочи в дне кожуха установлена капельница, конструкция которой также обеспечивает разрыв струи.
Отвод водорода осуществляется посредством стеклянной или эбонитовой трубки, укрепляемой в цементном кольце ванны. Для отвода хлора в крышке ванны имеется отверстие, в котором па пробке помещается стеклянная трубка. Сама ванна устанавливается на изоляторах. При нормальной нагрузке ванны в 100 А использование тока равняется 92%, расход 333
поваренной соли на 1 т хлора —1,8 т, средняя крепость каустика —110г/л и концентрация хлора в хлоргазе около 95%.
Большая мощность и необходимость объединять отдельные ванны в серии из нескольких десятков является серьёзным препятствием для
Рис. 251. Хлорная ванна Х-2.
распространения ванны Х-2 в технике водоснабжения. Используя принципы, положенные в основу таких ванн, автор совместно с И. Т. Гороновским разработал упрощенную конструкцию ванны КГ-19.
Ванна КГ-19 (рис. 252). цилиндрического типа монтируется в керамической трубе.
Основными частями её являются: корпус, анод, катодный лист, диафрагма, питатель.
Корпус ванны КГ-19 состоит из керамической трубы, верх которой (фланец) закрыт цементной крышкой. К крышке прикрепляется катодный
лист с диафрагмой, кроме того в ней имеется отверстие для установки анода и пропуска шины.
Под фланцем пробивается ряд отверстий для отвода щелока, под которыми делается цементный кольцевой жолоб.
Нижняя часть трубы зацемептпрована и над днищем также имеется отверстие для отвода щелочи. Таким образом, процесс протекания электролита через диафрагму основывается либо на разнице удельных весов анолита и каролита (отвод щелочи сверху), либо на разнице уровней в катодном п анодном пространстве (отвод щелочи снизу).
Анод ванны изготовляется из графитовой трубы, поверхность которой перфорируется для свободного вымывания насыпаемой в нее длядонасы-щения анолита — поваренной соли.
Обработка анодов аналогична описанной при ванне КГШ-18.
Рис. 25'2. общий вид хлорной ванны из керамических труб ЬТ-1У.
Катодный лист цилиндрической формы изготовляется из 0,5 мм перфорированного листового железа.
Диафрагма изготовляется из асбестового картона (требования к материалу диафрагмы те же. что и для ванны КПП-18). Конструкция питателя ванны заимствована пз ванны Х-2.
Отдельные канны объединяются в блок с общим питанием рассолом, отводом хлора п щелочи. Количество ванн в блоке определяется требуемой производительностью.
Питатели ванн соединены с металлической трубой расе о лопр овода — резиновыми трубками. Хлоропрогод блока ванн и жолоб для отвода щелочи такие же, как и у ванны КГШ-18. Ванны укрепляются в деревянной стойке и включаются последовательно или параллельно в зависимости от типа обслуживающего их генератора.
Основные размеры экспериментального образца ванны КГ-19 следующие: площадь катода ->-600 сма, площадь анода >-600 см2, размер ячейки 0 20 см., h —80 см. Производительность экспериментального блока и» 10 ванн — 2 кг/ч.
Экспериментальный образец ванны смонтирован на водопроводе г. Уфы, "показатели работы ванны КГ-19 еще не установлены.
Хлоратор ЛК-10 к хлорным ваннам
Для приготовления хлорного раствора пз хлоргаза, поступающего из хлорных ванн под давлением, близким к атмосферному, удобно поль-
Рис. 253. Общий вид хлоратора ЛК-10.
тает на принципе поднятия струей газа
зоваться хлоратором без дроссельных устройств. Таким аппаратом является разработанный нами хлоратор ЛК-10 (рис. 253). Он состоит из ротационного измерителя для хлора, ваку-уметра, двух водоструйных насосов и мерника для хлорной воды. Хлоргаз из хлорных ванн засасывается водоструйными насосами 1. Скорость поступления хлора определяется при помощи ротационного измерителя 2. Разряжение, создаваемое в системе, фиксируется ваку-уметром 3.
Подача воды к водоструйным насосам регулируется кранами 4. Получаемая в водоструйных насосах хлорная вода поступает в мерник 5, е помощью которого производится ее учёт. Из мерника хлорная вода идёт на хлорирование.
Ротационный измеритель для хлора (рис. 254) раболегкого поплавка. Высота
поднятия поплавка, помещённого в конической стеклянной трубке, служит мерилом скорости газа, а также и его количества. На поплавок действует совокупность сил, из которых главные: сила тяжести поплавка Q и противоположная ей подъёмная сила давления движущегося снизу вверх потока газа. Если сечение поплавка b и перепад давления газа до и за поплавком Др, то
Q = ЬрЪ. (91)
Скорость газа протекающего через кольцевой зазор между трубкой и поплавком определяется равенством
(92)
где у удельный вес газа.
При козфицпенте истечения К объём V и вес G протекающего газа вы
разятся для некоторого сечения трубки В следующими формулами:
V =К (В -r-Ь) у/ 2g(93 )
= Я (В-Ь) jAg|Y. (93")
Высота поднятия поплавка в трубке связана с весовым расходом газа выражением
h = CG, (94) где С—опытный коэфициент, устанавливаемый для каждого прибора 28.
Как видно из приведенных формул, работа измерителя зависит от удельного веса протекающего газа, т. е. от таких его параметров, как процентный состав, температура и давление. Поэтому при работе хлоратора должна быть предусмотрена возможность периодического проведения анализа газа, а также измерения его давления и температуры для внесения •соответствующих корректив в показания измерителя.
Вакууметр (рис. 255) представляет собой жидкостный манометр •с замкнутым объемом воздуха и непропорциональной шкалой. Вследствие образующегося в системе вакуума во внутренней трубке вакууметра создается разряжение, замкнутый объем газа, расширяясь по закону Бойля-Мариота, вытесняет жидкость из наружного сосуда в колпачок над внутренней трубкой. Отсчет вакуума производится по шкале, прикрепляемой к вакууметру.
Водоструйные насосы служат для засоса хлора и смешения его с водой, т. е. в данном случае они
Рис. 254. Ротационный измеритель хлоратора ЛК-10.
являются элеваторами для хлора, а также абсорбционными прибора-
Рис. 255. Вакууметр хлоратора ЛК-10.
ми, работающими на использовании энергии, поступающей под давлением воды. В хлораторе ЛК-10 установлены стеклянные лабораторные
22 Л. А. Кульский
водоструйные насосы (французский тип). Кроме них, могут применяться эбонитовые водоструйные насосы 2В. 80 (рис. 256). Требующееся сечение насадки и диффузора водоструйных насосов определяется, исходя из соответствующих скоростей потоков воды и газов по формулам, приведенным в главе VIII.
Мерник для хлорной воды (рис. 257) работает на принципе свободного истечения жидкости через диафрагму, укрепленную в выходном отверстии.
Рис. 256. Эбонитовые эжекторы для отсоса и растворения хлора.
Рис. 257. Мерник для хлорной воды хлоратора ЛК-10.
Общее количество проходящей через мерник жидкости определяется высотой уровня и может быть вычислено по уравнению:31
Q = 3600 м3/час, (95)
где: d — диаметр диафрагмы в м,
р— коэфициент истечения жидкости из мерника ос 0,7, h — высота жидкости в мернике в м.
Все детали хлоратора ЛК-10 размещены на стойке из полудюймовых труб.
Габариты хлоратора —20 Х30Х145 см.
Производительность хлоратора по газу 1 кг/час.
Производительность хлоратора по жидкости 1 м/час.
Концентрация хлорной воды 1—2 г/л.
Не ко тор ые сведения об эксплоатации хлорных' ванн
Пуск ванн осуществляется следующим образом: тщательно проверив все соединения, приступают к заливке их рассолом. Уровень его в ячейках автоматически поддерживается питателями или контролируется с помощью указателей уровня. Нормально анодное пространство почти полностью должно быть заполнено рассолом. После наполнения ванн включают ток и начинают отсасывание хлора с помощью водоструйных насосов хлоратора ЛК-10. При этом в анодном пространстве поддерживают давление около 5мм вод. ст. После включения ванны проверяют плотность стыков и соединений. Для проверки пользуются крепким раствором аммиака, образующего с хлором хорошо видимый дым. Главными показателями работы ванны являются сила тока, напряжение, крепость и температура рассола, поступающего на питание ванн, концентрация хлоргаза и концентрация щелочи. Эти данные должны быть отражены в журнале. Наряду с наблюдением за герметичностью ванн и общим контролем над течением процесса, необходимо проверять ареометром крепость рассола, вольтметром напряжение на отдельных ваннах и аппаратом Орса количество хлора в хлоргазе.
Для правильной работы ванны требуется абсолютная чистота рассола, т. е. отсутствие мути и механических загрязнений.
Содержание поваренной соли в рассоле должно быть не ниже 300 г/л. Содержание хлора в хлоргазе не ниже 90 %. Концентрация щелочи не ниже 100 г/л. В случае повышения напряжения между электродами выше 4V, такая ванна или ячейка отключается путем закорачивания катодов.
Помещение, в котором установлены ванны, должно хорошо вентилироваться.
Техника безопасности и инструкция к пользованию ваннами КГШ-18 и КГ-19 подробно описаны в руководстве к этим ваннам 32.
50. Групповые и индивидуальные электролитические приборы для обезвреживания воды в полевых условиях
Использование электролитического хлорирования в походно-полевых условиях имеет чрезвычайно большую перспективу, так как быстрое и простое приготовление на месте сильного дезинфицирующего раствора, каким является гипохлорит натрия, может быть осуществлено путем использования энергии аккумуляторов танков, автомашин и пр.
Сырьем для работы этих установок является поваренная соль, которая не требует специальной тары и сложных условий хранения, необходимых, например, при дезинфекции воды хлоромили хлорной известью.
Использование хлораторов полевого типа, описанных в главе X, очень удобно, но требует наличия жидкого хлора, что также часто может быть сопряжено с рядом трудностей. Мы считаем, что использование электролитического хлорирования в условиях войны является достаточно легко осуществимым.
За границей, как уже отмечалось ранее, электролитические установки имеют, главным образом, характер переносных, передвижных установок, но производящими фирмами конструкции их не описываются.
Нами для полевых условий разработаны две конструкции: переносной электролитический хлоратор ЛК-16 и полевой карманный электролитический хлоратор ЛК-12.
Переносной электролитический хлоратор ЛК -16
Переносной порционный электролитический хлоратор предназначается для приготовления и дозирования раствора, содержащего активный
350
Рис. 258. Переносной порционный электролитический хлоратор ЛК-16.
хлор. Получаемый раствор может быть использован в условиях похода для обезвреживания небольших объёмов воды, потребляемой для питьевых целей, а также для дезинфекции предметов или обезвреживания их при заражении ОВ.
, Хлоратор работает на растворе поваренной соли, подвергаемой электролизу в ванне без диафрагмы. Источником тока служит аккумуляторная батарея 6—12 V (типа применяемых на автомашинах, танках и пр.). -В результате электролиза образуется гипохлорит натрия, содержащий активный хлор.
Хлоратор смонтирован в деревянном ящике 35x23X16 см, приспособленном для переноски. Общий вид его показан на рис. 258. Как видно из рисунка, крышка ящика представляет собой щит с электроизмерительными приборами, а также приборами для включения и регулировки силы тока. Б ящике расположены: электролизер, ванна для электролиза и солерастворитель — сосуд для приготовления раствора соли и его фильтрации.
Электролизер (рис. 259) состоит из трёх отдельных ячеек, отгороженных графитовыми электродами, работающими биполярно. Рабочая площадь электродов 30 см 2; расстояние между электродами 2,5 мм. Крайний
Рис. 259. Электролизер хлоратора ЛК-16.
Рис. 260. Ванна для электролиза хлоратора ЛК-16.
электрод, присоединяемый к положительному полюсу источника тока, снабжен винтом с барашком. Остальные электроды имеют выступы, на которые надевается струбцинка, соединяемая с отрицательным полюсом. Корпус и крышка электролизера изготовлены из керамики. Циркуляция рассола через отверстия, имеющиеся в нижней и верхней части электролизера, погруженного в ванночке с рассолом, происходит за счет энергии выделяющегося при электролизе водорода.
Банна для электролиза (рис. 260)—стеклянная, цилиндрической формы, с керамической крышкой. Ёмкость ванны 0.4 л. На стенке её нанесены деления ценой в 20 мл.
Используя ванну как мензурку, производят отмеривание полученного раствора гипохлорита.
Солерастворптель (рис. 261)
представляет собой стеклянную Рис. 261. Солерастворитель с фильтром бутылку емкоетью0,25 л. Настенке хлоратора ЯК-16.
его нанесены с одной стороны две
метки, указывающие, до каких пор нужно насыпать в бутылку соль и наливать воду. На другой стороне бутылки нанесены деления ценой 20 мл, при помощи которых производится дозирование раствора гипохлорита, если при транспортировке его вливают в этот сосуд.
В тех случаях, когда приготовленный рассол очень мутный, его выливают в ванну через фильтр.
Фильтр состоит из резинового колпачка с заделанной в него эбонитовой решеткой, в которую закладывается ватный томной. В центре решётки
/I
Рис. 262. Электрическая схема щитка хлоратора ЛК-16.
укреплена стеклянная трубка для прохода воздуха в бутылку при фильтровании.
Щиток с электроизмерительными приборами и реостатом для регулировки силы тока смонтирован на крышке ящика аппарата. Электрическая схема его приведена на рис. 262. На щитке укрепленье амперметр А типа «Конструктор» па 3 ампера, вольтметр V типа «Конструктор» на 16 вольт, выключатель К и реостат на 30—40 ом R. Кроме того. г;а щите имеются клеммы для подключения батареи и клеммы для присоединения электролизера. При работе щиток должен находиться в горизонтальном положении.
Ящик, в котором помещаются кое детали прибора, деревянвый.
Оптимальные условия, при которых должен работать электролитический хлоратор ЛК-16, следующие: сила тока не меньше 3 ампер, раствор поваренной соли — насыщенный. При этом падение напряжения на
каждой ячейке составляет 3,7—4,5V, что и определяет количество подключаемых ячеек в зависимости от ЭДС источника тока.
Теоретически при этих условиях каждая ячейка электролизера должна давать 4 г активного хлора в час. Однако, вследствие протекания побочных процессов выход по току под конец работы аппарата не превышает 30%. Расход поваренной соли на 1 г активного
Риг. 263. Схемы приготовления рассола и работы Хлора при работе уста-хлоратора лк-16. новки — 50 г. Для разо-
вой зарядки электролитического хлоратора необходимо около 100 г поваренной соли, из которой приготовляется около 250 мл рассола.
Максимальная концентрация гипохлорита в растворе, обеспечиваемая прибором, около 8 г в литре, т. е. в 250 мл рассола, потребляе-емых на одну зарядку, образуется около 2 г активного хлора.
Вес электролитического хлоратора ЛК-16 в ящике 5 кг.
Схема приготовления концентрированного раствора поваренной соли и схема установки хлоратора при получении гипохлорита представлены на рис. 263.
Процесс приготовления гипохлорита состоит в следующем.
Из ящика хлоратора вынимают все части, снимают крышку—щит, и устанавливают её в горизонтальном положении. В солерастворитель
насыпают соль до метки с надписью «соли». Затем в сосуд наливают воды до метки «вода» и, закрыв солерастворитель пробкой, энергично взбалтывают в течение 5 минут, пока растворится почти вся соль. Открыв пробку в горлышке сосуда, одевают фильтр и, перевернув его над ванночкой. дают возможность рассолу стекать в нее. Рассол, проходя через вату, осветляется. Затем в ванну с раствором погружают электролизер, соединённый гибким шнуром со щитом, который в свою очередь присоединяется к источнику тока.
Электролиз проводят до тех пор, пока в растворе не накопится до 2 г активного хлора. Необходимое для этого время определяется количеством включённых ячеек, что в свою очередь зависит от э. д. с. источника тока.
В табл. 56 приведены экспериментально установленные данные о времени электролиза, обеспечивающем накопление 2 г активного хлора при разном количестве работающих ячеек.
Таблица 56
Продолжительность электролиза- в зависимости от количества включенных ячеек при силе тока в 8 А
Количество работающих ячеек Время электролиза
1 ячейка 1.5 часа
2 » 1,0 »
3 » 0,5 »
После окончания электролиза электролизер вынимают из ванны и промывают.
Так как цена делений,нанесённых на ванночке,—20 мл,а концентрация раствора гипохлорита в пересчёте на активный хлор около 8 г/л, то можно считать, что наименьшая доза активного хлора, какая может быть отмерена, равна 80 мг (половина деления).
При надобности уменьшить дозу, раствор разбавляют водой в соответствующее количество раз.
Оставшийся неиспользованным раствор гипохлорита сливается в солерастворитель, в котором он может сохраняться несколько суток. При расходовании гипохлорита пользуются шкалой, нанесенной на стенке ео-лерастворителя, равнозначной со шкалой на ванночке.
Однократная зарядка хлоратора ориентировочно может обезвредить до 2 м3 воды.
Полевой электролитический хлоратор индивидуального пользования ЛК -12
Полевой аппарат для обезвреживания воды ЛК-12 предназначен для периодического изготовления дезинфицирующих растворов гипохлорита натрия и серебряной воды, т. е. он одновременно является электролитическим хлоратором и ионатором.*
* Новатор — прибор для получения дезинфицирующих растворов серебра электрокатодиновым методом34.
Fuc. 264. Общий вил пиленою электролитического хлоратора ЛК-12.
Рис. 2бо. Разрез хлоратора ЛК-12.
Графитовый электрод образует дно к его телу при помощи 344
навинчивающегося
Прибор ЛК-12 представляет собой аппарат электролитического типа для индивидуального или группового пользования В ПОХОДНЫХ условиях и в быту. С ПОМОЩЬЮ его можно дезинфицировать воду в небольших количествах, изготовлять растворы серебра повышенной концентрации для обезвреживания и консервирования продуктов питания, промывки pan, стерилизации перевязочных материалов, для лечебных целей и т. д.
Аппарат состоит из трёх главных частей; трубки с электродами и фонарем Т, сухой карманной батарейки КБС и футляра Ф. Общий вид его показан на рис. 264. В разрезе прибор представлен на рис. 265.
Трубка с электродами и фонарем является основной частью прибора. Она состоит из; цилиндрика-резервуара Р, электролизера с графитовым и серебряным электродами Э, переключателя тока П и электрической лампочки с рефлектором и стеклом Л.
Корпус трубки изготовляется из эбонита или пластмассы.
Внизу трубки с помощью резьбы укреплен цилиндрик-резервуар емкостью 40 мл. В него наливается 25 мл насыщенного раствора поваренной соли, предназначенного для приготовления гипохлорита. Этого количества достаточно для 10 зарядок аппарата. Перед приготовлением дезинфицирующих растворов цилиндрик - резервуар снимается.
Тонкая часть трубки, помещенная в цилиндрике - резервуаре, представляет собой электролизер, в нижней части которого расположены горизонтально электроды, электролизера и плотно прижимается колпачка. Электрод с
помощью металлической пластинки и проволочки, проходящей в?
теле электролизера, соединен с впресованным в верхнюю часть контактом. Над графитовым электродом на расстоянии 2 мм помещен серебряный перфорированный электрод, который серебряной же-проволочкой соединен со вторым впрессованным в верхнюю часть электролизера контактом. Рабочая поверхность каждого из электродов равна. 1,75 см2. На боковой поверхности электролизера имеется дваряда отверстий. Нижний ряд отверстий предназначен для наполнения электролизера жидкостью, а верхний—для выхода воздуха. Объем жидкости, вмещающейся в электролизере, равен 2 мл.
Переключатель тока смонтирован на двух вкладышах, из которых нижний помещен в корпусе электролизера, а верхний — в корпусе лампоч
ки. На нижнем вкладыше имеется два пружинящих контакта, соединенных с контактами электродов, а также соединительная пластинка контактов лампочки. На верхнем вкладыше находятся два пружинящих контакта лампочки и шесть гнезд, через которые подводится ток к электродам. При помощи центрального винта, являющегося осью вращения, верхний вкладыш присоединяется к нижнему.
В корпусе фонаря кроме вкладыша находятся также деревянное промежуточное кольцо, соединительные провода в плотной изоляции, патрон для лампочки в деревянной оправе, лампочка от карманного фонаря (3,5V; 0,25W) и выпуклая рассеивающая линза. Все
Рис. 266. Электрическая схема хлоратора ЛК-12.
части фонаря соединяются водно целое при помощи прижимного кольца,, являющегося одновременно оправой для линзы.
На корпусе трубки имеются отметки с буквами «Г» и «С», а также нулевое положение «О». На верхней подвижной части трубки дана стрелка-указатель. Устанавливая ее против отметки с буквой «Г», включают электроды для получения гипохлорита. Устанавливая стрелку против отметки с буквой «С», производят переключение электродов для приготовления серебряной воды. При установке стрелки на деление «О» электроды
отключаются и включается лампочка.
Электрическая схема прибора приведена на рис. 266. На схеме: Б — батарейки, R —общий включатель, помещенный на футляре, Л —лампочка, II — переключатель тока и Э — электролизер с электродами. Как видно из схемы, в положении «Г» анодом служит графитовый электрод,а катодом — серебряный электрод. Лампочка при этом отключена. В положении «С» — анодом служит серебряный электрод, а катодом — графитовый, так же при отключенной лампочке. Когда стрелка находится на нулевом делении, пружинящие контакты, подводящие ток к электродам, попадают в холостые гнезда, а пружинящие контакты лампочки замыкаются соединительной планкой и включают свет.
Гибкими проводами трубка соединяется с контактами, имеющимися в футляре.
Футляр прибора имеет три отделения для помещения трубки, прово
дов и батарейки. Отделение для батареек закрывается крышкой, на которой расположены винтовые клеммы. Снаружи футляра помещен ползунковый выключатель, при помощи которого производится замыкание или размыкание электрической цепи прибора. Крышка футляра имеет отверстие в эбонитовой оправе над местом, где помещается трубка, через которое проходит свет от лампочки. Крышка используется также в качестве подставки для трубки при изготовлении дезинфицирующих растворов. Футляр имеет петли, через которые продевается ремень при ношении на плече. В футляр вкладываются одновременно две сухие батарейки от карманного электрического фонаря.
Сухие карманные батарейки по ОСТ“у № 40136 имеют э. д. с. 4,35 вольта, емкость 0,35 а-ч. и сохранность в течение 4 месяцев. Батарейки подключаются параллельно.
Рис. 2С>1. Внешний вид хлоратора ЛК-12.
При помощи спаренной батарейки обеспечивается в цепи следующая сила тока:
при работе на лампочку — 250 мА.
при получении гипохлорита — 150—200 мА,
при насыщении воды серебром —10—15 мА.
Использование тока при получении гипохлорита около 50%, при получении серебряной воды—около 95%, Таким образом заряда батареи достаточно для получения гипохлорита в пересчете на активный хлор 100—150 мг, либо для переведения в раствор 500 —600 мг серебра.
Расход соли на 1 мг активного хлора 0.05—0,1 г.
Вес аппарата с двумя батарейками 600 г.
Габариты аппарата 13x13x5,5 см.
Внешний вид аппарата показан на рис. 267.
Дозы реагентов определяются временем работы аппарата и устанавливаются в зависимости от количества обезвреживаемой воды. При работе с прибором руководствуются данными табл. 64.
Техника приготовления дезинфицирующих растворов заключается в следующем 35.
Для получения раствора гипохлорита вынимают трубку из футляра и, отвинчивая цилиндрик-резервуар, наполняют его рассолом и, 346
'Опуская эиактролизер, набирают в пего определенное количество рассола.
С помощью выключателя на футляре замыкают цепь и, если лампочка загорается, то прибор подготовлен к получению гипохлорита. По накалу лампочки судят о напряжении. Поворотом верхней части прибора устанавливают стрелку против отметки с буквой "Г».
Помещают трубку в отверстие крышки и дают аппарату работать в течение времени, определяемого по табл. 57. По истечении требуемого времени, обратным поворотом устанавливают стрелку на пулевое положение и троекратно погружают тонкую часть трубки в обезвреживаемую воду.
Промыв таким образом электролизер, навинчивают цилиндрики вкладывают трубку обратно в футляр.
При получении серебряной воды предварительная подготовка аппарата та же, что и при получении раствора гипохлорита. Если в цилиндрике оставался рассол, то вымывают электролизер троекратным погружением в воду тонкого конца трубки. После третьего погружения, воду в электролизере оставляют.
Поворотом верхней части прибора устанавливают стрелку против отметки «С».
Поместив трубку в отверстие крышки, выдерживают требуемое время, устанавливаемое по табл. 57, после чего возвращают стрелку в нулевое положенпе и движком на футляре выключают прибор. Полученный раствор серебра переводят в обезвреживаемую воду так же, как и раствор гипохлорита. Прибор собирают и укладывают в футляр.
Таблица 57
Время электролиза и дозы дезинфицирующих реагентов в зависимости от количества обезвреживаемой воды
Объем воды, подлежащей обезвреживанию Время работы прибора Вводимые позы
активного хлора ребра
литры минуты мг МГ
1
2
3 4 5
6 7 8
9
10 И 12
0,5 1,0
1 ,5 2,0 2,5
3,0 3,5 4,0 4,5
5,0 5,5 6,0
Примечание. При слабом накале лампочки время работы прибора удваивается.
В 1943 году в г. Уфе были изготовлены экспериментальные образцы полевых электролитических хлораторов ЛК-16 и ЛК-12. Комиссией НККХ и НКЗдрава БАССР они испытаны и рекомендованы к применению.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХЛОРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО КОАГУЛЯНТА
51. Теоретические и экспериментальные обоснования получения коагулянта хлорированием железной стружки
Для обезвреживания воды от ряда отравляющих воду веществ (главным образом от ОВ, содержащих мышьяк) применения одного хлора недостаточно. Обезвреживание воды от этих ОВ может быть произведено наиболее надёжно только совместным применением хлорирования и коагуляции (см. главу IV).
В качестве коагулянта в случае отравления воды рекомендованы некоторые соли железа. Помимо целей обезвреживания воды от ОВ, железный коагулянт с успехом заменяет мутовекий коагулянт, применяемый при обычной очистке воды. В тех случаях, когда FeSO4 является отходом травильных цехов, использование его в качестве коагулянта целесообразно, хотя, как показывают наши исследования, приведенные в главе IV, применение сернокислого железа в качестве коагулянта менее эффективно, чем FeCl3.
В тех местах, где сернокислое железо не является отходом, но есть свободные количества серной кислоты, целесообразно получать железный коагулянт путём растворения в серной кислоте железной стружки, опилок и прочих железных отходов, как это и было проделано под руководством автора в 1942 г. на Главных очистных сооружениях Уфимского водопровода.
На тех водопроводах, где возможно использование хлора, железный коагулянт гораздо эффективнее получать путём хлорирования железной стружки по нашему методу1. Этот способ интересен тем, что железный коагулянт получается сразу в окисной форме (FeCl3), т. е. в наиболее ценном для техники водоочистки виде. Процесс коагуляции хлорным железом протекает быстро и полно уже при малых концентрациях коагулянта и без известкования (см. главу IV).
По ориентировочным подсчетам, этот метод, по сравнению с использованием мутовского сернокислого глинозема или железного купороса, дает экономию коагулянта в 50— 60%.
Особый интерес представляет собой одновременный эффект коагуляции с дезинфекцией воды, за счет вводимого вместе с хлорным железом хлора, остающегося неиспользованным при растворении стружки.
Предварительные данные, полученные в лаборатории технологии воды Академии Наук УССР, показали, что при концентрации активного хло-348
ра в воде до одного, двух грамм в литре, процесс коррозии железной насадки идет настолько интенсивно, что представляется возможность проводить его в аппаратуре небольших размеров.
Последующие более подробные исследования были поставлены нами с целью выяснения оптимальных условий растворения железа в хлорной воде (концентрации хлорной воды, времени контакта растворителя со стружкой, отношения веса стружки к весу растворителя и др. 2>3).
Коррозия изучалась в статических и динамических условиях. В результате проведенных исследований была разработана простая схема получения раствора коагулянта (хлорного железа) и непосредственного введения его в воду для осуществления коагуляции на водопроводах4.
Общие сведения о химизме коррозии железа в хлорной воде
Процесс растворения железа в хлорной воде достаточно сложен, так как он идет с образованием, вследствие гидролиза, значительного количества гидроокиси железа в коллоидном состоянии. Сложность процесса обусловливается тем, что в состоянип подвижного равновесия находится трехфазная система, претерпевающая целый ряд изменений благодаря постоянному протеканию в ней химических и физико-химических превращений. Даже в чистой воде железо претерпевает химическое разрушение, причем в результате процесса коррозии получается гидроксид двухвалентного железа, который быстро окисляется растворенным в воде кислородом в гидроксид трехвалентного железа (коричневая ржавчина). Эта пленка образуется на некотором расстоянии от поверхности, вследствие чего она не может защитить металл и ржавление железа продолжается до полного его разрушения5. Коррозия железа в кислых растворах и в присутствии окислителей, ускоряющих образование ржавчины, проходит значительно скорее, чем в чистой воде. Стендер® считает, что сущность растворения железа в хлорной воде сводится к действию сильных кислот, особенно соляной кислоты, получающейся в хлорной воде вследствие гидролиза хлора. Образующееся при растворении железа FeCl2 в присутствии сильных окислителей (С12, НСЮ) быстро переходит в FeCl3. При этом протекают следующие реакции:
Fe Д- 2НС1 —FeCl2 Д- Н2;
2FeCl2 Д- НСЮ Д- НС1— 2FeCl3 Д- Н2О;
4FeCL Д- НСЮ Д НСЮ3 Д- 4НС1 —4FeCl3 + 2НС1О 4- 2НгО.
При коррозии железа в этих условиях образуется пара:
[разбавленная ИС1,1 содержащая FeCl2 J®4’
Возникающий при этом постоянный ток переносит катионы слева направо. Постепенное накопление солей железа вызывает снижение электродвижущей силы и одновременно уменьшает скорость коррозии 5.
Образующееся в растворе вследствие окисления хлорное железо гидролизует с образованием основных солей и гидроокиси.
FeCl34- Н2О FeCl2(OH) Д- НС1;
FeCl2(OH) 4- Н 2О FeCl(OH)2 Д- НС1;
FeCl(OH)2 Д- Н2О *=; Fe(OH)3 4- НС1.
Как мы уже указывали, гидролиз хлорного железа протекает на некотором расстоянии от поверхности, разрушающейся под действием все новых количеств кислоты, которая освобождается в результате этого процесса.
Таким образом, ионы хлора участвуют в процессе коррозии железа многократно, и чем полнее протекает гидролиз, тем больше образуется солей железа.
Основная масса гидрата окиси железа в первый момент находится в коллоидном состоянии и наличие его в растворе придает последнему характер малоустойчивой двухфазной системы гидрозоля, подвижное равновесие которой зависит от величины pH и концентрации всех компонентов в растворе.
Стабильность этой системы при контакте хлорной воды с железной насадкой сильно понижена в связи с постоянным соприкосновением золя с большой массой металла.
Растворение железной стружки хлорной водой в статических условиях
Понижение устойчивости получаемых при коррозии железа гидрозолей является нежелательным, так как может привести к коагуляции гидроокиси железа еще до смешения коагулянта с очищаемой водой. Наиболее благоприятным является такое состояние феррозолей, при котором начинается скрытая коагуляция.
Однако, координация этих условий с достижением такого минимума, неиспользованного при растворении стружки хлора, который при введении коагулянта в воду соответствовал бы обычной дезинфицирующей дозе, довольно сложна.
Нами было изучено протекание коррозии в статических условиях и степень полноты использования железной насадки и хлорной воды при растворении стружки2.
Опыты проводились в плотно закрытых стеклянных сосудах е притертыми крышками, причем навеска заливалась хлорной водой заранее определенной концентрации. Для измерения количества водорода, выделяющегося при коррозии, навеска помещалась под мерным колпачком, объем которого предварительно заполнялся растворителем.
Опыты показали, что температура существенно влияет на скорость процесса. При повышении температуры на 15—20е концентрация хлорного железа в растворе увеличивается примерно вдвое.
Поверхность стружки и сорт железа в значительной мере определяют величину коррозии, а следовательно и скорость нарастания концентрации коагулянта в растворе.
Так, коррозия протравленной стружки значительно больше (увеличение в ряде опытов достигало 60%), чем непротравленнои, вследствие разрушения плотного налета ржавчины и невидимой пассивирующей оксидной пленки, образующейся при хранении стружки на воздухе. Растворение ржавой стружки в хлорной воде все же протекает достаточно эффективно, что дает возможность исключить из процесса получения коагулянта мало экономичную операцию кислотной обработки стружки.
Наиболее выгодные соотношения хлора и коагулянта, как при больших, так и при малых концентрациях хлорной воды получаются при ра-850
боте с большими количествами стружки при весовых соотношениях стружки и хлорной воды 1:2, 1:3 и 1:6. Однако, при большом количестве насадки и удлиненном времени контакта процесс протекает с преимущественным образованием двухвалентного хлорида железа (рис. 268), что нежелательно, так как такие растворы требуют дополнительного окисления перед смешением их с очищаемой водой. Все же. при проведе-
нии коррозии в таких условиях достигается наиболее полное использование хлора. Одновремелшо с накоплением FeCl2 в растворе, снижающего порог коагуляции золя (по сравнению с такой же концентрацией FeCl3 примерно в 10 раз), увеличение количества насадки приводит к более быстрой коагуляции. На ускорении коагуляции золя и отражается также обычный ход процесса коррозии в хлорной воде. В первое время (2—3 часа) процесс коррозии протекает по схеме образования FeCl,, окисляющегося в FeCI3, которое затем быстро гидролизует, образуя гидросоединеппя хлорного железа и, в конце концов,
3400
3200 3000 2800 &600 Ч 2400
2200 § 2000 |[ 1800 I 1600 ^1400 | 1200
1000 800 600 400 гоо
осадок гидпата окиси железа. С течением временя при образовании больших количеств солей железа в растворе, когда остаточного активного хлора в нем нехва-тает для окисления FeCl3 в FeCl3, в растворе начинают
П 1 1’/г 2 2'/гЗ 3>/г 4 47г 5 5’А 6 Время контакта.
-----° Концентрация остаточного 01
связанного 01 общего Ке двухвалентного Fe
Рпс. 268. Влияние времени контакта на образование коагулянта (Концентрация хлора в воде до растворения — 3,408 г. Отношение веса стружки к объему растворптеля 1 -.6).
накапливаться соли двухвалентного железа, гпдролизованные в значительно меньшей степени. Вследствие повышения pH раствора, вызванного уменьшением гидролиза солей железа, и повышения концентрации электролитов в растворе, устойчивость золя гидроокиси железа сильно уменьшается.
Из рис. 269 видно, что при весовом соотношении стружки и растворителя 1 : 20, двухвалентное железо не образуется и золь еще
3
является достаточно устойчивым через 2- —3 часа при соотношении 105 мг остаточного хлора на 1 г FeCl3 (т. е. 10—11 мг хлора на дозу коагулянта').
Таким образом, несмотря на желательность ведения процесса при максимальном заполнении объема насадкой, рекомендовать соотношение веса стружки и растворителя выше чем 1:5 нельзя, ввиду того, что повышение
^количества стружки выше этого предела сильно ускоряет коагуляцию самого золя и приводит к образованию солей нежелательной для техники водоочистки двухвалентной формы железа. Соотношения ниже 1 : 20, 1 : 25 также нежелательны, так как при очень больших количествах растворителя интенсивность процесса падает и при весовом соотношении стружки и растворителя 1 : 54 концентрация солем в растворе очень незначительна даже через 5 часов контакта. При оптимальных условиях вполне кки с растворителем 21/а—3 часа. С течением времени, как видно из кривых (рис. 268 и 269). коррозия несколько замедляется, что объясняется по Эвансу снижением ЭДС в образующейся паре при накоплении солей железа в растворе.
Оптимальная концентрация хлорной воды, подаваемой на насадку для коррозии, была установлена рядом опытов, которые показали, что при всех плотностях насадки повышение концентрации хлорной воды приводит к увеличению концентрации солей железа. До концентрации хлорной воды 1,7 г/л содержание хлорного железа в растворе прямо пропорционально концентрации активного хлора. При более высоких концентра
циях хлорной воды интенсивность коррозии падает, это отражается и на скорости выделения водорода при коррозии (см. рис. 270).
Из стехиометрических расчетов, произведенных на основании данных наших экспериментов, мы установили, что при более низких концентрациях хлорной воды получаются более полно гидролизованные формы соединений железа (табл. 58).
.достаточно время контакта железной 2200 2000
> 1800
4 ;воо
ч 1400 1200
| Ю00 | 800
. | 800
400
200
Ул 1 i/iiw%2 гъгъгъз время контакта.
------• Концентрация С1 остаточного ------□ Qi связаного v
------□ „ ре растворен З^валентн.
Fe' 2Л Валенти нет
Рис. 269. Влияние времени контакта на связывание хлора и образование коагулянта (Концентрация хлора в воде до растворения = 2.0667 г/л. Отношение веса стружки к объему растворителя 1 : 20).
Таблица 58
Зависимость состава растворов коагулянта от начальной концентрации хлор-е ной воды
Начальная концентрация хлорной воды в г/л
Соотношение хлора и железа Fe в растворе отвечает соеди нению
0,36
0,71
1,67
FeCl (ОН )а FeCl3 (ОН) FeCl (ОН) FeCl, FeCl,
Данные опытов показали, что хотя с ростом концентрации хлора в воде абсолютное содержание растворенного железа повышается, относительный выход солей железа по затраченному хлору сильно падает. Оптимальными, в отношении общего выхода соединений железа по хлору, являются концентрации хлорной воды в пределах от 1 до 3 г/л.
Явления замедления коррозии и гидролиза с ростом начальной концентрации хлора в воде нашли свое отражение в характере кривых относительного выделения газообразного водорода и относительного распределения железа в растворе и осадке (рис. 271).
Резко выраженный максимум в обеих кривых приходится . на область начальных концентраций хлора в воде около 1,5 — 1,66 г/л. Эта точка соответствует делению ибольшей розии.
Одинаковый характер этих кривых говорит о их взаимосвязи. По истечении определенного времени контакта (5 часов), устанавливается такая концентрация всех компонентов, при которой в золе не хватает воды для гидратации всех частиц и связь с сольватной оболочкой ослабляется. Вследствие этого частицы теряют свою устойчивость, быстро аггреги-руются и образуют плотный осадок. В этом же направлении действует и повышение pH раствора при накоплении в нем солей двухвалентного
железа. При определенной начальной концентрации хлорной воды относительное выделение водорода максимально, гидролиз так же протекает наиболее интенсивно, однако в растворе водородные ионы, освобождающиеся при гидролизе, связываются настолько быстро, что pH в этой области повышается. В этих условиях выеокодисперсная суспензия легко переходит в плотный осадок. Удаление железа из раствора в свою очередь приводит к смещению равновесия и т. о. к ускорению процесса коррозии.
Помимо теоретического интереса, выделение газа и выпадение осадка
1,5 1,0 15 iff 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5,0 5.5 6.0 КонренгпрациЛ 0 bode в г/л
Рис. 270. Выделение водорода при коррозии железа хлорной водой разных концентраций.
максимальному вы-водорода, т. е. на-интенсивности кор-
<00
90-
во
70
SO-
50
40
30
го
to
—Гидппт окиси жегеза 5е'иН]} в осадке в % по отношению к о5оаго6ан ойцет
— — — Гтзообразныи водород 7Н • зюабр) в % rc 1
О^НОШёниН) к Н, Зкви^[].'’8>’1ПЧОМЧ
Cl связан
Рис. 271. Влияние концентрации хлорной воды на интенсивность выделения газообразного водорода и выпадении осадка, гидрата окиси железа.
500 то 1500 2000 2500 3000 3500 ‘ЧЖ >5К 5009 5500 6000 Концентрация 01 О воде до оастворения
23 Л. А. Кульский
353
имеет также значение для практических выводов. Оба эти явления в производственных условиях получения коагулянта нежелательны.
Большое количество газа может представлять некоторую взрывоопасность и кроме того вызвать стагнацию в трубах (закупорка труб).
Выпадение плотного осадка гидроокиси железа вызывает засорение коммуникаций в аппаратуре, не говоря уже о том, что этот осадок представляет собой непроизводительную потерю железа.
Растворение железной стружки хлорной водой в динамических условиях
Получение раствора коагулянта, при растворении железной стружки проточной хлорной водой, представляет значительный интерес поскольку
даже при неизменной скорости коррозии этот метод дает возможность использования больших объемов жидкости, при относительно небольших
габаритах аппаратуры. Кроме того, коррозия в проточной жидкости, протекает несколько интенсивней, чем в жидкости неподвижной 5.
Опыты, проведенные автором совместно с П. Я. Френкель2, показали, что наилучшее соотношение концентраций остаточного хлора и коагулянта достигается при медленном вытекании струи хлорной воды. Оптимальная скорость течения хлорной воды оказалась в этих опытах равной 2 ]/2 мл/мин (при этой скорости концентрация остаточного хлора в растворе была минимальной). Время контакта хлорной воды со стружкой в этих условиях было равно 3’/2 часам, т. е. процесс коррозии протекал практически в условиях, не отличающихся от статических.
В связи с тем, что оптимальная скорость течения хлорной воды очень не велика, была
Рис. 272. Схема изучена возможность использования естественной
экспериментальной колонки для растворения железной стружки в хлорной воде.
циркуляции жидкости, возникающей в колонке за счет разности удельных весов хлорной воды и растворов коагулянта для перемешивания хлорного раствора и интенсификации таким путем процесса
получения коагулянта.
Ход процесса коррозии железной стружки, в условиях естественной циркуляции хлорной воды, исследовался при разных концентрациях хлора, разном времени контакта и различной высоте столба растворителя (высота колонки). Во всех опытах соотношение веса стружки к объему растворителя составляло 1 : 20. Колонка, где протекал процесс коррозии (рис. 272), имела в своей верхней части шарообразную воронку, в которой на сетке помещалась стружка. Хлорная вода заливалась в колонку до верхнего уровня стружки и затем циркулировала по трем трубкам вследствие возникающей при коррозии стружки разности концентраций растворов и, следовательно, разности удельных весов жидкостей. Свежая хлорная вода поступала снизу вверх к стружке по двум крайним трубкам, раствор коагулянта спускался по средней более широкой трубке в склянку, где-перемешивался со всей массой растворителя.
&&
В начале процесса, разность концентраций хлорного железа в узких и широких трубках нарастает, затем начинает уменьшаться. При высоте столба растворителя до 1 м максимальная разность концентраций составляет 30—40%, при большой высоте (170 см) она доходит до 70—80%.
Циркуляция растворителя при высоте его столба 86 см и выше значительно повышает интенсивность процесса. При контакте железной стружки с хлорной водой в течение трех часов, концентрация коагулянта достигает 2,91 г/л (в пересчете на FeCl3-6H2O) при концентрации активного хлора в воде 1,28 г/л и 5,9 г/л при концентрации хлорной воды 2,13 г/л. При контакте в течение 4 часов и концентрации хлорной воды 1,56 г/л концентрация коагулянта (в пересчете на FeCl36H2O) достигает 6,22 г/л, т. е. процесс коррозии значительно ускоряется по сравнению с коррозией в статических условиях.
Для сравнения укажем, что в неподвижной хлорной воде, содержащей 2,10 г/л акт. хлора, концентрация коагулянта достигла 5,15 г/л лишь через 5 часов контакта. Высота колонки значительно влияет на ход процесса коррозии. С увеличением столба растворителя интенсивность процесса, особенно в первое время контакта, увеличивается. При меньшем столбе растворителя коррозия приостанавливается значительно раньше. Табл. 59 иллюстрирует влияние высоты колонки на концентрацию раствора коагулянта.
Таблица 59
Зависимость концентрации раствора коагулянта от высоты колонки ври концентрации хлорной воды 1,11 г/л
Высота колонки в см Концентрация коагулянта в г/л через 3 часа контакта Концентрация коагулянта в г/л FeCl3.5HaO через 4 часа контакта
43 2,16 2,83
86 2,91 3,60
170 2,95 3,89
При одинаковой начальной концентрации хлора в воде при малой высоте столба растворителя — 43 см процесс останавливается (концентрации коагулянта в узкой и широкой трубках выравниваются) через 4—4,5 часа контакта; при высоте столба 85 см процесс коррозии также приостанавливается через 4 часа, но при этом достигается более высокая концентрация раствора коагулянта. При высоте столба —170 см и той же начальной концентрации хлора в воде процесс коррозии продолжается даже через 5 часов контакта. Практически вполне достаточной оказалась высота колонки, равная 1 м. Повышение начальной концентрации хлорной воды значительно ускоряет коррозию и увеличивает количество образующегося коагулянта.
52. Схемы установок для получения растворов железного коагулянта непосредственно на местах его потребления
Экспериментальные данные, полученные в лаборатории технологии воды Академии Наук УССР позволили автору предложить две схемы 23* 355
установки получения железного коагулянта растворением железной стружки в хлорной воде. Схему с принудительным движением жидко-ст и и с естественной ее циркуляцией.
Установка, действующая по принципу принудительного движения
хлорной воды через колонку с насадкой из стружки представлена на рис. 273.
Она состоит из хлоратора для приготовления хлорной воды и фильтра, заполненного железной стружкой. В результате контакта хлорной воды с железной стружкой образуется раствор хлорного железа, который вводится в подвергаемую обработке воду.
Работа второй установки основана на использовании естественной
циркуляции хлорного раствора в коррозийной колонке с железной стружкой. Состоит она (рис. 274) из следующих частей: ваккум-
ного хлоратора с ротационным измерителем для газообразного хлора и
Pttc. 273. Схема установки для получения хлоржелезного коагулянта с. принудительным движением жидкости.
мерником для хлорной воды (хлоратор ЛК-10, см. главу XI), промежуточного распределительного бачка для хлорной воды, и двух или нескольких контактных резервуаров, в которых протекает процесс растворения железной стружки. Установка может работать на баллонном хлоре или на хлоргазе, поступающем из хлорных ванн. Ориентировочная производительность ее до 2,5 кг/час хлорного железа (ГеСЛд.бН^О) при часовом расходе хлора 1 кг и концентрации поступающей в контактный резервуар хлорной воды от 1 до 2 г/л.
Схема установки позволяет осуществлять непрерывное получение коагулянта поочередным подключением к хлоратору контактных резер
вуаров с железной стружкой, работающих периодически. Из мерника хлоратора хлорная вода сливается в промежуточный распределительный бачок, откуда при помощи кранов направляется в включаемый в работу контактный резервуар.
Контактный резервуар Р представляет собой деревянную бочку, покрытую изнутри цементом. Вверху каждого резервуара помещается деревянный оцементированный ящик РЯ, в который загружается железная стружка. Ящик имеет внизу отверстие, закрытое решеткой, и соединенное с циркуляционной трубой РЦ, изготовляемой из керамических канализационных труб. В верхней части стенок ящика имеется ряд отверстий. Ящик и бочка сверху закрываются крышками. Образующийся вследствие коррозии в хлорной воде раствор хлорного железа, благодаря большему
удельному весу, по сравнению с окружающим раствором, опускается вниз по циркуляционной трубе, а к стружке через боковые отверстия поступают соответствующие количества свежей хлорной воды.
i Циркуляция продолжается до тех пор, пока не получится раствор коа-
^56
*гулянта должной концентрации. После этого при помощи штурвала открывают находящуюся на выпускной трубе резервуара задвижку РЗ и полученный раствор выпускают в рабочий бак. Выпуск раствора и наполнение контактного резервуара контролируется с помощью указателя уровня жидкости РУ.
Рис. 274. Схема установки для получения хлоржелезного коагулянта с естественной циркуляцией жидкости.
Во время разгрузки первого контактного резервуара и: загрузки его свежей железной стружкой, хлорная вода, получаемая в работающем вакуумном хлораторе, идет во второй контактный резервуар, чем обеспечивается непрерывное приготовление раствора хлоржелезного коагулянта.
К контактным резервуарам, а также к промежуточному распределитель
ному бачку обязательно должна быть подключена вентиляция. Относительная простота установок и технологического процесса делает внедрение их в практику ряда наших мелких водопроводов достаточно перспективной.
В местах с дешевой электроэнергией хлорное железо можно получать и электролизом поваренной соли в ваннах с железными анодами.
При электролизе раствора NaCl без диафрагмы, вследствие некоторого перемешивания электролита выделяющимся водородом, а также и за счет диффузии ионов ОН' к аноду, анолит подщелачивается и образующийся Fe (0Н)2, который частично окисляется кислородом воздуха и выпадает в осадок в виде Fe (ОН)3.
Реакции между продуктами электролиза приводят к необходимости осуществлять процесс в ванне с разделением католита и анолита, т. е. ванне диафрагменного типа.
При анодном растворении железа образуются ионы Fe” и Fc— в соотношении:
—4040,2
[Fe-] ~ ’
т. е. при анодном растворении железа образуется, главным образом,Fe--7.
С целью получения железного коагулянта в нужной для процесса коагуляции окисной форме нами разрабатывается метод окисления Fe” в Fe-” в анолите. В одном из наших вариантов был применен анод, (-оставленный из железных и угольных пластин, причем удалось получить до 40% от общего количества, перешедшего в раствор железа в видеГе-”. Регулируя соотношения плотности тока на угольном и железном анодах, можно добиться и более высокого процента окисления ионов железа до FeC 13.
Практическое использование электролитического получения коагулянта требует его тщательного изучения. Работа, проводимая нами в этом направлении, еще не закончена.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
Литература к введению
1. М о ri t z Т ranbe — Z. f. Hyg., В. 16 (1894).
2. Bruns Hugo, Gasu. Waserfach, H. 45—48 (1922).
3. Л. А. К у л ь с к и й, Сб. Науч. Иссл. Ин-та Сооружений (1930).
4. В. И. Гринберг, Водоснабжение и Сантехника, № 9 (1939).
5. Journal of the American Water Works Assosiation, v. 30, № 12, p. 2030 ,
6. H. А. Эльманович, Современные способы очистки питьевой воды (1925).
7. Санитарные правила по хлорированию питьевых вод № 168/31, НКЗ РСФСР (1929).
8. Санитарные правила по хлорированию сточных вод, № 96/В б/I НКЗ РСФСР (1930).
9. The medic, depart, of the United States army in the World War v. VI sanitation (1926).
10. A. Ueven to, Revurinternational de la Croix Rouge, 209, Mai (1936).
11. Dr. Stampe, Dr. Grosskopf u und. Gasschutz u. Luftschutz, № 7 (1938).
12. P. Д. Г а б о в и ч, Водоснабжение и Сантехника № 9, 92—101 (1939).
Литература к главе I
1. Б. А. Сасс -Тисовский, Производство хлора (1933).
2. Б. А. С а с с - Т и с о в с к и й, Ж. X. П. Л5 23 1631 (1937), № 8, 36(1938).
3. А к а д. Е. А. Ферсман, Химические проблемы промышленности (1924).
4. Euc ken, Phys. Z. 14, 323 (1913).
5. С. Я. Г е р ш, Химическое машиностроение, Л» 6 (1940).
6. Kniet sc h, Lieb. Ann. 249, 124 (1890).
7. Pellaton, J. Chem. phys., 13, 439—440 (19151
8. P. W. Adams and R. 0. Edmonds, Ind. Eng. Chem., № 4, 447—451 (1937).
9. В. Аркадьев, Ж. P. Ф. X. О. стр. 205—209 (1920). .
10. А. А. Яковов Ж. P. Ф.Х. 0. (1900).
11. R. P. Whither and I. E. Vivian, Ind. Eng. Chem. IV (1941).
12. D« vis. Ind. Eng. Chem. IX (1941).
13. Аркадьев и Волкова «Известия физ.-хим. лаборатории «Земгора», вып. 2 (1917).
14. Рос ко, Annal Lieb. 95, 357 (1855).
15. Jons, Gourn. Chem. soc., 99, 392 (1911).
16. E. В. Алексеевский, Общий курс химической защиты, т. II (1941).
17. Eule г, Wield. Ann., 36, 274 (1897).
18. В. В. Стендер, Электролитическое производство хлора и щелочей (1935).
19. Л. А. Кульский и О. К. Лебединцева, 3 6ipH. In- у XiMinno! Технологи АН УРСР, № 4, 91—118 (1937).
20. А М. К о г а п о в с к и й, Записки 1нституту XiMii АН УРСР, № 4, 581—601. (1941).
21. М. X. Hu te hin son and T.K.She r wo о d, Ind'Eng. Chem. 29, 836 (1937).
22. Ф. Э ф p а и m, Неорганическая химия ч. I (1932).
23. Gme tin’s Handbnch deranorg. ch. Chlor. 8. 67.
24. J F. Whi t e. M. С. Та у lo r and. Y.P. Vincent Ind. Eng. Chem № 7 782 -792 (1942).
25 . Carug hi and P о о 1 о n i E. P. 317716. 25.
26. Saburo. Urano I. Sue. Chem. Jnd. Jap 30, 153 (1927)
27. П о з и н, Ж. X. II., № 11, 23—30 (1932).
28. X и к к и и б о т о м, Реакция органических соединений, стр. 379 (1931).
29. И. Г у б е и, Методы органической химии, т. III, вып. 3, стр. 357, (1935).
30. М. В. Д о н и ч. Механизм действия дезинфицирующих веществ на бактери® (1939).
31. Фармацевтические препараты. Справочник, стр. 501—503 (1934).
32. F. S с h me I ke s und E. Ho ruin g Zbl.. 18; XI 17/18, 395(1935). .
33. Новые лекарственные средства, вып. 1, 18—20, (1940).
34. R. Р. W hither and I. E. Vi v i a n Ind. Chem. Л? 6 (1941).
35. H А. Шилов и К у п и н с к а я — Доклады АН СССР, т. II, № 3—4, 222 (1935).
36. Giordani, Е. М a t t i a s, Rend.Aecad.sc. Fisiehe math. Napoli. Вег. Ba, 39. 137-41 (1928) Ch. Zbl., I, 1553 (1939).
37. Fabian, Bauens, Bryan, Jensen, — Ind. Eng. Ghem., 23, 1169— 74 (1929).
38. Fn de rwo о d and E. M a c k, J. P h у s. Chem. 35, 2650—57 (1931).
Jh. Fran sic ko Rernander. Cumical Industrie, 8. 173—80 (1931).
40. i. M. К о 11 h о I f. Pharm. Weekbl., 55, 1289 (1928).
41. Rit. Bioch. Z. 210. 449 (1929).
42. J>. А. Скопинцев и Ф. JI. В a p ф о л о м e e в а, Ж. О. X. 5, 103 -11 (1932).
43. Inlia rd u. Sie ibe r sc ha t г, Bull. Soc. Chem. Belg., 37, 295—24 (1928).
44. В. Б e т г e p, Основы качественного анализа (1932).
45. I. M. Ko it ho ff Z. analyt. Chem. 50, 338—52 (1921).
46. Di t z n. Ma g.. Z. analyt. Chem., 79. 335—45, 371—88 (1930).
47. Колычева и T e й с, Ж. P. X. O., 62, 957—74 (1930).
48. Schulte, Z. and. Chem. 16, 633 (1903).
49. Г. В. Хлопни, Методы санитарных исследований (1928).
60. Ohlmuller u. Spi t ta. Die T'nte rsuchungen und Bererteilung des Wassers um des Abwassers, Berlin. 1921.
61. De not, J. pr. Ch. 59 (1853). Lunge, Berl. s. 997.
52. Rodt. Z. angew.. Ch., 37, 38 (1924).
53. Mohr-lmhrbiuh d. Ghent. analvt. Titrietrmethode, S. 323. Braun (1855).
54. T rober, Z. ang. Ch. 91, 161—66 (1932).
55. T r e a a w e 11, Winter s t e i n, L a r d y, Bel. Chim. Acta, 4. 402 (1921).
66. 'r i s c it Z. a n a 1 у t. Ch. 76, 418 (1929).
57. E. II. Il p и б ы л ь с к и й, Водоснабжение и Сантехника № 4, 46 (1936).
58. Се R.jy У. А. С. К. 165,226 (1916). Ann. Chim. analyt. 21,240.
59. Временный стандарт качества воды и инструкция по исследованию воды (1940).
60. Е ! 1 m s a. Hauser. Ind. Eng. Ch., 5, 91, 915 (1913). Muer a. Hall, J. Am.
AV. W. Ass. 19, 50 (1915).
61. A. M. К v л ь б e p г и О. К. Л e б e д и и ц e в a — Колориметрический метод совместного определения активного и связанного хлора в малых концентрациях (из неопубликованных материалов Киевек. Индустр. Ин-та).
62. К. Alt than. Finska Kemittamhundies, 36 (1927).
63. А. Ю.Герчиков- - Водоснабжение и Сантехника. А» 1. 7,5 (1938).
64. А. Н. С о к о л о в. Водоснабжение и Сантехника. Л? 12, 37(1937).
65. Б. М. В а й н in т е й ни 3. Г. Де м и д е и к о, Водоснабжение и Сантехника.
66. А. И. Сиротина. Гигиена и Санитария № 9, 27—35 (1939).
67. I. М. Ко 1; ho £( andl. Jut sy, Am. Chem. Soc., 55, 1915 (1933).
68. О. К. Л e б e д и н ц е в а , К определению малых доз серебра цефалометрическим методом (Из неопубликованных материалов Ин-та Химич. Технол. А. Н. УССР).
69. A do 1 f К го ke, D. R. Р„ 594298, 28/11 (1931).
70. G. О гп s ta i п О. С. Р. 125471, 18,9 (1930).
71. Richard Pomeroy, Harbor City and Arthur P. Bauta A. P. 2976964, 10/8 (1934).
72. M. T о в б и н и М. Фель д м а и. Ж. Ф. X., 13, 818, материалы Гидробиостанции АН УССР (1939).
73. Щукарев, Ж. Р. Ф. X. О. (1937).
Збб
Литература к главе II
1. Л. М. Горовиц - Власова, Гигиена и Эпидемиология, № 3—4.
2. М. Л. Ко ш к и я, Z. Hyg. Inf., 115, 99 (1933).
3 М. Л. К о ш к и н, J. Am. W. W. Ass. 27. А« 11, 1477—91 (1935).
4. М. Л. К о ш к и н, J. Am. W- W. Ass, 29, 1761—74 (1937).
5. С. А- Вознесенский, Физико-химические процессы очистки воды, стр. 92 j 99 (1934).
6. Rudolfs a. Ziemba, J. Bact., 419, 42 (1934).
7. Л. А. К у л ь с к и и и О. К. Л е б е д и н ц е в а, Влияние аммиака и др. добавок на хлороплоглощаемость воды, Материалы Ин-та Химич, технол. АН УССР (1939).
8. М. А. Губа р ь, Водоснабжение и Сантехника, № 3, 20—24 (1939).
9 Sco tt, Вег. of Sih. Chw. Conf, on Water Purifica;ion, p. 60, (1929).
10 Faber, J. Am. W. W. Ass., 31, № 9, 1539—60 (1939).
11. Grif fi n, J. Am. W. W. Ass, 31, № 12, 2121—29 (1939).
12. G e r s te i n, J. Am. W. W. Ass., 23, 1334 (1931).
13. К. К. Боголюбов, Санитария и Гигиена. № 8, 18—25 (1939).
14. В u г di с k, Wat. a Wat. Eng., 39, 215—16 (1937).
15. Sc hu 1 ti, Z. Ang. Ch. 16, 633, (1903).
16. Г. B.X лопин, Методы санитарных исследований (1928).
17. В. А. Я к о в е и к о, М. Л. Кошкин. Спектор, Санитарная техника № 6,. 17—22 (1933).
18. Т i 1 Iе у а. С h а р i п, J. Bact., 29, 295 (1930).
19. В гас dec k, Wat. a. Wat. Eng., 84. 433 (1931).
20. И з ъ ю р о ва и Шустова, Водоснабжение и Сантехника №7—8, 40—49 (1940).
21. А. Г. Колтунова, Гигиена и Санитария, № 4, 21 (1938).
22. В. Д. Славин, Гигиена и Санитария, № 6, 26 (1938).
23. Временное руководство по полевому водоснабжению войск РККА, 1934.
24. Ф. Ю. Р а ч и и с к и й. Химия и индикация БОВ (1940).
Литература к главе III
1. М. В. Дони ч. Механизм действия дезинфицирующих веществ па бактерии, стр. 25- 28 (1939).
2. 1 m b е а и х, Rew. Hyg. Med. Prw. 55, 696- 99 (1933).
3. Rei s s. a. Fee honey res, C. R. 8. B., 114, 1046—48 (1933).
4. А. 11. 3 а к о щ и к о в и II. А. П и х у н о в а, Ж. Пр Хим., 10, № 1,46 (1937),.
5. А. II. 3 а к о щ и к о в, Р. Г. Нежельская и Н. А. П и х v н о в а, Ж. Пр. Хим., 10. № 8, 1380 (1937).
6. Thte sh. The examination of Wat. a Wat. Supplies, p. 604—16 (1933).
7. М.П.Лапшин и С. II. Строганов. Химия и микробиология питьевых и сточных вод (1939).
8. Frank Т. Grain a S е 1 me Gotlieb Trans Kansas-Acad. sc., 38 145—48 (1935).
9. Bunau Va ri Ila, J. Am. W. W. Ass., 26, 1536—44 (1934).
10. Ca rlo sA. Saga stu me a. Arturo A.Colari Cienciasguim. La Platta, 6,37 (1929). Ch. Zbl., 11. 257 ("1931).
11. F. DienertetP. E tri Hard, C.R.,185, 621- 23 (1927).
12. Репе Одюбер, Angew. Chem. 51, 153 (1938).
13. Акад. II. П. К p а в к о в, Основы фармакологии, II. (1928).
14. С. Брилинг. Краткий курс водоснабжения (1928).
15. Г. В. X л о п и н, Учебник гигиены (1930).
16. К о р ы ш к о в с к и й. Военный зарубежник, А» 10 (1936).
17. Р. Д. Г а б о в и ч, Санитарное обеспечение полевого водоснабжения войск (1939).
18. В. А. Б а ш е н и н, Курс общей эпидемиологии (1938).
19. Lils tig, «Bolletino dell Ins titution sleroterapico, XV (1936).
20. В. П Мускат, Санитарная охрана водоснабжения, (1937).
21. A. Beck. Arch. Hyg. Bakt., 109, 177—88 (1932).
22. F. 0. Tonne y, Frank E., Greer a. g. Liebid A. Publ., Health 18, 1259 (1930).
23. Rao Sahib. T. Raghavachari, P. V. Seetharama, Wat. a. Wat. Eng., 39. 115 (1937).
24. Lutz, Z. Hyg. Inf. Kr, 197, 585 (1927).
25. Lucy Ha a tman L. 0. Pierce and. Paul Cabler, Publ. Health. Rep. 81, 1367 (1936).
26. А. Ф. В о й t к e в и ч, И. В. Н о в о п а ш е и с к и й и С. А. Несмеянов, Хлорирование питьевых и сточных вод, стр. 22—34 1931.
27. Н. Г. Ма л и ш е в с к и й, Очистка питьевой воды, стр. 226—27 (1930).
28. Н. L. Mailman a. Carry. Am. J. Publ. Health. Nat. Health., 23, 25 (1933).
29. H. W. S t re e t e r, Publ. works, 64, № 7, 19—21 (1933).
30. W. Rudolfs a. Ziemba, J. Вас t.. 27, 419 (1934).
31. A. Lo de. Arch. f. Hyg., 24, 236 (1896).
32. Gri mm. Mitteilungen aus d. Konig. P ufungsanstalt f. Wass. u. Abwass., 11—16 297 (1912).
33. Nachtigal a. M. A b I. J. Am. W. W. Ass., 26,430 (1934).
34. Б. А. С к о п и и ц е в и Ф. Я. В а р ф о л а м е е в а Ж. О. X. 5, 103-11
(1932).
35. К. К. Б о г о л ю б о в, Гигиена и Санитария, № 8. 18—25 (1930).
36. А. II. Майоров, Практика хлорирования воды (1936).
37. G. О г n s te i n и. К ru ke, Gesundhectsing, 53, 153—57 (1930).
38. W. О 1 ze n s ki , Pharm. Zentral, 71, 161—2 (1930).
39. JI. С. Колтунова, Гигиена и санитария, № 4, 21 (1938).
40. В. Д. Славин, Гигиена и санитария, № 6, 26 (1938).
41. Е n slo w, J. Am. W. AV. Ass. 5, 579—89 (1934).
42. J. H i n ma n а. К. V. В e n so n, J. Am. W. W. Ass. 21, 1705 (1929).
43. A. E. G ri f fi n, J. Am. W. W. Ass., 1631—37 (1934;.
44. H. E. Jo rdan, J. Am. W. W. Ass., 23, 1366—71 (1931).
45. Re gi n a 1 d Trautscheld. Chem. Industrie, 39, 27 (1936).
46. Jo hn so n, J. Am. W. W. Ass. 27, 382 (1935).
47. Ju li us F. Bauerman. J. Am. AV. AV. Ass. 24, 494 (1932).
48. В u rdi c k. W. a. W. Eng. 32. 215—16 (1937).
49. Временный стандарт качества водопроводной воды и инструкции по исследованиям воды. Официальное издапие НКЗдрава и НКК Хоз. (1940).
.50. П. Д. Винокуров, Техника санитарно-гигиенических исследований (1941).
Литература к главе IV
1. С. Брилинг, Краткое руководство по водоснабжению (1928).
2. А. Н. Будников, Водоснабжение (1930).
3. Ф. Ю. Р а ч и н с, к и й. Химии и ин шкация БОВ (1940/.
4. А. И. Маноров, Практика хлорирования воды (1936).
5. Rennie J. Dodd. J. Am. W. \V. Ass. 26. 760—4 (1934).
«.Carl E. Green J. Am. AV. W. Ass 26. 87ь -ЯЗ (1934).
7. А. И. Розанова, архив лаборатории технологии воды И.X. АН УССР (1940).
8. F. Р. A d a ms. G. Am. AV. AV. Ass. 25, 1 086 - 8 (1933).
9. M. П. Го штейн и А. П. Руденко. Труды Н. Неся. Ин-тов Свердловского Облздравотдела, сборник Л» 6 <1936).
10. Р. В. В о р о и ц о в, Водоснабжение и сантехника, Л? 4, 50 (1940).
11. JI. А. К у л ь с к и й и JI. С. Верен б л ю м. Применение железных коагулянтов для очистки воды (подготовлено к печати).
12. Адлер, Очищение воды по способу «Лллг-р-дпх.юрмутоиит». Перевод с голландского на правах рукописи. Институт Водоснабжения и Сантехники (1930).
13. Л. А. К у л ь с к и й А. М. К а г а и о в с к и й. А. И. Розанова, Водоснабжение и сантехника. № 1 (1941).
14. Л. А. К у л ь с к и й. О получении коагулянта на водопроводах методом хлорирования железной стружки. Материалы Пп-та Химич. Технол. АН. УССР (1939).
15. 3. М. Явич, Блеобие по санитарно-химической защите (1938).
16. А. И. Черкес. Основы токсикологии БОВ (1943).
17. Вулен и Симон. Compt. Rend. 70. 845 (1920).
18. W i Iso n. J. Am. Chem. Soc. 44, 2867 (1922).
19. P. Д. Г а б о в и ч, Водоснабжение и Сантехника. А» 9 (1939).
'20. Gi b ri n Bull, de la SoeieD S i'nt d. L'Hygiene aliment etd’alimentation rationelle de L’Homme 26, № 9 10 (1938).
21. К. Б. Леман, Профессиональная гигиена (1924).
22. Ф. Ф л гори и Ф. Ц е р в и к, Вредные газы (1938).
23. Английское наставление по водоснабжению (1937).
24 Л 3. С а б о р о в с к и й и Г. К>. Эйнштейн. Химия и токсикология БОВ (1938).
25. Za wad ski . Phzamysl. Chemienzy 1112 (1935).
28. D-r St a mpe, D-rGro sskopf u. and. Glaschut u. Luftschutz № 7 (1938).
27. E. В. Алексеевский, Общий курс химии защиты (1941).
28. History of the Grea t War Based on offocial Dokumentz London (1923).
-29. Д. IL Менделеев. Основы химии, II, 119 стр.
30. Я. А- Ф и а л к о в и М. А. М и н д л и н. Фармация № 9—10, 5—10 (1941).
31. (Работа британских инженеров во время мировой войны 1914—1919 гг. Перевод с английского, НКТП СССР.
32. L tu di n ge r, Mineil and Lebensmi ttel u. Hyg. Ber. 26, 15 (1936).
33. Инструкция по организации и работе санитарно-химической лаборатории МСС МПВО Союза ССР (Обнаружение и определение БОВ, алкалоидов и солей металлов (1942).
Литература к главе V
1. F. Р. Adams. J. Am.W. W. Ass. 25, 1086—8 (1933).
2. Л. Г. Житомирский, Двойное хлорирование питьевой воды (19341.
3. В. И. Б у н к и н, Хлорирование охлаждающей воды на тепловых электрических станциях, Госэнергоиздат (1940).
4. А. Н. М а р з е е в, А. Н. С ы с и и и В. А. Яковенко, Основы коммунальной гигиены, т. I (1936).
5. G. К га u se, Vom Wasser 7 (1932).
6. С. В. Моисеев, Новый способ обезвреживания питьевой воды (1932''.
7. Л. А. Кульский Збгрник 1н-ту Хемич. Технол. АН УРСР, № 4 (1936).
8. Л. А. Кульский, О.К.Лебединцева и О. И. Б е р ш о в а. Записки 1иституту XiMii АН УРСР. т. VIII, в. 1 (1941).
9. Н. W. Streete г. Publ. Works, 64, 19—21 (1937).
10. Р. Д. Г а б о в и ч, Санитарное обеспечение полевого водоснабжения войск (1939).
11. В. Чижиков, Краткое руководство по санитарному надзору за полевым водоснабжением войск РККА (1933).
12. С. Максименко, Военно-санитариое дело, № 9 (1936).
13. Phi lippe Bunau—Va ri Ila. Lanloja velisation imperceptible Pa sis, 126;
14. M. И. Сергеев и др. — Гигиена и санитария, № 2 (1936).
15. С. Ле бе духа, Гигиена и соцздравоохранение, № 2—3 (1932).
16. Конференция по хлорированию питьевых и сточных вод, № 1 (1934).
17. С. X. Азерьер, Информ. Бюллетень ВОДГЕО, № 6 (1933).
18. Адлер, Очищение воды по способу «Адлер — дихлормутонит», перевод с голландского на правах рукописи, Институт Водоснабжения п Сантехники (1930).
19. Л. А. Кульский и П. Б. Мориц. Укр. Хим. Жгрнал.. 9, кн. 2, 185 (1934).
20. А. Ф. Войткевич, П. В.Нввопашенный, С. А. Несмеянов, Хлорирование питьевых и сточных вод (1931).
21. Л. Ф. Комягин иС. В. Сидоров, Хлорирование воды на ж. д. станциях. (1939).
22. А. А. Б о й к о, Труды военно-морской Медицинской Академии т. 1, 164—179 (1941).
23. Я. В. Красовская, Э. К. Форет и Н. А. Шагурина, Гигиена и Санитария, № 1 (1933).
24. Л. А. Кульский и Ю. М. Г л а з м а н. Укр. Хим. Журнал, 9, кн 2, стр. 193 (1934).
25. В. Т. Т у р ч и н о в и ч, Улучшение качества воды, Водоснабжение промышленных предприятий и населенных мест. Стройтехиздат. ч. III (1940).
Литература в главе VI
1. В. В. Лебедев и А. М. Мягков, Гигиена и Санитария № 5 (1937).
2. Н. Н. Богданов, Водосиабжеиие и санитарная техника, 9, 23 (1941).
3. Л. А. Кульский, Автоматический дозатор струйного типа для обезврежива-иия воды (руков. подг. к печати).
4. В. Ф. Кожинов, Водоснабжение в Соединенных Штатах Америки (1937).
5. В. Т. Т у р ч и п о в и ч. Улучшение качества воды (1940).
6. Л. Ф. К о м я г и н, С. В. Сидоров, Хлорирование воды на железнодорожных водопроводах (1939).
7. II. В. Новопашенный, Установка для дезинфекции воды хлорной известью (1937).
Литература к главе VII
1. G. Ornstein Patentschr. ЗМ» kl. 85a, 97.
2. Fournier Patentsch № 108 049 k1. 47 (1900).
3. А. И. M а й о p о в, Практика хлорирования воды (1936).
4. H. А. Эль м а и о в и ч, Современные снособы очистки воды (1925).
5. В. И. Закате в, Типы хлораторов для обезвреживания воды (1931).
6. А. II. W a dd i n g t о n J. Wat. a. Wat. Eng. 37, № 444 (1935).
7. В. Ф. К о ж и н о н, Водоснабжение в Соединенных Штатах Америки (1937)..
8. G. О rn st е i n Patentschr. А» 288517 kl 85а Sr. 7.
9. Н. Т. Мали in е в с к и й, Очистка питьевой воды (1930).
10 J. Wat. a. Wat. Е ug. 36, IV, 431; 8, 181 (1934).
11. А. П. Георгиевски й, Гигиена и Санитария, № 1 (1938).
32. А. Ю. Герчиков, Водоснабжение и Сантехника № 4, 75 (1938).
33. Son de у J. Am. W. W. Ass. X 11, 1742 (1936).
14. А. Ф. В о й т к e в и ч, II. В. Н о в о и а ш е и и ы й, С; Д. Несмеянов, Хлорирование питьевых и сточных вод (1931).
Литература к главе VIII
1. Н. А. Э л ь м а н о в и ч. Современные способы очистки питьевой воды (1925).
2. Б. М. Реме <• и и ц к и й. Хлораторы, их конструкции и эксплоатации (1934).
3. В. И. Закатов, Типы хлораторов для обезвреживания жидким хлором. (1931).
4. Л. А. К j лье к и и, Сборник КФИС’а (1930).
5. Л. А. Б у л ь с к и й, Авт. свид. № 29794, кл. 85 в. 1.
6. Л. А. К у л ь с к и й. Стационарный хлоратор (1934).
7. Б. М. Р е ч е с н и ц к и й, Авт. свид. № 35080. кл. 85. в. 3.
8. А. И. Майоров, Практика хлорирования воды (1936).
9. Л. А. К у л I, с к и й, Авт. свид. № 33857. кл. 85. в. 3.
3 0. Б. М. Р е м е с и и ц к и й, Водоснабжение и Сантехника. N (1938)
11. И. П. О в ч и и к и н, Водоснабжение и Сантехника Aft 3 (1940).
12. Л. А. К у л веки й, Авт. свид. А» 33911, кл. 85, б. 3.
13. Л. А. К ул ьс к ц й. Санитарная техника А» 1 (1935).
14. Д. Пери, Спутник инженера-химика. (1937).
15. В. Т. Турчинов и ч, Улучшение качества воды (1940).
16. Н. Н. К у з н е ц о в, Водоснабжение и Санитарная техника, № 10(1939).
17. Л. А. К у л ь с к и й. А. М. К агановекий, И Т Г о р о н о в с к и й, Б вопросу о компенсации тепла, затрачиваемого на испарение хлора из баллонов (подг. к печати).
18. Г. В ю и ш, Регуляторы количества и давления (3932).
19. А. С. Я с т р ж е м б с к и й, Техническая термодинамика (1931).
20. В. В. Сушков. Техническая термодинамика (1938).
21. Л. А. Кул ь с. к и й). <) гидродинамическом и механическом расчете хлораторов (подг. к печати.
22. Н ii t е, Справочник ч. I и ч. II (1938).
23. М. К. Ж о х о в с к и й, В. Н. Ра л у чихи н, Измерение давления (1938).
24. Л. Я. Л у к и и. Манометры (1938).
25. К. С. Заре ч б о, Измерение газовых потоков (1937).
26. К. В. Ч м у т о в, Техника физико-химического исследования (1937).
27. М. М. Дубини н, Физико-химические основы сорбционной техники, (1932).
28. Я. М. Рублиште й и. Нормы (правила) измерения расхода жидкости, ia-зов и пара при помощи дроссельных приборов (1938).
29. Э. О у е р, И терение воздушных потоков (1935).
30. Л. А. К у л ь е к и й. II. П. Ла л ю га и ц к и й, Г. М. М и т и л п н о, 36ip-ник 1н-ту ХЬпч. технол. Aft 4 АП УРСР (1937).
•31. л. А. Кульский. М. О. Ш е в ч е н к о, И. Т. Г о р о н о в с к и й, Записки 1нституту XiMii № 4, АН УРСР (1940).
32. К. И. Шалопутин, Измерение расхода жидкостей, газов и паров по методу перепада давления (1934).
33. К. Ф- Антииов, Точная индустрия № 4 (1939).
34. Л. А Кульский, М. А. Шевченко, И. Т. Г о р о и о в с к и й. Методы расчета газоотдач хлора и других газов с помощью измерителей типа ЛК (подг. к печати).
35. Л- А. К у л ь с к и й, М. А. Шевченко, И. Т. Гороновский, Отмеривание малых количеств хлора (подг. к печати).
36. О. X о у г е н и К. Ватсон, Физикохимические расчеты в технике. .
37. С. Д- Восков, Технологические расчеты (1940).
38. А. В. Раковский, Введение в физическую химию 11938).
39. Я. М. В р а й н е с. Процессы и аппараты химических производств (1939).
40. В. X. Уокер и др. Типовая химическая аппаратура (1935).
41. Whitman. Chem. a. Met. Eng. 29, 146 (1923).
42. Lewi s and Whi tman. Ind. Eng. Chem. 16, 1215 (1924).
43. Я. Д. 3 e л ь в e н с к и й, П. М. Жаворонков и др. Ж. X. П. т. XII, 47 (1935).
44. Я. Д. Зельвенский, Ж. X. П. т. XIV, 292 (1937).
45. S. Myamo to, Bull. Chem. Soc. lapan 78, 388 (1932); 8, 316 (1933).
46. Б. M. Аше. Отопление и вентиляция, ч. II (1936).
47. В. А. Варганов и Т. М. Г р и г о р я н. . Приборы для сжигания жидкого топлива, кн. 1 и 2 (1932).
48. К. М. Малин и др. Технология серной кислоты и серы (1941).
49. А. Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии (1941).
50. И. О. Лобов и Поликарпов. Увлажнительно-промывные распылители для промышленной вентиляцип (1934).
51. Л. А. Кульскпй, О. К. Лебединцева. Збгрн. Ih-tv Х1м1ч1 технол. № 4 АН УРСР (1937).
52. Л. А. Кульский, А. М. Кагановский, О. К. Лебединцева, М. А. Шевченко, И. Т. Гороновский, Е. П. К о с т р ю к о-в а, Интенсификация смесительного устройства ЛК (отчет по теме Института химии АН УССР 1939).
'53. Л. А. Кульский, И.Т.Гороновский, М. А. Шевченко, ЖХП, № 23 -24 (1941).
54. Н. А. Ржаницын. Водоструйные насосы (1938).
55. Сборник физических констант (под редакцией проф. Я. Г. Дорфамана и проф. С. Э. Фриша (1937).
56. Н й t te — справочник (1935).
57. В. А. Добровольский. Детали машин (1939).
58. И. И. Б о б а р ы к о в. Детали машин (1932).
59. Н. П. Иванов. Сопротивление материалов (1942).
60. 0. П. Тимошенко. Курс сопротивления материалов (1932).
61. В. А. Майзе л ь. Справочное руководство по машиностроению (1937).
62. В. А. Темкин. Контроль работы котельных установок, ч. 2 (1931).
63. М. К. Ж о х о в с к и й и В. Н. Разумихин. Измерение давления (1938).
64. Материалы по испытанию серебряных манометров ВНИХМ’а.
65. Л. А. Кульский и И. Т. Гороновский. О применении для измерения хлора бурдоновских манометров с серебряной пружинкой (подгот. к печати).
66. Н. Н. Грацианский. Зап. 1н-ту XiMii. т. V. вып. 4 (1938).
67. N. В. Pilling and. А. Е. Be dwo ith. J. Inst. Met. 29. 577 (1929).
68. Л. А. К у л ь с к и й и О. К. Лебединцева, О хлороустойчивости некоторых металлов и сплавов, Архив И. X. АН УССР (1939).
69. Л. А. К у л ь с к н й п И. Т. Г о р о н о в с к п й, Хлороустойчивость серебряных покрытий (подг. к печати).
70. Л. А. К у л ь с к и и п Е. П. Кос трюков а, Хлороустойчивость некоторых пластмасс. Архив. II. АН УССР (1940).
71. К. И. Ващенко, Лит. Дело № 4—5, стр. 54 (1940).
72. Нестеров. Борьба с коррозией металлов, Со. (1933).
73. М. В. Бороду л и н, Борьба с ко2>розией металлов, Со. (1933),
74. TO. Г. Эван <•. коррозия, пассивность и зашита металлов (1941).
75. G. Т a m ma n mid W. Koster Z. anorg. Chem. 123. 196 <1922).
76. В. В. Стендер, Электролитическое производство хлора и ше.К'чей (1935).
77. Г. Фрейтаг, Материалы для изготовления химической аппаратуры (1933).)
78. М. Б. Б о р о д у л п н, Химическое разрушение материалов (1935).
79. V. К о h 1 sc h ii tern Б. К га h е n b it h 1 Z. Elektrochem. 29,570 (1923).
80. M. И. Фер б еров, Хим. Машиностроение 6.39 (1936).
81. Ре ters, Korr. u. Met. 14, № 8—9, 258 (1938).
82. Антонов. Хим. Машиностроение, А» 4, 21 (1936).
83. В га 1 i е г а. 'Г ho m so n, Т ans off Jnsto Rubber Ind 14, № 3, 162 (1938).
84. В. M и л ь к о в. Каучук, и Резина, (реф.) № 2, 86 (1936).
85. 8 а 1с h о w и Wu 1 fo n g h о If. Chem. App. 23 № 2 0 422 приложение Weitsb. u. Kerr. 412,86 (1936).
86. В. M и л ь к о в, Каучук и Резина (реф.) А» 2, 93 (1938).
87. A. We i th, Ind. Eng. Chem. 29 X» 4, 380 (1937).
88. Ц ы 6 а с о n и Раск it и а, Обмен опытом № 9, 16 (1939).
89. Ni Isen, Каучук и Резина, X» 2, 225 (1936).
90. Н а у d е п. Ж. резин, пром. А» 8, 250 (1933).
91. Т те stone Type and Rubber Со Ch. Zbl. I, 3891 (1938).
Литература к главе IX
1. Б. М. Ремесницкий, Хлораторы, конструкции и эксплоатация (1934).
2. Л. Ф. Комягин и С. В. Сидоров, Хлорирование воды на железнодорожных водопроводах (1938).
3. Л. А. Кульский, Стационарный хлоратор ЛК-3 (1936).
4. Л. А. К v л ь с к и й, Стационарный хлоратор ЛК-6 (руководство, подготовлено к печати).
5. Л. А. Кульский, Хлоратор ЛК-7 увеличенной производительности (руководство, подготовлено к печати).
6. Л. А. Кульский. Мановакуумный хлоратор ЛК-8 простейшего типа (руководство, подготовлено к печати).
7. Л. А. К у л ь с к и й, Газодозатор ЛК-7 (руководство, подготовлено к печати).
8. П.В. Моз ж у х и н и М. П. Сергее в, Специальные установки по хлорированию и дехлорированию воды большими дозами (1943).
9. И. Н. Кузнецов, Водоснабжение и Санитарная техника А» 10 (1939).
10. Л. А. Кульский, А. М. Кагановский и И. Т. Гороновский, К вопросу о компенсацпи тепла, затрачиваемого на испарение хлора из баллонов (подготовлено к печати).
11. Л. А. Кульский. Автор, свид. № 30976, кл. 85 В. 3.
12. Л. А. Куль е к и и. 36ipn. JXT АН УРСР, А? 4 (1937).
13. Б. М. Р е м е с н и ц к и й, Авт. свид. № 42475 кл. 85 б, 3.
14. А. Н. Соколов, Водоснабжение и Сантехника № 12 (1937).
15. Г. М. Вайнштейн и 3. Г. Демиденко, Водоснабжение и сантехника № 8 (1939).
16. А. И. Сиротина, Гигпена и Санитария 9, 27—35 (1939).
17. В. Н. Миха й л о в, Автоматика и Телемеханика А« 3, 3 (1937).
18. Л. А. К у л ь с к и ii, Материалы Пн-та Химич. Технол. АН УССР (1939).
Литература к главе X
1. Р. Д. Габович, Санптарное обеспечение полевого снабжения войск (1939).
2. Р. Д. Габович, Военпо-санитарное дело А» 9 (1935).
3. Л. А. Кульский, Автор, свид. № 42474, 85 В-3.
4. Л. А. К у л ь е к и й, Переносный порционный хлоратор ЛК-4 (1936).
5. Б. М. Р е м е с н и ц к и й, Автор, свид. А» 35020, кл. 85 В-3.
6. Л. А. Кульский, Автор, свид. № 42474, 85 В-3.
7. Л. А. Кульский, Аппаратура для хлорирования воды (хлораторы) (1936).
8. Л. А. К у л ь с к и й, Переносный хлоратор порционно-непрерывного действия ЛК-5 (1936).
9. Р. Д. Габович, Химический набор к хлоратору ЛК-4 (1936).
10. И. Ф. Александров, Военно-Санптарное дело (1937).
Литература в главе XI
1. В. А. Углов, Теория и практика хлорирования воды (1930).
2. Ф. Эфраим, Неорганическая химия ч. I (1933).
3. Л. А. Кульский и В. М. Саввина, О бактерицидном эффекте гипохлорита натрия, полученного электрическим путем (подготовлено к печати).
4. А. Н. Waddington. J. Wat. a. Wat. Eng, 37 444 (1939).
Ь. В. Ф. Кожинов, Водоснабжение в США (1937).
6 Р. Д. Г а б о в и ч. Санитарное обеспечение полевого водоснабжения войск (1939).
7. Б. А. Сае с-Т и с о в с к и й, Производство хлора (1933).
8. Ю. В. Б а й м а к о в, Электролиз в металлургии (1936).
9. Ю. В. Б a it м а к о в п Б. В. Дроздов. Химико-технический справочник ч. V, Электрохимическая промышленность (1932).
10. Ullmann. Encyclopadie der technischen Chemie t. Ill (1929).
11. Ж. Биллитер, Технический электролпз хлористых солей щелочных металлов (1930).
12. В. В. Ст ей дер, Электролитическое производство хлора и щелочи (1935).
13. Геста А н г е л, Электролиз хлористых солей в ваннах с диафрагмой (1935).
14. Л. С. Г е и и н, Производство хлора (1938).
15. В. С. К у з н е ц о в, Электролитическое получение хлора (1939).
16. В. Т. Т у р ч и н о в и ч, Улучшение качества воды (1940).
17. 0. 0. Ш р а tt б м а н, Производство бертолетовой солп и друих хлоратов (1936).
18. Л. А. Кульский п 11. Т. Гороновский, Установки для электролитического хлорирования воды, работающие на местном сырье (подготовлено к печати).
19. Muller und Корре Z. f. Elektrochem. 18. 421.
20. Л. А. К у л ь е к и й, Электролитическое хлорирование воды в полевых условиях (подготовлено к печати).
21. V. Engelhardt. Chem. Ztg. s. 573 (1911).
2'2. Л. А. К у л ь с к и й. О. К. Л е б е д и н ц е в а, и О. И. Бершова, Записки Ihctht. XiMii А. УССР. VIII, вып. I. 104(1941).
23. Л. А. Кульский, В. М. Саввина, Е. П. Соловьева, О свойствах электрокатадипового серебра (подготовлено к печати).
24. Л. А. Кульскпй, И. Т. Гороновский Руководство к установкам для электролитического хлорирования воды КГ-11 и КГ-13 (1943).
25. Л. А. К у л ь с к и й, II. Т. Г о р о н о в с к и й, Руководство к периодически действующей гипохлоритной установке для электролитического хлорирования воды КГ-14 (подготовлено к печати).
26. Ж. Биллитер, Новейшие достижения технической электрохимии (1934).
27. Н. С. Га р денин, Ж. X. П. Л» 9, 58 (1932).
28. К. 0. 3 а р е м б о, Измерение газовых потоков (1937).
29. В. И. Бу и к и н, Хлорирование охлаждающей воды на тепловых электрических станциях (1940).
30. П. В. Мозжухин и М. П. Сергеев, Специальные установки по хлорированию и дехлорированию воды большими дозами (1943).
31. С а л и й Ж. X. П. № 17 (1929).
32. Л. А. Кульскпй, II. Т. Гороновский, М. А. Шевченко, Хлорные ванны для электролитического хлорирования воды (подготовлеио к печати).
33. Л. А. Кульский, Полевой электролитический хлоратор ЛК-16 для обезвреживания воды (1944).
34. Л. А. Кульский, Электрокатадиновое серебро и его применение (1944).
35. Л. А. Кульский, Полевой аппарат ЛК-12 для обезвреживания воды (подготовлено s печати).
Литература к главе XII
1. Л. А. Кульскпй, О получении коагулянта на водопроводах методом хлорирования железной стружки. Материалы Ин-та Химич. Технол. АН УССР (1939).
2. Л. А. К у л ь с I,' пи и П. Я. Ф р е н к е л ь, О получении коагулянта методом контактирования железной насадки с хлорной водой. Материалы Ин-та Химии АН УССР (1943).
3. Л. А. К у л ь с к и й, П. Я. Френкель, Получение хлоржелезного коагулянта из железной стружки при естественной циркуляции хлорной воды.
Материалы Ин-та Химии АН УССР (1943).
4. Л. А. К у л ь с к ий и И. Т. Г о р о н о в с к и й, Установка для получения хлоржелезного коагулянта естественной циркуляцией растворителя (Подготовлено к печати).
5. Ю. Р. Эван с, Коррозия, пассивность и защита металлов (1941).
В. В. Стендер, Электролитическое получение хлора и щелочи (1935).
ПРИЛОЖЕНИЕ I
АНАЛИЗ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Определение физических свойств воды
Температура
Температура воды может быть определена непосредственно в источнике или в сосуде (сразу же после его наполнения), обыкновенным химическим термометром с делениями на 0,5° при быстром отсчете и записи показаний.
Лучше определять температуру специальным термометром с грузом; шарик , такого термометра погружен в стаканчик или обернут толстым слоем ваты или пакли для защиты от быстрых изменений температуры.
Прозрачность
Прозрачность воды стоит в обратной зависимости от находящихся в ней взвешенных веществ.
Прозрачность воды определяется «по кресту» в приборе, состоящем из стеклянной трубки диаметром в 3 см, градуированной по высоте на сантиметры; нижний конец трубки закрыт пробкой со спускным отверстием и зажимом. На пробке помещается белый фарфоровый диск с нанесенными на него черными линиями в виде креста и 4 черными точками в квадратах. Трубка наполняется водой. Момент исчезновения из виду 4-х точек при отчетливой видимости штрихов креста характеризует степень или величину прозрачности воды, выражаемой в см высоты водяного столба. Определение прозрачности следует производить сразуже после выемки пробы, так как она сильно меняется во времени.
При содержании взвешенных веществ менее 2 мг/л определение прозрачности становится затруднительным из-за необходимости применения трубок большой длины, ь таким случае определяется величина обратная прозрачности — мутность воды.
М утность
Мутность воды обусловливается присутствием взвешенных частиц глины, ила и органических взвесей. Во время коагуляции, применяемой для очистки воды, мутность может быть также вызвана наличием мельчайших хлопьев коагулянта.
Все эти частицы часто достигают коллоидных размеров.
Определение мутности состоите сравнении мутности испытуемой воды со стандартами, приготовленными из инфузорной земли или каолина.
В лабораторных условиях мутность определяется в мутномере Бейлиса и выражается в мг/л. Сущность определения состоит в пропускании синего света снизу вверх через плоское дно стеклянных цилиндров, длиной в 750 мм и диаметром в 23—30 мм, при одновременном боковом освещении белым светом. При отсутствии мутности (мутность =0), например, в дестиллированной воде виден только синий цвет дна цилиндра. Исследуемая вода, налитая в один из цилиндров до краев, сравнивается с дестиллированной водой пли стандартом.
Перед определением стандартные суспензии следует взбалтывать.
Особенно удобно вместо жидких образцов пользоваться стеклянными эталонами, приготовленными из желатины и замутняющего вещества,например, BaSO<> по жидким шаблонам. Набор этих стекол, вставленных в тарированные отверстия|деревянного диска, дают шкалу мутности. Их приближают поочередно к цилиндру с дестиллированной водой и сравнивают с исследуемой водой. Шкала эта действительна только для данного прибора и светосилы лампы, при которой она составлена. Для воды высокой цветности (выше 1 американских градусов) на стекло диска с дестиллированной водой накладывается жел* тый светофильтр.
24 д, д. Кульский 369
Для характеристики служат определения: совершенно прозрачная, слабая опалесценция, тонкая взвешенная муть, грубая взвешенная муть.
Осадок
После определенного отстаивания (через 1—2 часа) можно характеризовать выпадающий в исследуемой воде осадок.
Осадок характеризуется качественно (мелкий, хлопьевидный, песчанистый, волокнистый, с посторонними включениями); по цвету (белый, слабожелтый, бурый, черный и но количеству (нет, ничтожный, незначительный, значительный, большой).
Цветность
Цветность воды определяется колориметрически но сравнению с платино-кобальтовым основным раствором или бихромато-кобальтовой имитацией такого раствора.
Платпно-нобальтовый раствор готовится из 1,246 г хлорплатипата калия (K2PtClJ> растворенных в 300 мл дестиллированной воды, и 1,01 г хлористого кобальта (СоС1а.бНаО)> растворенных в 100 мл дестиллированной воды.
К смеси этих растворов добавляют 100 мл соляной кислоты (уд. вес 1,12) и доводят дестиллированной водой объем до 1 л. Этот «основной раствор», содержащий в 1 л 500 мг ила-тины и 250 мг кобальта, принимается за 500 единиц или американских градусов цветности.
Шкала цветности готовится путем разбавления разных количеств мл основного раствора до 100 мл дестиллированной воды.
Бихромат-кобальтовая имитация основного раствора готовится путем растворения 0,0875 г бихромата калия и 3,0 г сульфата калия (содержащего 7 молекул воды) в 1 л дестиллированной воды, подкисленной серной кислотой (1 мл крепкой серной кислоты, удельного веса 1,84 на 1 л воды). Раствор этот также отвечает 500 градусам цветности. Шкала цветности готовится таким же образом, как описано выше, только для разбавления в этом случае берется также подкисленная серной кислотой вода.
Определенпе цветности в 100 мл исследуемой воды, предварительно отфильтрованной или отцентрофугированной, производится при сравнении с эталонами на белом фоне в отраженном свете. Более точное определение цветности производится при помоши калориметра в проходящем свете.
В походных условиях цветность исследуемой воды определяется качественно, одновременно с прозрачностью и характеризуется следующими условиями определения: без цвета, едва заметный желтоватый оттенок, слабо желтоватая, желтая, бурая и т. д.
Запах
Запах исследуемой воды определяется в эрленмейеровской колбе при нагревании до 40—50°. Неприятный запах воды может быть обусловлен наличием продуктов гниения органических веществ, фенолов, сероводорода и в результате присутствия в воде некоторых ОВ. Обычно при наличии неприятного запаха прежде всего делают пробу на сероводород, подвесив в горло колбы бумажку, смоченную подщелоченным раствором уксуснокислого свинца, которая при наличии сероводорода темнеет вследствие образования сернистого свинца.
Фенол в воде определяют качественно добавлением в пробирку с пробой нескольких мл 0,5%-ного раствора хлорного железа. При наблюдении сверху, при очень малых количествах фенола появляется фиолетовое окрашивание, при больших количествах — красное. Можно также определять качественно в воде фенол, используя его способность к образованию сильно-пахнущих соединений с хлором. При добавлении к пробе хлорной воды из расчета 0,5 мг хлора на 1 л и нагревании в присутствии фечюла, появляется специфический аптечный запах, при предположении по запаху наличия ОВ в воде, определение их производится в соответствии с методикой, описаннох! в приложении Ш.
Вкус
Для определения вкуса вода7 должна быть предварительно обезврежена фильтрованием через бактериологический фильтр пли нагреванием до 95°.
Дегустацию лучше всего производить при комнатной температуре. Ее результаты отмечаются начальной буквой названия привкуса: солоноватый — «с», горьковатый — «г», вяжущий —• «в», терпкий — «т», неприятный — «н», затхлый — «з».
Интенсивность привкуса отмечается по 6-балльдод системе ^от 0 до 5 баллов).
Химическое исследование воды
Активная реакция (pH)
Активная реакция среды или ковцентряция свободных ионов водорода обусловливает характер и интенсивность большинства физико-химических процессов (коагуляция, осаждение, коррозия, растворение), а также биологических процессов.
Наиболее удобно, особенно в походных условиях, определять pH воды колориметрическим прибором Михаэлиса, или ио методу Джиллеспи с применением цветных эталонов К. К. Барсова. В этом случае пользуются четырьмя индикаторами (мстилрот, бромнрезол-пурпур, фенолрот, тимолбляу), которые дают возможность определять pH в интервале 4,05—9,75. Цветные стеклянные эталоны компаратора приготовляются из комбинации окрашенных в основные тона стекол (путем наложения) или из одного стекла (окрашенного подобранной краской), при сравнении с приготовленной жидкой сравнительной шкалой. При приготовлении этой шкалы 22 пробирки (объем 5 см3, диаметр 1,4—1,5 см) располагаются в два ряда. В пробирки первого ряда вносят по одной капле (для тимолбляу — 2 капли) 0,1 %-ного раствора едкого натра; в пробирки другого ряда по одной капле N,40 раствора соляной кислоты (для крезолрот и тимолбляу по одной капле 1 %-ного раствора кислого однозамещенного фосфата КН2РО,).
В пробирки первого ряда со щелочной средой вносят последовательно 1; 1,5 ; о... до 9 капель индикатора, в пробирки второго ряда с кислой средой вносят индикатор в обратном порядке от 9 до 1 капли и таким образом в каждой паре пробирок содержится по 10 капель индикатора. Затем во все пробирки наливают до метки (до 5 мл) дестиллированной воды, дважды перегнанной и перекиляченой. Щелочные растворы индикатора разбавляются до 25 мл.
В зависимости от концентрации индикатора в кислой и щелочной среде, можно полечить в серии парных пробирок шкалу различных переходных оттенков, отвечающих различным значениям рН^Цля этой цели применяются индикаторы следующей концентрации: мстилрот —0,01%, бромкрезолпурпур— 0,02 %, фенолрот— 0.01 %, тимолбляу — б.(>2"/0.
Эти индикаторы приготовляются растиранием с 0,1 нормальным раствором щелочи в агатовой ступке.
На 0,1 данного индикатора прибавляют 0,1 норм, раствор щелочи в таких количествах:
для метилрот ...............7,4 мл,
» бромкрезолпурпур.........3,7 »
» фенолрот.................5,7»
» тимолбляу................4.3»
Для употребления растворы разбавляются дестиллированной водой в 20 раз для концентрации в 0,02% и в 40 раз для 0,01 %.
pH находят из эмпирической табл. 1.
Шкала индикаторов для определения pH
Таблица 1
Уэ 'l Количество нацель индикатора Метилрот Бромкрезолпурпур Фенолрот Тимолбляу
в щелочной среде в кислой среде
1 9 4,05 5,3 6,75
1,5 8,5 4.25 5,5 6,95 8,65
2 8 4,4 5,7 7, 1 8,2
3 7 4,6 5,9 7,3 8,4
4 6 4,8 6,1 7,5 8,6
5 5 5,0 6 ,3 7,7 8,8
6 4 5.2 6,5 7,9 9,О'
7 3 5,4 6,7 8, 1 9,2
8 2 5,6 6,9 8,3 9,4
8,5 1,5 5,75 7,0 8,45 9,55
9 1 5,95 7,2 8,65 9,75
в походных условиях реакцию воды можно примитивно определить путем сравнения окраски лакмусовых бумажек, погруженных в дестиллированную воду и испытуемую. В случае явно щелочной реакции делают пробу с фенолфталеином, в случае явнокислой— с метилоранжем.
Растворенный в воде кислород
Определение растворенного кислорода является важной составной частью химического анализа воды, недостаточное количество кислорода или полное его отсутствие указывает на наличие загрязнений, поглощающих из воды растворенный в ней кислород. Тан как растворимость газов в воде зависит от температуры и атмосферного давления, определение следует делать непосредственно после отбора пробы и всегда одновременно с отбором последней определять температуру воды.
Отбор пробы и перенос ее в склянку следует производить осторожно, чтобы в склянку не попали пузырьки воздуха. При взятии проб на небольших глубинах, склянки предварительно заполняются углекислотой, помешаются в металлическую оправу и закрываются каучуковой пробкой. На определенной глубине пробка выдергивается, склянка наполняется водой, вынимается на поверхность и закрывается стеклянной пробкой.
Если проба отбирается из крана (или из батометра), на кран надевается каучуковая трубка, которую опускают на дно кислородной склянки и, после вытеснения трехкратного объема волы из склянки (предварительно ополоснутой), ее наполняют водой и немедленно закрывают стеклянной пробкой.
Определение растворенного в воде кислорода по методу Винклера
Растворенный в воде кислород определяется но методу Винклера иодометрически при помощи хлористого марганца и щелочи в соответствии со следуюфй реакцией:
2 МпС1а 4- 4 NaOH = 2 Мп(ОН)2 4- 4 NaCI.
Под влиянием растворенного в воде кислорода гидрат закиси марганца переходит в гидрат окиси марганца
2 Мп(ОН)3 + О-ЬНзО = 2 Мп(ОН)8.
Осадок гидрата окиси марганца при подкислении соляной кислотой переходит в хлорный марганец, соединение, легко распадающееся на хлористый марганец и хлор.
2 Мп(ОН)3 4- б НС1 = 2 МпСЬ + 6 Н3О
2МпС1з — 2MnCl>+Cls..
Выделяющийся в количествах, эквивалентных кислороду, хлор оттитровывается иодометрически.
2KI 4- Cl3 = 2 КС! 4- 13
2 NasS^Oa 4~ 2 Nal 4~ NasSiOe*
В склянну емкостью 200—250 мл, наполненную доверху исследуемой водой, вносят пипеткой на дно последовательно 1 мл 42,5%-ного раствора хлористого марганца МпСЬ«4Н2О* и 1 мл смеси едкого натра с иодистым калием. Смесь эта приготовляется растворением 500 г NaOH или 700 г КОП и 135 р Nal плп 150 г KJ на 1 л дестиллированной воды.
Затем склянку осторожно закрывают пробкой и несколько раз тщательно взбалтывают. Отстоявшийся осадок растворяют прибавлением 2—3 мл крепкой серной или соляной кислоты, затем склянку снова взбалтывают, содержимое ее приливают в эрленмей-еровскую колбу, тщательно трижды промытую дестиллированной водой. Выделившийся иод титруется с сантинормальным раствором гипосульфита, титр которого предварительно установлен по точно сантинормальному раствору хромпика илп по титрованному раствору иода.
1 мл точно сантинормального раствора NasSaO, отвечает 0,08 мр О2.
Расчет производится по формуле:
т. 0-08-n*1000/c / X
Количество кислорода=----------------иг/л> где п — числ0 мл'Г00раствора Na’s“Oj.
пошедших при титровании,
* Вместо раствора хлористого марганца можно применять 48% раствор MnSOv4 НаО. 372
к — коэфициент поправки гипосульфита,
V — объем склянки,
у— объем влитых реактивов.
Для выражения кислорода в куб. см при 0° в 760 мм давления, в формулу вместо величины 0,08 подставляется величина 0,055825.
Абсолютное содержание кислорода при обследовании водоемов можно переводить в проценты насыщения кислородом по следующей формуле:
тп-100
% насыщения ——-—,
где; тп__равно найденному количеству кислорода, а п— растворимость кислорода в 1 л
при данной температуре, приведенная к нормальным условиям температуры и давления (величина эта берется из таблиц).
Видоизмененное определение растворенного в воде кислорода по Ридель-Стюарту
В присутствии легко окисляющихся веществ (нитриты, закисное железо, сернистые соединения и др.) определение производится с предварительной обработкой исследуемой воды марганцевокислым калием и удалением избытка последнего щавелевой кислотой или щавелевокислым калием.
Дозировка КМпО4 и К2С«Оъ2ПвО устанавливается при постепенном добавлении небольших порций атнх реактивов к параллельной ориентировочной пробе.
После обработки основной пробы уже установленными количествами перманганата в щавелевокислого калия, проп.чнолится определение по Винклеру, причем щелочной раствор иодисто-водородной соли прибавляется в тройном количестве.
Видоизменение метода при наличии в воде свободного хлора или солей хл орноватистой кислоты
В водах, содержащих свободный хлор или хлорноватистокислые соли (после хлорирования), при определении растворенного кислорода, в пробу предварительно добавляют 1 мл 10°/<гвой HtSO< и нормального раствора KI или Nal.
После взбалтывания, выделившийся иод титруется 0,05 N раствором сернистокислого натрия (Na2SO3) в присутствии крахмала.
После обработки с заранее установленными дозами, производится обычное определение по Винклеру с прибавкой несколько больших количеств щелочного раствора иидисю-водородвой соли (1,1—1,3 .мл вместо 1 мл).
Приблнм< гитов количественное определение кислорода
Для определения растворенного в воде кислорода разработан удобный приблия:енный метод, основанный на образовании окрашенных соединений при окислении кислородом амидола (диамннофенолгидрихлорида). Для определения необходимы следующие реактивы: 1' амидол; 2) 75 %-ный раствор лимоннокислого натрия; 3) 30,4% раствор лимонной кислоты; 4) буферная смесь—1 объем раствора лимоннокислого натрия смешивается с 1 объемом раствора лимонной кислоты.
Кроме того, для определения должна быть приготовлена специальная шкала из растворов хлористого жобальта и двухромокислого калия: 1) 4,76 г хлористого кобальта растворяют в малом количестве воды, прибавляют 100 мл концентрированной соляной кислоты, доводят дестиллированной водой до 1 л, затем фильтруют раствор; 2) 2,5 г двухромокислого калин растворяют в небольшом количестве воды, добавляют 20 мл концентрированной соляной кислоты и доводят дестиллированной водой до 1 л. Для получения Оттенков, соответствующих содержанию кислорода от 0,0 до 14 мг растворы смешивают в соотношениях. указанных в таблице >.
Указанные в табл. 2 количества растворов доводят до 50 мл дестиллированной водой, перемешивают и разливают но пробиркам на 15 мл (таких же размеров, как и при определении растворимого в воде кислорода — диаметр 1,4 см).
Определение растворенного в воде кислорода производится следующим образом.
Исследуемую воду осторожно доверха наливают в пробирку на 15 мл (диаметр 1,4 см) с притертой пробкой. В пробирку прибавляют 0,05 мл буферной смеси и 0,02 мг вара-
нее приготовленной навески амидола. После прибавления амидола закрывают пробирку проб-кой, не оставляя пузырьков воздуха и перемешивают. Через 1 час сравнивают оттрнок пс-следурмой воды со шкалой. Если оттенки не совпадают со шкалой, рекомендуется еззд.и шкалы ставить экран — желтое стекло.
Количество растворенного в воде кислорода можно определить по таблице 3.
Табл и ц а 3
Приближенное определение кислорода
Таблица 2
Шкала стандартов для приближенного определения кислорода
Хлористый кобальт в мл Двухромовокислый калий в мл (К мг/л
0,3 0.5 0
0,6 1 . 1 1
1,5 2 .0 2
b . S -4 ,6 6
1 0.4 6 .0 8
14.4 й, 6 10
19.5 5.1 12
30,0 3,4 14
Окрашивание при рассматривании сбоку в проходящем свете иод углом 45°
Приближенное содержание кислорода .;Оз) в мг|л
Чрезвычайно слабый желтовато-розовый . . Очень слабый розоватожелтый Слабый розовато-жел- 0 1
тый •>
/Келтовато-розявыи . . Интенсивный желтова- '1
ти-розовып Желтовато-красный . .
Густой малиновый . . . 1 4
О к и с л я ем о с т ь
Для характеристики загрязнения воды органическими веществами служит определение окделяемости воды. т. е. определение количества кислорода, которое требуется для окисления органических веществ в определенном объеме воды.
Онш-лнемоеть выражается в мг кислорода, необходимого для окисления органических веществ, содержащихся в 1 л воды.
Определите гщцеляемости производится путем окисления волы марганпевокислым калио'.! в к-lie.ши среде ио четоду Фовлсра на холоде и более быстро но методу Кубеля при нагревании.
_Vernod Кубе in
К ЮО мл исслс lyeMoii воды добавляют 5 мл 25°/г-ной серной кислоты, 10 мл санти-иормальноги раствора перманганата, 3—\ капилляра для равномерного кипения жидкости и кипятят, прикрыв колбу воронкой в течение 10 минут, затем добавляют 10 мл санти-нормального раствора щавелевой кислоты, которая обесцвечивает перманганат, восстанавливая ио уравнению:
2 НвС2О4 4- О. = 4 СОЕ 4 2 Н2О.
Обесцвеченный горячий раствор титруют раствором марганцовокислого калия до блед-норизового оттенка.
Установку титра раствора перманганата производят в тех же условиях, в которых производится определение окиелнемости исследуемой воды.
Если вода сильно загрязнена, для определения берут 10 мл и разбавляют до объема 100 мл дестиллированной водой. В этом случае следует учесть окисляемость дестиллированной воды.
Для получения сравнимых результатов необходимо проводить определение о кисляе-мости в одинаковых условиях температуры, продолжительности кипячения и концентрации реактивов.
Расчет анализа производится по формуле:
А — (т 4- п)-К’0,08-1000
ОКПРЛЯРМООТЪ —-------------------------- к мг/л,
V где: А— обтер количество израсходованного при титровании в исследуемой воде перманганата.
тп — количество КМпО4, идущее на 10 мл щавелевой кислоты,
п — количество КМпО4, идущее на окисление загрязнений колбы, если оно производится параллельно, или на окисление дестиллированной воды, если проба разбавляется ею до определенного объема,
К___поправочный коэфициент к титру КМпО4,
— взятый объем исследуемой воды.
Окисляемость по Шульцу
Для воде большим содержанием хлоридов (больше 300 мг/л) определение окпслясмости производится п‘‘ Шульду в щелочной среде. К 100 мл исследуемой воды прибавляют 0,5 мл «дкого натра (1 :2 )• Дальнейший ход определения аналогичен вышеописанному методу Кабеля.
Определение окисляемости по Фовлеру
Процесс окисления по этому методу производится на холоде и титрование избытка перманганата производится специально приготовленным реактивом. Реактив готовят следующим образом: 1 г растворимого крахмала, предварительно хорошо растертого, энергично взбалтывают с 2—3 мл дестиллированной воды (до исчезновения комков). В раствор добавляют по каплям 1 мл едкой щелочи (33%-ной) п смесь взбалтывают. Отдельно растворяют 20 г подпетого калия в 50 мл воды и Понемногу добавляют к щелочному раствору крахмала. Полученную смесь фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу па 100 мл и добавляют из бюретки к фильтрату 31,25 мл 0,lN раствора гипосульфита и доводят де-стиллмрованноп водой до метки. 1 мл приготовленного раствора соответствует 0,25 мг кислорода.
(реактив должен сохраняться в темной склянке и годен к употреблению на протяжении 6 месяцев).
При определении окисляемости по этому методу — к 50 мл исследуемой воды добавляют 10 капель соляной кислоты удельного веса 1,19, 1 мл 0,05 N раствора перманганата и оставляют смесь стоять в течение 15 минут. Затем добавляют по каплям 1 мл реактива .до полного обесцвечивания избытка перманганата.
реакция протекает по уравнению:
2 КМпОч 4- 16 HCL 4- 10 KI — 5 12 4- 2 МцС13 4- 12 KQ1 4~ 8 Н30.
Под, выделенный избытком КМпО«, связывается содержащимся в реактиве на окисляемость гипосульфитом:
Ь 4- 2 NasS-iOa = 2 Nal -j- Na2S«Oe.
Вычисление Окисляемости производят по формуле:
X = 0,4 — (АХ-Б) X 20 X К мг кислорода на 1 л воды, где: а — количество мл реактива на окисляемость, израсходованных на обратное-титрование;
В — титр реактива на окисляемость в мг кислорода (для вышеописанного реактива В — 0,25 мг ):
А— поправочный температурный коэфициент = 3,9. Коэфициент 20 вводится для приведения к объему в 1 л.
Определение хлоридов
Определение хлоридов методами объемного анализа основано на титровании С1 — иона азотнокислым серебром, при котором выпадает белый нерастворимый осадок AgCl по уравнению: NaCl 4* AgNOs= Agd-f- NaNO3.
Разнообразие методов здесь сводится к различию в определении конца реакции.
По методу Фольгардта производится обратное титрование избытка ионов серебра в кислом растворе роданидом калия в присутствии трехвалентного железа в качестве индикатора.
По методу Фаянса при прямом титровании применяются адсорбционные индикаторы: Флюоресцеин для изменения окраски в конце реакции и декстрин или крахмал, которые удерживают часть осадка AgC1 в*коллоидально растворенном состоянии, благодаря чему обеспечивается отчетливый переход окраски.
По методу Мора осуществляется прямое титрование с применением в качестве индикатора раствора хромовокислого калия.
Для исследования хлоридов в воде пз обычных методов применяется титрование по Мору, как наиболее быстрый и простой из них.
On ределение хлоридов по Мору
Конец реакции осаждения хлорида серебра по этому методу определяется моментом выпадения осадка красно-коричневого цвета AgsCrsO4, так как. после полного связывания хлора с серебром начинает реагировать хромовокислый калий по уравнению:
2 AgXOj 4- К.СгО. = AgaCrO< % 2 KNO3.
X 100 мл исследуемой воды прибавляют 1 мл 1 %-ного раствора хромовокислого калия, затем титруют при энергичном помешивании децинорм а льным раствором азотнокислого серебра, предварительно оттитрованного по раствору NaCl.
Для удобства расчетов рекомендуется приготовить следующие растворы*.
4.79 г кристаллического азотнокислого серебра растворяется в 1 л дестиллирован-ной воды. Раствор следует хранить в темном месте.
1,648 г химически чистого хлористого натра растворяют в 1 л дестиллированной волы.
В каждом из этих растворов 1 мл соответствует 1 мг хлора. Содержание хлора в 1 л получается путем умножения количества мл азотнокислого серебра, затраченного на титрование 100 мл исследуемой воды (а), умноженного на поправочный коэфициент раствора (К) и на 10 (приведение к объему в 1 л) мг/л [СИ = А"- ю.
Методы определения активного хлора даны в 1 главе этой книги, а хлоропоглошае-мость во II главе.
Определение аммиака
Колориметрическое определение аммиака, аммонийных солей в воде основано на его взаимодействии с реактивом Несслера, при котором образуется окрашенное в желтый цвет иодопроизводное а.мидортутного комплекса но реакции:
/
2 KjHgli-t- 3 КОП 4- Nil «ОН — 3 Н2О -f- 7 KI 4- О< ?NHaI.
4Hgz
Стандартный раствор для этого определения приготовляется из хлористого аммония* 0,3147 г химически чистого высушенного при 100° хлористого аммония растворяется в 1 л воды; 50 мл этого раствора вторично разбавляются до 1 л водой. Полученный таким путем стандартный раствор содержит 0,005 мр аммиака в 1 л.
Реактив Несслера представляет собой комплексную соль, растворимую в едком калии. Для приготовления этого реактива 6 р хлорной ртути растворяют в 50 мл дестил-лироваиной воды, не содержащей аммиака и нагретой до 80°, и приливают к раствору 7,4 р KI в 50 мл воды. После охлаждения сливают раствор и промывают осадок несколько раз декантацией для отмывки адсорбированного иодида калия. Для получения ртутноиодного комплекса к осадку прибавляют 5 г кристаллического KI, 20 р едкого калия (или едкого натрия;, растворенного в небольшом количестве воды, и доводят смесь в мерной колбе или цилиндре водой до объема в 100 мл. После оседания мути раствор сифонируют в склянку оранжевого стекла и хранят в темном месте.
Перед количественным определением аммиака в воде рекомендуется сделать качественную пробу с несколькими каплями реактива Несслера.
Как для количественного так и для качественного определения следует воду подготовить путем осаждеиня солей кальция и магния, которые, реагируя со щелочью, входящей в состав реактива Несслера, дают муть, уменьшающую отчетливость колориметрического определения. Для этого к 250 мл ««•следуемой виды прибавляют 1 мл крепкого раствора едкого натра и 1 мл насыщенного раствора углекислого натра, взбалтывают и дают осесть образовавшейся мути. Из осветленной таким образом воды отбирают пипеткой пробы для опре д< * ле ни я аммиака.
Колориметрическое определение может производиться в колориметре с переменным объемом (колориметр с цилиндрами 1'енера, колориметр Дюбоска) или в колориметре с постоянным объемом колориметр с пробирками;.
.. .Работа с колориметром, с цилиндрами Генера основана на том, что при наблюдении сверху степень окраски, отмечаемая глазом, пропорциональна толщине столба окрашенной ЯйИдкС'сти. В один из цилиндров наливают стандартный, r другой исследуемый раствор или воду, затем в оба добавляют по одинаковому количеству реактива. Рассматривая сверху столбы жидкостей в цилиндрах на белом хорошо освещенном фоне, определяют, в котором из них окраска сильнее, сливают при иомити нрана часть жидкости из этого цилиндра до сравнения- «/краски.
Вычисление результатов производится по формуле: Концентрация вещества в 100 мл Д-100
исследуемого раствора X = —, где а — концентрация вещества в 1и0 мл стандартного раствора и И — высота столба жидкости, оставшейся во втором цилиндре после сравнения окраски.
Принцип колориметра Дюбоска заключается в том, что толщина слоя сравниваемых окрашенных жидкостей меняется не посредством сливания жидкости, а посредством погружения в них полого цилиндра с прозрачным дном. Кроме того, колориметр снабжен особым оптическим устройством для сравнения окрасок. Для колориметра этого типа, вы-376
числение анализа производят по формуле: -V— } где 5 и S,—толщины слоев в цилиндрах
СО стандартным и исследуемым раствором.
При наличия примитивного колориметра — с пробирками определение производится следующим образом; предварительно готовится шкала шаблонов, в 5 пробирок колориметра наливают 1,2, 3, и 5 мл стандартного раствора и доводят в каждом объем до 20 мл дестиллированной водой. В шестую пробирку наливают 20 мл исследуемой воды. Во все пробирки добавляют по 12 —15 капель реактива Несслера, оставляют в покое на 5 минут, по истечении которых сравнивают степень окраски исследуемой воды с разными количествами стандартного раствора. Если ни одна из пробирок не подойдет и окрашивание воды сильнее — следует усилить стандарт, т.е. наполнить пробирки 6, 7, 8 мл и т. д. хлористого аммония, если же окраска исследуемой воды слабее — нужно разбавить основной раствор не в 20. а в 50 раз.
Содержание NHs в мг/л вычисляется путем умножения количества мг NHS находящегося в пробирке, подходящей по окраске к исследуемой воде, с приведением объема к 1 л.
Приближенное количественное определение аммиака
В некоторых случаях, если анализ имеет целью получение ориентировочных данных, или количество исследуемой воды недостаточно для обычных количественных методов, можно производить приближенные количественные химические определения. Для зтого воду необходимо исследовать при рассматривании сбоку и сверху вниз в пробирках диаметром 13—14 мм, в которых высота столба 10 мл жидкости составляет 7 см.
Для приближенного количественного определения аммиака в пробирку наливают-10 мл исследуемой воды, прибавляют 0,2—0,3 мл 50% раствора сегнетовой соли (в водах с большой жесткостью берут больше сегнетовой соли), затем 0,2 мл реактива Несслера. Наблюдение производят через 10 мин. после прибавления реактивов, для вод с очень малым содержанием аммиака (меньше 0,2 мг) — через 15—20 мин. При содержании аммиака более 4 мг/л следует прибавлять к 10 мл воды 0,3—0,5 мл реактива Несслера. Количестве аммиака может быть приближенно определено из таблицы 4.
Т а б л и и a i
Приближенное определение аммиака
Окрашивание при рассматривании сбоку Окрашивание при рассматривании сверх у вниз Содержание азо та аммиачного в мг|л
Пег
Нет
Чрезвычайно слабожел-юватое
Очень слабожелтоватое
Слабожелтоватое
Свегло;нслтопатое
Желтое
К’ утноватос, резкоя.ел-тос
11 нтенс ив н о -б у ро е, раствор мутный
Нет
Чрезвычайно слабожелтоватое
Слабожелтоватое
Жел хо_ватое Светложелтое Желтое
Пнтенсивно-буровато-желтое
Бурое, раствор мутный » » »
Меньше U, 0 4
4
8
20
V, 4
б , 8 о
Определение нитритов
Колориметрическое определение нитритов основано на реакции образования азокрасителей при взаимодействии азотистой кислоты с амином ароматического ряда и последующего связывания с нафтиламином (реакция Грисса-Илосвая) или нафтолом (реакция Аутен-рита).
С п о с о б Г р и с с а-И л о с в а я основан на образовании красного азокрасителя при взаимодействии азотистой кислоты с сульфаниловой кислотой и нафтиламином.
Сперва протекает реакция диазотирования сульфаниловой кислоты, которая после этого вступает в реакцию с нафтилампном, образуя красную азокраску:
/SO3OH ^SChOH
CaHi -bCH3COOH4-HNO^C6Hi 4- 2Н,0
NIL MCH3COO)
/SO.OII SOsOII
C.JI, + CwHjNUi -- CH coon 4- CeII,
X,>(CH<COO) ^NiCuHoNHa
Для определения нужны следующие реактивы:
1) раствор 0.5 г сульфаниловой кислоты в 150 мл разбавленной уксусной кислоты (12 %);
2) раствор а - нафтплампна, полученный при кипячении 0,1 г а - нафтплампна в 20 мл воды, после чего раствор сливается с грязно-синего осадка д к нему добавляют 150 мл разбавленной уксусной кислоты (12%).
Растворы эти после охлаждения смешиваются в темной склянке и хранятся в темном месте (смесь растворов называется реактивом Грисса).
Лучше всего смешивать растворы перед колориметрированием для того, чтобы реактив не успел поглотить азотистой кислоты из воздуха.
Стандартный раствор для определения нитритов приготовляется растворением 0,1837 г чистого нитрита натрия в 1 л воды. Перед определением раствор этот разбавляется в 100 раз и содержит, таким образом, 0,001 мг N,O3 в 1 мл.
В пробирки колориметра, наполненные разными количествами стандартного раствора и исследуемой водой, добавляют по 1 мл реактива Грисса, согревают пробирки в теплой воде 15 минут и производят сравнение, как описано выше при колориметрическом определении аммиака.
Перед количественным определением рекомендуется таким же образом в пробирке произвести качественную пробу.
При определении нитритов по способу А у т е н р и т а применяется тот же стандартный раствор и реактив, приготовляемый из 2 г чистого, 1,4 - нафтионовокислого натрия и 1 г а - нафтола в 200 мл воды при энергичном взбалтывании. После фильтрации раствор доджец быть бесцветным. Реактив Аутенрита также должен храниться в склянке темного стекла.
При определении к стандартному раствору (10 мл) и исследуемой воде (10 мл) добавляется 0,5 мл реактива Аутенрита п 1 мл концентрированной серной кислоты. Смесь взбалтывают, прибавляют к ней 0.5 мл аммиака, вновь сильно взбалтывают, затем производят сравнение. Для возмояшпетп взбалтывания при этом способе нужно пользоваться пробирками с притертыми стеклянными пробками.
Приближенное количественное определение нитритов
В пробирку наливают 10 мл исследуемой воды, прибавляют 0,5 мл реактива Грисса и нагревают в течение 5 минут при 70—80°С- Полученную окраску рассматривают так, как было описано при приближенном определении аммиака.
Содержание нитритов может быть определено по табл. 5,
Онределение нитратов
Содержание нитратов в воде может также определяться колориметрически по образованию окрашенного в желтый цвет соединения — пикрата аммония при процессе взаимодействия азотной кислоты с сульфофенлдом.
Для этого к виде добавляется раствор фенола в серной кислоте, который, реагируя с азотной кислотой нитратов, образует пикриновую кислоту.
Последняя при прибавлении аммиака переходит в пикрат аммония. Реакция протекает по уравнению:
3HNO.4- С(,Н5ОН —► CttH3(NO2)<OII 4- 3 НаО СДЫТОзЬОЙ 4“ NH, = CeH2(NOshONIIi.
Стандартный раствор приготовляется растворением 1.S72 г чистого препарата нитрата калин в 1 л дестиллпрованнии воды. 1 мл этиы» раствора соответствует I мг азотного ангидрида N.,Or 378
Сульфофеяоловый раствор приготовляется прп обработке 3 г чистого кристаллического фенола 35 г (20,1 мл) концентрированной серной кислоты (удельный вес 1,84) при 6-ти часовом кипячении на водяной бане в колбочке, неплотно закрытой стеклянной пробкой.
Таблица 5
Приближенное определение нитритов
Окрашивание при р ас см ат ривании сбоку Окрашивание при рассматривании сверху вниз Содержание азо-та-нитрптов (N) в мил
Нет Нет Меньше 0,001
Едва заметное розовое Чрезвычайно слаборозовое 0,002
Очень слабороз*'»-вое Слаборозовое 0,004
Слаборозовое Светлорозовое 0.02
Светлорозовое Розовое 0.04
Розовое Сильнорозовое 0,07
Сильнорозовое Красное 0,2
Красное Яркокрасное 0,4
/Если раствор при охлаждении кристаллизуется, его следует перед употреблением слегка подогреть).
Перед определением, 10 мл стандартного раствора выпаривают досуха, прибавляют к сухому остатку 15 капель сульфофенола, перемешивают и дают постоять 5 минут. Затем добавляют небольшое количество дестиллированной воды, переводят в мерную колбу на 100 мл, приливают 10 мл 25 %-ного аммиака, перемешивают и доводят объем до метки. Разбавленный таким образом в 10 раз стандартный раствор содержит 0.1 мг NSO5 в 1 мл. Его разливают по пробиркам колориметра в количествах 1—2,5, 5—7,5—10 мл и добавляют дестиллированной воды до 20 мл.
Исследуемую воду в количестве 10 мл также выпаривают досуха в чашке, обрабатывают сульфофенолом, затем водой, сливают в пробирку и колориметрируют.
Перед количественным определением рекомендуется сделать качественную пробу на нитраты пи реакции с бруцином.
Приближенное определение нитратов
В пробирку наливают 0,5 мл исследуемой воды и прибавлют 1,5 мл концентрированной серной кислоты.
В охлажденную до 20—25°С смесь всыпают на кончике ножа несколько крупинок бруцина. В зависимости от количества со держащихся в воде нитратов смесь окрашивается от еле уловимого розового до вишнево-красного цвета, переходящего при стоянии в желтый цвет. Содержание нитратов может быть определено по табл. 6.
Определение сульфатов
Определение сернокислых солей основано на весовом методе осаждения их из воды хлористым барием по уравнению:
Na.SOi 4- ВаС1э — BaSO* + 2 NaCl.
500 мл исследуемой воды подкисляют 2 мл крепкой соляной кислоты, выпаривают до объема в 100 мл, подогревают и при кипении осаждают медленно по каплям 1 %-ным раствором хлористого бария.
Полноту осаждения контролируют, прибавляя каплю раствора с палочки к капле слабой серной кислоты. Появление мути говорит об избытке хлористого бария. После осаждения раствор кипятят 15—20минут и оставляют в покое на ночь для укрупнения осадка. На следующий день осадок' фильтруют через плотный беззольный фильтр (синяя лента),
Приближенное определение нитратов
Окрашивание при рассматривании сбоку
Содержание азо-I та нитратов (N) I В МГ1Л
Никакого окрашивания.........................................
Через 1 мин. едва уловимое розовое окрашивание, сохраняющееся в течение нескольких минут.....................................
Через 1 мин. незначительное розовое окрашивание. Через 10 мин. окрашивание едва заметно.......................................
Через 1 мин. слаборозовое окрашивание. Через 5 мин. окрашивание становится незначительным................................
Через 1 мин. светлорозовое окрашивание. Через 4 мин. незначительное розовато-желтое окрашивание............................
Раствор быстро розовеет. Через 1 мин. розовое окрашивание. Через 2,5 мин. рас:вор слаборозовый, через 10 мин. елабожелтый с розоватым опенком............................................
Раствор быстро розовеет. Через я|4 мин. желто-розовое окрашивание, через 1,5 мин. розовато-желтое, через 8 мин. светложелтое
Раствор быстро розовеет. Через Р2 мин, красновато-оранжевое окрашивание, через 1 мин. сильное розовато-желтое окрашивание, через 5 мин. желтое............................................
Раствор быстро розовеет. Через Ч- мин. оранжево-красное окрашивание, быстро желтеющее, через 3|4 мин. яркооранжевое окрашивание, через 5 мин. интенсивно-желтое....................
Меньше о, 15
0,15
о,з-
0,7
1,5
3
0
13
25
тщаюльни промывают горячей водой до отрицательной реакции на ион хлора (проба с азотнокислым серебром. Отсутствие мути при добавлении нескольких капель AgNOs н HNO3. Фильтр с осадком высушивают, сжигают и затем прокаливают до постоянного веса.
Содержание SOfr* в г/л вычисляется путем умножения веса осадка BaSO* в данном объеме на коэфипиент 0.4133 с приведением объема к 1 л. Коэфицинт 0,4113 получен от соотношения молекул весов BaSO* и SO"4.
BaSO,— SO<
233,4 — 96
Определение сероводорода
Сероводород определяется колориметрически на основании реакции его со свинцом, в результате которой образуется соединение черного цвета.
Для определения требуются щелочной раствор свинца и стандартный раствор сернистого натрия.
Щелочной раствор свинца готовится путем прибавления к 5 %-ному раствору азотнокислого или уксуснокислого свинца небольшими порциями 10%-ного раствора щелочи. Раствор щелочи следует приливать до растворения возникающего вначале осадка, затем еще 25 мл. избытка.
Стандартный раствор сернистого натрия готовят растворением 0,705 г кристаллического ^химически-чистого; сернистого натра в 1 л дестиллированной воды (1 мл этого раствора соответствует 0,1 мг сероводорода); раствор не устойчив.
Для определения приготовляют шкалу шаблонов, вливая в пробирки колориметра 1, 2, 3, 4 и 5 мл приготовленного стандартного раствора сернистого натрия, доводя их до объема в 20 мл щелочным раствором свинца. В пробирку наливают 5—Ю мл исследуемой воды и также дополняют объем до 20 мл щелочным раствором свинца. Затем производят сравнение и вычисление результатов, как описано выше в колориметрических определениях такого типа.
Содержание сероводорода может быть также установлено приближенным количественным определением при помощи реактива Каро, 3SQ
Реактив В apo приготовляется следующим образом: 1 г параамидодиметиланилина растворяют в 300 мл соляной кислоты (уд. вес 1,19), к раствору прибавляют 100 мл 1% раствора хлорного железа (раствор должен храниться в склянке оранжевого стекла с притертой пробной в темном месте).
Определение производится следующим образом: в пробирку наливают 10 мл исследуемой воды и прибавляют 3 мл реактива Каро. В зависимости от содержания сероводорода в воде получается окрашивание от светлозеленого до интенсивно-синего. Параллельно следует ставить глухой опыт — сравнение с окраской, вызываемой в 3 мл реактива Каро в 10 мл дестиллированной воды.
Содержание сероводорода может быть определено по табл. 7.
Таблица 7
Приближенное определение сероводорода
Окрашивание
Содержание сероводорода (H2S)
В МП Л
При рассматривании сверху отсутствуют........................
При рассматривании сверху—слабозеленоватое окрашивание. Через 8 мин. ясяозеленовагое окрашивание.............................
Меньше 0,03
0,06
Через 2 мин. при рассматривании сбоку разницы с контрольной пробиркой нет.................................................
Сверху — ясное зеленоватое окрашивание......................... 0,1
Через 1 мин. при рассматривании сбоку —очень слабое светлозе- 0,2
левое окрашивание..........................................
Через! мин. при рассматривании сбоку — светлозеленое окраши- 0,6
вание .....................................................
Через Ча мин. светлозеленое окрашивание........................j 1
Через Оз мин. яркий зелено-синий цвет - .....................' 2
Через мин. интенсивно-синий цвет ...............................
Определение к р е м н е к и с л о т ы
Определение растворимых кремнекислых солей можно производить колориметрически, пользуясь тем, что растворенная кремнекислота с молибденовокислым аммонием в кислой среде образует желтое комплексное соединение: SiOs.12MoO3-nH2O, интенсивность окраски которого зависит от его концентрации.
Молибденовый реактив готовится путем растворения 30 г молибденовокислого аммония в 200 мл соляной кислоты (1 :1) и 400 мл дестиллированной воды.
Стандартный раствор готовится из хромовокислого калия растворением 0.53 г К2СгО* в 100 мл дестиллированной воды.
1 мл такого раствора отвечает по окраске 1 мг SiO2.
При определении кремнекислоты, в пробирку с 5 мл исследуемой воды добавляют 0.5 мл молибденового реактива, закрывают стеклянной пли резиновой пробкой, тщательно взбалтывают и по истечении 10 минут при наблюдении сверху вниз производится сравнение с предварительно приготовленной шкалой шаблонов пли соответственных стеклянных эталонов.
Определению по этому методу мешают большие количества фосфатов. которые с молибденовокислым аммонием дают аналогичную желтую окраску, п большие количества железа, которые с нремнемолибденовым комплексом дают коричневатую окраску.
Сероводород, который дает с молибденовым реактивом голубое окрашивание, маскирующее желтое, должен быть предварительно удален кипячением.
Определение фосфорной кислоты
Фосфорная кислота может быть определена колориметрически двумя способами:
1) по образованию желтого окрашивания при взаимодействии разбавленного раствора фосфорной кислоты с раствором молибденовокислого аммония;
2) по реакции Денп:ке — образованию молибденовой сини при взаимодействии фос-форномолибдснового комплекса с хлористым оловом.
В присутствии кремнекнслоты, также реагирующей с молибденовокислым аммонием, оба эти способа неприменимы. Поэтому кремнекислота должна быть предварительно удалена, путем перевода ее в нерастворимую форму выпариванием с азотной кислотой. Из выпаренного досуха осадка фосфорная кислота извлекается выщелачиванием в несколько приемов малыми порциями дестиллированной воды, фильгрхемип через беззольный фильтр. Объем фильтрата доводят до 40 мл. Колориметрирование фильтрата проводят по Уже указанным двум способам:
а) Способ Вудмена и Кейвана
Стандартный раствор фосфата для этого способа готовится из 0,3771 г чистого NatHPO* 12Н2О, растворенных в 1 л дестиллированной воды. 1 мл этого раствора содержит 0,1 мг Р(У"4. При колориметрировании 10 мл стандарта фосфата смешивают с 70 мл воды, 10 мл азотной кислоты уд. веса 1 ,о7 и 8 мл реактива молибденовокислого аммония. Смесь доводится водой до объема в 100 мл и выдерживается 30 м до колориметрирования. Приготовленный таким образом стандартный раствор содержит 0,01 мг РО'"4 в 1 мл.
Реактив молибденовокислого аммония готовится растворением 50 г молибдата аммония в 1 л воды.
(Молибдат аммония растворяется сначала в небольшом объеме воды, нерастворивша-яся часть отфильтровывается, затем объем доводится до метки).
Исследуемую воду, освобожденную от кремнекислоты в количестве 40 мл, смешивают С 5 мл азотной кислоты удельного веса 1,07 и 4 мл раствора молибденовокислого аммонии, доводят дестиллированной водой объем до 50 мл , затем колориметрируют тем или иным образом.
б) Способ Дениже
Стандартный раствор для этого способа готовя гея так же как в методе Вудмена и Кей-ваиа.
Молибденовый раствор приготовляется смешиванием равных объемов 10 %-ного раствора молибденовокислого аммония с концентрированной серной кислотии. 1 %-ный раствор хлористого олова готовится каждый раз свежий.
При колориметрировании 90 мл исследуемой воды смешивают с 1,5 мл молибденового раствора и 0,75 мл свежеприготовленного раствора хлористого олова, разбавляют до 100 мл и энергично взбалтывают.
При достижении максимума интенсивности окраски (реакция протекает не мгновенно), этот раствор сравнивают со стандартным, приготовленным таким же путем из стандарта фосфата в смеси с указанными количествами молибденовокислого аммония и хлористого олова с последующим доведением до определенного объема.
Определение у г л е к и с л о т ы
В природных водах углекислота, встречается н следующих формах*.
1: свободная углекислота СО2, растворенная в виде, в виде газа (99%) и отчасти в виде Ц2СОз (около 1%);
2) бикарбонатная углекислота — углекислота двууглекислых солей, главным образом. налышя и магния Са(11СО3)3 и Mg (ПСО3)3*.
3; монокарбонатная углекислота — углекислота средних солей, также преимущественно кальцин и магния (СаСОз и MgCO3).
Присутствие свободной углекислоты исключает наличие в воде монокарбонатов, которые она переводит в бикарбонаты по уравнению-.
СаСОз + СО2 -Н Н3О = Са(НСОз)2.
Содержание бикарбонатов соответствует определенному количеству свободной углекислоты, так наз. ин активной СОа, которая удерживает бикарбонаты в растворе. Избыточное над ин активной количество углекислоты, способное растворять карбонат кальция, носит название агрессивной углекислоты.
Наличие в воде агрессивной углекислоты является отрицательным фактором, так как способствует разрушению бетонных частей водопроводных сооружений. Совместно с кислородом, растворенным в воде, усиливает коррозию соприкасающегося с водой металла. 382
Определение свободной углекислоты (СО,)
Свободная -углекислота в воде определяется титрованием Ч-v N раствором NaOH или NasCO, в присутствии фенолфталеина.
NaOH + СОа = NallCOj
NajCOa+COa-i-HaO = 2 N’aHCOs.
Таблица 8
Новмальвое количество свободной СО в мг!л. растворенное в воде при разной концен-v трации бикарбонатных соединений (бикарбонатной СОа) (по Tilimans'y).
Бикарб. СО* Свобод, соа Бикарб. COj Свобод. СО-2 Бикарб. СО-2 Свобод. СО. Бикарб. СО2 Свобод. со2
10 0,00 38 0,4 5 65 1,20 93 2,58
11 (> .0 1 39 0,475 66 1,24 94 2,64
12 0,02' 4(1 0,5б 67 1.28 95 2,70
13 0,03 41 0,52 5 68 1,32 96 2,76
14 0,04 42 0,55 69 1,36 97 2,82
15 0,05 43 0,575 70 1,40 98 2,88
0,06 44 0,60 71 1,435 99 2,94
17 0,07 45 0,625 72 1,47 100 3,00
18 0,08 46 0,65 73 1,505 105 3,45
19 0,09 47 0,675 74 1,54 110 3,90
20 0,10 48 0,70 / 0 1,575 115 4,35
21 0,115 49 0,725 76 1,61 120 4,80
22 0,13 50 0,75 77 1 ,645 125 5,00
23 0,145 51 0,770 78 1 ,68 130 6,00
24 0,16 52 0,80 79 1,715 135 6,75
2 5 0,175 53 0,825 80 1,75 140 7,50
26 0,19 э 4 0,85 81 1,815 145 8, 38
27 0,205 55 0,875 82 1,88 150 9,25
28 0,22 56 0,90 83 1,945 155 Ю,38
29 0,235 5 7 0,925 84 2,01 160 11,50
30 0,25 58 0,95 85 2,075 165 12,80
31 0,275 59 0,97а 86 2,14 170 14,10
32 0,30 60 1,00 87 2,2 05 175 15,70
33 0,325 СИ 1,04 88 2,27 s 180 17,20
34 0,35 62 1,08 89 2,335 185 18,93
0,375 63 1,12 90 2,46 190 20,75
36 0,40 64 1,16 91 2,46 195 22.88
37 0,425 92 2,52 200 25,00
перевода миллиграммов СО3 в кубические сантиметры при
разделить величины данной таблицы на 1,9651.
Примечание- Для 0° и 760 мм давления надо
Конец реакции определяется получением явной розовой окраски, с фенолфталеином соответствующей стандарту (pH стандарта по фенолфталеину — 8,4).
Стандартный раствор готовится следующим образом-, в эрленмейеровсг.ую колбу или склянку с пробкой, такого же размера и образца как та, в которой ведут титрование углекислоты, вливают 200 мл дестиллированной воды, прибавляют 0,5 мл 10%-пого раствора едкого натра, взбалтывают и прибавляют 0,2 мл разбавленного (0,01 %-ного раствора) фенолфталеина. Окраска такого раствора соответствует р!1=8,4.
Результаты титрования выражаются в мг/л СО..
1 мл N/20Na2CO3 -1.1 мг СО,.
1 мл N/20NaOH —2.2 мг СО..
Если при титровании появляется помутнение с обссцвечпванпем окраски (в случае высокой жесткости или большого содержания -железа) рекомендуется предварительно прибавлять в пробу исследуемой воды 2 мл 33 %-ного раствора сегнетовой соли.
Определение карбонатной углекислоты
Монокарбонаты разлагаются соляной кислотой по уравнению:
NaCO.,4- НС1 = NaCI, + NaHCO,.
Если при определении свободной углекислоты от прибавления фенолфталеина получается окраска сильнее стандарта, исследуемую воду титруют N/20 СН1 до окраски стандарта.
Результаты титрования выражаются в мг/л СО4.
1 мл N/20 НС1 соответствует 2,2 мг СОа.
Определение бикарбонатной углекислоты
При титровании исследуемой воды соляной кислотой в присутствии метилоранжа бикарбонаты разлагаются с выделением СОа по уравнению:
Са(НСО3)а 4- 2 HCl — CaCi, 4- 2 НаО 4- 2 СО>.
Мононарбопаты, которые могут присутствовать в воде одновременно с бикарбонатами, также разлагаются соляной кислотой:
СаСОз 4- 2 НС1 = СаСЬ 4- IRO 4- СО3.
Титрование бикарбонатной углекислоты производится N/10 HCL Результаты выражаются в мг/л СОа:
1 мл N/10 НС1 соответствует 4,4 мг СО2.
Расчет результатов производится следующим образом:
1, При отсутствии монокарбонатов количество мл НС1, пошетте? на титрование 100 мл исследуемой воды, умноженное на 44 (4,4ХЮ) выражает величину бикарбонатной углекислоты в мг/л.
2- В случае присутствия монокарбонатов, из количества мл N/10 НС1, израсходованного на титрование 100 мл исследуемой воды е метилоранжем, следует вычесть количество мл НС1, приведенное к той же нормальности, израсходованное на титрование 100 мл исследуемой воды в присутствии фенолфталеина при определении карбонатов.
Полученная разность, умноженная на 44, выражает количество миллиграмм бикарбо-натной углекислоты в 1 л.
Определение агрессивной углекислоты
Агрессивную углекислоту можно вычислить на основании данных, подученных в результате определения бикарбонатной и свободной углекислоты, но приведенным табл. Ъ и 9.
По полученному при титровании количеству бикарбонатной углекислоты находят соответствующее ему по табл. S (по Tillmans'?) количество свободной углекислоты и сопоставляют его с содержанием свободной углекислоты, также полученному прп анализе исследуемой воды. Если найденное по таблицам количество меньше аналитических данных, то агрессивная углекислота в исследуемой воде присутствует и ее находят следующим образом:
Определенные по анализу содержания бикарбонатной углекислоты — а мг/л; свободной— 8 МГ/Л.
Количество связанной углекислоты равно (Ча количества бикарбонатной — пересчет на монокарбонатную углекислоту) — —-
Сумма связанной и свободной: ~ 4- в. В табл. 9 (по Lehmanny Reussy) по графе 5 находим, что величина этой суммы соответствует в графе & определенному значению (С), которое является суммой связанной и агрессивной СОа. Отсюда количество агрессивной а
СО2 равно: С — - мг/л.
Определение агрессивной кислоты можно проводить и по изменению количества связанной углекислоты в результате настаивания воды с мрамором. Для этого в склянку с притертой пробкой наливают 500 мл исследуемой воды, всыпают 3—5 г мелкого порошка чистого мрамора п при частом и энергичном взбалтывании настаивают воду в течение 3— 4 дней. Разница в количестве связанной углекислоты, найденной в воде до и после настаивания с мрамором, указывает на количество агрессивной углекислоты в исследуемой воде.
Определение жесткости
Жесткость воды зависит от присутствия в ней солей кальция и магаия, главным образом, в форме бикарбонатов и отчасти в форме хлоридов, сульфатов, нитритов и нитратов.
При анализе воды различают 3 вида жесткости: общую жесткость некипяченой воды, постоянную жесть-ость воды после часового кипячения и устранимую, т. е. жесткость, которую можно уничтожить в течение часа, путем осаждения углекислых солей.
Вычисления агрессивной СО2
« — сумма свободной и связанной бикарбонатной) СОз;
Я — вычисленная сумма связанной и агрессивной СОа, умноженной на коэфициент диссоциации бикарбоната кальция (по Lehmann’y и Reuss'y)
s G- S G s G s G S G
45 43,0 89 77,3 133 104,3 177 126,2
1 46 43,9 90 78,0 134 104,8 178 126,6
2 3 47 44.7 91 78,7 135 105,4 179 127,0
4 48 92 79,3 136 105,9 180 127,5
4 5 49 46,5 93 80,0 137 106,5 181 127,9
Э g 50 47.3 94 80,8 138 106,9 182 128,4
D «4 51 48,2 95 81,4 139 107,5 183 128,8
•i g 52 49,0 96 82,1 140 108.1 184 129,2
§ 9 53 49,9 97 82,7 141 108,6 185 129,7
1 0 10 54 50,7 98 83,3 142 109,1 186 130,2
ii 11 55 51,5 99 84,0 143 109,6 187 130,6
19 12 56 52,4 100 84,6 144 110,2 188 131,0
1 3 13 57 53,2 101 85,3 145 110,7 189 131,4
1 rL 1 3 r 9 58 54,0 102 85,9 146 111,2 190 131,9
1 4 t i 9 59 54,8 103 86,5 147 111,7 191 132,3
16 14.9 60 55,7 104 87,2 148 112,2 192 132,7
17 1 6 i 9 61 56,5 105 87,6 149 112,5 193 133,2
1 я 17 R 62 57.2 106 88,4 150 113,2 194 133,7
90 18 R 63 58,1 107 89,1 151 113,7 195 134,0
9П 1 9. R 64 58,8 108 89,7 152 114,2 196 134,4
91 9p R 65 59,6 109 90,4 153 114,7 197 134,8
22 21.7 66 60,4 110 90,9 154 115,3 198 135,2
23 9 21 7 67 61,2 111 91,6 155 115,8 199 135,7
24 9Я, 7 68 62,0 112 92,2 156 116,3 200 136,0
25 24,6 69 62,8 113 92,8 157 116,6 210 141.6
26 25,6 70 63,5 114 93,4 158 117,3 220 145,6
27 ?6,5 71 64,3 115 94,0 159 117,6 230 149,8
28 27,5 72 65,0 116 94.6 160 118,1 240 153,8
29 28 4 73 65,8 117 95, t 161 118,6 250 157,5
30 99 4 74 66,5 118 95,8 162 119,1 260 161,2
31 39 8 75 67,3 119 96,3 163 119,6 270 164,9
32 311 2 76 68,0 120 97,0 164 120,1 280 168,5
33 32 J 2 77 68,8 121 97.6 165 120,6 290 171,9
34 33 1 78 69,5 122 98,1 -166 121,0 300 175,3
35 34 6 79 70,3 123 98,6 167 121,5 310 178,8
36 34’9 80 71,0 124 99.2 168 122,0 320 182,1
37 34 ' Q 81 71,7 125 99.8 169 122,5 330 185,0
38 82 72,4 126 100,4 170 123,0 340 188,3
39 60,o 83 73,1 127 100,9 171 123,4 350 191,3
40 a i r I 3R R 84 73,8 128 101,5 172 123,9 360 194,2
41 3Q 5 85 74,5 129 102,1 173 124,3 370 197,3
42 4 0 3 86 75,2 130 102,6 174 124,7 380 199,9
43 4 1 9 87 75,9 131 103,2 175 125,2 390 202,8
44 4 1)4. 42,1 88 ' 76,5 132 103.7 176 125,7 400 205,7
Определение общей жесткости можно производить весовым и объемным методом. Весовой метод точнее, однако требует большей затраты времени.
Весовой метод определения общей жесткости
В исследуемой воде определяются весовым способом соли кальция и магния. Са осаждается щавелевокислым аммонием с образованием оксалата кальция, который после прокаливания взвешивается в виде окиси кальция
СаС12 4- (NH4bCOO3 — Са(СОО)2 4- 2 NH4C1.
В этом же растворе (в фильтрате)после удаления щавелевокислого кальция, осаждается фосфорнокислым натром в присутствии аммиака фосфо рно аммиачная соль магния, которая цри прокаливании переходит в пирофосфат магния.
MgCl-j + NH<OH 4- Na3HPO* = MgNH*POvHaO + 2 NaCl
2 MgNH4PO4 = MgaP3O7 4- 2 NHi 4 HaO.
25 л. А. Кульский
Для определения кальция 250 пли 500 мл исследуемой воды подкисляют 0,5 мл крепкой селяном кислоты и выпаривают до объема приблизительно в 50 мл. К горячей жидкости прибавляют около 2 р хлористого аммония, затем приливают по каплям 10 %-ный (разбавленный 1 *. 1) аммиак с небольшим избытком, до заметного запаха или слабо щелочной реакции. При наличии в воде солей железа и аллюминпя, гидроокиси их выпадают при добавлении аммиака в виде хлопьевидного осадка и могут быть так же определены количественно после фильтрации и нрокалнвапия.
Хлористый аммонии добавляется предварительно для снижения степени диссоциации аммиака, чтобы предупредить возможность частичного осаждения им магния.
После фильтрации гидроокисей железа и алюминия, фильтрат нагревают до кипения и для осаждения сульфатов прибавляют 10 мл горячего 5 %-ного раствора щавелевокислого аммония. Раствор оставляют на 12—20 часов и затем фильтруют с трехкратной декантацией через плотный беззольный фильтр (синяя лента), после чего промывают холодной дестиллированной водой, содержащей 0,5 % щавелевокислого аммония, до отрицательной реакции на ион хлора 'Отсутствие мути при добавке нескольких капель азотнокислого серебра и азотной кислоты в пробирку с пробой). Осадок на фильтре подсушивают, зитем сжигают и прокаливают в тигле с крышкой.(Приотсутствии тигля с крышкой можно взвешивание тигля производить в бюксе).
Примечани е. Для выпадения более крупных кристаллов, перед добавлением аммиака рекомендуется добавить кристаллик или немного раствора щавелевой кислоты.
При умножении веса осадка СаО, полученного из 500 мл исследуемой воды (в мг) на 2 находим содержание СаО в,мг/л. При пересчете на немецкие градусы число мр СаО делится на 10.
Для определения магния фильтрат после определения кальция упаривают приблизительно до 100 мл, подкисляют несколькими каплями крепкой соляной кислоты, прибавляют 10 мл насыщенного раствора фосфорнокислого натрия >9—10%), затем нагревают до кипения и осаждают медленно по каплям2—2,5% раствором аммиака при энергичном помешивании палочкой, стараясь не задевать ею стенок стакана, до слабоаммиачного запаха.
Затем добавляют приблизительно до четверти от объема раствора 10 %-ного аммиака, оставляют на 3—4 часа и фильтруют с декантацией через фильтр средней плотности (белая лента), промывая 2—2,5 %-ным аммиаком до отрицательной реакции на С1' (после подкисления азотной кислотой).
Фильтр с осадном подсушивают, сншгают и прокаливают осторожно и иогтепетю.
При умножении веса полученного осадка Mg>PiO? (в мг) из 500 мл воды на 2 и на коэфициент 0,362 находим содержание MgO в мр/л. Коэфициент 6,362 получен из соотношении молекулярных весов:
Mg2P->07 = 2 Jig О
222,72 = 80,64
Число мг MgO, деленное на 10 и умноженное на 1,4, дает жесткость, выраженную в немецких градусах (10 мг MgO соответствует 1,4 немецких градуса).
Объемный способ определения жесткости Варта-Пфейфера
100 мл. исследуемой воды титруют децинормальным раствором НС] с метилоранжем или метилротом. Число израсходованных на титрование мл, умноженное на 2,8, дает карбонатную жесткость, выраженную в немеикпх градусах.
После этого определения в ту же колбу добавляют 20 мл смеси Пфейфера (смесь равных объемов децинормальных растворов соды и едкого натра), кипятят 3 минуты, после чего добавив 70—80 мл дестиллированной воды, фильтруют через обыкновенный фильтр в мерную колбу на 200 мл и доводят объем до метки дестиллированной водой. 100 мл этого раствора при добавке 2-—3 капель индикатора также титруют соляной кислотой.
При вычитании числа мл кислоты, израсходованной на титрование избытка смеси Пфейфера из 20 мл, находят количество мл смеси Пфейфера, израсходованное на осаждение кальция и магния. Полученная разность при умножении на 2,8 (пересчет на СаО) дает общую жесткость, выраженную в немецких градусах.
Постоянная жесткость определяется путем вычитания числа карбонатной из числа обшей жесткости.
Ускоренное определение общей жесткости
Общую жесткость можно определять более быстро и достаточно точно децинормаль-вым спиртоглинернновым раствором пальмитата калия (Ci5HsiCOOK). Пальмитат калия б нейтральной сред* осаждает соли Са. и Mg. Конец реакции определяется появлением ионов ОН, образующихся вследствие гидролиза избытка пальмитата налия.
2 Ci'.HaiCOОК 4- CaClg — Са(С15Нз1СОО)а 4~ 2 КС1 С^НуСООК 4- Н2О -^С!5Н31СООН4-КОН.
Определение обшей жесткости пальмитатом налия может производиться в оттитрованной пробе исследуемой воды после определения карбонатной жесткости. Для удаления углекислоты, выделившейся при титровании, раствор продувают воздухом в течение 3 м через стеклянную трубочку, соединенную с резиновой грушей через хлоркальциевую трубку, наполненную натронной известью. Избыток кислоты, введенной при титровании нейтрализуют N/10 раствором NaOH по фенолфталеину. Розовую окраску уничтожают одной каплей денинормального раствора HCL После этого титруют при сильном взбалтывании N/10 раствором пальмитиновокислого калия до интенсивной устойчивой розовой окраски, не исчезающей в течение нескольких минут.
^устойчивая розовая окраска должна быть такой интенсивности, чтоб она исчезала от прибавления 3 капель N/10 НС1).
Число мл раствора пальмитиновокислого калия, израсходованное при титровании, умноженное на 2,8, выражает величину общей жесткости в немецких градусах (1 мл NJ0 раствора отвечает 2,8 мг СаО).
В водах, содержащих значительные количества железа и марганца при расчете карбонатной и обшей жесткости, вводятся поправки: на каждый мг железа или марганца, найденных при анализе, вычитают 0,35—0,36 мл из количества мл N/Ю растворов соляной кислоты и пальмитиновокислого калия, израсходованных при титровании.
Для определения предварительно готовится N раствор пальмитата или стеарата калия и определятся титр его стоградусным раствором хлористого бария.
Реактивы готовятся следующим образом: 25,6 г химически чистой пальмитиновой кислоты 'или, что хуже. 28.4 г стеариновой кислоты) растворяют в мерной литровой колбе в 350—;00 мл этилового спирта 96° при нагревании на водяной бане.
Затем прибавляют 400 мл чистого нейтрального глицерина, 0,1 г фенолфталеина (10 мл 1 %-ного спиртового раствора), титруют раствор 10 %-ным спиртовым раствором едкого калия до появления розового окрашивания и оставляют на 2 4 часа. По истечении этого срока н обесцветившейся смеси прибавляют едкого калия до появления розовой окраски и доводят спиртом (96°) до объема в 1 л. В случае помутнения раствора пальмитата или стеарата калия, вызванного понижением температуры, необходимо его подогреть, погрузив колбу в теплую воду.
Стоградусный раствор хлористого бария (BaC]t.2HtO) или азотнокислого бария [Ba>NO3)8,] (раствор, имеющий жесткость, равную 100 немецким градусам) готовится растворением 4,358 г свежеперекристаллизованного и высушенного на воздухе между листами фильтровальной бумаги хлористого бария или 4,662 г высушенного при Ю0°С азотнокислого бария в 1 л, высушенного при 100°С азотнокислого бария в 1 л дестиллированной воды.
Титр пальмитата калия устанавливается титрованием определенного объема 100°-ного раствора хлористого или азотнокислого бария, доведенного дестиллированной водой до объема в 100 мл.
Для титрования берется раствор хлористого пли азотнокислого бария такой концентрации. которая приближается к предполагаемой жесткости. До титрования раствор предварительно нейтрализуют по фенолфталеину (несколько капель 1 %-ного раствора).
Отношение числа мл 100°-кого раствора хлористого бария, взятого для определения, к числу мл. израсходованных на титрование пальмитата калия, отвечает титру раствора последнего, выраженному в мг СаО-
Онределеняе окисного железа
Определение солей окисного железа в воде удобно производить колориметрически при действии роданистого аммония или калия в подкисленном серной или азотной нисло-той растворе. При наличии окисного железа образуется окрашенный в красный цвет роданид железа до реакции:
2 FeCl3 4- 6 NEhCNS = 2 FelCNS)3 + 6 NH*C1
25*
387
В качестве стандартного раствора применяют раствор 0,901 г химически чистых железных квасцов в 1 л воды (1 мл такого раствора соответствует 01 мг трехвалентного железа).
Реактив приготовляется из 225 г роданистого калия или аммония, растворенных в 125 мл дестиллированной воды при комнатной температуре.
Колориметрирование можно вести по описанному выше методу в пробирочном колориметре, в цилиндрах Гейера или колориметре Дюбоска.
Так как роданид железа легко разлагается при освещении, для получения устойчивой во времени окраски лучше колориметрировать эфирную вытяжку. В этих случаях определение следует вести в двух цилиндрах или пробирках с притертыми стеклянными пробками. В один из них наливается исследуемая вода, в другой стандартный раствор. Колориметрирование можно вести, приливая сначала для закрепления окраски путем экстрагирования при взбалтывании равные количества реактива и эфира. Цилиндры закрываются пробками и сильно взбалтываются. Степень окраски уравнивается затем добавлением эфира. В этом случае расчет ведется по объему эфирных слоев и для определения должны применяться калиброванные цилиндры.
Более удобным способом колориметрирования железа является сравнение пробы исследуемой воды наряду с дестиллированной водой. В обе хорошо подкисленные пробы, находящиеся в пробирках с притертыми пробками, добавляются равные количества реактива (роданистого калия или аммония) и эфира. Степень окраски уравнивается добавлением стандартного раствора при помощи микробюретки. В этом случае при расчете просто учитывается количество мл добавленного стандартного раствора. Вместо эфира можно с удобством в обоих случаях использовать амиловый спирт, ввиду его меньшей летучестй.
Определение общего количества железа
Для определения общего количества железа в воде, следует все закисные соединения перевести в окисные путем окисления. С этой целью перед добавлением реактива для колориметрирования, добавляют в качестве окислителя очень малое количество кристаллического персульфата аммония или калия 2 мл соляной кислоты уд. веса 1,12.
После введения окислителя исследуемая вода сильно взбалтывается и колориметрируется по описанному выше способу.
Закисное железо вычисляется по разности между общим количеством железа и содержанием окисного железа.
Приближенное количественное определение железа
Содержание железа может быть установлено следующим приближенным определением: К 10 мл исследуемой воды прибавляют 1—3 капли концентрированной серной кислоты, щепотку (на кончике ножа) персульфата аммония или 1—2 капли 3 %-ной перекиси водорода — для превращения закисного железа в окисное и взбалтывают (окисление притекает мгновенно), затем приливают 0,2 мл 50%-ного раствора роданистого аммония или калия.
Общее содержание железа (окисного и закисного) можно определить по табл. 10
Таблица 10
Приближенно© определение железа
Окрашивание при рассматривании сбоку Окрашивание при рассматривании сверху вниз Содержание железа (Fe) в мг|л
Окрашивания нет Окрашивания нет Меньше 0,05
Едва заметное желтовато-розоватое Чрезвычайно слабое желтоваторозоватое 0,1
Очень слабое желтовато-розоватое Слабое желтовато розоватое 0,3
Слабое желтовато-розоватое Слабое желтовато-розоватое 0,5
Светлое желтовато-розовое Желтовато-розовое 1
Сильно желтовато-розовое Желтовато-красное 2
Светлое желтовато-красное Яркокрасиое 5
Если не прибавлять окислитель (персульфат аммония, перекись водорода) можно по той же таблице определить содера;ание только окисного железа. Разность показаний дает содержание закисного железа.
Определение плитного остатка и количества органических веществ в виде
Сухой или иначе называемый плотный остаток в общих чертах дает характеристику степени минерализации исследуемой воды.
Некоторое представление о содержании органических веществ в воде дает количество летучих веществ при прокаливании сухого остатка.
Для этих определений воду освобождают Фильтрованием от взвешенных частиц и затем выпаривают определенный объем исследуемой воды досуха во взвешенной чашке. (Обычно выпаривают 250 или йоо мл. добавляя воду по частям в небольшую легкую чашку). Осадок после выпаривания сушат в сушильном шкафу при температуре 100—105е в течение 2—3 часов и взвешивают. Вес осадка перечисляют с взятого объема на 1 л воды.
Количество летучих веществ определяют осторожным прокаливанием чашки с сухим остатком до белого цвета золы.
Для регенерации углекислых солен, которые частично разлагаются при прокаливании с улетучиванием ух-лекислоты. смачивают осадок в чашке 25 %-ным раствором углекислого аммония и затем осторожно нагревают вновь до получения постоянного веса.
Излишен углекислого аммония и образующегося аммиака улетучивается.
Количество летучих веществ, представляющее собой разность между весом прокаленного осадка и первоначальным его весом, хает представление о количестве органических веществ в воде.
ЛИТЕРАТУРА К ПРИЛОЖЕНИЮ I
1. Е. Б. Алексеевский, р. К. Гольц, А. II. Мус аки н—Количественный анализ, 1938.
2. И. М. Кольтгофф и Е. Б. С эн де л—Количественный анализ, 1939.
3. П. Д. Винокуров—Техника санитарно-гигиенических исследований, 1941.
4. Г. В. Хлопан—Методы санитарных исследований, т. I.
5. Игнатов—Практическое руководство по методике санитарно-гигиенических анализов.
6. Стандартные методы химического и бактериологического исследования воды. Московский Ганитарньш Научно-исследовательским институт нм. Ф. Ф. Эрисмана.
7. С- В. Бруевич и Хеуров—Краткое руководство походным лабораториям для санитарно-химического исследования воды.
Московский Санитарный Научно-исследовательский институт им. Ф. Ф. Эрисмана, 1937.
8. Временный стандарт качества водопроводной воды и инструкции по исследованию воды. НККХ РСФСР и ККЗдрав РСФСР стр. 21, 1940.
9. А. В. Евланова и Л. А. Штуковская—Технических! и санитарный анализ воды в условиях экспедиций М. — Л. 1934.
ПРИЛОЖЕНИЕ U
БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОДЫ
(из инструкций по исследованию воды НККХ и НКЗдрав РСФСР и руководства Института им. Эрисмана «Стандартные методы химического и бактериологического
исследования воды»)
Бактериологический анализ ноды состоит из определений общего числа микробов и количества бактерий — показателен фекального загрязнения.
Для определения количества микробов в в<*де существуют методы прямого счета бактерий в воле и счета колоний но Коху - выращиванием бактерий на щыательных средах.
Прямой метод состоит из непосредственных количественных подсчетов мчк|м>оргэ-низмов, находящихся в веде. Этот метод позволяет дать характеристику бактерпальн. й флоры воды но морфологическим признакам наблюдаемых микроорганизмов.
Метод Коха состоит в выращивании из определенного объема ш-след>емии воды сапрофитных, метатрофных ^гнилостных микробов, которые являются прекрасным показателем для санитарной характеристики водоисточника. Метатрофные сапрофиты на среде, мяео-гентин-агар хороню растут мкр через 24 часа при температуре 37°.
При обычных еанитарпых исследованиях пользуются для определения счета колоний методом Коха.
Определение фекального загрязнения бактериологическим путем основывается на применении различных <-ред накопления для кишечной налочкп. как наиболее легко открываемого нредстави имя кишечной флоры, с последующим выделением их из среды накопления.
Наиболее распряг граненной средой накопления является среда Эйкмана при 43—45°.
В основу санитарной оценки воды положено определение всех разновидностей кишечной палочки, могущих быть индикаторами фекального загрязнения воды (суммарный учет ik'px типов группы соц ', объединяющим признаком является газообразуюшая способность микроба при 13—4.4е на бродильных жидких средах типа Эйкмана (с глюкозой). Метод Эйкмана требует точного соблюдения температурных условий, отклонение от них, в особенности перегрев, влечет за собой потерю анализа.
Результаты анализов на фекальное загрязнение воды выражаются в виде Коли-титра или Коли-индекса.
Количественный бактериологический анализ
а) Подготовка проб к посеву
В зависимости от предполагаемого обилия бактерий берутся для засева на чашку Петри различные количества воды. Количества от I до 0,1 мл засеваются непосредственно градуированными пипетками. Меньшие количества засеваются после предварительного соответствующего разведения данной воды стерилизованной в автоклаве водопроводной (недестиллпрованной) водой.
Для посевов должно применять такие разведения, при которых на чашках Петри вырастет не свыше 300 и не меньше 30 колоний, за исключением тех случаев, когда меньше зи колонии вырастает при засеве t мл неразведенной испытуемой воды.
Из каждой пробы виды должно быть использовано для посева не менее двух различных разведений (в намеченных заранее границах); каждое разведение должно быть засеваемо не менее, чем на две чашки Петри для непостоянно наблюдаемых вид и на одну чашку для постоянно наблюдаемых вод.
Разведение воды должно вестись при соблюдении следующих правил:
1) края пробирки должны быть фламбированы;
пи петка для набирания воды вводится и пробирку до дна, причем, прежде чем наб* ^)атъ воды, осторожно производят продувание воды через нее;
3) при наливании воды из пипетки в другую пробирку пипетка должна быть опущена «ин;е поверхности воды не более, чем на 3 мм (чтобы не было смывания е наружной поверхности пипетки): если в пробирку должно быть влито все количество воды, заключающееся в пипетке, т<- пипетку выдувают до конца, а последнюю наружную каплю снимают прикосновением к стенке пробирки у поверхности воды.
для каждого разведения берется отдельная пипетка. При недостаточных количествах пипеток допустим посев одной пипеткой из нескольких разведений на чашки и в среду ©йкмана, но при непременном условии начинать посев с больших разведений и переходить к мсньшпм. Посев необходимого разведения производят тотчас же после его приготовления, не дожидаясь приготовления следующих.
б) Посев и выращивание
Посев для счета колоний производится на агаре.
Количество воды, предназначенное для посева, вносится в чашку Петри, причем, если должно быть внесено все содержимое пипеткн, то после опорожнения ее, наружная капля «снимается с конца ее прикосновением ко дну чашки. Вливаемый вслед затем в чашку расплавленный агар не должен иметь температуру выше -V 42—44°С. Питательная среда наливается в количестве 7—10 мл, в зависимости от величины чашки. Края пробирки, перед тем как ввести ее под приподнятую крышку чашки Петри, фламбируются.
Воду со средой тщательно смешивают, осторожно наклоняя и легко вращая чашку во все стороны. Необходимо избегать оставления незалитых пространств на дне чашки, попадания среды на борт чашки, а также образования пузырьков воздуха.
Остужение среды должно производиться быстро и на строго горизонтальной поверхности.
Вырашивание производится в термостате при температуре 37°, счет — через 24 часа.
в) Счет колоний и выражение результатов подсчета
Счет колоний производится (если нужно) при помоши счетной пластинки, посредством лупы. Счет без луны п при помощи микроскопа не разрешается.
Необходимо производить полный счет всех выросших колоний.
Если на чашке Петри выросло более 300 колоний и если нет других разведений, а анализа нельзя повторять, то допускается подсчет колонии выводом среднего для чашки, по счету отдельных площадей. Во всяком случае должно быть сосчитано не менее i/j площади чашки.
Во избежание излишней точности и для более наглядного выражения результатов подсчета, количество колоний в пересчете на 1 мл воды необходимо в протоколах анализа ок^ур-лять следующим образом:
при количестве колоний в 1 мл:
от 1 до 100 — указывается точное количество колоний, полученное при подсчете,
от 101 до 1000 — результат подсчета округляется до ближайших 10.
от 1001 до 10 000 — результат подсчета округляется до ближайших 100.
от 10 000 до а0 000—результат подсчета округляется до ближайших 500.
Качественный бактериологический анализ
Определение бактерий кишечной группы производится методами выращивания на средах накопления (среды Эйкмана, Эндо) и методами прямого учета гметод Марманна и метод мембранных фильтров).
В практике бактериологического исследования воды за последнее время ввиду быстроты я точности получил широкое распространение метод мембранных фильтров.
а) Определение фекального загрязнения (коли~индекса v коли-титра) воды методом обогащения на жидких питательных средах
Первый этап. Посев на среду 3 й к м а н а
Посев. Серия бродильных сосудов с питательной средой Эйкмана заливается в отношении 1:10 соответствующими количествами исследуемой воды по следующей схеме:
е Водопроводная вода, поступающая в городскую сеть, исследуется в количестве ст зиО до 10 мл, для чего hj низводится разливка 2 доз по 100 мл и 10 доз по 10 мл.
2. Вода открытых водоемов исследуется в зависимости от степени предполагас-Фтс загрязнения: а) от 100 до ОД мл, для чего производится разливка по одной дозе в 10(- мл; 1С мл; 1 мл и ОД мл; б) от 10 до 0,01 мл, для чего производится разливка по 1 объему в 1о мл; 1,0 мл; ОД мл и 0.01 мл и в) от 1 до 0,001 мл, для чего производится разлшъд по 1 дозе в 1,0 мл; ОД мл; 0.01 мл и 0,001 мл.
Выращивание. После заливки испытуемой воды в бродильные сосуды, ш элед-ние помешаются в термостат при температуре Д- 43—45°С на 24 часа.
Примечание. Перегрев термостата свыше 46° ведет к гибели анализа.
Запись результатов. Через 2 4 часа бродильные сосуды с испытуемое водой проверяются, и полученные -результаты регистрируются в журнале:
а) отсутствие газа и мути во всех бродильных сосудах даст отрицательный (—) отвес на фекальное загрязнение испытуемой воды; исследование на этом этапе заканчивается;
б) наличие в бродильных сосудах газа и мути или только одной мути является подозрительным призаакОхМ фекального загрязнения испытуемой воды. В этом случае необходимо перейти к следующему этапу анализа воды, т. е. к пересевам на среду Эндо.
Примечания: а) Наличие газа и мути в бродильных сосудах с пробами из открытых водоемов, ежедневно контролируемых, дает положительный ответ на (ренальное загрязнение испытуемой воды. Исследование может быть закончено на чтим этапе.
б) Наличие газа и мути в бродильных сосудах, в случае анализа воды, подавае.мой в сеть, требует перехода к следующему этапу анализа.
Второй этап. Пересев на агар Эндо
Посев. После заххиси в журнале результатов посева на среду Эйкмана, материал из забродивших или помутневших сосудоз пересевается, для получения отдельных колоний на агар эндо при помощи платиновой петли. Пересев необходимо производить с расчетом получения отдельных изолированных колоний, для чего петля с набранным материалом сначала погружается в агар, а затем штрихуется по поверхности агара.
Выращивание. Чашки с посевами помещаются в термостат при температуре •4-37°и на 24 часа в перевернутом виде (крышками вниз).
Запись результатов. Через 24 часа производится изучение результатов роста на среде Эндо и запись их в журнал:
а) отсутствие роста колоний на среде Эндо дает отрицательный ответ на фекальное вагркзнедде испытуемой воды; исследование на этом этапе заканчивается;
б; наличие пленчатых, плесневых и иных колоний посторонней микрофлоры дает отрицательный ответ на фекальное загрязнение; исследование на этом этапе заканчивается;
в) наличие роста на среде Эндо типичных — красных с металлическим блеском, темнокрасных с несколько неправильным очертанием, а также розоватых с различными оттенками. особенно с красным центром, и прозрачных бант, параколи) колоний требует изготовления из материала этих колоний мазков с окраской по Граму и микроскопического ИЗ)чения;
1) отсутствие в мазках грамотрицательных палочек дает отрицательный ответ на фекальное загрязнение испытуемом воды; исследование воды заканчивается на этом этапе;
2) при наличии вмазках коротких грамотрицательных неспороносных палочек необходим*» проведение материала колоний через третий этап анализа.
Примечания: а) Наличие в мазках коротких грамотрицательных несно-роносных палочек в случае анализа воды ежедневно контролируемых открытых во-л-земов дает положительный ответ на фекальное загрязнение. Исследование может §ыть закончено на этихм итапе.
б) Наличие в мазках грамотрицательных палочек в случае анализа воды, посту-мощей в сеть, требует перехода к третьему этапу анализа.
Третий этап. Вторичный посев на среду Эйкмана
Посев. После записи результатов второго этапа анализа, материал из подозрительных колоний на среде Эндо пересевается в бродильные пробирки с разведенной 1 : Ю средой Эйкмана. Пересеваемые колонии должны быть хорошо изолированы и чисты.
Примечание. В случае отсутствия изолированных колоний или обнарух жения при микроскопическом изучении смешанной культуры необходимо предварительно выделить из подозрительного материала чистую культуру, для чего из мате-териала колоний приготовляется тонкая взвесь в стерильном физиологическом раот-
воре или стерильной воде. Взвесь распевается ня агаре Эндо штрихами, как указано было в начале описания второго огапа. В этих случаях анализ удлиняется на сутки.
В Ы р a ni и в а н и е. Бродильные пробирки с пересевами помещаются в термостат на 24 часа мри температуре -f 37°С.
Запись результатов. Через 24 часа производятся наблюдение результатов в бродильных пробирках и запись их в журнале:
а) отсутствие газа дает отрицательным ответ на фекальное загрязнение испытуемой воды;
б) наличие газа дает положительный ответ на фекальное загрязнение испытуемой воды.
Этим исследование воды на фекальное загрязнение заканчивается.
Схема вычисления титра кишечной палочки и кол и-и н д е к с а
Результаты бактериологического исследования воды на фекальное загрязнение выражаются в виде ноли-индекса или коли-титра.
Под коли-индексом подразумевается число кишечных палочек в 1 л воды.
Под коли-титром подразумевается наименьший объем воды, в которой обнаружена кишечная палочна.
Для перевода титра кишечной палочки на коли-индекс необходимо 1000 разделить на число, выражающее титр кишечной палочки. Для перевода коли-индекса на титр кишечной палочки необходимо 1000 разделить на число, выражающее коли-индекс. Пример;.
коли-титр равен0,5 мл: =2000. Коли-индекс 2000.
б) Определение фекального загрязнения (кОли-индекса и коли~титра) методом прямого счета на твердых питательных средах с помощью ультрафильтров
Применение ультрафильтров для бактериологического исследования воды основано на двух свойствах, присущих выпускаемым специально для этой цели ультрафильтрам, а именно:
1) при фильтровании через ультрафильтр определенного объема воды, на поверхности воды более или менее равномерно распределяются все находящиеся в данном объеме микробы;
2) ультрафильтры позволяют производить непосредственно на их иоверхниенг выращивание осевших бактериальных клеток, причем последние вырастают в отдельные колонии, сохраняющие присущие их культуре особенности.
Анализ воды с помощью ультрафильтров содер?нит следующие операции:
i-я операция — фильтрация исследуемого объема воды через ультрафильтры для концентрации и оседания микробов на поверхности ультрафильтра;
2-я операция — перенос ультрафильтра с осевшими на его поверхности микробами на твердые питательные среды для выращивания и получения отдельных колоний;
3-я операция — количественный подсчет выросших колоний кишечной палочки:
4-я операция — детальная идентификация микробов кишечной палочки (.в случае необходимости).
Общие сведения об ультрафильтрах
Выпускаемые в настоящее время в массовом масштабе ультрафильтры для санитарно-бактериологического анализа воды представляют собой пористые нитроцеллюлозные .ь«м-локсилиновые) пленки, более или менее легко проницаемые для воды.
Ультрафильтры имеют форму плоских кружков с диаметром в 35 мм и тилщишш около 0,1 мм (100 микрон).
Объем пор в ультрафильтре составляет, примерно, 70 % от общего объема всего ультрафильтра. Поэтому несмотря на то, что общий объем ультрафильтра равен 0,1 см3, он имеет вес всего 0,05 г, т. е. удельный вес его не превышает 0,5.
Ультрафильтры упаковываются по отдельным сериям по 60—70 штук в каждой. 11а одном пз ультрафильтров внутри каждой серии имеется надпись по краю, с указанием номера серии. Этот же номер указан на бумажной обертке серии фильтров. Кроме номера серии, на обертке указаны месяц и год выпуска ультрафильтров, а также время в минутах И секундах, потребное для того, чтобы 500 мл воды прошли через фильтр данной серии под действием разности давления в 0,5 атм. Время фильтрации дается как среднее из двух определений, проведенных с двумя различными фильтрами данной серии.
Асгорп импнгг< выпускаемых ультрафильтров
‘Ассортимент ультрафильтров состоит из пяти номеров. При установлении номера для выпускаемых ультрафильтров, за основу принимается их скорость фильтрации или «иодо-проницаемость». Крупнопористые ультрафильтры характеризуются высокой водопроницаем иегью, мелкопоршлые их улы рафильтры, наоборот, имеют низкую водопроницаемость. Водопроницаемость ультрафильтров характеризуется соответствующими номерами: № 1, №2, А& з, № 4, ЛЬ 5. Чем меньше номер ультрафильтра, тем меньше его водопроницаемость и, соответственно, меньше диаметр его пор. Тан ЛХ* 1 j называет на самым плотный ультрафильтр с наименьшей водопроницаемостью, между тем как Л'. 5 указывает на самый крупнопористый ультрафплмр с наибольшей водопроницаемостью.
Ультрафильтры первою нимера имеют с pe.-цш и диаметр нор, примерно, в 0,3 микрона. Время фильтрации 500 .мл воды равно в среднем 9 пик., при минимуме в 0 мин. и максимуме в 12 мин.
Ультрафильтры второго номера имеют вдвое б.>..’мп.по водопроницаемость, по сравнению с первым номером. Они фильтруют в среднем 4.5 мин., при колебаниях от 3 до 6 мин.
Ультрафильтры третьего номера имеют вдвое большую водопроницаемость, чем люфой номер, и фильтруют в среднем 2,25 мин. при колебаниях от 1,5 до 3 мин.
Ультрафильтры четвертого номера имеют вдвое большую водопроницаемость, чем третий номер и фильтруют в среднем 70 сек. при колебаниях от 45 до 90 сек.
Наконец, ультрафильтры пятого номера имеют вдвое большую водопроницаемость, чем четвертый номер и фильтруют в среднем 35 сек., при колебаниях от 25 до 45 сек.
Кроме перечисленных пяти номеров ультрафильтров выпускается еще особый сорт фильтров под названием «предварительный фильтр». Назначение его — очистить воду от грубых взвешенных в воде частиц, от планктона и окиси железа. Этп самые крупнопористые фильтры отличаются проницаемостью' для бактерий. Они резко отличаются ио своему внешнему виду от нормальных ультрафильтров своей ячеистой структурой, что очень хорошо заметно при рассмотрении их в проходящем свете. В отличие от резко выраженной ячеистой структуры предварительных фильтров, нормальные ультрафильтры являются почти бесструктурными п не имеют ячеистого рисунка.
Предварительные фильтры имеют диаметр пор в 3—5 микрон и пропускают воду, подобно обычным бумажным фильтрам, под действием одной силы тяжестп, без участия искусственно созданной разности давления.
Наиболее ходовыми являются Лч з и № 4. Мелкопиристые ультрафильтры имеют «воздушную» — матовую и зеркальную поверхность.
Ультрафильтры крупнопористые имеют свойства очень мягкой бумаги, и поверхность у них современно матовая. Разница между «зеркальной* и «воздушной» сторонами ультрафильтра выражена очень слабо.
Вады брака ульгпрафл-льтрав
Ниже приводится перечень возможных случаев брака ультрафильтров:
а) Несоответствие диаметра ультрафильтра установленному стандарту в 35 мм.
б) Несоответствие номера водопроницаемости указанию на ярлыке оригинальной упаковки.
в) Чрезмерно тонкие ультрафильтры .меньше 0.0s мм; или чрезмерно толстые (больше 0,12 мм).
г) Колебание в толщине фильтров одной и той же серии б. «лее. чем 0,02 мм.
д) Хрупкость или недостаточная механическая яришии-ть фильтров-
е) Наличие явных повреждении на ультрафильтре, например, краевой надкол, сквозные отверстия, видимые простым глазом па просвет, п т. п.
•ж ) Наличие пятен или •орпнок на поверхности ультрафильтра.
з) Скручивание ультрафильтра при стерилизации, мешающее надежному прилеганию ультрафильтра к питательной среде.
.r -jow.4 хранения рьмрщЯ.итрз
В сухом виде ультрафильтры легко воспламеняются и очень быстро сгорают. G шлко в увлажненном состоянии ультрафильтры совершенно безопасны. Поэтому в тех случаях, когда имеется большая компактно собранная масса ультрафц шгров. хранить их следует в увлажненном состоянии. Если же имеющееся количество ультрафильтров невелик.», и если, оии размещены небольшими партиями, то их можно хр шить в сухом виде.
Непродолягитсльное (до 1 года; хранение ультрафильтров в сухом root линии не влечет
за собой никаких изменений ни в свойствах, пи в структур ©ультрафильтров. Сушка ультрафильтров при высокой температуре (до 50°) не приносит ущерба главнейшим их свойствам. Особенно устойчивы в этом отношении крупнопористые ультрафильтры (№ ; и 2У, 5). Даже сушка над серной кислотой в течение непродолжительного времени (1—2 часа) не отражается на их общих свойствах. Для длительного сохранения ультрафильтров рекомендуется хранить их в увлажненном состоянии. Хранение под водой иг оиаски. если исключить возможность развития в воде особого плесневого грибка, питающегося па счет материала ультрафильтров п постепенно закупоривающего поры ультрафильтра своими слизистыми кол» явями.
Чтобы сохраяшь ультрафильтры под водой в стерильных условиях, рекомендуется хранить их в слабых спиртоводных смесях, содержащих 20—30 % спирта, атпм и>тем исключается опасность развития упомянутого грибка. Опыт показал, что слабые спн рто-водные смеси не изменяют структуры и свойств сохраняемых в них ультрафильтров: ультрафильтры после хранения в спирто-водной смеси в течение 12—14 месяцев практически сохраняют первоначальную свию водопроницаемость, и процесс выращивания на их поверхности колоний 1 и* ухудщается.
Рекомендсетсн проверять удельный вес спирто-водной смеси и следить за тем. чтобы он не был меньше о.93 и больше ь.97. Спирто-водные смеси с содержанием ciuipu. выш<-50% вызывают заметное набухание ультрафильтров. которое монхет кривееги ь изменению структуры ультрафильтров. Ио.«гому нс рекомендуется хранить \льтрафильi ры в крепких спирто-видных смесях.
Л отставка ультрафильтров О ья анализа
Чтобы обеспечить процесс фильтрации, необходимо вытеснить из пир ультрафильтра весь имеющийся в них воздух. Для этой цели ультрафильтр кипятят в десги.иаргшашюй воде до 20 мин. Нельзя вести этот процесс чрезмерно бурно. Необходимо следиib за тем. чтобы нагревание воды шло медленно, а кипение — спокойно. В противном случае не исключена возможность разрушения структуры ультрафильтров, сжатия и свертывания, что делает их негодными.
Во время кипячения ультрафильтра в воде, происходит полное удаление из ультрафильтра последних остатков органических растворителей, пе вымытых в щюс время из ткани ультрафильтра. Поэтому рекомендуется первую воду после 13—20 минут кипячения слить, заменить ее свежей чистой водой и повторить процесс кипячения. Для экспедиционных целей фильтры стерилизуются в автоклаве, причем удаление последних следов статочного растворителя должно быть предварительно произведено путем двухкратного кипячения его в воде со сменой воды.
Если для подготовки берут ультрафильтры нескольких серий, то, чтобы не перепутать серий, на ультрафильтрах с краю подписывают простым карандашом (ио не химическим) номера серий. При этом необходимо надпись делать на «воздушной* <-т<>р<*нг. Ес ли ультрафильтр хранился в спирто-водной смеси, то, перед тем как отметить на нем номер серии, его необходимо подсушить на воздухе.
Фильтровальные приборы
Для фильтрации исследуемой воды можно пользоваться в случае небольших объемов прибором, выпускаемым Киевским бактериологическим институтом под названием «фильтр-Зейтца». Рекомендуется заменить в нем проволочную сетку пластинкой шоттовского стеклянного фильтра. Очень хороши стеклянные фильтры фабрики «Дружная горка» № 1. Можно пользоваться также и пластинками из шамота или кирпича. Необходимо обратить внимание на то, чтобы плоскость пористой пластинки была немного ниже плоскости бортика, на котором зажимается ультрафильтр. Благодаря этому ультрафильтр во время фильтрации будет иметь слегка вогнутую фирму и будет несколько растянут под влиянием действия вакуума.
При фильтрации больших объемов воды необходимо пользоваться специальным прибором, сконструированным работниками Рублевской насосной станции в г. Москве.
Выбор объема воды для исследования
а) Объем воды для исследования выбирается с таким расчетом, чтобы после выращивания легко было подсчитать число появившихся на ультрафильтре колоний. Удобно производить подсчет четко изолированных колоний, если число их на ультрафильтре '.площадь 7,0 см2) не превышает 50. Поэтому для выбора нуясного объема пригодна следующая табл. 1.
Таблица 1
Предполагаемый коли-•гитр исследуемой воды Количество исследуемой воды Ожидаемое число колоний кишечной микрофлоры на ультрафильтре
0,01-0,1 1 мл от 10 до 100
0,1 —1,0 .'1 л » 5 » 50
1,0 — 10,0 10 » » 10 » 100
10,0 —100,0 100 » > 1 » 10
100,0 -500,0 500 » » 1 5
5000.0 -1000,0 юоо » » 1 » 2
»
б) При анализе питьевой воды профильтровывается тот объем, в котором согласно установленным нормативам для данной местности, не должно быть кишечной микрофлоры (300—500 мл).
в) При анализе незнакомой воды производится посев нескольких объемов: например, 1 мл и 10 мл, если вода неочищенная (речная, озерная и пр.); нескольких объемов от 50 до 500 мл, если вода подвергалась обработке (вода отстойников, скорых фильтров, хлорированная), в таком случае для исследования берется несколько фильтров, и для учета, используется тот, на котором получен роет в виде изолированных Колоний.
Сысрн 1н;аяня фильтровального прибора
1. Непосредственно перед фильтрованием металлический столик прибора и стекленная воронка с крышкон стерилизуются обжиганием; тампоном ваты на длинном приви.юч-ном пли гтоклппном сто у-л.не. смоченным в чистом спирте, протираются внутренние поверхности воронил и «шли па воронье, зажигается от пламени спиртовой горелки. Таким образом обжигается металлическая часть прибора (столик) со стеклянной пластинкой в нем.
П. Если необходимо собрать стерильный фильтрат, что возможно только при наборе с колбой Бунзена, то прибор вместе с колбой Бунзена стерилизуется в автоклаве; горло бунзеновской колбы и оттянутый носик ее закрываются ватными пробками. Колба, веронна с крышкой, металлический столик со стеклянной пластинкой и резиновая пробка завертываются в бумагу .каждая часть отдельно). После етерилизащш прибор монтируется над огнем.
Процесс, фильтрации
I. Для присасывания жидкости через ультрафильтры нужно создать под фильтром вакуум с помошью водоструйного или масляного насоса.
В условиях окспедииионной работы или отсутствия насоса, в случае, когда для анализа требуется небольшой объем коды. — разрежения воздуха в колбе Бунзена можно достигнуть отсасыванием воздуха рт«>м. для чего па отросток колбы надевается резиновая трубочка со стеклянным мундштуком.
Непосредственно перед фильтрованием стерилизуются ультрафильтры и прибор Для фильтрования (см. выше).
Прокаленным на пламени спиртовой горелки и остуженным пинцетом (с гладкими краями) ультрафильтр переносится на столик прибора стороной, отмеченной карандашом точкой кверху и слегка присасывается к поддерживающей пластинке прибора созданием под фильтром небольшого вакуума (осторожным включением разрежающего насоса!. Необходимо следить, чтобы кран ультрафильтра были наложены на металлический столик всюду одинаково ровно; затем сверх Фильтра накладывается на столик стеклянная воронка. Воронка закрепляется на столике металлическими зажимами, и насос выключается, тан как фильтр уже хорошо закреплен.
В воронку наливается нужный объем исследуемой воды и прибор соединяется с разрежающим насосом. $
II. При окончании фильтрации заяшмы, закреплявшие воронку, открываются, воронка снимается, и остуженным пинцетом ультрафильтр снимается и переносится на питательную среду Эндо в чашке Петри таким образом, чтобы поверхность с задержанными микроорганизмами была обращена вверх.
Фильтр медленно накладывается на питательную среду, начиная от свободного края и кончая краем, зажатым в пинцете. Допускается небольшое надавливание на питательную среду с тем, чтобы при накладывании ультрафильтра не осталось пузырьков воздуха Между ультрафильтром и средой.
В чашке Петри обычного формата помещается 4—5 фильтров.
Выращивание
Выращивание производится в термостате, как правило, при температуре 4-37°С в те" чение 24 час.
Чашки помешаются в термостат в перевернутом виде, крышкой вниз.
резкие колебания температуры с амплитудой больше 3 градусов недопустимы.
Чашки с питательной средой не подсушиваются перед наложением ультрафильтров. Среда разливается в чашки слоем не менее 15 мл за сутки до использования ее или непосредственно перед анализом.
Счет колоний и выражение результатов
фекальное загрязнение воды устанавливается нахождением и учетом в ней все?; представителей кишечной палочки.
Перед подсчетом фильтр снимается пинцетом со среды и высушивается при комнатной температуре.
Счет колоний производится обязательно с помощью лупы, увеличивающей в 5—10 раз.
Если на ультрафильтре выросло более 50 колоний и подсчет произвести трудно, площадь ультрафильтра делится карандашной чертой на секторы, и подсчет ведется в каждом секторе, после чего данные суммируются.
Ход анализа воды из открытых водоемов *
При анализе хорошо изученной и ежедневно контролируемой воды, не идущей непосредственно для питья (из рек, прудов, озер и пр.), а также воды в процессе очистки (из отстойников, скорых фильтров, английских фильтров на водоочистительных сооружениях и пр.), допустимо ограничиться учетом всех тпиичгых дтя микроб, в кишечной палочки колоний на Эндо (лактозоразларающих).
За «типичные» принимаются колонии, цвет которых зависит от восстановленного фуксина, — типичные красные с металлическим блеском или без неги, пли имеющие лишь темнокрасный центр; металлический блеск фуксина не обязателен.
Все колонии других цветов и оттенков в учет не берутся (розовые, желтые, розовожелтые, кирпичного цвета, бесцветные).
1) Отсутствие лантозоразлагающих колоний на ультрафильтре через 24 часа дает отрицательный ответ ;—) на фекальное загрязнение испытуемой воды. Исследование на этом этапе заканчивается.
2) Наличие на ультрафильтре лактозоразлагающих колоний дает положительный ответ на фекальное загрязнение испытуемой воды. Исследование на этом этапе заканчивается. Фильтр снимается пинцетом со среды и высушивается при комнатной температуре. Число лантозоразлагающих колоний подсчитывается (обязательно с лупой), п определяется количественное содержание кишечной микрофлоры в лптре воды, т. е. устанавливается коли-индекс.
3) Цифра колп-индекса проставляется в регистрационную книгу анализов, а фильтр приклеивается в журнал протоколов.
Ход анализа воды, подаваемой в городскую сеть
При анализе воды, подаваемой в городскую сеть, различают три случая:
I. Отсутствие роста на ультрафильтре через 24 часа даст отрицательный ответ (—) на фекальное загрязнение испытуемой воды. Исследование на этом этапе заканчивается.
II. Наличие пленчатых, плесневых и других колоний посторонней микрофлоры дает отрицательный ответ (—j на фекальное загрязнение испытуемой воды. Исследование на этом этапе заканчивается.
III. Наличие на ультрафильтрах типичных красных с металлическим блеском колоний, или темнокрасных без блеска, а также розоватых, особенно с красным центром и прозрачных, требует следующего этапа анализа для установления среди указанных подозрительных колоний представителей группы коли-аэрогенес.
Из материала этих колоний готовятся мазки и окрашиваются по Граму.
Мазки микроскопируются.
I. Отсутствие в мазках грамотрипательных неспороносных палочек дает отрипа-телытый ответ (—) на фекальное загрязнение испытуемой воды. Анализ воды на этом заканчивается.
II. Наличие в мазках грамотрицательных бесспоровых палочек требует дальнейшего изучения колонии.
П р и м е ч а н и е. Пересеваемые колонии должны сыть хорошо изолированными и чистыми. В случае обнаружения при микроскопическом изучении смешанной культуры необходимо предварительно выделить чистую культуру, для чего из подозрительного материала приготовляется тонкая взвесь в стерильном физиологическом растворе или стерильной воде, и делается высев штрихами на агар Эндо. В этом случае анализ соответственно удлиняется.
Материал из подозрительных колоний пересевается в бродильные пробирки или рожки со средой Эйкмана, разведенной в 10 раз. Выращивание проводится при температуре —}-43°С (24 часа).
I. Отсутствие газа дает отрицательный ответ {—) на фекальное загрязнение испытуемой волы.
11. Наличие газа дает положительный ответ на фекальное загрязнение испытуемой воды.
Примечание. Если газообразование в сосуде явно выражено за более короткий срок, — учет результатов можно производить в момент регистрации явного газообразования.
Исследование воды на стом этапе заканчивается.
Содержание кишечной микрофлоры в профильтрованном через ультрафильтр объеме питьевой воды устанавливается учетом выявленных на ультрафильтре через 24 часа выращивания колоний, состоящих из грамотрицательных песпороиоиных палочек и ферментирующих глюкозу в среде Эйкмана при температуре -|“43ОС с образованием газа. Затем перечислением ус танавливается количественное содержание кишечной микрофлоры, в литре исследуемой воды. т. е. определяется коли-индскс.
Ультрафильтры в случае детального изучения выросших на них тюлений не снимаются со среды Эндо до окончания анализа, т. е. до установления количиндснеа.
ЛИТЕРАТУРА К ПРИЛОЖЕНИЮ II
1. Временный стандарт качества водопроводной воды и инструкции по исследованию воды. Народный Комиссариат коммунального хозяйства РСФСР и НКЗ РСФСР ст. 21, 1940.
Стандартные методы химического и бактериологического исследования воды Московский Санитарный Научно-исследовательский ин-т им. Эрисмана под редакцией М. М. Эттингера, 1940.J
ПРИЛОЖЕНИЕ Ill
ИНДИКАЦИЯ ОВ В ВОДЕ
Определение ОВ в воде производится с пемощьк* групповых и характерных для отдельных ов реакций.
При выборе реакции следует ib-x*’:rm из специфичное г и и чувствительности ее, тан как ОВ уже в чрезвычайно малых концентрациях обладаю! токсическим действием на я;и-вой организм. Выполнение реакций часто затрудняется из-за растворенных в воде примесей. Так, например, присутствие в воде солей железа и значительного количества карбонатов само по себе может служить причиной образования мути при прибавлении реактивов Гриньяра, Дегре, Бутарда и др. Поэтому в мутной воде после определения внешних признаков заражения пробу фильтруют, центрофугпруют или отстаивают и декантируют. При наличии плевки и капель зх следует по возможности путем взбалтывания растворить в пробе пли отделить с помощью делительной или капельной воронки и исследовать, отдельно.
КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ БОВ
Качественные реакции на иприт и трихлор-т р и э т и л а м и и
Подплатинатная реакция. Чувствительной реакцией на иприт является’ определение его при пом*чин иидплатинатиото реактива (см. «'Приготовление реактивов в реактивных бумажек#). К 5—& мл исследуемой воды прибавляют 1 каплю подилатпнаа-ного реактива и 4—5 капель раствора крахмала. В присутствии иприта проба окрашивается в синий цвет, к быстро образуется слабая муть. Пун нодьжхлiuai 10 каплями разбавленной (1 : 20) соляной кислоты реакция ускоряется.
Реакция основана на образовании комплексного соединения хлорной платины с ипритом. Выделяющийся иод вызывает посинение раствора.
Чувствительность реакции около 5 мг^л.
Трпхлортрпэтпламин дает такую ;ке реакцию очень медленно при длительном стоянии. Быстро такого же характера реакцию дает продукт гидролиза иприта—тиодигликоль.
Определение реактивом Т-135
Более чувствительным чем иодплатинатпый реактив, для определения иприта и три — хлортриэтиламина является реактив Т-135. Если исследуемая вода бесцветна, наливают 5—6 мл ее в пробирку и добавляют 1 мл реактива Т-135. В случае исчезновения синел окраски реактива, ее восстанавливают, приливая по каплям 0.5 % водный раствор NaOH. После этого нагревают пробирку на водяной бане пук температуре 65—70° в течение 20—30 минут иля кипятят на голом огне в течение 3 минут. Затем пробу охлажтают до комнатной температуры я подкисляют каплей крепкой уксусной кислоты или концентрированной минеральной кислоты 'соляной, азотной или серной). При наличии иприта или трпхлортриэтиламина уксусная кислота вызывает в пробе желтое, а минеральные кислоты розовое окрашивание. (При подкислении минеральной кислотой следует добавлять не больше 1 капли, так как при избытке Лзыше 2—3 капель они сами вызывают аналогичное окрашивание). ч
Чувствительность реакппи 1—2 мг/л иприта п трихлортриэтиламина. При экстрагировании получающегося окрашенного соединения 1—2 мл бензола или толуола при взбалтывании окраска становится более интенсивной и чувствительность повышается до о.5 — 1 мг/л.
Если вода окрашена, пробу ее отбирают в количестве 25—30 мл в цилиндр, добавляют 15—20 мл бензина или бензола, цилиндр закрывают пробкой и энергично встряхивают. По— 399*
глс отстаивания отбирают 5—8 мл бензольной вытяжки.' добавляют 5—8 мл реактива Т-135 и 3—4 мл воды, нагревают в течение 5 минут и фильтруют через вату в пробирку. Промыв вату спиртом в ту Hie пробирку, пробу подкисляют, как указано выше, и наблюдают окрашивание в ней.
Кроме иприта п трихлортриэтиламина аналогичную реакцию с реактивом Т-135 дают х юреф^рм и некоторые другие галоидоорганические соединения. Лрчпю БОГ» -»to£i реакции не дают.
Определение по методу Обермиллера
Предложенные Обермиллером в качестве реактивов на иприт х л .< р н о е золото и хлористый палладий образуют с ипритом окрашенные, трудно растворимые в воде, двойные соединения. К 5—6 мл исследуемой воды добавляют 2—3 напли 5Уо бикарбоната натрия и 5 капель 1 % водного раствора хлорного зилота. В присутствия иприта образуется желтая муть. Бикарбонат прибавляют для подщелачивания, тан как в кислой среде м>ть образуется очень медленно иля совсем не образуется. Чувствительность реакции около 25— 30 мг/л. Кроме иприта образование мути вызывают только алкалоиды.
Реакция Дегре
Реакция Дегре основана на образовании нерастворимой двойной соли иприта с двуиодистой ртутью.
СНа — СНаС1 ,СН2 -CH-I
S7 4-K4HgI4 2 КС1-4 S -Ilgl,
ЧСН3 — СН,С1 ХСНа - CH-I
К 5—6 мл исследуемой воды прибавляют 10—15 капель реактива Дегре. Наличие иприта вызывает обесцвечивание реактива и образование мути.
Чувствительность реактива 25—30 мг/л. При добавлении нескольких капель 1 % раствора хлорной платины чувствительность значительно увеличивается.
Определение по Грпььярр
Представляет интерес реактив для определения иприта, предложенный Гриньяром еще в первую империалистическую войну. Реактив Гриньяра состоит из йодистого натрия, сернокислой меди и гумми-арабика.
При наличии иприта добавление реактива вызывает желтую муть.
По Гриньяру, сущность взаимодействия иприта с его реактивом выражается следующим уравнением:
СНЭ—СН3С1 ОН, — СНД
S 4- 2 Na! -> 2 NaCl 4- s'
^CHi— CHaCL 4CII3-CHJ
Образующийся в результате реакции дииоддпэтилсульфид выпадает в виде желтого осадка. Сернокислая медь, по мнению Гриньяра, служит катализатором, а гумми-арабпк, повышающий вязкость раствора, добавляется для отчетливости реакции.
По более новым представлениям при взаимодействии иприта с реактивом Гриньяра происходит образование нерастворимой двойной соли подпетой меди с дииоддиэтилсуль-фидом.
2 Nal 4- CuSOi ->CuI> : Na2SO«
2CuIi->2 Cui -j- Ij
CHS- CH.I r ,CHa —CH3I“i
S/ +CUI-+ s/ -Cui.
ЧСН.~ СНД L СП,— СНД J
Чувствительность классического реактива Гриньяра очень низка — около 50 мг/л.
С целью увеличения чувствительности, проф. Преображенский предложил микроскопическое исследование образующихся кристаллов этой двойной соли. По этому способу пробу после прибавления 2—3 мл реактива центрифугируют или дают отстояться в течение 3—4 часов. После этого забирают со дна пробирки каплю жидкости, наносят на предметное стекло и рассматривают в микроскоп (при увеличении в 200—300 раз). При наличии иприта наблюдаются кристаллы шестигранной или ромбической формы. Отчетливость кристаллов получается тольки при малых концентрациях иприта. Реакция специфична для «ирита.
Групповая реакция Бишарда на иприт и алкалоиды
Групповую реакцию на иприт и алколоиды дает реактив Б у ш а р д а, доступный благодаря простоте состава. При добавлении 10—20 мг этого реактива к 10 мл исследуемой воды наблюдается (особенно хорошо при сильном боновом освещении) образование бурой мути, усиливающейся при стоянии. Чувствительность реактива для иприта 20—м? на литр.
Аналогично реактиву Бушарда взаимодействует с водными растворами иприта р е-ан т и в Драгендорфа.
Качественные реакции на содержащие мышьяк ОБ
Характерными специфическими реакциями на содержащие мышьяк вещества являются сероводородная реакция, определение по мышьяковистому водороду, а также ацетиленовая реакция.
Сероводородная реакция
Сероводородная реакция основана на взаимодействии арсинов, например, люизита с сероводородом, в результате которой 2 атома хлора, непосредственно связанные с мышьяком, замещаются атомом серы с образованием трудно-растворимого в воде— хлорвинил-арсинсульфида белого цвета.
Реакция является групповой на дихлорарсины.
Определение производится следующим образом: в пробирку наливают 5—6 мл исследуемой воды и прибавляют 2 капли разбавленной соляной кислоты (1 : 3) и 5 капель сероводородной воды или несколько зерен твердого сероводородного реактива. В присутствии дихлорарсинов образуется молочнобелая муть или опалесценция, нерастворимая в воде и растворимая в эфире, дихлорэтане и др. органических растворителях. Соли некоторых тяжелых металлов, напр., олова и цинка также дают с сероводородными реактивами очень светлые осадки, нерастворимые в органических растворителях и растворимые в крепкой соляной кислоте.
Чувствительность реакции на люизит около 5 мг/л. По реакции Наметкина и Некрасова действуют водноспиртовым раствором сероводорода на водный раствор арсина. При этом образуется также белая муть. Чувствительность реакции при применении водноспиртового раствора сероводорода сильно увеличивается.
Реакция Зангер-Блэка
Определение дихлорарсинов по мышьяковистому водороду основано на восстановлении активным водородом мышьяковистых соединений до мышьяковистого водорода и реакции последнего с сулемой.
Эта реакция по Зангер-Блэку производится таким образом: в нолбу прибора Зангер-Блэка (или Агроновича) наливают 25—30 мл исследуемой воды, прибавляют 10—15 капель 10 % раствора едкой щелочи и оставляют стоять в течение 5 минут. Затем прибавляют 20 мл 20% серной или соляной кислоты и 2—3 г зерненного цинка, не содержащих мышьяка, и быстро прикрывают колбу пришлифованной пробкой, в которую впаяна стеклянная гофрированная трубка. На верхний конец трубки накладывается и укрепляется индикаторная бумажка сулемовая или бромнортутная. Внутренность гофрированной трубки заполняется ватой, пропитанной 3 % раствором уксуснокислого свинца и высушенной для поглощения сероводорода, который частично может образовываться во время реакции. Вследствие медленности реакции рекомендуется выдерживать длительность определения 30— 40 мин. В присутствии мышьяксо держащих ОВ в пробе на реактивной бумажке получается окрашивание от желтого до коричневого цвета. Окрашивание усиливается при обработке реактивной бумажки после окончания реакции в течение 5—10 минут 10% раствором йодистого калия. Чувствительность этой реакции очень высока: можно обнаружить таким путем в зависимости от природы соединения — 0,2—3 мг/л, нащимер, около 0,5 мг/л люизита.
Содержащие сурьму вещества дают на реактивной бумажке серочерное окрашивание с небольшой желто-черной каймой.
Обнаружение солей мышьяка в воде по выделению мышьяковистого водорода но Гут-цайту можно произвести просто в пробирке. К 2—3 мл исследуемой воды добавляют 1—2 мл 20% соляной или серной кислоты п несколько зерен цинка, не содержащих мышька. В верхний конец пробирки вкладывают тампон из ваты, предварительно обработанной, как указано выше, уксуснокислым свинцом. Отверстие пробирки покрывают фильтро-26 Л. А. Кульскпй 401
вальпой бумажной, смоченной раствором азотнокислого серебра или просто на бумагу кладут кристаллик азотнокислого серебра. Бумажка или кристаллик в присутствии мышьяка желтеют, а затем чернеют.
Активирование цинка (увеличение поверхности для повышения скорости реакции} и одновременная очистка от следов мышьяка производится сплавлением металлического пинка с безводным хлористым магнием (1—1,5 % от веса цинка) в тигле. Расплавленную массу тонкой струей вливают в холодную воду. Полученный гранулированный цинк проверяют на отсутствие мышьяка.
Ацетиленовая реакция
Ацетиленовая реакция, специфичная для люизита, основана на выделении ацетилена при действии концентрированного раствора щелочи:
2;СНС1 = CIIiAsCl.-у 6 КОН -*2 С2Н2 + 6 КС14- Аз2О3 4- 3 НоО.
Выделяющийся ацетилен открывают при помощи реактивов, содержащих соля @дно-валентной меди (реактив Иллосвая или Вернацца).
Определение производится следующим образом:
Если вода не окрашена, в пробирку наливают 5—6 мл ее, прибавляют 5—б мл щелочи (NaOH или КОН), встряхивают и оставляют стоять несколько минут. Затем приливают» с предварительным подкислением уксусной кислотой ;до ее заметного запаха) несколько-напяль реактива Иллосвая или непосредственно, без подкисления, реактива Вернацца.
В присутствии люизита реактив Иллосвая дает фиолетово-красное окрашивание.
Чувствительность реакции достигает 5 мг;л.
Реактив Вернацца при наличии люизита дает кровавокрасное окрашивание, чувствительность его гораздо ниже — 15—20 мг/л люизита.
Для окрашенной воды образующийся ацетилен отгоняют из пробы в отдельную пробирку. Для этого проба исследуемой воды (10 мл) помещается в колбу, к ней приливают равное количество 10 %-ного раствора щелочи, взбалтывают и добавляют немного алюминиевой стружки (0,3 г). Затем колбу закрывают пробкой, в которую вставляется отведи а я трубка, другой конец которой опускают в пробирку с реактивом Иллосвая.
Осреднение дихлорар'чиюа реактивам Ш1И.-7
Для качественна и определении дихлорареннов служит также реактив ВИП-7. Несколько капель этого реактива вливают в пробирку и осторожно пипеткой наслаивают 16 — 2 0 кап^йь прозрачной исследуемой воды. При наличии люизита и этилхлорареина — излучается белое кольцо, метилдихлорарспна — серое.
Определение солей мышьяка в воде можно произвести также при помощи раствора фос-форноватисто-кислого натрия в концентрированной соляной кислоте. Если к 2 мл этого реактива осторожно (по стенне пробирки) прибавить 1 мл исследуемой волы, на границе соприкосновения жидкостей при наличии органических соединении мышьяка получается белое кольцо, неорганических — черное. Окраска становится более интенсивной, если, пробирку опустить на несколько минут в кипящую воду.
РЕАКЦИИ, ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ ЦИАНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Специфическими реакциями на синильную кислоту или ее соли являются реакции образования берлинской лазури и роданидов.
Образование берлинской лазури
, Реакция образования берлинской лазури основана на свойстве синильной кислоты вступать во взаимодействие с раствором смеси солей, закиси и окиси железа.
FeSCh 4- 2 KCN = Fe(CN).3 4- K^SO*
Fe(CN)3 4- 4 KCN = KfFe(CN)B
3 K4Fe(CNh 4- 4 FeCl3 = 12 KCl + Fei(Fe(CN)6)3
При содержании цианида в растворе в количестве 6 мг/л осадок синего цвета образуется немедленно. При концентрации 1 мг/л осадок появляется лишь через два часа.
Определение производится следующим образом: к 5—6 мл исследуемой воды прибавляют кристаллик железного купороса и несколько капель 10% раствора щелочи до слабощелочной реакции; пробирку взбалтывают и нагревают до кипения, затем охлаждают ш 402
подкисляют 2—3 каплями 10% соляной или 20—25 % серной кислоты до слабо-кислой реакции, после чего добавляют 3—5 капель 10% водного раствора хлорного железа •.
Роданидтая реакция
Роданистая реакция основана па образовании роданидов яри взаимодействии цианидов с веществами, отдающими серу:
KCN + S^KCNS
Образование роданидов устанавливается при помощи хлорного железа по яркокрас-ной окраске роданистого железа.
3 KCNS + FeCl3 — Fe(CNS)3 + ЗКС1.
Чувствительность реакции 0,1 мг HCN в 1 л раствора. Цианистая ртуть этими реакциями не открывается, и поэтому о наличии ее узнают лишь но присутствию ртути.
Определение синильной кислоты с помощью реактивных бумажек
Очень чувствительным и удобным является определение синильной кислоты при помощи унсуснокисло-бензидиновой или ортотолидиновой реактивной бумажки.
Реакция основана на окислении бензидина активным кислородом, образующимся при восстановлении окисной цианистой меди в занисную.
Си (СЗГСОО)3 4- 2 HCN Cu(CN).2 + 2 СНзСООИ
2 Си tCNj2 -F НаО -> Си, (CN)2 4- 2 HCN 4- О
U.N<(____/ — <_____^NIL + О -> HN = <_______/ — = NH + НД)
Продукт окисления бензидина с неокпсленным бензидином дает мерпхшюидное соединение, окрашенное в синий цвет.
Реактивную бумажку укрепляют в закрытой колбе с исследуемой вод. di на 1—2 см выше уровня ее. При подогреве колбы в водяной бане до 50—70° на реактивной бумажке появляется синее или сине-зеленое окрашивание. В случае щелочной реакции перед определением, пробу необходимо подкислить 10% серной кислотой. При концентрации синильной кислоты — 0,01 мг/л посинение наступает через несколько секунд. Минимальная обнаруживаемая нонцентрапия синильной кислоты 0.005 мг/л. Реакция неспецифична, так как такую же окраску дают окислители: галоиды, окислы азота и др. Специфичность может быть повышена применением параллельной пробы на двух бумажках: пропитанной предварительно раствором уксуснокислой меди и просто смоченной бензидином или ортотолидином (см. приложение: «Приготовление реактивов и реактивных бумажек»). В присутствии синпльной кислоты синеет только первая из них. Другие окислители вызывают синее окрашивание на обеих бумажках.
Аналогичную реакцию дает также гваяковая реактивная бу м аж-к а. Гваяковая синь образуется пз гваяковой смолы, окисляемой активным кислородом, выделяющимся при взаимодействии синильной кислоты с уксуснокислой и сернокислой медью (по Степанову).
Определение с помощью реактива ВИП-2
Довольно чувствительной (0,01 мг,л) и достаточно специфичной является реакция синильной кислоты с реактивом ВИ П-2- К 5 мл исследуемой воды добавляют по каплям бромную воду до появления слабо-желтой окраски, затем приливают по каплям до обесцвечивания 1 % раствор фенола и 4'—5 капель реактива ВИП-2- При наличии синильной кислоты образуется желтая окраска. К очень жесткой воле следует предварительно добавить несколько капель 1 % щавелевой кислоты. При наличии железа следует связать его в бесцветный комплекс, прибавив до определения 1 каплю фосфорной кислоты (1:20).
качественное определение хлорпикрина
Реакция Алексеевского
Определение хлорпикрина основано на восстановлении его и обнаружении азотистой кислоты.
* При очень малых количествах Цианидов иет надобности в прибавлении FeCL, так нан в щелочной среде образуется гидрад окиси железа Fe(OH/3, переходящий' прИ под-‘кислении соляной кислотой в FeCla. При более значительных количествах цианидов после подкисления следует прилить немного хлорного железа.
26* 403
По реакции Алексеевского восстановление производится металлическим кальцием.
Са 4- 2 HsO = 2H- 4- Са(ОН)3
CCL,NH3 4- 8Н- = СН44-3 НС! + IINOa
В пробирку с 5—6 мл исследуемой воды добавляют 3—4 зерна металлического кальция или небольшое зерно амальгамы натрия, оставляют стоять в течение 3—4 минут, затем жидкость сливают в другую пробирку, подкисляют ее до кислой реакции уксусной кислотой и прибавляют к ней 10 капель реактива Грисса. В присутствии хлорпикрина возникает розовое окрашивание.
Восстановление может быть произведено также 1 % спиртовым раствором едкого натра (5—6 мл раствора прибавляется к 10 мл исследуемой воды) при подогреве до 60—70° в течение 2—3 минут. После охлаждения раствора обнаружение производят, как указано вы-.ше, при подкислении реактивом Грисса.
Чувствительность реакции 2 мг/л.
Реакция не специфична в присутствии анионов N0'3 и NO\.
Дифениламиновая реакция
Хлорпикрин можно обнаружить также дифенил аминовой реакцией. Если к 3—4 мл дифениламинового реактива прилить осторожно, пипеткой 1—2 мл
исследуемой воды, при наличии в ней хлорпикрина образуется синее кольцо. Реакция также неспецифична, чувствительность ее ниже—7—10 мг/л.
Реакция Деккерта
Обнаружение хлорпикрина по реакции Деккерта производится следующим образом: 10 мл исследуемой воды взбалтывают в течение 1—2 минуте 2 мл 50% раствора диметиланилина в бензоле, толуоле или ксилоле. Бензольный слой отделяют при помощи делительной или капельной воронки, прибавляют к нему 2 капли пергидрола и нагревают до кипения. В присутствии хлорпикрина проба принимает окраску от красноватожелтой до кровавокрасной.
Чувствительность этой реакции значительно выше — около 0,5 мг/л.
Качественное определение хлорацетофенона
Для определения хлорацетофенона, который в исследуемой воде может находиться в виде взвеси, его необходимо извлечь хлороформом и затем растворить в спирте.
Качественное определение хлорацетофенона (СвН8—СО—СН2С]) основано на реакции, специфической для всех кетонов. Спиртовый раствор хлорацетофенона дает вишневокрасное или розовое окрашивание со спиртовым раствором метадинитробензола в присутствии щелочи.
К 50—75 мл исследуемой воды добавляют 3 мл хлороформа и в делительной воронко интенсивно взбалтывают. Хлороформенный слой сливают в пробирку и нагревают ее до удаления хлороформа.
После охлаждения прибавляют 2 мл стТИрта и 10—15 капель 1 % спиртового раствора мета-динитробензола. Смесь нагревают до начинающегося кипения, затем охлаждают и прибавляют 5 капель 10% водного раствора NaOH.
Реакция высоко чувствительна — 0,002 г/л.
КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДАМСИТА
Реакция с серной и азотной кислотой
Для определения адамсита исследуемая вода обрабатывается хлороформом аналогично подготовке для реакции на хлорацетофенон. Затем в хлороформенной вытяжке можно обнаружить присутствие адамсита при помощи реакций с концентрированной серной или азотной кислотой.
Если несколько капель хлороформенной вытяжки внести на поверхность концентрированной серной кислоты (уд. веса 1,84), в чашке или пробирке в присутствии адамсита образуется кольцо или пятно красного цвета.
Чрезвычайно чувствительной является реакция нитрования с образованием аци-соли. Для этого хлороформенную вытяжку в пробирке (1—2 мл) нагревают до
полного удаления хлороформа. Затем приливают 2—3 капли концентрированной азотной-кислоты (удельн. вес 1,5), встряхивают и добавляют 15—30 капель 30% раствора щелочи (КаОН или КОН).
Продукт нитрования, под действием щелочи, образует аци-соль, придающую пробе фиолетовое окрашивание:
HN
/СбН4 ЧС6Н4
\ HNO3
/AsCl -- -+HN
/С.И. \
\C5H3NO3/A°\OH
HN
4ceH3/AS\oNa
II
N—ONa Чо
аци-соль.
Чувствительность реакции 0,001 мг в пробе. Обе реакции специфичны.
Определение солей тяжелых металлов
Групповая реакция на соли металлов
Определение солей тяжелых металлов основано на осаждении водородом. Анализ лучше ести с концентрированными растворами, для чего возможно больший объем исследуемой ялпы упаривают до 10—15 мл. К 5—8 мл полученного концентрата прибавляют 1 мл концентрированной соляной кислоты и обрабатывают током сероводорода в течение 3—5 минут. Выделение черного или бурого осадка указывает на присутствие солей тяжелых металлов.
По английским инструкциям, соли тяжелых металлов определяются без упаривания простым прибавлением к 10 мл исследуемой воды, подкисленной уксусной кислотой, 1—2 мл сероводородной воды или 20%-ного раствора сернистого натрия.
При наличии в воде ртути, свинца или меди получается желтая или коричневая окраска. Эта реакция открывает азотнокислый свинец, сулему, сернокислую медь в количеств. 2—5 мг/л.
СульфЙд олова выпадает при подкислении разбавленной уксусной кислотой в виде блед-вожелтого осадка. В присутствии солей цинка, при прибавлении сероводородной воды, в нейтральной среде образуется полый осадок.
Если исследуемая вода имеет свою окраску, то ее сравнивают с окраской, получаемой при добавлении реактивов.
Во всех подозрительных случаях необходимо подтвердить присутствие металлических ядов специальными реакциями.
Капельные реакции на присутствие свинца
1. Фильтровальную бумагу смачивают аммиачным раствором 3%-ной перекиси водорода и, поместив на нее 3—4 капли исследуемой воды, дают полежать на воздухе несколько минут. При наличии свинца, нанесение одной капли уксуснокислого бензидина вызывает синюю окраску. Чувствительность реакции 0,05 мг/л.
2. Каплю исследуемой воды смешивают на стекле с каплей 1 % раствора уксуснокислой меди и выпаривают досуха. После охлаждения прибавляют каплю концентрированного раствора уксуснокислого аммония и азотистокислого калия в 50% уксусной кислоте (необходим избыток КХО2). При наблюдении под микроскопом в присутствии в воде солей свинца хорошо видимы черные кубики. Реакция высоко чувствительна — до 0,03 f свинца.
Определение солей меди
Соли меди можно обнаружить по образованию синей окраски, аммиаката меди, при прибавлении к исследуемой воде аммиака до заметного запаха.
При прибавлении же, по каплям разведенного раствора (1 : 20) желтой кровяной соли, подкисленной уксусной кислотой, в присутствии солей меди появля-тся красное окрашивание (при больших концентрациях меди красно-бурый осадок) железисто-спнероди-стой меди.
Для определения солей меди в воде, можно пользоваться и следующей капельной ре
акцией: на фильтровальную бумагу наносят последовательно по каплям исследуемую в*'-ДУ. 1 % раствор цианистого калия, 1 %-ный раствор фосфорномолибденоыш кислоты и затем каплю азотной кислоты. Образование синей окраски различной степени интенсивности указывает на присутствие меди.
Очень чувствительной реакцией на двухвалентный ион меди является образование тилидиновой сипи (чувствительность этой реакции 0,001 мг).
Определение производится следующим образом: к 1—2 мл исследуемого раствора прибавляют 5—6 капель 1 % спиртового раствора ортотолидина и 1—2 капли 30 % раствора роданистого аммонии или калии. Появление синего окрашивания служит признаком положительной реакции.
Определение солей ртути
В английских инструкциях пе указывается специфической реакции па ртуть, а предлагается считать наличие ртути в воде установленным, если реакция е сероводородной вицей положительна, а специфические реакции на медь и свинец отрицательны.
Такое относительное, косвенное определение нельзя признать достаточным, тем более, что открытие в воде солеи ртути производится ^очень простыми чрезвычайно чувствительными реакциями.
Для качественного определения солей ртути можно рекомендовать две реакции.
Первая капельная реакция проводится так: к 2-3 каплям исследуемою концентрата, нанесенным на фильтровальную бумагу, прибавляют каплю свежеприготовленного раствора двухлористого олова и затем каплю анилина. Появление черного илы серию окрашивания указывает на присутствие ртути. Чувствительность реакции 0,005 мг/л.
Вмести анилина уюжно прибавить каплю насыщенного раствора азотнокислого серебра.
Вторая не менее чувствительная реакция —• образование амальгамы на медной или латунной проволоке. В исследуемый раствор опускают блестящую медную проволоку и оставляют ее там на срок от 1 до 2 i часов. Появление матового серебристого налета указывает на осаждение ртути па поверхности меди. При неясно выраженной реакции надо цровестп проверочный опыт образования двуподцетлй ртути. Этот опыт проводится таким образом: медную проволоку, которой вытесняли ртугь из раствора, разрезают на мелкие кусочки н помешают в тугоплавкую пробирку, куда вносят маленький кристаллик иода. Пробирку нагревают, я образование красного налета на внутренней поверхности холодной части пробирки указывает на положительную реакцию. Чувствительность этой реакции также (i.OCi.j— УЗЯ мг л.
Г е а к пин для определения солей бария, олова и ц и н к а
Соли бария можно обнаружить в исследуемой воде по выпадению белого осадка сер-нокиглию бария, ирм добавлении разбавленной серной кислоты. Внесение капли подкисленной соляной кислотой воды на платиновой проволоне в бесцветное пламя, при наличии барин окрашивает пламя в зеленый цвет.
Соли двухвалентного олова в воде можно обнаружить капельной реакцией на фосфор-иочолиб^дтной бумажке (чувствительность—0,03 7 олова).
Если прибавить н исследуемой воде концентрированной соляной кислоты и 2—3 зерна цинка п помешать эту жидкость пробиркой (наполненной водой), внесение этой пробирки в бесцветное пламя окрашивает его в васильково-синий цвет.
При наличии четырехвалентною олова, следует его до определения восстановить,прибавив немного металлического магния и соляной кислоты уд. веса 1,19 (в избытке).
Определение солей цинка в воде производится при помощи капельной реакции с азотнокислым кобальтом. Фильтровальную бумагу, смоченную смесью капли исследуемой боды с каплей азотнокислого кобальта, сжигают. В присутствии цинказола окрашивается в зеленый цвет.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЛКАЛОИДОВ
При определении алкалоидов обычно применяются общие групповые реакции. Необходимо иметь ввиду, что многие общие реактивы дают соответствующие осадки и окраски и в присутствии ряда других веществ (иприт, некоторые амины, белковые вещества), поэтому показательной является только отрицательная реакция общих реактивов.
Обшие реактивы с подкисленными водными растворами алкалоидов образуют следующие осадки;
4 ОС
1. Реактив Зоппсштейпа — при подкислении азотной кислотой лает желтый некристаллический осадок.
2. Реактив Вагнера—при подкислении соляной кислотой дает бурый осадок/
3. Реактив Бушарда — при подкислении соляной кислотой даех б>рып осадок.
4. Реактив Марме—при подкислении соляной кислотой дает белый или желтый осадок, растворимый в избытке реактива.
5, Реактив Драгендорфа — при подкислении серной кислотой дает оранжевый осадок.
б. реактив Майера — при подкислении соляной кислотой дает белый или ‘желтый осадой.
7. Реактив Шейблера — (без подкисления) дает белый некристаллический осадок.
8. Танниловый реактив — при подкислении серной кислотой дав! белый осадок.
9. 1% водный раствор пикриновой кислоты—(без подкисления) дает желтый осадок, реакции удобно выполнять на часовых стеклах, помешенных на черную глянцевую бумагу- На стекло наносят с помощью стеклянных палочек каплю исследуемой воды (после подкисления соответствующей кислотой) и каплю реактива, смешивают их и наблюдают результат реакции.
Методы определения отдельных алкалоидов в воде подробно описаны в инструкции МСС МПВО СССР «Обнаружение и определение БОВ, алкалоидов и солей металлов» и книге Степанова «Судебная химия». *
Приготовление реактивов и реактивных бумажек
Сулемовая и бромнортутная реактивные бумажки
5 г сулемы или бромной ртути растворяют в 100 мл 95 % этилового спирта. Полученным раствором троекратно пропитывают фильтровальную бумагу, предварительно отмытую ®—3 раза горячей дестиллированной водой и высушенную. Хранить следует в темной закрытой банке.
Бензидиновая или орт о толидиновая и гваяковая реактивные бумажки
Фильтровальную бумагу пропитывают 0,1 % раствором уксуснокислой меди, сушат и хранят в хорошо закрытой склянке.
Перед испытанием бумажку смачивают 0,2 % раствором уксуснокислого бензидина или орто-толидина, приготовляемого насыщением 30% раствора уксусной кислоты при комнатной температуре, основным бензидином или орто-толидином.
Гваяковая бумажка готовится пропитыванием фильтровальной бумаги 5 % спиртовым раствором гваяковой смолы, смешанным с равным объемом 0,3% раствора уксуснокислой или сернокислой меди.
(Растворы для пропитывания бумажек могут сохраняться без доступа воздуха в темноте продолжительное время).
Фосфорномолибдатная реактивная бумажка
Пропитывают фильтровальную бумагу 3% раствором фосфорномолибденовокислого аммония я сушат. Можно также образовать на бумажке фосфоромолибдат аммония, пропитав ее фосфорномолибденовой кислотой и подержав некоторое время над аммиаком. Хранить следует в хорошо закрывающейся банке из темного стекла.
Иодплатинатный реактив
0.4 г хлорной платины растворяют в 40 мл воды и смешивают с растворам 3,2 химически чистого йодистого натрия в 60 мл воды.
Реактив Дэгре
lo.i г сулемы и 26.8 г йодистого калия растворяют в небольшом количестве '20— 30 м.Г еоды. Раствор доводят до 100 мл, отфильтровывают и хранят в темном месте.
• В связи с тем. что наиболее вероятно заражение воды БОВ, а заражение алкалоидами и солями тяжелых металлов может произойти лишь в исключительных случаях, мы приводим только таблицу качественного определения ОВ в воде, рекомендованную НККХ РСФСР для быстрого ориентирования при выборе аналитической реакции.
Реактив Гриньяра
К 100 мл 10% раствора йодистого натрия добавляют! мл 7% раствора медного купороса, жидкость фильтруют. Хранят в темном месте, в склянке с притертой пробкой.
Реактив Бушарда
1 г кода и 2 г йодистого калия растворяют в 50 мл воды.
Реактив II л л о с в а я
2 г азотнокислой меди и 8 г солянокислого гидроксиламина растворяют в 25 мл воды, осторожно, по каплям добавляют при перемешивании аммиак до обесцвечивания раствора и доводят объем его водой до 100 мл. реактив нестоек; он может храниться в темном месте не более 5—7 дней, после чего постепенно теряет свою чувствительность.
Реактив Вернацца
Раствор, приготовленный из 6,25 г медного купороса в s мл горячей воды прибавляют после охлаждения к отдельно приготовленному и охлажденному раствору из 12,5 и кристаллического гипосульфита в 5 мл горячей воды. Выпадающий желтый осадок фильтруют. промывают водой и сушат па воздухе. Порошок хранят в банке из темного стекла.
Перед употреблением приготовляют 2% раствор порошка в 10% водном растворе хлористого аммония.
Дифенил аминовый реактив
5—-6 кристалликов дифениламина растворяют при нагревании до S0—-90° в 2—3 мл серной кислоты удельного веса 1,84; не содержащей окислов азота.
Реактив Грисса
Спос-оо приготовления см. в приложении t «Определение азота».
Сероводородная вода
м) мл воды подкисляют 2 каплями концентрированной соляной кислоты и насыщают в течение 15 минут газообразным сероводородом. Если реактив не прозрачен, его следует перед употреблением отфильтровать. Реактив нестоек при хранении.
Реактив Драгендорфа
8 г азотнокислого висмута растворяют в 20 мл азотной кислоты удельного веса 1.18 в при сильном помешивании медленно вливают его в отдельно приготовленный раствор 27,2 г йодистого калия в 200 мл воды. Раствор отделяют от выпавшего осадка отстаиванием и декантацией и доводят объем его до 100 мл.
Реактив Маера
Смешивают растворы 13,5 г сулемы в 80 мл и 50 г йодистого калия в 35 мл воды и доводят объем смеси до 1 л.
Реактив
Шейблера
10 г вольфрамовой кислоты растворяют при кипячении в небольшом избытке насыщенного водного раствора соды. После фильтрования к полученному раствору приливают 10 мл фосфорной кислоты.
Танни новый реактив
10 г таннпна растворяют в смеси 10 мл 90% спирта в 80 мл воды.
Реактив Зоннештейна
Готовится из фосфорномолибденовокислого аммония и соды. Фосфорномплиб-деиовокислый аммоний осаждают из 5% раствора двузамещенной фосфорнонатриевой соли, подкисленной "2 N азотной кислотой, 3 %-ным раствором молибдата аммония, также под-408
кисленного а.зитной кислотой. После нескольких промывон декантацией желтый осадок фосфорномилибдеиовоннслого аммония растворяют в небольшом количестве 10 % раствора соды. Полученный раствор выпаривают досуха, слегка прокаливают (для удаления аммонийных солеи';, растворяют в десятикратном количестве виды п добавляют азотной, кислоты ?2 N) в количестве., нужном для растворения выпадающего осадка.
Реактив Вагнера
5г иода и Юг йодистого калия растворяют в 20мл воды и довозят объем водой до 100мл*
Реактив Марме
Смесь 10 г йодистого кадмия и 20 г иидпстого калия растворяют в 70 мл воды.
ЛИТЕРАТУРА К ПРИЛОЖЕНИЮ Ш
1. Е. В. Алексевский. Общий курс химии, защиты, 1941.
2. Ф. Ю. Р о г и н с к и й. Химия и индикация БОВ, 1930.
3. Обнаружение и определение БОВ, алкалоидов и солей металлов. Инструкция по, организации и работе санитарно-химический лаборатории МСС МП ВО СССР, 1942.
4. Английские наставления по водоснабжению, 1937.
5. файгл ь. Капельный анализ.
6. Ст е пало в. Судебная химия.
ПРИЛОЖЕНИЕ IV
СТАНДАРТЫ
НА ХЛОР И ХЛОРНУЮ ИЗВЕСТЬ И ПРАВИЛА ХРАНЕНИЯ И ПОЛЬЗОВАНИЯ ИМИ
Приложение 1
СССР
Совет Труда и Обороны
709 вне
СТАНДАРТ
Всесоюзный Комитет по ст а нда рт пза ции
кие условия
_>ды испытания
OCT 115
Взамен
ОСНоВХПМПрОМ
и
распространяется на жидкий хлор, получаемый снижением ктролизом и.‘ водных растворов хлористых солей.
Настоящий стандарт хлоргаза, выделенного эл<
А. технические УСЛОВИЯ
а) Содержание хлора (CL.) не менее 99.5% (объемных;
б) Содержание влаги не более О.ОьУ, весовых.'.
F. УПАКОВКА
Жидкий хлор сдается в специальных баллонах Е-2 4 и Е-10. согласно ОСТ 326 и 409, в специальных бочках и же тезя" дорожных цистернах.
Па каждый литр емкости тары допускается наполнение не более 1,25 кг жидкого хлора.
В. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ
I. Отбор П Р о б
1. Отбор пробы для определения влаги прои-пю дитея на заводе-производителе и не низшее 24 чае. с .момента налива жидкого хлира к танки.
2. В случае непосредственного налива в тару пр«>ба отбирается при наполнении тары.
3. За время наполнения ппетерпы проба берется нс менее трех раз.
4. Из каждой сдаваемой партии балл.шов, не позднее 24 час. но их наполнении, берется повторно проба для определения влаги, для чего отбираются 2 % общего числа сдаваемых баллонов. Пробы берутся из жидкой фазы 1жсле основательном продувки вентиля.
5. Время анализа и отбора проб отмечается в журнале испытаний.
И. М е т о д ы и с и ы т а и и й
1. Определение, в л а г и. Для определения содержания влаги хлор пропускают через следующую аппаратуру.
1; пустую сухую склянку' емкостью ‘h Л;
2) змеевик Винклера или калпаппарат, наполненный концентрированной серной «испитой и взвешенный на точных аналитических весах;
3' две колбы Эрлеимейера емкостью около 300 мл каждая, с щелочным раствором гипосульфита (20% Na2S2Oj.5H.O и 35% NaOH); в первую колбу наливают около 300 г, а вс вторухо — около 200 г раствора;
второй калиапиарат или змеевик Винклера с серной кислотой.
Все три последних сосуда взвешивают на технических весах с точностью до 0,1 г. Все «осуды соединены между собой при помощи стеклянных и резиновых трубок таким образом, что газообразный хлор проходит сначала пустую склянку, где освобождается от случайных твердых и жидких примесей, затем осушается в спирали Винклера пли калиаппа-рата. В следующих сосудах, колбах происходит реакция поглощения хлора (Na2SsOa -j-I^C^+lONaOH =2Na1SO4-f-8NaCl + 5H.O).
Наконец, во втором калиаппарате (змеевике) поглощаются пары воды из раствора гипосульфита.
Хлор пропускают с такой скоростью, чтобы можно было считать отдельные пузырьки, проходящие через калпаппарат, и столько, чтобы привес сосудов был не менее 30—40 г. По окончании пропускания хлора через всю аппаратуру протягивают при помощи аспиратора или водоструйного насоса в течение 15—20 мин. ток осушенного серной кислотой воздуха, чтобы вытеснить из калпаппарата хлор; затем взвешивают первый калпаппарат на аналитических весах, а колбы с щелочным раствором гипосульфита и второй к а ли аппарат — на технических весах.
Процент влаги вычисляют по формуле:
« • 100
bi
где*, а — привес первого калпаппарата,
<(— привес второго калпаппарата,
Ъ— привес первой колбы с гипосульфитом,
& -- привес второй колбы е гипосульфитом.
Приготовление щелочного раствора гипосульфита. Для получения 1 кг раствора отвешивают 200 г кристаллического технического или фотогипо-сульфита и 360—365 г технического твердого каустика и добавляют 440 мл виды.
Раствор в первой колбе нужно сменять после каждого определения, во второй — может служить многократно, так как почти весь хлор поглощается в первой колбе.
2. Определение содержания хлора производится при помощи прибора, представляющего комбинацию двух бюреток: С — емкостью в 100 мл и D—емкостью 1,5 мл. Бюретка С служит для поглощения хлора ртутью; бюретка Р— для измерения остатка газа после поглощения хлора.
Производство определения. Перед набором газа нижний отросток Т прибора соединяют при помощи резиновой трубки с уравнительной склянкой, наполненной ртутью (около 150—260 мл'.
При помощи уравнительной склянки при открытых кранах К, М, прибор наполняют ртутью до тех пор, пока она не покажется в воронке после чего поворачивают краны Ь ч М на 90°.
Таким образом заполняются ртутью бюретка D и каналы кранов Ь и М’.
Поворотом крана Ь соединяют бюретку с атмосферой «срез отросток # и переводят ртуть из бюретки С опусканием уравнительнбй склянки полностью в последнюю, после чего уравнительную склянку отъединяют от прибора. Небольшое количество ртути, имеющееся в воронке Аг, выливают прямо из воронки.
Приготовленный таким образом прпбор присоединяют к источнику хлоргаза посредством резиновой трубки. Хлоргаз пропускают снизу вверх в течение 5 мин., после чего краны К и I* закрывают, поворачивая их на 90°.
Затем соединяют уравнительную склянку с ртутью с прибором, причем прибор держат наклонно, чтобы полностью заполнить нижний отросток Т ртутью. Убедившись в отсутствии воздуха в отростке Т, открывают кран К и поднятием уравнительной склянки впускают в бюретку С ртуть, затем закрывают кран К и осторожно взбалтывают. Хлор вступает в соединение с ртутью, образуя каломель HgCl.
По мере поглощения хлора добавляют новые порции ртути до тех пор. иона весь хлор не поглотится, что подтверждается прекращением уменьшения объема газа. Взбалтывание нужно вести осторожно, стараясь не запачкать верхней части бюретки С каломелью. После этого приступают к переводу остаточного газа в бюретку для чего поворачивают кран i на 90° и соединяют таким образом бюретки Сир. Опуская и поднимая уравнитель
ную склянку с ртутью ;прн открытом кране к), создают небольшое разрежение в приб ре.
Ртуть из бюретки D перейдет в бюретку С, а остаток непогдошенного газа из бюретки С переИде-j в бюретку D, где его замеряют, приведя к атмосферному давлению, при помощи уравнительной склянки.
Разность между полной емкостью бюретки С и объемом остаточного газа, умноженная-на Н»0 и деленная на объем бюретки С, равна объемному проценту хлора в хлоргазе.
Примем а н и е 1. Прибор и ртуть должны быть перед употреблением тщательно высушены.
Примечание 2- После опыта прибор должен быть тщательно Промыт сначала концентрированным раствором SnCl,, затем водой.
Г. ПРАВИЛА ОСМОТРА, ИСПЫТАНИЯ, ПОДГОТОВКИ К НАЛИВУ И МАРКИРОВКИ ТАРЫ ЖИДКОГО ХЛОРА
1. Баллоны и бочки
1. Производят наружный осмотр. Баллоны и бочки, имеющие какие-либо деформации или трещины, бракуются.
2- Тару, удовлетворительную по наружному осмотру, освобождают от остатков хлора, промывают, Пропаривают и взвешивают. Баллоны и бочки, потерявшие 5% и более ст первоначального веса, бракуются.
3. Производят внутренний осмотр, освещая баллоны и бочки внутри специальной электрической лампочкой. В случае обнаружения раковин, трещин, язвин тара бракуется.
4. Тару, удовлетворительную по наружному и внутреннему осмотру, подвергают гидравлическому испытан пик 1) если со дня последнего испытания прошло более двух лет, 2) если вес тары уменьшился от 3 до 5 % от первоначального, 3) если невозможно установить первоначальный вес и дату предыдущего испытания.
5. Гидравлическое испытание производится на давление 35 атм., в течение 5 мин. по стенкам тары постукивают молотком красной меди, весом около 1 кг и тщательно исследуют тару на водонепроницаемость. В елхчае появления на стенках капель воды тара бракуется.
6. На таре, выдержавшей гидравлические испытание, выбивается на верхней сферической части пуансоном отметка, с указанием даты и завода, производившего испытание.
Отметка должна быть выбита глубоко и четко, но не глубже и,5 мм,- причем высота цифр и букв должна быть не менее 10 мм.
7. Перед наполнением тара просушивается и снабжается вентилем, испытанным на герметичность пневматическим давлением. Пневматические испытание вентилей производится путем погружения вентиля в воду под давлением в 35 атм. Вентиль считается годным, если в течение 3 мин. не будет обнаружено пропускания им воздуха. После испытания вентили должны быть тщательно высушены.
8. Место соединения вентиля с тарой испытывается на герметичность аммиаком на время наполнения баллонов жидким хлором.
Примечание. В случае невозможности испытания аммиаком из-за наличия хлора в помещении для наполнения баллонов испытание производится после наполнения тары на складе и повторно при отправке.
У. После наполнения производят покраску тары масляной краской защитного цвета (после предварительной очистки поверхности от ржавчины), а также возобновляют отметку веса, дату последнего испытания и номер тары.
II. Нистер н ы
1. По приходе цистерны на завод производится тщательный осмотр ходовой се части, как-то: колес, подшипников, тормозов, рессор и крепления котла с ходовой частью. Осмотр производится специалистом железнодорожного дела, и последний дает свое письменное заключение в специальном журнале:, которое является основанием для администрации, цеха к наполнению цистерны жидким хлором.
. 2- Начальник цеха жидкого хлора или ответственный мастер производит осмотр:
внешнею кожуха, состояния изоляции, • •огтояния верхнего лаза и вентилей, действия манометра. После осмотра начальник цеха или мастер заносит в специальную книгу: н-мер цистерны, ее <-<»ггиянме и свое заключение и пригодности к наполнению или необходимых исправлениях.
3. Мастер цеха жидкого хлора пробует на герметичность аммиаком сейчас же после
начала наполнения цистерны все вентили в верхнем колпаке и предохранительный нлапан^ Если где-либо образуются пары хлористого аммония, наполнение немедленно прекращается, откачивается из цистерны хлор через абгазную линию, присоединенную к бессифон-ному вентилю цистерны, тщательно исправляются все дефекты в вентилях и затем снова производится наполнение.
4. После наполнения на цистерне закрашиваются соответствующей краской все повреждения окраски и царапины.
5. Цистерна снабжается специальным паспортом, в котором должны быть указаны: номер цистерны, вес брутто, вес нетто, дата наполнения, дата последнего испытания, клеймо организации, производившей испытание. Все эти данные наносятся также на швеллерном брусе цистерны эмалевой краской.
Гидравлическое испытание
1. Гидравлическое испытание на давление в 30 атм. и внутренний осмотр производятся на заводе-изготовителе жидкого хлора не реже чем 1 раз в 2 года.
2. Для испытания цистерна присоединяется через абгазный вентиль к абгазной коммуникации, а затем к всасывающей линии хлорного компрессора (создается вакуум в цистерне), затем цистерну тщательно продувают сухим воздухом с целью полностью освободить ее от хлора.
3. Как только цистерна будет освобождена от остатков хлора, ее наполняют водой. Затем специальным насосом производится давление в 30 атм. без съема изоляции; цистерна должна находиться под давлением 30 атм. в течение 5 мин. при наблюдении по контрольному манометру, затем давление опускается до рабочего давления 11,5 атм., и при этом давлении производится наружный осмотр.
4. После испытания вода из цистерны выдавливается воздухом через сифонную трубку, затем цистерна продувается сухим воздухом с целью просушки.
5. После продувки воздуха вскрывается верхний лаз, и внутренность цистерны подвергается тщательному осмотру при помощи электрической лампочки. Лампочка должна быть низкого напряжения до 12 V.
6. После осмотра закрывается верхний лаз, завинчиваются болты,’.ввинчиваются вентили с сифонными трубками; на последних проверяется специальный автоматический клапан.
7. После тщательного осмотра цистерну еще раз через абгазную линию продувают сухим воздухом. После просушки воздухом производят проверну вентилей на герметичность. Вентили испытываются через каждые 6 месяцев (вывинчиваются из цистерны); на их место сейчас же следует ввинтить новый, заранее подготовленный, испытанный вентиль (согласно правилам испытания вентилей, баллонов и бочек).
8. Результат испытания заносится в специальный журнал, где отмечаются: номер цистерны, дата испытания, кратно условия испытания, клеймо организации, производившей испытание, и заключение.
УТВЕРЖДАЮ Приложение 2
Зам. Народного Комиссара УТВЕРЖДАЮ
коммунального хозяйства Председатель ЦК союза работников
РСФСР коммунальных предприятий
Алексанян Кривов
4/Ш 1940 г. 28/VI 1939 г.
ХРАНЕНИЯ ЖИДКОГО ХЛОРА
ПРАВИЛА
В ПОТРЕБЛЯЮЩИХ ЕГО ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
I. НАЗНАЧЕНИЕ, РАСПОЛОЖЕНИЕ И УСТРОЙСТВО СКЛАДОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЖИДКОГО ХЛОРА
1. Склады для хранения жидкого хлора разделяются на расходные и базисные склады.
2. Расходные склады служат для хранения жидкого хлора, непосредственно поступающего из них в производства, и располагаются в черте данного производственного предприятия (см. ст. И).
3. Базисные склады служат для хранения жидкого хлора, поступающего из них в расходные склады, находящиеся в данном производственном районе, или в расходные склады
одного или нескольких производственных предприятий, п должны располагаться вне черты производственного предприятия и вне черты населенного пункта (городов и селений).
4. Количество жидкого хлора, допускаемого к хранению в расходном складе, исчисляется по следующим нормам:
а) при благоприятных условиях для ноступлениия хлора из базисного склада в расходный разрешается хранить в расходном складе запас, не превышающий пятидневного потребления хлора данным предприятием. Если эта пятидневная норма не достигает 0,5 т, то разрешается хранить до 0,5 т;
б) при затруднительных условиях для поступления хлора нз базисного склада в расходный разрешается хранить в расходном складе большее количество его, но не более запаса, равного десятидневному потреблению хлора данным предприятием;
в) в расходных складах, расположенных в черте города, разрешается хранить не более 2 т хлора, хотя бы пятидневная или десятидневная норма потребления оказалась выше;
г) в период поднятия весенних вод. лишающего возможности сообщения с базисным складом, разрешается хранить хлор в расходном складе в количестве, обеспечивающем нормальный ход данного производства, хотя бы это количество и превышало установленные выше нормы.
5. В базисном складе разрешается хранить жидкий хлор р. следующих количествах:
а) не более десятикратного количества жидкого хлора, допускаемого к хранению в расходных складах, обслуживаемых данным базисным складом, ири благоприятных условиях для поступления жидкого хлора в базисный склад, и
б) нс более трехмесячного расхода жидкого хлора предприятиями, обслуживаемыми данным базисным складом, — при затруднительных условиях поступления жидкого хлора в базисный склад.
6. Расходный склад при предприятии и базисный склад в районе, в зависимости от местных условий, могут устраиваться в одном или нескольких строениях и в одном или нескольких пунктах расположения предприятия -для расходного склада) или территории района (для базисного склада;.
7. Расходные и базисные склады, по возможности, должны помешаться в наиболее низких, однако не затапливаемых частях местности (в овраге, подошве уклона и т. д.), и в полууглубленных в грунт постройках.
8. Не допускается устройство складов во вторых и выше лежащих этажах и на доминирующих вершинах возвышенностей данной местности.
9. Расходные склады до 250 кг могут помещаться в подвальных помещениях производственных или складочных строений, при условии полной изолированности этих помещений в отношении входов и вентиляции и удовлетворения требованиям общестроительных и противопожарных правил.
10. Расходные и базисные склады п кровли их должны удовлетворять следующим правилам:
а) склады должны быть построены пз огнестойкого, плохо проводящего тепли материала, или доляшы быть земляночного типа, установленного для тыловых военных складов хлора;
б) склады должны быть обеспечены выходами непосредственно наружу, причем в складах вместимостью более 50 т должно быть не менее двух выходов непосредственно наружу, расположенных в торцевых стенах здания. Двери доляшы открываться наружу;
в) окна ск-ладов должны располагаться вверху стен, должны иметь застекленную поверхность не менее 0,5 м2 каждое и снабжаться глухими ставнями. Остекление следует делать матовыми стеклами или закрашивать стекла белилами;
г) искусственная приточно-вытяжная вентиляция склада, если она устраивается, должна быть управляемого типа, чтобы при нужде вентиляционные токи могли быть щ ш душены:
д) входы в склад могут быть снабжены порогами до 1 м высотой; стены на ту же высоту рекомендуется тщательно просмолить внутри и снаружи;
е) пол рекомендуется строить с уклоном к одному из входов в склад. 1юлы допускаются земляные, деревянные и пр.;
я?) по обеим сторонам входов в стене склада на уровне пола необходимо устраивать отверстия около Чз м в сторону, защищенные снаружи стеклянными контрольными фонарями.
11. Расстояния стен расходных и базисных складов от стен ближайших к ним зданий населенных и производственных пунктов должны быть следующие:
а; для складов вместимостью до 1 т — не менее 14 м.
б) для складов вместимостью ит 1 до 2 т — не менее 25 м,
в) для складов вместимостью от 2 до о т — нс менее 50 м,
г) для складов вместимостью от 5 до т — не менее 150 м,
д) для складов вместимостью от 23 до 50 т — не менее 200 м,
е) для складов вместимостью от 50 до 75 т — не менее ЗиО м и выше по особому разрешению.
12- Для удобства охраны базисных складов, выходящих из зоны, находящейся под охраной территории склада, кругом них должна быть устроена ограда (например, из колючей-проволоки и т. д.).
13. Сторожки, если они потребуются на территории склада, должны удовлетворять в отношении материала требованиям и. «а» ст. 10 и должны находиться не ближе 12 м от склада.
II. ПОРЯДОК ХРАПЕНИЯ БАЛЛОНОВ И СПЕЦИАЛЬНЫХ БОЧЕК С ЖИДКИМ-ХЛОРОМ
14. Баллоны и бочки в ’.д т или в 1 т жидкого хлора каждая) должны размещаться на деревянных подкладках на Нилу склада: либо в стоячем положении баллонов, устанавливаемых в гнездах вентилем вверх, либо в лежачем положении баллонов или бочек вентилями, обращенными в приход.
15. В стоячем положении на полу разрешается устанавливать не более одного яруса-баллонов или бочек, причем по ширине установки не должно быть более 6 баллонов или-более 2 бочек.
В лежачем положении на иолу допускается укладка не более 5 ярусов баллонов н не более 1 яруса бочек- при отсутствии механического оборудования или не более 2 ярусов бочек при наличии механического оборудования. Ширина укладки притом должна быть не более 2 баллонов или 2 бочек.
16. В складах допускается устройство стеллажей нс более чем с двумя полками, не считая пола, на которых допускается укладывать баллоны не более как в 3 ряда на каждой полке.
Стеллажи и полки должны быть устойчивыми и по прочности отвечать нагрузке на них.
17. Между рядами баллонов и бочек и между стеллажами должны оставляться продольные проходы шириной между рядами баллонов не менее 1 м, между рядами бочек — не менее длины бочки, прибавляя 1 м. Кроме продольных проходов должны оставляться поперечные проходы не более как через каждые 10 м по длине рядов баллонов, бочек или стеллажей.
III. МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ
А. О и щи е меры
18. При приеме в складе баллонов или бочек с жидким хлором должно быть обращено самое серьезное внимание на исправность оболочек и вентилей.
Вновь прибывшие партии баллонов пли бочек с хлором не должны смешиваться при укладке их с находящимися баллонами или бочками и должны подвергаться наблюдению в течение не менее 2 сутш-; в цепях определения исправности тары ще происходит ли утечка хлора).
19. При переноске, перевозке и укладке баллонов и бочен следует избегать ударов; бросание их недопустимо; особенно тщательно следует оберегать вентили.
20. По использовании из баллонов и бочек хлора должна быть определена полнота их опорожнения путем взвешивания опорожненного баллона и бочки.
Не вполне опорожненные баллоны и бочки при отправке их на завод наполнения должны снабжаться документом, указывающим на содержание в них остатков хлора.
21. Склады должны снабжаться ручными химическими огнетушителями в количестве не менее двух на каждый выход.
22- Снаружи склада должны иметься антихлор и гидропульты для разбрызгивания-антихлора в случае надобности.
23. Каждый рабочий склада должен быть снабжен противогазовой маской.
Кроме того, желательно, чтобы при складе имелась кислородная маска на случай появления в складе хлора в большом количестве. Эта маска должна помещаться в ящике за стеклом у входа в склад, здесь же доляшо быть 2—3 запасных противогаза.
24. В самих складах и при входе в них, а также в помещениях, обслуживающих ати склады, следует установить ведра с раствором гипосульфита с содой и иметь в указанных местах запас чистых тряпок.
25. Не допускается работа в помещении склада, кроме переноски и укладки баллонов и бочек и кроме заливки водой появившейся течи газа.
При ремонте склада, если для этого невозможно полностью освободить помещение от находящихся в нем баллонов и бочек, следует освободить часть помещения для производства ремонта в этой части и по возможности изолировать ремонтируемую часть от остального помещения.
26. Перед входом в помещение склада с жидким хлором предварительно выясняются наличие в помещении свободного газа и концентрация его посредством специальных реактивных бумажек, в качестве которых может быть применена подокрахмальная бумажка, смоченная дестиллированной водой, дающая синее окрашивание при наличии в воздухе свободного хлора.
Реактивные бумажки могут примениться в ирибирах-газоопрсдслитс.’шх, а если таковых не имеется, то реактивные бумажки прикрепляются к палке с крючком на конце.
Определение наличия газа в помещении производится, не входя в noMemeiflie, через форточку контрольного фонаря Ц1. «;к» ст. 10).
Для выяснения наличия свободного газа в помещении склада желательно применять гавоопределительные приборы проф. Косоногова или другие равноценные приборы, вставляемые в контрольные фонари (п. «я;» ст. 10); при применении этих приборов световые и звуковые сигналы от них должны устанавливаться у входов в помещение склада, а также •и у дежурного пожарной команды.
Для выяснения наличия свободного газа в помещении склада в контрольных фонарях (п. «ж» ст. 10) желательно устанавливать клетки с дежурными голубями или мышами.
Если тем пли другим способом будет обнаружена значительная концентрация газа в помещении склада, то склад должен быть провентилирован; двери должны быть открыты не менее чем на два часа и должны быть приняты меры для обнаружения мест утечки газа •и удаления из помещения пропускающих баллонов или бочек.
Дегазация помещений склада и зараженных хлором мест производится раствором гипосульфита и соды при помошп гидропульта.
Вход в склад может допускаться исключительно лишь в противогазовых масках.
27. Тщательный наружный осмотр баллонов и бочек без передвижения их производится не реже одного раза в месяц. Помещение склада и контрольные фонари должны .осматриваться ежедневно с целью обнаружения текущих баллонов и бочек.
28. При наличии течи место се ииределяется низкой температурой баллона или бочки, шипением, пузырьками при смачивании подозреваемых мест, запахом, реактивной бумажной, тряпкой, смоченной аммиаком, и в сырую погоду — налетами кристаллов.
29. Течь хлора из баллона или бочки должна быть приостановлена заливкой течи водой (образование льда).
При упорной течи баллон удаляется из помещения рабочим в противогазе и погру-•жается в воду с гипосульфитом и содой.
После временной приостановки течи такие баллоны и бочки удаляются пз склада для •исправления вне склада.
Исправление на теле баллона или бочки может быть сделано при помощи свинцового или резинового пластыря, углубляемого в свинец ударами милотка и затем стянутого железным обручем.
30. Обнаруженные в расходном складе баллоны и бочки с вентилями, пропускающими хлор, следует направлять в производство для использования из них хло] а в первую очередь.
31. Работы по ремонту текущих баллонов и бочек 'ст. 29) должны производиться на открытом воздухе или под навесом.
32. Люди, работающие на складе с хлором и в близких к нему помещениях, должны <5ыть ознакомлены с приро.тои хлора, его действием на человека и мерами предосторож-иооти при устранении течи газа.
Б целях обучения персонала следует производить показательные течи газа.
Б помещениях должны быть вывешены краткие, но точные указания о том, как следует поступать в случае утечки газа.
33. Наблюдение за соблюдением установленного настошими правилами порядка ра-•бот должно быть возложено на ответственное лицо.
Б. М еры, которые
должны принимать рабочие
при п о я в л ени и хлора
34. При слабой течи баллона и бочки (тихое шипение, медленное выделение газа) или при ощущении газа обонянием и при появлении легкого кашля следует лишь принять меры к обнаружению и прекращению течц.
Прп течи баллона и бочки с высвистом газа струей пли прп обнаружении у склада сте-ляшихся волн зеленого газа делается малая тревога лицом, которое первым обнаружило газ.
Прп взрыве баллона и бочки или в случае пожара, угрожающего складу, делается общая тревога.
35. При малой тревоге работающие прекращают работу, спокойно направляются к ведрам с раствором гипосульфита и соды, разбирают тряпки, пропитывают их указанным раствором и при первом ощущении газа накрывают нос в рот тряпками, пропитанными раствором, и ждут распоряжения; при получении щ иказания удаляются поперек направления ветра, или вверх здания, или вверх. местности.
Работающие непосредственно с баллонами или бочками в складах надевают противогазовые маски и принимают участие под руководством газомастсра пли его помощника в обнаружении и устранении течи.
При большой тревоге рабочие выполняют то же, что и прп малой тревоге, но рабочие удаляются, не ожидая распоряжения и без лишней торопливости, имея в виду, что резкое движение может взболтать стеляшийся по земле хлор, kotoj ый, поднявшись вышё, может отравить воздух у головы человека, п что резкое движение усиливает дыхание, а следовательно, усиливает и вдыхание хлора.
36. Основным условием успешной борьбы с хлором является отсутствие панини: Гер и толкотня в этих случаях губительны.
Если газ застигнет неожиданно, следует по возможности задержать или ослабить дыхание, воздерживаться от кашля и резких .движений, закрыть рот и нос платном, тряпкой, частью платья, предварительно смочив их (если это последнее возможно), осмотреться, по какому направлению течет газ, и, если невозможно миновать волну газа, без резких движений пересечь эту волну, подняться выше, чтобы выйти из волны газа пли дойти до ведра с раствором гипосульфита и соты или противогазовой маски.
37. Надышавшийся хлором должен быть помешен в тепле. Он должен промыть глаза, нос и рот раствором соды и пить горячее молоко или кофе. Более серьезное лечение надышавшегося хлором должно производиться врачом.
IV. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
38. Настоящие правила не распространяются на хранение жидкого хлора в количестве более 1 т в одной таре.
39. Нарушение настоящих правил преследуется согласно существующему законодательству.
Приложен иеЗ
СССР Совет Трупа и Обороны ОБЩЕСОЮЗНЫЙ СТАНДАРТ ОСТ 59
Всесоюзный комитет по* стандартизации Известь хлорная Реданпия 1932 г.
А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Хлорная известь представляет собой продукт, получающийся при насыщении гашеной извести хлором.
Б. ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
а) Хлорная известь должна быть белой, порошкообразной без комков.
б) Содержание активного хлора не менее: класс А — 35 %, класс Б — 32 %.
В. УПАКОВКА И МАРКИРОВКА
Хлорную известь упаковывают в деревянные бочки, согласно ОСТ 3574, или в железные барабаны. На каждой бочке или барабане должны быть обозначены: название и ипапп продукта, наименование завода, вес брутто и нетто и ОСТ 59.
Г - ПРАВИЛА ПРИЕМКИ
а) Отбор проб
1. Для приготовления проб отбирают не менее 10% подлежащих сдаче бочек. В центре дна отобранных бочек высверливают отверстия, через которые отбирают пробу щупммг доходящим до а1* глубины бочки по вертикальной ее осп.
2. Полученные пробы соединяют вместе и перемешивают.
Затем отбирают среднюю пробу общим весом не менее 1 кг л помешают ее в три чистые, сухие банки с притертыми пробками.* •
3. Банки запечатывают печатями поставщика и п« г.\ г-л- • одна банка остается у поставщика, другая передается покупателю, а третья хранится у поставщика на случай экспертного анализа. Место отбора проб, срок храпения -.к.т,- отпой тлч-Гн и выбор лаборатории для экспертного анализа устанавливаются соглашением стерон.
б) Метод испытания
Содержание активного хлора. Павееку хлерной извести около 7 г, взятую в стаканчике с притертой пробкой, растирают в Фарфоровой ступке с небольшим количеством дестиллированной воды до образования равномерной кашицы. Затем кашицу сливают в литровую мерную колбу, тщательно смывают ступкт. пкиеомпняя смывные воды к содержимому нолбы, хорошо взбалтывают и точно доводят дестиллированной водой до черты.
Для каждого определения берут 50 см3 раствора, непременно после хорошего взбалтывания, и титруют 0,1 N раствором мышьяковистой кислоты ^4,95 г. As Os в 1 л).
Нонен реакции определяют помещением капли титруемого раствора на полоску иодс-крахмальной бумажки. Титрование считают оконченным, когда такая проба даст едва заметное посинение.
1 см3 0,1 N раствора AsaO« соответствует 0,008546 г актдггсгс хлерз.
П ; и л о ж е н п е 4
Совет Труда и Обороны
Всесоюзный комитет по стандартизации
'_‘£»ШЕс ОЮЗНЫ11 СТАНДАРТ OCT 39S7
Инструкция ПО хранению хлорной извести и обращению с ней
Настоящая инструкция является дополнением к ОСТ 59.
а) Помещения, в которых хранятся хлорная известь в виде товарных запасов в стандартной таре, должны иметь деревянный или асфальтовый пол. Крыша может быть из любого материала, кроме железа. Помещения должны быть обязательно закрытыми, затемненными (окна забелены), хорошо вентилируемыми и иметь возможно низкую температуру.
Примечание. Склады, в которых хловная известь, хранится долгое время и в больших количествах, должны быть оборудованы хорошей вентиляцией (проточной). Температура в них ни в коем случае не должна превышать 20°С и влажность воздуха не должна быть выше 20 г в 1 м3 воздуха.
б) Хлорная известь хранится в специальных бочках ;ОСТ 3574), емкостью в 25®, 1и0 и 50 л и в мелко расфасованной бумажно-защитной таре весом ст 250 г до Ю кг.
в) Бочки укладывают лежа: по 250 л — до трех ярусов, по 100 и 50 л — до пяти ярусов. Между отдельными ярусами бочек устраивают настил из досок, причем крайние в ярусах бочки должны быть заклинены.
г) Между каждыми двумя рядами бочек устраивается приход размером 0,8 м.
Примечание. Укладку бочек производят таким образом, чтобы отверстия с пробками, имеющиеся в днише, были обращены к проходу, — для возможности отбора проб.
д) Отпуск хлорной извести производят с учетом, согласно отметкам на таре, срока выпуска хлорной извести с завода, т. е. в первую очередь отпускают бочни с известью бол»е раннего в*ыпуска, но в соответствии с требованием, потребителя о процентном содержании активного хлора.
е) При снятии бочек с платформы и других мест разгрузки надлежит не допускать бросания бочек или их кантовки, т. и. перекашвания щ икружнссти, образуемой торцам* 418
нлепки. Бочки необходимо скатывать по покатому настилу или желобчатому скату, поддерживая их руками. Для более тяжелых бочек (250 л) при спуске по большому наклону применяются веревки.
Примечание. При отсутствии соответствующих приспособлений для перекатки бочек последние перевозят на тележках.
ж) При вскрытии бочек с хлорной известью, необходимо предварительно снять концевой обруч, передвинуть (ослабить) средний и деревянным молотком слегка ударять «с внутренней стороны бочки по кромкам клепок, освобождая днище, которое надлежит вынимать по его освобождении руками или заостренным тонким крючком.
Примечание. Категорически воспрещается извлекать днише бочки лезвием топора во избежание повреждения бочки и днища. Воспрещается сбивание деревянных обручей железной набойной пли клином; необходимо пользоваться для этой цели исключительно деревянной набойкой.
з) В каждом помещении, где хранится известь в количестве более 1 т, должно иметься для работников склада не менее двух противогазов марки БН.
и) Хлорную известь допускается хранить в одном помещении со следующими товарами: 1) нефтепродуктами, 2) смазочными маслами, 3) мылом, 4) деревом и деревянными изделиями без железа.
Примечание. Категорически воспрещается хранение в одном помещении с хлорной известью товаров и материалов, подвергающихся взаимодействии» и порче при совместном с ней хранении, как, например, пищевых и хлебных продуктов, кислот, водорода и кислорода и пр., о чем в складе должно быть вывешено объявление с перечнем основных материалов, не подлежащих хранению в одном помещении с хлорной известью.
к) На обязанности администрации склада лежат наблюдение за исправным состоянием тары п принятие необходимых мер к ремонту или замене ее.
Декабрь, 1931 г.
Утвержден Всесоюзным комитетом по стандартизации при Госплане СССР 25 ноября 1931 г. как обязательный с 1 января 1932 р.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие Введение. .
3
4
ф ф
Глава первая, физические и химические свойства хлора, используемые при процессах обезвреживания и очистки воды
1. Некоторые сведения о хлоре...................................................
2. Физические константы хлора и растворимость его в воде...................
Физические свойства хлора (9). Растворимость хлора в воле (10)
3. Нен< чорые химические свойства хлора п веществ, содержащих активный хлор . . 14
Химические евойства хлора К). Свойства некоторых неорганических соединении, Conorякнппх активный хлор ,16). Свойства некоторых органических соелпнев’лй, ^олерткашпх активный хлор (22).
4. Ги троки хлопа и wuw-tb, содержатпих активный хлор ........................... 24
Гплвотиз хлора и Факторы, влняюшие па равновесие этого пронесся (24).
ГИ’Н'О.ТИ Силса ГИ1ЮХЛ<> -ИТНПГТ кислоты к их стойкость (26).
5. Мет >-4.1 кон.трол'Д лктишкнч. хлопа.......................................... 28
(1.-методы КсЛи. И г,еТ"’1ч<чч:и^ МвТОДЫ (30). ФПЗПКО-ХИ-
мпческпе методы '33).
Глава вторая. Хлоропсглощаемость зады
6. Современное поиятпо о * лог Счл-глош^'М' < ти................................. 35
7. Хлооопогто-шэемоеть ГОТЫ Пр’.’ ХЛИРР . ЧГ : Ы?: ХЛОрО.М................. 3$
В fHHinip лозы хлора и поясни гмитаьта влияние температуры и
светя
8. Хлор'нггт кчь'М' сть ои-д при \д..: ,j; мн.шпа «• аммонизацией............, . 41
Влияние аммиинл па тт,-..д. г '.•.премо- ть воды (41). Влияние температуры на хлоропоглоп1лемо'‘ть в присутствии аммиака (48).
9. Влинни1-* гягнелых металлов на провесе хлоре поглощаемости воды ...... 48
01. Методы определения хлоропоглопгемоети воды................................... 50
Глава третья. Хлорирование как средство очистки воды от бактериальных загрязнений
11. К теории бактерицидного действия хлора.................................. , 51
12. Некоторые тане.ые о бактериальном з?т] язлонии воды и методах изучения ее пор ьзарэлннспния. ...................................................... . . . 52
13. Влияние условий хлорирования рот.' на щн;тр| ппидный эффект.................. 55
Влияние доз хлора и щ емени контакта 655). Влияние температуры, рП и взгееей в годе на бактеринлиный аффект хлорирования (59).
14. Усиление бактерицидного действия хлорирования путем введения некоторых добавок..................................................................... 61
Бакггршш.шый эффект хлорирования готы в присутствии солей меди и серебра (62). Влияние добавки перманганата калия на бактерицидный эффект хлорирования воды (64). Влпяиие аммонизации на эффект хлорирования воды (65).
15. Метопы бактериологическ( го контроля воды.................................. 57
Принципы определения еСшего количества бактерий и в. Coli (68). Применение мембранных ультрафильтров
Глава четвертая. Использование хлорирования как средства химической очистки воды и обезвреживания ее от ОВ
1в. Некоторые данные о загрязнении и отравлении естественных вод............ 70
Оценка примесей, находящихся в естественной воде (70). ОВ. которым может быть заражена вода, и роль хлорирования при ее обезвреживании 73).
t Применение хлорирования для улучшения органолептических качеств ыпы (75).
Влияние хлорирования на привкусы и запахи воды (75). Изменение нвет-вости воды под действием хлорирования (76). Применение хлорирования для удаления взвесей из воды (76).
18. Применение хлора в целях улучшения минерального состава воды............ 83
Влияние хлорирования на удаление из воды солей железа и марганца (84).
Хлорирование как метод борьбы со вспениванием (84).
19. Применение хлорирования при очистке воды от О В......................... 87
Групповая и индивидуальная характеристика свойств ОВ в воде (87). Обезвреживание воды от иприта (90). Обезвреживание волы от ОВ, содержа4
’ ших мышьяк (93). Обезвреживание воды от синильной кислоты и се солей
(96) . Очистка воды от нестойких и других малоэффективных при от г авленин воды ОВ (97). ОсвоС-оячденве воды от дегатургрук в.их гетеетв (98).
Мероприятия по охране водоемов при возможности заражения пх ОВ (98). ’
20- Обнаружение ОВ в воде................................................... 90
Общие показатели отравления воды (99). Методы определения ОВ в воде (101). Контроль за качеством воды после очистки ее от ОВ (102).
Глава пятая. Классификация методов обработки воды хлором и технологические схемы
21. Классификация методов хлорирования волы.................................103
22. Краткая характеристика методов простого и комбинированного хло; ирсьанпч воды. .................................. .................................10 j
Нормальнее хлорирование (105). Суперхлорировэние (105). Комбинированные методы хлорирования 1105). Верденнзация (108).
23. Дехлорирование воды (109). Дехлорирование волы химическими средствами (ПО). Дехлорирование воды с помощью угольных сорбентов (ПО).
24. Теоретические предпосылки к выбору схем и расчету установок го хло] ирова-
нию воды..............................................................114
Перемешивание хлора с водой (П5). Расчет времени контакта воды с хлором (115). Расчет производительности установок по хлорироваштю воды (117).
25. Схемы подключения установок по хлорированию к годе проводным и водоочистным
сооружениям......................................................... 118
26. Характеристика и классификация аппаратуры, применяемой для хлорирования воды..................................................................... 120
Глава шестая. Установка по хлорированию воды хлорной известью или другими веществами, содержащими активн ый хлор
27. Установки, работай пше на'предварительно приготовленных растворах, содержащих активный хлор...................................................... 122
Установка системы В. В. Лебедева и А. И. Мягкова (122). Установка системы Н. и. Богданова (123). Установка для обезвреживания воды системы автора (125). Типы заграничных дозаторов (127).
28. Установки по хлорированию воды хлорной известью........................128
Типовые установки, работающие на хлорной извести (128). Установка И. В. Новоплшенного (133).
Глава с е д ь м а я. Основные типы стационарных и переносных установок для хлорирования воды за границей
29. Общие замечания к конструкциям иностранных хлораторов..................137
30. Типы применяемых за границей стационарных хлораторов...................138
Напорные стационарные хлораторы (139). Вакуумные стационарные хлораторы (145)
31. Автоматические установки для хлорирования воды за границей............. >
32. Иностранные конструкции переносных хлораторов.............................
глава восьмая. Типы советских хлораторов и их теоретическое обоснование
33. Основные направления в конструировании советских хлораторов.............154
34. Теоретические обоснования и элементы технологического расчета хлораторной аппаратуры................................................................ 165
Характеристика работы элементов хлоратора (165). Газоподача хлора ив баллонов (166). Редуцирование газа и регулирующие устройства хлоратора (167). Измерения расхода хлора (173). Данные о применении дозиру-, щих устройств хлораторной аппаратуры для контроля расхода других газов, используемых в технике водоснабжения (182). Теоретические основы абсорбционных устройств хлораторов (184).
35. Механический расчет частей хлораторной аппаратуры.......................199
Общие данные (199). Крепежные и соединительные части (200). Подвижные части и движущие устройства (203). Расчет на прочность частей, работающих под давлением (204). Характеристика частей хлоратора, условия работы и методика их расчета (205). Газоредуктор и регулятор остаточного давления (206)........................................... . . .
.36. Хлороустойчивость материалов...........................................209
Общие замечания о хлороустойчивости материалов (209). Хлороустойчивость металлов и сплавов (211). Хлороустойчивость некоторых металлических покрытий (213). Хлороустойчивость неметаллических покрытий (215). Хлороустойчивость неметаллических материалов (216).
Глава девятая. Конструкция основных советских стационарных хлораторов и их эксплоатация
37. Общие замечания........................................................ 219
38. Хлораторы с измерителями тина жидкостного реометра......................219
Напорный хлоратор Г системы Ремесницкого (219). Вакуумный хлоратор системы Ремесницкого (222).
39. Хлораторы с измерителями дроссельного типа с металлическими манометрами (224). Напорный хлоратор ЛК-G (224). Напорный хлоратор ЛК-7 большой производительности (227). Мановакуумный хлоратор ЛК-8 (231). Вариант аппарата ЛК-7 для подачи в воду других газов (235).
?Э. Интенсификации съема хлора из баллонов..................................235
Установки, интенсифицирующие испарение хлора в самих баллонах (236). установки для испарения хлора вне баллонов (238).
41. Советские конструкции и схемы автоматизации процессов хлорирования воды... 240 Схемы и устройства, автоматизирующие регулировку хлораторов в зависимости от работы насосов (241). Схемы автоматического контроля остаточного хлора в воде (247). Схема установки для автоматического контроля н управления процессом хлорирования воды в зависимости от ее хлоропоглощаемости 252
12. Некоторые общие сведения по эксплоатации хлораторов.................... 255
Присоединение хлоратора к системе водопровода (256). Проверка хлоратора на хлоронепронпцаемость частей и проходимость каналов (258). Установление пропускной способности и регулировка хлоратора (260). Пуск, наблюдение за работой и остановка хлоратора (266).
Глава десятая. Хлораторы полевого типа
43. Общие замечания...........................................................268
44. Переносные порционные хлораторы............................................2М
ранцевый порционный хлоратор ЛК-4 (270). Порционный хлоратор прерывного действия Б. М. Ремесницкого (273).
45. Переносные хлораторы непрерывного и порционно-непрерывного действия . . 275 Переносный хлоратор порцпонно-непрерывного действия ЛК-5 (276). Переносный хлоратор порционно-непрерывного действия ЛК-9 (279).
Дозатор полевого типа ЛК-5 (280).
46. Некоторые эксплоатационные данные по хлораторам полевого типа.............2Й4
Подготовка хлораторов к работе (282). Порцпонное дозирование хлораторами ЛК-4, ЛК-5 и ЛК-9 (283). Непрерывное дозирование переносными хлораторами ЛК-5 и ЛК-9 (286).
Глава с д и и н а лц ат э я. Электролитические установки для хлорирования воды
47. Некоторые теоретические и эж периментальныс д.швые по электролитическому хлорированию воды...........................................................288
О применении электролитического хлорирования воды (288). Теоретические данные по электролизу поваренной соли (290). Экспериментальные данные к проектированию установок по электролитическому хлорированию воды (295).
48. Стационарные гипохлоритные установки по элс1;т|^литическому хлорированию воды....................................................................311
Основные технические показатели гипохлорптных установок (311). Схема работы гипохлоритных установок (313). Гипохлоритпая установка КГ-11 (314). Гппохлорптпая установка КГ-13 (315). Гипохлорчтная установка КГ-14 (316). Гипохлоритная установка ЛК-15 (317). Некоторые данные по монтажу и эксплоатации стационарных гипохлоритных установок (321)
49. Хлорные ванны для электролитпческого хлорирования воды..................328
Фильтрпрессные ванны (329). Цилиндрические ванны Х-2 й КГ-1 ° (333). Хлоратор ЛК-10 к хлорным ваннам (336). Некоторые сведения об эксилоа-тацпи хлорных ванн (339)
50. Групповые и индивидуальные электролитические приборы для обезвреживания воды в полевых условиях.....................................................339
Переносный электролитический хлоратор ЛК-16 (340). Полевой электролитический хлоратор индивидуального пользования ЛК-12 (349).
Глава двенадцатая. Использование хлора для получения железного коагулянта
51. Теоретические и экспериментальные обоснования получения коагулянта хлорированием железной стружкп...................................................348
Общие сведения о химизме коррозии железа в хлорной воде (349). Растворение железной стружки хлорной водой в статических условиях (350). Растворение железной стружкп хлорной водой в динамических условиях (354).
52. Схемы установок для получения растворов железного коагулянта непосредственно на местах его потребления................................................355
Использованная литература...................................................359
Приложения:!. Анализ питьевой воды .........................................369
2. Бактериологический анализ воды ........................390
3. Индикация ОВ в воде....................................399
4. Стандарты на хлор и хлорную к есть и правила хранения и пользования ими........................................419
Редактор Д. С Коган
Л 50'17. Подписано к печ. l^/IV 1947 г.
Тира-к ^000 эка. печ. л. 2--1/** зн- в L п. л. 5800’. Уч.-изд. л. 38,9
1-я Образцова’ тиъ треста „Полиграфкннга* Огиза при Министерстве РСФСР. Москва. Налояач. 28. Зак. 573
Отпечатано с матриц в тип. Управлен. ’Дел.
Совета Министров СССР. Зак. 975