28.Обеззаражевание воды хлором. Механизм процесса. Дозы хлора. Хлорное хозяйство. . Механизм обеззараживания воды хлором

Хлор, как ни странно это звучит, – это благо! После введения массового хлорирования воды для обеззараживания воды смертность от эпидемических заболеваний, возбудители которых передаются водой, снизилась в сотни раз.

Хлорирование является наиболее старым и распространенным методом дезинфекции воды. В России хлорирование впервые было применено в 1908 г.

Процесс обеззараживания воды сильными окислителями состоит из 2-х стадий:

1. Обеззараживающий агент проникает сквозь стенку клетки микроорганизма.

2. Реакция агента с энзимами внутри клетки.

Хлор – желтоватый газ с резким специфическим запахом. Хлор тяжелее воздуха. При температуре 15 ⁰С и давлении ~0,6 МПа (5,75 кгс/см²) газообразный хлор превращается в подвижную маслянистую желтозеленую жидкость, кипящую при температуре – 34,6 ^оС; удельная масса жидкого хлора – 1,43 кг/л.

Хлор ядовит, вдыхание его вызывает отравление, признаками которого являются кашель, удушье, головная боль, боль в груди и животе. Допустимые концентрации хлора – до 0,001 мг на 1 л воздуха (1 мг/м³).

Хлор получают электролизом насыщенного раствора поваренной соли. Он поставляется промышленностью в жидком виде в баллонах, бочках (контейнерах) либо в цистернах с содержанием не менее 99,5% Cl₂.

Хлор–газ хорошо растворяется в воде, образуя хлорную воду:

Cl₂ + H₂O  HOCl + HCl.

В кислой среде хлорноватистая кислота диссоциирует -

HOCl  OCl ^- + H⁺

Соотношение между недиссоциированной хлорноватистой кислотой, гипохлоридным ионом OCl^- и атомарным хлором зависит от рН воды (рис. 16.1).

Исследования показали, что бактерицидность хлора в воде снижается с возрастанием рН. Как показали исследования, наибольшим бактерицидным действием обладает недиссоциированная хлорноватистая кислота. Это объясняется тем, что скорость диффузии недиссоциированных ионов сквозь оболочку клетки выше, чем диссоциированных. Поэтому обеззараживание целесообразно производить при возможно более жидких значениях рН, до введения в воду извести или других подщелачивающих реагентов.

Н а кинетику процесса обеззараживания влияет температура воды – с повышением температуры снижается время, необходимое для достижения заданного эффекта обеззараживания. Это объясняется повышением скорости диффузии хлорагента сквозь оболочку клеток с ростом температуры.

Вводимый в воду хлор тратится не только на обеззараживание, но и на реакции с органическими и минеральными примесями воды. На это идет значительная (иногда большая) часть хлора. Поэтому чем меньше примесей находится в воде, тем лучше идет процесс обеззараживания, тем меньшее количество хлора необходимо вводить.

Определение дозы хлора

Определение дозы хлора для обеззараживания является очень ответственной операцией: если доза хлора будет недостаточна, не будет достигнут бактерицидный эффект. С другой стороны, при большом содержании хлор очень агрессивен по отношению к трубам (не только металлическим), возникает также вероятность образования канцерогенных хлорорганических соединений, и ухудшаются органолептические показатели качества воды.

Хлорпоглощаемостью воды (Х₁) называется количество хлора, поглощаемого при взаимодействии с примесями воды.

Хлорпотребностью (Х₃) называется количество хлора, расходуемого на взаимодействие с примесями (Х₁) и на обеззараживание (Х₂), т.е.

Х₃=Х₁+Х₂

Свободный хлор – это хлор в виде HOCl и OCl^-. Связанный хлор – соединения, полученные в результате взаимодействия HOCl и OCl^- с аммиаком и аммонийными солями.

Остаточный хлор (Х₀) – это разница между введенной дозой (Д_х) и хлорпоглощаемостью:

Х₀ = Д_х - Х₁

Остаточный хлор присутствует в воде в виде свободного и связанного хлора. Величина остаточного хлора в питьевой воде регламентируется ГОСТ 2874-73:

Остаточный хлор	Концентрация, мг/л	Минимальное необходимое время контакта воды с хлором в резервуарах, ч.
1. Свободный	0,3-0,5	0,5
2. Связанный	0,8-1,2	1,0
Примечание. Необходимый контакт воды с хлором должен быть обеспечен в сборных резервуарах. В случае, когда нет попутного отбора воды из водоводов, допускается учитывать время пребывания воды в водоводах.

В последний СанПиН введены рекомендации по использованию критерия «СТ», который по многим литературным данным является надежным показателем обеззараживания воды.

Здесь С – доза дезинфектанта, мг/л; Т – время от момента ввода реагента первого потребителя, мин. Этот критерий должен определяться экспериментально для каждой конкретной воды. Однако ориентировочные значения критерия «СТ» известны. Так, для обеспечения эффективности обеззараживания 99,99% ( 4 Log ) по энтеровирусам при изменении рН от 6,0 до 8,0 и остаточном активном хлоре от 0,4 до 1,0 мг/л этот критерий меняется в пределах 92-240 при температуре воды 5 ⁰С и от 70 до 180 при t = 10 ⁰C.

Наиболее надежным методом определения вводимой дозы хлора для обеззараживания является пробное хлорирование воды, проводимое эксплуатационным очистной станции (химической лабораторией). По результатам опытов строят графики зависимости остаточного хлора от вводимой дозы. Эти графики имеют различный характер в зависимости от состава воды (рис. 16.2.)

При отсутствии в воде аминов, аммонийных солей или аммиака остаточный хлор при увеличении дозы вначале не появляется – хлор расходуется на реакцию с примесями воды. При Д_х большей, чем хлорпоглощаемость, в воде появляется остаточный хлор. Задав величину остаточного хлора, равной 0,3 мг/л, по графику определяют необходимую дозу хлора.

При наличии в воде аммонийных солей характер графика иной: вводимый в воду хлор связывает в хлорамины содержащиеся аммонийные соли – весь остаточный хлор здесь находится в связанном состоянии. Так происходит до т. А (рис.16.2б), затем вводимый в воду хлор начинает окислять и разрушать хлорамины и остаточный связанный хлор уменьшается почти до нуля в т.Б. Затем весь вводимый хлор будет повышать содержание свободного хлора. Точка Б называется точкой перелома. Хлорирование дозами свыше дозы в т. Б является наиболее надежным способом обеззараживания воды – увеличение дозы хлора свыше потребной приводит к росту содержания свободного хлора в воде. В отличие от этого, если хлорировать до точки перегиба, случайное увеличение дозы хлора приведет к снижению остаточного хлора.

Установить при проектирования точную дозу хлора обычно невозможно без предварительных технических изысканий. Для ориентировочных расчетов при проектировании хлорного хозяйства принимают дозу хлора при обеззараживании:

для поверхностных источников – 2-3 г/м³,

для подземных – 0,7 – 1,0 г/м³.

В случае, когда применяется предварительное хлорирование воды (для обесцвечивания и улучшения хода коагуляции), суммарная доза хлора по активному продукту принимается 3-6 г/м³.