Хлорирование

Хлор при введении в воду гидролизуется с образованием хлорноватистой и соляной кислот:

Cl2 + Н2O HOCl + НCl

Хлорноватистая кислота диссоциирует на ионы HOCl H+ + OCl-. Равновесие между Cl2 HOCl и OCl- зависит от рН среды. Бактерицидным действием обладает недиссоциированная хлорноватистая кислота, поэтому обеззараживание хлором эффективней в кислой среде при рН = 4—7, когда в воде присутствуют в основном молекулы HOCl.

В процессе обеззараживания хлор расходуется на окисление органических примесей, содержащихся в воде, поэтому для обеспечения надежного бактерицидного эффекта в обработанной воде поддерживают определенную концентрацию остаточного хлора. Зависимость между дозой введенного и концентрацией остаточного активного хлора выражается кривой, показанной на рисунке:

Хлоропоглощаемость воды

Отрезок OA соответствует полной хлоропоглощаемости воды. Чем больше в воде веществ, способных окисляться хлором, тем больше величина хлоропоглощаемости. Для обеззараживания сточных вод, поэтому требуются большие дозы хлора. Так, для обеззараживания воды из подземных источников доза активного хлора по СНиПу должна составлять 0,7—1 мг/л, сточной воды после полной биологической очистки — 3 мг/л, а сточной воды, прошедшей только механическую очистку, — 10 мг/л.

При эксплуатации очистных сооружений требуемую дозу хлора уточняют экспериментально пробным хлорированием, по результатам которого строят кривую хлоропоглощаемости воды. Задаваясь концентрацией остаточного свободного хлора, определяют необходимую дозу хлора. При хлорировании питьевой воды концентрация остаточного свободного хлора должна быть не менее 0,3 и не более 0,5 мг/л. Количество остаточного хлора в сточной воде после 30 мин контакта должно быть не менее 1,5 мг/л.

Хлорирование воды при наличии в ней аммиака или солей аммония требует большего расхода хлора, так как он связывается с указанными соединениями, образуя хлорамины:

NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O;

NH2Cl + HOCl → NH2Cl + H2O;

NHCl2 + HOCl → NHCl3 + H2O.

Этому процессу соответствует участок I графика, приведенного на рисунка.

Хлоропоглощаемостъ воды в присутствии аммонийных содей

С повышением дозы вводимого хлора в воде постепенно возрастает концентрация остаточного хлора, связанною в хлорамины. Хлорамины обладают более слабым микробоцидным действием, чем хлор, поэтому для обеспечения требуемою эффекта обеззараживания концентрации остаточного связанного хлора в воде должна быть 0,8—1,2 мг/л.

Если продолжать вводить хлор в воду после связывания всех аммонийных соединений в хлорамины, то начинается окисление их свободной хлорноватистой кислотой:

С начала протекания реакций окисления хлораминов количество остаточного связанного хлора в воде уменьшается, несмотря на увеличение дозы введенного хлора (участок II). После окончания реакций окисления хлораминов в воде появляется остаточный свободный хлор, и его количество становится пропорциональным дозе введенного хлора (участок III). Поэтому при хлорировании воды, содержащей аммионийные соединения, требуемая доза определяется по прямой за точкой Б, которая называется точкой перелома.

При хлорировании воды, содержащей фенолы, в ней могут появиться неприятные запахи, обусловленные образованием хлорфенольных соединений. Для предотвращения образования запахов проводят хлорирование с аммонизацией. В воду сначала вводят аммиак, а затем хлор. Образующиеся хлорамины препятствуют взаимодействию фенолов с хлором, что предотвращает образование хлорфенольных запахов.

Кроме газообразного хлора для обеззараживания воды могут быть использованы его соединения, из которых чаще всего используют гипохлориты натрия и кальция. При растворении в воде происходит гидролиз этих соединений с образованием хлорноватистой кислоты:

NaOCl + H2O HOCl + NaOH.

Так же, как и в случае использования газообразного хлора, соотношение между недиссоциированной хлорноватистой кислотой и гипохлорит-ионом определяется величиной рН.

В последние годы разработан и находит применение электрохимический метод обеззараживания воды. Электролизу подвергают морскую, соленую подземную воду или раствору поваренной соли. В процессе электролиза проте-кают следующие реакции: на аноде 2Cl- → Cl2 + 2e; на катоде H2O → OH- + H+. Выделяющийся на аноде хлор гидролизуется с образованием хлорноватистой кислоты. Водород выделяется из раствора в виде газа: 2Н+ + 2e → H2↑, а ионы гидроксида связываются с ионами натрия: OH- + Na+ → NaOH. В результате взаимодействия хлорноватистой кислоты и щелочи образуется гипохлорит натрия:

HOCl + NaOH → NaOCl + H2O.

Электролиз морской воды позволяет получить продукт с концентрацией активного хлора до 3 г/л. Более высокие концентрации (до 8 г/л) могут быть получены при электролизе растворов поваренной соли.

Сущность процессов, протекающих при добавлении продуктов электролиза к обеззараживаемой воде, не отличается от общих закономерностей хлорирования. Применение электрохимического метода обеззараживания позволяет избежать трудностей, связанных с транспортированием и хранением токсичного газообразного хлора.

www.ovode.net 2011