Обеззараживание хлором и хлорсодержащими веществами

Из всех соединений хлора наиболее эффективным реагентом является хлорноватистая кислота. Она вступает в реакцию с ферментами бактерий и нарушает обмен веществ в бактериальной клетке. Хлор, при растворении в воде образует две кислоты: соляную и хлорноватистую.

Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl

HOCl - очень слабая кислота и ее диссоциация зависит от рН среды. Чем ниже рН, тем выше содержание в воде хлорноватистой кислоты, которая обеспечивает процесс хлорирования воды.

При введении в воду хлорсодержащих веществ происходит гидролиз с образованием HOCl.

Ca(ClO)₂ + H₂O ↔CaCl₂ +Ca(OH)₂ +HOCl

^{хлорная известь}

NaOCl + H₂CO₃ ↔ HOCl + NaHCO₃

^{гипохлорт Na}

NaOCl + H₂O ↔ NaOH + HOCl

CaOCl + H₂O ↔ Ca(OH)₂ + HOCl

^{гипохлорит Са}

На практике обеззараживания воды интерес представляет двуокись хлора, ее получают действием HCl +хлорит натрия

NaCl₂O + HCl ↔ NaCl + ClO₂ +H₂O

При выборе дезинфицирующего вещества следует учитывать содержание в нем «активного» хлора.

Активным называется количество молекулярного хлора, отвечающее окислительной способности данного соединения относительно иодистого калия в кислой среде.

Понятие «активный» хлор определяет не истинное содержание хлора, а окислительную способность соединения в кислой среде по КI.

Например, в моле NaCl содержится 35,5г Сl, а содержание активного хлора равно нулю.

В моле NaOCl – истинное содержание хлора – 35,5, а активного хлора 71г.

Содержание активного хлора в хлорсодержащихся веществах в процентах можно подсчитать по формуле.

Cl (%) = (nM/ M_o) ·100.

Где n - число гипохлоритных ионов в молекуле хлорсодержащего вещества.

M_o – молекулярная масса хлорсодержащегося вещества.

М – молекулярная масса хлора (71 г/моль).

Например: определим содержание активного хлора в хлорной извести следующего состава.

3CaOCl₂ · Ca(OH)₂ ·5H₂O

[Cl₂] = (3·71·100) : 545 = 39.08%

При определении дозы хлора следует исходить из хлорпоглощаемости воды и некоторого избытка хлора, обеспечивающего бактерицидный эффект.

Зависимость поглощения хлора водой от его концентрации находят экспериментально.

Для этого к воде добавляют различные дозы хлора и определяют его концентрацию по истечении некоторого времени. На основании опытных данных строят кривую хлороемкости.

Рис. 5. Общий вид кривой хлороемкости.

При малых дозах концентрации остаточный Cl =0. С увеличением ее начинает появляться остаточный хлор. Причем с некоторой величины он становится прямо пропорциональным концентрации вводимого хлора, за вычетом истиной «а».

Переход кривой в прямую показывает, что все процессы окисления, которые могут протекать под действием хлора, закончены. Продолжение этой прямой до пересечения с осью абсцисс дает отрезок ОА, соответствующий полной хлороемкости или хлорпоглощаемости воды.

8.2.2. Хлорирование с аммонизацией применяют для избежания образования хлорфенольных запахов.

В воду вводятся аммиак или соли аммония.

NH₃ + Cl ↔NH₂Cl+HCl

^{хлорамин}

Гидролиз:

NH₂Cl+2H₂O ↔ NH₄OH +HOCl

Медленный гидролиз хлорамина приводит к постепенному поступлению НОСl в оду, что обеспечивает более эффективное бактерицидное действие.

В водах, содержащих аммиак или аммонийные соли, кривая хлороемкости имеет вид:

Рис. 6 . Хлороемкость воды в присутствии иона аммония.

Процесс гидролиза хлораминов (NH₂Cl) протекает медленнее, чем свободного хлора, поэтому вначале остаточный хлор увеличивается, достигая максимума, а затем из за протекания химических реакций уменьшается – минимум на кривой.

Обработка воды хлором дозами меньшими, чем те, которые соответствуют образованию минимума, называются хлорированием до точки перелома, большими дозами – хлорирование за точкой перелома.

Обычно питьевая вода хлорируется малыми дозами, а сточная – большими. Если хлорирование производится после всех других процессов обработки воды и является завершающим этапом очистки, то его называют постхлорированием.

Прехлорирование – хлорирование повышенными дозами. Доза остаточного хлора при прехлорировании устанавливается в пределах 1-10 мг/л.

Обеззараживание воды йодом производится в плавательных бассейнах, при рН< 7 доза йода для обеззараживания воды природных водоисточников 0,3 -1 мг/л.

Озонирование воды

Озон – аллотропическое видоизменение кислорода (О₃). Он образуется из кислорода по уравнению

3О₂ ↔ 2О₃ -69ккал.

Растворимость озона в природных водах зависит от реакции среды и от количества веществ, растворенных в воде.

Бактерицидное действие озона связано с его высоким окислительным потенциалом и легкостью его диффузии через клеточные оболочки микроорганизмов.

Он окисляет органические вещества микробной клетки и приводит ее к гибели. Озон действует на бактерии быстрее, чем хлор и его расход меньше.

Например: вирус полимиелита погибает под действием 0,45 мг/л озона через 2 мин., а хлора через 3 часа, при дозе 2 мг/л.

Озонирование имеет ряд преимуществ:

1) улучшение органолептических свойств воды,

2) не требует дополнительных мероприятий для удаления избытка реагента,

3) легкость получения.

Недостатки:

1) затраты электроэнергии,

2) коррозионная активность, озон и его растворы разрушают сталь, чугун, медь, резину, эбонит.

Кроме этого применяются для обеззараживания:

1. ионы серебра (олигодинамия).

2. Ультрафиолетовые лучи.

3. Ультразвуковые волны.