Обеззараживание воды хлором

Обеззараживанием воды называется процесс её очистки от патогенных микроорганизмов в процессе водоподготовки.

Существует два основных метода обеззараживания:

- реагентный, при котором вода обрабатывается химическими веществами: сильными окислителями (озоном, хлором, хлораминами, хлорной известью, перманганатом калия), солями тяжелых металлов (медью, серебром);

- безреагентный, при котором вода подвергается воздействию ультрафиолетового облучения (УФО), ультразвука или высокой температуры (кипячение воды).

Сущность процесса обеззараживания заключается в окислении веществ, входящих в состав протоплазмы клеток, что приводит к инактивации ферментов и гибели бактерий.

При полной очистке поверхностных вод обеззараживание необходимо всегда, при использовании подземных вод – только тогда, когда микробиологические свойства воды не соответствуют требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль за качеством» (централизованные источники водоснабжения) и СанПиН 2.1.4.544-96 (для источников нецентрализованного водоснабжения).

Для профилактического обеззараживания и обработки воды в аварийных ситуациях процесс обеззараживания необходим на всех станциях подготовки хозяйственно-питьевых вод.

Часть окислителей при подаче в воду расходуется на окисление некоторых органических и минеральных веществ, что улучшает органолептические свойства воды (цвет, запах, привкус). Наличие взвешенных веществ в воде препятствует контакту клеток микроорганизмов с реагентом и тем самым снижает эффективность обеззараживания.

Наиболее распространенным методом обеззараживания является хлорирование – обработка воды одним из хлорсодержащих соединений: жидким хлором ( ), хлорной известью (CaOCl₂), гипохлоритами кальция (Ca(ClO)₂) и натрия (NaClO), хлораминами (NH₂Cl, NHCl₂). Все эти соединения, а также продукты их гидролиза – хлорноватистая кислота (HClO) и атомарный кислород, образующийся при разложении хлорноватистой кислоты, обладают сильным бактерицидным действием.

В процессе обеззараживания воды протекают следующие реакции:

Степень диссоциации зависит от реакции среды (рН): чем ниже значение рН, тем выше концентрация хлорноватистой кислоты, при рН = 6,5-8,5 в воде присутствует и хлорноватистая кислота и гипохлорит.

Бактерицидные свойства хлорсодержащих реагентов, главным образом недиссоциированной хлорноватистой кислоты, снижаются с повышением рН, поэтому обеззараживание воды в процессе водоподготовки наиболее эффективно до введения щелочных реагентов.

При хлорировании воды различают «активный хлор» и «остаточный хлор». Под «активным хлором» условно понимают количество газообразного хлора, эквивалентное кислороду, выделяющемуся при гидролизе хлорирующих веществ. «Остаточным хлором» условно называют то количество газообразного хлора, которое остается в воде после уничтожения микробов и окисления органических и неорганических веществ, при этом Cl₂, HClO и ClO^- образуют свободный хлор, а NH₂Cl и NHCl₂ – связанный хлор.

Необходимая доза хлора определяется по кривой хлоропоглащаемости воды и концентрации «остаточного хлора» в зависимости от дозы введенного хлора. Пример кривой хлоропоглащаемости воды представлен на рис.3.14.

Присутствие в воде соединений азота изменяет кривую хлоропоглащаемости.

Рис.3.14. Кривые хлоропоглащаемости воды:

1 – в отсутствии соединений NH₄⁺;

2 – при наличии в воде аммонийных соединений.

В этом случае вводимый хлор вступает в реакции окисления аминов:

С увеличением рН воды меньшее количество хлора связывается в дихлорамины, а при рН = 8 в воде присутствуют только монохлорамины. По мере увеличения количества введенного в воду хлора будет все с большей интенсивностью происходить окисление моно- и дихлораминов. При дозе 10мг Cl₂ на 1мг N (в виде NH₄⁺) все хлорамины оказываются окисленными. Гидролиз хлораминов протекает медленнее, чем свободного хлора, поэтому вначале содержание «остаточного хлора» увеличивается, а затем уменьшается. Точка минимума на кривой соответствует полному разложению соединений хлора и азота.

Количество хлора, необходимое для разрушения хлораминов, обычно в 10-20 раз превышает концентрацию аммонийных соединений в воде.

Различают хлорирование до точки перелома, когда в воде находится хлор в виде NH₄Cl. Обработка большими дозами – хлорирование за точкой перелома сопровождается присутствием в воде свободного активного хлора. Обычно вода для питьевых нужд хлорируется малыми дозами, а для обеззараживания сточных вод (хозяйственно-бытовых, коммунальных, ливневых, промышленных) используют большие дозы с ведением процесса до перехода точки перелома и полного разрушения хлораминов.

Оптимальной считается доза, которая обеспечит в воде концентрацию «остаточного хлора» в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.559-96:

-0,3-0,5 мг/л свободного хлора при времени контакта 30 мин.

-0,8-1,2 мг/л связанного хлора при времени контакта 60 мин.

Кроме хлорирования, используется метод обработки воды ультрафиолетовыми лучами. УФ-лучи длинной волны 220-280 нм действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует длине волны 260 нм. При действии УФ-лучей на бактериальные клетки происходит поглощение квантов света нуклеиновыми кислотами ядра клетки и нарушение в результате этого процессов биосинтеза белка. Источниками УФ-лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа.

Бактерицидный эффект ультрафиолетовых лучей резко снижается при содержании в воде взвешенных веществ свыше15 мг/л, поэтому вода, подвергающаяся обеззараживанию, должна быть прозрачной и бесцветной. Преимущество этого способа обеззараживания перед хлорированием заключается в том, что одинаково поражаются вегетативные тела бактерий и споры, при этом состав облучаемой воды не меняется и вода не приобретает дополнительных запахов и привкусов.

После обеззараживания содержание микробиологических и паразитологических показателей в питьевой воде должно соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.559-96, табл.3.6.

Таблица 3.6.

Нормативные требования по содержанию микроорганизмов в

питьевой воде

Показатели	Единицы измерения	Нормативы
Термотолерантные коли-формные бактерии	Число бактерий в 100мл	Отсутствие
Общие колиформные бактерии	Число бактерий в 100мл	Отсутствие
Общее микробное число	Число образующих колоний бактерий в 1 мл	Не более 50
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	Отсутствие
Споры сульфитредуци-рующих клостридий	Число спор в 20 мл	Отсутствие
Цисты лямблий	Число цист в 50 л	Отсутствие