Использование хлора для очистки воды имеет долгую историю с момента его первого применения в Джерси-Сити в 1908 году. Несмотря на использование хлора во всем мире для производства безопасной питьевой воды, хлорирование - не простой процесс, особенно с учетом того, что хлор сам по себе токсичен. В последнее время мы уделяем большое внимание правильному использованию хлора, чтобы избежать образования побочных продуктов дезинфекции.
Обеззараживание сточных вод
Главной задачей обеззараживания сточных вод является удаление патогенных микроорганизмов. Во-вторых, сточные воды не должны содержать соединений, оказывающих воздействие на окружающую среду. В то время как остаточный хлор желателен при очистке питьевой воды, он нежелателен при очистке сточных вод, где хлор, сбрасываемый в природную среду, может неблагоприятно воздействовать на дикую природу.
Хлор способен достигать целей дезинфекции за счет инактивации бактерий и вирусов. Хлор также может окислять и разлагать растворимые загрязняющие вещества, такие как сельскохозяйственные или фармацевтические соединения. Однако хлорирование также может привести к образованию побочных продуктов дезинфекции (ППД) в результате реакции с органическими соединениями. В сточных водах высокая концентрация органических компонентов приводит к более высокому потенциалу образования ДБФ, чем при обеззараживании питьевой воды.
Формы хлора
Хлор может присутствовать в виде свободного хлора или в виде хлораминов. Обе группы могут окислять соединения и достигать целей очистки, однако для удовлетворения той же потребности в хлоре требуется больше хлораминов. При измерении свободного хлора учитываются как ионная, так и протонированная форма хлора в воде, OCl- и HOCl соответственно. Из этих двух HOCl (хлорноватистая кислота) является более сильным окислителем и преобладает при pH ниже 7,5.
Хлорамины включают моно-, ди- и трихлор и образуются в результате реакции хлора с аммиаком при различных значениях рН. Выше pH 6 преобладают монохлорамины. Измерение хлораминов включает все три формы и называется связанным хлором. Общий хлор — это измерение как свободного хлора, так и связанного хлора. В отличие от хлора, хлорамины не разлагаются со временем.
Количество дозируемого хлора равно количеству хлора в остатке плюс количество хлора, израсходованного при очистке воды, плюс количество хлора, прореагировавшего с аммиаком с образованием хлораминов.
Побочные продукты дезинфекции
Органические молекулы, которые не удаляются до дезинфекции, становятся предшественниками ППД, потенциально опасными для здоровья человека. Свободный хлор вступает в реакцию с образованием таких соединений, как тригалометаны (ТГМ) и галоуксусные кислоты (ГАУ), две группы галогенированных соединений, оказывающих неблагоприятное воздействие на здоровье человека. Хлорамины образуют меньше DBP, чем свободный хлор, из-за их более низкого окислительного потенциала, однако они реагируют с образованием N-нитрозодиметиламина (NDMA), который является сильнодействующим канцерогеном.
Методы предотвращения образования ДБФ заключаются в удалении известных прекурсоров, недопущении избыточного хлорирования или выборе альтернативного метода дезинфекции. В целом хлор и хлорамин являются наиболее экономически эффективными методами дезинфекции, но если требуется удаление ДБФ, другие методы дезинфекции становятся конкурентоспособными по стоимости. Поскольку УФ-излучение не вводит галоген в систему, галогенированные ДБФ, включая ТГМ и ГАА, не образуются во время УФ-дезинфекции. Могут образовываться другие побочные продукты, такие как фотодеградация нитрата до нитрита. Однако продукты УФ-дезинфекции не производятся в концентрациях, вызывающих опасения для здоровья человека. Фактически, УФ-излучение может разлагать ДБФ, а также эффективно разлагать хлорамины.
Мониторинг хлора
Потребность в хлоре трудно предсказать, поскольку она зависит как от качества воды, так и от конкретного распределения форм хлора. Непрерывный мониторинг обеспечивает наилучший контроль над процессом дезинфекции хлором. Автономное тестирование хлора основано на химическом индикаторе N,N-диэтил-1,4-фенилендиаминсульфате, известном как DPD, который можно использовать либо в колориметрическом методе, либо в методе титрования. Для оперативного измерения свободного хлора используется амперометрический метод, основанный на проводящих электродах и мембране. Кроме того, измерение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) дает информацию об окислительной способности дозы хлора, которая изменяется в результате образования соединений между HOCl и OCl- и реакции на хлорамины. Измеряя свободный хлор, ОВП и pH, можно эффективно контролировать процесс дезинфекции хлором.