Хим-53-58 (1). K раживанием
 Скачать 151.49 Kb.
|
|
53 6. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ Процесс обработки воды, проводимый для полного удаления патогенных и снижения общего числа микроорганизмов, называется обезза K раживанием Оно может осуществляться физическими и химическими методами Обеззараживание воды физическими методами заключается в воздействии на микроорганизмы ультрафиолетовыми лучами, высокой температурой и др К химическим методам относят хлорирование, озонирование, обеззараживание воды солями тяжелых металлов. Хлорирование воды Хлорирование воды является наиболее распространенным, а иногда единственным процессом, используемым на очистных сооружениях для обеззараживания воды При хлорировании воду обрабатывают хлором или препаратами, содержащими активный хлор (гипохлорит натрия, хлорная известь, оксид хлора, хлорамины ). Впервые обработка хлором больших количеств воды была применена в Германии в 1894 г А Траубе , который использовал в качестве реагента хлорную известь Благодаря хорошим результатам хлорирование воды вскоре получило повсеместное распространение В 1910 г в Англии , Германии, США, а затем ив других странах хлорная известь была заменена газообразным хлором В России хлорирование воды в больших количествах впервые было осуществлено в 1910 г как принудительная мера вовремя эпидемий холеры и брюшного тифа Вначале воду хлорировали хлорной известью Первые опыты по применению газообразного хлора были осуществлены в 1917 г Однако широкое использование газообразного хлора для дезинфекции воды началось лишь в 1928K1930 гг ., когда появились первые аппараты K хлораторы отечественной конструкции Хлор – ядовитый газ, в 2,45 раза тяжелее воздуха При атмосферном давлении (0,1 МПа) хлор представляет собой газ зеленовато K желтого цвета с резким , неприятным запахом Растворимость хлора вводе убывает с повышением температуры Температура воды, С 1 20 25 Растворимость хлора, гл 9,97 7,29 6,40 Хлор является очень активным элементом Он взаимодействует почти со всеми металлами и многими неметаллами Непосредственно с кислородом хлор не соединяется, но известны его оксиды (Cl 2 O; ClO 2 ; ClO 3 ; Cl 2 O 7 ), а также кислородосодержащие кислоты (HClO; HClO 2 ; HClO 3 ; HClO 4 ). При растворении вводе протекает гидролиз хлора с образованием хлорноватистой и хлороводородной кислот Cl 2 + H 2 O HClO + HCl. Хлорноватистая кислота очень слабая, выделяется из солей при взаимодействии их даже с угольной кислотой, является сильным окислителем В растворах диссоциирует с образованием гипохлорит K иона : HClO H + + Константа диссоциации хлорноватистой кислоты при 18 С равна 3,710 –8 В зависимости от рН основными устойчивыми составляющими водных растворов хлора являются Cl 2 , HClO (хлорноватистая кислота, ClO – ( гипохлорит K ион ). Соотношение между этими формами соединений хлора вводе (в зависимости от рН ) представлено на рис. Рис. 6.1. Соотношение содержания различных форм хлора вводе в зависимости от рН При рН 6,5K8,5 вводе содержатся преимущественно хлорноватистая кислота и гипохлорит K ион Нормальный окислительный потенциал хлорноватистой кислоты 1,63 В, а гипохлорит K иона – 0,4 В Так как окислительно K восстановительный потенциал гипохлорит K иона меньше, то с повышением рН обеззараживающее действие хлора снижается Самым сильным окислителем является хлорноватистая кислота поэтому наилучшее обеззараживающее действие хлора наблюдается при рН 6. Механизм бактерицидного действия хлора и его кислородосодер K жащих соединений заключается во взаимодействии с составными частями клетки микроорганизма, в первую очередь с ферментами Потеря биологической активности ферментов может происходить в результате реакций окисления, хлорирования, замещения Изменения в структуре ферментов ведут к нарушению обмена веществ в клетке микроорганизма и ее отмиранию Количество хлора, содержащееся в реагенте и способное вступать в реакции взаимодействия с составными частями клеток микроорганизмов и другими примесями воды, характеризует концентрацию активного хлора Содержание активного хлора в соединении рассчитывается на молекулярный хлор с учетом числа электронов, принятых окислителем при взаимодействии с йодидом калия в кислой среде 0 2 Cl + 2KJ + H 2 SO 4 = J 2 + K 2 SO 4 + 2HCl – , а) NaClO + 2KJ + H 2 SO 4 = J 2 + K 2 SO 4 + NaCl + H 2 O, б) NH 2 Cl + 2KJ + H 2 SO 4 = NH 4 Cl + K 2 SO 4 + в) Один электрон, принятый окислителем, соответствует содержанию активного хлора 35,5 г Из уравнений реакций следует, что в реакциях ( а ), (б, (в) окислитель принимает по 2 электрона Следовательно , одному молю каждого из этих веществ соответствует 71 г активного хлора Содержание активного хлора в хлорсодержащих веществах часто выражают в процентах и рассчитывают по формуле 0 M C 100 %, M n = где М 0 – молярная масса хлорсодержащего соединения М – молярная масса хлора n – число молей активного хлора в данном соединении Кроме хлора для обеззараживания воды применяют гипохлориты натрия (или кальция, хлорную известь, хлорамины Гипохлорит натрия получают электролизом водного раствора хлорида натрия хлор и гидроксид натрия реагируют с образованием данной соли Cl 2 + 2NaOH = NaOCl + NaCl + H 2 O. Гипохлорит натрия получают также при непосредственном пропускании хлора в раствор гидроксида натрия При действии хлора на гашеную известь получают хлорную известь 2Ca(OH) 2 + 2Cl 2 = Ca(OCl) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O. Хлорная известь является химическим продуктом и представляет собой смесь гипохлорита и хлорида кальция и Отметим, что при получении хлорной извести возможно также образование смешанной кальциевой соли хлорноватистой и хлороводо K родной кислот CaCl 2 O, которой отвечает структурная формула При введении вводу хлорсодержащих веществ происходит их гидролиз с образованием хлорноватистой кислоты NaOCl + H 2 O = NaOH + HClO, Ca(OCl) 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2HClO, 2CaCl 2 O + 2H 2 O = CaCl 2 + Ca(OH) 2 + 2HClO. Гидролиз указанных солей протекает медленнее, чем гидролиз свободного хлора поэтому образование HClO идет медленнее Однако дальнейшее действие хлорноватистой кислоты такое же, как при растворении газообразного хлора в воде В практике обеззараживания воды используют также оксид Cl(IV) или диоксид хлора Диоксид хлора – ядовитый газ желто K бурого цвета Его получают непосредственно на водопроводных очистных сооружениях взаимодействием хлорита натрия с хлором или с хлороводородной кислотой 2NaClO 2 + Cl 2 = 2ClO 2 + 2NaCl 5NaClO 2 + 4HCl = 5NaCl + 4ClO 2 + 2H 2 O. Диоксид хлора обладает более сильным обеззараживающим действием, чем хлор Нормальный окислительный потенциал диоксида хлора в кислой среде равен 1,5 В При обработке воды, содержащей фенол, не появляются хлорфе K нольные запахи, поскольку фенол практически полностью окисляется оксидом хлора) до хинона и малеиновой кислоты, которые в малых концентрациях не имеют запаха и вкуса Применение диоксида хлора сдерживается его высокой реакционной способностью (взрывается при нагревании, ударе или соприкосновении со многими органическими веществами. Хлорирование воды повышенными дозами хлора (перед очистными сооружениями) называют перехлорированием Метод применяется в условиях , когда микробиологические свойства воды быстро ив больших пределах меняются, а также при высокой цветности природной воды, большом содержании вводе органических веществ и планктона Перехлори K рование используют в системах технического водоснабжения как средство против образования биологической пленки Целесообразность применения перехлорирования в системах хозяйственно K питьевого водоснабжения необходимо решить на основе технологических исследований и анализов При этом надо особо принимать во внимание возможность образования хлорорганических соединений ( тригало K генметанов ). Это результат хлорирования воды, содержащей много органических веществ Тригалогенметаны (хлороформ и другие соединения) – канцерогенные вещества, содержание которых в питьевой воде во многих странах нормируется стандартом В частности , Всемирная ассоциация здравоохранения рекомендует норму 30 мг / л Для предотвращения образования хлорорганических веществ при подготовке хозяйственно K питьевых вод рекомендуется отказаться от введения хлора до очистных сооружений (первичное хлорирование, заменить С 1 на ClO 2 или О 3 , использовать окислители в комбинации c сорбентами Например , по схеме О – активный уголь – вторичное хлорирование Для обеспечения требуемого содержания вводе остаточного хлора после перехлорировання , а также в других случаях необходимо воду дехлорировать С этой целью применяют физические и химические способы При физических способах избыток активного хлора выделяется из воды сорбентами или аэрированием Используют угольные фильтры с толщиной слоя угля 2,5 м при скорости фильтрования 20–25 м / ч Аэрирование дает положительные результаты при рН <5 и небольшом количестве удаляемого хлора Поскольку многие соединения хлора не улетучиваются, эффективность аэрирования низка При химическом дехлорировании избыточный активный хлор связывается с сульфитом натрия или двуокисью серы Как известно, хлорамины по сравнению с молекулярным хлором органолептически менее ощутимы, их действие более долговременное, при наличии вводе фенолов они не образуют хлорфенольных запахов С этой целью иногда целесообразно хлорировать с аммонизацией , те подать вводу дополнительно к хлору аммиак Технология аммонизации воды аналогична хлорированию жидким хлором Аммиак также привозят на станцию в баллонах в сжиженном виде При реакции NH 3 с хлорноватистой кислотой вводе образуются моно K и дихлорамины Следует учесть, что добавкой аммиака можно сэкономить до 60 % хлора, израсходованного для обеззараживания. и перемешиваются в пропорции 1:4...1:10. Если цель аммонизации – предотвращение образования хлорфе K нольного запаха, аммиак добавляется вводу за 2K3 мин до введения хлора ( переаммонизация ), если цель – снижение интенсивности хлорного запаха и привкуса , а также продление бактерицидного действия хлора, то аммиак добавляется после хлорирования ( постаммонизация ). Большое значение в санитарной практике очистки воды приобретают неорганические и органические хлорамины К неорганическим хлораминам относят вещества, получающиеся в результате взаимодействия хлора с аммиаком (NH 2 Cl – хлорамин, NHCl 2 – дихлорамин ). Органическими хлораминами называют производные аммиака, у которых один атом водорода замещен органическим радикалом (R), а оставшиеся водородные атомы – хлором (RNHCl; RNHCl 2 ). Амины, содержащие простые углеводородные радикалы (или так называемые амины жирного ряда) в большинстве случаев являются растворимыми вводе жидкостями Некоторые из них дымят на воздухе, легко отщепляют хлор, обладают сильными окислительными свойствами К хлораминам ароматического ряда относят хлорамин Б и Т и дихлорамин Б , Т C 6 H 5 SO 2 NHCl; CH 3 C 6 H 4 SO 2 NHCl и C 6 H 5 SO 2 NCl 2 и CH 3 C 6 H 4 SO 2 NCl 2 Содержание активного хлора в дихлорамине Б составляет 30 %. Бактерицидное действие хлораминов обусловлено хлорноватистой кислотой или ее солями, образующимися при их гидролизе В некоторых случаях на водоочистных станциях используют хлорирование совместно с аммонизацией , что также можно рассматривать как процесс обработки воды хлораминами 6.2. Хлоропоглощаемость воды. Выбор оптимальной дозы хлора Эффект обеззараживания воды зависит от сочетания многих факторов, среди которых наибольшее значение имеют биологические особенности микроорганизмов, бактерицидное действие реагентов, условия, в которых происходит процесс обеззараживания Бактерицидная активность реагентов определяется окислительным потенциалом и способностью взаимодействовать с составными частями |