3.5. Знезараження води хлором

У практиці водо- підготовки найбільшого поширення набуло хлорування води. Для цього застосовують рідкий хлор та його сполуки, що містять активний хлор (гіпохлорит натрію, хлорне вапно, діоксид хлору, гіпохлорит натрію). Під дією хлору окислюються речовини, що входять до складу протоплазми клітин бактерій, внаслідок чого бактерії гинуть. Хлор окислює також органічні речовини, які знаходяться у воді.

Залежно від мети хлорування всі способи оброблення води хлором або його солями поділяють на дві основні групи – попереднє хлорування (поп-хлорування) та хлорування на заключній стадії (пост-хлорування).

Звичайне хлорування, яке застосовують за не великого забруднення води, в технології підготовки води є завершеним процесом. Нерідко його використовують як самостійний процес, коли вода достатньо чиста, а знезараження здійснюється в профілактичних цілях. Дозу хлору визначають під час технологічних вимірювань якості води, дотримуючись збереження смакової якості води. Кількість залишкового хлору після 30-хвилинного контактування за водою не повинна перевищувати 0,5 мг/дм³. Така вимога забезпечується за умови, що доза хлору в процесі хлорування маэ бути 2 – 3 мг/дм³ для поверхневих вод і 0,7 – 1 мг/дм³ – для підземних з наступним ретельним перемішуванням.

Поп-хлорування застосовують у разі значного забруднення води мікроорганізмами та шкідливими органічними речовинами. Його проводять на початку технологічного процесу підготовки води. Крім того, воно може сприяти процесу перебігу процесів коагуляції, відстоювання, фільтрування, знебарвлення, декорації. Зазвичай поп-хлорування здійснюється великими дозами хлору і воно не потребує до хлорування, оскільки надлишковий хлор видаляється в наступних технологічних процесах водо підготовки. Надлишковий хлор витрачається на окиснення домішок, сорбується на поверхні коагулянту та окислює організми, які розвиваються на поверхні очисних споруд та завантажених фільтрів.

В практиці водо підготовки часто використовують подвійне хлорування (поп- і пост-хлорування) та хлорування підвищеними дозами хлору (суперхлорування). В разі подвійного хлорування здійснюють попереднє хлорування для підготовки води до наступних етапів її очищення і пост-хлорування – для забезпечення потрібної концентрації залишкового хлору у воді, яка проходить до водопровідної мережі. В останньому випадку тривалість контактування хлору з водою від моменту змішування її з реагентами до надходження найближчому споживачеві має бути не менше ніж 30 хвилин у разі хлорування рідким хлором або гіпохлоритом. Для підземних вод, які не зазнають посереднього оброблення, хлорні реагенти подають резервуарами чистої води. Для розрахунків (посередніх) дозу хлору для знезараження фільтрувальної води приймають 2 – 3 мг/дм³, а для підземних вод 1,7 – 1 мг/дм³.

Під час хлорування підвищеними дозами вміст залишкового хлору має становити 1 – 10 мг/дм³. Надлишок хлору, що перевищує допустиму норму, видаляють дехлоруванням за допомогою оксиду сульфуру, сульфіту і ін. та фільтруванням через активоване вугілля.

З метою посилення дії хлору або фіксації хлору у воді на тривалий термін застосовують комбіновані способи хлорування. До них належать: хлорування з мангануванням, яке використовують для дезодорації води, хлоросрібний і хлоромідний способи, які застосовують для зменшення дози хлору у воді; сумісне хлорування з амонізацією. Останній спосіб є найпоширенішим у технології водо підготовки і ґрунтується на утворенні моно- і дихлорамінів під час хлорування води, в яку введено аміак, або введенням цих речовин у воду, призначену для очищення.

Хлорування здійснюється рідким (газоподібним) хлором. Хлорне господарство влаштовують в окремому приміщенні, де розміщують витратний склад хлору, випарник і дозатор хлору. Витратний склад модна розміщувати в окремій будівлі або впритул до хлораторної, яку відокремлено від нього глухою стіною.

Хлор гідролізує з утворенням хлорнуватистої кислоти, яка розкладається на соляну кислоту і атомарний оксисен, який є сильним окисником і приводить до загибелі більшості патогенних бактерій (бацили туберкульозу, дизентерії, черевного тифу, вібріони холери, віруси поліомієліту та енцефаліту). Хлор не знижує спороутворення бактерій, що є недоліком.

Ефект хлорування залежить від дози введеного хлору і тривалості контактування його з водою. Тому хлоропоглинальність води змінюється залежно від дози введеного хлору, значення pH, температури води, тривалості контактування та інших факторів. Потрібну кількість хлору (г/год) для знезараження газоподібним хлором розраховують за формулами:

q_{max .}= D_max·Q_max, ( )

q_min. = D_min·Q_mi, ( )

де: D_max і D_min – відповідно максимальна і мінімальна потреба хлору для знезараження води, г/м³ (визначають лабораторними дослідами); Q_max і Q_min – відповідно максимальна і мінімальна витрата води, м³/год.

Доза введеного хлору має бути більшою ніж поглинальна здатність води на величину залишкового хлору, який гарантує завершеність процесу знезараження. Знезараження завершується утворенням моно хлораміну за реакцією (за наявності в воді аміаку):

HOCl + NH₃ ↔ NH₂Cl + H₂O

причому він гідролізує з утворенням сильного окисника гіпохлоритіонів за реакцією

NH₂ Cl + H₂O ↔ NH₄⁺ + OCl^-

Бактерицидна дія хлорамінів значно вища, ніж хлору. Тому амонізацію води переважно проводять після тривалого перебування її в резервуарі, водопроводах і мережі. Оптимальна доза аміаку в 5 разів менша, ніж доза хлору.

Одним із перспективних напрямів хлорування на водоочисних спорудах з добовою витратою хлору до 50 кг є використання гіпохлориту натрію, який отримують на місці споживання внаслідок електролізу розчинів хлориду натрію.