MU OP Reftinsky

В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию технологии обеззараживания питьевой воды и стоков. Суть иновации в замене устаревшего и опасного дезинфектанта жидкого хлора на более эффективный и безопасный диоксид хлора.

Диоксид хлора

просто о сложном

Что не следует из названия «диоксид хлора»?
Хотя в названии диоксида хлора существует слово хлор, его химический состав и      способ работы радикально отличаются от хлора.

Урок химии (школьная программа):
Если смешать два компонента, то можно получить третий, который не имеет сходства с первоначальными компонентами.

Например:
- две части водорода + одна часть кислорода = вода
(водород входит в состав воды и в состав синильной кислоты, которая является сильнейшим ядом);
- гидроксид натрия (щелочь, входящая в состав обычного мыла) + соляная кислота (которая растворяет железо) = столовая соль и вода;
- пять частей хлорита натрия + четыре части соляной кислоты = диоксид хлора и вода;
(на сегодняшний день существует как минимум 10 различных способов получения диоксида хлора).

В название полихлорвинил (ПХВ) тоже входит слово хлор, однако ассоциировать наиболее применяемый в быту вид пластмасс с газообразным хлором мало кому приходит в голову, несмотря на то, что мы ежедневно сталкиваемся с изделиями из ПХВ: шариковыми ручками, детскими игрушками, посудой, пластиковыми окнами, водопроводными трубами и т.п.

Химическое отличие между диоксидом хлора и хлором.
Диоксид хлора (ClO2) и хлор (Cl2) имеют фундаментальное отличие в химической формуле, в связи с этим, их реакции с органическими веществами, а также побочные продукты этих реакций абсолютно различаются.

Говоря техническим языком, и хлор и диоксид хлора являются окислителями и содержат атомы - приемники электронов.

В случае хлора (Cl2) приемником электронов является атом хлора, а в случае диоксида хлора - атомы кислорода.
Это свойство объясняет основное отличие между двумя соединениями.

При хлорировании в процессе реакции с органическими загрязнениями к молекуле органического вещества присоединяется атом хлора, и образуются токсичные хлорорганические соединения.

В то время как при обработке диоксидом хлора к органическим молекулам присоединяется атом кислорода из молекулы диоксида хлора. При этом, например, из токсичных фенолов образуются безвредные карбоновые кислоты.

Поведение диоксида хлора как вещества сильно отличается. Вместо соединения с ароматическими кольцами диоксид хлора разрушает их, т.к. основным действующим веществом в нем является активный кислород.

Хлор при окислении принимает два электрона, а диоксид хлора имеет возможность принимать пять.

Хлор и дезинфицирующие вещества хлорного типа, например: гипохлорит натрия, гипохлорит кальция и т.д., образуют так называемый «свободный хлор», являющийся биоцидным компонентом.

Следует помнить, что в ходе дезинфекции, вещества хлорного типа образуют побочные продукты, которые включают в себя канцерогенные и эстрогенные соединения, являющиеся биологически опасными при накапливании, особенно: тригалометан, галоуксусные кислоты и мутаген Х.

Диоксид хлора не является дезинфицирующим веществом хлорного типа, т.е. не высвобождает свободный хлор, а значит, не образует вредные побочные продукты, однако его биоцидное воздействие на бактерии, вирусы, водоросли, грибки и т.п. является более мощным, чем у хлора, за счет активного кислорода.
Обработка воды диоксидом хлора

Диоксид хлора представляет собой неустойчивый газ, который производят на месте использования в виде водного раствора.

Диоксид хлора очень хорошо, лучше, чем хлор или озон, растворяется в воде (до 20 объёмов СlO2 на 1 объём воды) образуя достаточно устойчивый зеленовато-желтый раствор. При этом, не происходит ни диссоциации диоксида хлора, ни его гидролиза.

По своей окислительной способности диоксид хлора превышает хлор и занимает промежуточное положение между хлором и озоном. Молекула диоксида хлора (ClO2) представляет собой свободный радикал, чем и обусловлена его высокая окислительная способность.

Дезинфицирующее воздействие диоксида хлора в 4 раза превосходит воздействие хлора, по причине особого механизма химического воздействия на загрязняющие вещества и микроорганизмы. Даже небольшие его дозы достаточно эффективны и долго сохраняют своё воздействие на микроорганизмы.

Обработка воды диоксидом хлора

Диоксид хлора представляет собой неустойчивый газ, который производят на месте использования в виде водного раствора.

Диоксид хлора очень хорошо, лучше, чем хлор или озон, растворяется в воде (до 20 объёмов СlO2 на 1 объём воды) образуя достаточно устойчивый зеленовато-желтый раствор. При этом, не происходит ни диссоциации диоксида хлора, ни его гидролиза.

По своей окислительной способности диоксид хлора превышает хлор и занимает промежуточное положение между хлором и озоном. Молекула диоксида хлора (ClO2) представляет собой свободный радикал, чем и обусловлена его высокая окислительная способность.

Дезинфицирующее воздействие диоксида хлора в 4 раза превосходит воздействие хлора, по причине особого механизма химического воздействия на загрязняющие вещества и микроорганизмы. Даже небольшие его дозы достаточно эффективны и долго сохраняют своё воздействие на микроорганизмы.

Основные способы получения диоксида хлора

Диоксид хлора в чистом виде взрывоопасен и поэтому всегда производится "на месте" в виде водного раствора с безопасной концентрацией.
В настоящее время наиболее часто применяются при обработке воды три основных метода получения диоксида хлора:
Взаимодействие хлорита натрия с соляной кислотой

5NaClO2 + 4HCl > 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O

Взаимодействие хлорита натрия с молекулярным хлором, (гипохлоритом натрия, хлорноватистой кислотой) Реакция проводится путем введения газообразного хлора в раствор хлорита натрия в условиях вакуума:

2NaClO2 + Cl2 > 2ClO2 + 2NaCl
Взаимодействие хлората натрия с серной кислотой и перекисью водорода

2NaClO3 + H2SO4 + H2O2 > 2ClO2 + 2O2 + Na2SO4

В настоящее время существуют установки, использующие все эти способы получения диоксида хлора для целей обеззараживания питьевой воды. Процесс получения и дозирования диоксида хлора в обрабатываемую воду полностью автоматизирован и не требует присутствия обслуживающего персонала.

В настоящее время диоксид хлора является наилучшей заменой хлору благодаря тому, что хлордиоксидная технология значительно более безопасна по сравнению с использованием жидкого хлора.

Диоксид хлора является сильным окислителем, который может восстанавливаться множеством способов, в зависимости от условий реакции. В случае обработки питьевой воды основной реакцией является присоединение одного электрона:

ClO2 + e - > ClO2-               E° = 0.95 V

Хлорит-ион также является окислителем, и может участвовать в реакциях окисления-восстановления, хотя и значительно медленнее, чем диоксид хлора:

ClO2- + 4H+ + 4e- > Cl- + 2H2O
Именно наличие в воде хлорит-ионов обеспечивает длительное бактерицидное и бактериостатическое действие диоксида хлора.

Преимущества диоксида хлора

Диоксид хлора имеет следующие преимущества по сравнению с хлором:
не образуются токсичные тригалогенметаны (ТГМ);
практически, не образуются неудаляемые органические галогены (НОГ)
не образуются хлорфенолы;
не происходит реакция диоксида хлора с аммонием и другими соединениями азота;
сильное дезинфицирующее действие, практически не зависящее от значений pH воды и присутствия в воде аммиака и прочих соединений азота;
сильное действие на споры, вирусы и водоросли;
отсутствие хлорного привкуса и запаха в обработанной воде;
окисление органических соединений, а также марганца и железа;
улучшение флокуляции необработанной сырой воды;
умягчение воды;
длительно сохраняющийся бактерицидный эффект (до 7 суток) в водораспределительных системах и, как следствие, удаление микробиологических отложений в системе распределения воды.

Последнее свойство диоксида хлора является одним из самых привлекательных для целей резкого повышения качества питьевой воды, поступающей потребителям. Обладая длительным бактерицидным эффектом, диоксид хлора предотвращает вторичное загрязнение воды в сетях.

В составе загрязнений, поступающих в точки водоразбора, наибольшее количество приходится на продукты жизнедеятельности живущих в трубопроводах микроорганизмов (в том числе и железобактерий). Диоксид хлора, уничтожая, бактерии по всей протяжённости распределительной водопроводной сети, очищает трубопровод без дополнительных капитальных затрат.

Мировой опыт использования диоксида хлора

Одной из первых систем водоснабжения, успешно использующих диоксид хлора, была, введенная в эксплуатацию в США в 1944 г., система «Ниагара Фоллз».

В 1958 г. уже 150 водных систем в США применяли диоксид хлора.

В Германии его используют с 1959 г.

С 1995 г. диоксид хлора применяется на Украине (г. Ильичевск, г. Южный, г. Килия и др.).

В настоящее время диоксидом хлора обрабатывают питьевую воду на сотнях станций мира, в том числе в большинстве крупных городов Европы и Северной Америки, Бразилии и ЮАР.

Мировой опыт применения диоксида хлора и многочисленные исследования показали его эффективность при подготовке и дезинфекции питьевых, производственных и сточных вод, экономичность и надежность, а также неоспоримые санитарно-гигиенические преимущества по сравнению с хлорированием.

Отзыв о внедрении диоксида хлора в г. Нижний Тагил

Одним из источников хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Нижнего Тагила служит Верхне-Выйское водохранилище, вода которого характеризуется средними значениями цветности, невысокой мутностью и довольно низкой минерализацией. Водоочистные сооружения Верхне-Выйского гидроузла находятся в стадии строительства, поэтому ранее вода из водохранилища подавалась населению после обеззараживания жидким хлором дозами, обеспечивающими содержание остаточного свободного хлора 0,3-0,5 мг/л. Химический состав питьевой воды по сравнению с источником практически не изменялся, однако обработка воды хлором приводила к появлению в воде хлорорганических соединений - тригалометанов (ТГМ), обладающих высоким мутагенным и канцерогенным эффектом. Так, например, содержание хлороформа при ПДК 0,2 мг/л достигало 0,4 мг/л. Что касается показателей микробиологического загрязнения воды источника, то весной, летом и осенью в некоторых случаях отмечалось превышение норматива по показателю "термотолерантные колиформные бактерии" (до 360 ед./100 мл). Отсутствие полного цикла очистки воды и недостаточная стабильность хлора обусловливали периодическое несоответствие проб воды в отдаленных точках распределительной сети гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям. Для предотвращения таких ситуаций осуществлялась постоянная дополнительная подача хлора в сеть, что увеличивало образование ТГМ и повышало опасность питьевой воды для здоровья населения.

В период 1999-2002 г. МУП «Водоканал» были проведены научно - исследовательские и опытно-конструкторские работы с целью внедрения обеззараживания воды диоксидом хлора. Выбор в пользу диоксида хлора как варианта, альтернативного хлорированию, был сделан исходя из эффективности и безопасности этой технологии обеззараживания питьевой воды.

Система предназначенная для обеззараживания диоксидом хлора 95 тыс. м3 питьевой воды в сутки смонтирована на станции водоподготовки Верхне-Выйского гидроузла в феврале 2002 г. Опытно-промышленное использование диоксида хлора с подачей воды в городскую сеть было начато 17 сентября 2002 г.

За 2,5 года эксплуатации хлордиоксидной системы получены следующие результаты:
на станции сокращена потребность в жидком хлоре на 25% и определена возможность полного отказа от его использования в холодное время года при низком уровне загрязнения исходной воды;
продукт трансформации диоксида хлора - хлорит-ион, который в основном и обеспечивает эффект обеззараживания, обнаруживался в питьевой воде постоянно даже в самых отдаленных точках, определенных для лабораторного контроля;
использование диоксида хлора позволило снизить концентрации хлороформа в питьевой воде, подаваемой населению, с уровня 1,5 ПДК до уровня 0,9 ПДК;
содержание хлоритов в питьевой воде не превышало ПДК 0,2 мг/л;
по отзывам потребителей, улучшились органолептические свойства водопроводной воды, в том числе существенно снизился или исчез ее традиционный хлорный запах и привкус;

Следует отметить, что использование диоксида хлора не решает всего комплекса задач по подготовке питьевой воды на станции Верхневыйского гидроузла. Для приведения ее физико-химических показателей в соответствие требованиям СанПиН необходимо завершение строительства водоочистных сооружений. После этого дозы диоксида хлора будут снижены, а использование жидкого хлора полностью прекращено.

Предлагаем Вашему вниманию информацию о внедрении хлордиоксидной технологии на территории России.

Свидетельство о государственной регистрации диоксида хлора как дезинфектанта № 77.99.1.2.У.7184.6.05 от 28.06.2005г., выдано Федеральной службой по надзору   в сфере защиты прав потребителей и   благополучия   человека (г. Москва). Государственная регистрация разрешает обеззараживание воды диоксидом хлора в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения на территории России.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 66.01.15.912.Т.000058.05.05 от 16.05.2005г., выдано Территориальным управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Свердловская область). Заключением удостоверяется, что требования, установленные в проектной документации: «Технологический регламент станции обеззараживания воды диоксидом хлора питьевой воды Верхне-Выйского гидроузла» соответствуют государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.02.249.Д.002540.05.05 от 13.05.2005г., выдано Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (г. Москва). Заключением удостоверяется, что хлорит натрия (реагент для приготовления диоксида хлора) соответствует санитарным правилам СанПиН 2.1.4.1074-01.

Экспертное заключение по результатам дезинфектологической экспертизы № 3-194/04 от 01.12.2004г., выдано ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им А.Н. Сысина РАМН (г. Москва). В заключении подтверждается активность и безопасность диоксида хлора, и даются рекомендации по использованию диоксида хлора для обработки воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения.