Хлорирование питьевой воды

Метод хлорирования – это дезинфекция воды химическим элементом хлором или его производными, то есть хлорсодержащими соединениями. Cl обладает бактерицидным эффектом: окисляет вещества, содержащиеся в протоплазме клеток микроорганизмов, разрушает липидную оболочку, а также воздействует на ферментативный аппарат. Всё это приводит к гибели всех микробов, за исключением тех, которые обладают хлоррезистентностью, то есть устойчивостью к хлору. Кроме того, при введении вещества в воду запускается реакция окисления органических соединений.

Хлор не только обеззараживает, но и обесцвечивает благодаря способности разрушать мелкие коллоидные частицы (обычно на них фиксируются и обитают микроорганизмы), устраняет неприятные посторонние запахи, а также осветляет. При этом основные свойства воды сохраняются, если хлорирование проводится правильно, с подходящими дозами. Но с некоторыми компонентами состава хлор может вступать в реакции с образованием побочных соединений, в том числе опасных.

Обычно после введения в водную среду хлора последний вступает в реакцию и превращается в два соединения: соляную (хлорводородную) кислоту и хлорноватистую. Первая, подвергаясь фотохимическому разложению, выделяет атомарный кислород. При реакции с водой соляной кислоты происходит выделение свободного хлора.

Активный хлор может реагировать с органикой. При этом иногда образуются различные соединения, например, обусловливающие специфический запах тригалогенметаны, хлорфенолы, а также обладающие высокой токсичностью диоксины, при наличии которых обязательна доочистка воды.

Полезно знать! Обеззараживающими свойствами обладает не только сам хлор, но и атомарный кислород, появляющийся в процессе распада хлорноватистой кислоты, которая образуется при контакте Cl с водой.

Для хлорирования воды используют вещество в жидком виде, в газообразном состоянии (газ хранится в специальных герметичных баллонах), а также в форме порошка, гранул, готовых таблеток.

Для очистки воды используют как чистый хлор (газообразный баллонный или жидкий), так и различные хлорсодержащие реагенты, например, гипохлорит кальция или натрия, хлорамин, хлорную известь. Но для питьевой водоподготовки подходят не все средства. Некоторые можно применять лишь для обработки технической воды или дезинфекции плавательных бассейнов.

Впервые обеззараживающие свойства хлора были открыты в далёком 1774 году. Обнаружил эффект аптекарь из Швеции Карл Шееле. Далее вещество начали применять для отбеливания бумаг и тканей. В конце следующего девятнадцатого столетия от ученых в разных уголках мира поступали предложения применять хлор для обеззараживания воды.

В конце XIX века были осуществлены первые успешные попытки хлорирования в немецком Гамбурге, американском Нью-Йорке, английском Мейдстоне. А в 1908 году именно благодаря хлору удалось предотвратить множество смертей, остановив эпидемию холеры. Примерно в то же время хлорирование стали применять и в России. И с тех пор было проведено немало научных исследований, в ходе которых выявлялись свойства вещества, его нормы и оптимальные дозы.

По сей день метод очистки путём хлорирования воды остаётся одним из самых распространённых, хотя со времени появления способа появилось много новых средств, включая относительно безопасные и подходящие для питьевой подготовки.

Очистка воды с помощью хлора используется в нескольких областях:

• Обработка бассейнов: как плавательных общественных, так и частных. Хлорирование – самый доступный и популярный метод.
• Очистка водопроводной воды. Такой способ используют во многих крупных городах России на водоочистных станциях.
• Очистка воды из автономных источников – скважин, колодцев. Такой способ является не самым популярным, поэтому в частных домах, на дачах и в загородных коттеджах используется редко из-за сложности дозирования и возможных негативных последствий при превышении допустимых доз или, наоборот, недостаточной концентрации хлора, чреватой неэффективностью дезинфекции.
• Подготовка воды для промышленных, технических целей. После хлорирования она может использоваться для производств, обслуживания оборудования или других нужд.

Важно! Обычно обеззараживание воды хлором – это одна из нескольких стадий комплексной подготовки. С данным методом могут использоваться коагуляция для удаления примесей в виде взвесей или коллоидных растворов, фильтрация для устранения механических загрязнений и другие способы.

Чтобы обеззараживание воды хлором было не только эффективным, но и безопасным для людей, устанавливаются определённые нормы вещества. Они определяются отдельно для разных случаев с учётом характеристик источника водоснабжения, а также ожидаемых результатов. Нормы рассчитаны так, чтобы применение хлора полностью дезинфицировало воду, не поменяло её основные качества (запах, прозрачность, цвет), а также не причинило ущерб экологии и не навредило животным и людям.

Согласно актуальным ГОСТ (государственным стандартам, действующим на территории РФ), содержание остаточного хлора в воде должно быть следующим:

• Перед подачей в водопроводную сеть – от 0,3 мг/л до максимальных 0,5.
• При осветлении наземных вод в реках, озёрах, других природных водоёмах – не больше 1,5-3 миллиграммов на литр.
• При применении хлора для очистки подземных вод – от 1 мг/л до 1,5.

Если в воде выявлена повышенная концентрация гуминовых веществ, или обнаружено закисное железо, то доза хлора может быть увеличена. В ГОСТ также прописаны методы и условия отбора проб для дальнейшего проведения анализов.

Нормы хлора при его использовании в централизованных системах водоснабжения также регламентируются СанПиН и должны соответствовать гигиеническим требованиям, предъявляемых к качеству. Из-под крана должна поступать вода с концентрацией остаточного вещества менее 0,3-0,5 миллиграммов на каждый литр. При дезинфекции после фильтрования дозировка может составлять от 0,7 мг/л до 3. Точная концентрация зависит от источника (поверхностный либо подземный).

Чтобы правильно хлорировать воду, нужно учитывать её исходное качество, а также нормативные показатели, рассмотренные в предыдущей части статьи. Расчёт дозы должен осуществляться после лабораторного анализа, в ходе которого выявляются виды и количества бактерий, а также содержание органики. Объём активного хлора зависит от концентрации микробов и органических веществ. Но важно, чтобы после хлорирования не была превышена норма содержания вещества.

Точное дозирование – непростая задача. Если нормативное значение будет превышено, то возможно токсическое действие химического элемента. Если же использовать меньшее количество, то бактерицидный эффект не будет достаточно сильным, то есть вода после очистки останется загрязнённой патогенными микроорганизмами и продолжит быть вредной для организма.

Хлорирование воды в системе холодного водоснабжения – это задача работников очистных станций. При очистке автономных источников лучше следовать рекомендациям компаний-производителей хлорсодержащих средств, а также обязательно предварительно сдать пробу на анализ, чтобы выяснить состав и отталкиваться от него. После очистки тоже желательно провести исследование для определения уровня остаточного хлора. Для этого можно обратиться в лабораторию или самостоятельно использовать тестер (измерительный прибор) либо тест-систему с индикаторными полосками.

Как хлорировать воду? Для эффективной и безопасной обработки необходимо соблюдение нескольких условий:

1. Правильные транспортировка и хранение реагентов. При перевозке тара должна защищаться от повреждений. Хранение осуществляется в герметично закрытых упаковках. Такие требования обусловливаются способностью хлора испаряться при любых температурах, а также терять активность.
2. Грамотное дозирование. При нём концентрация свободного остаточного хлора должна быть в пределах 0,3-0,5 миллиграммов на литр. Именно при таком содержании минимальны риски вторичного заражения, а также отсутствует токсическое воздействие.
3. Правильное введение хлора в воду. Например, дозированное добавление жидкого вещества осуществляется с помощью вакуумных хлораторов. Они оснащаются узлом хранения хлора, установкой для фильтрации, испарителем, прибором для измерения расхода газа, а также эжектором, который обеспечивает разрежение и подаёт газообразное вещество в смеситель.
4. Длительный контакт хлорсодержащего агента с водой, необходимый для связи молекул веществ. Время взаимодействия должно составлять не меньше 30 минут, в течение которых требуется тщательное размешивание. При хлорировании бассейна следует оставить воду на 24 часа для полного завершения процесса обеззараживания.

На эффективность очистки воды с использованием хлора влияет несколько факторов:

• Активность применяемых хлорсодержащих дезинфицирующих средств. Самый активный – чистый хлор. Эффект хлорной извести слабее и находится в прямой зависимости от концентрации Cl, которая обычно составляет от 25% до 35. Другие реагенты ещё менее эффективны.
• Качество подвергающейся хлорированию воды. Например, бактерицидный эффект снижается при высоком содержании взвешенных частиц и органики: хлор в этом случае в большей мере расходуется на окисление примесей, а не на уничтожение бактерий. Количество органических веществ влияет на хлорпоглощаемость. Она характеризует количество Cl, необходимое для окисления органики. То есть чем вода чище, тем её хлорпоглощаемость ниже, тем меньше нужная доза хлора, и тем сильнее его эффект.
• Введённая доза, а также время действия хлора. Эти факторы влияют на концентрацию остаточного хлора, от которой напрямую зависит выраженность бактерицидного эффекта.
• Вид, свойства микробов. Одни поддаются уничтожению хлором лучше, другие демонстрируют устойчивость к соединениям данного вещества. Особенности микроорганизмов определяют в ходе анализа.

Рассмотрим существующие виды хлорирования:

• Предхлорирование. Оно выполняется на начальных этапах водоподготовки, например, до обезжелезивания, коагуляции, механической очистки фильтрами.
• Постхлорирование. Оно проводится на финишных этапах обработки после применения других методов очистки.
• Двойное. Хлор добавляется до основной обработки и на завершающем этапе очистки.

По дозировке хлора очистка этим веществом делится на три вида:

• Нормальное хлорирование. Дозы стандартные, рассчитываемые с учётом норм остаточного хлора, хлорпоглощаемости, а также хлорпотребности – общего объёма активного Cl, требующегося для достижения достаточной эффективности обеззараживания.
• Гиперхлорирование, оно же суперхлорирование. При такой очистке дозы увеличиваются в разы – от двух до нескольких десятков. Это необходимо при обнаружении опасных патогенов и при рисках возникновения вспышек инфекций.
• Комбинированное хлорирование. При нём к стандартной или увеличенной дозе хлора добавляются другие вещества с бактерицидным эффектом, например, ионы серебра, аммиак.

Использование хлора для водоподготовки имеет следующие преимущества:

• Высокая эффективность обеззараживания, доказанная в ходе многочисленных исследований. Хлор активен по отношению ко многим бактериям, включая вызывающие брюшной тиф, сибирскую язву, холеру и другие опасные болезни.
• Доступность. Хлор легко синтезировать в промышленных условиях, он есть в свободной продаже и имеет невысокую цену.
• После очистки вода может «консервироваться», то есть храниться в течение длительного времени без рисков вторичного заражения.
• Экономичность способа очистки. Расход хлора небольшой.
• Дополнительная защита от бактериальных загрязнений очистных сооружений. Их поверхности также дезинфицируются.
• Не только обеззараживание, но и обесцвечивание, осветление, борьба с посторонними запахами, окисление органики.

Недостатки хлорирования:

• Активность химического элемента. Из-за неё хлор вступает в реакции с содержащимися в воде соединениями и образует побочные продукты, в том числе токсичные, ядовитые, мутагенные и канцерогенные.
• Коррозионное действие. Из-за него металлические поверхности со временем покрываются ржавчиной, разрушаются.
• Относительно короткий срок хранения дезинфицирующих препаратов на основе хлора. Вещество активно испаряется, поэтому эффективность средств снижается.
• Необходимость точного дозирования. При допущении ошибок вероятны последствия: негативное влияние на организм или недостаточное обеззараживание и повышенные риски отравления водой.
• Необходимость выполнения дехлорирования, обязательного при превышении норм остаточного хлора.
• Эффективность по отношению не ко всем микроорганизмам. Не уничтожаются яйца гельминтов и других паразитов, споры простейших, цисты, вирусы.

Гигиена воды – это важно, но возможен ли вред метода хлорирования? Этот вопрос волнует многих, поэтому стоит дать подробный ответ на него. При постоянном употреблении воды, содержащей высокие концентрации свободного хлора, а также токсичные, канцерогенные или мутагенные соединения, образовавшиеся при реакциях Cl с другими веществами, вероятны нежелательные последствия. Это сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, патологии нервной и мочевыделительной систем.

Проблемы возникают и при вдыхании паров активно испаряющегося хлора. Возможны першение в горле, чихание, заложенность носа, отёчность тканей. В тяжёлых случаях возникают отёк лёгких, удушье.

Длительные и частые контакты хлорированной воды с телом человека чреваты ухудшением состояния кожи, слизистых оболочек и волос. Кожные покровы становятся сухими и истончёнными, возможны покраснения и аллергические реакции, преждевременные морщины. Слизистые раздражаются, что приводит к слезотечению, чиханию, покраснению ротовой и носовой полости. Волосы становятся ломкими, сухими, повреждёнными.

Важно! Тяжёлые отравления возможны только при попадании в организм больших доз хлора или при постоянном питье воды с высокой концентрацией вещества.

Обеззараживание питьевой воды хлором неизбежно насыщает данным веществом, и его для безопасного употребления нужно удалять, если концентрация превышает норму. Для дехлорирования используют такие способы:

• Аэрация. При принудительном насыщении воды кислородом или иными газами типа азота хлор улетучивается.
• Введение других реагентов, которые позволяют связывать остаточный хлор и далее удалять его фильтрованием.
• Очистка с помощью фильтров с активированным углём. Такой материал обладает выраженными сорбционными свойствами и поглощает хлор. Угольные гранулированные загрузки или картриджи удаляют из воды и другие примеси, например, органические вещества.

Чем можно заменить обеззараживание питьевой воды хлором?

• Ультрафиолетовые установки. УФ-лучи также эффективно обеззараживают и могут использоваться для очистки воды из автономных источников. В крупных масштабах на очистных станциях ультрафиолетовое оборудование используется редко.
• Озонирование. Озон способен уничтожать бактерии и некоторые вирусы, но озонирующие установки являются дорогостоящими, крупногабаритными, требующими постоянного обслуживания.
• Системы обратного осмоса. Они подходят для домашней очистки, в том числе с обеззараживанием. В обратноосмотическом фильтре предусмотрена полупроницаемая мелкопористая мембрана, которая задерживает все вещества, за исключением молекул воды. Но из состава полностью убираются минералы, в том числе полезные. Хотя такая проблема легко решаема внедрением в систему фильтрации минерализатора.

Чем очистить воду от бактерий, являющихся главной причиной опасных инфекций? Наиболее часто для быстрого обеззараживания используют хлор. Но он требует точного дозирования и ответственного подхода. Если такой вариант вам не подходит, выберите другую систему очистки, соответствующую качеству воды, её источнику и составу. Для правильного выбора можно обратиться за консультацией к специалисту по телефону или на сайте компании, специализирующейся на продаже фильтрующего оборудования.