.jpg/1280px-Young_Wong_Ham_checking_chlorine_level_of_local_water_source_in_La_Paz,_Honduras_(5421482).jpg)
Хлорирование воды — это процесс добавления в воду хлора или соединений хлора, таких как гипохлорит натрия . Этот метод используется для уничтожения бактерий, вирусов и других микробов в воде. В частности, хлорирование используется для предотвращения распространения заболеваний, передающихся через воду , таких как холера , дизентерия и брюшной тиф . [1] [2] [3]
В статье, опубликованной в 1894 году, было официально предложено добавлять в воду хлор, чтобы сделать ее «безопасной от микробов». Два других авторитета поддержали это предложение и опубликовали его во многих других статьях в 1895 году. [4] Первые попытки хлорирования воды на водоочистных сооружениях были предприняты в 1893 году в Гамбурге , Германия. В 1897 году город Мейдстон в Англии первым обработал весь запас воды хлором. [5]
Постоянное хлорирование воды началось в 1905 году, когда неисправный медленный песочный фильтр и загрязненная система водоснабжения вызвали серьезную эпидемию брюшного тифа в Линкольне , Англия. [6] Александр Круикшанк Хьюстон использовал хлорирование воды, чтобы остановить эпидемию. Его установка подавала в очищаемую воду концентрированный раствор так называемой «хлорированной извести» (смесь гипохлорита кальция , гидроксида кальция и хлорида кальция ). Это был не просто современный хлорид кальция, а содержащий газообразный хлор, растворенный в известковой воде (разбавленный гидроксид кальция) с образованием гипохлорита кальция (хлорированной извести). Хлорирование водопровода помогло остановить эпидемию, и в качестве меры предосторожности хлорирование продолжалось до 1911 года, когда был введен в эксплуатацию новый водопровод. [7]
Первое непрерывное использование хлора в США для дезинфекции имело место в 1908 году в водохранилище Бунтон (на реке Рокуэй ), которое служило снабжением Джерси-Сити, штат Нью-Джерси . [8] Хлорирование достигалось контролируемым добавлением разбавленных растворов хлорида извести ( гипохлорита кальция ) в дозах от 0,2 до 0,35 частей на миллион. Процесс очистки был задуман Джоном Л. Лилом , а установка хлорирования спроектирована Джорджем Уорреном Фуллером. [9] В течение следующих нескольких лет дезинфекция хлором с использованием хлорида извести (гипохлорита кальция) была быстро внедрена в системах питьевой воды по всему миру. [10]
Метод очистки питьевой воды с использованием сжатого сжиженного газообразного хлора был разработан британским офицером Индийской медицинской службы Винсентом Б. Несфилдом в 1903 году. По его собственным словам, «мне пришло в голову, что газообразный хлор может быть был признан удовлетворительным... если бы можно было найти подходящие средства для его использования... Следующий важный вопрос заключался в том, как сделать газ портативным. Этого можно было бы достичь двумя способами: сжижать его и хранить в свинцовом железе. сосуды, имеющие форсунку с очень тонким капиллярным каналом и снабженные краном или завинчивающейся крышкой. Кран открывают, и в цилиндр помещают необходимое количество воды. Хлор выходит наружу, и через десять-пятнадцать минут. вода абсолютно безопасна. Этот метод можно было бы использовать в больших масштабах, например, для тележек с технической водой». [11]
Майор Карл Роджерс Дарналл , профессор химии в Армейской медицинской школе , дал первую практическую демонстрацию этого в 1910 году. [12] Эта работа стала основой для современных систем муниципальной очистки воды . Вскоре после демонстрации Дарнала майор Уильям Дж. Л. Листер из медицинского департамента армии использовал раствор гипохлорита кальция в льняном мешке для очистки воды. [ нужна цитата ]
На протяжении многих десятилетий метод Листера оставался стандартом для сухопутных войск США в полевых условиях и в лагерях, реализованный в виде знакомой нам сумки «Листер» (также называемой «Мешок Листера»). Брезентовый брезент «мешок, вода, стерилизация» был обычным компонентом полевых кухонь, выдавался один на 100 человек, стандартной емкостью 36 галлонов и подвешивался на штативе, который часто импровизировали в полевых условиях. Начиная с Первой мировой войны и до войны во Вьетнаме, он был заменен системами обратного осмоса , которые производят питьевую воду путем фильтрации местной воды под давлением через фильтры микроскопического уровня: установка очистки воды обратным осмосом (1980 г.) и тактическая система очистки воды ( 2007) для крупномасштабного производства, а также установку для очистки легкой воды для более мелких нужд, которая включает в себя технологию ультрафильтрации для производства питьевой воды из любого источника и использует автоматические циклы обратной промывки каждые 15 минут для упрощения операций по очистке. [ нужна цитата ]
Газообразный хлор впервые использовался на постоянной основе для дезинфекции воды на заводе по производству фильтров в Бельмонте в Филадельфии , штат Пенсильвания , с помощью машины, изобретенной Чарльзом Фредериком Уоллесом, который назвал ее хлоратором. Он производился компанией Wallace & Tiernan с 1913 года. [13] К 1941 году дезинфекция питьевой воды в США газообразным хлором в значительной степени заменила использование хлорида извести. [14] [15]
Как галоген , хлор является высокоэффективным дезинфицирующим средством и добавляется в систему водоснабжения для уничтожения болезнетворных патогенов, таких как бактерии , вирусы и простейшие , которые обычно растут в резервуарах водоснабжения, на стенках водопроводов и в резервуары для хранения. [16] Микроскопические возбудители многих заболеваний, таких как холера , брюшной тиф и дизентерия, ежегодно убивали бесчисленное количество людей до того, как методы дезинфекции стали использоваться регулярно. [16]
Безусловно, большая часть хлора производится из поваренной соли (NaCl) электролизом в хлор-щелочном процессе. Полученный газ при атмосферном давлении сжижается при высоком давлении. Сжиженный газ транспортируется и используется как таковой. [ нужна цитата ]
Будучи сильным окислителем , хлор убивает за счет окисления органических молекул. [16] Хлор и продукт гидролиза хлорноватая кислота не несут заряда и поэтому легко проникают через отрицательно заряженную поверхность болезнетворных микроорганизмов. Он способен расщеплять липиды, составляющие клеточную стенку, и вступать в реакцию с внутриклеточными ферментами и белками , делая их нефункциональными. Микроорганизмы либо погибают, либо перестают размножаться. [17]
При растворении в воде хлор превращается в равновесную смесь хлора, хлорноватистой кислоты (HOCl) и соляной кислоты (HCl):
В кислом растворе основными частицами являются Cl.
2и HOCl, тогда как в щелочном растворе эффективно присутствует только ClO - ( ион гипохлорита ). Также обнаружены очень небольшие концентрации ClO 2 − , ClO 3 − , ClO 4 − . [18]
Шоковое хлорирование — это процесс, используемый во многих плавательных бассейнах, колодцах , родниках и других источниках воды для уменьшения остатков бактерий и водорослей в воде. Ударное хлорирование проводят путем добавления в воду большого количества гипохлорита . Гипохлорит может быть в форме порошка или жидкости, такой как хлорный отбеливатель (раствор гипохлорита натрия или гипохлорита кальция в воде). Воду, подвергшуюся шоковому хлорированию, нельзя купать или пить до тех пор, пока количество гипохлорита натрия в воде не снизится до трех частей на миллион (PPM) или пока количество гипохлорита кальция не снизится до 0,2–0,35 PPM. [ нужна цитата ]
В качестве альтернативы шоковому хлорированию в некоторых бассейнах используется хлоргенерирующий фильтр, который электролизует поваренную соль . Бассейны, хлорированные этим методом, обычно имеют более низкие уровни хлора и в окружающем воздухе меньше газообразного хлорамина , чем бассейны, хлорированные прямым способом. Такие бассейны называются бассейнами с морской водой. [ нужна цитата ]
Дезинфекция хлорированием может быть проблематичной в некоторых случаях. Хлор может вступать в реакцию с органическими соединениями природного происхождения, содержащимися в воде, с образованием соединений, известных как побочные продукты дезинфекции (ППД). Наиболее распространенными DBP являются тригалометаны (ТГМ) и галогенуксусные кислоты (ГАА). Тригалометаны являются основными побочными продуктами дезинфицирующих средств, образующимися в результате хлорирования двумя различными типами: бромоформом и дибромхлорметаном , которые в основном представляют опасность для здоровья. Их эффект зависит строго от продолжительности воздействия химических веществ и количества, попадающего в организм. В высоких дозах бромоформ преимущественно замедляет регулярную мозговую деятельность, что проявляется такими симптомами, как сонливость или седативный эффект. Хроническое воздействие как бромоформа, так и дибромхлорметана может вызвать рак печени и почек, а также болезни сердца, потерю сознания или смерть в высоких дозах. [19] Из-за потенциальной канцерогенности этих соединений правила питьевой воды во всем развитом мире требуют регулярного мониторинга концентрации этих соединений в распределительных системах муниципальных систем водоснабжения. Всемирная организация здравоохранения заявила, что «риски для здоровья, связанные с этими побочными продуктами, чрезвычайно малы по сравнению с рисками, связанными с недостаточной дезинфекцией». [2]
Существуют и другие проблемы, связанные с хлором, в том числе его летучий характер, из-за которого он слишком быстро исчезает из системы водоснабжения, а также органолептические проблемы, такие как вкус и запах. [ нужна цитата ]
Дехлоратор – это химическая добавка, которая удаляет хлор или хлорамин из воды. Если водопроводная вода хлорируется, ее следует дехлорировать перед использованием в аквариуме , поскольку хлор может нанести вред водной жизни так же, как он убивает микроорганизмы . Хлор убивает рыбу [20] и повреждает биологический фильтр аквариума . [21] Химические вещества, выполняющие эту функцию, представляют собой восстановители , которые восстанавливают соединения хлора до хлорида , который менее вреден для рыб. [ нужна цитата ]
Некоторыми соединениями, используемыми в коммерческих дехлораторах, являются тиосульфат натрия , гидроксиметансульфонат натрия и гидроксиметансульфиновая кислота натрия. [ нужна цитата ]