stringtranslate.com

Хлорирование воды

Проверка уровня хлора в местном источнике воды в Ла-Пасе, Гондурас .

Хлорирование воды — это процесс добавления хлора или соединений хлора, таких как гипохлорит натрия, в воду . 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 тиф . [1] [2] [3]

История

В статье, опубликованной в 1894 году, было официально предложено добавлять хлор в воду, чтобы сделать ее «безмикробной». Два других авторитета одобрили это предложение и опубликовали его во многих других статьях в 1895 году. [4] Первые попытки внедрения хлорирования воды на водоочистных сооружениях были предприняты в 1893 году в Гамбурге , Германия. В 1897 году город Мейдстоун , Англия, стал первым, где вся вода была обработана хлором. [5]

Постоянное хлорирование воды началось в 1905 году, когда неисправный медленный песчаный фильтр и загрязненное водоснабжение стали причиной серьезной эпидемии брюшного тифа в Линкольне , Англия. [6] Александр Круикшанк Хьюстон использовал хлорирование воды, чтобы остановить эпидемию. Его установка подала концентрированный раствор так называемой «хлорированной извести» (смесь гипохлорита кальция , гидроксида кальция и хлорида кальция ) в очищаемую воду. Это был не просто современный хлорид кальция, а содержащийся в нем газообразный хлор, растворенный в известковой воде (разбавленный гидроксид кальция) для образования гипохлорита кальция (хлорированной извести). Хлорирование водоснабжения помогло остановить эпидемию, и в качестве меры предосторожности хлорирование продолжалось до 1911 года, когда был введен в эксплуатацию новый водопровод. [7]

Хлоратор с ручным управлением для сжижения хлора с целью очистки воды, начало 20 века. Из книги «Хлорирование воды» Джозефа Рейса, 1918 г.

Первое постоянное использование хлора в Соединенных Штатах для дезинфекции имело место в 1908 году в водохранилище Бунтон (на реке Рокавей ), которое служило источником водоснабжения для Джерси-Сити, штат Нью-Джерси . [8] Хлорирование достигалось путем контролируемого добавления разбавленных растворов хлорида извести ( гипохлорита кальция ) в дозах от 0,2 до 0,35 частей на миллион. Процесс обработки был задуман Джоном Л. Лилом , а установка хлорирования была спроектирована Джорджем Уорреном Фуллером. [9] В течение следующих нескольких лет дезинфекция хлором с использованием хлорида извести (гипохлорита кальция) была быстро внедрена в системах питьевого водоснабжения по всему миру. [10]

Метод очистки питьевой воды с использованием сжатого сжиженного хлорного газа был разработан британским офицером Индийской медицинской службы Винсентом Б. Несфилдом в 1903 году. Согласно его собственному отчету, «мне пришло в голову, что хлорный газ может быть признан удовлетворительным ... если будут найдены подходящие средства для его использования .... Следующим важным вопросом было то, как сделать газ портативным. Это можно было сделать двумя способами: сжижая его и храня его в свинцовых железных сосудах, имеющих струю с очень тонким капиллярным каналом и снабженных краном или винтовой крышкой. Кран открывают, и цилиндр помещают в необходимое количество воды. Хлор выделяется пузырьками, и через десять-пятнадцать минут вода становится абсолютно безопасной. Этот метод можно было бы использовать в больших масштабах, например, для повозок с технической водой». [11]

Майор Карл Роджерс Дарнелл , профессор химии в Военно-медицинской школе , дал первую практическую демонстрацию этого в 1910 году. [12] Эта работа стала основой для современных систем очистки муниципальной воды . Вскоре после демонстрации Дарнелла майор Уильям Дж. Л. Листер из Военно-медицинского департамента использовал раствор гипохлорита кальция в льняном мешке для очистки воды. [ необходима ссылка ]

В течение многих десятилетий метод Листера оставался стандартом для сухопутных войск США в полевых условиях и в лагерях, реализованный в форме знакомого пакета Lyster Bag (также пишется Lister Bag). Брезентовый «пакет, вода, стерилизация» был обычным компонентом полевых кухонь, выдаваемым по одному на 100 человек, стандартной емкости 36 галлонов, который подвешивался к часто импровизированному штативу в полевых условиях. Используемый с Первой мировой войны до войны во Вьетнаме, он был заменен системами обратного осмоса , которые производят питьевую воду путем процеживания местной воды под давлением через микроскопические фильтры: Reverse Osmosis Water Purification Unit (1980) и Tactical Water Purification System (2007) для крупномасштабного производства, а также блок Light Water Purifier для нужд меньшего масштаба, который включает технологию ультрафильтрации для производства питьевой воды из любого источника и использует автоматизированные циклы обратной промывки каждые 15 минут для упрощения операций по очистке. [ необходима цитата ]

Хлорный газ впервые использовался на постоянной основе для дезинфекции водоснабжения на фильтровальной станции Белмонт, Филадельфия , Пенсильвания, с помощью машины, изобретенной Чарльзом Фредериком Уоллесом [ требуется ссылка ], который назвал ее Хлоратором. Он производился компанией Wallace & Tiernan с 1913 года. [13] К 1941 году дезинфекция питьевой воды в США хлорным газом в значительной степени заменила использование хлорида извести. [14] [15]

Биохимия

Как галоген , хлор является высокоэффективным дезинфицирующим средством и добавляется в общественное водоснабжение для уничтожения болезнетворных патогенов, таких как бактерии , вирусы и простейшие , которые обычно размножаются в резервуарах водоснабжения, на стенках водопроводных сетей и в резервуарах для хранения. [16] Микроскопические возбудители многих болезней, таких как холера , брюшной тиф и дизентерия , убивали бесчисленное количество людей ежегодно до того, как методы дезинфекции стали применяться в повседневной практике. [16]

Большая часть хлора производится из поваренной соли (NaCl) электролизом в хлорщелочном процессе. Полученный газ при атмосферном давлении сжижается при высоком давлении. Сжиженный газ транспортируется и используется как таковой. [ необходима цитата ]

Как сильный окислитель , хлор убивает посредством окисления органических молекул. [16] Хлор и продукт гидролиза хлорноватистая кислота не заряжены и поэтому легко проникают через отрицательно заряженную поверхность патогенов. Он способен расщеплять липиды, составляющие клеточную стенку, и реагировать с внутриклеточными ферментами и белками , делая их нефункциональными. Затем микроорганизмы либо погибают, либо больше не могут размножаться. [17]

Принципы

При растворении в воде хлор превращается в равновесную смесь хлора, хлорноватистой кислоты (HOCl) и соляной кислоты (HCl):

Cl2 + H2O ⇌ HOCl + HCl

В кислом растворе основными видами являются Cl
2и HOCl, тогда как в щелочном растворе эффективно присутствует только ClO − ( гипохлорит- ион). Также обнаружены очень малые концентрации ClO 2 − , ClO 3 − , ClO 4 − . [18]

Ударное хлорирование

Ударное хлорирование — это процесс, используемый во многих бассейнах, скважинах , родниках и других источниках воды для снижения количества бактерий и водорослей в воде. Ударное хлорирование выполняется путем добавления большого количества гипохлорита в воду. Гипохлорит может быть в форме порошка или жидкости, такой как хлорный отбеливатель (раствор гипохлорита натрия или гипохлорита кальция в воде). В воде, подвергаемой ударному хлорированию, нельзя плавать или пить, пока содержание гипохлорита натрия в воде не снизится до трех частей на миллион (PPM) или пока содержание гипохлорита кальция не снизится до 0,2–0,35 PPM. [ требуется ссылка ]

В качестве альтернативы шоковому хлорированию некоторые бассейны хлорируются с помощью хлоргенерирующего фильтра, который электролизует обычную соль . Бассейны, хлорированные таким методом, как правило, имеют более низкие уровни хлора, чем бассейны, хлорированные напрямую. Такие бассейны называются бассейнами с соленой водой. [ необходима цитата ]

Недостатки

Дезинфекция хлорированием может быть проблематичной в некоторых обстоятельствах. Хлор может реагировать с естественными органическими соединениями, содержащимися в водоснабжении, с образованием соединений, известных как побочные продукты дезинфекции (ППД). Наиболее распространенными ПДД являются тригалометаны (ТГМ) и галоуксусные кислоты (ГАК). Тригалометаны являются основными побочными продуктами дезинфекции, образующимися при хлорировании. Их действие строго зависит от продолжительности воздействия химикатов и количества, поступившего в организм. В высоких дозах бромоформ в основном замедляет обычную мозговую активность, что проявляется такими симптомами, как сонливость или седация. Хроническое воздействие как бромоформа, так и дибромхлорметана может вызвать рак печени и почек, а также сердечные заболевания, потерю сознания или смерть в высоких дозах. [19] Из-за потенциальной канцерогенности этих соединений правила питьевой воды в развитых странах требуют регулярного мониторинга концентрации этих соединений в распределительных системах муниципальных систем водоснабжения. Всемирная организация здравоохранения заявила, что «риски для здоровья от этих побочных продуктов чрезвычайно малы по сравнению с рисками, связанными с ненадлежащей дезинфекцией» [2] .

Существуют и другие опасения относительно хлора, включая его летучую природу, из-за которой он слишком быстро исчезает из системы водоснабжения, а также органолептические проблемы, такие как вкус и запах. [ необходима цитата ]

Дехлоратор

Дехлоринатор — 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 флоре и фауне так же, как он убивает микроорганизмы . Хлор убьет рыбу [20] и нанесет ущерб биологическому фильтру аквариума . [21] Химические вещества, которые выполняют эту функцию, являются восстановителями , которые восстанавливают виды хлора до хлорида , который безвреден для жизни.

Некоторые соединения, используемые в коммерческих дехлораторах, включают тиосульфат натрия , гидроксиметансульфонат натрия и гидроксиметансульфиновую кислоту натрия. [ необходима ссылка ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Мэтьюз, Дилан (13 ноября 2021 г.). «Как простое решение сократило детскую смертность в сельских кенийских деревнях». Vox . Получено 15 ноября 2021 г.
  2. ^ ab Руководство по качеству питьевой воды. Руководство ВОЗ, одобренное Комитетом по рассмотрению руководств (4-е изд.). Всемирная организация здравоохранения. 2022. стр. 6. ISBN 978-92-4-004506-4. PMID  35417116.
  3. ^ «Дезинфекция хлором | Системы общественного водоснабжения | Питьевая вода | Здоровая вода | CDC». www.cdc.gov . 10 октября 2018 г. . Получено 30 апреля 2020 г. .
  4. ^ FE Turneaure; и HL Russell (1901). Общественное водоснабжение: требования, ресурсы и строительство сооружений (1-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons. стр. 493.
  5. ^ «Эпидемия брюшного тифа в Мейдстоне». Журнал Санитарного института . 18 : 388. Октябрь 1897 г.
  6. ^ "Чудо для общественного здравоохранения?" . Получено 17 декабря 2012 г. .
  7. ^ Рис, Р. Дж. (1907). «Отчет об эпидемии брюшного тифа в городе Линкольн, 1904–1905 гг.» В Тридцать пятом ежегодном отчете Совета местного самоуправления, 1905–1906 гг.: Дополнение, содержащее отчет медицинского инспектора за 1905–1906 гг. Лондон: Совет местного самоуправления.
  8. ^ Лил, Джон Л. (1909). «Стерилизационная установка компании по водоснабжению Джерси-Сити в Бунтоне, штат Нью-Джерси» Труды Американской ассоциации водопроводных сооружений. С. 100-9.
  9. ^ Фуллер, Джордж У. (1909). «Описание процесса и установки компании по водоснабжению Джерси-Сити для стерилизации воды водохранилища Бунтон». Труды AWWA. стр. 110-34.
  10. ^ Хейзен, Аллен. (1916). Чистая вода и как ее получить. Нью-Йорк: Wiley. С. 102.
  11. ^ VB Nesfield (1902). «Химический метод стерилизации воды без ухудшения ее питьевых качеств». Здравоохранение . 15 : 601–3. doi :10.1016/s0033-3506(02)80142-1.
  12. ^ Darnall CR (ноябрь 1911 г.). «Очистка воды безводным хлором». Am J Public Health . 1 (11): 783–97. doi :10.2105/ajph.1.11.783. PMC 2218881. PMID  19599675 . 
  13. ^ "Wallace & Tiernan Corporation Incorporated Corporate Materials" (PDF) . Получено 7 ноября 2023 г. .
  14. ^ Ходжес, Л. (1977). Загрязнение окружающей среды (2-е изд.). Нью-Йорк: Райнхарт и Уинстон. стр. 189.
  15. ^ Бейкер, Мозес Н. (1981). Поиски чистой воды: история очистки воды с самых ранних записей до двадцатого века. 2-е издание. Том 1. Денвер: Американская ассоциация водопроводных сооружений. стр. 341-342.
  16. ^ abc Calderon, RL (2000). «Эпидемиология химических загрязнителей питьевой воды». Пищевая и химическая токсикология . 38 (1 Suppl): S13–S20. doi :10.1016/S0278-6915(99)00133-7. PMID  10717366.
  17. ^ Kleijnen, RG (16 декабря 2011 г.). Дилемма хлора (PDF) . Eindhoven University of Technology. Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2014 г. Получено 18 января 2014 г.[ нужна страница ]
  18. ^ Сюндзи Накагавара; Такеши Гото; Масаюки Нара; Ёичи Озака; Кунимото Хотта; Ёдзи Арата (1998). «Спектроскопическая характеристика и зависимость бактерицидной активности водного раствора хлора от pH». Аналитические науки . 14 (4): 691–698. doi : 10.2116/analsci.14.691 .
  19. ^ Заявление общественного здравоохранения: бромоформ и дибромхлорметан , ATSDR, 2011[ необходима полная цитата ]
  20. ^ Харгроув, Мэдди; Харгроув, Мик (2006). Пресноводные аквариумы для чайников. Хобокен, Нью-Джерси: Wiley Publishing, Inc. стр. 181. ISBN 9780470051030.
  21. ^ Сейфарт, Кит. «Дехлорирование — руководство для первого аквариума — подготовка водопроводной воды для использования в аквариуме». Руководство для первого аквариума . Получено 15 февраля 2017 г.

Внешние ссылки