Chlorowanie wody

Standard

Chlorowanie jest najczęściej stosowanym procesem dezynfekcji wody. Istnieje wiele metod dodawania chloru lub odpowiednich związków do wody (patrz rozdział 2.2 "Dozwolone środki

dezynfekcji do wody pitnej i kąpielowej). W praktyce zwykle najpierw przygotowuje się roztwór chloru gazowego lub podchlorynu w wodzie, a następnie dozuje się wodę, która ma być uzdatniona,

wymaganą ilością tego roztworu. Odpowiednie roztwory wyjściowe mogą być przygotowane na miejscu przez elektrolizę wodnych roztworów chlorku sodu. Wytworzony w ten sposób chlor gazowy natychmiast rozpuszcza się w wodzie.

Chlor w postaci gazu

Bakteriobójcze działanie chloru jako gazu (Cl₂) opiera się głównie na kwasie podchlorawym (HClO), który tworzy się w wodzie:

Chlor gazowy (Cl2) reaguje z wodą (H2O) tworząc kwas podchlorawy (HOCl) i kwas chlorowodorowy (HCl). Ponieważ kwas chlorowodorowy jest silnym kwasem, powoduje on obniżenie wartości pH, jeśli w wodzie nie ma działania buforującego. Z tego powodu wartość pH musi być w razie potrzeby dostosowana do pożądanej wartości. Powyższa reakcja jest reakcją równowagową. Stan równowagi jest zależny od pH i temperatury.

Kwas podchlorawy

HOCl jest słabym kwasem (pK_a = 7,5). Przy wyższych wartościach pH, HOCl coraz bardziej dysocjuje pod wpływem tworzenia się jonów podchlorynowych ClO^-:

Jony podchlorynu również mają działanie dezynfekujące, ale w znacznie mniejszym stopniu niż HOCl. Dlatego wody o podwyższonych wartościach pH mają zwiększone zapotrzebowanie na chlor i wymagają dłuższego czasu reakcji lub wyższych temperatur reakcji.

Podchloryn

Zastosowanie podchlorynów, np. podchlorynu sodu (NaOCl), oferuje inną możliwość dezynfekcji wody.

Powstający w reakcji wodorotlenek sodu jest silną zasadą i w słabo zbuforowanych roztworach może powodować wzrost pH. W razie potrzeby należy to skorygować do właściwej wartości pH przez dodanie kwasu.

Zależność od temperatury i wartości pH

Oprócz zależności od temperatury, stan równowagi pomiędzy chlorem rozpuszczonym w wodzie (Cl₂(aq.), kwasem podchlorawym (HOCl) i podchlorynem (OCl^-) zależy głównie od wartości pH.

Cl₂ + H₂O HOCl

(kwas podchlorawy )

+ HCl

(kwas chlorowodorowy)

HOCl + OH^- H₂O + OCl

-NaOCl + H₂O HOCl

kwas podchlorawy)

+ NaOH

(wodorotlenek sodu)

Cl₂(aq.) HOCl OCl^- (równowaga zależna od pH)

2 Podstawy mikrobiologicznego uzdatniania wody

Związek ilościowy

pomiędzy HOCl i OCl^- jest wyjaśnione za pomocą poniższego wykresu:

Rys. 1: Zakresy występowania kwasu podchlorawego i podchlorynu w funkcji wartości pH dla temperatury 5°C i 20°C. Wykres przedstawia składową procentową HOCl, składowa OCl^- jest dana przez: 100-[HOCl].

Z rys. 1 wynikają następujące wnioski dotyczące poszczególnych zakresów pH:

W dolnym zakresie pH poniżej 3, podobnie jak HOCl, coraz częściej obecny jest również gaz Cl₂, fizycznie rozpuszczony w wodzie, ale jeszcze nie zdysocjowany.

Zależność temperaturowa

Im niższa temperatura, tym wyższy jest składnik HOCL, dla danej wartości pH.

Podczas dezynfekcji wody, wartość pH musi być dostosowana do odpowiedniego poziomu, a następnie utrzymywana. Przy zbyt wysokich wartościach pH, szybkość niszczenia bakterii jest znacznie zmniejszona, podczas gdy przy zbyt niskich wartościach pH istnieje ryzyko korozji.

Zakres pH Główne składniki Przykład

3 – 6 HOCl przy 20°C HOCl > 95%

6 – 9 mieszanina HOCl i OCl^- przy pH 7 i 20°C } 80% HOCl, } 20% OCl -przy pH 8 i 20°C } 28% HOCl, } 72% OCl

-> 9 OCl^- przy pH 9 i 20°C HOCl < 5%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

5 6 7 8 9 10 11 12

wartść pH

Udział HOCl [%]

5°C 20°C

2 Podstawy mikrobiologicznego uzdatniania wody

Uwaga

Podstawowe wartości graniczne pH dla wody pitnej:

- Dyrektywa UE dotycząca jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (80/778/EWG):

Liczba standardowa = 6,5 do 8,5, Maksymalna dopuszczalna wartość = 9,5.

- Wartość wytyczna WHO: < 8.0

- Załącznik 4 do Rozporządzenia w sprawie wody pitnej: 6.5 - 9.5 Dodatkowe uwagi:

a) w przypadku materiałów metalicznych lub zawierających cement, z wyłączeniem stali

pasywnych, w zakresie pH 6,5 -8,0, wartość pH dostarczanej wody nie może leżeć poniżej poziomu pH nasycenia węglanem wapnia.

b) w przypadku materiałów włóknisto-cementowych, w zakresie pH 6,5 - 9,5, wartość pH dostarczanej wody nie może być niższa od wartości pH nasycenia węglanem wapnia.

Wartości graniczne pH dla wody w basenach kąpielowych są określone w normie DIN 19 643 (Uzdatnianie wody w basenach pływackich i kąpielowych). Dla wody w basenach kąpielowych obowiązują ogólnie wartości pH 6,5 - 7,6 (woda słodka) i pH 6,5 - 7,8 (woda morska) - w szczególnych przypadkach należy zapoznać się z normą.

W praktyce

Aby zapewnić skuteczną dezynfekcję podczas dodawania Cl2 lub NaOCl, wartość pH jest zwykle ustawiona w dolnym zakresie pożądanego pH. Z drugiej strony, należy zauważyć, że zwiększona korozja metalu, betonu itp. występuje w obszarze kwaśnym. Z tego powodu konieczny jest kompromis i w praktyce ustala się wartość pH w przybliżonym zakresie od 7,2 do 7,4.

2.5.1 Definicje Wskaźniki

Zgodnie z normą EN ISO 7393-2 (dawniej DIN 38408-G4) rozróżnia się następujące wskaźniki stężenia chloru w wodzie:

- chlor wolny:

Cl₂ (wod.), HOCl, OCl^- (w zależności od wartości pH).

- chlor łączony: chloraminy (NH2Cl, NHCl2, NCl3 i chloraminy organiczne, np. CH3NHCl).

- chlor całkowity: suma chloru wolnego i związanego.

Dozowanie

Zawartość chloru w wodzie, która była poddana dozowaniu chloru lub podchlorynów jest wyrażona jako wolny chlor w mg/l Cl2.

Woda pitna

W zależności od jakości wody nieuzdatnionej, do wody pitnej można dodać do 1,2 mg/l Cl2. Po zakończeniu procesu uzdatniania stężenie wolnego chloru nie może przekraczać 0,3 mg/l

(załącznik 3 do Rozporządzenia o wodzie pitnej). Trihalometany (THM: CHCl3, CHBrCl2, CHBr2Cl, CHBr3) są dopuszczalne maksymalnie do 0,01 mg/l (Załącznik 3 Rozporządzenia o wodzie pitnej).

Zgodnie z przepisami dotyczącymi wody pitnej, jeśli do dezynfekcji stosowany jest chlor, woda pitna po uzdatnieniu musi mieć stężenie resztkowe 0,1 mg/l Cl₂ (§ 1 ust. 4 przepisów dotyczących wody pitnej). W szczególnych przypadkach przepisy dopuszczają dodanie do wody pitnej do 6 mg/l Cl2.

Woda kąpielowa

Zgodnie z normą DIN 19 643 część 1 (Uzdatnianie wody w basenach pływackich i kąpielowych) obowiązują następujące wartości graniczne dla wolnego chloru:

0.3 - 0.6 mg/l Cl₂ Ogolnie:

Podgrzewane jacuzzi: 0.7 - 1.0 mg/l Cl₂

2 Podstawy mikrobiologicznego uzdatniania wody

Należy przestrzegać dodatkowych ograniczeń zawartych w normie DIN 19 643!

DIN 19 643 część 1 podaje górne wartości graniczne 0,2mg/l i 0,02mg/l dla chlorków i trihalometanów w przeliczeniu na chloroform.