Хлорирование воды
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 брюшной тиф . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
История
[ редактировать ]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 газетах 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 водопровод 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. концентрированный раствор так называемой «хлорированной извести» (смесь гипохлорита кальция , гидроксида кальция и хлорида кальция Его установка подавала в очищаемую воду ). 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 хлорной извести ( гипохлорита кальция ) в дозах от 0,2 до 0,35 ppm. 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 были найдены подходящие средства для его использования... Следующий важный вопрос заключался в том, как сделать газ портативным. Этого можно было бы достичь двумя способами: путем его сжижения и хранения в свинцовой футеровке. железные сосуды, имеющие форсунку с очень тонким капиллярным каналом и снабженные краном или завинчивающейся крышкой. Кран открывают, и в цилиндр помещают необходимое количество воды. Хлор вытекает 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 Армейской медицинской школы , впервые на практике продемонстрировал это в 1910 году. [ 12 ] Эта работа легла в основу современных систем очистки городской воды . Вскоре после демонстрации Дарнала майор Уильям Дж. Л. Листер из армейского медицинского департамента использовал раствор гипохлорита кальция в льняном мешке для очистки воды. [ нужна ссылка ]
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 импровизированной треноге в полевых условиях. Используемая с Первой мировой войны до войны во Вьетнаме, она была заменена 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 очистки легкой воды для нужд меньшего масштаба, включающую технологию ультрафильтрации для производства питьевой воды из любого источника и использующую автоматические циклы обратной промывки каждые 15 минут для упрощения процесса. очистительные операции. [ нужна ссылка ]
Газообразный хлор впервые использовался на постоянной основе для дезинфекции водопровода на фильтровальном заводе Бельмонт в Филадельфии , штат Пенсильвания, с помощью машины, изобретенной Чарльзом Фредериком Уоллесом. [ нужна ссылка ] который назвал его Хлоринатором. 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 ]
Биохимия
[ редактировать ]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 ссылка ]
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 разрушать липиды, составляющие клеточную стенку, и вступать в реакцию с внутриклеточными ферментами и белками , делая их нефункциональными. Микроорганизмы либо погибают, либо перестают размножаться. [ 17 ]
Принципы
[ редактировать ]При растворении в воде хлор превращается в равновесную смесь хлора, хлорноватистой кислоты (HOCl) и соляной кислоты (HCl):
- Cl 2 + H 2 O ⇌ HOCl + HCl
В кислом растворе основными частицами являются Cl.
2 и HOCl, тогда как в щелочном растворе эффективно только ClO − ( гипохлорит- ион) присутствует. Очень малые концентрации ClO 2 − , ClO 3 − , ClO 4 − тоже встречаются. [ 18 ]
Шоковое хлорирование
[ редактировать ]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 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). 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 ссылка ]
В качестве альтернативы шоковому хлорированию в некоторых бассейнах используется хлоргенерирующий фильтр, который электролизует поваренную соль . Бассейны, хлорированные этим методом, обычно имеют более низкий уровень хлора, чем бассейны, хлорированные напрямую. Такие бассейны называются бассейнами с морской водой. [ нужна ссылка ]
Недостатки
[ редактировать ]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 (THM) и галогенуксусные кислоты (HAA). Тригалогенметаны являются основными побочными продуктами дезинфицирующих средств, образующимися в результате хлорирования. Их эффекты строго зависят 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 в развитых странах 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 ссылка ]
дехлоратор
[ редактировать ]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 ] аквариума и вызвать повреждение биологического фильтра . [ 21 ] Химические вещества, выполняющие эту функцию, являются восстановителями , которые восстанавливают соединения хлора до хлорида , безвредного для жизни.
Некоторыми соединениями, используемыми в коммерческих дехлораторах, являются тиосульфат натрия , гидроксиметансульфонат натрия и гидроксиметансульфиновая кислота натрия. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]- Альтернативные методы обеззараживания воды
- Питьевая вода
- Закон о безопасной питьевой воде
- Дихлоризоцианурат натрия , химическое вещество в таблетках для хлорирования.
- Гипохлорит натрия
- Стерилизация (микробиология)
- Трихлоризоциануровая кислота , известная как симклозен, химическое вещество в таблетках для хлорирования.
- Фильтр для воды
- Фторирование воды
- Водное хозяйство
- Загрязнение воды
- Очистка воды
- Сеть водоснабжения
- Очистка воды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мэтьюз, Дилан (13 ноября 2021 г.). «Как простое решение снизило детскую смертность в сельских кенийских деревнях» . Вокс . Проверено 15 ноября 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Рекомендации по качеству питьевой воды . Рекомендации ВОЗ, одобренные Комитетом по рассмотрению рекомендаций (4-е изд.). Всемирная организация здравоохранения. 2022. с. 6. ISBN 978-92-4-004506-4 . ПМИД 35417116 .
- ^ «Дезинфекция хлором | Общественные системы водоснабжения | Питьевая вода | Здоровая вода | CDC» . www.cdc.gov . 10 октября 2018 г. Проверено 30 апреля 2020 г.
- ^ Ф.Е. Тернер; и Х. Л. Рассел (1901). Общественное водоснабжение: требования, ресурсы и строительство сооружений (1-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 493.
- ^ «Эпидемия брюшного тифа в Мейдстоне». Журнал Санитарного института . 18 : 388. Октябрь 1897 г.
- ^ «Чудо для общественного здравоохранения?» . Проверено 17 декабря 2012 г.
- ^ Рис, Р.Дж. (1907). «Отчет об эпидемии кишечной лихорадки в городе Линкольн, 1904–1905 годы». В тридцать пятом ежегодном отчете Совета местного самоуправления, 1905–1906 гг.: Приложение, содержащее отчет врача за 1905–1906 гг. Лондон: Совет местного самоуправления.
- ^ Лил, Джон Л. (1909). «Стерилизационная установка компании водоснабжения Джерси-Сити в Бунтоне, штат Нью-Джерси» Труды Американской ассоциации водопроводных предприятий. стр. 100-9.
- ^ Фуллер, Джордж В. (1909). «Описание процесса и установки компании водоснабжения Джерси-Сити для стерилизации воды Бунтонского водохранилища». Слушания AWWA. стр. 110-34.
- ^ Хазен, Аллен. (1916). Чистая вода и как ее получить. Нью-Йорк: Уайли. п. 102.
- ^ В. Б. Несфилд (1902). «Химический метод стерилизации воды без влияния на ее питьевую способность» . Общественное здравоохранение . 15 : 601–3. дои : 10.1016/s0033-3506(02)80142-1 .
- ^ Дарналл CR (ноябрь 1911 г.). «Очистка воды безводным хлором» . Am J Общественное здравоохранение . 1 (11): 783–97. дои : 10.2105/ajph.1.11.783 . ПМК 2218881 . ПМИД 19599675 .
- ^ «Корпоративные материалы Wallace & Tiernan Corporation Incorporated» (PDF) . Проверено 7 ноября 2023 г.
- ^ Ходжес, Л. (1977). Загрязнение окружающей среды (2-е изд.). Нью-Йорк: Райнхарт и Уинстон. п. 189.
- ^ Бейкер, Моисей Н. (1981). В поисках чистой воды: история очистки воды от самых ранних записей до двадцатого века. 2-е издание. Том. 1. Денвер: Американская ассоциация водопроводных предприятий. п. 341-342.
- ^ Jump up to: а б с Кальдерон, Р.Л. (2000). «Эпидемиология химических загрязнений питьевой воды» . Пищевая и химическая токсикология . 38 (1 дополнение): S13–S20. дои : 10.1016/S0278-6915(99)00133-7 . ПМИД 10717366 .
- ^ Клейнен, Р.Г. (16 декабря 2011 г.). Дилемма хлора (PDF) . Эйндховенский технологический университет. Архивировано из оригинала (PDF) 22 февраля 2014 года . Проверено 18 января 2014 г. [ нужна страница ]
- ^ Сюнджи Накагавара; Такеши Гото; Масаюки Нара; Юичи Озака; Кунимото Хотта; Йоджи Арата (1998). «Спектроскопическая характеристика и зависимость бактерицидной активности водного раствора хлора от pH» . Аналитические науки . 14 (4): 691–698. дои : 10.2116/analsci.14.691 .
- ^ Заявление общественного здравоохранения: Бромоформ и дибромхлорметан , ATSDR, 2011 г. [ нужна полная цитата ]
- ^ Харгроув, Мэдди; Харгроув, Мик (2006). Пресноводные аквариумы для чайников . Хобокен, Нью-Джерси: Wiley Publishing, Inc., с. 181. ИСБН 9780470051030 .
- ^ Зейффарт, Кейт. «Дехлорирование. Первое руководство по резервуарам. Подготовка водопроводной воды для использования в аквариуме» . Первое руководство по танкам . Проверено 15 февраля 2017 г. .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Аварийная дезинфекция питьевой воды ( EPA США )
- Национальный реестр загрязнителей – хлор
- Отдел химии хлора Американского химического совета
