Что такое остаточный хлор
Определение содержания остаточного хлора в воде
В процессе обеззараживания воды хлорированием, хлор расходуется на окисление органических примесей, содержащихся в воде, поэтому для обеспечения надежного бактерицидного эффекта в обработанной воде поддерживают определенную концентрацию остаточного хлора.
В соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 в питьевой воде концентрация остаточного связанного хлора должна быть: 0,8 — 1,2 мг/л, концентрация остаточного свободного хлора 0,3 — 0,5 мг/л.
Зависимость между дозой введенного и концентрацией остаточного активного хлора выражается кривой, показанной на рисунке 2. Эта схема разделена на 4 участка.
Участок I показывает, что при малых дозах хлора (до
0,12 мг/л), весь хлор уходит на окисление органических веществ, в первую очередь — аминов. которые практически всегда присутствуют в водах поверхностных источников водоснабжения
Ами́ны — органические соединения, являющиеся производными аммиака, в молекуле которого несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы
Участок II
С повышением дозы вводимого хлора в воде постепенно возрастает концентрация остаточного хлора, связанного в хлорамины ( NH2Cl ). Хлорамины обладают более слабым микробоцидным действием, чем свободный хлор, поэтому для обеспечения требуемого эффекта обеззараживания концентрации остаточного связанного хлора в воде должна быть 0,8—1,2 мг/л.
Участок III
Участок III показывает, что при увеличении концентрации вводимого в воду хлора идут реакции окисления хлораминов, что выражается в снижении количества остаточного связанного хлора в воде.
Участок IV
После окончания реакций окисления хлораминов в воде появляется остаточный свободный хлор, и его количество становится пропорциональным дозе введенного хлора, что находит отражение на участке IV данного графика.
Поэтому при хлорировании воды, содержащей аммонийные соединения, требуемая доза определяется по прямой за точкой B, которая называется точкой перелома. При увеличении дозы хлора после точки перелома вновь начинается рост остаточного хлора, но этот хлор не связан с хлораминами и носит название свободного остаточного хлора.
[1]. Журавлевич Н.Е. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ. Методические рекомендации. Белорусский государственный медицинский университет», 2016. 34с.
Определение свободного и активного хлора в сточной и питьевой воде
Хлор – что это за элемент?
Хлор – химический элемент группы галогенов. В нормальных условиях он выглядит, как ядовитый газ желтовато-зеленого цвета с резким запахом. Благодаря своей реакционной способности и склонности к окислению других веществ, хлор широко используется для отбеливания тканей, обеззараживания воды.
Область применения
Хлор используется для отбеливания и обеззараживания, однако, на этом его полезные свойства не ограничиваются. Этот газ имеет большое значение в различных отраслях промышленности: металлургической, полимерной, аграрной. Например, в полимерной промышленности хлор применяют для производства пластика (поливинилхлорида), технологических добавок для резин вроде хлорпарафина ХП-470 А. Эта добавка массово используется в производстве резинотехнических изделий антипирена и ингибитора горения.
Свободный хлор
Понятие «свободный хлор» имеет широкую трактовку. Общеустановленного толкования терминов, связанных с хлором по отношению к воде, нет. В СанПиН и ГОСТ 18190-72 (методика йодометрического титрования) свободным остаточным хлором называют ту его часть, которая присутствует в воде в виде хлорноватистой кислоты, ионов её солей (гипохлоритов) или растворённого молекулярного хлора.
Активный хлор, который по определениям СанПиН и ГОСТ не является свободным, может таким считаться в повседневном общении. Активным хлором называют равновесную концентрацию хлорноватистой кислоты в исследуемой пробе.
Связанный хлор
Связанным или «связанным остаточным хлором» называют ту часть хлора, которая находится в исследуемой пробе в форме органических и неорганических хлораминов – веществ общего состава NH3-nnCln и R-NH2-nnCln. Хлорамины, как и хлорноватистая кислота, являются обеззараживающими и окисляющими агентами, – их активность на несколько порядков ниже, – поэтому их применение весьма ограничено и не считается целесообразным. Часть хлорноватистой кислоты в условиях, подразумевающих водопользование, сама по себе переходит в хлорамины, чем и обусловлено её присутствие в большинстве проб вод, содержащих хлор.
Переход хлора из одной формы в другую в водоёмах и трубопроводах – комплексный физико-химический процесс, тяжело поддающийся описанию. Эта способность хлора к переходу из одной формы в другие связана с его высокой реакционной способностью.
Опасность для человека и природы
Как и другие галогены хлор способен наносить вред человеку. Этот газ, будучи сильным окислителем, способен к образованию кислот при контакте с влагой воздуха. Эта особенность оказывает поражающее воздействие на лёгочную ткань живых существ, вызывая сильные химические ожоги. Это свойство хлора было применено Германией в начале 20-го века во время Первой мировой войны, где этот газ, наряду с некоторыми другими, использовался в качестве боевого отравляющего вещества.
Поскольку вода входит в состав всех живых клеток и является неотъемлемой частью биосферы, образование кислот хлора может наносить урон не только людям, но и всем живым существам.
Ещё одно важное свойство хлора – его участие в ионно-солевом обмене живых организмов. Этот биогенный элемент присутствует во всех живых организмах, включая растения, и его наличие крайне важно для правильного существования. Превышение концентрации хлорид-ионов приводит к множественным нарушениям в нормально ионно-солевом обмене, поддержании осмотического давления клеток, что приводит к их гибели и ухудшению общего состояния организма.
Существуют организмы-экстремофилы, которые могут существовать в условиях с высокой концентрацией хлора в окружающей среде – галофилы. Галофилы-растения называются галофитами, а галофилы-бактерии – галобактериями.
Сточные и природные воды
Хлор в том или ином виде присутствует во всех поверхностных водоёмах планеты. Бессточные водоёмы, такие как моря, океаны, а также некоторые озёра (Баскунчак, Иссык-Куль, Каспийское море) имеют более высокое содержание хлора. Это обусловлено природным круговоротом воды. Имеющие стоки озёра постоянно обновляют воду, содержащуюся в них, когда как бессточные водоёмы только получают воду, в которой растворены различные соединения хлора. При дальнейшем испарении воды и выпадении её в виде осадков на поверхность земли, происходит процесс вымывания хлора и его переноса в сточные водоёмы, откуда вода затем поступает в бессточные водоёмы через систему рек. Этот процесс идёт постоянно на протяжении тысяч лет, что и приводит к постепенному повышению концентрации хлоридов в воде в бессточных водоёмах. Человеческое вмешательство может привести к катастрофическим последствиям.
Пример последствий подобного рода – высыхание Аральского моря. Использование вод, питающих это бессточное озеро, рек Амударьи и Сырдарьи для орошения посевных культур Средней Азии началось в 1930-х годах. Оно привело к постепенному высыханию Арала. До падения уровня воды, это озеро было четвёртым самым крупным по площади озером мира. Его территория равнялась 68 тысячам квадратных километров. Его глубина достигала 68 метров. По состоянию на начало 2000-х годов площадь поверхности воды Аральского моря составляла лишь четверть от первоначальной, а максимальная глубина упала до 31 метра.
Другие примеры – применение хлора для обеззараживания водопроводной воды, использование хлорных отбеливателей и моющих средств для бытовых нужд и прочее. Эти виды деятельности человека – причина повышенной концентрации соединений хлора в сточных водах.
Показатели качества воды по ГОСТу
Нормы для питьевой воды
Хлор и его соединения достаточно опасны для здоровья человека, если превысить допустимую концентрацию. Хлор – антисептик. Нормативы предписывают обязательное его присутствие в водопроводной воде для предотвращения её вторичного загрязнения патогенными микроорганизмами во время движения по водоводу. Так, норматив СанПиН 2.1.4.1074-01 регламентирует содержание остаточного хлора в водопроводной воде – 0,3-0,5 мг/л. СанПиН 2.1.4.1116-02 регламентирует содержание остаточного хлора в питьевой воде, расфасованной по ёмкостям:
ПДК хлора в сточных водах
ПДК хлора в сточных водах регламентируется Постановлением Правительства РФ от 29.07.2013 N644 (ред. от 22.05.2020) и устанавливает эту концентрацию на уровне 5 мг/л.
Методы определения хлора в воде
Органолептический
Органолептическим методом в химии называется анализ вещества посредством применения органов чувств исследователя. Исследуются запах, внешний вид, в редких случаях – вкус пробы. Этот метод слабо применим для точного анализа, однако, может дать понять о превышении концентрации некоторых соединений хлора в воде. Примером органолептического определения хлора в воде является запах «хлорки» в бассейнах, который обусловлен повышенной концентрацией хлораминов. Отметим, что этот запах присущ именно хлораминам, а не самой хлорноватистой кислоте. Хлорамины образовываются из-за реакции кислоты с мочевиной, попадающей в бассейны в результате человеческой жизнедеятельности.
Йодометрический
Регламентируемый по ГОСТ 18190-72 «ВОДА ПИТЬЕВАЯ. Методы определения содержания остаточного активного хлора», этот химический метод анализа является разновидностью титрования. Основная суть метода заключается в окислении йодида активными формами хлора до йода, а затем его титрования тиосульфатом натрия.
Методика работы с пробой включает в себя несколько этапов. Первым из них –подкисление пробы буферным раствором с рН 4,5, что приводит к снижению влияния озона, нитритов, окиси железа и некоторых других соединений на йодид калия и, соответственно, на точность анализа. После подкисления, в пробу вводят 0,5 г йодистого калия, что приводит к образованию йода. Его оттитровывают раствором тиосульфата натрия до появления светло-жёлтой окраски, а затем вводят небольшое количество слабого раствора крахмала и продолжают титрование до исчезновения синей окраски.
Результаты анализа обрабатываются по формуле, расположенной ниже.
Где υ – количество использованного раствора тиосульфата калия, К – поправочный коэффициент нормальности этого раствора, 0,177 – содержание активного хлора, соответствующее 1 мл 0,005 н. раствора тиосульфата калия, а V – объём, взятый для анализа. Полученное число Х – это и есть содержание суммарного остаточного хлора в мг/л.
Титрование метиловым оранжевым
Для определения количества свободного хлора, применяется метод титрования пробы раствором индикатора парадиметиламиноазобензолсульфокислого натрия – метилового оранжевого. Сущность метода заключается в том, что метиловый оранжевый вступает в реакцию с хлором, но не способен реагировать с хлораминами, окислительный потенциал которых слишком слаб. Методика работы аналогична таковой при обычном титровании хлора по методу йодометрии.
Обработка результатов анализа также аналогична, однако, используется несколько иная формула, берущая в расчёт химизм метилового оранжевого и другие тонкости процесса. Это выражается в изменении коэффициента 0,177 на 0,217, а также в прибавлении 0,04 к числителю дроби в качестве эмпирического поправочного коэффициента.
Пейлина
Методом Пейлина называется ещё один титриметрический метод исследования проб на содержание свободного хлора, связанный с применением монохлорамина и дихлорамина. Его особенность в химической активности различных форм хлора, приводящей к превращению бесцветной формы диэтилпарафенилендиамина в его полуокисленную окрашенную форму. Эту полуокисленную окрашенную форму затем восстанавливают до потери окраски растворами, содержащими ионы двухвалентного железа. Используется серия титрований солью Мора.
Методика работы такова: в колбу помещают буферный раствор, диэтилпарафенилендиамин, около 100 мл анализируемой воды, перемешивают. В присутствии свободного хлора, этот раствор приобретает розовую окраску. После перемешивания, пробу титруют стандартным раствором соли Мора до исчезновения окраски, записывают потраченное количество раствора соли Мора (А). Далее, в колбу вводят небольшое количество йодистого калия, из-за чего раствор вновь окрашивается. Раствор вновь оттитровывается раствором соли Мора до исчезновения окраски, записывается количество потраченного (В). Всё в тот же раствор вновь вводят йодистый калий, но в большем количестве. Вновь перемешивают и отстаивают в течение двух минут. В случае появления розовой окраски, делают вывод о присутствии дихлорамина, который затем титруют раствором соли Мора до исчезновения окраски. Количество вновь записывают (С).
Обработка результатов по этому методу несколько проще, поскольку суммарное содержание остаточного активного хлора будет представлять собой простую сумму А, В и С. Логично, что А, В и С будут показателями количества свободного хлора, монохлорамина и дихлорамина в пробе соответственно.
Фотометрический
Специфика фотометрического метода анализа заключается в использовании различных органических реагентов, которые окрашивают раствор при взаимодействии с хлором. Оптическая плотность этого окрашенного продуктами реакции раствора подвергается измерению при определённой длине волны, что даёт понимание количества содержащегося свободного хлора в пробе.
Фотометрический метод имеет существенные недостатки в виде низкой селективности. Некоторые соединения и ионы могут влиять на прохождение реакции. Определяемые концентрации хлора при использовании фотометрии также зависят от конкретного реагента, используемого для исследования пробы.
В связи с перечисленными недостатками, этот метод нашёл крайне ограниченное применение в исследовании проб воды на содержание хлора.
Автоматические анализаторы
На рынке присутствует большой ассортимент современных электронных автоматических анализаторов, принципы действия которых отличаются друг от друга. Например, такой прибор как Флюорат АС-2 использует способность некоторых люминофоров испускать свечение в присутствии хлора в щелочной среде. Этот метод теоретически весьма точен, но на практике различные соединения, содержащиеся в воде, оказывают значительное влияние на точность анализа.
Такое устройство как АГХ-3 использует прямое фотометрирование проб для работы, но при этом селективность метода несколько страдает, поскольку на оптическую плотность пробы влияет как хлор, так и другие загрязняющие вещества.
Йодометрический метод нашёл применение в составе анализатора ВАКХ-2000 и его проточного варианта ВАКХ-2000 С. Его принцип работы заключается в измерении изменения потенциала на электродах при добавлении точно известного количества йода в пробу.
Колориметрические методы не применяются в анализаторах, поскольку отсутствуют градуировочные растворы по остаточному общему хлору. Несколько особняком находятся наиболее точные электрохимические методы, поскольку их использование требует периодической валидации с использованием лабораторных техник анализа, что приводит к определённым сложностям с использованием электрохимических анализаторов. Однако, современное развитие техники идёт достаточно быстро, поэтому наиболее современные электрохимические анализаторы требуют всё более редкой валидации.
Исследования содержания хлора в питьевой воде и его влияние на здоровье человека
Вода – единственный ресурс природы, который не имеет заменителя. Вода —источник жизни не только для человека и животных, но и среда обитания для различных микроорганизмов, бактерий и вирусов. Защитить организм от возможной вирусной и бактериальной атаки в современных условиях можно несколькими способами. Самый простой, но не самый безопасный — это дезинфекция, т.е. хлорирование воды.
Впервые хлор для обеззараживания воды стали использовать в Лондоне после эпидемии холеры 1870 года. В России хлорирование воды было осуществлено в 1908 году, также в связи с эпидемией холеры. В дальнейшем, его проводили в Кронштадте, Нижнем Новгороде, Ростове-на-Дону, Петербурге. На первых порах, хлорирование воды применялось эпизодически, по мере возникновения вспышек кишечных инфекций. В последующие годы хлорирование воды как эффективное средство борьбы с инфекционными заболеваниями распространилось во всем мире быстрыми темпами, и в настоящее время такой водой пользуются многие сотни миллионов людей во всем мире.
— Механическая фильтрация (первый этап):
Первый этап водоподготовки позволяет удалить из воды видимые твердые и волокнистые включения: песок, ржавчину и т. д. При механической обработке воду последовательно пропускают через ряд фильтров с уменьшающимся размером ячеек.
Технология используется для приведения химического состава и качественных показателей воды к норме.
В свою очередь, в зависимости от первоначальных характеристик воды, химическая обработка может включать такие этапы, как: отстаивание, коагуляцию, умягчение, осветление, аэрацию, деминерализацию и фильтрацию.
Одним из важных этапов водоподготовки является обеззараживание, в данном случае хлорирование. Хлорирование это один из способов удаления из жидкости болезнетворных бактерий, палочки тифа, холеры и других инфекций, а также для снижения цветности воды. Хлорирование как метод обеззараживания питьевой воды основан на том, что свободный хлор и его соединения способны угнетающе действовать на ферментативные системы микроорганизмов, ускоряющие реакцию в окислительно-восстановительных процессах. Это в свою очередь означает, что хлор способен разрушать любую органику и создавать на ее основе хлорорганические соединения.
Для обеззараживания чаще всего используют такие хлорагенты, как хлорную известь или газообразный (элементарный) хлор. В Москве, с целью повышения надежности и безопасности производства питьевой воды за счет исключения из обращения жидкого хлора в 2012 году завершен перевод всех станциях водоподготовки на новый реагент – гипохлорит натрия. Количество хлорагента, необходимого для обеззараживания воды определенного объема, определяется по всему количеству органических веществ и микроорганизмов (а также и неорганических веществ, способных к окислению), которые могут находиться в хлорируемой воде. Правильное назначение «дозы хлора» является исключительно важным. Недостаточное количество хлорагента может привести к тому, что он не окажет необходимого бактерицидного действия, а излишняя доза ухудшит вкусовые качества воды. Поэтому количество хлорагента должно быть установлено в зависимости от индивидуальных свойств очищаемой воды на основании опытов с ней. Расчетная доза хлорагента при проектировании обеззараживающей установки должна быть принята исходя из необходимости очистки воды в период ее максимального загрязнения (например, в период паводков). Показателем достаточности принятой дозы «хлора» служит наличие в воде так называемого остаточного свободного хлора. Остаточный свободный хлор – это хлор, входящий в состав хлорноватистой кислоты и гипохлорит-иона, которые образуются при попадании гипохлорита натрия в воду. Остаточный свободный хлор остается в воде от введенной дозы хлорагента после окисления находящихся в воде веществ.
Согласно требованиям нормативных документов, концентрация остаточного хлора в воде перед поступлением ее в сеть должна находиться в пределах 0,3— 0,5 мг/л.
При введении хлорагента в обрабатываемую воду должны быть обеспечены хорошее смешивание его с водой и достаточная продолжительность (не менее 30 мин) его контакта с водой до подачи ее потребителю.
К преимуществам хлорирования относится:
· высокая бактерицидная эффективность;
· простота контроля за эффективностью обеззараживания;
· экономичность при расходе;
· способность длительное время консервировать уже очищенную воду;
· устранение цветности воды, её запаха и вкуса.
На данный момент хлорирование является самым проверенным и наиболее дешевым методом обеззараживания воды.
Только после прохождения воды через все этапы очистки, она поступает в распределительную сеть трубопроводов.
Но при всех преимуществах такого незаменимого этапа очистки воды хлорсодержащими веществами, в скором времени были обнаружены негативные последствия
Наиболее важной проблемой данного метода является высокая активность хлора. Он вступает в химические реакции со всеми органическими и неорганическими веществами, находящимися в воде, а в воде из поверхностных источников находится огромное количество сложных органических веществ природного происхождения, а также всевозможных красителей, ПАВ, фенолов, нефтепродуктов. Такие процессы происходят не только во время первичной очистки (до поступления в распределительную сеть), но и в самой сети трубопроводов.
В результате этих процессов образуются канцерогенные вещества и яды, в том числе диоксиды, такие как:
· тригалогенметаны – канцерогенные соединения хлора.
При использовании этого метода обеззараживания можно сделать вывод, что исключительно важно правильно подобрать необходимую дозу «хлора», которая обеспечит безопасность питьевой воды и не ухудшит ее свойства.
Вышеперечисленные хлорсодержащие токсины оказывают замедленное угнетающие воздействие на организм человека. Очистка питьевой воды от хлора не решает проблемы, так как многие из опасных соединений образующиеся в воде в процессе ее хлорирования попадают в организм человека через кожу, во время мытья, приема ванн или посещения бассейна. По некоторым данным, часовое принятие ванны, содержащей в избыточном количестве хлорированную воду соответствует десяти литрам выпитой хлорированной воды. Ранее считалось, что хлорированная вода не оказывает на здоровье человека неблагоприятного действия. По мнению некоторых исследователей, с употреблением загрязненной воды может быть связано от 30 до 50% случаев злокачественных опухолей. В настоящее время ученые во всем мире исследуют эту проблему. Они связывают многие опасные заболевания с попаданием в человеческий организм хлора или вредных побочных продуктов хлорирования воды.
В последнее время появляются все новые методы обеззараживания воды, такие как:
-Ультразвуковое воздействие. За счет того, что под воздействием ультразвука происходят резкие перепады давления, микроорганизмы разрушаются. Данный метод имеет узкий круг использования и находится на стадии освоения. Преимуществом является нечувствительность к высокой мутности и цветности воды, а также возможность воздействовать на большинство форм микроорганизмов.
— УФ-излучение. Эта методика основана на обработке воды ультрафиолетом. Тот факт, что УФ-лучи, длина волны у которых 200-295 нм, могут убивать патогенные микроорганизмы, лежит в основе данного метода.
— Озонирование. Озон, так же как и хлор, является сильным окислителем. Проникая сквозь оболочки микроорганизмов, он разрушает стенки клетки и убивает ее. Озон хорошо справляется как с обеззараживанием воды, так и с ее обесцвечиванием и дезодорированные. Способен окислять железо и марганец. Обладая высоким антисептическим действием, озон разрушает вредные микроорганизмы в сотни раз быстрее, чем другие реагенты. В отличие от хлора, уничтожает практически все известные виды микроорганизмов. При распаде реагент преобразуется в кислород, который насыщает организм человека на клеточном уровне. Быстрый распад озона в то же время является и недостатком данного метода, поскольку уже через 15-20 мин. после процедуры, вода может подвергнуться повторному заражению.
Лаборатория санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ГБУ «ЦЭИИС» с начала 2018 года проводит государственную работу по оценке соответствия качества воды, подаваемой в помещения жилого, общественного, производственного и служебного назначения требованиям технических регламентов и проектной документации. В рамках данной работы, в том числе, контролируется содержание остаточного свободного хлора.
В соответствие с методикой, вода отбирается в нескольких точках подконтрольного объекта, затем передается в аналитическую лабораторию, где в результате специальной пробоподготовки получается необходимая для измерений проба воды. Далее, с помощью метода титриметрии, определяется концентрация остаточного свободного хлора в полученной пробе, а затем пересчитывается его концентрация в 1 литре воды.
Статью написал / оформил инженер-эксперт Лаборатории «СЭиРК» Попова Ю.В.
Статью правил / утвердил Начальник Лаборатории «СЭиРК» Ипполитов Д.Е.