Взаимодействие хлора с примесями воды

Взаимодействие хлора с аммиаком и азотсодержащими веществами было рассмотрено в предыдущей статье.

Свободный хлор способен окислять марганец, но скорость окисления при рН < 10 невелика. Для окисления 1 мг/л марганца необходимо 1,25 мг/л свободного хлора. Двуокись хлора окисляет марганец практически мгновенно. Железо легко окисляется хлором в более широком интервале рН (7 и выше) и для окисления 1 мг/л железа требуется 0,6 мг/л хлора. Окисление интенсифицируется в присутствии катализатора — сульфата меди (0,2 мг/л).

Реакция хлора с другими неорганическими восстановителями происходит быстро. Так, нитриты легко окисляются хлором до нитратов, а сероводород — до элементарной серы или сульфатов.

H2S+HClO>S+HCl+H2O.

H2S+4HClO>H2SO4+4HCl.

При взаимодействии хлора с органическими веществами возможны реакции окисления (гуминовых веществ, спиртов и др.) и замещения (хлорирование фенолов и др.).

В реакциях окисления основную роль играет окислительно-восстановительный потенциал окислителя, определяющий возможность протекания окислительно-восстановительной реакции между веществами, а при наличии нескольких окислителей в растворе можно определить приоритет их взаимодействия. Окислительно-восстановительный (ОВ) потенциал сильно зависит от рН среды, уменьшаясь с увеличением рН. Приводим для ориентировки стандартные ОВ потенциалы основных окислителей:

Озон — + 2,07 В (кислая среда) КМnO4 — + 1.51 В -//;

СlO2 — + 1,5 В (рН 1).

НСlO — + 1,2 В (рН 4).

NaСlO — + 0.84 В (рН 8).

Кислород — + 0.84 В (рН 7).

Дихлорамин — + 0,75 В Монохлорамин — + 0,7 В В реакциях замещения хлорирующие агенты располагаются в следующий ряд: Сl2 > НСlO > СlO-. Однако, кинетика (скорость) процесса осветления не всегда определяется величиной ОВ потенциала окислителя, а зависит от образования различных активных форм окисляющегося вещества, промежуточных продуктов реакции и их химических свойств.

Сложность состава природных вод и наличие в них широкого спектра органических и неорганических веществ, реагирующих с хлором, являются причиной того, что до настоящего времени эти сложные процессы комплексно оцениваются лишь суммарной характеристикой — величиной хлоропоглощаемости.

Анализ химизма взаимодействия хлора с окрашенными органическими кислотами почвенного гумуса показал, что основной реакцией при всех значениях рН является окисление, сопровождающееся обесцвечиванием. Обесцвечивание хлором водного гумуса зависит от его фракционного состава. Так, при хлорировании креновых кислот снижение цветности на 1 градус достигается 3,5 мг/л, а апокреновых — 0,2 мг/л хлора. Максимальное обесцвечивание наблюдается при рН 7−8. однако, хлорирование гумусовых веществ не является деструктивным процессом и не может обеспечить такую же глубину обесцвечивания воды, как озонирование.

Обесцвечивание воды хлорированием применялось на московских и киевских водопроводах. Так, на Днепровском водопроводе г. Киева введение 10−15 мг/л хлора при контакте 6 часов обеспечивало удаление цветности на 40−70%. Удельный расход хлора составлял 0,15−0,5 мг/град, в то же время, как удельный расход сернокислого алюминия был на уровне — 1−4,5 мг/град. Замена значительной части коагулянта меньшим количеством хлора (в 6−9 раз) давала значительный экономический эффект. Однако, такая практика должна быть прекращена в связи с указаниями на образование высокотоксичных тригалоидметанов при хлорировании гумуса (в концентрациях прямо пропорциональных дозах хлора). Эта сторона проблемы подробно освещена в разделе 3 данной лекции.

В Институте Коллоидной химии и химии воды (ИКХХВ) АН УССР проведен ряд важных работ по хлорированию и озонированию многих органических примесей воды (фенолов, нефтепродуктов, пестицидов и др.). Эти исследования показали, что хлорирование может быть применено для окисления фенолов (удельный расход хлора от 2,4 мг/мг для гидрохинона до 6−8 мг/мг для фенола). Для удаления нефтепродуктов и изученных пестицидов (хлорофоса, дихлофоса, метафоса, гептахлора) хлорирование непригодно. В отдельных случаях образуются еще более токсичные хлопроизводные, например, при хлорировании гептахлора, хлорофоса, дихлофоса и метафоса. Удовлетворительно обеззараживается хлором лишь фосфамид (расход хлора 25 М на 1 М пестицида).

Показано, что все изученные пестициды достаточно хорошо обеззараживаются озонированием.