Диоксид хлора и гипохлорит натрия. Сравнительный анализ

 

Гипохлорит натрия

Применяется в жидком виде (товарная концентрация растворов – 10 -12%), возможно получение на месте применения электрохимическим способом.

Достоинства

• эффективен против большинства болезнетворных микроорганизмов
• относительно безопасен при хранении и использовании
• при получении на месте не требует транспортировки и хранения опасных химикатов.

Недостатки

• неэффективен против цист (Giardia, Cryptosporidium)
• при увеличении величины рН воды снижается эффективность ГХН как дезинфектанта, так как снижается доля хлорноватистой кислоты и увеличивается доля гипохлорит-иона, а его эффективность как дезинфектанта в 20 раз ниже
• содержание активного хлора менее 15% (по массе), 85 % воды и балластных веществ
• опасность выделения газообразного хлора при хранении
• теряет активность при хранении (до 30 % за первый месяц хранения), при увеличении температуры на 100С скорость разложения ГХН увеличивается в ~2 раза
• при разложении товарного ГХН, полученного хлорированием щёлочи, происходит кристалл¬лизация поваренной соли из товарного раствора, которая нарушает работу дозирующей техники
• товарный раствор ГХН содержит 10-20 г/л щёлочи, за счёт которой происходит увеличение рН, поэтому при обеззараживании воды с высокой долей карбонатной жёсткости товарным ГХН образуется нерастворимый карбонат кальция, который откладывается в виде накипи на внутренней поверхности трубопроводов и сосудов (кальцинация)
• при обработке воды замкнутых систем (оборотные системы, бассейны и др.) происходит увеличение рН воды, т.к. товарный раствор имеет рН=12
• образует побочные продукты дизинфекции, включая тригалометаны (в том числе хлороформ и бромоформ) и броматы в присутствии бромидов
• при хранении растворов NaClO с высокой концентрацией активного хлора происходит накопление хлоратов
• не окисляет марганец

Гипохлорит натрия, кальция и хлорная известь просты в применении, широко доступны и являются достаточно дешевыми реагентами. Однако они обладают меньшими окислительными и бактерицидными свойствами по сравнению с диоксидом хлора, озоном и УФ-излучением. Следовательно, в процессе обработки воды требуются бóльшие дозы (концентрации) этих реагентов, чем диоксида хлора или озона. Увеличение концентрации вводимых реагентов ведет к увеличению эксплуатационных затрат, которые зачастую становятся выше, чем при использовании хлордиоксидной или озоновой технологии.

Диоксид хлора

Получают только на месте применения. В настоящее время считается самым эффективным дезинфектантом из хлорсодержащих реагентов для обработки воды при повышенных рН.

Достоинства

• эффективный окислитель и дезинфектант для всех видов микроорганизмов, включая цисты (Giardia, Cryptosporidium), споровые формы бактерий  и вирусы
• дезинфицирующее действие практически не зависит от pH воды, в то время как эффективность хлора снижается с увеличением pH
• работает при пониженных дозах
• не образует хлораминов, наличие которых зачастую ухудшает органолептические показатели воды
• не способствует образованию тригалометанов и других хлорорганических соединений
• деодорирует воду, разрушает фенолы – источник неприятного вкуса и запаха
• не образует броматов и броморганических побочных продуктов дезинфекции в присутствии бромидов
• способствует удалению из воды железа и марганца путем их быстрого окисления и осаждения оксидов
• возможность увеличить вирулицидный эффект простым увеличением дозы (до 0,4 мг/л) в случае возникновения опасности вторичного вирусного заражения воды, например, при разрыве или ремонте разводящей сети
• стоимость применяющейся в настоящее время в России хлордиоксидной технологии сопоставима, а в ряде случаев дешевле по эксплуатационным затратам по сравнению с другими технологиями, в частности с гипохлоритом натрия, а по санитарно-эпидемиологическому эффекту значительно лучше

• обязательно получение на месте применения
• образует побочные продукты – хлораты и хлориты, содержание которых в питьевой воде необходимо контролировать

Сравнительная таблица стоимости обработки поверхностной воды р.Чепца (Удмуртия),
характеризующейся высокой цветностью (28-85 град), содержанием взвешенных веществ (4-64 мг/дм³), высокими pH (7,7-8,5) и щелочностью (3,5-5 мг-экв/дм³), а также высоким микробиологическим загрязнением

Наименование	Единица измерения	Диоксид хлора (ClO2)		Гипохлорит натрия (NaOCl) раствор 15% (по массе)
		Хлоритная технология	Хлоратная технология
Расход обрабатываемой воды	м3/сут	42000	42000	42000
Суммарная доза реагента по активному веществу (на первичную и вторичную обработку)	мг/л (г/м3)	0,8	0,8	6
Суточный расход реагента по активному веществу	кг/сут	33,6	33,6	252
Удельная стоимость активного действующего вещества	руб/кг	520	270	80
Эксплуатационные расходы на реагенты	руб/сут	17472	9072	20160
Разница эксплуатационных расходов по сравнению с гипохлоритом натрия («–» дешевле, «+» дороже)	%	–13	–55	0

Сравнительная таблица стоимости обработки воды подземного источника водоснабжения г. Глазов (Удмуртия)

Наименование	Единица измерения	Диоксид хлора (ClO2), хлоритная технология		Гипохлорит натрия (NaOCl) раствор 15% (по массе)
Расход обрабатываемой воды	м3/сут	14500		14500
Суммарная доза реагента по активному веществу (на первичную и вторичную обработку)	мг/л (г/м3)	0,03		0,3
Суточный расход реагента по активному веществу	кг/сут	0,435		4,35
Удельная стоимость активного действующего вещества	руб/кг	520		80
Эксплуатационные расходы на реагенты	руб/сут	226		348
Разница эксплуатационных расходов по сравнению с гипохлоритом натрия («–» дешевле, «+» дороже)	%	–35		0

	Структура молекулы диоксида хлора очень похожа на молекулу озона, в особенности тем, что в обеих молекулах свободный радикал находится на атоме кислорода. Благодаря этому проявляется высокая окислительная способность этих соединений. Даже запах этих веществ похож.
	При хлорировании основной действующей частицей является хлор-радикал (Cl•). Из-за этого основного отличия при хлорировании образуются всевозможные хлорорганические соединения в отличие от диоксида хлора, который действует только как окислитель и не присоединяется к органическим молекулам.

Бактерицидное действие диоксида хлора и хлора (гипохлорита натрия)

Бактерицидное действие хлора обусловлено проникновением хлора (в виде гипохлорит-иона ClO^–  и хлорноватистой кислоты HClO) через клеточную мембрану и разрушением ферментативной системы бактерий, в результате чего бактерия погибает.

Вирусы не имеют ферментной системы и поэтому хлорирование малоэффективно против вирусов.

Действие диоксида хлора аналогично действию озона, он воздействует как на окислительно-восстановительную систему бактерий, так и на их протоплазму. Поэтому диоксид хлора более эффективен против вирусов по сравнению с хлором.

Для споровых форм бактерий, цист простейших паразитов и других гидробионтов  диоксид хлора  также явно эффективнее хлора. 

Образующийся в результате обработки воды диоксидом хлора хлорит-ион обладает хорошим бактериостатическим эффектом, то есть под действием хлоритов бактерии не размножаются и не развиваются, и, в конце концов, через некоторое время погибают. Этот эффект очень хорошо можно применить при первичной обработке диоксидом хлора. Вода поверхностного источника характеризуется высокой поглощаемостью диоксида хлора (до 1,0 – 1,5 мг/л), при этом совсем необязательно для первичной обработки применять такие высокие дозы, достаточно будет дозы 0,4-0,5 мг/л, так как образующиеся хлориты будут предотвращать биообрастания сооружений, загнивание осадка, загрязнение воды продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Хотя живые споры, цисты и бактерии в этих условиях могут сохраниться в состоянии «анабиоза».

При вторичной обработке диоксидом хлора даются уже такие дозы, чтобы полностью обеззаразить воду. Остаточной концентрации диоксида хлора 0,02-0,03 мг/л как правило достаточно как для полного обеззараживания воды, так и для предотвращения вторичного заражения воды в разводящих сетях.