Zastosowanie dwutlenku chloru w uzdatnianiu wody pitnej, ciepłowniczej i przemysłowej

Dodano 15-02-2015 przez Jacek Gąsiorowski

Dwutlenek chloru (ClO2) w temperaturze pokojowej i ciśnieniu 1 atm jest gazem o żółtopomarańczowym zabarwieniu. Skrapla się w temperaturze 11 ºC do ciemnobrązowej cieczy.

W wysokich stężeniach rozkłada się wybuchowo na Cl2 i O2. Dobrze rozpuszcza się w wodzie w której wykazuje się względną trwałością i bezpieczeństwem transportu oraz przechowywania. Wykazuje się silnymi właściwościami utleniającymi i znajduje dzięki temu zastosowanie m. in. w uzdatnianiu wody, produkcji papieru i dezynfekcji.

Po raz pierwszy w technologii uzdatniania wody dwutlenek chloru zastosowano w latach 40. XX wieku w Stanach Zjednoczonych. Początkowo był on wykorzystywany do usuwania naturalnych substancji organicznych oraz do utleniania związków żelaza i manganu. Pierwszą instalacją używającą ClO2 na dużą skalę była stacja uzdatniania wody w Brukseli (Belgia), która na rzecz tego reagenta zrezygnowała z użycia chloru. Obecnie dwutlenek chloru stosowany jest przede wszystkim jako dezynfektant oraz jako czynnik technologiczny we wczesnych i pośrednich etapach procesu uzdatniania wody. W obu przypadkach podstawą do ustalenia właściwej dawki utleniacza jest wyznaczenie zapotrzebowania wody na dwutlenek chloru.

Jako czynnik technologiczny dwutlenek chloru najczęściej wykorzystywany jest:

• do utleniania związków organicznych,

• do utleniania żelaza (II) i manganu (II) oraz siarkowodoru,

• jako czynnik zapobiegający rozwojowi glonów w osadnikach lub złożach filtrów pospiesznych,

• jako skutecznie działający biocyd, niszczący kolonie bakterii, glonów i grzybów,

• jako czynnik wspomagający proces koagulacji, choć zanotowano przypadki pogorszenia efektów koagulacji wskutek wstępnego utleniania ClO2.

Do głównych zalet dwutlenku chloru, które odróżniają go od powszechnie stosowanego chloru można zaliczyć:

• lepszą efektywność dezynfekcji w szerszym zakresie pH uzyskiwaną przy niższych dawkach utleniacza,

• słabszą reaktywność w stosunku do związków organicznych obecnych w wodzie (bez tendencji do tworzenia chlorowcopochodnych, w tym trihalometanów),

• spowolnienie wtórnego rozwoju bakterii w sieciach dystrybucji wody,

• brak reakcji z amoniakiem,

• brak utleniania bromków do bromianów,

• zabezpieczenie na długi czas wody w sieci wodociągowej przed ewentualnym wtórnym zakażeniem.

W związku z tym, iż dwutlenek chloru ma wyższy potencjał utleniający niż chlor, działa na wiele substancji zredukowanych utleniająco, a nie chlorująco i stosuje się go w dezynfekcji wody głównie do zmniejszenia ilości chlorowych pochodnych związków organicznych powstających podczas chlorowania.

W Polsce na szerszą skalę jego zastosowanie datuje się od 1992 r., choć pierwsze próby wykorzystania tego reagenta podjęto już w latach 50. XX wieku.

Działanie dezynfekujące ClO2 polega na uszkadzaniu błony komórkowej i zakłócaniu procesu syntezy białek. Wykazuje on właściwości dezynfekujące już przy stężeniu powstałego ClO2 równym 0,1 g/m3. Do usuwania smaku i zapachu wody wystarczają na ogół dawki z zakresu 0,4 - 0,8 g ClO2/m3, które przeważnie są również wykorzystywane ze względów bakteriologicznych. Zapotrzebowanie wody na dwutlenek chloru jest wprost proporcjonalne do stężenia substancji zredukowanych w wodzie poddawanej dezynfekcji. Na przykład, zmniejszenie stężenia OWO z 3,9 do 2,1 - 2,5 g C/m3 w wodzie przed dezynfekcją obniża zapotrzebowanie na deynfektant z 1,7 - 1,8 ClO2/m3 do 0,1 - 0,3 ClO2/m3 (ClO2 pozostały = 0,04 - 0,23 g/m3).

Zaleca się stosowanie dwutlenku chloru do dezynfekcji wód o małym zapotrzebowaniu na chlor, co umożliwi dotrzymanie norm dopuszczalnego stężenia nieorganicznych ubocznych produktów dezynfekcji tym reagentem. W zależności od potrzeb, ClO2 jest produkowany na miejscu bądź zamawiany i przechowywany w postaci stabilizowanej, a następnie aktywowany przed użyciem.

Dwutlenek chloru jest reagentem bardzo efektywnym w stosunku do Cryptosporidium, szczególnie w połączeniu z ozonem lub chloraminą. Ze względu na powolną hydrolizę i występowanie w formie cząsteczkowej w zakresie pH 6 - 9, ClO2 jest równie skuteczny w stosunku do jelitowych i brzusznych wirusów oraz Giardia. Ponadto, dwutlenek chloru z materią organiczną reaguje bardzo powoli, długo utrzymując się w wodzie w formie niezhydrolizowanej. Dzięki temu jest dwa razy bardziej skutecznym dezynfektantem w porównaniu do chloru.

Dwutlenek chloru jest silnym utleniaczem i szybko może ulegać redukcji w sieci wodociągowej w której są zdeponowane osady. Dlatego, w przypadku systemów dystrybucji wody o złym stanie technicznym i sanitarnym, bardziej przydatne mogą być chloraminy ze względu na ich większą trwałość oraz zdolność do penetracji biofilmów obecnych w sieci wodociągowej.

Główną wadą stosowania ClO2 jako wstępnego utleniacza jest powstawanie bardzo nieprzyjemnych zapachów w domach konsumentów. Problem ten pogłębia się wówczas, gdy ClO2 odtwarza się w czasie dystrybucji w reakcji pomiędzy wolnym chlorem a jonem chloranowym. Skargi konsumentów zmusiły niektóre stacje uzdatniania wody do przerwania utleniania dwutlenkiem chloru. Aby zapobiec przykrym konsekwencjom stosowania ClO2 jako wstępnego utleniacza należy usuwać jony chloranowe(III) w trakcie procesu uzdatniania lub też zastępować chlor chloraminą.

                                       Nieorganiczne produkty uboczne utleniania dwutlenkiem chloru

Głównymi nieorganicznymi produktami ubocznymi stosowania dwutlenku chloru są chlorany(III) i chlorany(V), które mogą powstawać w wyniku reakcji utleniania wodnej naturalnej materii organicznej, reakcji dysproporcjonowania ClO2 w środowisku alkalicznym lub w wyniku redukcji ClO2 w zakresie pH spotykanym w wodach naturalnych. Produkty te tworzą największą ilościowo grupę potencjalnych źródeł zagrożenia dla zdrowia człowieka. Chlorany(III) tworzą się w ilości równoważnej 60 - 70% zużytego ClO2. W kolejnym etapie może następować redukcja chloranów(III) do chlorków. Traktowane są jako związki powodujące zmiany patologiczne krwi prowadzące do anemii hemolitycznej. Według USEPA najwyższe dopuszczalne stężenie chloranów(III) wynosi 1,0 mg/dm3. W Niemczech wartość ta wynosi zaledwie 0,2 mg/dm3. W znacznie mniejszych ilościach występują chlorany(V), których obecność łączy się z efektywnością wytwarzania ClO2 oraz z jego fotolitycznym rozkładem. Mogą powodować one methemoglobinemię, uszkodzenia nerek, hipotermię i konwulsje. Na dzień dzisiejszy nie wyznaczono dla chloranów(V) żadnych wartości dopuszczalnych.

                                       Organiczne produkty uboczne utleniania dwutlenkiem chloru

Dwutlenek chloru charakteryzuje się dużą skutecznością utleniania prekursorów trihalometanów. W reakcjach ze związkami organicznymi obecnymi w wodzie ClO2 praktycznie nie tworzą tego typu produktów ubocznych. Natomiast przeważają reakcje utleniania, które w nielicznych przypadkach kończą się połączeniem chloru z tego względu, iż ClO2 nie utlenia związków organicznych poprzez rozerwanie wiązania C-C. Ilość powstających w reakcji ClO2 z naturalnymi substancjami organicznymi związków halogenoorganicznych stanowi 1 - 25% ilości jaka powstałaby w tych samych warunkach w wyniku procesu chlorowania. Obecność kwasów fulwowych w utlenianej wodzie prowadzi do ich dekarboksylacji wskutek czego tworzą się hydroksylowane kwasy fenylokarboksylowe przechodzące w chinony w obecności niewielkiego nadmiaru ClO2. Natomiast kwasy huminowe reagują z dwutlenkiem chloru z wytworzeniem aldehydów, kwasów karboksylowych i glioksalu. Reakcja z nadmiarem ClO2 może prowadzić do powstawania kwasu monochlorooctowego i małych ilości kwasu monochlorobursztynowego oraz kwasu di- i trichlorooctowego.

Końcowym produktem reakcji utleniania wielkocząsteczkowych związków organicznych (takich jak ligniny, substancje humusowe) dwutlenkiem chloru są aldehydy i glioksal, chinony, kwasy mono- i dikarboksylowe tworzące się w reakcji otwarcia jednego z pierścieni aromatycznych. Podczas utleniania ClO2 struktury chinonowe mogą powstawać również na skutek rozerwania wiązania estrowego pomiędzy pierścieniami aromatycznymi z utworzeniem pochodnych hydrochinonu i fenolu. Poza tym ClO2 może także utleniać grupy metoksylowe wielkocząsteczkowych związków organicznych do alifatycznych grup hydroksylowych.

Podczas reakcji utleniania substancji humusowych dwutlenkiem chloru nie tworzą się chlorofenole ani też reagent ten nie reaguje z nasyconymi alifatycznymi węglowodorami. Jednak w przypadku, gdy ClO2 zawiera niewielkie domieszki Cl­2, kwas podchlorawy obecny w mieszaninie reakcyjnej może reagować z alkenami tworząc chlorohydryny, aldehydy, α-chloro- i α-nienasycone ketony. Amoniak i grupy aminowe nie reagują z ClO2.

Posiadamy w ciągłej sprzedaży pompy dozujące dwutlenek chlor. 

Posiadamy w ciągłej sprzedaży dwuskładnikowy dwutlenek chloru(oxodes), który po aktywacji można używać po paru godzinach. Aby korzystać z dwutlenku nie jest potrzebne drogie urządzenie do wytwarzania dwutlenku chloru wystarczy pompa dozująca sterowana z licznika przepływu.

Tagi