Chlor

 Drukuj

Co to jest chlor?

Chlor jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 17 i masie cząsteczkowej 35,5. W naturze występuje w postaci minerału chlorku sodu (sól kuchenna) oraz innych soli. Chlor jest produkowany na skalę przemysłową poprzez elektrolizę roztworu chlorku sodu.

Chlor wolny

Chlor wolny używany do dezynfekcji tworzy się po rozpuszczeniu chloru gazowego w wodzie. W zależności od pH mogą wytworzyć się dwa związki chemiczne (oba będące silnymi środkami odkażającymi):

  • kwas podchlorawy (HOCl)
  • jon podchlorynu (OCl -).

Chlorowanie

Chlorowanie to proces uzdatniania i dezynfekcji wody przy użyciu chloru wolnego. Chlorowanie jest powszechną metodą dezynfekcji stosowaną w przypadku wody źródłowej o minimalnym zanieczyszczeń organicznych i niskim stężeniu trudnych do usunięcia mikroorganizmów, takich jak giardia lub cryptosporidium. Jest również stosowany do kontroli smaku i zapachu, zapobiegania przyrostom glonów, utrzymywania czystości mediów filtracyjnych, usuwania żelaza i manganu, rozbijania siarkowodoru, cyjanku i poprawy koagulacji.

Chloroamina (chlor związany)

Chloroaminy tworzą się po dodaniu chloru do wody zawierającej amoniak. Reakcja chloru z amoniakiem może być pożądana lub niepożądana, w zależności od strategii uzdatniania wody. W zależności od tego ile atomów wodoru w cząsteczkach amoniaku zostanie zastąpionych atomami chloru, mogą powstać trzy różne rodzaje chloroaminy:

  • Monochloroamina
  • Dichloroamina
  • Trichlorek azotu

Chloraminacja

Chloraminacja to proces uzdatniania i dezynfekcji wody przy użyciu monochloroaminy jako głównej substancji dezynfekującej. Chloroaminy mają niższą reaktywność w porównaniu z wolnym chlorem i reagują mniej intensywnie z różnymi zanieczyszczeniami w surowej wodzie, szczególnie z substancjami organicznymi. Prowadzi to do powstania mniejszej ilości rakotwórczych produktów ubocznych dezynfekcji (DBP), głównie trihalometanów (THM). Jest to jeden z najważniejszych czynników wpływających na zapotrzebowanie na zastąpienie wolnego chlorowania chloraminacją. Ponadto, ze względu na ograniczoną moc utleniania, chloroaminy powodują znacznie mniejsze zapotrzebowanie na środek dezynfekujący, co znacznie ogranicza zużycie chloru w celu utrzymania żądanej całkowitej zawartości chloru w wodzie, a zatem i koszty oczyszczania.

Chlor całkowity

Chlor całkowity jest sumą wszystkich rodzajów chloru wolnego i związanego obecnych w próbce. Metody pomiaru chloru mogą być specyficzne dla chloru wolnego (kwas podchlorawy i podchloryn) lub chloru związanego (chloroaminy i związki chloro-organiczne).


Zamów teraz

Dlaczego trzeba mierzyć stężenie chloru?

Silna substancja utleniająca, chlor (Cl 2), jest idealnym środkiem dezynfekującym. Właściwe poziomy chloru resztkowego w wodzie pitnej zapewniają, że woda jest bezpieczna do spożycia przez ludzi, jednak zbyt dużo chloru w wodzie może mieć szkodliwy wpływ na produkcję farmaceutyczną, procesy oczyszczania przy użyciu membran i inne zastosowania. Nadmiar chloru resztkowego może spowodować szkody dla środowiska i pogorszyć właściwości organoleptyczne wody z kranu.

Po dodaniu do wody chlor reaguje do postaci wolnego chloru lub chloroamin (w przypadku obecności amoniaku), które:

  • działają jak silne środki bakteriobójcze,
  • utleniają metale, umożliwiając ich usunięcie,
  • ograniczają wiele nieprzyjemnych smaków i zapachów.

Firma Hach ®, oferuje zestawy testowe, oprzyrządowanie, odczynniki, szkolenia i oprogramowanie niezbędne do skutecznego monitorowania i zarządzania poziomem chloru w poszczególnych zastosowaniach.

Polecane produkty do monitorowania chloru

Analizatory chloru

Analizatory do dezynfekcji dostępne są w wielu wersjach, w zależności od indywidualnego zastosowania.

Zamów teraz

Kolorymetry

Łatwe w obsłudze, wytrzymałe i przenośne kolorymetry są skonstruowane tak, aby radzić sobie z wyjątkowymi obciążeniami występującymi w zastosowaniach polowych.

Zamów teraz

Spektrofotometry

Firma Hach od ponad 70 lat wprowadza innowacje w dziedzinie spektrofotometrii i oferuje wiele spektrofotometrów najwyższej klasy dostępnych na rynku analizy wody.

Kup teraz

SL1000 - PPA Miernik elektrochemiczny- Przenośny kolorymetr z USB

Przyrząd do analiz równoległych Hach SL1000 (PPA) umożliwia wykonywanie testów z pominięciem połowy czynności wykonywanych podczas pomiaru ręcznego.

Zamów teraz

Odczynniki chlor wolny i ogólny

Firma Hach zajmuje się dostarczaniem wysokiej jakości odczynników do rutynowych i wymagających analiz wody.

Kup teraz

 

Procesy chemiczne w procesach dezynfekcji przy użyciu chloru

Zapotrzebowanie na chlor to całkowita ilość chloru potrzebna do reakcji ze wszystkimi zanieczyszczeniami zawartymi w wodzie, takimi jak metale, bakterie, związki organiczne lub amoniak. Po dodaniu do wody wolny chlor reaguje z zanieczyszczeniami i jest w ten sposób zużywany. Po zaspokojeniu zapotrzebowania stężenie wolnego chloru staje się mierzalne. W związku z tym zapotrzebowanie na chlor jest różnicą między ilością chloru dodanego do wody a mierzalną ilością chloru pozostałego po reakcji. Zrozumienie zapotrzebowania na chlor pomaga zapewnić skuteczną dezynfekcję w trakcie procesu uzdatniania wody. Chlorowanie do punktu przełamania oznacza zastosowanie chloru w ilości wystarczającej do utrzymania resztkowych ilości chloru wolnego.

Ryzyko związane z nieprawidłowym obchodzeniem się z chlorem resztkowym

  • Zdrowie - chlor należy usunąć z wody używanej do dializy, aby zapobiec innym problemom zdrowotnym pacjenta, w tym zatrzymaniu krążenia.
  • Środowisko - nawet przy niskim poziomie chlor może powodować szkody dla środowiska, zwłaszcza dla organizmów żyjących w wodzie i glebie.
  • Konstrukcje - chlorki, które mogą tworzyć się w wyniku stosowania wody chlorowanej, sprzyjają powstawaniu pęknięć naprężeniowych w stali nierdzewnej, potencjalnie zagrażając wyposażeniu i konstrukcjom.
  • Farmacja - chlor może uszkodzić aktywne środki farmaceutyczne podczas produkcji, powodując niską jakość produktu lub jego całkowitą utratę.
  • Urządzenia do uzdatniania wody - w systemach uzdatniania wody chlor może niszczyć membrany do odwróconej osmozy i żywice jonowymienne.

Metody odchlorowania

Ze względu na szkodliwość chloru istnieją zastosowania wymagające „odchlorowania”. Odchlorowanie adsorpcyjne wykorzystuje węgiel aktywny do usuwania związków chloru. Odchlorowanie chemiczne wykorzystuje środki redukujące, takie jak siarczyny, wodorosiarczyny lub pirosiarczyny do niszczenia rodzajów chloru.

Które procesy wymagają monitorowania chloru?

Uzdatnianie i dystrybucja wody pitnej

Podczas wstępnego utleniania do wody źródłowej wpływającej do zakładu dodawany jest chlor (chlorowanie wstępne) w celu wytrącania minerałów na wstępnym etapie oczyszczania (poza dezynfekcją), aby pomóc w usunięciu substancji zawieszonych i rozpuszczonych przed filtracją. Woda jest następnie filtrowana w celu poprawy przejrzystości, a następnie ponownie chlorowana.

Aby chlor mógł działać skutecznie, jego stężenie przed i po filtracji (jak również pH, temperatura wody i czas kontaktu) muszą być monitorowane i kontrolowane. Większość oczyszczalni posiada komorę kontaktową (studnię do klarowania), gdzie wtryskiwany i mieszany jest chlor, który może pozostawać w kontakcie z wodą przez czas wymagany w zależności od temperatury, pH i rodzaju mikroorganizmów obecnych w wodzie. Czas kontaktu zapewnia powstanie chloru resztkowego przeznaczonego do utrzymania dezynfekcji wody wpływającej do zbiorników magazynowych i przesyłanej przez cały system dystrybucji.

Chlorowanie przed filtracją (chlorowanie wstępne) i po filtracji (chlorowanie wtórne) jest kontrolowane w wielu punktach całego procesu oczyszczania i systemu dystrybucji. Dodatkowe chlorowanie wody wodociągowej w sieci jest zwykle prowadzone na stacjach pomp/podnoszenia ciśnienia i musi być dokładnie monitorowane oraz kontrolowane.

Monitorowanie poziomu chloru w systemie dystrybucji jest konieczne w celu zapewnienia utrzymania odpowiedniego poziomu chloru resztkowego, aby spełnić wymogi obowiązujących norm dezynfekcji i zapewnić wyeliminowanie nadmiaru chloru.

Zalety używania chloru do dezynfekcji wody pitnej

  • Chlor eliminuje bakterie powodujące powstawanie śluzu, pleśni i alg, które powszechnie rosną w zbiornikach wodnych, na ściankach sieci wodociągowej i w zbiornikach do przechowywania wody.
  • Chlor jest silnym środkiem bakteriobójczym, obniżającym stężenie wielu mikroorganizmów chorobotwórczych w wodzie pitnej do odpowiedniego poziomu zgodnego z przepisami.
  • Chlor pomaga usunąć rozpuszczone żelazo i mangan z surowej wody.
  • Chlor ogranicza wiele nieprzyjemnych smaków i zapachów poprzez:
    • utlenianie naturalnych substancji organicznych, takich jak dające nieprzyjemny zapach algi, siarczki oraz zapachów gnijących resztek roślinnych.
    • niszczenie siarkowodoru o zapachu "zepsutych jaj"
    • usuwanie amoniaku i innych związków azotowych, które mogą powodować nieprzyjemny posmak.

Wady używania chloru do dezynfekcji wody pitnej

  • Chlor nie jest skuteczny przeciwko cryptosporidium, zagrażającemu życiu pasożytowi.
  • Podczas chlorowania, niepożądany amoniak może reagować z chlorem, tworząc chloroaminy, które obniżają potencjał dezynfekcji i mogą powodować problemy ze smakiem/zapachem, gdy nie są skutecznie monitorowane i kontrolowane.
  • Podczas reagowania z substancjami organicznymi w wodzie chlor może tworzyć produkty uboczne dezynfekcji ( DBP) które są uważane za szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Ze względu na te zagrożenia istnieją przepisy ograniczające poziomy DBP oraz stężenia chloru resztkowego w wodzie pitnej.
Widok oczyszczalni wody pitnej z lotu ptaka. Chlor jest używany do dezynfekcji.

Oczyszczanie ścieków

Chlorowanie stosuje się w końcowych etapach oczyszczania w celu zabicia patogenów oraz mikroorganizmów stosowanych na wcześniejszych etapach uzdatniania w celu zapobiegania rozprzestrzenianiu się chorób przenoszonych przez wodę. Do zmniejszenia toksyczności ścieków stosuje się odchlorowanie w celu zarządzania resztkami chloru i zapewnienia zgodności z przepisami przed odprowadzaniem ścieków do jezior, rzek lub oceanu. Chlor jest używany do utleniania cyjanków, które ulegają chlorowaniu.

Zbiornik wyrównawczy w zakładzie uzdatniania wody. Zbiorniki te są doskonałym narzędziem do monitorowania chloru i zapewnienia jego bezpiecznego poziomu przed uwolnieniem do środowiska.

Przemysłowe wieże chłodnicze

Poziom chloru musi być monitorowany i kontrolowany, ponieważ gdy jest on zbyt niski, rozwój organizmów biologicznych może spowodować niedrożność układu. Zbyt wysoki poziom chloru może z kolei doprowadzić do korozji lub innych uszkodzeń.

W wodnych wieżach chłodniczych chlor jest używany w celu ograniczenia wzrostu organizmów biologicznych oraz korozji wymienników ciepła.

Przetwórstwo spożywcze

Chlor jest często stosowany jako środek do dezynfekcji owoców, warzyw, drobiu i mięsa. Utrzymanie odpowiedniego stężenia chloru resztkowego jest niezbędne do optymalizacji mocy odkażania wody płuczącej. W recyrkulowanej wodzie używanej do kąpieli płuczącej podczas pasteryzacji po zakończeniu procesu pakowania gromadzą się zanieczyszczenia. W związku z tym konieczne jest utrzymanie chloru resztkowego w celu odkażania wody.

Cytryny są spryskiwane roztworem chloru w celu ich zdezynfekowania, gdy przesuwają się po taśmie.

Procesy czyszczenia na miejscu (CIP) stosowane w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym

Rury i zbiorniki stosowane w procesach przemysłowych są okresowo czyszczone i dezynfekowane w procedurze „czyszczenia na miejscu” (CIP). Chlor musi być monitorowany w celu zapewnienia, że roztwór używany do procedury CIP zawiera stężenie odpowiednie do dezynfekcji oraz zapobiegające zanieczyszczeniu produktów z powodu braku lub nadmiaru chloru.

W laboratoriach z wieloma stacjami zlewczymi wykorzystywany jest proces czyszczenia na miejscu przy użyciu roztworu chloru CIP.

W jaki sposób monitorowany jest chlor?


Analizator chloru CL17sc

Kolorymetria

Ogólnie rzecz biorąc, ta metoda optyczna wykorzystuje pomiary natężenia koloru do określenia stężenia chloru w roztworze. Po dodaniu do próbki odpowiednich roztworów buforowych i wskaźnikowych następuje reakcja, która powoduje uzyskanie koloru, którego natężenie jest proporcjonalne do stężenia chloru. Intensywność koloru jest mierzona wzrokowo, przy użyciu kolorymetru lub spektrofotometru. Metoda ta jest podatna na zakłócenia spowodowane barwą i mętnością próbki, a także obecnością innych substancji chemicznych oprócz chloru, reagujących równolegle ze wskaźnikiem.

Metoda DPD

Metoda DPD to najczęściej stosowana metoda kolorymetryczna do pomiaru chloru. Można jej używać do pomiaru chloru wolnego i całkowitego za pomocą przyrządów polowych, laboratoryjnych i internetowych. Jednakże metoda DPD jest podatna na zakłócenia ze strony innych utleniaczy, takich jak mangan, chrom i chloroaminy.

Metoda indofenolowa

Metoda indofenolowa, selektywna dla monochloroaminy, może być stosowana do pomiaru monochloroaminy i wolnego amoniaku, a także wolnego chloru. Monochloroamina jest oznaczana bezpośrednio, podczas gdy oznaczanie zarówno wolnego chloru, jak i wolnego amoniaku w tej samej próbce wymaga użycia dodatkowego odczynnika w celu przekształcenia wolnego amoniaku w monochloroaminę. Wolny chlor może być również mierzony metodą indofenolową za pomocą systemu dwuodczynnikowego, który nie jest podatny na zakłócenia wpływające na metodę DPD. Metoda ta jest jednak dostępna tylko dla analiz laboratoryjnych lub polowych, ale nie dla analizatorów online.


Pakiet aplikacyjny Hach do miareczkowania amperometrycznego: wolny i całkowity chlor, dwutlenek chloru, chloryt i siarczek (Autocat)

Miareczkowanie

Metoda ta określa stężenie chloru na podstawie zakończenia reakcji chemicznej między chlorem a titrantem dodanym do próbki. Titrant jest dodawany stopniowo aż do zakończenia reakcji. Punkt końcowy (lub punkt równoważnikowy) jest punktem, w którym titrant i chlor są zrównoważone. Punkt równoważnikowy można określić wzrokowo, używając kolorowego wskaźnika, albo za pomocą czujnika elektrochemicznego. Ręczne, wzrokowe pomiary są mniej precyzyjne i bardziej podatne na zakłócenia spowodowane barwą lub mętnością próbki, podczas gdy miareczkowanie z użyciem elektrod zapewnia dokładniejsze wyniki i nie jest podatne na te zakłócenia.

Metoda DPD-FEAS

Metoda DPD-FEAS wykorzystuje purpurowy wskaźnik wizualny miareczkowany do uzyskania bezbarwnego punktu końcowego. Metoda ta mierzy wolny i całkowity chlor.

Metoda jodometryczna

Metoda jodometryczna wykorzystuje niebieski wskaźnik wizualny, który znika w punkcie końcowym miareczkowania. Metoda ta jest zwykle stosowana do pomiaru wysokich stężeń chloru całkowitego.

Amperometryczna

Metoda reprezentuje miareczkowanie amperometryczne w celu ręcznego lub automatycznego określenia punktu końcowego. Do elektrody przykład się niewielkie napięcie, a punkt końcowy jest oznaczany przy zmianie natężenia prądu wynikającej z redukcji chloru przez titrant (tlenek fenyloarsyny). Mierzone zmiany natężenia prądu i objętości titrantu odpowiadają stężeniu chloru. Metoda ta oferuje procedury pomiaru zarówno chloru wolnego, jak i całkowitego, dwutlenku chloru i chlorynu, podczas stosowania procedur miareczkowania zwykłego i wstecznego.


Amperometryczny analizator chloru Hach CL10sc

Amperometria online

Metoda elektrochemiczna mierzy zmianę natężenia prądu elektrycznego wynikającą z reakcji chemicznych na elektrodach, przy czym prąd jest proporcjonalny do stężenia chloru. Dostępne są różne typy czujników amperometrycznych, co zapewnia lepszy dobór dla różnych rodzajów chloru. Metoda ta nie jest podatna na zakłócenia spowodowane barwą lub mętnością próbki, jednak powierzchnia czujnika mająca kontakt z próbką jest podatna na zanieczyszczenie. Niektóre analizatory amperometryczne nie wymagają odczynników. Czujniki amperometryczne wymagają konserwacji i muszą być kalibrowane na miejscu z częstotliwością zależną od zastosowania.

Często zadawane pytania

Co to jest monochloroamina i jak jest używana do dezynfekcji wody?

Monochloroamina to środek dezynfekujący powszechnie stosowany jako alternatywa dla wolnego chloru do dezynfekcji wody pitnej, głównie dlatego, że monochloroamina tworzy mniej DBP niż wolny chlor.

Termin „chloroaminy” używany w branży uzdatniania wody określa trzy główne związki, które mogą powstać w wyniku reakcji amoniaku z chlorem: monochloroaminę, dichloroaminę i trichloroaminę. Chociaż monochloroamina jest docelowym środkiem dezynfekującym, gdy chlorowanie nie jest odpowiednio kontrolowane, inne niepożądane związki mogą pojawić się w chlorowanych systemach wód gruntowych zawierających naturalny amoniak oraz w chlorowanych ściekach. Należy zauważyć, że chloroaminy odnoszą się do grupy związków, a nie do jednej substancji. Bardziej technicznym opisem dla tej grupy byłoby „nieorganiczne chloroaminy”, aby odróżnić je od organicznych chloroamin, które mają małe lub zerowe zdolności do dezynfekcji. Powszechnie przyjmuje się, że gdy chlor jest stale dodawany do wody zawierającej amoniak, chloroaminy tworzą się sekwencyjnie, tj. najpierw monochloroamina, następnie dichloroamina i wreszcie trichloroamina. Proces ten jest jednak odwrotny, gdy amoniak jest dodawany do wody chlorowanej. chlorowania Proces jest bardzo złożony i wymaga znacznie bardziej zaangażowanego monitorowania w celu skutecznego kontrolowania.

Celem chlorowania jest pełne uformowanie monochloroaminy przy uniknięciu innych chloroamin. Stosunek masy 5:1 Cl 2 :N jest uznany za optymalną proporcję, pozwalającą uniknąć tworzenia się dichloroaminy (problemy ze smakiem i zapachem), zmniejszyć do minimum stężenie nieprzereagowanego amoniaku i kontrolować tworzenie się warstwy biologicznej i nitryfikację w dalszej części instalacji.

Co może powodować pozytywne wyniki w metodzie DPD, gdy w próbce nie ma chloru?

Inne utleniacze, takie jak brom, jod, ozon, dwutlenek chloru i niektóre metale lub nadtlenek wodoru, mogą reagować z DPD w różnych sytuacjach, powodując fałszywe pozytywne wyniki. Najczęściej zakłócenia powoduje utleniony mangan, który można skorygować poprzez poddanie próbki działaniu jodku potasu i arsenu sodu. Światło słoneczne może reagować ze wskaźnikiem DPD podczas 3-minutowej reakcji dla całkowitego chloru (próbkę należy przykryć na czas reakcji, jeśli badanie jest przeprowadzane na zewnątrz).

W zakresach niskiego stężenia chloru rozpuszczony tlen może powodować zakłócenia, zwłaszcza w bezpośrednim świetle słonecznym. Jeśli w kolorymetrze lub spektrofotometrze stosowana jest metoda ULR (Ultra-Low Range), należy upewnić się, że została określona i odliczona od wyników analizy próbki ślepa próba odczynnika z użyciem wody dejonizowanej. Dobrym pomysłem jest również użycie tej samej kuwety do zerowania przyrządu i odczytu stężenia próbki. Pozwala to uniknąć wszelkich efektów, które mogą wynikać tylko z różnic optycznych pomiędzy kuwetą zerowania a kuwetą pomiarową.

Kiedy do oznaczania wolnego chloru zalecane jest użycie odczynnika indofenolowego zamiast odczynnika DPD?

Istnieje kilka powodów, aby w metodzie Hach 10241 do oznaczania wolnego chloru wykorzystać reakcję indofenolową zamiast DPD:

  • Oznaczanie resztkowego wolnego chloru w obecności manganu i innychutleniaczy, które zakłócają kolorymetryczne metody DPD oraz metody DPD i miareczkowania amperometrycznego wolnego chloru. Stosowane do wody pitnej, chlorowanej wody pitnej, wody basenowej i oczyszczonych ścieków.
  • Oznaczanie wolnego chloru w obecności chloroamin (wolny chlor powinien obficie występować w próbce wody). Chloroaminy reagują ze wskaźnikiem chloru wolnego DPD. Ich obecność powoduje, że kolor wynikowy jest niestabilny, a jego natężenie powoli się zwiększa wraz z upływem czasu. Stopień zakłóceń zależy od stężenia chloroamin, ich struktury, pH i temperatury próbki, co utrudnia przewidywanie poziomu zakłóceń względem rzeczywistej wartości wolnego chloru.

Metoda indofenolowa dla wolnego chloru wykorzystuje roztwór odczynnika freechlor F w celu szybkiego konwertowania wolnego chloru obecnego w próbce na monochloroaminę. Utworzona monochloroamina jest następnie oznaczana za pomocą odczynnika monochlor F, który jest specyficzny dla monochloroaminy. Mangan, inne chloroaminy i chlorowane aminy organiczne nie reagują z odczynnikiem monochlor F i w związku z tym nie zakłócają oznaczenia wolnego chloru. Ślepa próba z użyciem monochlor F służy do skompensowania wszelkich monochloroamin obecnych w oryginalnej próbce.

Kiedy należy zmierzyć chlor ogólny?

Całkowity chlor jest zwykle mierzony w systemach wykorzystujących chlorowanie, gdy celowo jest używana reakcja chloru z amoniakiem. Całkowity chlor jest sumą chloru wolnego i chloroamin nieorganicznych. Jeśli poziomy chloru mają być zgłaszane instytucji regulacyjnych, zaleca się potwierdzenie, jaką formę chloru (wolnego lub całkowitego) należy mierzyć i której metodologii należy używać do analizy.

Kiedy należy mierzyć wolny chlor?

Wolny chlor jest zwykle mierzony w systemach wody pitnej wykorzystujących chlor lub podchloryn sodu do dezynfekcji, aby sprawdzić, czy woda zawiera wystarczającą ilość środka dezynfekującego. Typowe poziomy wolnego chloru resztkowego w wodzie pitnej wynoszą 0,2 - 2,0 mg/L Cl 2 , chociaż mogą wynosić nawet 4,0 mg/L na wlocie (POE). Jeśli poziomy chloru mają być zgłaszane instytucji regulacyjnych, zaleca się potwierdzenie, jaką formę chloru (wolnego lub całkowitego) należy mierzyć i której metodologii należy używać do analizy.