Transcript Dezynfekcja chlorem i dwutlenkiem chloru

Dezynfekcja z użyciem chloru i
dwutlenku chloru
– Doświadczenia i przykłady –
Dr.-Ing. Burkhard Wricke
E-Mail: [email protected]
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Treść
• Wprowadzenie
• Dezynfekcja z użyciem chloru i
podchlorynów
• Dezynfekcja z użyciem dwutlenku
chloru
• Przykłady zastosowania
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Rozwój w Niemczech
• Dezynfekcja tylko w ok. 50 % zakładów
wodociągowych
• Najczęściej stosowane jest chlorowanie.
• Wzrasta zastosowanie dwutlenku chloru i
dezynfekcji promieniem UV.
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Technika zastosowania chloru
• Dozowanie chloru (DIN EN 937, W623)
• Dozowanie podchlorynu sodu (DIN EN 901,
W623)
• Dozowanie podchlorynu wapnia (DIN EN 900,
W623)
• Wytworzenie w elektrolizie i dozowanie chloru
gazowego, roztworów chloru i roztworów
podchlorynu sodu (W229, W623)
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Stężenie dozowanych roztworów
• standardowy
roztwór podchlorynu sodu
• elektroliza membranowa1)
• elektroliza komorowa
150 g/l wolnego chloru
20 – 30 g/l wolnego chloru
5 – 8 g/l wolnego chloru
przy zastosowaniu rozcieńczonego roztworu kwasu
solnego lub podchlorynu sodu ok. 1g /l
1)
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Granice zastosowania chlorowania określa się
przez następujące parametry jakościowe wody:
- Wartość pH
- Stężenie amonu
- Stężenie i struktura huminów
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Reakcje chloru przy dozowaniu
do wody
Cl2
+
H2O
NaOCl
+
HOCl +
H2O
H2O
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
HOCl
+ HCl
HOCl
+ NaOH
H3O+
+ OCl-
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Równowaga Cl2-HClO-ClO w wodzie przy
wprowadzeniu Cl2 z [Cl-] = 1mval/l (z Axt 1970)
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Reakcje chloru z amonem
NH4+ + HOCl
NH2Cl + H2O
NH2Cl + HOCl
NHCl2 + H2O
NHCl + HOCl
NCl3 + H2O
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Schemat punktu przegięcia chlorowania
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Partnerzy reakcji i produkty
reakcji chloru
Prekursory
- związki huminowe (DOC)
- glony
- pozakomórkowe produkty
metabolizmu glonów
Produkty reakcji
- Trihalogenometany (haloformy)
 Chloroform
 Bromoform
 Monobromodichlorometan
 Dibromomonochlorometan
- Kwas trichlorooctowy



- AOX (adsorbowalne organiczne
związki halogenowe)
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Czynniki wpływające na
tworzenie się haloformów
• Stężenie i rodzaj prekursorów
• Wartość pH
• Temperatura
• Stężenie bromku
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlor und Hypochlorite
Minimalne tworzenie się THM po 24
godzinach w wybranych wodociągach
Suma THM [mg/m³]
50
40
Wodociąg A
30
20
Wodociąg B
Wodociąg C
10
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
DOC [mg/L]
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Powody coraz częstszego
zastosowania dwutlenku chloru
• Uniknięcie lub zmniejszenie tworzenia się THM
• W odróżnieniu od chloru: lepsze działanie przy
wyższych wartościach pH
• Mniejszy wpływ na zapach i smak przy
zastosowaniu wody powierzchniowej w
uzdatnianiu wody do spożycia
• Zaawansowana technologia wytwarzania i
dozowania
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Potencjał redoks [mV]
Potencjał redoks dwutlenku chloru i
chloru w zależności od wartości pH
1200
Cl2/Cl-
ClO2/ClO2-
1000
800
600
400
2
4
6
8
10
12
wartość pH
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Metody wytwarzania
dwutlenku chloru
Reakcja chloryn/kwas
5 NaClO2 + 4 HCl
4 ClO2 + 5 NaCl + 2H2O
Reakcja chloryn/chlor
2 NaClO2 + Cl2
2 ClO2 + 2 NaCl
Reakcja chloryn/peroksodisiarczan
2 NaClO2 + Na2S2O8
2 ClO2 + 2 Na2SO4
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Instalacja dwutlenku chloru wytwarzanego w
reakcji chloryn/kwas z proporcjonalną do
przepływu regulacją (Źródło: www.prominent.de)
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Reakcje dwutlenku chloru
Powstawanie chlorynu:
ClO2 + e
= ClO2Powstawanie chloranu:
6 ClO2 + 3 H2O = 5 HClO3 + HCl
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Tworzenie się chlorynu przy różnych
wartościach pH
250
pH = 8,3 (ClO2: 0,4 mg/L;
Kontaktzeit: 0,5 h)
pH = 5,4 (ClO2: 0,4 mg/L;
Kontaktzeit. 0,5 h)
Chloryn w µg/L
200
150
100
50
0
0
0,5
1
1,5
DOC w mg/L
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
2
2,5
3
TZW
Desinfektion mit chemischen Stoffen – Chlordioxid
Reakcja chemiczna z substancjami
istniejącymi w wodzie
Chlor
Dwutlenek chloru
Amon
Chloramin
Brak reakcji
Fenole
Chlorofenol
Utlenianie
Związki
huminowe
Żelazo-II,
Mangan-II
Chlorowanie,
THM, AOX
Utlenianie
Utlenianie
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
Utlenianie
TZW
Desinfektionswirkung
Wartości c.t dla uśmiercenia lub
dezaktywacji patogenów
Metoda
dezynfekcji
Bakterie
Chlor pH 7
0,08
Dwutlenek chloru
Ozon
0,13
0,02
Pasożyty
Wirusy
Giardia Cryptosporidiumsporidium
40–230*
brak
8–12*
eliminacji
7 – 42*
40
2,8–8,4*
0,6–1,0*
4,4 – 40*
0,9
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Desinfektionswirkung
Teoretyczne wartości c.t przy
niemieckich wymaganiach
dot. dezynfekcji
Wielkość
dawki
Stężenie po
dezynfekcji
Wartość c.t
Dawka
chloru
0,3 – 1,2 mg/l
0,1 mg/l
6 – 20
Dwutlenek
chloru
0,2 – 0,4 mg/l
Ozon
1 – 10 mg/l
Dezynfekcja
po 30 min
0,05 mg/l
4–7
po 30 min
0,4 mg/l
po 10 min
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
7 – 50
TZW
Zakres i warunki graniczne
zastosowania chloru, związków chloru
i dwutlenku chloru
Środek/metoda
dezynfekcji
Zakres
zastosowania
Chlor i związki
chloru
-
Dwutlenek chloru
-
dozwolona
dawka
pH < 8,0
- 1,2 mg/l Cl2
Amon
(6,0 mg/l Cl2)
< 0,1 mg/l
- DOC  2,5mg/l
cały zakres pH - 0,4 mg/l ClO2
DOC  2,5mg/l
Mn < 5 µg/l
Najwyższe stężenie Produkty uboczne
Biuletyny lub
po uzdatnianiu
arkusze robocze
DVGW
- max. 0,3 mg/l Cl2
- THM i inne
W 229,
organiczne
- min. 0,1 mg/l Cl2
W 295,
związki
chloru
(max. 0,6 mg/l Cl2)
W 296
- związki
i W 623
biodegradowalne
- max. 0,2 mg/l ClO2 - chloryn
W 224
- min. 0,05 mg/l ClO2 - związki
i W 624
biodegradowalne
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Przykład 1:
Wpływ dozowania dwutlenku chloru
na tworzenie się związków
biodegradowalnych
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
System dezynfekcji w austriackim
zakładzie wodociągowym
ClO2
HB
O3
WW
ClO2
ClO2
HB
HB
ClO2
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Wpływ systemu dezynfekcji na
liczbę kolonii
300
Liczba kolonii 22°C [KBE/ml]
WW Ausgang
Hochbehälter
250
Netzendpunkt
Początek
dezynfekcji ClO2
200
150
100
50
0
Mai Jul 97
Okt
97
97
Feb
98
Aug
98
Feb
99
Aug
99
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
Nov
99
Mai
00
Okt
00
TZW
Przykład 2:
Przykład zażaleń dot. zapachu wody przy
zastosowaniu chloru i dwutlenku chloru
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Przykład 3:
Możliwości wyeliminowania amonu w
uzdatnianiu w celu zapewnienia
skutecznej dezynfekcji przy
zastosowaniu chloru
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Charakterystyka wody
gruntowej
Możliwe etapy uzdatniania
Uwagi
Napowietrzanie (otwarte lub
zamknięte)
Otwarte: Woda surowa zawierająca wodorosiarczki
i/lub metan, w której nie ma równowagi wapń-kwas
węglowy; Zamknięte: Woda surowcowa z równowagą
wapń-kwas węglowy
Filtracja szybka (zwykle filtr
jednowarstwowy)
Odżelazianie, nitryfikacja i odmanganianie w złożu
filtrującym, w miarę możliwości unikać utleniania
metanu w filtrze
NH4+ > 2 – 4
mg/l
Filtracja jednostopniowa: poddawanie
działaniu technicznego tlenu
Filtracja dwustopniowa:
Napowietrzenie przed każdym
etapem filtracji, ewentualnie użycie
zamkniętego filtra ciśnieniowego
Filtracja sucha
Patrz wyżej.
Przy dużym ciśnieniu filtra, ewentualnie też przy
jednostopniowej filtracji napowietrzanie ciśnieniowe
wystarczające
Przy dwustopniowej filtracji zazwyczaj odżelazianie w
1. etapie, nitryfikacja i odmanganianie w 2. etapie
NH4+ > 4,0 mg/l
Filtracja jednostopniowa: poddawanie
działaniu technicznego tlenu
Filtracja dwustopniowa: poddawanie
działaniu technicznego tlenu
Filtracja sucha
Napowietrzanie ciśnieniowe zwykle niewystarczające
nawet przy dwustopniowej filtracji
NH4+ < 2 mg/l
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW
Streszczenie
• Granice zastosowania chloru i dwutlenku chloru są
określone przez cechy wody.
• Działanie chloru jest mniej skuteczne w wysokim
pH (> 8) i zwiększonym stężeniu amonu. W takich
warunkach lepiej zastosować dwutlenek chloru.
• Tworzenie się produktów ubocznych jest dla chloru
określone przez DOC, zawartość bromku i dawkę
chloru, a dla dwutlenku chloru przez DOC, wartość
pH i dawkę dwutlenku chloru.
• W odróżnieniu od chloru, dwutlenek chloru
wykazuje mniejszy potencjał tworzenia substancji
zmieniających smak i zapach wody.
Technologiezentrum Wasser - Außenstelle Dresden
TZW