Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1.9: Хлорамінування та нітрифікація

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    105278

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    Прочитавши цю главу, ви зможете пояснити та визначити наступні теми:

    • Чому було застосовано лікування хлораміном, (підказка) формування DBP
    • Застосування аміаку в водопідготовці
    • Хлорування точки зупину
    • нітрифікація

    Професія водопідготовки постійно розвивається і безперервно перебуває в русі. Досягнення в науці та лабораторних процедурах допомагають фахівцям з води знайти складові в питній воді, які можуть бути шкідливими для людини. Ми приймаємо як належне той факт, що чиста питна вода буде текти при включенні крана.

    В даний час хлор є найкращим дезінфікуючим засобом. Однак використання хлору викликає будь-яку кількість дезінфікуючих побічних продуктів (ДБП). Багато з DBP не досліджувалися і не регулярно контролюються. У міру вдосконалення методів скринінгу цілком ймовірно, що в майбутньому буде регулюватися більше можливих ДБП. Тригалометани (THM) є DBP дезінфекції хлором і класифікуються як леткі органічні хімічні речовини. Підвищення рівня THM у сирої води збільшує використання хлораміну як бажаного дезінфікуючого засобу. У цьому розділі ми обговоримо дезінфекцію хлораміном та пов'язані з цим проблеми, які виникають при її впровадженні. Нічого простого в очищенні води не буває.

    Навіщо використовувати хлораміни?

    Як обговорювалося, хлор використовується з великою ефективністю при очищенні води протягом багатьох років у Сполучених Штатах. Однак останнім часом багато водних агентств переходять на лікування хлораміном. Тепер ось поворот; вони зробили це тому, що повинні, а не тому, що вони обов'язково хочуть. Коли природна органічна речовина реагує з хлором, це може призвести до утворення ДБП, зокрема тригалометанів (THM) та галооцтових кислот (HAA5). Вважається, що слід уникати тривалого впливу цих ДБП, оскільки це може призвести до раку.

    Через імплементацію правила DBP 2 етапу в 2012 році багато водних агентств більше не могли відповідати встановленим нормативним лімітам, якщо вони продовжують використовувати хлор як первинний дезінфікуючий засіб. Щоб продовжувати використовувати хлор самостійно, потрібно було б використовувати посилену коагуляцію, але її ефективність обмежена. Поглинання вуглецю або GAC також є рішенням, але це дуже дорого, і, таким чином, не використовується більшими водоочисними спорудами. Інший варіант - обмежити контакт з водою та хлором, але це обмежується попитом на хлор. Останній і найефективніший варіант - використання хлораміну.

    Лікування хлораміном також ефективно обмежує проблеми зі смаком та запахом у готовій воді. Коли вільний хлор реагує з фенолом, це може спричинити проблеми зі смаком та запахом. Дезінфекція хлораміном не така сильна дезінфікуючий засіб, як вільний хлор, діоксид хлору або озон, але вона залишає найтриваліший залишок у готовій воді. Через слабшу дезінфікуючу силу хлораміну його часто додають безпосередньо перед тим, як оброблена вода потрапляє в прозору свердловину для зберігання. При впровадженні цього методу оператор повинен переконатися, що рівні THM є достатньо низькими, щоб не порушувати жодних правил. Визначення найбільш ефективного способу лікування питної води, залишаючись при цьому в дотриманні - складне і складне завдання.

    Хлорамін Хімія

    Хлор реагує з низкою речовин у воді, включаючи розчинені органічні речовини, тверді частинки органічних речовин, залізо, нітрит, сульфід та аміак. Він реагує, забираючи у них електрон. Аміак у водопостачанні небажаний, оскільки він знімає залишок хлору, який потім вимагає необхідності використовувати більше хлору. Що робить лікування хлораміном настільки ефективним, - це швидке утворення хлору аміаком (NH 3). (Аміак - це з'єднання азоту та водню.)

    \[\ce{Cl2 + NH3 → NH2Cl + HCl}\]

    Зверніть увагу, що монохлорамін виражається у вигляді\(\ce{NH2Cl.}\)

    Вага одиниці хлору становить 70, а одинична вага азоту - 14. Коли застосовується обробка хлораміном, співвідношення хлору до аміаку завжди буде 5:1, оскільки 5 мг/л хлору завжди буде поєднуватися з 1,0 мг/л аміаку. (70 ÷ 14 = 5) Ви часто чуєте монохлораміни, які називають комбінованим хлором через цю реакцію.

    Нижче наведено перелік термінів, що стосуються дезінфекції хлораміном:

    • Вільний хлор: Cl 2 (Вільний хлор може стосуватися газоподібного, гіпохлориту натрію або гіпохлориту кальцію.) Якщо ви використовуєте гіпохлорит, пам'ятайте, що ви повинні дозувати воду, щоб досягти 100 відсотків вільного хлору.
    • Монохлорамін: NH 2 Cl або комбінований хлор. Хлорамін з найменшими проблемами смаку і запаху.
    • Вільний аміак: Аміак NH 3 вимірюється як азот
    • Хлор: Співвідношення аміаку: загальний хлор до загального аміачного азоту. Ви завжди будете орієнтуватися на співвідношення 5:1, щоб уникнути надлишку вільного хлору або вільного азоту у водопостачанні.

    Хлорування точки зупину

    Крива хлорування точки розриву - це візуальне уявлення про здатність хлору реагувати з різними сполуками, утворюючи комбінований залишок хлору або повністю реагувати зі сполуками, утворюючи вільний залишок хлору. Використовуючи вільний доступний хлор як дезінфікуючий засіб, ми хочемо залишатися осторонь комбінованої кривої. Деякі водні агентства купують імпортну воду, яка має комбінований залишок. Щоб обробити воду більш ефективно або виключити можливість нітрифікації, деякі з цих установ додають хлор, щоб «зламати» до вільного залишку хлору. Більш детально ми обговоримо нітрифікацію пізніше в цьому розділі.

    Графік хлорування точки зупину - текстовий опис слідує за зображенням.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Крива хлорування точки зупину. Ця крива представляє здатність хлору мати або комбінований залишковий, або вільний залишок. Зображення Департаменту прем'єр-міністрів та Кабінету Міністрів Нового Південного Уельсу ліцензовано відповідно до CC BY 4.0

    Поширеною проблемою, з якою стикаються оператори при використанні комбінованого хлору, є «перелом» до вільного хлору шляхом неправильної діагностики проблем на очисній споруді. Наприклад, оператор дивиться на екран наглядового контролю та збору даних (SCADA). (SCADA - це комп'ютерна система, яка контролює і контролює завод.) Заради зручності назвемо цього оператора #1. Він або вона помічає, що залишки стічних вод хлору починають падати. Оператор #1 не знав, що попередній оператор (Оператор #2) підвищив дозу хлору за кілька годин до цього. З доданою дозою хлору залишок хлору «знижувався», коли він наближався до розриву. Якщо оператор #1 панікує і знову підніме дозу хлору, комбінований залишок хлору знизиться ще більше.

    Важливо пам'ятати, що є багато речей, на які слід звернути увагу, якщо ваша доза хлору знижується. Це може бути дуже проблемою з вашим кормом хлору, але є багато інших варіантів, які слід розглянути. Якщо ви перевірите систему подачі хлору, і все працює нормально, у вас може виникнути проблема з системою подачі аміаку. Багато сучасних водоочисних споруд мають вбудовані в систему SCADA розрахунки, які полегшують дозування хлораміну. Обов'язково йдіть на екран із співвідношенням хлор: аміак: щоб переконатися, що він налаштований правильно.

    Нарешті, вільний хлор завжди є кращим дезінфікуючим засобом, оскільки він у 25 разів сильніший дезінфікуючий засіб, ніж хлораміни. Однак хлораміни тримаються набагато довше в системі розподілу. Існує кілька факторів, які можуть призвести до зниження залишкового хлору. Збільшення біологічного зростання можливо, але ви повинні побачити інші ознаки, такі як збільшення каламутності. Найпоширенішою проблемою при обробці хлораміном зі зменшенням залишку хлору є помилка оператора або проблема з процесом очищення води.

    нітрифікація

    Нітрифікація - це процес, при якому бактерії зменшують аміак та органічний азот у очищеній воді в нітрат, а потім нітрит. Цей стан зазвичай виникає в літні місяці, коли температура води вище. Він може виникати і при неправильному обороті водойм, коли є високий вміст аміаку, і в темних середовищах - типовому для більшості водойм умова.

    Цей стан є одним з недоліків лікування хлораміном. Нітрати та нітрити - це неорганічні хімічні речовини, регульовані стандартами первинної питної води. MCL (максимальний рівень забруднення) для нітрату становить 10 ppm, а MCL для нітриту - 1 проміле. Високий рівень нітратів та нітритів у питній воді може призвести до метгемоглобінемії, також відомої як «синдром синьої дитини». Цей стан вражає немовлят до шести місяців, які споживають воду, забруднену нітратами та нітритами. Кров немовляти не в змозі переносити достатню кількість кисню до клітин крові і тканин в їх організмі.

    Стан нітрифікації - це повторюваний цикл, який може призвести до повної втрати залишкового хлораміну в системі розподілу та в резервуарах для зберігання води. Якби це сталося, всю воду в системі довелося б скинути, і це була б повна втрата. Як оператор, це те, чого ви ніколи не хочете статися. Це не тільки втрата грошей для вашої компанії, але це може призвести до спалаху метгемоглобінемії. Цикл нижче:

    Розпад хлораміну → Вивільнення аміаку → окислення аміаку до нітриту від окислювальних бактерій → Збільшення біомаси → (назад до розпаду хлораміну, поки не з'явиться можливість повної втрати залишкового)

    Деякі ранні показники нітрифікації:

    • Зниження залишкового хлораміну
    • Збільшення кількості бактеріальних гетеротрофних пластин
    • Надлишок аміаку в очищеній воді
    • Загальні зразки коліформних позитивних

    Підсумовуючи, нітрифікація може викликати різноманітні проблеми і порушення всередині водопровідної системи. Що ми можемо зробити, як оператори, щоб мінімізувати будь-які шанси нітрифікації від виникнення? Є кілька кроків, які кожен оператор може зробити, щоб уникнути нітрифікації. По-перше, ви хочете мінімізувати вільний аміак в очищеній воді. Відбір проб та обладнання навколо очисної споруди допоможуть операторам визначити, чи є занадто багато вільного аміаку в очищеній воді.

    По-друге, оператори завжди повинні підтримувати хороший залишок хлору. Хіба це не назва гри? Звичайно, але це простіше сказати, ніж зробити в деяких випадках. Багато компаній з очищення води зменшать цільовий залишок хлору влітку, щоб заощадити на витратах, оскільки дезінфікуючий засіб працює ефективніше протягом літніх місяців. Це хороша практика в теорії, але не обов'язково найкраща практика, якщо ви працюєте з хлорамінами і намагаєтеся боротися з нітрифікацією.

    Зменшення віку води - третій крок, який оператори можуть використовувати для боротьби з нітрифікацією. Це можна зробити за допомогою велосипедних водойм у літні місяці та виводячи водойми з експлуатації взимку, коли потреба у воді нижча. Оператори розподілу постійно балансують, підтримуючи хорошу кількість води для пожежного потоку та попиту, а також циклічні резервуари для боротьби з нітрифікацією. Хороша практика - взяти всі водойми в системі розподілу і розділити її на третини. У будь-який даний момент протягом доби 1/3 водойм заповнені, 1/3 знаходяться в середньому діапазоні, а 1/3 знаходяться в нижньому діапазоні. Це дозволяє операторам кругообігу води, зберігаючи воду в системі.

    Останній крок - підтримувати систему водопостачання в чистоті. Це може бути досягнуто шляхом промивання тупиків, щоб запобігти зниженню залишків хлору в кінці розподільної системи. Підвищення хлору шляхом додавання його безпосередньо до резервуара також є варіантом, але не завжди найкращою практикою. Проблема цього методу полягає в тому, що він може призвести до короткого замикання. Хлор повинен змішуватися адекватно, щоб бути ефективним. Змішування може бути здійснено шляхом додавання механічних змішувачів у резервуар, щоб вода рухалася та запобігала короткому замиканню. Хлор також може бути доданий у вхідний отвір резервуара, тому тиск води діє як змішувач.

    змішувач резервуара для води
    Гідрант промивання
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): (зліва) приклад водоємного змішувача, використовуваного для кругообігу води і запобігання короткого замикання. (праворуч) Змив гідранта (CC0)

    Змив гідранта - метод, який можна використовувати для позбавлення від застояної води на кінцях розподільної системи. Застій води може призвести до зниження залишків хлору та можливої нітрифікації.

    Підсумовуючи, використання хлорамінів як дезінфікуючого засобу використовується багатьма водними агентствами США для запобігання утворенню DBP. Це не найідеальніший дезінфікуючий засіб, але він має деякі переваги. Дезінфекція хлораміном обмежує утворення DBP і має більш тривалий залишок дезінфікуючого засобу. Це може бути корисно для великих систем, де вода повинна долати великі відстані, щоб дістатися до сховища.

    До недоліків відносять труднощі в ефективному управлінні кривою хлорування точки зупину та управлінні нітрифікацією. Завдяки досягненням у тестуванні якості води та більш суворим нормам щодо ДБП, обробка хлораміном є і надалі буде більш популярним варіантом очищення води.

    Огляд глави

    1. Яке цільове співвідношення хлору до аміаку?
      1. 2:1
      2. 3:1
      3. 4:1
      4. 5:1
    2. Що таке MCL для нітратів?
      1. 1 проміле
      2. 10 проміле
      3. 5 проміле
      4. Жодне з перерахованих вище
    3. Яка атомна маса хлору?
      1. 70
      2. 14
      3. 65
      4. 20
    4. Який дезінфікуючий засіб має найтриваліший залишок?
      1. Озон
      2. хлор
      3. хлорамін
      4. Діоксид хлору
    5. Які деякі ранні показники нітрифікації?
      1. Зниження залишкового хлору
      2. Надлишок аміаку в обробленої воді
      3. Підвищення кількості бактеріальних гетеротрофних пластин
      4. Все вищесказане
    6. Як класифікуються THM?
      1. Помутніння
      2. Радіологічні
      3. Летючі органічні хімічні речовини
      4. Солі
    7. Який метод можуть використовувати оператори для боротьби з нітрифікацією?
      1. Нижня мішень залишкового хлору
      2. Зберігайте рівень резервуара статичним
      3. Мінімізувати вільний аміак у очищеній воді
      4. Збільшити вік води
    8. У скільки разів сильніший хлор в порівнянні з монохлораміном?
      1. 25 разів
      2. 20 разів
      3. 15 разів
      4. 5 разів