Хлор у воді: бути чи не бути?

Кузьмінчук Анна

аспірант кафедри ТНР,В та ХЗТ НТУУ "КПІ"

 

Останнім часом ведеться багато розмов про традиційний процес знезараження води хлором. Сьогодні ми поговоримо про те, що таке "хлорування води без хлору"? Чи існують альтернативи хлорним реагентам для знезараження води та чому вони не підходять для централізованої водопідготовки в Україні? Також розглянемо вплив побічних продуктів хлорування на людський організм і методи видалення хлорорганіки з води, як в побутових умовах, так і на станціях централізованої водопідготовки.

Як хлор зупинив епідемію тифу?

 

Історія застосування хлору для знезараження води є одним з наукових відкриттів, які змінили світ. Перший раз ідея додавання в воду гіпохлориту кальцію (хлорного вапна) виникла в 1984 році у хіміка Моріца Траубе, який допустив, що таким чином можна отримати воду вільну від мікроорганізмів ("germ free" water). Першим містом, де вся вода почала оброблятися хлором став Мейдстон в Англії в 1897 році, що дозволило зупинити епідемію тифу, основним джерелом розповсюдження якого була вода. Спочатку дезінфекція води хлором почала активно застосовуватися в Англії, потім в США, а на початку XX століття набула популярності  у всьому світі. Пізніше змінювалися лише хлоровмісні реагенти та системи обробки води. Сьогодні практично весь світ для забезпечення безпеки питної води використовує сполуки хлору.
Їх головними перевагами є:
- висока ефективність стосовно патогенних мікроорганізмів;
- пролонгована дія - здатність до знезаражуючого ефекту не лише на станції водопідготовки, а й в момент протікання по трубопроводах, що запобігає повторному зараженню води;
- просте дозування у воду;
- низька вартість і простота отримання - ціна реагентів порівняно нижча ймовірних альтернатив, а системи отримання не вимагають великих витрат електроенергії, як, наприклад, при озонуванні.

Безхлорне хлорування або що не так з заголовками в ЗМІ?

Заголовки новинних видань, які кажуть "У місті N більше не очищають воду хлором" дещо вводять людей в оману. Насправді мова йде лише про заміну традиційного зрідженого хлору, який є небезпечним в зберіганні, на більш безпечні форми хлорних реагентів: гіпохлорит натрію, діоксид хлору та ін.

Хлор газ і хлорна криза в Україні

Це та сама проста речовина Cl₂, молекула якої складається з двох атомів хлору. Існує два шляхи її отримання: у вигляді зрідженого хлору та електролітично в місці застосування. 90% води в Україні знезаражується саме шляхом дозування рідкого хлору. Цей метод ефективний, але має ряд недоліків. По-перше, він несе в собі небезпеку техногенних катастроф, оскільки аварія, наприклад, на київських складах може призвести до ураження декількох житлових районів. По-друге, сьогодні скраплений хлор виробляють лише на одному підприємстві в Україні - це "ДніпроАзот". Підприємство зловживає становищем монополіста, і в будь-який момент може зупинити виробництво у відповідь на підвищення ціни на газ, який становить 80% вартість хлору, до рівня ринкової. А відсутність хлору у водоканалів означає зникнення питної води в наших кранах. У 2018 році вже була подібна ситуація, тоді були налагоджені тимчасові поставки з Румунії. Але єдине ефективне розв'язання даної проблеми криється у відмові від зрідженого хлору.

Які ж є альтернативи?

Альтернативою зрідженому хлору для централізованих систем водопостачання є: електролітичний хлор, діоксид хлору, гіпохлорити натрію і калію; для децентралізованих систем і басейнів можуть підійти солі хлорціануровой кислоти (хлор в таблетках).

Гіпохлорит натрію (NaOCl). Це та ж білизна або хлорка, яка продається в наших магазинах. Реагент виробляється в рідкій формі, як для побутового, так і для промислового застосування. Також може отримуватися шляхом електролізу з розчину хлориду натрію (звичайної кухонної солі) безпосередньо на місці споживання.
Цей дезінфектант має ряд важливих переваг. Виробництво його будь-яким методом не виділяє в навколишнє середовище небезпечних речовин, він безпечний при транспортуванні і зберіганні, а при виробництві електролітичним методом на місці зменшує викиди при транспортуванні, утворює менше побічних продуктів і має менш виражений запах.Сьогодні гіпохлорит натрію отриманий електролізом повністю покриває потреби Херсонського, Житомирського, Кропивницького водоканалів, частково Львівського (68% жителів в березні 2021 року). А, наприклад, Луцьк вже понад 10 років закуповує розчини гіпохлориту.

Діоксид хлору (Cl2O) - ще один поширений реагент для знезараження води, який визнаний однією з кращих варіацій хлору. Він має високу ефективність, не утворює токсичних побічних продуктів. Виробляється виключно в місці споживання. Діоксидом хлору знезаражує воду "Київводоканал". Нині це вся вода Дніпровського водозабору й артезіанських свердловин, а до 2022 року планується повна відмова від газоподібного хлору в Києві.

Хлораміни - сполуки хлору та аміаку, які зазвичай формуються шляхом введення аміаку в оброблену хлором воду. Метод широко застосовують в США. Хлораміни утворюють менше тригалометанів і досить стійкі у воді. Після обробки спостерігається менш чітко виражений запах.

Гіпохлорит кальцію або хлорне вапно (Ca(OCl)2) був першим дезінфектантом для води, але практично не застосовується в наш час. Він утворює осади та створює певні складності в застосуванні.

Як працює активний хлор?

Принцип знезаражуючої дії хлору лежить в окисненні ним мікробіологічних частинок, іншими словами, в руйнуванні їх структури.Хлоровмісні сполуки розпадаються у воді на хлорнуватисту кислоту і/або гіпохлорит іони. Ось так виглядає дисоціація звичайного газоподібного хлору:

Саме ці частинки здатні виділяти активний хлор, який є найсильнішим окислювачем, і завдяки високій активності знищує бактерії, віруси, грибки, а також гумінові й фульвокислоти (викликають кольоровість поверхневих вод), похідні фенолу, хінони та інші промислові забруднювачі води. У випадку з підземними водами, ситуація з побічними продуктами краща, оскільки у вихідній воді органіка практично відсутня.

Чим небезпечний хлор для людини?

У окислювальній дії й газоподібного хлору, й гіпохлориту лежать, як їх основні переваги, так і недоліки. В ході знезараження води утворюються побічні продукти хлорування - хлорорганічні сполуки. Саме ці сполуки визначають вплив хлору на організм людини.

Переважно це тригалометани (80-90% становить хлороформ), часто можна зустріти чотирихлористий вуглець, тетрахлоретилен, трихлоретилен. В цілому існує близько трьох сотень найменувань хлорорганічних сполук, в США нормується 50-70 найменувань цих речовин, в Україні гранично допустима концентрація встановлена ​​для хлороформу (60 мкг/л), дибромхлорметану (10 мкг/л) і сумарного вмісту тригалометанів (100 мкг/л) відповідно до рекомендацій ВООЗ.

В останні два десятиліття підтверджено канцерогенний ефект води, що містить тригалометани, а активні дослідження тривають вже 40 років. За цей час детально виявлені сотні побічних продуктів дезінфекції води хлором, досліджені всі сполуки, які використовуються для дезінфекції та, звичайно, вплив їх на людський організм.

У процесі досліджень був знайдений деякий зв'язок між тривалим питтям води з продуктами хлорування і раком сечового міхура, а також товстого кишківника. Другим фактором є тератогенний або, простими словами, внутрішньоутробний вплив: дослідження показали зв'язок споживання хлорованої води матерями зі зниженням росту плоду, також є зв'язок з дещо підвищеним ризиком викиднів, мертвонародженням та вродженими вадами нервової системи в регіонах з хлорованою водою з поверхневих джерел. Детальний огляд впливу побічних продуктів на організм людини можна знайти в рекомендаціях з якості питної води щодо показників вмісту хлорорганічних сполук.

Попри всі спірні моменти, ми не повинні забувати про те, що хлорування води - одне з найбільших відкриттів XX століття у сфері громадської охорони здоров'я і ризик смертей від інфекційних захворювань значно вищий.

Чи можна обійтися без хлору?

Майже всі чули, що воду можна знезаражувати озоном та ультрафіолетом. Це дійсно так, більш того, існують десятки реагентних (перекис водню, бром, органічні дезінфектанти, важкі метали) і безреагентних методів (ультразвук, опромінення) знезараження води. Всі ці методи мають певну ефективність, але при цьому їх супроводжують суттєві недоліки. Наприклад, озон, є сильним окислювачем і здатний знешкоджувати навіть паразитів, проти яких не ефективний хлор, але при цьому не має пролонгованого ефекту. Тобто, коли вода потрапляє в водорозподільчу мережу, вона залишається беззахисною перед загрозою повторного мікробіологічного зараження. А з урахуванням українських трубопроводів, більшість з яких вичерпали свій ресурс, а, відповідно, схильні до обростання і розгерметизації, повторне зараження має високі ризики. З цієї точки зору цікавим є кейс Дніпровської станції очищення води: з 1972 року там встановлений озонатор, який ефективно знижує кольоровість води, руйнуючи гумінові та фульвокислоти, а після цього вода хлорується (сьогодні вже діоксидом хлору) перед запуском у водопровідну мережу.

Що стосується ультрафіолету, ситуація ще складніша. Його бактерицидні властивості нижчі й застосовні тільки до води з високою прозорістю, тобто до цього вона повинна бути досить очищена. Більш того, метод досить енергоємний.

Все більше і більше місця займають на ринку мембранні технології. Ультрафільтрація здатна видаляти бактерії, паразитів і спори грибів, а також колоїдні забруднення. Сьогодні вона часто застосовується в країнах Європи як один з етапів водопідготовки. В українських реаліях реалізація ультрафільтраційних систем на станціях централізованої водопідготовки в найближчі роки виглядає нереалістично.

Питна вода по-українськи або допоможи собі сам

Не секрет, що вода з крана в Україні питною є лише формально. Список її проблем нескінченний. Проблема видалення хлорорганічних сполук, як і самого залишкового хлору має просте вирішення. Фільтри з активованим вугіллям можуть затримувати до 90% органічних домішок, а зворотний осмос здатний видалити понад 99% токсикантів, зокрема й тригалометани.

Існують також більш масштабні рішення, які можуть розв'язати проблему якості води й у багатоквартирному будинку. Наприклад, система з високопродуктивних вугільних фільтрів і ультрафіолетового знезараження зробить водопровідну воду значно безпечнішою.

Ми постаралися розібратися в ситуації з хлором детально, і дати вам можливість дивитися на проблему під різним кутом. Головний висновок полягає в тому, що Україні необхідно відмовлятися від застосування хлоргазу, і в останні роки цей процес рухається вперед досить швидкими ривками. Перехід водоканалів на знезараження гіпохлоритом натрію є кроком до безпеки населення навколишніх територій, незалежності від виробника і стабільної подачі води. Станції отримання діоксиду хлору, який вважається кращим в ряду знезаражувальних реагентів, були б кращим варіантом, але вони передбачають високі капіталовкладення, що досить складно реалізувати при українських тарифах.

Водоканали сьогодні забезпечують базовий рівень якості води. А ось відповідальність як за здоров'я в довгостроковій перспективі, так і за якість питної води, яку споживаємо ми й наші діти, сьогодні лежить виключно на кожному з нас. Встановлення побутових фільтрів, придбання води в пунктах розливу і бутильованої - стали важливою частиною турботи про своє здоров'я.

Текст взято із сайту ecosoft.ua