Хлор в воде: быть или не быть?

Кузьминчук Анна
аспирант кафедры ТНВ,В и ОХТ НТУУ "КПИ"

Хлор в воде

В последнее время ведется много разговоров о традиционном процессе обеззараживания воды хлором. Сегодня мы поговорим о том, что такое “хлорирование воды без хлора”? Существуют ли альтернативы хлорным реагентам для обеззараживания воды и почему они не подходят для централизованной водоподготовки в Украине? Также рассмотрим влияние побочных продуктов хлорирования на человеческий организм и методы удаления хлорорганики из воды, как в бытовых условиях, так и на станциях централизованной водоподготовки.

Как хлор остановил эпидемию тифа?

хлор остановил эпидемию тифа

История применения хлора для обеззараживания воды является одним из научных открытий, которые изменили мир. Первый раз идея добавления в воду гипохлорита кальция (хлорной извести) возникла в 1984 году у химика Морица Траубе, который допустил, что таким образом можно получить воду свободную от микроорганизмов (“germ free” water). Первым городом, где вся вода начала обрабатываться хлором стал Мейдстон в Англии в 1897 году, что позволило остановить эпидемию тифа, основным источником передачи которого была вода. Сначала дезинфекция воды хлором стала активно применяться в Англии, затем в США, а в начале XX века стала популярной во всем мире. Позже менялись лишь хлорсодержащие реагенты и системы обработки воды. На сегодняшний день практически весь мир для обеспечения безопасности питьевой воды использует соединения хлора. 
Их главными преимуществами являются:
- высокая эффективность по отношению к патогенным микроорганизмам;
- пролонгированное действие - способность к обеззараживающему эффекту не только на станции водоподготовки, но и в момент протекания по трубопроводам, что предупреждает повторное заражение воды;
- простое дозирование в воду;
- низкая стоимость и простота получения - цена реагентов сравнительно ниже вероятных альтернатив, а системы получения не требуют больших затрат электроэнергии, как при озонировании.

Бесхлорное хлорирование или что не так с заголовками в СМИ?

Бесхлорное хлорирование

Заголовки новостных изданий, которые гласят “В городе N больше не очищают воду хлором” несколько вводят людей в заблуждение. На самом деле, речь идет всего лишь о замене традиционного сжиженного хлора, который является опасным в хранении, на более безопасные формы хлорных реагентов: гипохлорит натрия, диоксид хлора и пр.

Хлор газ и хлорный кризис в Украине

Это то самое простое вещество Cl2, молекула которого состоит из двух атомов хлора. Существует два пути его получения: в виде сжиженного хлора и электролитически в месте применения. 90% воды в Украине обеззараживается именно путем дозирования жидкого хлора. Этот метод эффективный, но имеет ряд недостатков. Во-первых, он несет в себе опасность техногенных катастроф, поскольку авария, например, на киевских складах может привести к поражению нескольких жилых районов. Во-вторых, сегодня сжиженный хлор производят лишь на одном предприятии в Украине и это “ДнепрАзот”. Предприятие пользуется положением монополиста, и в любой момент может остановить производство в ответ на повышение цены на газ, который составляет 80% стоимость хлора, до уровня рыночной. А отсутствие хлора у водоканалов означает исчезновение питьевой воды в наших кранах. В 2018 году уже была подобная ситуация, тогда были налажены временные поставки из Румынии. Но единственное эффективное решение данной проблемы кроется в отказе от сжиженного хлора.

Какие же есть альтернативы?

Альтернативой сжиженному хлору для централизованных систем водоснабжения являются: электролитический хлор, диоксид хлора, гипохлориты натрия и калия; для децентрализованных систем и бассейнов могут подойти соли хлорциануровой кислоты (хлор в таблетках).

Гипохлорит натрия (NaOCl). Это та же белизна или хлорка, которая продается в наших магазинах. Реагент производится в жидкой форме, как для бытового, так и для промышленного применения. Также может получаться путем электролиза из раствора хлорида натрия (обычной кухонной соли) непосредственно на месте потребления.
Этот дезинфектант имеет ряд важных преимуществ. Производство его любым методом не выделяет в окружающую среду опасных веществ, он безопасен при транспортировке и хранении, а при производстве электролитическим методом на месте уменьшает выбросы при транспортировке, образует меньше побочных продуктов и имеет менее выраженный запах.
Сегодня, гипохлорит натрия, полученный электролизом полностью покрывает потребности Херсонского, Житомирского, Кировоградского водоканалов, частично Львовского (68% жителей в марте 2021 года). А, например, Луцк уже больше 10 лет закупает растворы гипохлорита.

Диоксид хлора (Cl2O) - еще один распространенный реагент для обеззараживания воды, который признан одной из лучших вариаций хлора. Он имеет высокую эффективность, не образует токсичных побочных продуктов. Производится исключительно в месте потребления. 
Диоксидом хлора обеззараживает воду “Киевводоканал”. На сегодняшний день это вся вода Днепровского водозабора и артезианских скважин, а к 2022 году планируется полный отказ от газообразного хлора в Киеве.

Хлорамины - соединения хлора и аммиака, которые обычно формируются путем введения аммиака в обработанную хлором воду. Метод широко применяют в США, он образует меньше тригалометанов и довольно устойчив в воде. Имеет менее четко выраженный запах.

Гипохлорит кальция или хлорная известь(Ca(OCl)2) был первым дезинфектантом для воды, но практически не применяется в наше время. Он образует осадки и создает определенные сложности в применении. В последнее время хлорную известь на этапе финишного обеззараживания практически не применяют.

Альтернативой сжиженному хлору

Как работает активный хлор?

Принцип обеззараживающего действия хлора лежит в окислении микробиологических частиц, иными словами, в разрушении их структуры. 
Хлорсодержащие соединения распадаются в воде на хлорноватистую кислоту и/или гипохлорит ионы. Вот так выглядит диссоциация обычного газообразного хлора:

диссоциация обычного газообразного хлора
Именно эти частицы способны выделять активный хлор, который является сильнейшим окислителем, и благодаря высокой активности уничтожает бактерии, вирусы, грибки, а также гуминовые и фульвокислоты (вызывают цветность поверхностных вод), производные фенола, хиноны и другие промышленные загрязнители воды. В случае с подземными водами, ситуация в побочными продуктами лучше, так как в исходной воде органика практически отсутствует.

Чем опасен хлор для человека?

Чем опасен хлор

В окислительном действии и газообразного хлора и гипохлорита лежат, как его основные преимущества, так и недостатки. В ходе обеззараживания воды образуются побочные продукты хлорирования - хлорорганические соединения. Именно эти соединения определяют влияние хлора на организм человека. 
Преимущественно это тригалометаны (80-90% составляет хлороформ), часто можно встретить четырёххлористый углерод, тетрахлорэтилен, трихлорэтилен. В целом существует около трех сотен наименований хлорорганических соединений, в США нормируется 50-70 наименований этих веществ, в Украине предельно-допустимая концентрация установлена для хлороформа (60 мкг/л), дибромхлорметана (10 мкг/л) и суммарного содержания тригалометанов (100 мкг/л) соответственно к рекомендациям ВОЗ. 
В последние два десятилетия подтвержден канцерогенный эффект воды, содержащей тригалометаны, а активные исследования длятся уже 40 лет. За это время детально обнаружены сотни побочных продуктов дезинфекции воды хлором, исследованы все соединения, которые используются для дезинфекции и, конечно, влияние их на человеческий организм.
В процессе исследований была найдена некоторая связь между длительным питьем воды с продуктами хлорирования и раком мочевого пузыря, а также толстого кишечника. Вторым фактором является тератогенное или, простыми словами, внутриутробное воздействие: исследования показали связь потребления хлорированной воды матерями со снижением роста плода, также есть связь с несколько повышенным риском выкидышей, мертворождения и врожденных патологий нервной системы в регионах с хлорированной водой из поверхностных источников. Детальный обзор влияния побочных продуктов на организм человека можно найти в рекомендациях по качеству питьевой воды относительно показателей содержания хлорорганических соединений.
Несмотря на все спорные моменты, мы не должны забывать о том, что хлорирование воды - одно из самых больших открытий XX века в сфере общественного здравоохранения и риск смертей от инфекционных заболеваний значительно выше.

Можно ли обойтись без хлора?

Можно ли обойтись без хлора

Почти все слышали, что воду можно обеззараживать озоном и ультрафиолетом. Это действительно так, более того, существуют десятки реагентных (перекись водорода, бром, органические дезинфектанты, тяжелые металлы) и безреагентных методов (ультразвук, облучение) обеззараживания воды. Все эти методы имеют определенную эффективность, но при этом их сопровождают недостатки. Например, озон, является сильным окислителем и способен обезвреживать даже паразитов, против которых не эффективен хлор, но при этом не имеет пролонгированного эффекта. То есть, когда вода попадает в водораспределительную сеть, она остается беззащитной перед угрозой в виде повторного микробиологического заражения. А с учетом украинских трубопроводов, основная часть которых исчерпали свой ресурс, а, соответственно, склонны к обрастаниям и разгерметизации, повторное заражение имеет высокие риски. С этой точки зрения интересным есть кейс Днепровской станции очистки воды: с 1972 года там установлен озонатор, который эффективно снижает цветность воды, разрушая гуминовые и фульвокислоты, а после этого вода хлорируется (сегодня уже диоксидом хлора) перед запуском в водопроводную сеть.
Что касается ультрафиолета, ситуация еще сложнее. Его бактерицидные свойства ниже и применимы только к воде с высокой прозрачностью, то есть до этого она должна быть достаточно очищена. Более того, метод довольно энергоемкий.
Все больше и больше места занимают на рынке мембранные технологии. Ультрафильтрация способна удалять бактерии, паразитов и споры грибов, а также коллоидные загрязнения. Сегодня она часто применяется в странах Европы в качестве одного из этапов водоподготовки. В украинских реалиях реализация ультрафильтрационных систем на станциях централизованной водоподготовки в ближайшие годы выглядит нереалистично.

Питьевая вода по-украински или помоги себе сам

Питьевая вода по-украински

Не секрет, что вода из крана в Украине питьевой является только формально. Список ее проблем бесконечен. Удаление хлорорганических соединений, как и самого остаточного хлора является просто решаемой задачей. Фильтры с активированным углем могут задерживать до 90% органических примесей, а обратный осмос способен удалить более 99% токсикантов, в том числе и тригалометаны.
Существуют также более масштабные решения, которые могут решить проблему качества воды и в многоквартирном доме. Например, система из высокопроизводительных угольных фильтров и ультрафиолетового обеззараживателя сделает водопроводную воду значительно более безопасной.
Мы постарались разобраться в ситуации с хлором детально, и дать вам возможность смотреть на проблему с разных сторон. Главный вывод состоит в том, что Украине необходимо отказываться от применения хлоргаза, и в последние годы этот процесс движется вперед довольно быстрыми рывками. Переход водоканалов на обеззараживание гипохлоритом натрия является шагом к безопасности населения окружающих территорий, независимости от производителя и стабильной подаче воды. Станции получения диоксида хлора, который считается лучшим в ряду обеззараживающих реагентов, были бы лучшим вариантом, но они предусматривают высокие капиталовложения, что довольно сложно реализовать при украинских тарифах.
Водоканалы сегодня обеспечивают базовый уровень качества воды. А вот ответственность как за здоровье в длительной перспективе, так и за качество питьевой воды, которую потребляем мы и наши дети, сегодня лежит исключительно на каждом из нас. Установка бытовых фильтров, покупка воды в пунктах разлива и бутилированной - в последнее время стала важной частью заботы о своем здоровье.

Текст взят с сайта ecosoft.ua