Consideratii generale asupra tratarii apei cu clor

Consideratii generale asupra tratarii apei cu clor

1 Proprietati fizice si chimice ale clorului

Clorul, in stare normala, este un gaz galben-verzui. In mediu uscat, clorul nu este coroziv. in mediu umed, datorita reactiei cu apa rezulta acidul clorhidric, foarte coroziv pentru metale cu exceptia aurului, platinei, titanului, tantalului, plumbului, cuprului si aliajelor speciale.

Densitatea clorului gazos este de 2,5 ori mai mare decat a aerului. in stare lichida, densitatea clorului este 1500 kg/m³ (mai greu ca apa).

Livrarea clorului se face in recipient tip butoi sau butelie. In aceste recipiente, clorul este imbuteliat la 6,6 - 8 bar, existand simultan doua stari de agregare in echilibru de faza (lichida si gazoasa).

Presiunea gazului de deasupra lichidului depinde in exclusivitate de temperatura mediului ambiant, crescand odata cu aceasta. De aceea conductele care fac legatura intre recipientul de clor si aparatul de clorare, impreuna cu dispozitivele aferente, trebuie sa reziste la o presiune de incercare de minimum 30 bar.

Clorul este un gaz otravitor. Ataca caile respiratorii, provoaca sufocarea, dureri mari de cap si chiar moartea. Perceperea olfactiva a clorului se face la o concentratie de 5mg/m³ aer. Conform recomandarii standardului SR 9296, concentratia maxima admisibila de clor in incaperile statiei de clorare este de 1mg/m³ aer.

Clorul nu este inflamabil si nici combustibil in amestec cu aerul. In reactie cu apa, clorul lichid are efect exploziv.

2 Procese chimice si biologice in tratarea apei cu clor

2.1 Mecanismul clorarii

Introducerea clorului in apa are ca urmare formarea acidului hipocloros (HOCl) si a acidului clorhidric (HCl), conform reactiei chimice:

H₂O + Cl₂ HOCl + HCl

La randul sau, acidul hipocloros disociaza in ioni de hidrogen (H⁺) si ioni
hipoclorit (ClO):

HOCl H⁺ + ClO

Ambele reactii se produc pana la un echilibru, care este dependent de pH-ul apei. Se considera o eficienta ridicata a clorului pentru un pH = 5 8 al apei si un timp de contact de 30 minute.

Trebuie retinut ca pentru un pH < 2 clorul se afla sub forma moleculara in apa, iar pentru pH > 10 acesta exista sub forma de ioni de hipoclorit (ClO).

2.2. Actiunea oxidanta a clorului

Acidul hipocloros si ionul hipoclorit sunt oxidanti puternici pentru substantele organice si anorganice continute in apa.

Imediat ce este introdus in apa, clorul (HOCl si ClO) oxideaza unele substante minerale (sarurile de fier, magneziu, nitriti etc.) rezultand cloruri si compusi oxidati. Cantitatea de clor consumata in aceste reactii constituie cererea de clor imediata.

Dupa satisfacerea cererii de clor imediate, cantitatea de clor ramasa, actioneaza asupra amoniacului (atunci cand acesta este prezent in apa), conducand la formarea cloraminelor (clorul activ legat). Cloraminele dau gust si miros dezagreabil apei potabile.

NH₃ + HOCl NH₂Cl (monocloramina) + H₂O

NH₂Cl + HOCl NHCl₂ (dicloramina) + H₂O

NHCl₂ + HOCl NCl₃ (tricloramina) + H₂O

Introducerea in continuare a clorului pana la o cantitate denumita in literatura de specialitate punct de rupere va determina oxidarea cloraminelor (ceea ce este de dorit).

4NH₂Cl + 3Cl₂ + H₂O N₂ +N₂O + 10HCl

Continuand adaugarea clorului peste punctul de rupere, se va produce o crestere proportionala a clorului activ liber, utilizabil pentru dezinfectie.

In cazul apelor cu continut de substante organice naturale (acid humic) sau artificiale (pesticide, fenoli), clorul poate determina aparitia unor compusi organici, cu gust si miros neplacut sau chiar periculosi, suspectati de a fi cancerigeni, ca de exemplu: trihalometani, clorfenoli.

2.3 Actiunea germicida a clorului

In afara rolului oxidant, clorul este un puternic dezinfectant, eliminand bacteriile sau virusii existenti in apa (vezi cap. 3).

Acidul hipocloros, datorita structurii moleculare asemanatoare cu a apei, patrunde foarte usor in celulele vii, unde inhiba activitatea enzimatica.

3 Factori determinanti in stabilirea necesarului de clor pentru tratarea apei

La stabilirea necesarului de clor se iau in considerare trei factori determinanti:

Scopul tratarii apei;

Caracteristicile chimice, biologice si bacteriologice ale apei brute;

Debitul apei tratate.

3.1. Scopul tratarii apei cu clor

Asa cum am mentionat in capitolul 2, clorul este folosit in sistemele de alimentari cu apa si canalizari atat ca dezinfectant, cat si ca oxidant pentru substantele minerale si organice.

Functie de scopul tratarii apei cu clor, distingem:

a) Clorarea preventiva:

Se aplica atunci cand nu se folosesc alte procedee de tratare a apei.

Se utilizeaza numai in cazul alimentarilor cu apa din subteran. Apele sunt clorate pentru a preveni efectele infestarii acestora in reteaua de transport si distributie. In acest scop trebuie asigurata cantitatea minima de clor rezidual - 0,1mg/l.

b) Postclorarea:

Se utilizeaza in sistemele de alimentari cu apa si canalizari, ca ultim procedeu in fluxul tehnologic de tratare respectiv de epurare a apei.

Pentru apa destinata consumului potabil, postclorarea realizeaza:

dezinfectia apei, asigurand cantitatea de clor rezidual (minim 0,1mg/l)

oxidarea unor substante continand Fe si/sau Mn imbunatatind proprietatile organoleptice prin corectarea gustului, mirosului si culorii.

In cazul statiilor de epurare, postclorarea este folosita in scopul dezinfectiei efluentului epurat.

c) Preclorarea:

Este procedeul de injectare a clorului in apa inaintea altor procedee de tratare sau epurare. Aceasta se realizeaza pentru imbunatatirea procesului tehnologic.

La statiile de tratare, injectarea clorului in apa se poate face :

Inainte de decantoare - imbunatateste functionarea instalatiilor de tratare a apei prin oxidarea substantelor organice favorizand astfel procesul de coagulare;

Inainte de filtre - evita colmatarea rapida a acestora prin inhibarea dezvoltarii microorganismelor

In statiile de epurare - injectarea clorului in apa se poate face :

Inaintea treptei mecanice - evita descompunerea substantelor organice biodegradabile din apa, in aceasta parte a statiei de epurare, prin reducerea lor respectiv prin inhibarea dezvoltarii microorganismelor. Astfel se opreste aparitia hidrogenului sulfurat, obtinandu-se protejarea constructiilor din metal sau beton impotriva coroziunii si aparitia mirosului. In acelasi scop, uneori, statiile de clorare se amplaseaza pe reteaua de canalizare;

Inainte de separatoarele de grasimi - imbunatateste procesul de indepartare a grasimilor;

Inainte de filtrele biologice - impiedica colmatarea rapida a filtrelor prin inhibarea dezvoltarii microorganismelor.

In statiile de epurare, uneori, se adopta solutia de tratare cu clor pentru namolul activ de recirculare, evitandu-se aparitia fenomenului de umflare a namolului activ.

d) Reclorarea:

Se utilizeaza in statiile de tratare sau de epurare si consta in introducerea clorului in apa pentru dezinfectie dupa ce a fost efectuata o preclorare a apei.

In cazul sistemelor de alimentare cu apa se practica, uneori, reclorarea apei prin intercalarea statiilor de tratare cu clor in reteaua de distributie atunci cand postclorarea apei nu aste suficienta pentru punctele de consum indepartate (nu se asigura doza minima de clor rezidual).

e) Clorarea in exces

Se foloseste la tratarea cu clor a apelor destinate consumului potabil si a apelor uzate atunci cand acestea sufera variatii bruste de calitate, si care nu pot fi urmarite corespunzator in exploatare. Se elimina in acest fel pericolul ca in anumite perioade sa se introduca in reteaua de distributie apa nepotabila respectiv in receptor apa de calitate necorespunzatoare.

Totodata, procedeul permite reducerea timpului de contact dintre clor si substantele organice din apa. Stabilirea supradozei de clor se va face pe baza unui studiu hidrochimic care va lua in considerare riscul aparitiei trihalometanilor (substante cancerigene).

La iesirea din instalatia de tratare cu clor trebuie sa se faca o declorare, deoarece clorul rezidual de obicei depaseste limita admisibila. Aceasta se face cu ajutorul unor substante chimice (amoniac, bioxid de sulf, hiposulfit de sodiu) sau cu ajutorul unui material absorbant (carbune activ).

3.2. Caracteristicile chimice si biologice ale apei brute

Doza de clor, in miligrame la decimetru cub, utilizata pentru tratarea apei se stabileste pe baza studiilor de laborator sau, in lipsa acestora pe baza datelor obtinute din exploatarea unui sistem similar de alimentare cu apa sau de canalizare.

Studiul hidrochimic de laborator va stabili si riscul aparitiei unor compusi secundari toxici (trihalometani).

Apa tratata cu clor trebuie sa corespunda indicatorilor de calitate din STAS 1342 in cazul apei potabile respectiv conditiilor de descarcare in receptor pentru apa epurata.

Orientativ, in lipsa determinarilor de laborator se dau urmatoarele doze de clor:

Apa potabila:

Dezinfectie preventiva 0,3 0,55 mg/dm³

Apa potabila cu un continut de substante organice de:

3 mg/dm³ 0,4 mg/ dm³

5 mg/dm³ 0,65 mg/ dm³

8 mg/dm³ 1,0 mg/ dm³

10 mg/dm³ 1,2 mg/ dm³

Apa uzata

Dezinfectie 6 25 mg/ dm³

Indepartarea mirosului max. 20 mg/ dm³

Marirea eficientei separatoarelor de grasimi 1,0 1,5 mg/ dm³

3.3. Debitul apei tratate

Necesarul orar de clor depinde de marimea debitului de apa care urmeaza a fi tratata, conform formulei de mai jos:

C = [kg/h], unde:

C - consumul orar de clor (kg/h)

Q - debitul de apa tratata cu clor (m³/h)

D - doza de clor (mg/dm³)