Podstawowe metody dezynfekcji. Technika i eksploatacja. Informacje ogólne. Podchloryn sodu dozowany z roztworu.

Cover Image for Podstawowe metody dezynfekcji. Technika i eksploatacja. Informacje ogólne. Podchloryn sodu dozowany z roztworu.
dr inż. Łukasz Weber, mgr inż. Jarosław Witkowski
dr inż. Łukasz Weber, mgr inż. Jarosław Witkowski

1. Dezynfekcja - zagadnienia ogólne

Podstawowy podział metod dezynfekcji wody wyróżnia:

  • metody chemiczne,
  • metody fizyczne.

Metody chemiczne wykorzystują oczywiście określone związki do których zaliczamy:

  • podchloryn sodu (NaOCl),
  • dwutlenek chloru (ClO2),
  • chlor gazowy Cl2,
  • chloraminy,
  • wapno chlorowane,
  • dichloroizocyjanouran sodu (dozowany najczęściej w sytuacjach awaryjnych),
  • ozon,
  • nadmanganian potasu (rzadziej).

Metody fizyczne obejmują natomiast:

  • gotowanie (z wiadomych przyczyn oczywiście nie stosowane na wodociągach),
  • ultradźwięki (stosowane raczej w przemyśle farmaceutycznym),
  • promieniowanie ultrafioletowe.

Coraz częściej ostatnimi czasy zaczyna się stosować metody dezynfekcji oparte np. o związki srebra czy miedzi, których dawkowanie do wody przebiega w ściśle określony sposób. Niekiedy stosuje się w tym celu filtry wypełnione materiałem pokrytym jonami wymienionych metali.

2.2 Metody chemiczne

Jak wspomniano wcześniej dezynfekcja wody metodami chemicznymi polega na dawkowaniu utleniaczy wymienionych powyżej. Utleniacze te w pierwszej kolejności utleniają substancje mineralne i organiczne. Dopiero po ich utlenieniu, pozostała ilość ma bezpośrednie znaczenie dezynfekcyjne. Szeregując wymienione powyżej substancje chemiczne wg ich siły bakteriobójczej otrzymujemy następującą kolejność (wg Kowal; Świderska – Bróż: „Oczyszczanie wody”):

ozon > dwutlenek chloru > kwas podchlorawy (chlor wolny i podchloryn sodu) > chloraminy

Oprócz siły bakteriobójczej bardzo ważnym elementem, który w praktyce technologicznej trzeba również brać pod uwagę, jest czas działania w sieci (dezynfekowanych urządzeniach). Tutaj sytuacja wygląda nieco inaczej – tj. najdłuższy czas efektywnej dezynfekcji uzyskuje się przy zastosowaniu chloramin, w dalszej kolejności dwutlenku chloru, chloru wolnego i zdecydowanie najkrótszy przy zastosowaniu ozonu. Ze względu na zdecydowanie najkrótszy czas działania ozonu, po jego zastosowaniu należy dodatkowo wykorzystywać odpowiednie substancje chlorowe, stabilizujące procesy biologiczne w sieci wodociągowej. Co więcej, nie zaleca się dezynfekcji samym tylko ozonem wody, kierowanej następnie do systemu dystrybucji. Wynika to z faktu zwiększania przez ozon biodegradowalności materii organicznej znajdującej się w wodzie. W efekcie czego istnieje potencjalne ryzyko stworzenia korzystniejszych warunków dla rozwoju bakterii w samym układzie wodociągowym.

Przydatnym czynnikiem w praktyce eksploatacyjnej pozwalającym określać siłę bakteriologiczną danej substancji dezynfekującej jest iloczyn stężenia i czasu kontaktu z dezynfekowaną wodą. Wyznaczając wartość czynnika CT stężenie substancji dezynfekującej pozostałe po utlenianiu substancji organicznych i mineralnych podawane jest w mg/l , zaś czas kontaktu w minutach.

Wyznaczenie czynnika CT dla przykładowego układu uzdatniania przedstawiono poniżej.

Przykład 1

Woda po uzdatnianiu na przykładowym układzie kierowana jest do zbiornika retencyjnego o pojemności 1.000 m3. W okresie letnim rozbiory na omawianym obiekcie dochodzą do 3.000 m3/d, zaś w okresie zimowym osiągają poziom 1.500 m3/d. Woda jest dezynfekowana z wykorzystaniem podchlorynu sodu. Stężenie substancji dezynfekującej w zbiornikach retencyjnych utrzymywane jest na poziomie ok 0,2 mg/l.

Wyznaczyć wartość współczynnika CT w okresie zimowym i letnim.

Czas przetrzymania wody w zbiornikach retencyjnych wyniesie:

  • latem: TPL = 1000/3000 = 480 min,
  • zimą: TPZ = 1000/1500 = 960 min.

Uwzględniając stężenie chloru w zbiornikach na poziomie 0,2 mg/l wartość współczynnika CT wyniesie zatem:

  • latem: CT = 0,2 · 480 = 96
  • zimą: CT = 0,2 · 960 = 192

Wartość współczynnika należy porównać z wymaganiami dezynfekcji różnych bakterii

Na przykład w przypadku Escherichia coli literatura podaje, że współczynnik CT wynosi odpowiednio dla poszczególnych dezynfektantów: ¨C21C

Czynnik ten ustala się indywidualnie dla każdej bakterii i środka dezynfekującego. Jednocześnie jest on bardzo przydatny z technologicznego i eksploatacyjnego punktu widzenia.

Zatem w odniesieniu do przykładu pierwszego przedstawione warunki dezynfekcji (przetrzymania wody w zbiorniku oraz stężenia i rodzaju dezynfektanta) powinny pozwolić na skuteczne unieszkodliwienie bakterii Escherichia coli.

Jednakże, hipotetyczne, w przypadku gdy w wodzie uzdatnionej znajdzie się jon amonowy wskutek zakłóceń technologicznych na układzie filtracji, który zostanie utleniony podchlorynem do chloramin skuteczność w odniesieniu do omawianej bakterii drastycznie zmaleje.

3. Dezynfekcja podchlorynem sodu

3.1 Charakterystyka substancji

Podchloryn sodu w temperaturze pokojowej jest ciałem stałym o bladożółtej barwie. Jest to substancja wyjątkowo niestabilna, dlatego coraz częściej buduje się instalacje wytwarzania podchlorynu na miejscu (co zostanie dokładnie scharakteryzowane w dalszej części materiałów).

Techniczny podchloryn wykorzystywany na SUW zawiera ok. 12–15% wolnego chloru czyli ok. 120–150 g chloru na każdy litr podchlorynu. Niektórzy producenci gwarantują roztwór podchlorynu o stężeniu chloru wolnego na poziomie 170 g/l.

Oprócz tego podchloryn sodu zawiera pewną ilość wodorotlenku sodu (5–14 g/l). Roztwór handlowy ma pH na poziomie ok. 13 (a więc dość mocno zasadowe). Jego rozkład termiczny następuje przy temperaturze ok 40°C.

Ze względu na jego minimalną trwałość zawartość chloru wolnego w roztworze podchlorynu maleje wraz z czasem. Rozkład podchlorynu przyspieszają m.in.:

  • temperatura,
  • światło słoneczne,
  • śladowe ilości metali ciężkich.

Roztwory podchlorynu sodowego reagują ponadto bardzo silnie na śladowe ilości metali ciężkich, takich jak miedź, nikiel czy żelazo. W efekcie rozpadu powstaje tlen i chlorek sodu.

Rozkład ten można rozpoznać poprzez charakterystyczne wydzielanie się bąbli z w pojemniku, w którym znajduje się podchloryn.

Sprawa ta dotyczy w praktyce następujących sytuacji:

  • wlewanie podchlorynu sodu do zanieczyszczonych beczek (np. po nadmanganianie potasu),
  • rozcieńczanie robocze podchlorynu wodą surową zawierającą żelazo, czy też mangan, jak i związki jonu amonowego,
  • stosowanie beczek wykonanych nie z tworzywa, ale z metali (zgodnie z zaleceniami podanymi w dalszej części opracowania),
  • oczywiście bezpośrednie wystawienie roztworu podchlorynu na działanie światła słonecznego.

Ponadto z uwagi na fakt iż roztwór podchlorynu sodu ma odczyn alkaliczny, rozcieńczanie podchlorynu wodą wodociągową (zawierającą związki wapnia i magnezu) będzie prowadziło do intensywnego wytrącania węglanu wapnia i magnezu, w efekcie czego może dochodzić do zanieczyszczania przewodów dozujących wspomnianym związkiem.

Biorąc pod uwagę, że podchloryn ulega tak łatwo dezaktywacji przyjmuje się (Dezynfekcja wody, Wolf­gang Roeske), że przy temperaturze:

  • 15°C – dzienna strata chloru czynnego to 0,4 g/l roztworu,
  • 20°C – dzienna strata chloru czynnego to ok 1,1 g/l,
  • 25°C – dzienna strata chloru czynnego to ok 2,0 g/l.

Biorąc zatem powyższe informacje można łatwo wyliczyć, po jakim czasie podchloryn straci połowę chloru wolnego tylko na skutek samego przechowywania w określonej temperaturze, co opisuje przykład zamieszczony poniżej; a przekłada się bezpośrednio na ilość podchlorynu jaką trzeba dawkować do wody by uzyskać zadane stężenie chloru w wodzie, bądź odpowiednią siłę dezynfekcyjną.

Przykład 2

Wyznaczyć, jakie będzie stężenie chloru w roztworze podchlorynu sodu, jeśli był on przechowywany przez okres 1 miesiąca w temperaturze 25°C (okres letni).

Zgodnie z przedstawionymi powyżej informacjami roztwór handlowy posiada stężenie ok 150 g Cl/l. Przy temp. 25°C traci dziennie 2,0 g/l. Po 30 dniach roztwór straci zatem:

S = 2,0 · 30,0 = 60,0 g/l

Zatem po miesiącu przechowywania w temperaturze podanej powyżej zawartość chloru w podchlorynie spadnie do ok 90 g/l.

Taki spadek stężenia chloru wywoła konieczność zwiększenia dawki podchlorynu wprowadzanego do wody o ok 30%.

Bezpośrednie wystawienie podchlorynu na światło słoneczne może spowodować, że w ciągu kilku godzin roztwór może stracić nawet 10–20 g chloru wolnego na litr.

Jest to substancja żrąca, szkodliwa w przypadku połknięcia. Grozi poważnym uszkodzeniem oczu i podrażnia skórę. W kontakcie z kwasami wydziela toksyczny chlor.

Roztwory podchlorynu sodu stwarzają szczególne zagrożenie dla środowiska, gdy ulegają rozkładowi z wydzieleniem toksycznego chloru oraz dwutlenku chloru. Obłok gazowego chloru przemieszcza się tuż nad powierzchnią ziemi i powoduje zniszczenie życia biologicznego.

Przy magazynowaniu podchlorynu sodu należy zatem przestrzegać m.in. następujących zasad:

  • zapewnić wentylację,
  • magazynować w temperaturze poniżej 25°C,
  • zabezpieczyć przed działaniem promieni słonecznych,
  • przechowywać w zbiornikach (opakowaniach) wykonanych z: polietylenu, poliestru, szkła lub stali gumowanej,
  • absolutnie nie można przechowywać podchlorynu w zbiornikach ze stali węglowej i jej stopów, stali nierdzewnej, czy miedzi albo aluminium.

3.2 Chemizm dezynfekcji podchlorynem sodu

Bez względu na to czy chlor do wody jest dodany w formie gazowej, czy też w postaci podchlorynu sodu rozkłada się z wytworzeniem tzw. kwas podchlorawy, który jest właściwą substancją dezynfekcyjną.

Równanie chemiczne, jakie opisują przemiany substancji chlorowych dawkowanych do wody przedstawiono poniżej:

Cl2 (chlor gazowy) + H2O = HCl (kwas solny) + HOCl (kwas podchlorawy)

NaOCl + H2O = NaOH (wodorotlenek sodu) + HOCl (kwas podchlorawy)

Tak więc po dodaniu obu substancji chlorowych produktem reakcji z wodą jest kwas podchlorawy i kwas solny (w przypadku chloru gazowego, który obniża odczyn wody) oraz wodorotlenek sodu (który podwyższa pH wody w przypadku dawkowania podchlorynu sodu).

W dalszej kolejności kwas podchlorawy ulega rozkładowi w zależności od pH wody. Jest to czynnik niesamowicie istotny dla uzyskania odpowiedniej skuteczności bakteriologicznej podchlorynu sodu (czy chloru)

HOCl = OCl– + H+

Równanie to jest kluczowe, jeśli mówimy o sile dezynfekcyjnej chloru. Powstający jon podchlorynowy (OCl–) jest ok 80 razy mniej skuteczny dezynfekcyjnie od kwasu podchlorawego (HOCl).

A skoro zawartość OCl– zależy od pH (wzrasta wraz z odczynem wody) zakłada się, że przy pH 7,5 już ok 50% chloru występuje w formie zdecydowanie mniej aktywnego jonu podchlorynowego. Najwięcej skutecznego kwasu podchlorawego występuje przy pH 5,5, a dla minimalnego pH zgodnie z Rozporządzeniem jest to ok 90%.

Bardzo przydatna tabela pozwalająca przeliczyć o ile więcej należy wprowadzić chloru w postaci podchlorynu w zależności od pH, by uzyskać tę samą siłę dezynfekcyjną co dla czystego HOCl- bazującą na przedstawionym powyżej wykresie została zamieszczona w Oczyszczanie wody A. Kowal, M. Świderska-Bróż.

Zgodnie z tabelą przy pH równym 7,0 dla uzyskania takiej samej siły dezynfekcyjnej co przy czystym HOCl trzeba dać o 33% więcej chloru. Przy pH równym 8,0 jest to już 430% więcej (4,3 mg chloru na litr). Przy odczynie wody równym 9,0 ilość chloru trzeba zwiększyć nawet 34-krotnie w stosunku do optymalnego pH. Istotę zagadnienia podaje przykład zamieszczony poniżej.

Przykład 3

Na wodociągu, przy pH 7,0 prowadzono dezynfekcję podchlorynem sodu, utrzymując stężenie chloru na wyjściu z SUW na poziomie 0,2 mg/l.

W wyniku wprowadzenia korekty pH w celu poprawy efektywności usuwania manganu odczyn wody wzrósł do 8,0.

Obliczyć o ile należy zwiększyć dawkę podchlorynu sodu, by uzyskać taką samą siłę dezynfekcyjną.

Przy odczynie równym 7,0, zgodnie z przedstawionymi wcześniej informacjami ilość kwasu podchlorawego wynosi ok 75,2%. Przy pH równym 8,0 ilość kwasu podchlorawego wynosi zaledwie 23,3%. Czyli odpowiednio:

  • dla pH 7,0 z 0,2 mg chloru dozowanego do wody uzyskujemy 0,15 mg chloru w postaci kwasu podchlorawego,
  • dla pH 8,0 z 0,2 mg chloru dozowanego do wody uzyskujemy 0,047 mg chloru w postaci mocnego dezynfekcyjne kwasu podchlorawego.

By uzyskać taką samą zawartość kwasu podchlorawego co dla pH 7,0 trzeba dodać do wody:

0,2 – 0,047

x – 0,15

x = (0,15 · 0,2) / 0,047 = 0,63 mg/l

Odpowiedź: By uzyskać taką samą siłę dezynfekcyjną podchlorynu sodu przy 0,2 mg Cl i pH 7,0, przy pH 8,0 trzeba dodać tyle podchlorynu, by uzyskać stężenie chloru w wodzie równe 0,63 mg/l.

Oczywiście należy mieć na uwadze maksymalne dopuszczalne stężenie chloru w wodzie, która jest podawana do sieci, ale warto pamiętać, że w przypadkach awaryjnych, gdy pojawiają się problemy z utrzymaniem jakości mikrobiologicznej w sieci, wszelkie działania korygujące odczyn w górę, przy dezynfekcji chlorem dozowanym czy to w postaci podchlorynu, czy chloru gazowego, będą zmniejszały siłę biobójczą.

Wiedza na temat bezpośredniej zależności siły dezynfekującej chloru od odczynu wody jest kluczowa dla prawidłowego i skutecznego prowadzenia dezynfekcji tym związkiem.

3.3 Dozowanie podchlorynu do wody - aspekty techniczne

Podchloryn sodu najczęściej jest wprowadzany do wody przy użyciu pompek dozujących. Zazwyczaj wykorzystuje się do tego celu pompki membranowe, które zasysają podchloryn ze zbiornika magazynowego.

Podchloryn jest dawkowany albo w formie stężonej (roztworu handlowego) zawierającego określoną zawartość chloru, albo też w postaci roztworu roboczego (zwłaszcza w sytuacjach, gdy pompka dawkująca jest zbyt duża, co narzuca konieczność podawania dezynfekanta z wyższym przepływem).

Korzystniej jest dawkować podchloryn stężony, gdyż jego rozcieńczanie wymaga przestrzegania kilku bardzo ważnych zasad, które rzutują na skuteczność dawkowanego podchlorynu sodu. Należą do nich m.in.: ¨C27C do przygotowania roztworu podchlorynu sodu najlepiej nadaje się woda pozbawiona wapnia i magnezu (zdemineralizowana), względnie, zgodnie z wytycznymi niemieckimi, woda wodociągowa, zaprawiona związkami fosforu (trójpolifosforan sodowy) w ilości 0,15 g na jeden stopień twardości i litr wody do rozcieńczenia podchlorynu, roztwór roboczy szybciej, niż stabilizowany fabrycznie stężony podchloryn sodu będzie się starzał, zmniejszając swoją siłę bakteriobójczą, podczas przygotowywania podchlorynu sodu rozcieńczonego, istnieje konieczność przelewania podchlorynu sodu, co oczywiście zwiększa niebezpieczeństwo związane z bezpośrednim kontaktem człowieka z roztworem i każdorazowo wymaga przestrzegania rygorystycznych zasad BHP.

  • przede wszystkim zbiornik w którym jest podchloryn rozcieńczany (czy przechowywany) musi być wykonany z odpowiedniego materiału (zestawienie materiałów na zbiorniki do przechowywania podchlorynu zamieszczono wcześniej); zastosowanie materiałów nie dopuszczonych do składowania podchlorynu może spowodować zmniejszenie jego własności dezynfekcyjnych,
  • roztwór roboczy w zasadzie nie powinien być przygotowywany na wodzie wodociągowej, ze względu na:

    • obecność w tej wodzie, śladowych (bądź nie śladowych) stężeń metali ciężkich – przede wszystkim żelaza i manganu, co może powodować rozkład podchlorynu sodu,
    • obecność w wodzie węglanu wapnia i magnezu, który ze względu na wysokie pH podchlorynu wynikające z zawartości wodorotlenku wapnia, służącego stabilizacji roztworu, co sprzyja wytrącaniu tych związków (stąd częsty osad w beczkach z roztworem podchlorynu sodu),
  • do przygotowania roztworu podchlorynu sodu najlepiej nadaje się woda pozbawiona wapnia i magnezu (zdemineralizowana), względnie, zgodnie z wytycznymi niemieckimi, woda wodociągowa, zaprawiona związkami fosforu (trójpolifosforan sodowy) w ilości 0,15 g na jeden stopień twardości i litr wody do rozcieńczenia podchlorynu,

  • roztwór roboczy szybciej, niż stabilizowany fabrycznie stężony podchloryn sodu będzie się starzał, zmniejszając swoją siłę bakteriobójczą,
  • podczas przygotowywania podchlorynu sodu rozcieńczonego, istnieje konieczność przelewania podchlorynu sodu, co oczywiście zwiększa niebezpieczeństwo związane z bezpośrednim kontaktem człowieka z roztworem i każdorazowo wymaga przestrzegania rygorystycznych zasad BHP.

Dlatego też znacznie korzystniej jest dawkować podchloryn w formie bezpośredniej, roztworu stężonego.

Najczęstsze problemy powstające podczas dozowania podchlorynu sodu do wody oraz sposoby przeciwdziałania wyszczególnione w oparciu o charakterystykę techniczną pomp Grundfos z typoszeregu SMART model DDA w wersji FCM

Spośród najczęściej pojawiających się problemów technicznych obserwowanych w technice dozowania podchlorynu sodu do dezynfekcji wody wyszczególnić należy przede wszystkim:

  • korozyjne działanie silnego utleniacza jakim jest podchloryn sodu na materiały konstrukcyjne z których zbudowana jest pompa dozująca; optymalnym rozwiązaniem z tego punktu widzenia jest stosowanie pomp z głowicami z PVC i PVDF z uszczelnieniem Viton i PTFE, oferowanym w pompach dozujących firmy Grundfos, zaleca się również dobór pomp o membranie wykonanej w całości z teflonu; cały czas jednak spotyka się na rynku rozwiązania techniczne w których membrana zbudowana jest wewnątrz z mało odpornego chemicznie materiału jakim jest np. NBR lub EPDM, pokrytego cienką warstwą teflonu w takich przypadkach mogą zdarzyć się sytuacje w których w wyniku dyfuzji cząstek silnego utleniacza przez cienką warstwę teflonu następuje degradacja warstwy nośnej, jej osłabienie a w konsekwencji pęknięcie; całkowicie teflonowa membrana zapewnia długotrwałą eksploatację urządzenia,
  • wydzielanie się gazu, co prowadzi do zapowietrzania się całego układu dozowania; Głowice pomp DDA firmy Grundfos wyposażono w sensor ciśnienia, za pomocą którego układ sterowania pompy w sposób ciągły monitoruje zmiany ciśnienia zachodzące w głowicy podczas dozowania.

Jeżeli dozowanie przebiega prawidłowo (w głowicy znajduje się ciecz, która prawidłowo przepływa podczas kolejnych cyklów zasysania i tłoczenia) charakterystyka wygląda podobnie do tej przedstawionej na rysunku (sprężenie cieczy do przeciwciśnienia w instalacji, ciecz jest mało ściśliwym medium, przez co wzrost ciśnienia następuję dosyć gwałtownie -> tłoczenie przy określonym przeciwciśnieniu -> rozprężenie ->zasysanie.

W przypadku pojawienia się gazów w głowicy charakterystyka podczas sprężania nam się odchyli (gaz jest bardziej ściśliwy). Układ sterowania natychmiast rozpoznaje takie zdarzenie i automatycznie przechodzi w tryb automatycznego odgazowania. Pęcherzyki gazu są przetłaczane na stronę tłoczną. Gdy charakterystyka wraca do normy, pompa powraca do dozowania z pierwotnie ustaloną wydajnością.

Podczas dozowania okresowego (start dozowania sygnałem zewnętrznym lub nastawy z wbudowanego w pompę tygodniowego timera) automatyczne odgazowanie także funkcjonuje nawet jeśli pompa w określonym czasie jest zatrzymana. Okresowo co kilkanaście minut pompa wykonuje test obecności gazu w głowicy. Jeśli gaz zostanie wykryty, urządzenie w sposób automatyczny odgazuje głowicę pompy.

Rys. 1 i 2 Odpowietrzanie pompy

  • Niebezpieczeństwo rozszczelniania się strony tłocznej układu dozowania i niekontrolowany wyciek żrących chemikaliów na instalacji (zagrożenie dla obsługi). Ciągłe monitorowanie zmian ciśnienia w głowicy pozwala także na identyfikację rozszczelnienia się układu tłocznego oraz awaryjne zatrzymanie się pompy. Zasada działania: monitorowanie spadku przeciwciśnienia w instalacji w określonym czasie poniżej wartości granicznej (2 bar). Wymóg: minimalne ciśnienie 2 bar. Gdy nie ma, to stosujemy zawór stałego ciśnienia pomiędzy pompą a punktem dozowania.
  • Zablokowanie się strony tłocznej (przypadkowe zamknięcie zaworu, wytrącone osady blokują przepływ, etc.). Przy braku monitorowania może dojść do przeciążenia urządzenia lub rozszczelnienia się instalacji. Pompy DDA w sposób ciągły monitorują do jakiego ciśnienia aktualnie dozują. W momencie przekroczenia nastawianej wartości granicznej, pompa się zatrzyma i zgłosi alarm.
  • Przy stosowaniu „zwykłych pomp” występuje konieczność ich kalibracji przy określonym przeciwciśnieniu w instalacji. Przykładowe pompy DDA kalibrowane są tylko raz, przy cieczach o różniących od wody w 20oC lepkościach. Dzięki pomiarom przeciwciśnienia pompa automatycznie koryguje nastawę, aby przez cały czas utrzymywać wydajność na poziomie wartości zadanej.
  • Krystalizacja osadów węglanowych w miejscu włączenia przewodu dozującego alkaliczny podchloryn do wody; zaleca się stosowanie zaworów dozujących z zaworem wargowym (jak na rysunku 3).

Rys. 3 Zawór dozujący z zaworem wargowym. Jest stosowany do dozowania roztworów podchlorynu sodu do wody o dużej zawartości węglanów. Uszczelka wargowa FKM zapobiega krystalizacji i blokowaniu spowodowanym przez reakcje zasadowo-węglanowe w punkcie dozowania

Istotną cechą techniczną pomp dozujących jest precyzja dozowania.

W prezentowanej pompie stosunek wydajności minimalnej do wydajności maksymalnej wynosi jak 1 : 3000. Przy zmiennych rozbiorach zachowujemy dokładność dawkowania (poniżej 1% od wartości zadanej).

Dobór dawki podchlorynu i wydajności pompy dozującej

Dawkę podchlorynu sodu ustala się w zasadzie na podstawie dwóch podstawowych metod:

  • metody pomiarowej,
  • metody obliczeniowej.

Metoda pomiarowa polega na ustalaniu nastawy podchlorynu na pompce dawkującej względem pomiarów stężenia chloru w wodzie po dezynfekcji. Zgodnie z zaleceniami obowiązującego Rozporządzenia stężenie maksymalne chloru powinno wynosić ok 0,3 mgCl/l po 30 minutach kontaktu. Zatem nie można do analizy brać wody do której bezpośrednio wprowadzono chlor, gdyż będzie on w pierwszej kolejności zużywany na utlenianie zanieczyszczeń mineralnych i organicznych, przez co jego stężenie w wodzie będzie powoli spadać.

Rys. 4 Widok ogólny pompy dozującej DDA firmy Grundfoss

Korzystając z metody pomiarowej należy wodę pobierać do badań co najmniej po 30 min kontaktu, co jest trudne w przypadku układów hydroforowych, gdzie takiego czasu w układzie technologicznym się nie uzyskuje. W takim wypadku lepiej pobrać próbę z wprowadzonym świeżo chlorem do zlewki i odczekać ok. 30 min, po czym dokonać pomiaru i podjąć decyzję o ewentualnym zwiększeniu, bądź zmniejszeniu ilości wprowadzanego podchlorynu sodu.

Coraz częściej stosowane są urządzenia mierzące w sposób ciągły zawartość chloru w dezynfekowanej wodzie. Z tych samych względów, co podczas pomiarów wskaźnikowych, miernik chloru musi być montowany w miejscu pozwalającym określić chlor pozostały po 30 min kontaktu i na tej podstawie sterować dalej jego dawką.

Najlepszym miejscem pomiarowym jest woda tłoczona do sieci po zbiorniku wody czystej. W tym przypadku jednak, należy brać pod uwagę, że sterowanie układem będzie opóźnione (obarczone określonym przesunięciem czasowym) – na linii odczyt po zbiornikach, a wprowadzenie chloru przed zbiorniki.

Metoda obliczeniowa natomiast bazuje na prostym rachunku technologicznym. Zakładając, że podchloryn sodu zawiera 150 g/l (względnie tyle ile podaje producent na opakowaniu podchlorynu) chloru wolnego, trzeba znać godzinową ilość wody przepływającą przez rurociąg w miejscu wprowadzenia chloru.

W metodzie tej istotne jest oszacowanie zużycia chloru na utlenienie substancji mineralnych i organicznych.

Pomocne w tym przypadku są badania zapotrzebowania na dezynfekant. Metodyka tych badań zostanie scharakteryzowana w jednym z kolejnych artykułów

Ilość wprowadzanego podchlorynu można w przybliżeniu wyznaczyć korzystając z przykładu zamieszczonego poniżej.

Przykład 4

Określić ilość podchlorynu jaką należy wprowadzić do wody uzdatnionej, by w przybliżeniu osiągnąć stężenie chloru równe 0,3 mg/l. Z karty informacyjnej producenta podchlorynu wynika, że roztwór ten zawiera 150,0 g/l chloru wolnego. Podchloryn dodawany jest do rurociągu po filtrach. Stacja pracuje w systemie załącz wyłącz – a studnia głębinowa tłoczy wodę przez filtry z wydajnością 40,0 m3/h.

Stężenie chloru równe 0,3 mg/l odpowiada jednostce 0,3 g/m3. Czyli do każdego m3 wody musi być wprowadzone 0,3 g chloru. Wydajność studni głębinowej wynosi 40,0 m3/h.

Czyli na godzinę należy wprowadzić do wody:

Dh = 40,0 · 0,3 = 12 g chloru.

Wiedząc, że podchloryn zawiera 150 g chloru na litr, by uzyskać 12 g trzeba wprowadzić:

DNAOCL = 12/150 = 0,08 l/h

Zatem teoretyczna ilość podchlorynu sodu dodana do wody, by uzyskać stężenie równe 0,3 g/m3 wynosi 0,08 l/h – 80 ml/h.

Wyznaczona wartość nie może być mniejsza, jedynie większa. Wynika to ze wspomnianej zawartości związków organicznych i mineralnych, które chlor będzie utleniał. Dlatego zawsze bezwzględnie należy zweryfikować obliczenia chociaż jednym pomiarem chloru w wodzie, po wprowadzeniu wyliczonej dawki.

Jednocześnie powyższe wyliczenia są podstawowym sposobem doboru wydajności pompki dawkującej.

Oczywiście jedną rzeczą jest ustalenie jaka powinna być ilość dawkowanego podchlorynu sodu, inną sprawdzenie ile tego podchlorynu faktycznie jest dozowane (przepływ chloru dozowanego do wody).

Najprostszą metodą jest skalibrowanie pojemnika w którym podchloryn się znajduje (określenie na pustej beczce i wodzie podziałki, pozwalającej wystarczająco precyzyjnie określić ile podchlorynu z wody ubyło, a następnie na tej podstawie przeliczenie tego ubytku na dawkę godzinową, zgodnie z przykładem poniżej (odnoszącym się do sytuacji przedstawionej w przykładzie powyżej).

Przykład 5

Ustalić jaka była dawka podchlorynu, jeśli w ciągu doby produkcja wody wynosiła 300 m3, a w tym czasie został zużyty jeden litr podchlorynu sodu, wiedząc, że stacja pracuje w systemie załącz/wyłącz z wydajnością godzinową równą 40,0 m3.

Zakładając, że ilość podchlorynu dla wydajności 40,0 m3/h powinna wynosić 0,08 l/h, a studnia głębinowa pracowała sumarycznie przez:

T = 300/40 = 7,5 godziny

Zużycie podchlorynu powinno wynosić:

ZNAOCL = 7,5 · 0,08 = 0,6 l podchlorynu.

Oznacza to, że ilość podchlorynu wprowadzona do wody była zbyt duża i należy przydławić pompkę dawkującą.

Inną metodą jest dokładne skalibrowanie pompki dawkującej, względem pomiarów wolumetrycznych wydajności, przed uruchomieniem do pracy z podchlorynem sodu.

3. Podsumowanie

Podchloryn sodu dozowany z gotowego roztworu jest najczęściej stosowaną substancją dezynfekującą dla małych i średnich obiektów wodociągowych. Na skuteczność dezynfekcji tą substancją istotny wpływ ma kilka elementów w tym przede wszystkim odczyn wody. Dla prawidłowej realizacji procesu dezynfekcji konieczny jest dobór odpowiedniego urządzenia dozującego.

W kolejnym artykule tej serii oprócz dalszych informacji na temat procesów dezynfekcji zostaną omówione systemy produkcji podchlorynu sodu z soli kuchennej.

Opracowanie: dr inż. Łukasz Weber

mgr inż. Jarosław Witkowski