РАСТВОРЫ ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ: основные свойства и использование при обработке воды
Гипохлорит натрия - NaClO, получают хлорированием водного раствора сухого натра (NaOH) или электроидом раствора сухого натрия (NaCl). Молекулярная масса NaClO (по международным атомным массам 1971 г.) - 74,44. Промышленностью выпускается в виде водных растворов различной концентрации.
Водные растворы гипохлорита натрия (ГХН) стали использоваться для дезинфекции с самого зарождения хлорной промышленности. Благодаря высокой антибактериальной активности и широкому спектру действия на различные микроорганизмы, это дезинфицирующее средство находит применение во многих направлениях человеческой деятельности, в том числе и при обработке воды.
Дезинфицирующее действие ГХН основано на том, что при растворении в воде он точно так же, как хлор при растворении в воде, образует хлорноватистую кислоту, которая оказывает непосредственное окисляющее и дезинфицирующее действие.
NaClO+H2O-NaOH+HСlO
Реакция является равновесной, и образование хлорноватистой кислоты зависит от величины рН и температуры воды.
В РФ состав и свойства ГХН, выпускаемого промышленностью, или получаемого непосредственно у потребителя в электрохимических установках, должен соответствовать требованиям, предъявляемым в (3,4). Основные характеристики растворов ГХН, регламентируемые этими документами, приведены в таб.1.
Таблица 1. Основные физико-химические показатели растворов гипохлорита натрия, выпускаемых в РФ (3, 4)
Наименование показателя |
Норма для марок | ||||||
По (3) | По (4) | ||||||
Марка А | Марка Б | Марка А | Марка Б | Марка В | Марка Г | Марка Э | |
1.Внешний вид | Жидкость | Жидкость | Бесцветная | ||||
зеленовато-желтого | зеленовато-желтого | жидкость | |||||
цвета | цвета | ||||||
2.Коэффициент светопропус- | 20 | 20 | Не регламентируется | Не регламентируется | |||
кания, %, | |||||||
не менее | |||||||
3.Массовая концентрация | 190 | 170 | 120 | 120 | 190 | 120 | 7 |
активного хлора, | |||||||
г/дм3, не менее | |||||||
4.Массовая концентрация | 10-20 | 40-60 | 40 | 90 | 10-20 | 20-40 | 1 |
щелочи в пересчете на NaOH, | |||||||
г/дм3 | |||||||
5.Массовая концентрация | 0,02 | 0,06 | Не регламентируется | Не регламентируется | |||
железа, г/дм3, | |||||||
не более |
Примечания:
Для растворов по (3) допускается потеря активного хлора по истечении 10 суток со дня отгрузки не более 30% первоначального содержания и изменение окраски до красновато-коричневого цвета.
Для растворов по (4) допускается потеря активного хлора по истечении 10 суток со дня отгрузки для марок А и Б не более 30% первоначального содержания, для марок В и Г - не более 20%, для Марки Э - не более 15%.
В соответствии с (3-5) растворы гипохлорита натрия различных марок применяют:
раствор марки А по (3) - в химической промышленности, для обеззараживания питьевой воды и воды плавательных бассейнов, для дезинфекции и отбелки;
раствор марки Б по (3) - в витаминной промышленности, как окислитель для отбеливания ткани;
раствор марки А по (4) - для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении, дезинфекции воды рыбохозяйственных водоемов, дезинфекции в пищевой промышленности, получения отбеливающих средств;
раствор марки Б по (4) - для дезинфекции территорий, загрязненных фекальными сбросами, пищевыми и бытовыми отходами; обеззараживании сточных вод;
раствор марки В, Г по (4) - для дезинфекции воды рыбохозяйственных водоемов;
раствор марки Э по (4) - для дезинфекции аналогично марка А по (4), а также дезинфекции в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, объектах ГО и др., а также обеззараживание питьевой воды, стоков и отбеливания.
Необходимо отметить, что для изготовления растворов гипохлорита натрия марок АБ по (3) и растворов марки А по (4) не допускается применение абгазного хлора от хлорпотребляющих органических и неорганических производств, а также едкого натра, полученного ртутными методами.
Растворы марки Б по (4) получают из абгазного хлора стадии снижения производства хлора органических и неорганических производств и диафрагменного или ртутного едкого натра.
Растворы марок В и Г по (4) получают из абгазного хлора стадии снижения производства хлора и диафрагменного едкого натра с добавлением стабилизирующей добавки - цитраля сорта "Парфюмерный" по (6).
Растворы марки Э по (4) получают электролизом раствора поваренной соли.
Требования безопасности и охраны окружающей среды при работе с растворами гипохлорита натрия
Растворы гипохлорита натрия по (3) и марок А, Б, В, и Т по (4) являются сильными окислителями, при попадании на кожу могут вызвать ожоги, а при попадании в глаза - слепоту. Раствор гипохлорита натрия марки Э по (4) оказывает умеренно раздражающее действие на кожные покровы и слизистые оболочки. Кумулятивными,. кожно-резорбтивными свойствами и сенсибилизирующим действием не обладает; по уровню токсичности этот раствор относится к малоопасным веществам 4го класса опасности по (7).
При нагревании выше 35оС гипохлорит натрия разлагается с образованием хлоратов и выделением хлора и кислорода. ПДК хлора в воздухе рабочей зоны 1 мг/м3 ; в воздухе населенных мест 0,1 мг/м3 максимальная разовая и 0,03 мг/м3 среднесуточная (7).
Гипохлорит натрия негорюч и невзрывоопасен. Однако гипохлорит натрия по (3) и марок А, Б, В, и Г по (4) в контакте с органическими горючими веществами (опилки, ветошь и др.) в процессе высыхания может вызвать их самовозгорание. При попадании на окрашенные предметы гипохлорит натрия всех марок может вызвать их обесцвечивание.
Помещение для производства и применения гипохлорита натрия по (3) и марок А, Б, В и Г по (4) должны быть оборудованы принудительной приточно-вытяжной вентиляцией. Оборудование должно быть герметичным.
Индивидуальная защита персонала должна осуществляться с применением специальной одежды в соответствии с (8) и индивидуальных средств защиты: противогазов марки Б или БКФ по (9), перчаток резиновых и очков защитных по (10).
При попадании раствора гипохлорита натрия на кожные покровы необходимо обмыть их обильной струей воды в течение 10-12 мин., при попадании брызг продукта в глаза следует немедленно промыть их обильным количеством воды и направить пострадавшего к врачу.
Разлитый продукт по (3) и марок А, Б, В, и Г по (4) необходимо смыть большим количеством воды. При проливе гипохлорита натрия марки Э (4) необходимо собрать его при помощи тряпки или смыть водой и протереть. Ткань промыть водой.
Сточные воды, содержащие гипохлорит натрия, должны направляться на станцию нейтрализации.
Гипохлорит натрия в полиэтиленовых и стеклянных емкостях должен храниться в неотапливаемых вентилируемых складских помещениях. Гипохлорит натрия не допускается хранить с органическими продуктами, горючими материалами и кислотами.
Использование растворов гипохлорита натрия при обработке воды
Многолетняя практика использования растворов гипохлорита натрия для обработки воды, как в нашей стране, так и за рубежом показывает, что эти реагенты могут использоваться в широком диапазоне:
Для обработки природных и сточных вод в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения, для дезинфекции воды в плавательных бассейнах и водоемах различного назначения, при обработке бытовых и промышленных сточных вод и др. В связи с тем, что этой проблеме посвящены многие тома публикаций, ниже рассматриваются сведения, приведенные в обзорных материалах (1, 11, 12).
Использованиерастворов ГХН для обработки питьевой воды
Использование растворов гипохлорита натрия предпочтительно на стадии предварительного окисления и для стерилизации воды перед подачей ее в распределительную сеть. Обычно в систему водоочистки растворы ГХН вводят после разбавления примерно в 100 раз. При этом, помимо снижения концентрации активного хлора, снижается также величина рН (с 12-13 до 10-11), что способствует повышению дезинфицирующей способности раствора. Помимо значения рН на дезинфицирующие свойства раствора оказывают температура и содержание свободного активного хлора. В табл. 2 приведены данные по избытку свободного активного хлора, необходимому для полной стерилизации при различных температурах, времени воздействия и величине рН питьевой воды.
При обработке питьевой воды остаточное содержание активного хлора допускается в пределах 0,3-0,5 мг/дм 3 . При этом доза активного хлора, вносимая в воду, может быть значительно выше и зависит от хлорпоглощаемости воды (табл. 3).
Таблица 2. Данные по избытку активного хлора, необходимые для полной стерилизации питьевой воды, при различных температурных, времени воздействия и величине рН (1)
Температура воды, оС |
Время воздействия, мин. |
Требуемый избыток хлора, мг/дм 3 | ||
РН 6 | рН 7 | рН 8 | ||
10 | 5 | 0,50 | 0,70 | 0,120 |
10 | 0,30 | 0,40 | 0,70 | |
30 | 0,10 | 0,12 | 0,20 | |
45 | 0,07 | 0,07 | 0,14 | |
60 | 0,05 | 0,05 | 0,10 | |
20 | 5 | 0,30 | 0,40 | 0,70 |
10 | 0,20 | 0,20 | 0,40 | |
15 | 0,10 | 0,15 | 0,25 | |
30 | 0,05 | 0,06 | 0,12 | |
45 | 0,04 | 0,04 | 0,08 | |
60 | 0,03 | 0,03 | 0,06 |
Таблица 3. Некоторые данные об использовании гипохлорита натрия при обработке воды (11)
Технологический процесс | Величина активного хлора, вносимого в воду, мг/дм 3 |
Регистрируемое остаточное содержание активного хлора, мг/дм 3 |
1 | 2 | 3 |
1.Обеззараживание питьевой воды и очистка промышленных стоков | ||
1.1.Хлорирование питьевой воды |
3-10 | 0,3-0,5 |
1.2.Дезинфекция трубопроводов, резервуаров чистой воды, баков водонапорных башен |
75-100 | 0,3-0,5 |
1.3.Обезвреживание бытовых сточных и шахтных вод. |
5-10 | 1,5 (не менее) |
1.4.Обеззараживание циансодержащих стоков. |
50*10 3-100*10 3 | |
2.Борьба с болезнями рыб | ||
3.Железнодорожный и морской транспорт. | ||
3.1.Обезвреживание воды на железных дорогах. |
5 | |
3.2.Обезвреживание сточных вод на железных дорогах. |
10 | |
3.3.Хлорирование воды в грузовых танках судов. |
15 | |
4.Система бытового обслуживания населения. | ||
4.1.Дезинфекция емкостей питьевой воды. |
750-1000 | |
4.2.Обеззараживание воды в плавательных бассейнах |
3-10 | 0,3-0,5 |
Использование растворов ГХН для обработки воды плавательных бассейнов
Использование растворов ГХН для дезинфекции воды плавательных бассейнов и прудов позволяет получать чистую прозрачную воду, лишенную водорослей и бактерий. При обработке бассейнов растворами ГХН необходимо тщательно контролировать содержание активного хлора в воде. Важное значение имеет также поддержание РН на определенном уровне, обычно 7,4-8,0, а еще лучше 7,6-7,8.Регулирование рН осуществляется введением специальных добавок, например, соляной кислоты.
Как и в случае обработки питьевой воды, содержание остаточного хлора в воде плавательных бассейнов должно находиться на уровне 0,3-0,5 мг/дм 3 . Надежное обеззараживание в течение 30 мин. Обеспечивают растворы, содержащие 0,1-0,2% гипохлорита натрия. При этом содержание активного хлора в зоне дыхания не должно превышать 0,1 мг/м 3 в публичных плавательных бассейнах и 0,031 мг/м 3 в спортивных бассейнах. Следует отметить, что замена газообразного хлора гипохлоритом натрия приводит к снижению выделения хлора в воздух и, кроме того, позволяет легче поддерживать остаточное количество хлора в воде.
Использование растворов ГХН для обработки сточных вод
Гипохлорит натрия широко применяется для обработки бытовых и промышленных сточных вод для разрушения животных и растительных микроорганизмов; устранения запахов (особенно образующихся из серосодержащих веществ); обезвреживания промышленных стоков, в том числе содержащих цианистые соединения. Он может быть использован также для обработки воды, содержащей аммоний, фенолы и гуминовые вещества. В последнем случае могут образовываться хлороформ, дихлор - и трихлоруксусная кислоты, хлоральгураты и некоторые другие вещества, концентрация которых в воде значительно ниже.
Гипохлорит натрия также используется для обезвреживания промышленных стоков от цианистых соединений; для удаления сточных вод ртути, а также для обработки охлаждающей конденсаторной воды на электростанциях (в последнем случае используется мало концентрированный гипохлорит натрия марки Э по (1).
Некоторые данные о необходимом содержании активного хлора в воде, при использовании для ее обработки растворов гипохлорита натрия приведены в табл. 3. Конкретная доза раствора ГХН при обработке воды определяется исходя из данных этой таблицы и свойств применяемого раствора (см. табл.1).
Раствор гипохлорита натрия используется также и во многих других отраслях народного хозяйства, но эти случаи применения в данном обзоре не рассматриваются.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСТВОРОВ ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ
Исследованию подвергались три образца растворов гипохлорита натрия.
Образец №1 - импортный раствор ГХН представленный для испытания фирмой "ДиЭл Проспектен".Изготовитель - фирма "Bayer" (Германия).Ориентировочный срок изготовления: июнь-июль 2001 года.
Образец №2 - раствор марки А по (3) из партии, изготовленной ОАО "Синтез" по технологии компании "ДиЭл Проспектен" 5 сентября 2001 года.
Образец №3 - раствор, полученный хлорированием промышленного раствора едкого натра, по содержанию активного хлора превышающий марку А по (4). Изготовлен в период между 5 и 8 сентября 2001 года.
2.1.Определение исходного состава растворов гипохлорита натрия.
В соответствии с (3) определялись следующие основные характеристики сравниваемых растворов:
- внешний вид;
- коэффициент светопропускаемости, %;
- массовая концентрация активного хлора, г/дм 3 ;
- массовая концентрация щелочи в пересчете на NaOH, г/дм 3 ;
- массовая концентрация железа, г/дм 3 ;
Для более полной характеристики исследуемых растворов ГХН дополнительно определялись:
Результаты определения основных показателей качества исследованных растворов приведены в табл.4.
2.2.Определение скорости разложения растворов ГХН
Определение скорости разложения гипохлоритных растворов определялась двумя способами:
- При комнатной температуре (для образцов №1 и 2). При этом одна проба каждого образца ГХН хранилась в естественных условиях (днем - на свету), а вторая проба - постоянно в темноте.
- При температуре 55 о С (скорости испытания). В этом случае длительность испытания 7 час. Соответствует длительности хранения в темноте равной 1 году.
Результаты определения скорости разложения растворов ГХН при комнатной температуре приведены в табл.5. Данные о скорости разложения растворов ГХН всех трех образцов при температуре 55 оС приведены в табл.6. К сожалению, испытания образца №3 были прекращены преждевременно (отключение электроэнергии из-за аварии на электрораспределительной подстанции).Однако полученные данные позволили рассчитать процент раствора ГХН №3 за период испытаний 3часа, то есть, около 4месяцев хранения при комнатной температуре (данные приведены в табл. 4 в скобках).
Таблица 5. Экспериментальные данные о скорости разложения гипохлорита натрия при комнатной температуреТаблица 5. Экспериментальные данные о скорости разложения гипохлорита натрия при комнатной температуре
Дата анализов | Образец №1 | Образец №2 | ||||||||||
Хранение на свету | Хранение в темноте | Хранение на свету | Хранение в темноте | |||||||||
Содер- жание АХ, г/ дм3 |
Процент разложения, % | Содер- жание АХ, г/ дм3 |
Процент разложения, % | Содер- жание АХ, г/ дм3 |
Процент разложения, % | Содер- жание АХ, г/ дм3 |
Процент разложения, % | |||||
От исход-ного | От преды-дущего | От исход-ного | От преды-дущего | От исход-ного | От преды-дущего | От исход-ного | От преды-дущего | |||||
07.09.01г. | 120,0 | 120,0 | 186,0 | 186,0 | ||||||||
11.09. | 117,1 | 2,42 | 2,42 | 117,1 | 2,42 | 2,42 | 172,9 | 7,04 | 7,04 | 176,0 | 5,38 | 5,38 |
14.09. | 112,1 | 6,58 | 4,27 | 115,1 | 4,08 | 1,71 | 169,0 | 9,14 | 2,25 | 169,0 | 9,14 | 3,98 |
19.09. | 110,0 | 8,33 | 1,87 | 112,0 | 6,66 | 2,69 | 159,7 | 14,14 | 5,50 | 163,0 | 12,36 | 3,55 |
22.09. | 107,3 | 10,58 | 2,45 | 112,0 | 6,66 | 0 | 157,0 | 15,59 | 1,69 | 160,0 | 13,98 | 1,84 |
Таблица 6. Данные о скорости разложения гипохлорита натрия при температуре 55 о С
Продолжительность испытаний | Содержание АХ, г/дм 3 | Процент разложения, % | ||
Исходное | После испытаний | |||
Образец №1 | 3 | 120,0 | 115,3 | 3,92 |
Образец №2 | 3 | 186,0 | 163,0 | 12,36 |
Образец №3 | 2 | 159,0 | 154,5 | 2,83 (4,24) |
Примечание: В скобках указана величина разложения в пересчете на длительность испытаний в 3 часа.
Оценка исходного качества импортного раствора ГХН
Оценка исходного содержания активного хлора (АХ) и хлорида натрия в импортном растворе ГХН производилась из следующих соображений:
- По данным заказчика партия гипохлорита натрия поступила из-за рубежа в конце июля с.г. Учитывая, что какое-то, может быть и небольшое время, продукт находился на складе изготовителя и транспортировался, то по состоянию на время измерений 05.09.01г.) общее время его хранения и транспортировки было примерно равно 60 суткам.
- По результатам двухнедельных испытаний на стабильность, приведенным в табл., было принято,что потеря активного хлора за эти 60 суток составляла в среднем 120-109,65 = 0,69 г/дм 3 в сутки.
15
(среднее значение для случаев хранения на свету и в темноте). - Из этих соображений было рассчитано первоначальное содержание активного хлора в импортном продукте, равное 120+0,69*60=161,4 г/дм 3
Принимая, что разложение гипохлорита натрия происходит, в основном, по реакции
2NaClO -2NaCl+O2
можно оценить исходное содержание в исходном растворе ГХН хлорида натрия из следующих соображений.На 1г-моль NaClO (74,5) при его разложении образуется 1г-моль хлорида натрия (58,5). Таким образом коэффициент пересчета составляет 0,785. Отсюда исходное содержание хлорида натрия в продукте составляет 179-0,785*0,69*74,5/51,5*60=179-47=132 г/дм 3
Полученные величины близки к значениям активного хлора и хлорида натрия в растворе гипохлорита натрия, изготовленном на ОАО "Скоропусковский опытный завод" (см.табл. 4).
ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Сравнение качества исследованных растворов ГХН
Прежде всего обращает на себя внимание резкое различие между образцами растворов №1 и №2 по внешнему виду. Светложелтый импортный продукт соответственно имеет высокий коэффициент светопропускаемости (98%), а продукт производства ОАО "Синтез", представляющий собой слабопрозрачную жидкость темнокрасного цвета, имеет коэффициент светопропускаемости 31%. Как следует из данных, приведенных в табл.4, это напрямую связано с содержанием в растворах железа. По данным (2) предельно допускаемое содержание железа в растворах ГХН не должно превышать 0,005 мг/дм 3 .Поэтому раствор производства ОАО "Синтез", хотя он по этому показателю соответствует требованиям действующего нормативного документа (см. Табл. 1), далее отстает от требований, предъявляемых к гипохлориту натрия как к химическому продукту, имеющему высокие служебные свойства.
Раствор гипохлорита натрия производства ОАО СОЗ (образец№3) по данному показателю близок к импортному: цвет - светложелтый, коэффициент светопропускания - 88%. Содержание железа в этом растворе составляет 0,0047 мг/дм 3 , что соответствует требованиям, приведенным в (г). Присутствие в растворе ГХН железа снижает его стабильность. Об этом в частности, свидетельствуют данные о скоростях разложения исследованных растворов ГХН, приведенных в табл. 5 и 6.Их значения для образцов №1 и 3 значительно ниже, чем для образца №2, но очень близки между собой. Из этого можно сделать однозначный вывод о том, что требования к растворам ГХН по (3) значительно уступают требованиям к служебным свойствам растворов, требуемых промышленность и основаны на возможностях технологий, принятых на предприятиях - изготовителях бывшего СССР и находившихся, как известно, на низком уровне.
Исходное содержание активного хлора в образцах растворов ГХН №1 и 3 меньше чем в образце №2. При этом содержание в них хлорида натрия соответствует стехиометрическому. В то же время в образце №2, в котором содержание активного хлора примерно в 1,16 раза больше, чем в образцах №1 и 3, содержание хлорида натрия в 1,21 раза выше стехиометрического соотношения (177 г/ дм 3 вместо 146 г/ дм 3), что дополнительно свидетельствует о низком уровне культуры производства, в частности, отсутствии контроля за уровнем температуры технологического процесса.
Таким образом, можно сделать вывод, что гипохлорит натрия, изготовленный на СОЗ по технологии компании "ДиЭл Проспектен" (образец №3) практически аналогичен импортному продукту _ гипохлориту натрия фирмы "Bayer" (Германия). Более того, несмотря на отсутствие специальных консервирующих добавок гипохлорит натрия (образец №3) является более стабильным, чем немецкий и срок его гарантированного хранения превосходит немецкий на два - три месяца.
Исследовательская группа
ГОСНИИ "Хлорпроект"
март 2001г.