В этой статье мы постараемся кратко, в формате ответов на самые частые вопросы, осветить некоторые аспекты обработки и качества воды бассейнов и устранить основные недопонимания, которые возникают как у специалистов бассейновой индустрии, так и у обычных посетителей бассейнов.
Ранее мы публиковали подробные обзоры по теме связанного хлора и методов борьбы с ним. Если вы не нашли ответа на свой вопрос в этой статье, скорее всего, мы освещали его ранее – можно посмотреть тут, тут и здесь.
Свободный, активный, остаточный и связанный – все о хлоре
Для контроля процессов хлорирования воды бассейна используются различные показатели – наиболее широко известные и применяемые это свободный хлор, общий хлор и связанный хлор. Какие-то измеряются станциями дозирования реагента, что-то меряют операторы бассейнов с помощью фотометров, а какие-то показатели определяют в лабораториях.
Говорят эти показатели о разном, методы их измерения и точность тоже отличаются, но самая главная сложность в том, что иногда возникает путаница в обозначении показателей и что конкретно они измеряют. Связано это с тем, что нормативные документы по методикам измерений, отраслевые стандарты, инструкции поставщиков дозирующего и измерительного оборудования (особенно импортного) и специалисты в области водоподготовки нередко говорят на разном языке.
Итак, давайте разберемся! Ниже в таблице приведены названия, которые чаще всего используют операторы бассейнов, термины СП 2.1.3678-20 (которые входят в программу производственного контроля бассейнов) и ГОСТ 18190-72 Вода питьевая. Методы определения содержания остаточного активного хлора (им оперируют в первую очередь лаборатории, осуществляющие анализ воды на данные показатели) и небольшие пояснения.
|
Общеупотребимые названия |
Термины СП 2.1.3678-20 |
Термины лабораторий (ГОСТ 18190-72) |
Английские названия |
Пояснения |
Химическая форма |
|
Активный хлор |
|
|
Active chlorine |
Равновесная концентрация хлорноватистой кислоты, зависящая от рН и pКHClO при данной температуре |
[HClO] |
|
Свободный хлор |
Остаточный свободный хлор - не менее 0,3-0,5 мг/л |
Свободный остаточный хлор |
Free chlorine |
Хлор, присутствующий в воде в виде хлорноватистой кислоты, ионов гипохлорита или растворенного молекулярного хлора. |
[HClO] + [ClO-] + [Cl2] |
|
Связанный хлор |
Остаточный связанный хлор - не более 0,2 мг/л |
|
Combined chlorine |
Часть общего хлора, присутствующего в воде в виде органических и неорганических хлораминов. |
[NH3-nCln]+[R-NH2-nCln] |
|
Общий хлор |
|
Суммарный остаточный активный хлор |
Total chlorine |
Суммарная концентрация всех форм хлорноватистой кислоты, неорганических и органических хлораминов. Зависит от первоначальной дозы хлорирующего агента в процессе дезинфекции |
[Cl2]+[HClO]+[ClO-]+[NH3-nCln]+[R-NH2-nCln], |
|
|
|
Суммарный остаточный хлор |
|
Хлор, определяемый йодометрическим титрованием, соответствует общему хлору, но не всегда в полной мере учитывает содержание хлораминов |
[Cl2]+[HClO]+[ClO-]+[NH3-nCln]+[R-NH2-nCln] (частично), |
Как видно из таблицы, лаборатории «не понимают» термина связанного хлора. Тогда что же определяют лаборатории и как проводят измерение связанного хлора операторы бассейнов?
Операторы бассейнов его "не измеряют" – они рассчитывают его математически (самостоятельно или показания выдает станция/фотометр) вычитая из значения общего хлора значение свободного хлора. А лаборатории измеряют не суммарный показатель, а отдельно – монохлорамин и дихлорамин по тому же методу Пейлина из ГОСТ 18190-72. Далее разберем, что в свою очередь представляют эти соединения и как они формируются.
Хлорамины: монохлорамин, дихлорамин и трихлорамин
Связанный хлор – это сумма хлораминов в воде бассейна. Как видно из формулы, хлорамины содержат азот, так как являются продуктом реакции хлора с азотистыми примесями в воде. В основном это биологические жидкости человека – пот и моча, они схожи по своему составу и содержат азот.
Вначале свободный хлор, реагируя с аммонием, образует монохлорамин:
NH4 + HOCl ==== NH2Cl + H2O
Далее, при наличии свободного хлора идет образование ди- и трихлораминов:
NH2Cl + HOCl ==== NHCl2 + H2O
NHCl2 + HOCl ==== NCl3 + H2O
Как мы понимаем, в воде бассейна всегда имеется свободный хлор – он обязан там быть по требованию санитарных правил (согласно новой редакции СП, его концентрация должна быть не менее 0,3 – 0,5 мг/л), а значит, весь азот в воде будет последовательно трансформроваться в моно-, ди- и наконец трихлорамин.
Скорость и интенсивность этого процесса в первую очередь будет определяться количеством азотистых примесей и количеством свободного хлора (больше хлора - быстрее процесс). Также дополнительно ускоряют процессы температура и аэрация.
Органические и неорганические хлорамины
Органической молекулу делает наличие в ней углеродных связей. Но откуда берутся органические хлорамины, ведь аммоний, как видно из формул выше - неорганическое вещество. Все очень просто. Органические хлорамины образуются при взаимодействии хлора с органическими азотосодержащими компонентами пота/мочи - это протеины, аминокислоты:
R-NH2 + HOCl ==== R-NHCl + H2O, где R- органический радикал.
Моча и пот схожи по составу (хотя отличаются концентрацией входящих в них веществ) и состоят из мочевины, аммония, аминокислот, креатинина и мочевой кислоты. Все эти соединения, кроме мочевины, участвуют в формировании связанного хлора, правда скорости реакций существенно отличаются:
|
Соединение |
Формирует хлорамины |
Влияет на дезинфекцию |
Реагирует с хлором |
|
Аммоний |
Да |
Да |
Очень быстро |
|
Аминокислоты |
Да |
Да |
Умеренно |
|
Мочевина |
Нет |
Нет |
Медленно |
|
Креатинин |
Да |
Да |
Медленно |
|
Мочевая кислота |
Да |
Да |
Медленно |
Основной источник хлораминов – аммоний, так как он очень быстро реагирует с хлором.
Аммиак, аммоний, аммонийный азот
Говоря об азотистых примесях в воде бассейна оперируют обычно этими показателями – но в чем разница и что есть что?
Как уже выяснилось, источником аммиака (аммония) в воде бассейна являются биологические жидкости человека (пота и мочи), а вот форма, в которой они присутствуют в воде бассейна целиком зависит от pH. Дело в том, что при рН менее 9, а это типичные условия в бассейне, где рН рекомендуется поддерживать на уровне 7,2-7,8, почти весь аммиак (NH3) реагируя с ионами водорода, переходит в состояние иона аммония (NH4+).
NH3 + H+ ==== NH4+
Поэтому говоря о воде бассейнов, правильнее говорить не об аммиаке, как источнике азотистых примесей, а об аммонии.
Аммонийный азот – показатель, который входит в программу производственного контроля бассейнов и поделжит замеру 1 раз в месяц, он показывает, сколько непосредственно азота содержится в ионах аммония.
А что про хлороформ – это тоже связанный хлор?
Хлороформ является галогенорганическим соединением и относится к одному из наиболее известных и изученных классов побочных продуктов дезинфекции – тригалогенметанов (или галогенуглеводородов). Помимо него в этом классе состоят бромдихлорметан, дибромхлорметан и бромоформ. Все они – летучие соединения высокой токсичности, являются веществами с признанной канцерогенной активностью, поэтому строго нормируются по ПДК как в питьевой воде, так и в воде плавательных бассейнов. Так как в сумме тригалогенметанов в воде чаще всего преобладает хлороформ, именно он является своеобразным маркером и контрольным показателем, по которому оценивают наличие в воде этой группы соединений.
Определение хлороформа в воде бассейна возможно только специальными методиками с привлечением аттестованной лаборатории. Ручные тест-системы или фотометры для полевого измерения хлороформа на рынке отсутствуют.
Химическая формула хлороформа (он же трихлорметан) выглядит как CHCl₃ - он не содержит в себе азота и его образование в воде бассейна не связано с азотистыми примесями (потом и мочой) от купальщиков. Поэтому хлорофором не входит в состав показателя связанного хлора.
Откуда хлороформ появляется в воде бассейнов? В первую очередь, это связано с:
- наличием в подпиточной (исходной) воде органических примесей природного происхождения;
- наличием в воде органических примесей антропогенного происхождения;
- наличием свободного хлора для протекания реакций.
Что значит органические примеси природного происхождения? Откуда они берутся в водопроводной воде питьевого качества – ведь именно ей наполняются бассейны (по крайней мере, в теории должны).
Природные органические примеси содержатся во всех типах природных вод – это целый комплекс различных соединений, связанных с биотой водных объектов, растительными и почвенными компонентами. Между тем, состав и количество этих примесей сильно отличаются в подземных и поверхностных источниках. Эти органические соединения являются «строительным материалом» (или же прекурсорами) для последующего формирования хлороформа и других тригалогенметанов, которые образуются в процессе реакций с хлором в чаше бассейна.
Вода для наполнения и подпитки бассейна может поступать как с городского водоканала, который может питаться как скважинной, подземной водой, так и водой из поверхностного водоема (водохранилища, озера или реки). Частные бассейны также могут наполняться как водой из скважины, так и из поверхностного источника.
Если бассейн наполняется водой без предварительной очистки, присутствующие в ней органические примеси неминуемо прореагируют с хлором в чаше бассейна. Вода из системы централизованного водоснабжения безусловно имеет меньше природной органики, но ее содержание зачастую ненулевое – часть соединений остается в воде даже после обработки на станции водопоготовки водоканала. Поэтому потенциал для образования хлороформа по-прежнему остается даже при использовании для подпитки воды систем централизованного водоснабжения.
Говоря об органических примесях антропогенного (то есть связанного с человеком) происхождения в воде, то в основном это соединения, входящие в состав различных кремов, лосьонов и ПАВов, привносимые в воду купальщиками. В открытых бассейнах, где купальщики нередко используют солнцезащитные кремы или масла, пренебрегая при этом предварительным душем, приток этих соединений может быть значительным.
К сожалению, на практике рассчитать сколько получится хлороформа (и не выйдет ли превышения ПДК) при обработке той или иной воды, довольно затруднительно. Как уже было сказано – в большей степени это зависит от состава и количества примесей. В целом, можно сказать, что примеси в бассейнах, которые подпитываются водой поверхностных источников, более разнообразны как по составу, так и в количественном выражении. То же самое справедливо и для открытых бассейнов, купальщики в которых чаще пользуются кремами и лосьонами, а также более склонны пренебрегать предварительным душем.
Также надо иметь в виду, что образование хлороформа и других тригалогенметанов крайне дозозависимо. Поэтому ударные обработки большими дозами хлора, а также поддержание высоких концентраций свободного хлора в чаше почти всегда приводят к образованию большого количества летучих галогенсодержащих соединений. В закрытых бассейнах при отсутствии хорошей вентиляции это может представлять собой серьезную проблему.
Связанный хлор - это побочные продукты?
Побочные продукты дезинфекции - это собирательный термин, который описывает соединения, образующиеся в ходе реакций дезинфектанта с содержащимися в воде примесями. На данный момент описано более 600 видов побочных продуктов, встречающихся в питьевой воде, и более 100 видов – в воде плавательных бассейнов.
Хлорамины, которые составляют собой показатель связанного хлора, безусловно являются побочным продуктом хлорирования, так как представляют собой продукт реакции хлора с азотистыми примесями, но составляют только один из классов побочных соединений, к сожалению, далеко не единственный. Поэтому судить о содержании побочных продуктов в воде бассейна по показателю связанного хлора неверно. Связанный хлор – это далеко не все побочные продукты в воде.
Ксения ДобровольскаяСпециалист по развитию продуктаXENOZONE Инженерно-технический центр "Комплексные исследования"Перепечатка материалов возможна с указанием первоисточника