Остаточный хлор (в основном хлорноватистая кислота HOCl и гипохлорит OCl⁻) оказывает сильное окислительное и разрушающее действие на ионообменные смолы. Это разрушение представляет собой процесс химического разложения, который значительно сокращает срок службы смолы и снижает ее обменную емкость.
Сердцевиной ионообменной смолы является ее поперечно--основная полимерная цепь. Остаточный хлор, как сильный окислитель, разрушает структуру бензольного кольца, разрушая его ароматичность. Более серьезно, он окисляет и разрушает углеродные-углеродные связи, соединяющие полимерные цепи, и мостиковые связи сшивающего-агента, дивинилбензола.
Для функциональных групп, таких как группы сульфоновой кислоты, окислительная деградация основной цепи под действием остаточного хлора ослабляет точки присоединения групп сульфоновой кислоты, что в конечном итоге приводит к отсоединению групп сульфоновой кислоты и потере обменной емкости.
Окисление смолы остаточным хлором приводит к необратимому снижению обменной емкости. Поврежденные функциональные группы не могут быть регенерированы, что приводит к снижению эффективности обработки смолы; более короткие рабочие циклы требуют более частой регенерации, увеличивают эксплуатационные затраты (регенерант, расход воды, время); и разрушение смолы, поскольку окислительная деградация основной цепи приводит к снижению прочности смолы, делая ее хрупкой и хрупкой. Мусор увеличивает падение давления в системе, засоряет водораспределители и загрязняет сточные воды; органические вещества растворяются, а продукты разложения (такие как низкомолекулярные органические кислоты и амины) выщелачиваются из смолы, загрязняя очищаемую воду.
Как удалить остаточный хлор?
Методы удаления остаточного хлора должны быть эффективными, надежными и экономически целесообразными. Основные методы следующие:
1. Адсорбция активированным углем
Хорошо спроектированный -слой активированного угля (время контакта с пустым слоем EBCT обычно составляет 5–15 минут) может снизить попадающий остаточный хлор с 1–2 мг/л до < 0,01 мг/л.
Адсорбционная способность активированного угля по остаточному хлору обычно находится в диапазоне 0,1-1,0 гCl₂/г активированного угля, в зависимости от типа угля, качества воды и условий эксплуатации. Это означает, что один килограмм активированного угля может очистить от сотен до тысяч литров хлорированной воды (из расчета остаточной концентрации хлора 1 мг/л).
Активированный уголь обладает большой удельной поверхностью (обычно 800-1500 м²/г) и хорошо развитой микропористой структурой, что позволяет ему эффективно удалять остаточный хлор посредством физической адсорбции и химического восстановления (восстанавливающие участки на поверхности активированного угля восстанавливают HOCl/OCl⁻ до Cl⁻).
Advantages: High removal efficiency (typically >99%), способный одновременно удалять из воды органические вещества, запахи, цвет и другие загрязнения. Простое управление и относительно удобное обслуживание (регулярная обратная промывка, замена после насыщения).
2. Дозировка химического восстановителя:
Теоретически для удаления 1 мг/л остаточного хлора (Cl₂) требуется примерно 1,46 мг/л NaHSO₃ (или примерно 1,34 мг/л SO₂). В практических целях, учитывая незавершенные реакции и обеспечивая запас безопасности, соотношение доз обычно составляет от 1,8:1 до 3:1 (мг NaHSO₃ : мгCl₂).
Для точного онлайн-мониторинга и дозирования остаточного хлора требуются насосы с замкнутым-контуром, чтобы гарантировать ни недостаточную дозировку (которая повреждает смолу), ни передозировку (которая приводит к перерасходу реагентов и может привести к попаданию дополнительных ионов, таких как SO₄²⁻).
Преимущества: Чрезвычайно быстрая реакция (секунды), точный контроль дозировки, небольшая занимаемая площадь, подходит для работы с большими расходами или в ситуациях с большими колебаниями концентрации остаточного хлора.
3. Ультрафиолетовое (УФ) облучение (используется реже). УФ-излучение определенной длины волны (в основном 254 нм) может фотолизировать остаточный хлор. Однако его эффективность относительно низка (требуются более высокие дозировки), высокая стоимость и предъявляются требования к мутности воды и светопропусканию. Обычно он используется не в качестве основного метода защиты смолы и удаления хлорирования, а скорее для дезинфекции или в качестве вспомогательного метода.