Бассейн және джакузилерді тұзды хлорлау процесі

Кіріспе

Су бассейндері мен дөңгелек ванналарды хлорлау процесі

Тұзды суды хлорлау – бұл су бассейндері мен дөңгелек ванналарды хлорлау үшін еріген тұзды (1000–4000 ppm немесе 1–4 г/л) пайдаланатын процесс. Хлор генераторы (сондай-ақ тұз жасушасы, тұз генераторы, тұз хлорлағышы немесе SWG) еріген тұздың қатысуымен электролиз арқылы хлор газы немесе оның еріген түрлерін – гипохлор қышқылы мен натрий гипохлоритін өндіреді, олар су бассейндерін дезинфекциялау үшін кеңінен қолданылатын заттар. Сонымен қатар, сутегі де қосалқы өнім ретінде түзіледі.

Дәстүрлі бассейн хлорлаудан айырмашылығы

Дәстүрлі бассейндерде хлордың болуын еркін қолданылатын хлордың (FAC) және байланысқан қолданылатын хлордың (CAC) үйлесімі деп сипаттауға болады. FAC суды дезинфекциялауға қолданылатын бос хлордан тұрады, ал CAC адам терлеуі, сілекей, шырыш, зәр және басқа да биологиялық материалдар, сондай-ақ жәндіктер мен басқа да зиянды жәндіктер арқылы бассейнге енгізілетін аминдермен FAC реакциясынан түзілетін хлораминдерді қамтиды. Хлор-аминдер бассейндердегі "хлор иісіне", сондай-ақ тері мен көздің тітіркенуіне жауап береді. Бұл проблемалар еркін қолданылатын хлордың жеткіліксіз деңгейінен туындайды және бассейнге қалыпты мөлшерден 5-10 есе көп хлор қосып, "дезинфекциялау" қажеттігін көрсетеді. Өндірушілер АҚШ-та 1980 жылдардың басынан бері тұзды сулы хлор генераторларын өндіріп келеді, ал олар алғаш рет 1970 жылдардың басында Жаңа Зеландияда коммерциялық түрде пайда болды (Aquatech IG4500).

Операция

Хлорилизатор жасушасы рутениймен, кейде иридиймен қапталған параллель титан пластиналарынан тұрады. Ескі үлгілерде қатты пластиналардың орнына тесіктелген (немесе торлы) пластиналар қолданылады. Электролиз табиғи түрде кальцийді және басқа минералдарды пластиналарға тартады. Осылайша, судың химиялық құрамына және қолданылу жиілігіне байланысты, жасушаны мезгіл-мезгіл жұмсақ қышқыл ерітіндісінде (1 бөлік HCl-ге 15 бөлік суға) тазалау қажет, бұл кальций карбонаты немесе кальций нитраты сияқты кальций қосылысы кристалдарының жиналуын болдырмайды. Артық жинақталу жасушаның тиімділігін төмендетуі мүмкін. Бассейнде тұз жеткіліксіз болғанда хлорилизаторды ұзақ уақыт жұмыс істету жасушаның қаптамасын тоздыруы мүмкін, бұл қымбат ауыстыруды талап етеді, сондай-ақ тым күшті қышқылмен жуу да зиянды. Тұзды су бассейндеріне күннің ультракүлгін сәулелерінен еркін хлордың ыдырауын тоқтату үшін тұрақтандырғыш (цианур қышқылы) қажет болуы мүмкін. Көрсеткіштер әдетте 20–50 ppm аралығында болады. Сондай-ақ, pH деңгейін 7,2–7,8 аралығында ұстау қажет, pH 7,2-ге жақын болғанда хлор тиімдірек жұмыс істейді. Тұздың орташа деңгейі әдетте 3000–5000 ppm аралығында болады, бұл мұхиттың тұздылығынан (шамамен 35 000 ppm) әлдеқайда аз. Бассейндерде тұзды түбіне құйып, ерігенше бассейн щеткасымен сүртіп таратады; егер концентрленген тұзды су қайтарылатын су жүйесіне түсіп кетсе, артық өткізгіштік салдарынан хлорилизатор жасушасы бұзылуы мүмкін. Тұзды суды хлорлау гидроксид иондарының артық өндірілуіне әкеледі, сондықтан pH деңгейін сақтау үшін сулы хлор тұқылын (HCl, сондай-ақ муриат қышқылы деп те аталады) жиі қосу қажет. Хлор химиясының бастапқы теңдеулері келесідей: 4NaCl → 4Na+ + 4Cl− Тұз суда ериді. 4Na+ + 4Cl− → 4Na+ + 2Cl2 Электролиз арқылы. 4Na+ + 4H2O → 4Na+ + 4OH− + 2H2 Электролиз арқылы. 2Cl2 + 2H2O → 2HClO + 2H+ + 2Cl− Сулы хлор газының гидролизі. 2HClO → HClO + ClO− + H+ Гипохлор қышқылының pH 7,5 және 25°C температурада диссоциациялануы. 4NaCl + 3H2O → 4Na+ + HClO + ClO− + OH− + 2Cl− + 2H2 Жоғарыдағы барлық теңдеулердің қорытындысы. pH деңгейін 7,5-ке қайтару үшін хлор тұқылын қосу: HCl + 4Na+ + HClO + ClO− + OH− + 2Cl− + 2H2 → HClO + OCl− + H2O + 4Na+ + 3Cl− + 2H2. 4NaCl + HCl + 2H2O → HClO + OCl− + 4Na+ + 3Cl− + 2H2 Соңғы екі теңдеудің қорытындысы.

The chlorinator cell consists of parallel titanium plates coated with ruthenium and sometimes iridium. Older models make use of perforated (or mesh) plates rather than solid plates. Electrolysis naturally attracts calcium and other minerals to the plates. Thus, depending on water chemistry and magnitude of use, the cell will require periodic cleaning in a mild acid solution (1 part HCl to 15 parts water) which will remove the buildup of calcium compound crystals, such as calcium carbonate or calcium nitrate. Excessive buildup can reduce the effectiveness of the cell. Running the chlorinator for long periods with insufficient salt in the pool can strip the coating off the cell which then requires an expensive replacement, as can using too strong an acid wash.

Saltwater pools can also require stabilizer (cyanuric acid) to help stop the sun's UV rays from breaking down free chlorine in the pool. Usual levels are 20–50 ppm. They also require the pH to be kept between 7.2 and 7.8 with the chlorine being more effective if the pH is kept closer to 7.2. The average salt levels are usually in the 3000 5000 ppm range, much less than the ocean, which has salt levels of around 35,000 ppm. In swimming pools, salt is typically poured across the bottom and swept with the pool brush until it dissolves; if concentrated brine is allowed into the return water system it can cause the chlorinator cell to malfunction due to overconductivity. Salt water chlorination produces an excess of hydroxide ions, and this requires the frequent addition of hydrochloric acid (HCl, also known as muriatic acid) to maintain pH. The initial chlorine chemistry is as follows. 4NaCl → 4Na+ + 4Cl− Salt dissolves in water. 4Na+ + 4Cl− → 4Na+ + 2Cl2 By electrolysis. 4Na+ + 4H2O → 4Na+ + 4OH− + 2H2 By electrolysis. 2Cl2 + 2H2O → 2HClO + 2H+ + 2Cl− Hydrolysis of aqueous Chlorine gas. 2HClO → HClO + ClO− + H+ Dissociation of hypochlorous acid at pH 7.5 and 25C. 4NaCl + 3H2O → 4Na+ + HClO + ClO− + OH− + 2Cl− + 2H2 Net of all the above. Addition of Hydrochloric Acid to restore the pH to 7.5

HCl + 4Na+ + HClO + ClO− + OH− + 2Cl− +2H2 → HClO + OCl− + H2O + 4Na+ + 3Cl− + 2H2. 4NaCl + HCl + 2H2O → HClO + OCl− + 4Na+ + 3Cl− + 2H2 Net of the last two.

Пайдасы мен кемшіліктері

Бассейндегі тұз жүйелерінің артықшылығы – ыңғайлылығы және таза хлор негізді дезинфекциялау құралының тұрақты жеткізілуі. Дәстүрлі хлорлау әдістеріне қарағанда, қоздырғыш хлораминдердің азаюы және судағы еріген сілтілі минералдарды азайтатын электролиздің «жұмсарту» әсері де артықшылық ретінде қарастырылады. Хлорға сезімтал кейбір адамдар үшін бұл жүйелер аз зиянды болуы мүмкін. Кемшіліктері – жүйенің бастапқы құны, күтіп-ұстауы және жасушаларды ауыстыру құны. Тұз – коррозиялық зат, сондықтан ол кейбір металдар мен дұрыс жабылмаған тастарға зиян келтіруі мүмкін. Дегенмен, тұзды хлорланған бассейндегі тұздың идеалдық концентрациясы өте төмен болғандықтан (<3500 ppm, адамның дәм сезу арқылы тұзды қабылдау шегі; теңіз суы осы концентрациядан он есе жоғары), зақымдану көбінесе бассейн химиясының дұрыс сақталмауынан немесе электролиттік жасушаның дұрыс күтілмеуінен туындайды. Бассейн жабдықтарын өндірушілер тұзды су бассейндерінен зақымданған тот баспайтын болат өнімдеріне кепілдік бермейді. Кальций және басқа сілтілі тұнбалар катодтық тақтада және кейде бассейннің өзінде «тақталау» түрінде табиғи түрде жиналады. Жасушаны үнемі күтіп-ұстау қажет; әйтпесе, жасушаның тиімділігі төмендейді. Тұзды хлорлау құрылғыларының кейбір түрлері «кері полярлық» әдісін қолданады, ол анод пен катодтың рөлдерін үнемі ауыстырады, осылайша жиналған кальцийдің жинақталатын электродтан еріп кетуіне әкеледі. Мұндай жүйелер электролиттік жасушаны тазалау қажеттілігін азайтады, бірақ толығымен жоймайды, сондай-ақ суда кальцийдің тақталауын азайтады. Хлор пайда болғанда pH деңгейі көтеріледі, бұл хлордың тиімділігін төмендетеді. Көптеген химиялық автоматтандырылған жүйелер pH деңгейінің өсуін сезінеді және pH-ты қажетті деңгейге қайтару үшін CO2 немесе тұз қышқылын автоматты түрде енгізеді. Автоматтандырылған жүйелер судың ОРП немесе тотығу-тотықсыздану деңгейін бақылап, дезинфекциялау деңгейін де басқарады. Бұл сұранысқа қарай қажетті мөлшерде хлор өндіруге мүмкіндік береді. Бром бассейнін жасау үшін натрий хлориді орнына натрий бромидін пайдалануға болады. Артықшылықтары мен кемшіліктері тұз жүйесіне ұқсас. pH-ты теңдестіру үшін хлорид негізді қышқылды пайдаланудың қажеті жоқ. Сонымен қатар, бром тотықтырғыш ретінде емес, тек дезинфекциялаушы ретінде тиімді, сондықтан органикалық емес қалдықтарды жою және байланысқан бромды босату үшін сутек пероксиді немесе хлорлы шок сияқты «шокты» қосу қажет. Бұл қосымша қадам натрий хлориді жүйесінде қажет емес, өйткені хлор дезинфекциялаушы және тотықтырғыш ретінде тиімді. Пайдаланушы тек кейде «супер хлорлауды» немесе жасушаның хлор өндірісін арттыруды қажет етеді. Бұл әдетте аптасына бір рет немесе көптеген адамдар шомылғаннан кейін қажет болады.

The benefits of salt systems in pools are the convenience and the constant delivery of pure chlorine based sanitizer. The reduction of irritating chloramines versus traditional chlorinating methods and the "softening" effect of electrolysis reducing dissolved alkali minerals in the water are also perceived as benefits. For some people that have sensitivities to chlorine, these systems may be less offensive. Disadvantages are the initial cost of the system, maintenance, and the cost of replacement cells. Salt is corrosive and will damage some metals and some improperly sealed stone. However, as the ideal saline concentration of a salt chlorinated pool is very low (<3,500ppm, the threshold for human perception of salt by taste; seawater is about ten times this concentration), damage usually occurs due to improperly maintained pool chemistry or improper maintenance of the electrolytic cell. Pool equipment manufacturers typically will not warrant stainless steel products damaged by saline pools. Calcium and other alkali precipitate buildup will occur naturally on the cathode plate, and sometimes in the pool itself as "scaling". Regular maintenance of the cell is necessary; failure to do so will reduce the effectiveness of the cell. Certain designs of saline chlorinators use a "reverse polarity" method that will regularly switch the roles of the two electrodes between anode and cathode, causing this calcium buildup to dissolve off the accumulating electrode. Such systems reduce but do not eliminate the need to clean the electrolytic cell and the occurrence of calcium scale in the water. As chlorine is generated, pH will rise causing the chlorine to be less effective. Many systems with chemistry automation can sense the rising pH and automatically introduce either CO2 or hydrochloric acid in order to bring the pH back to the target level. Automation systems will also manage levels of sanitizer by monitoring the ORP or redox levels of the water. This allows only the needed amount of chlorine to be generated based on the demand. Sodium bromide can be used instead of sodium chloride, which produces a bromine pool. The benefits and downsides are the same as those of a salt system. It is not necessary to use a chloride based acid to balance the pH. Also, bromine is only effective as a sanitizer, not as an oxidizer, leaving a need for adding a "shock" such as hydrogen peroxide or any chlorine based shock to burn off inorganic waste and free up combined bromines. This extra step is not needed in a sodium chloride system, as chlorine is effective as both a sanitizer and an oxidizer. A user would only need to "super chlorinate" or increase chlorine production of the cell occasionally. That would normally be less than once a week or after heavy bather loads.