Хлорирование бассейнов и джакузи с использованием соли

Введение

Процесс хлорирования бассейнов и джакузи

Хлорирование соленой воды — это процесс, использующий растворенную соль (1000–4000 ppm или 1–4 г/л) для хлорирования бассейнов и джакузи. Генератор хлора (также известный как солевая ячейка, солевой генератор, солевой хлоринатор или SWG) использует электролиз в присутствии растворенной соли для производства хлора в виде газа или его растворенных форм – гипохлористой кислоты и гипохлорита натрия, которые уже широко применяются в качестве дезинфицирующих средств для бассейнов. В качестве побочного продукта также образуется водород.

Отличие от традиционной хлорирования бассейна

Наличие хлора в традиционных бассейнах можно описать как сочетание свободного остаточного хлора (FAC) и связанного остаточного хлора (CAC). FAC состоит из свободного хлора, доступного для дезинфекции воды, в то время как CAC включает хлорамины, образующиеся в результате реакции FAC с аминами, попадающими в бассейн с потом, слюной, слизью, мочой и другими биологическими выделениями человека, а также от насекомых и других вредителей. Хлорамины являются причиной "запаха хлора" в бассейнах, а также раздражения кожи и глаз. Эти проблемы возникают из-за недостаточного уровня свободного остаточного хлора и указывают на необходимость "шоковой" обработки бассейна, заключающейся в добавлении хлора в 5–10 раз превышающего обычную дозу. Производство генераторов хлора для бассейнов с использованием соленой воды началось в США в начале 1980-х годов, а первые коммерческие установки появились в Новой Зеландии в начале 1970-х годов (Aquatech IG4500).

Операция

Клетка хлорирования состоит из параллельных титановых пластин, покрытых рутением и иногда иридием. В более старых моделях используются перфорированные (или сетчатые) пластины вместо цельных. Электролиз естественным образом притягивает кальций и другие минералы к пластинам. Таким образом, в зависимости от химического состава воды и интенсивности использования, клетку необходимо периодически очищать в слабом кислотном растворе (1 часть HCl на 15 частей воды), который удаляет отложения кристаллов соединений кальция, таких как карбонат кальция или нитрат кальция. Чрезмерные отложения могут снизить эффективность клетки. Длительная работа хлориратора при недостаточном содержании соли в бассейне может привести к удалению покрытия с ячейки, что потребует дорогостоящей замены, как и использование слишком концентрированной кислотной промывки. Бассейны с соленой водой также нуждаются в стабилизаторе (циануровой кислоте), чтобы предотвратить разрушение свободного хлора под воздействием УФ-лучей солнца. Оптимальный уровень – 20–50 ppm. Также необходимо поддерживать pH в пределах 7,2–7,8, при этом хлор наиболее эффективен при pH, близком к 7,2. Средний уровень соли обычно составляет 3000–5000 ppm, что значительно меньше, чем в океане (около 35 000 ppm). В бассейнах соль обычно высыпают на дно и распределяют щеткой до полного растворения; попадание концентрированного рассола в систему возврата воды может привести к неисправности ячейки хлорирования из-за чрезмерной электропроводности. Хлорирование соленой воды производит избыток ионов гидроксида, поэтому требуется частое добавление соляной кислоты (HCl, также известной как хлористый водород) для поддержания pH. Начальная химическая реакция хлорирования выглядит следующим образом: 4NaCl → 4Na+ + 4Cl− – растворение соли в воде; 4Na+ + 4Cl− → 4Na+ + 2Cl2 – электролиз; 4Na+ + 4H2O → 4Na+ + 4OH− + 2H2 – электролиз; 2Cl2 + 2H2O → 2HClO + 2H+ + 2Cl− – гидролиз газообразного хлора; 2HClO → HClO + ClO− + H+ – диссоциация гипохлористой кислоты при pH 7,5 и 25°C; 4NaCl + 3H2O → 4Na+ + HClO + ClO− + OH− + 2Cl− + 2H2 – суммарная реакция; добавление соляной кислоты для восстановления pH до 7,5: HCl + 4Na+ + HClO + ClO− + OH− + 2Cl− + 2H2 → HClO + OCl− + H2O + 4Na+ + 3Cl− + 2H2; 4NaCl + HCl + 2H2O → HClO + OCl− + 4Na+ + 3Cl− + 2H2 – суммарная реакция последних двух уравнений.

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.

Преимущества и недостатки

Преимущества соляных систем для бассейнов – это удобство и постоянная подача чистого дезинфицирующего средства на основе хлора. Снижение содержания раздражающих хлораминов по сравнению с традиционными методами хлорирования, а также "смягчающий" эффект электролиза, уменьшающий концентрацию растворенных щелочных минералов в воде, также рассматриваются как преимущества. Для некоторых людей, чувствительных к хлору, эти системы могут быть менее ощутимы. К недостаткам относятся первоначальная стоимость системы, необходимость обслуживания и стоимость замены ячеек. Соль коррозионна и может повредить некоторые металлы и неподходяще загерметизированный камень. Однако, поскольку оптимальная концентрация соли в бассейне, хлорированном солью, очень низка (<3500 ppm, порог восприятия соли человеком на вкус; концентрация в морской воде примерно в десять раз выше), повреждения обычно происходят из-за неправильно поддерживаемой химии воды в бассейне или ненадлежащего обслуживания электролитической ячейки. Производители оборудования для бассейнов обычно не предоставляют гарантию на изделия из нержавеющей стали, поврежденные бассейнами с соленой водой. На катодной пластине и иногда непосредственно в бассейне в виде "налета" естественным образом накапливаются кальций и другие щелочные отложения. Регулярное обслуживание ячейки необходимо; в противном случае ее эффективность снизится. Некоторые конструкции солевых хлораторов используют метод "обратной полярности", который периодически меняет роли двух электродов между анодом и катодом, что приводит к растворению накопившегося кальция с электрода. Такие системы уменьшают, но не устраняют необходимость очистки электролитической ячейки и образование известкового налета в воде. По мере образования хлора pH повышается, что снижает его эффективность. Многие системы с автоматическим контролем химии воды могут определять повышение pH и автоматически добавлять CO2 или соляную кислоту для возврата pH к целевому уровню. Системы автоматизации также контролируют уровень дезинфицирующего средства, отслеживая показатели ORP или окислительно-восстановительного потенциала воды. Это позволяет генерировать только необходимое количество хлора в зависимости от потребности. Вместо хлорида натрия можно использовать бромид натрия, что приведет к образованию бассейна с бромом. Преимущества и недостатки в этом случае аналогичны соляной системе. Для балансировки pH не требуется кислота на основе хлора. Кроме того, бром эффективен только как дезинфицирующее средство, но не как окислитель, поэтому необходимо добавлять "шок", например, перекись водорода или любое хлорсодержащее средство для шоковой обработки, чтобы удалить неорганические отходы и высвободить связанный бром. Этот дополнительный шаг не требуется в системе хлорида натрия, поскольку хлор эффективен как в качестве дезинфицирующего средства, так и в качестве окислителя. Пользователю потребуется лишь периодически проводить "суперхлорирование" или увеличивать выработку хлора ячейкой. Обычно это требуется реже одного раза в неделю или после интенсивного использования бассейна.

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.