Диоксид хлора. Способы получения диоксида хлора. Часть 2

     Рассмотрим способы получения диоксида хлора с точки зрения их применения для бассейновых технологий. В «Что лучше хлора для водоподготовки бассейна – диоксид хлора 23 марта, 2020» я уже упомянул нескольких производителей установок для дезинфекции воды диоксидом хлора. Естественно, что они базируются на генерации диоксида хлора непосредственно в установке с моментальным вовлечением его в процесс очистки воды. Вы уже знаете, что такая необходимость вызвана взрывоопасностью и ядовитостью чистого диоксида хлора. Установки генерации СlO2 позволяют сразу получать его в виде водного раствора и в очень низких, не опасных для человека концентрациях. При этом, благодаря высочайшей бактерицидной способности СlO2 даже использование низко концентрированных растворов дает искомый эффект очистки и обеззараживания воды. Выпускаются эти установки не для узконаправленного применения для бассейнов, а в первую очередь для:

  • дезинфекции питьевой воды в общественных заведениях – больницах, спортивных сооружениях, гостиницах и т. п.
  • дезинфекция воды для систем охлаждения, таких как системы вентиляции и кондиционирования
  • в пищевой промышленности для мытья и дезинфекции оборудования, посуды
  • дезинфекция воды в градирнях и охлаждающих контурах гидротехнических сооружений
  • в животноводстве, в пивобезалкогольной, молочной, мясоперерабатывающей, кондитерской и других отраслях промышленности.

Например, установка Chlorox-System немецкой компании DINOTEC вырабатывает СlO2 по кислотно-хлоритному методу.

5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O

КПД этих установок более 80%. Это значит, что в ее реакторе происходит контролируемое смешение 9% соляной кислоты и 7,5% раствора хлорита натрия, но на выходе остаются в небольшом количестве не прореагировавшие исходные вещества и хлорит-ион (продукт гидролиза NaClO2). В каждой фазе производства диоксида хлора сохраняется концентрация < 8г/л. Производимый диоксид хлора накапливается в емкости. Раствор имеет высокую стабильность и короткое время реакции. Вентилирование реактора и накопительной емкости происходит через фильтр с активированным углем. Это предотвращает превышение максимально допустимой концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

По кислотно-хлоритному методу так же работают установки Bello Zon CDLbу компании ProMinent для получения диоксида хлора или Oxiperm Pro у Grundfos. Российская компания Экомаш выпускает установку BlueDIS – это автоматическая установка получения диоксида хлора. Получаемый раствор разбавляется, помещается в бак для хранения, и добавляется в поток воды с помощью дозирующего насоса по мере надобности. Дозирование производится пропорционально объему потока, что обеспечивает необходимую концентрацию диоксида хлора.

В России отсутствует собственное производство хлорита натрия, а привозной продукт достаточно дорог. Поэтому использование установок иностранного производства, работающих по кислотно-хлоритному методу, не распространено. Ранее описанные импортные установки вырабатывают только диоксид хлора (без хлора), что приводит к повышенному содержанию хлорит-ионов ClO2 в обрабатываемой воде, особенно на стадии предокисления (первичной обработки сырой воды). В связи с этим диоксид хлора в мировой практике приходится использовать в сочетании с другими окислителями (дезинфектантами) и реагентами, или воду приходится пропускать через сорбенты для снижения содержания хлоритов, что ведет к значительному удорожанию процесса водоподготовки.

В России (Екатеринбург) акционерное общество «Уральский научно-исследовательский химический институт» выпускает установку ДХ-100 по получению высокоэффективного и экономичного комбинированного дезинфектанта «Диоксид хлора и хлор» из доступного отечественного сырья — хлорАта натрия, поваренной соли и серной кислоты. В ДХ-100 предварительно из хлората натрия и хлорида натрия (поваренной соли) готовится водный раствор, который из расходной емкости одновременно с серной кислотой поступает в реактор установки, где идет взаимодействие реагентов по следующей реакции:

NaCIO3+NaCI+Н2SO4 → CIO2+0,5CI2+Na2SO4+H2O

И далее хлор помогает избавиться от загрязняющих питьевую воду хлорит-ионов, т.к. реагирует с ними с образованием опять же диоксида хлора.

2NaCIO2+CI2 → 2CIO2+2NaCI

Продукты реакции поглощаются водой в инжекторе установки с получением водного (рабочего) раствора, который непосредственно из установки подается по трубопроводу в обрабатываемую воду. Среднее массовое соотношение диоксида хлора и хлора в рабочем растворе составляет 1:0,65. Кстати, у Grundfos в установке Oxiperm 166 использован более совершенный метод получения диоксида хлора уже с участием газообразного хлора, но все так же на базе хлорИта натрия. Эффективность этого метода почти на 5 % выше, чем эффективность метода с использованием кислоты/хлорита, и составляет приблизительно 95 %.

 

Сегодня на российском рынке используется технология получения чистого диоксида хлора (без примесей свободного хлора) на основе хлорАта натрия NaClO3 – технология Purate® (пюрэйт). Диоксид хлора образуется в результате восстановления хлората натрия перекисью водорода в кислой среде.

2NaClO3 + H2SO4 + H2O2 → 2ClO2 + 2O2 + Na2SO4

По технологии Purate смешивают два раствора: смесь, состоящую из следующих основных компонентов: 40% хлората натрия и 7-8% перекиси водорода и серную кислоту следующих концентраций: 78 %, 93 %, 98 %. Эта реакция протекает с КПД 95%. Производство раствора диоксида хлора осуществляют в SVP-Pure® — генераторах диоксида хлора. В них происходит смешение серной кислоты и смеси Purate® в определенных количествах и инжекция уже готового диоксида хлора в воду для получения рабочего раствора.

Можно утверждать, что сегодня наиболее современными технологиями получения чистого раствора диоксида хлора являются технология Purate и кислотно — хлоритная технология. Однако для России хлоритная технология менее предпочтительна, т.к. хлорит, это импортируемое сырье. Сравнение стоимости диоксида хлора в этих двух технологиях, выполненное с учетом цен на реагенты на территории РФ (правда, еще в досанкционном периоде) показывает, что хлоритная технология дороже на 55-60% хлоратной по Purate. Следует добавить, что хлоратная технология по Purate более пригодна в случае значительного расхода диоксида хлора в диапазоне 0,5-200 кг/час, а хлоритная — от 1 до 100г/час.

Производство хлората натрия (NaClO3) не сложное. Его получают электрохимическим окислением растворов поваренной соли. Причем электрохимический способ на сегодня по всем показателям опережает возможные химические способы. Например, хлорированием растворов гидроксида натрия. Хлорат натрия используется как отбеливатель в целлюлозно-бумажной промышленности и как дезинфицирующее средство. В РФ хлорат натрия выпускают волгоградский «Каустик», новочебоксарский «Химпром», Братский хлорный завод и другие отечественные предприятия. Однако цена российского химиката из-за небольших объемов производства довольно высока. Именно по этому, российским производителям бумаги было выгодней покупать его за рубежом. Вероятно, что при нынешнем дефиците отбеливателей для бумаги, его производство пойдет вверх.

Из приведенного материала следует, что аппаратные способы получения ClO2:

  • либо также используют растворы хлорита натрия и эти установки дорогие как сами по себе, так и по используемому сырью
  • либо установки технически не адаптированы под производство низко концентрированных растворов ClO2 (для бытового употребления), как те, что базируются на хлоратном способе.

А обзор двух технологий получения диоксида хлора приводит к выводу:

  • Работа с разбавленными растворами по хлоритной технологии позволяет повысить точность приготовления и дозирования рабочего раствора диоксида хлора в обрабатываемую воду, что особенно важно при его очень малых эффективных концентрациях. К тому же, использование установок, работающих на разбавленных растворах, упрощает работу оборудования и является более безопасным способом получения диоксида хлора.
  • Хлоратная технология для бытового (домашнего, ручного) использования не применима, т.к. условия ее протекания (несколько фаз одновременно в реакции, температура, давление, концентрированные реагенты и т. д.) и образование газообразного диоксида хлора в смеси с хлором в бытовых условиях непреодолимы.

Таким образом, для получения в быту ручным способом диоксида хлора с последующим использованием его в бассейновых технологиях возможно использование только импортируемого (а значит дорогого) хлорита натрия. И фактически мы возвращаемся к условиям получения MMS/CDS , описанным в Диоксид хлора. Теоретические основания применения в бассейновой практике — Часть 1. Что же касается методики применения диоксида хлора к водоочистке в бассейнах, то, скорее всего, бездумная калька с хлорной методики (что сегодня и наблюдается на уже поступающих в продажу препаратах) не даст желаемого результата. А применение диоксида хлора потребует продуманного комплексного сочетания с другими реагентами. И только в этом случае можно рассчитывать на действительно инновационный и эффективный результат.