Chlor: Właściwości, Chlorowanie i Jego Wpływ na Zdrowie
- Szczegóły
Chlor to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 17 i masie cząsteczkowej 35,5. W naturze występuje w postaci minerału chlorku sodu (sól kuchenna) oraz innych soli. Chlor jest żółto-zielonym, 2,5 razy cięższym od powietrza silnie trującym gazem o przenikliwym, duszącym zapachu. Daje się łatwo skroplić i łatwo rozpuszcza się w wodzie (woda chlorowa).
Funkcje Chloru w Organizmie
Chlor ma ogromny wpływ na zdrowie, gdyż pełni wiele ważnych funkcji w organizmie. Chlor to pierwiastek mineralny, należący do elektrolitów, który w organizmie człowieka występuje w postaci anionu (jonu ujemnego) chlorkowego, głównie (70 proc.) w płynach pozakomórkowych (w tym w osoczu krwi).
Znajduje się także w żołądku, jako składnik kwasu solnego, oraz w ślinie. Chlor odpowiada za równowagę kwasowo-zasadową organizmu, czyli za zachowanie odpowiedniego stosunku kationów i anionów w płynach ustrojowych, co warunkuje odczyn pH krwi. Wraz z sodem i potasem, chlor reguluje także gospodarkę wodno-elektrolitową organizmu, tzn. kontroluje rozkład i ilość wody w organizmie. Metabolizm chloru jest powiązany z metabolizmem sodu.
Poza tym chlor aktywuje enzymy trawienne śliny.
Niedobór Chloru (Hipochloremia)
Niedobór chloru (hipochloremia) może być wynikiem obfitego pocenia się, biegunek, wymiotów lub stosowania leków moczopędnych, które prowadzą do nadmiernej utraty chloru z moczem. Niedobór chloru objawia się osłabieniem siły mięśniowej lub bolesnymi skurczami mięśni, drgawkami, zmęczeniem oraz bólami i zawrotami głowy.
Przeczytaj także: Właściwości i Wpływ Wody Gazowanej na Zdrowie
Źródła Chloru w Diecie
Źródłem chloru w diecie jest sól kuchenna (która chemicznie stanowi połączenie chloru z sodem), a także inne produkty, które zwierają sól, takie jak, np. wędliny.
Nadmiar Chloru (Hiperchloremia)
Przyczyną nadmiaru chloru (hiperchloremii) może być dieta wysokosodowa, utrata wodorowęglanów przez przewód pokarmowy, hipoproteinemia (zmniejszone stężenie białka całkowitego we krwi) lub zagęszczenie krwi (które zwykle jest wynikiem odwodnienia). Objawami nadmiaru chloru również są zaburzenia ze strony układu nerwowo-mięśniowego.
Z kolei skutkiem może być rozwój kwasicy metabolicznej (to stan zwiększonej kwasowości krwi, gdy jej pH spada poniżej 7,35). Wówczas pojawiają się zmęczenie, nudności i wymioty. Ostra kwasica może się objawiać m.in.
Normy Spożycia Chloru
Normy na chlor ustalono na poziomie wystarczającego spożycia (AI). Wartości AI dla poszczególnych grup ludności ustalono na podstawie wartości przyjętych dla sodu.
| Grupa wiekowa | Wystarczające spożycie (AI) |
|---|---|
| Dzieci do 5. miesiąca życia | 190 mg/d |
| Dzieci od 5. miesiąca życia | 570 mg/d |
| Dzieci od 1. do 3. roku życia | 1150 mg/d |
| Dzieci od 4. do 6. roku życia | 1550 mg/d |
| Dzieci od 7. do 9. roku życia | 1700 mg/d |
| Chłopcy i dziewczęta od 10. do 12. roku życia | 2000 mg/d |
| Chłopcy i dziewczęta od 13. do 18. roku życia | 2300 mg/d |
Chlorowanie Wody
Chlor wolny używany do dezynfekcji tworzy się po rozpuszczeniu chloru gazowego w wodzie. Chlorowanie to proces uzdatniania i dezynfekcji wody przy użyciu chloru wolnego. Chlorowanie jest powszechną metodą dezynfekcji stosowaną w przypadku wody źródłowej o minimalnym zanieczyszczeń organicznych i niskim stężeniu trudnych do usunięcia mikroorganizmów, takich jak giardia lub cryptosporidium.
Przeczytaj także: Ozonowany Tlenek Magnezu: Szczegółowa Analiza
Chloroaminy tworzą się po dodaniu chloru do wody zawierającej amoniak. Reakcja chloru z amoniakiem może być pożądana lub niepożądana, w zależności od strategii uzdatniania wody. Chloraminacja to proces uzdatniania i dezynfekcji wody przy użyciu monochloroaminy jako głównej substancji dezynfekującej. Chloroaminy mają niższą reaktywność w porównaniu z wolnym chlorem i reagują mniej intensywnie z różnymi zanieczyszczeniami w surowej wodzie, szczególnie z substancjami organicznymi. Prowadzi to do powstania mniejszej ilości rakotwórczych produktów ubocznych dezynfekcji (DBP), głównie trihalometanów (THM).
Chlor całkowity jest sumą wszystkich rodzajów chloru wolnego i związanego obecnych w próbce. Silna substancja utleniająca, chlor (Cl 2), jest idealnym środkiem dezynfekującym. Właściwe poziomy chloru resztkowego w wodzie pitnej zapewniają, że woda jest bezpieczna do spożycia przez ludzi, jednak zbyt dużo chloru w wodzie może mieć szkodliwy wpływ na produkcję farmaceutyczną, procesy oczyszczania przy użyciu membran i inne zastosowania.
Zapotrzebowanie na Chlor
Zapotrzebowanie na chlor to całkowita ilość chloru potrzebna do reakcji ze wszystkimi zanieczyszczeniami zawartymi w wodzie, takimi jak metale, bakterie, związki organiczne lub amoniak. Po dodaniu do wody wolny chlor reaguje z zanieczyszczeniami i jest w ten sposób zużywany. Po zaspokojeniu zapotrzebowania stężenie wolnego chloru staje się mierzalne. W związku z tym zapotrzebowanie na chlor jest różnicą między ilością chloru dodanego do wody a mierzalną ilością chloru pozostałego po reakcji. Zrozumienie zapotrzebowania na chlor pomaga zapewnić skuteczną dezynfekcję w trakcie procesu uzdatniania wody.
Odchlorowanie
Ze względu na szkodliwość chloru istnieją zastosowania wymagające „odchlorowania”. Odchlorowanie adsorpcyjne wykorzystuje węgiel aktywny do usuwania związków chloru.
Proces Oczyszczania Wody z Wykorzystaniem Chloru
Podczas wstępnego utleniania do wody źródłowej wpływającej do zakładu dodawany jest chlor (chlorowanie wstępne) w celu wytrącania minerałów na wstępnym etapie oczyszczania (poza dezynfekcją), aby pomóc w usunięciu substancji zawieszonych i rozpuszczonych przed filtracją. Aby chlor mógł działać skutecznie, jego stężenie przed i po filtracji (jak również pH, temperatura wody i czas kontaktu) muszą być monitorowane i kontrolowane.
Przeczytaj także: Przewodnik po uzdatnianiu wody basenowej bez chloru
Większość oczyszczalni posiada komorę kontaktową (studnię do klarowania), gdzie wtryskiwany i mieszany jest chlor, który może pozostawać w kontakcie z wodą przez czas wymagany w zależności od temperatury, pH i rodzaju mikroorganizmów obecnych w wodzie. Chlorowanie przed filtracją (chlorowanie wstępne) i po filtracji (chlorowanie wtórne) jest kontrolowane w wielu punktach całego procesu oczyszczania i systemu dystrybucji.
Podczas reagowania z substancjami organicznymi w wodzie chlor może tworzyć produkty uboczne dezynfekcji ( DBP) które są uważane za szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Chlorowanie stosuje się w końcowych etapach oczyszczania w celu zabicia patogenów oraz mikroorganizmów stosowanych na wcześniejszych etapach uzdatniania w celu zapobiegania rozprzestrzenianiu się chorób przenoszonych przez wodę.
Do zmniejszenia toksyczności ścieków stosuje się odchlorowanie w celu zarządzania resztkami chloru i zapewnienia zgodności z przepisami przed odprowadzaniem ścieków do jezior, rzek lub oceanu. Poziom chloru musi być monitorowany i kontrolowany, ponieważ gdy jest on zbyt niski, rozwój organizmów biologicznych może spowodować niedrożność układu.
Zastosowanie Chloru w Przemyśle Spożywczym
Chlor jest często stosowany jako środek do dezynfekcji owoców, warzyw, drobiu i mięsa. Utrzymanie odpowiedniego stężenia chloru resztkowego jest niezbędne do optymalizacji mocy odkażania wody płuczącej. W recyrkulowanej wodzie używanej do kąpieli płuczącej podczas pasteryzacji po zakończeniu procesu pakowania gromadzą się zanieczyszczenia.
Czyszczenie i Dezynfekcja w Procesach Przemysłowych
Rury i zbiorniki stosowane w procesach przemysłowych są okresowo czyszczone i dezynfekowane w procedurze „czyszczenia na miejscu” (CIP).
Metody Pomiaru Chloru
Ogólnie rzecz biorąc, ta metoda optyczna wykorzystuje pomiary natężenia koloru do określenia stężenia chloru w roztworze. Po dodaniu do próbki odpowiednich roztworów buforowych i wskaźnikowych następuje reakcja, która powoduje uzyskanie koloru, którego natężenie jest proporcjonalne do stężenia chloru. Intensywność koloru jest mierzona wzrokowo, przy użyciu kolorymetru lub spektrofotometru.
- Metoda DPD: to najczęściej stosowana metoda kolorymetryczna do pomiaru chloru. Można jej używać do pomiaru chloru wolnego i całkowitego za pomocą przyrządów polowych, laboratoryjnych i internetowych.
- Metoda indofenolowa: selektywna dla monochloroaminy, może być stosowana do pomiaru monochloroaminy i wolnego amoniaku, a także wolnego chloru.
- Metoda miareczkowania: Ta metoda określa stężenie chloru na podstawie zakończenia reakcji chemicznej między chlorem a titrantem dodanym do próbki.
- Metoda elektrochemiczna: mierzy zmianę natężenia prądu elektrycznego wynikającą z reakcji chemicznych na elektrodach, przy czym prąd jest proporcjonalny do stężenia chloru.
Chloroaminy
Termin „chloroaminy” używany w branży uzdatniania wody określa trzy główne związki, które mogą powstać w wyniku reakcji amoniaku z chlorem: monochloroaminę, dichloroaminę i trichloroaminę. Chociaż monochloroamina jest docelowym środkiem dezynfekującym, gdy chlorowanie nie jest odpowiednio kontrolowane, inne niepożądane związki mogą pojawić się w chlorowanych systemach wód gruntowych zawierających naturalny amoniak oraz w chlorowanych ściekach.
Należy zauważyć, że chloroaminy odnoszą się do grupy związków, a nie do jednej substancji. Powszechnie przyjmuje się, że gdy chlor jest stale dodawany do wody zawierającej amoniak, chloroaminy tworzą się sekwencyjnie, tj. najpierw monochloroamina, następnie dichloroamina i wreszcie trichloroamina. Proces ten jest jednak odwrotny, gdy amoniak jest dodawany do wody chlorowanej. Celem chlorowania jest pełne uformowanie monochloroaminy przy uniknięciu innych chloroamin.
Zakłócenia w Pomiarach Chloru
Inne utleniacze, takie jak brom, jod, ozon, dwutlenek chloru i niektóre metale lub nadtlenek wodoru, mogą reagować z DPD w różnych sytuacjach, powodując fałszywe pozytywne wyniki. Najczęściej zakłócenia powoduje utleniony mangan, który można skorygować poprzez poddanie próbki działaniu jodku potasu i arsenu sodu. W zakresach niskiego stężenia chloru rozpuszczony tlen może powodować zakłócenia, zwłaszcza w bezpośrednim świetle słonecznym.
Jeśli w kolorymetrze lub spektrofotometrze stosowana jest metoda ULR (Ultra-Low Range), należy upewnić się, że została określona i odliczona od wyników analizy próbki ślepa próba odczynnika z użyciem wody dejonizowanej. Dobrym pomysłem jest również użycie tej samej kuwety do zerowania przyrządu i odczytu stężenia próbki.
- Oznaczanie resztkowego wolnego chloru w obecności manganu i innych utleniaczy, które zakłócają kolorymetryczne metody DPD oraz metody DPD i miareczkowania amperometrycznego wolnego chloru.
- Oznaczanie wolnego chloru w obecności chloroamin (wolny chlor powinien obficie występować w próbce wody). Chloroaminy reagują ze wskaźnikiem chloru wolnego DPD. Ich obecność powoduje, że kolor wynikowy jest niestabilny, a jego natężenie powoli się zwiększa wraz z upływem czasu.
Metoda indofenolowa dla wolnego chloru wykorzystuje roztwór odczynnika freechlor F w celu szybkiego konwertowania wolnego chloru obecnego w próbce na monochloroaminę. Utworzona monochloroamina jest następnie oznaczana za pomocą odczynnika monochlor F, który jest specyficzny dla monochloroaminy.
Pomiar Chloru Całkowitego i Wolnego
Całkowity chlor jest zwykle mierzony w systemach wykorzystujących chlorowanie, gdy celowo jest używana reakcja chloru z amoniakiem. Całkowity chlor jest sumą chloru wolnego i chloroamin nieorganicznych.
Wolny chlor jest zwykle mierzony w systemach wody pitnej wykorzystujących chlor lub podchloryn sodu do dezynfekcji, aby sprawdzić, czy woda zawiera wystarczającą ilość środka dezynfekującego. Typowe poziomy wolnego chloru resztkowego w wodzie pitnej wynoszą 0,2 - 2,0 mg/L Cl 2 , chociaż mogą wynosić nawet 4,0 mg/L na wlocie (POE).
tags: #tlenek #chloru #chlorowanie #właściwości
