Chlorination

استفاده از کلر ارزان ترین روش گندزدایی آب و فاضلاب است. کلر برای از بین بردن باکتری ها و سایر میکروب های موجود در ذخایر آب آشامیدنی بکار می‌رود. امروزه حتی به ذخایر کوچک آب همواره کلر افزوده می شود. اولین کاربرد کلر در تصفیه آب آشامیدنی، کنترل طعم و بو بوده است. سایر کاربرد های کلر شامل کنترل جلبک‌ها، حذف آهن و منگنز، حذف سولفید هیدروژن و حذف رنگ می‌باشد. کلر به اشکال مختلف از جمله : ترکیبات جامد هیپو کلریت سدیم و پتاسیم و دی‌اکسید کلر گازی در صنعت آب موجود است.

ویژگی های استفاده کلر عبارت است از:

1.  ارزان
2.  به جای گذاشتن کلر باقیمانده در آب
3.  کارایی در غلظت‌های پایین
4.  در دسترس بودن به سه صورت:

• گاز (گاز کلر)
• مایع (هیپو کلرت سدیم)
• جامد (هیپو کلرت کلسیم)
• 

کلر، علاوه براثر میکروب کشی چند ویژگی مهم دیگر ازنظر تصفیه آب دارد، ازجمله : آهن، منیزیم و هیدروژن سولفید را اکسید می کند، بعضی اجزاء مولد بو و طعم بد را از بین می برد، از رشد جلبک‌ها و زیست مندهای مولد لجن لزج جلوگیری می کند و بالاخره به انعقاد آب هم کمک می کند.

طرز کار کلر

پس از افزودن کلر به آب، اسید هیدروکلریک و هیپوکلرو تشکیل می شود. اسید هیدروکلریک به وسیله‌ی قلیایی ‌بودن آب خنثی می شود و اسید هیپوکلرو یون ساز، تبدیل به یون های هیدروژن و هیپوکلریت می شود:

H2O+ Cl2 → HCl + HOCl

HOCl → H+ + OCl-s

اثر گندزدایی کلر عمدتاً به علت اسید هیپوکلرو و به مقدار کمتر مربوط به یون های هیپوکلریت است. اسید هيپوکلرو کار آمد ترین شکل کلر برای گندزدایی آب و از یون های هيپوکلريت بسیار (هفتاد تا هشتاد برابر) موثرتر است. اگر pH آب در حدود هفت باشد بیشترین اثر گندزدایی کلر آشکار می شود زیرا اسید هيپو کلرو بیشتر تولید می شود و اگر مقدار pH از 8.5 بیشتر باشد اثر گندزدایی کلر نامطمئن است زیرا نزدیک به نود درصد اسید هیپو کلرو به یون های هيپوکلريت تبدیل می شود. خوشبختانه بیشتر آب ها pH بین 7.5 – 6 دارند.

اصول کلر زنی

پیش از هر چیز آبی که قرار است کلر زنی شود باید صاف و بدون کدورت باشد، زیرا کدورت از کارایی کلر زنی جلوگیری می کند.
دیگر آنکه باید کلر موردنیاز برای آب برآورد شود. زیرا کلر موردنیاز آب با مقدار کلر که به آب‌زده می شود متفاوت است، مقدار کلر باقی مانده در پایان یک مدت معین (به‌طور معین شصت دقیقه) در یک حرارت معین و pH معین آب هم تفاوت می کند.
زمان تماس با کلر می‌بایست رعایت شود. لازم است حداقل به مدت یک ساعت کلر باقی مانده با میکروب ها و ویروس ها در تماس باشد تا کشته شوند.
حداقل غلظت توصیه شده کلر باقی مانده نیم میلی گرم در لیتر پس از یک ساعت است.

مجموع کلر لازم برای یک نوع آب به اضافه کلر باقی مانده آزاد به مقدار 0.5 میلی گرم در لیتر، مقدار کلری را که باید به کار برود تشکیل می  دهد.
کلر ممکن است به یکی از اشکال زیر در دسترس باشد:

• الف) گاز کلر Cl2
  

  

کلر ممکن است به یکی از اشکال زیر در دسترس باشد

• ب) کلر امین NH2Clو NHCl2

کلر امین NH2Clو NHCl2

• ج) پر کلرین High Test Hypochlorit) H.T.H)

پر کلرین High Test Hypochlorit) H.T.H)

• د) دی‌اکسید کلر ClO2
  

  

نقطه‌ی شکست کلر

اصطلاح کلر زنی تا نقطه‌ی شکست روشی است که آن‌قدر کلر به آب افزوده می شود تا همه‌ی مواد آلی آب به‌طور کامل اکسید شوند و مقدار ناچیزی کلر آزاد در آب باقی بماند. نقطه‌ی شروع پیدا شدن کلر آزاد نقطه‌ی شکست نامیده می شود و اگر بازهم کلر به آب افزوده شود تنها کلر باقی مانده آزاد در آب زیاد می شود. مقدار کلر آزاد باقی مانده را می توان به وسیله‌ی آزمون اورتولوییدین آرسنیت (OTA) برآورد کرد. کلر زنی تا نقطه شکست یا کلر زنی تا باقی مانده آزاد تنها روش مطمئن کلر زنی است.

نقطه شکست کلر Break point chlorination

قسمت A-B: ترکیب کلر با مواد معدنی که در آب وجود دارد

قسمت B-C: ترکیب کلر با آمونیاک و تشکیل NHCl2 و ياکلروآمين

قسمت C-D: تجزیه کلروآمین ها و آزاد شدن گاز ازت

نقطه D: نقطه شکست، از این به بعد هر چه که کلر اضافه شود

به عنوان کلر باقیمانده محسوب می‌شود.

اصطلاح کلر زنی تا نقطه‌ی شکست روشی است که آن‌قدر کلر به آب افزوده می شود تا همه‌ی مواد آلی آب به طور کامل اکسید شوند و مقدار ناچیزی کلر آزاد در آب باقی بماند. نقطه‌ی شروع پیدا شدن کلر آزاد نقطه شکست نامیده می شود و اگر بازهم کلر به آب افزوده شود تنها کلر باقی مانده‌ی آزاد در آب زیاد می شود.

چگونگي اثر گندزدايي كلر

كلر افزوده شده به آب، منجر به تشكيل اسيد كلريدريك و اسيد هيپوكلرو مي‌شود. اسيد هيپوكلرو موثرترين تركيب كلردار براي گندزدايي آب مي‌باشد. هرچه قدر PH آب پايين باشد اثر گندزدايي آن بيشتر مي‌شود، زيرا در PH نزديك 7 اسيدهيپوكلرو بيشتر توليد مي‌گردد و در PH حدود 5/8 اثر گندزدايي كلر، ضعيف خواهند شد. خوشبختانه بيشتر آب‌ها داراي PH = 5/7-6  هستند.

مباني كلرزني

براي حصول اطمينان از درستي كلرزني قواعد زير بايستي رعايت شود:

1 ـ  آب مورد گندزدايي، صاف و بدون كدورت باشد.

2 ـ  كلر مورد نياز آب مشخص گردد، نقطه شكست كلر و كلر باقي مانده آزاد حائز اهميت است.

3 ـ  در هر حال زمان تماس حدود يك ساعت براي ازبين بردن زيستوارك‌هاي حساس در مقابل كلر منظور گردد.

4 ـ  حداقل كلر باقيمانده پس از يك ساعت 5/0 ميلي گرم در ليتر پيشنهاد مي‌شود. اين مقدار در همه گيري‌هاي بيماري‌هاي روده تا 1 ميلي گرم در ليتر نيز توصيه شده است.

5 ـ  مقدار كلر مورد نياز هر نوع آب برابر خواهد بود با مقدار كلري كه به آب اضافه مي‌شود تا پس از يك ساعت مقدار 5/0 ميلي گرم در ليتر كلر باقي مانده داشته باشد.

روش كلرزني

با توجه به حجم آب مورد گندزدايي و وسعت پروژه، روش كلرزني تعيين مي‌گردد. كلر ممكن است به يكي از اشكال زير در دسترس باشد:

الف) گازكلر    Cl2

ب) كلرامين    NH2 Cl  و NHCl2

ج) پركلرين     High Test Hypochlorit) H.T.H)

د) دي اكسيد كلر Clo2

كلر اولين ماده انتخابي در گندزدايي آب است زيرا ارزان، موثر و كاربرد آن بسيار ساده است. براي جلوگيري از آثار سمي آن توسط دستگاه كلرزني به آب اضافه مي‌شود. تركيب آمونياكي كلر نيز براي گندزدايي آب به كار مي‌رود ليكن اثر آن كندتر از اثر كلر است اين امر باعث محدوديت استفاده از آن شده است.

پركلرين يا  H.T.H  يا هيپوكلريت پر قدرت، يكي از تركيبات كلسيم است كه 70ـ60 درصد كلر دارد. محلول ساخته شده از  H.T.H  و تركيبات ديگر كلردار براي گندزدايي آب بكار مي‌رود.

ـ  پركلرين  Ca(OCL)2  به صورت پودر يا كريستال ريز در بسته هايي با وزن مشخص تهيه و توزيع مي‌گردد.

ـ  گرد سفيد كلر CaOCL2 كه كلر قابل استفاده آن 39ـ5/33% است.

ـ  محلول هيپوكلريت سديم  Naocl  كه داراي 5ـ3 و 16ـ10 درصد وزني كلر قابل استفاده است.

به دلیل مزایای متعدد کلرزنی در تحقق سلامت میکروبی آب، سازمان جهانی بهداشت به صراحت اعلام کرده است که”پیامدهای بهداشتی ناشی از فرآورده‌های جانبی کلرزنی، در مقایسه با عدم کفایت انجام آن، بسیار جزیی است و کلرزنی آب بدون توجه به کنترل فرآورده‌های جانبی حاصل از آن باید انجام ‌شود”. مطالعه‌‌های اپیدمیولوژی محققان نیز نشان می‌دهد که احتمال ابتلا به سرطان ناشی از فرآورده‌های جانبی کلرزنی در استخرهای شنا 25 و در آب آشامیدنی، 6 در میلیون است.
در کلرزنی فاضلاب نیز هر چند به اعتقاد سازمان جهانی بهداشت، کلرزنی پساب فاضلاب‌ها به دلایل متعدد دشوار بوده و دستیابی به کیفیتی از پساب کلرینه شده که همواره شاخص‌های بهداشتی را تأمین کند، به تقریب ناممکن و غیراقتصادی است، اما با این حال، در شرایط خاص، موفقیت در کلرزنی پساب فاضلاب را منوط به نیل به شاخص‌های BOD کمتر از 20 و به ترجیح کمتر از 10، COD کمتر از 40 و TSS کمتر از 10 میلی‌گرم بر لیتر دانسته است.
نگاه اجمالی
برای اینکه آبی قابل استفاده باشد، علاوه بر حذف انواع آلاینده‌ها از آب و خارج کردن یونها و مواد رسوبی و کلوئیدی ، باید برای مصارف خانگی و بهداشتی ، عاری از باکتریها و ویروسها‌ی مضر باشد. برای پاک کردن آب از اینگونه آلودگی‌ها معمولاً به یک اکسید کننده قویتر از نیاز داریم.
فرآیند حذف باکتریها و ویروسها از آب توسط یک اکسید کننده را گندزدایی می‌نامند. برای اینکار معمولا از ازن یا ترکیبات کلردار استفاده می‌شود.