کاربرد های کلر در تصفیه آب

کلر در تصفیه آب چیست؟

کلر (Cl₂)گازی زرد مایل به سبز با بوی تند و خفه کننده به عنوان یکی از مهم ‌ترین و رایج ‌ترین مواد گندزدایی در تصفیه آب به کار می ‌رود. خاصیت اکسیدکنندگی قوی کلر آن را به ابزاری موثر در از بین بردن میکروارگانیسم ‌های بیماری‌ زا مانند باکتری ‌ها ، ویروس‌ ها و پروتوزوئرها تبدیل می ‌کند. این امر سلامت عمومی و جلوگیری از شیوع بیماری ‌های آب‌ زاد را تضمین می ‌کند.

کلر با حمله به دیواره سلولی میکروارگانیسم‌ ها آنها را از بین می ‌برد. و از تکثیرشان جلوگیری می ‌کند. این مرحله معمولاً در انتهای فرآیند تصفیه ، قبل از توزیع آب به مصرف‌ کنندگان انجام می ‌شود. افزودن کلر در مراحل اولیه‌ ی تصفیه به اکسیداسیون مواد آلی و معدنی کمک می‌ کند. این کار باعث حذف بو و طعم نامطلوب آب ، کنترل رشد جلبک ‌ها و کاهش بار آلی می ‌شود که در نهایت فرآیند گندزدایی را موثرتر می ‌سازد.

اگرچه کلر در تصفیه آب بسیار موثر است اما باید به طور دقیق کنترل شود. استفاده بیش از حد کلر باعث تشکیل ترکیبات جانبی مضر مانند تری ‌هالومتان ‌ها می شود که برای سلامتی زیان‌آور هستند. بنابراین نظارت دقیق بر میزان کلر باقیمانده در آب تصفیه شده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. امروزه روش ‌های نوین تصفیه آب علاوه بر کلر از روش‌ های دیگر گندزدایی نیز بهره می‌ گیرند تا ضمن تضمین سلامت آب از تشکیل ترکیبات مضر جلوگیری شود.

چرا از کلر برای تصفیه آب استفاده می ‌شود؟

خرید کلر کلرپارس تبریز 65 درصد به عنوان یک ماده ی ضدعفونی کننده‌ قوی و مؤثر نقش حیاتی در فرایند تصفیه ‌ی آب ایفا می ‌کند. و به طور گسترده ‌ای در سراسر جهان برای تضمین سلامت و ایمنی آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می ‌گیرد. انتخاب کلر به عنوان گندزدا به دلیل ترکیبی از مزایای منحصر به فرد آن است. که آن را به گزینه ‌ای ایده‌ آل برای این منظور تبدیل می ‌کند. اولاً کلر دارای خاصیت ضدعفونی‌ کنندگی بسیار بالایی است. که به طور مؤثر طیف وسیعی از میکروارگانیسم‌ های بیماری ‌زا ، از جمله باکتری ‌ها ، ویروس ‌ها و پروتوزوئرها را از بین می ‌برد. این خاصیت کشندگی بالا با مکانیسم اکسیداسیون کلر در ارتباط است. که باعث تخریب اجزای حیاتی سلولی پاتوژن ‌ها به‌ویژه DNA و آنزیم ‌ها می ‌شود.

دومین مزیت کلر ماندگاری طولانی آن در آب است. که به حفظ اثر ضدعفونی‌ کنندگی حتی پس از تصفیه و در طول فرآیند توزیع آب کمک می ‌کند. این ویژگی از رشد مجدد میکروارگانیسم ‌ها در شبکه ‌ توزیع آب جلوگیری کرده و تضمین می ‌کند که آب تا رسیدن به مصرف‌ کننده همچنان عاری از پاتوژن ‌ها باشد. علاوه بر این کلر به دلیل هزینه پایین و دسترسی آسان به عنوان یک گندزدای اقتصادی و عملی در نظر گرفته می ‌شود. این امر امکان دسترسی به آب سالم و ایمن را برای عموم مردم حتی در مناطق کم‌ برخوردار فراهم می ‌کند. سرانجام استفاده از کلر در تصفیه‌ آب نسبتاً ساده و قابل اجرا است و نیاز به تجهیزات پیچیده و نیروی انسانی متخصص ندارد.

نقش کلر در ضدعفونی آب

مکانیسم اثر کلر ، اکسیداسیون است که با واکنش با ترکیبات حیاتی در سلول ‌های میکروبی از جمله آنزیم ‌ها و DNA آن ‌ها را غیرفعال و از بین می ‌برد. این فرآیند منجر به اختلال در عملکرد سلولی و در نهایت مرگ میکروارگانیسم ‌ها می ‌شود. کلر به صورت گاز کلر یا هیپوکلریت ‌ها (مانند هیپوکلریت سدیم) به آب اضافه می ‌شود. غلظت و زمان تماس کلر با آب برای اطمینان از نابودی کامل پاتوژن‌ ها به فاکتورهایی مانند نوع و غلظت میکروارگانیسم‌ ها ، دما و pH آب وابسته است.

کلرزنی در مراحل مختلف تصفیه ‌ی آب قابل اجراست. پیش‌کلرزنی که در مراحل اولیه تصفیه صورت می‌ گیرد با اکسیداسیون مواد آلی و معدنی به بهبود فرآیند گندزدایی و حذف بو و طعم نامطلوب آب کمک می ‌کند. کلرزنی اصلی (گندزدایی) معمولاً در مراحل پایانی تصفیه آب ، قبل از توزیع به مصرف‌ کنندگان انجام می ‌شود. باقی گذاشتن مقداری کلر باقیمانده در آب از رشد مجدد میکروارگانیسم ‌ها در شبکه ‌ی توزیع جلوگیری می ‌کند.

روش ‌های مختلف استفاده از کلر در تصفیه آب

کلر به عنوان یک گندزدا در تصفیه ‌ی آب به روش ‌های مختلفی به کار می ‌رود که انتخاب هر روش به عوامل متعددی مانند مقیاس تصفیه ‌خانه ، امکانات موجود و نوع منبع آب بستگی دارد. یکی از روش‌ های متداول کلرزنی مایع است که در آن محلول هیپوکلریت سدیم (آب ژاول) یا هیپوکلریت کلسیم به آب اضافه می ‌شود. این روش به دلیل سهولت استفاده و امکان کنترل دقیق دوز کلر در تصفیه ‌خانه‌ های کوچک و بزرگ مورد استفاده قرار می‌ گیرد. مزیت اصلی این روش قابلیت دسترسی و هزینه نسبتا پایین آن است. اما لازم به ذکر است که محلول‌ های هیپوکلریت ‌ها در طول زمان خاصیت خود را از دست می ‌دهند و نیاز به نگهداری مناسب دارند.

روش دیگر استفاده از گاز کلر (Cl₂) است. که به دلیل قدرت گندزدایی بالا و کارایی در از بین بردن طیف وسیعی از میکروارگانیسم ‌ها در تصفیه‌ خانه ‌های بزرگ و با ظرفیت بالا ترجیح داده می ‌شود. با این حال گاز کلر بسیار خطرناک و سمی است و نیاز به تجهیزات خاص و آموزش پرسنل برای کار با آن ضروری است. استفاده از قرص ‌های کلر نیز در تصفیه آب ‌های با حجم کم مانند استخرهای کوچک یا سیستم ‌های تصفیه ‌ی خانگی متداول است. قرص ‌های کلر معمولاً حاوی هیپوکلریت کلسیم هستند.

و به دلیل سهولت استفاده و نگهداری آسان گزینه مناسبی برای این کاربردها به شمار می ‌روند. اما اثر بخشی قرص ‌های کلر به نوع قرص و شرایط آب وابسته است و ممکن است به اندازه ‌ی روش‌ های دیگر مؤثر نباشد. علاوه بر روش ‌های ذکر شده از روش‌ های دیگر کلرزنی نیز می‌ توان نام برد. که شامل کلرزنی دی اکسید کلر و استفاده از دی کلروایزوسیانورات می ‌باشد. انتخاب روش مناسب کلرزنی نیازمند بررسی دقیق عوامل فنی ، اقتصادی و ایمنی است تا بهترین کارایی و ایمنی در فرایند تصفیه آب حاصل شود.

تاثیر کلر در حذف آلودگی ‌های شیمیایی آب

کلر در فرایند تصفیه‌ ی آب علاوه بر خاصیت گندزدایی قوی خود نقشی مهم در حذف برخی از آلودگی‌ های شیمیایی نیز ایفا می‌ کند. این نقش به واسطه‌ ی توانایی اکسیدکنندگی بالای کلر است که به آن اجازه می‌ دهد تا با بسیاری از آلاینده ‌های شیمیایی واکنش داده و آن ‌ها را به ترکیبات بی ‌ضررتر یا قابل حذف ‌تر تبدیل کند. به طور مثال کلر با برخی از فلزات سنگین مانند آهن و منگنز واکنش داده و آن ‌ها را به صورت رسوب غیر محلول درآورده و از آب جدا می کند. همچنین کلر در اکسیداسیون ترکیبات آلی مانند فنول ‌ها و برخی از آفت ‌کش ‌ها مؤثر است.

و آن‌ها را به ترکیبات کم خطرتر تجزیه کند. در واکنش ‌های شیمیایی ، کلر به صورت یون هیپوکلریت (OCl⁻) عمل می ‌کند. که یک عامل اکسیدکننده ‌ قوی است و الکترون‌ ها را از آلاینده ‌ها گرفته و خود احیا می ‌شود. این فرآیند اکسیداسیون ساختار شیمیایی آلاینده‌ ها را تغییر داده و آن ‌ها را به ترکیباتی با سمیت کمتر تبدیل می ‌کند. قدرت اکسیدکنندگی کلر به عواملی مانند pH آب ، دما و زمان تماس بستگی دارد. لازم به ذکر است که کلر در حذف تمام آلودگی‌ های شیمیایی آب مؤثر نیست و در برخی موارد حتی می‌تواند منجر به تولید ترکیبات جانبی مضر شود.

واکنش کلر با مواد آلی موجود در آب سبب تشکیل تری‌ هالومتان ‌ها می شود که ترکیبات سرطان ‌زا هستند. بنابراین استفاده‌ بهینه از کلر در تصفیه ‌ی آب نیازمند کنترل دقیق دوز و شرایط واکنش است. برای حذف انواع مختلف آلاینده‌ های شیمیایی از آب نیاز به استفاده از روش ‌های پیشرفته ‌ی تصفیه مانند فیلتراسیون کربنی ، اسمز معکوس یا سایر روش ‌های اکسیداسیون پیشرفته می باشد. به عبارت دیگر کلر به عنوان یک ابزار در زنجیره تصفیه ‌ی آب عمل می‌ کند .و تنها استفاده از آن برای حذف کامل تمامی آلاینده‌ ها کافی نیست.

خطرات استفاده بیش از حد از کلر در تصفیه آب

یکی از مهم‌ ترین عوارض استفاده‌ زیاد از کلر تولید ترکیبات جانبی مضر (DBPs) است. این ترکیبات در اثر واکنش کلر با مواد آلی طبیعی موجود در آب مانند اسیدهای هومیک و فولیک ایجاد می ‌شوند. تری هالومتان‌ ها از جمله شناخته‌ شده ‌ترین DBPها هستند که به ‌شدت سرطان ‌زا و جهش ‌زا هستند و بر سیستم عصبی ، کلیه‌ ها و کبد تأثیر می گذارند. علاوه بر تری هالومتان‌ ، دی ‌هالواستیک اسیدها نیز از دیگر DBPهای مضر هستند. که باعث تحریک پوست و چشم ، مشکلات گوارشی و مشکلات کبدی می شوند. غلظت بالای کلر باقیمانده در آب نیز سبب ایجاد طعم و بوی نامطبوع در آب شده و در برخی موار باعث خوردگی لوله‌ های انتقال آب می شود.

همچنین بر فلور و فاونای آب ‌های سطحی اثر منفی داشته و باعث کاهش تنوع زیستی می شود. علاوه بر ترکیبات جانبی مضر استفاده ‌ی زیاد از کلر به سلامتی انسان به صورت مستقیم نیز آسیب می رساند. استنشاق گاز کلر حتی در مقادیر کم می‌تواند باعث تحریک مجاری تنفسی ، سرفه ، تنگی نفس و در موارد شدیدتر ایجاد ادم ریوی شود. تماس مستقیم کلر با پوست و چشم نیز باعث سوزش ، التهاب و در موارد شدید ، سوختگی می شود. مصرف آب با غلظت بالای کلر با گذشت مدت زمان ، مشکلات سلامتی متعددی مانند مشکلات گوارشی و اختلالات کبدی را به دنبال داشته است. ازاین ‌رو نظارت دقیق بر غلظت کلر در آب نوشیدنی و رعایت استانداردهای بهداشتی جهت جلوگیری از خطرات ناشی از استفاده بیش از حد کلر بسیار حائز اهمیت است.

کلر و حذف بو و طعم نامطبوع آب

بسیاری از ترکیبات آلی مسئول ایجاد بو و طعم نامطبوع در آب ، مانند فنول‌ ها ، مرکاپتان ‌ها و آلدهیدها به راحتی توسط کلر اکسید می‌ شوند. این فرآیند اکسیداسیون ساختار شیمیایی این ترکیبات را تغییر می ‌دهد. و آن‌ ها را به ترکیباتی با بو و طعم کمتر یا فاقد بو و طعم تبدیل می ‌کند. در واقع کلر با واکنش با این ترکیبات آن ‌ها را به ترکیباتی با وزن مولکولی کمتر و حلالیت بالاتر تبدیل می ‌کند. که به راحتی از آب جدا می ‌شوند یا اثر کمتری بر حس چشایی و بویایی دارند. این عمل معمولاً در مراحل اولیه ‌ی تصفیه قبل از گندزدایی اصلی انجام می‌ شود. که به آن پیش‌ کلرزنی گفته می ‌شود.

علاوه بر اکسیداسیون مستقیم ترکیبات آلی ، کلر به طور غیرمستقیم نیز در بهبود طعم و بوی آب موثر است. با از بین بردن میکروارگانیسم‌ ها و جلبک‌ ها که خود می‌ توانند تولیدکننده‌ ی ترکیبات فرار و ایجاد کننده ‌ی بو و طعم نامطبوع باشند ، کلر به کاهش منابع تولید این ترکیبات کمک می ‌کند. کلر با اکسید کردن مواد معدنی مانند آهن و منگنز که می‌توانند باعث ایجاد رنگ و طعم نامطلوب در آب شوند به بهبود کیفیت آب کمک می کند.

استانداردهای جهانی برای میزان کلر در آب آشامیدنی

سازمان جهانی بهداشت (WHO) و سازمان‌ های ملی مانند سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) و سازمان ‌های مشابه در سایر کشور ها حدود مجاز کلر باقیمانده در آب شرب را مشخص می‌ کنند. این استانداردها معمولاً بر اساس غلظت کلر آزاد باقیمانده در آب پس از فرایند گندزدایی بیان می ‌شوند. هدف حفظ سطحی از کلر آزاد است که برای از بین بردن میکروارگانیسم ‌های بیماری ‌زا کافی باشد اما به اندازه ‌ای نباشد. که خطرات مرتبط با ترکیبات جانبی کلر (DBPs) را افزایش دهد. سازمان جهانی بهداشت غلظت کلر آزاد باقیمانده بین 0.2 تا 0.5 میلی‌گرم در لیتر را توصیه می ‌کند اگرچه این مقدار با توجه به کیفیت منبع آب و شرایط منطقه ‌ای متفاوت می باشد.

عدم رعایت این استانداردها سبب شیوع بیماری ‌های عفونی و یا بروز مشکلات سلامتی ناشی از مصرف آب آلوده می شود. علاوه بر غلظت کلر باقیمانده استانداردها شامل محدودیت ‌های برای ترکیبات جانبی مضر مانند تری ‌هالومتان ‌ها و دی ‌هالواستیک اسیدها نیز هستند که در نتیجه واکنش کلر با مواد آلی در آب تولید می ‌شوند. این محدودیت ‌ها با هدف کاهش خطرات سلامتی مرتبط با این ترکیبات مشخص می ‌شوند. رعایت استانداردهای بهداشتی و ایمنی برای مقدار مجاز کلر در آب شرب از طریق نظارت دقیق بر فرایند تصفیه آب و استفاده از تجهیزات و روش ‌های مناسب گندزدایی و اندازه ‌گیری دقیق محقق می‌شود. این نظارت از طریق آزمایش ‌های منظم آب و رعایت دستورالعمل‌ های مربوطه انجام می گیرد.

نحوه محاسبه میزان کلر مورد نیاز در تصفیه آب

روش ‌های محاسباتی متعددی برای تعیین دوز مناسب کلر وجود دارد. که از ساده ‌ترین روش ‌ها مانند استفاده از جداول تجربی تا مدل ‌های ریاضی پیشرفته و پیچیده را شامل می‌ شود. روش ‌های ساده ‌تر معمولاً بر اساس تجربیات گذشته و آزمایش ‌های انجام شده روی آب ‌های مشابه هستند و به صورت تقریبی میزان کلر مورد نیاز را برآورد می ‌کنند. در این روش‌ ها عوامل تاثیرگذار به صورت تقریبی در نظر گرفته شده و یک دوز اولیه تعیین می ‌شود. که بعداً بر اساس نتایج آزمایش ‌های کنترل کیفیت تنظیم می‌ شود. روش ‌های پیچیده ‌تر از مدل ‌های ریاضی و آماری استفاده می ‌کنند. که روابط بین عوامل مختلف و میزان کلر مورد نیاز را به ‌طور دقیق ‌تر مدل ‌سازی می‌ کنند.

این مدل ‌ها معمولاً با استفاده از داده‌ های آزمایشگاهی و تجربی کالیبره می‌ شوند. اندازه‌گیری میزان کلر باقیمانده در آب تصفیه‌ شده از طریق روش ‌های مختلف آزمایشگاهی مانند تیتراسیون ، اسپکتروفتومتری و یا استفاده از کیت ‌های آزمایش سریع انجام می ‌شود. در روش تیتراسیون ، از معرف ‌های شیمیایی برای تعیین میزان کلر باقیمانده استفاده می ‌شود. در روش اسپکتروفتومتری میزان جذب نور توسط نمونه ‌ آب در طول موج مشخص برای تعیین غلظت کلر مورد استفاده قرار می ‌گیرد. انتخاب روش اندازه‌گیری به دقت مورد نیاز و منابع موجود در آزمایشگاه بستگی دارد. نتیجه ‌ اندازه‌گیری‌ ها برای کنترل کیفیت آب و تنظیم دوز کلر در فرایند تصفیه ‌ی آب استفاده می ‌شود.

تفاوت بین کلر و سایر مواد ضدعفونی ‌کننده در تصفیه آب

کلر به عنوان یک گندزدا در تصفیه آب به دلیل اثربخشی بالا ، هزینه پایین و سهولت استفاده رایج است. اما معایبی از جمله تولید ترکیبات جانبی مضر (DBPs) و تاثیر بر طعم و بوی آب دارد. روش ‌های جایگزین مزایا و معایب خاص خود را دارند. ازن : قدرت گندزدایی بالاتری دارد و DBP تولید نمی‌ کند اما گران ‌تر است و اثر باقیمانده ندارد. اشعه ماوراء بنفش : بدون DBP است اما برای آب‌های کدر کارایی کمتری دارد و اثر باقیمانده ندارد.

دی اکسید کلر: DBP کمتری نسبت به کلر تولید می‌کند اما گران ‌تر و استفاده از آن پیچیده ‌تر است. انتخاب بهترین گندزدا به عوامل متعددی از جمله کیفیت آب خام ، هزینه ، مقررات و استانداردهای بهداشتی منطقه و نیاز به اثر باقیمانده بستگی دارد. در بسیاری از سیستم‌ های تصفیه پیشرفته ، ترکیبی از روش ‌ها برای بهینه ‌سازی کیفیت و ایمنی آب استفاده می‌ شود. برای مثال از کلر برای گندزدایی اولیه و از کربن فعال برای حذف DBP ها استفاده می‌ کنند. بنابراین هیچ گندزدایی به طور کامل برتر نیست و انتخاب مناسب به شرایط خاص بستگی دارد.