سیستم کلرزنی

کلر زنی چیست؟

میکروارگانیسم ها را می توان در آب خام رودخانه ها، دریاچه ها و آب های زیرزمینی یافت. در حالی که همه میکروارگانیسم ها برای سلامت انسان مضر نیستند، برخی از آنها ممکن است باعث بیماری در انسان شوند. به اینها پاتوژن می گویند. پاتوژن های موجود در آب می توانند از طریق سیستم توزیع آب آشامیدنی منتقل شوند و باعث ایجاد بیماری های منتقله از طریق آب در مصرف کنندگان آن شوند.

به منظور مبارزه با بیماری های منتقله از آب، از روش های مختلف ضد عفونی برای غیرفعال کردن عوامل بیماری زا استفاده می شود. در کنار سایر فرآیندهای تصفیه آب مانند انعقاد، ته نشینی، و فیلتراسیون، کلرزنی آب ایجاد می کند که برای مصرف عمومی بی خطر است. کلرزنی یکی از روش هایی است که می توان برای ضد عفونی کردن آب از آن استفاده کرد. این روش برای اولین بار بیش از یک قرن پیش مورد استفاده قرار گرفت و هنوز هم استفاده می شود. این یک روش ضد عفونی شیمیایی است که از انواع مختلف کلر یا مواد حاوی کلر برای اکسیداسیون و ضدعفونی منبع آب آشامیدنی استفاده می کند.

تاریخچه کلرزنی

کلر برای اولین بار در سال 1744 در سوئد کشف شد. در آن زمان، مردم معتقد بودند که بوی آب عامل انتقال بیماری است. در سال 1835، کلر برای از بین بردن بوها از آب استفاده شد، اما تا سال 1890 بود که کلر به عنوان یک ابزار موثر برای ضد عفونی کردن شناخته شد. راهی برای کاهش میزان انتقال بیماری از طریق آب. با این یافته جدید، کلرزنی در بریتانیای کبیر آغاز شد و سپس در سال 1908 به ایالات متحده و در سال 1917 به کانادا گسترش یافت. امروزه کلرزنی محبوب ترین روش ضد عفونی است و برای تصفیه آب در سراسر جهان استفاده می شود.

چرا آب خود را کلر می کنیم؟

حجم زیادی از تحقیقات و مطالعات بسیاری برای اطمینان از موفقیت در تصفیه خانه های جدید با استفاده از کلر به عنوان یک ضد عفونی کننده انجام شده است. مزیت اصلی کلرزنی این است که در برابر باکتری ها و ویروس ها موثر بوده است. با این حال، نمی تواند همه میکروب ها را غیرفعال کند. برخی از کیست های تک یاخته ای در برابر اثرات کلر مقاوم هستند. در مواردی که کیست‌های تک یاخته‌ای یک نگرانی عمده نیستند، کلرزنی یک روش ضدعفونی خوب برای استفاده است زیرا ارزان و در عین حال در ضدعفونی بسیاری از آلاینده‌های احتمالاً موجود مؤثر است. اجرای فرآیند کلرزنی در مقایسه با سایر روش های تصفیه آب نیز نسبتاً آسان است. این یک روش موثر در شرایط اضطراری آب است زیرا می تواند بار اضافی از عوامل بیماری زا را نسبتاً سریع از بین ببرد. وضعیت آب اضطراری می تواند هر چیزی باشد، از خرابی فیلتر گرفته تا مخلوط کردن آب تصفیه شده و خام.

چگونه کلر میکروارگانیسم ها را غیرفعال می کند؟

کلر یک میکروارگانیسم را با آسیب رساندن به غشای سلولی آن غیرفعال می کند. هنگامی که غشای سلولی ضعیف می شود، کلر می تواند وارد سلول شود و تنفس سلولی و فعالیت DNA را مختل کند (دو فرآیندی که برای بقای سلول ضروری هستند).

چه زمانی/چگونه آب های خود را کلر می کنیم؟

کلرزنی را می توان در هر زمان/نقطه ای در طول فرآیند تصفیه آب انجام داد – زمان خاصی وجود ندارد که کلر باید اضافه شود. هر نقطه از کاربرد کلر متعاقباً نگرانی متفاوتی از آلودگی آب را کنترل می کند، بنابراین طیف کاملی از تصفیه را از زمانی که آب وارد تأسیسات تصفیه می شود تا زمانی که خارج می شود ارائه می دهد.

پیش کلرزنی زمانی است که کلر تقریباً بلافاصله پس از ورود به مرکز تصفیه به آب اعمال می شود. در مرحله قبل از کلرزنی، کلر معمولاً مستقیماً به آب خام (آب تصفیه نشده وارد تاسیسات تصفیه) یا در فلاش میکسر (ماشین مخلوط کن که پراکندگی سریع و یکنواخت کلر را تضمین می کند) اضافه می شود. کلر به آب خام اضافه می شود تا جلبک ها و سایر اشکال آبزیان را از آب حذف کند تا در مراحل بعدی تصفیه آب مشکلی ایجاد نکند. پیش کلرزنی در میکسر فلاش باعث حذف طعم و بو و کنترل رشد بیولوژیکی در سراسر سیستم تصفیه آب می شود، بنابراین از رشد در مخازن رسوب (جایی که مواد جامد با ته نشینی گرانشی از آب خارج می شوند) و محیط های فیلتراسیون ( فیلترهایی که آب پس از نشستن در مخازن ته نشینی از آن عبور می کند. افزودن کلر همچنین هرگونه آهن، منگنز و/یا سولفید هیدروژن موجود را اکسید می کند، به طوری که آنها نیز می توانند در مراحل ته نشینی و فیلتراسیون حذف شوند.

ضد عفونی را می توان درست قبل از فیلتراسیون و بعد از ته نشینی نیز انجام داد. این باعث کنترل رشد بیولوژیکی، حذف آهن و منگنز، حذف طعم و بو، کنترل رشد جلبک و حذف رنگ از آب می شود. این میزان رشد بیولوژیکی در سلول های رسوبی را کاهش نمی دهد.

کلرزنی همچنین ممکن است به عنوان آخرین مرحله در فرآیند تصفیه انجام شود، که معمولاً در اکثر تصفیه خانه ها انجام می شود. هدف اصلی این افزودن کلر، ضد عفونی کردن آب و حفظ باقیمانده کلر است که در طول سیستم توزیع آب در آب باقی می ماند. کلرزنی آب فیلتر شده مقرون به صرفه تر است زیرا مقدار CT کمتری مورد نیاز است. این ترکیبی از غلظت (C) و زمان تماس (T) است. مفهوم CT بعداً در این برگه اطلاعات مورد بحث قرار می گیرد. زمانی که آب از طریق ته نشینی و فیلتراسیون می گذرد، بسیاری از ارگانیسم های ناخواسته حذف شده اند و در نتیجه کلر کمتر و زمان تماس کوتاه تری برای رسیدن به همان اثربخشی مورد نیاز است. برای پشتیبانی و حفظ باقیمانده کلر، گاهی اوقات فرآیندی به نام کلرزنی مجدد در سیستم توزیع انجام می شود. این کار برای اطمینان از حفظ سطح باقیمانده کلر مناسب در سراسر سیستم توزیع انجام می شود.

کلر باقیمانده، نقطه شکست

هر نوع کلری که در طول فرآیند تصفیه به آب اضافه شود منجر به تشکیل اسید هیپوکلروس (HOCl) و یون های هیپوکلریت (OCl-) می شود که ترکیبات اصلی ضدعفونی کننده در آب کلردار هستند. جزئیات بیشتر بعداً در این برگه اطلاعات ارائه می شود.

شکلی از کلر + H₂O -> HOCl + OCl^–

از بین این دو، اسید هیپوکلرو موثرترین است. مقدار هر ترکیب موجود در آب به سطح pH آب قبل از افزودن کلر بستگی دارد. در سطوح pH پایین تر، هیپوکلرو اسید غالب خواهد بود. ترکیبی از هیپوکلرو اسید و یون های هیپوکلریت چیزی را تشکیل می دهد که «کور آزاد» نامیده می شود. کلر آزاد پتانسیل اکسیداسیون بالایی دارد و ضدعفونی کننده مؤثرتری نسبت به سایر اشکال کلر مانند کلرامین ها است. پتانسیل اکسیداسیون معیاری است که نشان می دهد چگونه یک ترکیب با ترکیب دیگر واکنش نشان می دهد. پتانسیل اکسیداسیون بالا به این معنی است که بسیاری از ترکیبات مختلف قادر به واکنش با ترکیب هستند. همچنین به این معنی است که ترکیب به راحتی برای واکنش با دیگران در دسترس خواهد بود.

کلر ترکیبی ترکیبی از ترکیبات آلی نیتروژن و کلرامین است که در نتیجه واکنش بین کلر و آمونیاک تولید می شود. به دلیل پتانسیل اکسیداسیون کمتر، کلرامین ها به اندازه کلر آزاد در ضدعفونی آب موثر نیستند. به دلیل ایجاد کلرامین به جای کلر آزاد، آمونیاک در ابتدا محصول مورد نظر در فرآیند تصفیه آب نیست، اما ممکن است در پایان تصفیه برای ایجاد کلرامین به عنوان یک ضد عفونی کننده ثانویه اضافه شود که بیشتر از کلر در سیستم باقی می ماند. ، اطمینان از آب آشامیدنی سالم در سراسر سیستم توزیع.

مقدار کلر مورد نیاز برای ضد عفونی کردن آب بستگی به ناخالصی های موجود در آبی دارد که باید تصفیه شود. بسیاری از ناخالصی های موجود در آب برای واکنش با تمام ناخالصی های موجود به مقدار زیادی کلر نیاز دارند. کلر اضافه شده باید ابتدا با تمام ناخالصی های موجود در آب قبل از وجود باقیمانده کلر واکنش دهد. مقدار کلری که برای ارضای تمام ناخالصی ها لازم است، «تقاضای کلر» نامیده می شود. این را می توان به عنوان مقدار کلر مورد نیاز قبل از تولید کلر آزاد نیز در نظر گرفت. هنگامی که نیاز کلر برآورده شد، کلرزنی نقطه شکست (افزودن کلر به آب تا زمانی که نیاز کلر برآورده شود) اتفاق می افتد. پس از نقطه شکست، هر کلر اضافی اضافه شده منجر به باقیمانده کلر آزاد متناسب با مقدار کلر اضافه می شود. کلر باقیمانده تفاوت بین مقدار کلر اضافه شده و نیاز کلر است. اکثر تصفیه خانه های آب، کلر را فراتر از نقطه شکست اضافه می کنند.

اگر در زمان افزودن کلر آمونیوم در آب وجود داشته باشد، تا زمانی که تمام آمونیوم با کلر واکنش ندهد، کلرزنی اتفاق نمی افتد. بین 10 تا 15 برابر کلر بیشتر از آمونیاک قبل از دستیابی به کلر آزاد و کلر زنی نقطه شکست مورد نیاز است. تصفیه خانه های آب کوچک اغلب تنها کسری از کلر مورد نیاز (در رابطه با یون های آمونیوم) را اضافه می کنند و در نهایت منابع آب خود را به درستی ضد عفونی نمی کنند.

نوع کلرامین هایی که تشکیل می شوند به pH آب قبل از افزودن کلر بستگی دارد. بین سطوح pH 4.5 و 8.5، هر دو مونوکلرامین و دی کلرامین در آب ایجاد می شوند. در pH 4.5، دی کلرامین شکل غالب است و در زیر آن تری کلرامین غالب است. در pH بالای 8.5، مونوکلرامین شکل غالب است. اسید هیپوکلروس با آمونیاک با سریعترین سرعت خود در سطح pH حدود 8.3 واکنش می دهد.

هیپوکلریت کلسیم

هیپوکلریت کلسیم (CaOCl) از نمک های کلسیم اسید هیپوکلرو تشکیل شده است. از حل کردن گاز کلر (Cl2) در محلولی از اکسید کلسیم (CaO) و هیدروکسید سدیم (NaOH) تولید می شود. هیپوکلریت کلسیم یک جامد سفید رنگ و خورنده است که به صورت قرص یا پودر دانه ای تولید می شود. هیپوکلریت کلسیم بسیار پایدار است و زمانی که به درستی بسته بندی شود، می توان مقادیر زیادی را خریداری کرد و تا زمان مورد نیاز ذخیره کرد. با این حال، این ماده شیمیایی بسیار خورنده است و بنابراین در هنگام استفاده برای تصفیه آب نیاز به مدیریت مناسب دارد. هیپوکلریت کلسیم باید در یک منطقه خشک و دور از مواد آلی نگهداری شود. نمی توان آن را در نزدیکی چوب، پارچه یا بنزین ذخیره کرد زیرا ترکیب هیپوکلریت کلسیم و مواد آلی می تواند گرمای کافی برای انفجار ایجاد کند. همچنین باید از رطوبت دور نگه داشته شود زیرا قرص ها / پودر دانه ای به راحتی رطوبت را جذب می کنند و در نتیجه گاز کلر (سمی) تشکیل می دهند. هیپوکلریت کلسیم دارای بوی کلر بسیار قوی است – چیزی که باید هنگام قرار دادن آنها در انبار به خاطر داشت.

هنگام تصفیه آب، مقدار کمتری هیپوکلریت کلسیم نسبت به استفاده از گاز کلر مورد نیاز است. در مقایسه با 1-16 میلی گرم در لیتر مورد نیاز با گاز کلر، تنها 0.5-5 میلی گرم در لیتر هیپوکلریت کلسیم مورد نیاز است. هنگامی که هیپوکلریت کلسیم به آب اضافه می شود، هیپوکلریت و یون های کلسیم تولید می شوند.

Ca(OCl)₂ -> Ca⁺² + 2OCl^–

هیپوکلریت کلسیم به جای کاهش pH مانند گاز کلر، pH آب را افزایش می دهد (آب را اسیدی تر می کند). با این حال، غلظت هیپوکلرو اسید و هیپوکلریت هنوز به pH آب بستگی دارد. بنابراین با کاهش PH آب، هیپوکلرو اسید همچنان در آب وجود خواهد داشت. در نتیجه، هیپوکلریت کلسیم و گاز کلر هر دو یک نوع باقیمانده را تولید می کنند.

هیپوکلریت سدیم

هیپوکلریت سدیم (NaOCl) از نمک های سدیم اسید هیپوکلرو تشکیل شده است و یک ترکیب حاوی کلر است که می تواند به عنوان ضد عفونی کننده استفاده شود. زمانی که گاز کلر در محلول هیدروکسید سدیم حل می شود تولید می شود. به صورت مایع، شفاف با رنگ زرد روشن و دارای بوی قوی کلر است. هیپوکلریت سدیم بسیار خورنده است و باید در جای خنک، تاریک و خشک نگهداری شود. هیپوکلریت سدیم به طور طبیعی تجزیه می شود. بنابراین نمی توان آن را برای بیش از یک ماه در یک زمان ذخیره کرد. از بین انواع مختلف کلر موجود برای استفاده، این ساده‌ترین نوع کلر است.

مقدار هیپوکلریت سدیم مورد نیاز برای تصفیه آب بسیار کمتر از دو شکل دیگر کلر است و 0.2-2 میلی گرم NaOCl/L آب توصیه می شود. مانند هیپوکلریت کلسیم، هیپوکلریت سدیم نیز یون هیپوکلریت تولید می کند، اما به جای یون کلسیم، یون سدیم تولید می شود. NaOCl همچنین PH آب را از طریق تشکیل یون های هیپوکلریت افزایش می دهد. برای به دست آوردن اسید هیپوکلروس که یک ضدعفونی کننده موثرتر است، باید PH آب را کاهش داد.

NaOCl -> Na⁺ + OCl^–

محصولات جانبی کلرزنی

تعدادی از محصولات جانبی مختلف را می توان از واکنش های فرآیند گندزدایی تولید کرد. محصولات جانبی ایجاد شده از واکنش بین ترکیبات معدنی و کلر بی ضرر هستند و به راحتی با فیلتراسیون از آب خارج می شوند. سایر محصولات جانبی مانند کلرامین ها برای فرآیند گندزدایی مفید هستند زیرا دارای خواص ضدعفونی کنندگی نیز هستند. با این حال، ترکیبات نامطلوبی وجود دارند که ممکن است از واکنش کلر با مواد آلی تولید شوند. ترکیبات مورد توجه در حال حاضر تری هالومتان ها (THMs) و هالواستیک اسیدها (HAAs) هستند. THM ها و HAA ها از واکنش های بین کلر و مواد آلی مانند اسیدهای هیومیک و اسیدهای فولویک (هر دو از تجزیه مواد آلی ایجاد می شوند) برای ایجاد مواد آلی هالوژنه تشکیل می شوند. سطح بیشتری از تشکیل THM در آب های سطحی یا آب های زیرزمینی تحت تأثیر آب های سطحی یافت شده است.

تری هالومتان ها با انواع مختلفی از سرطان مرتبط هستند و سرطان زا محسوب می شوند. بیشترین نگرانی تری هالومتان کلروفرم است که تری کلرومتان نیز نامیده می شود. زمانی از این ماده به عنوان بی حس کننده در حین جراحی استفاده می شد، اما اکنون در فرآیند ساخت مواد شیمیایی دیگر استفاده می شود. حدود 900 ppm کلروفرم می تواند باعث سرگیجه، خستگی و سردرد شود. قرار گرفتن در معرض مزمن ممکن است باعث آسیب به کبد و کلیه شود. سایر محصولات جانبی مضر ضد عفونی عبارتند از: تری کلرواستیک اسید، دی کلرواستیک اسید، مقداری هالواستونیتریل و کلروفنول ها.

تری کلراستیک اسید به صورت تجاری برای استفاده به عنوان علف کش تولید می شود و در آب آشامیدنی نیز تولید می شود. این ماده شیمیایی به عنوان سرطان زا برای انسان طبقه بندی نمی شود و اطلاعات محدودی برای حیوانات وجود دارد. دی کلرواستیک اسید یک ماده تحریک کننده، خورنده و مخرب در برابر غشاهای مخاطی است. این نیز در حال حاضر به عنوان سرطان زا برای انسان طبقه بندی نمی شود. هالواستونیتریل ها در گذشته به عنوان آفت کش استفاده می شدند، اما دیگر تولید نمی شوند. آنها در نتیجه واکنش بین کلر، مواد آلی طبیعی و برمید تولید می شوند. کلروفنول ها باعث مشکلات طعم و بو می شوند. آنها سمی هستند و هنگامی که در غلظت های بالاتر وجود داشته باشند، بر تنفس و فرآیند ذخیره انرژی در بدن تأثیر می گذارند.

نتیجه

کلرزنی یک روش بسیار محبوب برای گندزدایی آب است که سال هاست مورد استفاده قرار می گیرد. نشان داده است که برای از بین بردن باکتری ها و ویروس ها موثر است، اما برای برخی از کیست های تک یاخته ای موثر نیست. با نگرانی در مورد تری هالومتان ها، یک محصول جانبی ضد عفونی کننده سرطان زا، بسیاری از جوامع در ادامه این روند مردد شده اند.

اگرچه کلرزنی معایبی دارد، اما همچنان محبوب ترین، قابل اعتمادترین و مقرون به صرفه ترین روش ضد عفونی آب است.

همانند کلیه تجهیزات به کار رفته در صنعت تصفیه فاضلاب و آب، هزینه احداث پکیج تزریق کلر با توجه به ویژگی های موجود در آن و شرایط استفاده با هم متفاوت است. ظرفیت مخزن، متریال و جنس به کار رفته در ساخت پکیج، روش تزریق کلر و توان تزریق کلر، نوع پمپ مورد استفاده از جمله مواردی هستند که در تعیین قیمت پکیج تزریق کلر اثرگذار می باشند. جهت استعلام قیمت پکیج تزریق کلر می توانید با مهندسین شرکت آرکاگستر رسام در ارتباط باشید.