کلرزنی چیست؟
میکروارگانیسمها موجودات زنده بسیار کوچکی هستند که تنها با میکروسکوپ قابل مشاهدهاند. این موجودات بهطور طبیعی در منابع آب یافت میشوند، اما ممکن است از طریق فعالیتهای انسانی، مانند تخلیه فاضلاب انسان و حیوان، نیز وارد منابع آبی شوند.
برخی از میکروارگانیسمها برای سلامت انسان مضر هستند که به آنها پاتوژن یا عوامل بیماریزا گفته میشود. اگر آب آشامیدنی پیش از مصرف بهطور کافی تصفیه و عوامل بیماریزا از آن حذف نشوند، ممکن است باعث بروز بیماریهایی مانند اسهال شوند. به بیماریهایی که از طریق آب منتقل میشوند، بیماریهای منتقله از طریق آب گفته میشود.
میکروارگانیسمهایی که بهطور رایج با بیماریهای منتقله از طریق آب مرتبط هستند، عبارتاند از:
باکتریها: مانند اشرشیاکلی (Escherichia coli) و ویبریو کلرا (Vibrio cholerae)
ویروسها: مانند ویروس هپاتیت A و پولیوویروس A
تکیاختهها: مانند کریپتوسپوریدیوم و ژیاردیا
کلر یک ماده گندزدا و اکسیدکننده قوی است که میتواند میکروارگانیسمها را از بین ببرد یا آنها را غیرفعال کند. کلرزنی فرایندی است که در آن کلر به آب آشامیدنی اضافه میشود تا میکروارگانیسمها، بهویژه عوامل بیماریزا، غیرفعال یا نابود شوند.
اگرچه کلر یک گندزدای مؤثر است، اما قادر نیست همه میکروارگانیسمهای مضر را بهطور کامل از بین ببرد.
اثربخشی نسبی کلر در برابر میکروارگانیسمها
اثربخشی کلر در برابر انواع مختلف میکروارگانیسمها در شکل نشان داده شده است.
بهطور کلی، کلر در از بین بردن باکتریها بیشترین اثربخشی را دارد، در برابر برخی ویروسها تأثیر کمتری نشان میدهد و کمترین اثر را بر روی برخی تکیاختهها دارد.
برخی از تکیاختهها با تشکیل یک پوشش مقاوم به نام کیست یا اووسیست میتوانند برای مدت طولانی در محیط زنده بمانند. این موضوع برای تأمین آب آشامیدنی سالم اهمیت زیادی دارد، زیرا کلر در عمل اثربخشی محدودی در غیرفعالسازی یا نابودی این تکیاختههای مقاوم، مانند کریپتوسپوریدیوم، دارد.
برای حذف یا غیرفعال کردن این دسته از تکیاختهها، استفاده از سایر فرایندهای تصفیه آب آشامیدنی، مانند فیلتراسیون یا گندزدایی با اشعه فرابنفش (UV)، میتواند بسیار مؤثرتر باشد.
خصوصیات کلر
کلر به سه شکل جامد (مانند پودر)، مایع و گاز وجود دارد. مهمترین ویژگیهای کلر در ارتباط با گندزدایی آب آشامیدنی عبارتاند از:
- واکنشپذیری بالا: کلر از نظر شیمیایی بسیار واکنشپذیر است و با مواد آلی، میکروارگانیسمها، فلزات، مواد سازنده لولهها و اتصالات لولهکشی واکنش میدهد.
- فرّار بودن: کلر مایع فرّار است؛ به این معنا که پس از قرار گرفتن در معرض هوا، ممکن است از فاز آب خارج شده و وارد هوا شود.
- طعم و بوی مشخص: کلر دارای طعم و بوی متمایزی است که افراد ممکن است هنگام نوشیدن یا بوییدن آب آن را تشخیص دهند.
- خورندگی: کلر مادهای خورنده است؛ به این معنا که میتواند باعث تحریک، سوختگی شیمیایی و آسیب به بافتهای بدن انسان، بهویژه پوست، شود. همچنین کلر میتواند موجب خوردگی و آسیب به لولهها و تجهیزات شود. بنابراین، باید با دقت نگهداری و ذخیره شود .
- باقیمانده کلر: بخشی از کلر ممکن است پس از فرایند گندزدایی در آب باقی بماند. این کلر باقیمانده میتواند از آب آشامیدنی در برابر آلودگی مجدد توسط میکروارگانیسمهای بیماریزا، در طول ذخیرهسازی و توزیع تا رسیدن به مصرفکننده، محافظت کند.
نحوه بیان قدرت کلر در کلر پودری و مایع
گاز کلر معمولاً حاوی کلر خالص است. با این حال، پودر کلر و کلر مایع خالص نیستند و علاوه بر کلر، حاوی مواد دیگری مانند کلسیم، سدیم و آب نیز هستند.
به همین دلیل، قدرت گندزدایی پودر کلر یا کلر مایع بر اساس غلظت کلر فعال موجود در آن ماده بیان میشود. این غلظت معمولاً به صورت درصد (%) کلر فعال بیان میشود و نشاندهنده مقدار کلر مؤثر و قابل استفاده برای گندزدایی آب است.
به عبارت دیگر، هرچه درصد کلر فعال یک فرآورده بیشتر باشد، قدرت گندزدایی آن نیز بیشتر خواهد بود.
خواص مهم پودر کلر، کلر مایع و گاز کلر در گندزدایی آب آشامیدنی
خواص مهم پودر کلر، کلر مایع و گاز کلر از نظر گندزدایی آب آشامیدنی در ادامه خلاصه شده است.
پودر کلر
- ظاهر: پودر، گرانول یا قرص سفیدرنگ
- قدرت: معمولاً حاوی 30 تا 70 درصد کلر فعال
- نحوه استفاده: معمولاً ابتدا باید در آب حل شود و سپس محلول تهیهشده برای گندزدایی مورد استفاده قرار گیرد.
- پایداری: با گذشت زمان ممکن است بخشی از قدرت خود را از دست بدهد، اما نسبت به کلر مایع پایداری بیشتری دارد.
- کاربرد: معمولاً در سیستمهای کوچک تصفیه آب، با ظرفیت کمتر از 5000 مترمکعب در روز، استفاده میشود.
- نمونهها: پودر سفیدکننده (حدود 35 درصد کلر فعال) و هیپوکلریت کلسیم با درصد بالا (HTH) (حدود 70 درصد کلر فعال).
کلر مایع
- ظاهر: مایع شفاف تا زرد کمرنگ
- قدرت: معمولاً حاوی 1 تا 15 درصد کلر فعال
- پایداری: بهتدریج از قدرت آن کاسته میشود و نسبت به پودر کلر پایداری کمتری دارد.
- کاربرد: معمولاً در سیستمهای کوچک تا متوسط تصفیه آب، با ظرفیت کمتر از 10000 مترمکعب در روز، استفاده میشود.
- نمونهها:
- هیپوکلریت سدیم تجاری (10 تا 15 درصد کلر فعال)
- سفیدکننده خانگی (5 تا 10 درصد کلر فعال)
- محلول کلر تهیهشده از پودر کلر (معمولاً 1 تا 5 درصد کلر فعال)
گاز کلر
- ظاهر: گاز سبز مایل به زرد
- قدرت: تقریباً 100 درصد کلر فعال
- پایداری: در مقایسه با سایر اشکال کلر، بیشترین پایداری را در طول زمان دارد.
- کاربرد: معمولاً در سیستمهای متوسط و بزرگ تصفیه آب، با ظرفیت بیش از 10000 مترمکعب در روز، مورد استفاده قرار میگیرد.
- نمونه: گاز کلر مایعشده (فشرده در سیلندر).
پودر کلر (با نام شیمیایی هیپوکلریت کلسیم) به دلیل پایداری بالا، استحکام مناسب و هزینه کمتر حملونقل، معمولاً در تصفیهخانههای کوچک آب مورد استفاده قرار میگیرد. اگرچه میتوان پودر کلر را مستقیماً به آب آشامیدنی اضافه کرد، اما در عمل معمولاً ابتدا در آب حل میشود تا محلول کلر مایع تهیه شود و سپس این محلول برای گندزدایی به آب آشامیدنی افزوده میشود.
با توجه به نیاز به تجهیزات و منابع لازم برای تهیه منظم حجمهای زیاد محلول کلر از پودر کلر، در بسیاری از تصفیهخانههای کوچک تا متوسط، از کلر مایع آماده تجاری که در دسترستر و مقرونبهصرفهتر است، استفاده میشود.
گاز کلر معمولاً تنها در تصفیهخانههای بزرگ آب به کار میرود. این موضوع به دلایل مختلفی از جمله موارد زیر است:
- هزینه بالای تجهیزات تزریق گاز کلر؛
- نیاز به نیروی متخصص برای بهرهبرداری و نگهداری از تجهیزات؛
- ضرورت دسترسی به منابع مطمئن تأمین گاز کلر؛
- رعایت الزامات و ملاحظات ایمنی.
بنابراین، در تأسیسات تصفیه آب با ظرفیت کوچک تا متوسط، بهطور معمول از پودر کلر یا کلر مایع استفاده میشود. به همین دلیل، تمرکز اصلی بر کاربرد و نحوه استفاده از پودر کلر و کلر مایع خواهد بود.
اصول کلر زنی آب آشامیدنی
دز کلر به مقدار کلری گفته میشود که برای گندزدایی به آب آشامیدنی اضافه میشود. این مقدار بهصورت غلظت کلر در آب بیان شده و نحوه تعیین و اندازهگیری آن در بخش (کادر C) توضیح داده شده است.
پس از افزودن کلر به آب آشامیدنی، کلر ابتدا با مواد آلی، مواد معدنی، فلزات، آمونیاک و سایر ترکیبات موجود در آب واکنش میدهد. مقدار کلری که در این واکنشها مصرف میشود، کلر مورد نیاز (کلر مصرفی) نام دارد.
پس از تأمین کلر مورد نیاز و تکمیل واکنشها، کلر باقیمانده به کلر باقیمانده کل تبدیل میشود که شامل دو بخش است:
- کلر ترکیبی باقیمانده: کلری که با موادی مانند آمونیاک واکنش داده و ترکیباتی با قدرت گندزدایی کمتر تشکیل میدهد.
- کلر آزاد باقیمانده: کلری که بدون واکنش باقی مانده و همچنان توان گندزدایی دارد و از آب در برابر آلودگی مجدد محافظت میکند.
کلر آزاد باقیمانده مؤثرترین نوع کلر برای گندزدایی آب است. به همین دلیل، اندازهگیری غلظت کلر باقیمانده آزاد یکی از مهمترین شاخصهای کنترل کیفیت و ایمنی آب آشامیدنی به شمار میرود.
کلر مورد نیاز (Chlorine Demand)
تعریف کلر مورد نیاز
کلر مورد نیاز، مقدار کلری است که پس از تزریق به آب، در واکنش با مواد آلی، مواد معدنی و سایر ترکیبات موجود در آب مصرف میشود و دیگر برای گندزدایی در دسترس نیست.
اهمیت کلر مورد نیاز
برای باقی ماندن مقدار کافی کلر آزاد در شبکه توزیع و جلوگیری از آلودگی مجدد، باید ابتدا کلر مورد نیاز آب تأمین شود. بنابراین، شناخت کلر مورد نیاز برای تعیین دز مناسب کلر ضروری است.
عوامل مؤثر بر کلر مورد نیاز
کلر مورد نیاز با تغییر کیفیت آب تغییر میکند. مهمترین عوامل عبارتاند از:
- تغییرات فصلی کیفیت آب (مانند شکوفایی جلبکها در تابستان یا افزایش کدورت در فصل بارندگی)
- حوادث طبیعی و شرایط جوی شدید (مانند سیل، طوفان، آتشسوزی و رانش زمین)
- اختلال یا عملکرد نامناسب فرآیندهای تصفیه آب (مانند نقص در زلالسازی یا فیلتراسیون)
تجزیه کلر (Chlorine Decay)
تعریف تجزیه کلر
تجزیه کلر به کاهش غلظت کلر باقیمانده در آب از زمان خروج از تصفیهخانه تا رسیدن به انتهای شبکه توزیع گفته میشود. این کاهش به دلیل ادامه واکنش کلر با مواد موجود در آب و شبکه توزیع رخ میدهد.
علت تجزیه کلر
کلر در مسیر انتقال آب با مواد مختلف واکنش داده و مصرف میشود، از جمله:
- مواد آلی و معدنی باقیمانده در آب
- رسوبات داخل لولهها
- فلزات و اتصالات خوردهشده
- بیوفیلمها (لایههای میکروبی) و لجنهای میکروبی
عوامل مؤثر بر تجزیه کلر
مهمترین عوامل عبارتاند از:
- میزان مواد واکنشدهنده با کلر در آب و شبکه توزیع
- سن آب (زمان ماند آب در شبکه)؛ هرچه آب مدت بیشتری در لولهها بماند، کلر بیشتری مصرف شده و غلظت آن کاهش مییابد.
اهمیت کنترل تجزیه کلر
ممکن است آب هنگام خروج از تصفیهخانه کلر کافی داشته باشد، اما به دلیل تجزیه کلر، در انتهای شبکه مقدار کلر آزاد برای جلوگیری از آلودگی مجدد کافی نباشد. بنابراین کنترل تجزیه کلر برای حفظ ایمنی آب ضروری است.
راهکارهای کاهش تجزیه کلر
- بهینهسازی فرآیندهای تصفیه برای کاهش مواد مصرفکننده کلر
- شستشو و نگهداری منظم مخازن و لولهها و حذف رسوبات و بیوفیلم
- بهینهسازی جریان آب برای کاهش زمان ماند و حذف نقاط راکد
- استفاده از لولهها، اتصالات و پوششهای سازگار با کلر
- تأمین آب بهصورت مداوم (۲۴ ساعته) برای جلوگیری از ماند طولانی آب در شبکه.