گندزدایی شیمیایی کلاسیک

در گندزدایی شیمیایی کلاسیک ، افزودنی ها كه سبب اكسيد شدن آلودگی ها در پساب می شوند شامل موارد زير می باشند

• كلر
• پرمنگنات پتاسيم
• پراكسيد هيدروژن
• ازن
• برم
• و …

هريك از اين عوامل اكسيد كننده طي واكنش هاي مخصوص به خود سبب حذف آلودگي ها از پساب مورد نظر مي شوند.

گندزدایی با كلر (اکسیداسیون)

کلر یکی از عناصر شیمیایی در گروه هالوژن‌ها است که به شدت واکنش‌پذیر است. هنگامی که یک سلول زنده در معرض کلر آزاد قرار گیرد، فعل و انفعالات آنزیمی آن دچار اختلال شده و منجر به مرگ سلول می‌شود. کلر معمولاً به صورت گازی (‎Cl2) یا ترکیبات هیپوکلریت (مانند کلسیم هیپوکلریت (Ca(ClO)₂ به آب افزوده می‌شود.

دلایل زیر باعث کاربردی شدن این ماده‌ی گندزدا در تصفیه‌ آب‌شده است

•  ارزان بودن
•  به‌ جای گذاشتن باقیمانده
•  مؤثر در غلظت‌های کم
•  در دسترس بودن در سه حالت:

1. گاز (گاز کلر)
2. مايع (هيپو کلريت سديم)
3. جامد (هيپو کلريت کلسيم)

محصولات واکنش کلر در آب

• HOCl  اسيد هيپو کلرو
• HCl  اسیدکلریدریک
• OCl-  يون هيپو کلرو

هرکدام از محصولات واکنش ها ویژگی خاصی دارد که میزان تولید آن وابسته به شرایط محیطی آب دارد.

واکنش کلر با آب به صورت زیر است:

Cl _۲ + H _۲ O → H⁺ + Cl^– + HClO

اگر آب قلیایی باشد(بالا بودن غلظت یون هیدروکسید HO^–)، تعادل دوم به سمت راست سوق می‌یابد تا کسری یون هیدروژن را تأمین کند. از آن‌جایی که هیپوکلریت اسید(HClO) گندزدای قوی‌تری نسبت به یون هیپوکلریت(ClO^–) است، قلیایی بودن آب باعث کاهش اثر گندزدایی کلر می‌شود. ثابت‌ شده است که اثر گندزدايي HOCl بيشتر از خاصيت گندزدایی یون OCl- می‌باشد.

استفاده از ترکیبات کلر

واکنش هیپوکلریت سدیم در آب

واکنش هیپوکلریت کلسیم(پرکلرین) در آب

مطابق تعریف کلری که در آب به صورت یون هیپوکلریت (OCL-) و اسید هیپوکلرید ( HOCL) موجود باشد بنام کلر آزاد نامیده می شود .

اگر آبی دارای ترکیبات ازت بخصوص آمونیاک باشد کلر می تواند با آنها ترکیب شده و کلرآمین به وجود آورد ( توجه شود که وجود ترکیبات ازت یکی از مهم ترین عوامل آلودگی آب است). کلر که در آب به صورت کلرآمین موجود باشد بنام کلر ترکیبی نامیده می شود.

مجموع کلر آزاد و کلر ترکیبی را کلر باقیمانده می گویند که در آزمایشگاه  قابل اندازه گیری است که میزان آن مطابق استاندارد WHO و ایران باید ۰٫۵-۰٫۸ mg/l باشد.

کلرزن نمکی

ضد عفونی با کلرزن نمکی، فرآیندی است که در آن از محلول آب و نمک (با غلظت ۲۵۰۰ تا ۶۰۰۰( ppm برای تولید کلر استفاده می شود. دستگاه کلرزن نمکی با استفاده از روش الکترولیز، نمک طعام (NaCl) را به اسید هیپوکلریک (HClO)  و هیپوکلریت سدیم (NaClO) که دو عنصر اکسید کننده و ضد عفونی کننده قوی هستند تبدیل کرده و آن ها را وارد آب استخر می کنند. بنابراین، ابی که با دستگاه کلرزن نمکی ضدعفونی می شود، در واقع یک اب بدون کلر نیست. بلکه بجای اضافه کردن مستقیم کلر در آن، از الکترولیز نمک، برای تولید کلر استفاده می شود.

البته حتی با استفاده از دستگاه کلرزن نمکی، تعادل شیمیایی آب می بایست همواره اندازه گیری و کنترل شود. کاهش میزان کلر نسبت به اندازه مطلوب در سیستمی که از کلر زن نمکی در آن استفاده می شود، می تواند به دلایل مختلف از جمله کمبود نمک در آب ، نیاز بالای اب به کلر، در معرض نور آفتاب بودن سیستم اب و یا مشکلی در دستگاه کلر زن نمکی باشد. همچنین، میزان نمک در آب می تواند به واسطه مواردی مانند سرریز آب ، بک واش فیلتر و یا رقیق شدن آب سیستم به دلیل بارش باران، کاهش پیدا کند.

سل دستگاه کلرزن نمکی، از دو صفحه موازی با جنس تیتانیوم با روکش روتنیوم و یا گاهی ایریدیوم تشکیل شده است. در مدلهای قدیمی تر این دستگاه ها، بجای صفحات فلزی یکپارچه، از صفحات سوراخدار استفاده می شد.

الکترولیز

عملیات الکترولیز، باعث جذب یونهای کلسیم و منیزیم و سایر املاح به سطح فلز سل می شود. به همین دلیل است که با توجه به کیفیت آب و مدت استفاده از دستگاه (برای مثال پیشنهاد شرکت هایوارد:  هر سه ماه یا ۵۰۰ ساعت استفاده)، می بایست نسبت به بازرسی و تمیز کردن رسوبات ناشی از سختی آب روی سل های دستگاه کلرزن نمکی اقدام نمود. برای تمیز کردن رسوبات سختی سل های دستگاه، می توانید از محلول اسید کلریدریک با نسبت ۱ به ۱۵ اسید به آب، استفاده کنید. وجود رسوب روی سل های دستگاه باعث کاهش عملکرد آن شده و در صورت عدم بازرسی و شستشوی به موقع، موجب خرابی و تعویض قطعه و یا نیاز به شستشو با اسید خیلی قوی خواهد بود.

فرآیند الکترولیز در دستگاه کلرزن نمکی باعث تولید مقداری هیدروکسید سدیم NaOH  در آب استخر شده و به تبع آن PH آب استخر نیز افزایش خواهد یافت.

برای کاهش PH و ایجاد تعادل در آن، نیاز به تزریق اسید کلریدریک HCl می باشد.

تزریق پیوسته اسید کلریدریک، علاوه بر کاهش PH و قلیائیت آب ، باعث تبدیل مجدد هیدروکسید سدیم به نمک طعام شده و می تواند مجدداً در دستگاه کلر زن نمکی به کلر تبدیل شود. لذا این کار عملاً میزان مصرف نمک طعام را در سیستم کاهش می دهد. واکنش شیمیایی فرآیندهای ذکر شده به شرح زیر می باشند:

مهم ترین نکته قبل از راه اندازی کلرزن نمکی اطمینان از تعادل شیمیایی آب است. مقدار هریک از پارامترهای زیر در محدوده توصیه شده باید باشد

• نمک: ۳۰۰۰ تا ۳۵۰۰ppm
• کلر آزاد: ۱ تا ۳ppm
• PH  : ۷٫۸-۷٫۲
• سیانوریک اسید (تثبیت کننده): ۵۰ تا ۷۵ppm
• قلیائیت کل: ۸۰-۱۲۰ppm
• سختی کل: ۱۵۰-۴۰۰ppm

مزایا کلرزن نمکی

– تولید پیوسته و آسان کلر و تزریق آن در آب استخر

– راحت شدن از سختی استفاده از پودر یا قرص کلر بصورت روزانه و یا چند روزه

– کاهش نیاز به دادن شوک کلر در استخر

– کاهش تولید کلرامین در استخر نسبت به روش سنتی کلرزنی به دلیل تولید و تزریق پیوسته کلر – همانطور که اشاره شد، کلرامین، منشأ بوی نامطبوع کلر و ایجاد سوزش در پوست و چشم مصرف کننده است.

– کاهش احتمال کدر شدن آب و ایجاد جلبک در استخر به دلیل تولید و تزریق پیوسته کلر

– جلوگیری از افزایش سختی آب استخر به دلیل جذب یونهای کلسیم و منیزم به سل های دستگاه کلرزن نمکی

– هزینه نگهداری پاینتر به دلیل ارزان تر بودن قیمت نمک نسبت به کلر

 معایب کلرزن نمکی

– هزینه اولیه بالای خرید دستگاه نسبت به روش های معمول کلرزنی

– هزینه بالای تعمیرات و جایگزین کردن قطعات کهنه با نو

– احتمال خوردگی در برخی قطعات فلزی در صورت بالا بودن غلظت نمک در استخر

محصولات جانبی کلر

در مورد سیستم کلرزنی، کلر آزاد یا کلرآمین ها با مواد آلی طبیعی NOM واکنش داده و DBP ترکیبات آلی کلرینه را تشکیل می دهد.

در مورد این ترکیبات نگرانی هایی وجود دارد زیرا مطالعات اپیدمیولوژیکی نشان داده اند که بین سطح DBP  در آب آشامیدنی و وقوع چندین نوع از سرطان ارتباط وجود دارد.

بیشترین تحقیقات در زمینه DBP  حاصل از کلرزنی بر روی ترکیباتی مثل تری هالومتان ها THMs، هالواستیک اسیدها HAAs، نیتروزامین هایی مثل نیتروزو دی متیل آمین NDMA و سیانید انجام گرفته است .THMs و  HAAs عمدتا بر اثر گندزدایی با کلر آزاد تشکیل می شوند ولی NDMA عمدتا در حین کلرآمیناسیون تشکیل شده و سیانید ممکن است با هر شکل از کلر تشکیل شود. نیتروازمین ها جز مستعدترین سرطان زاهای شناخته شده به شمار می روند که بر اثر واکنش کلرآمین ها با دی متیل آمین در آب و فاضلاب می تواند تولید شود. سیانید نیز برای حیاط آبزیان سمی است.

اما معایب و مضرات کلی کلرزنی

1. کلرباقیمانده در اثر ترکیب با مواد آلی موجود در آب تولید ترکیباتی موسوم به تری هالومتان ها را می کند که بیشتر متخصصان بر سرطان زا بودن این ترکیبات تاکید دارند.
2. کلرزنی باعث کشته شدن میکروارگانیزمهای موجود در آب می شود. این درحالی است که لاشه این میکرو ارگانیزمها در آب باقی می مانند و ممکن است خود منشا آلودگی شوند.
3. تماس کلر با پوست و موی انسان باعث ایجاد حساسیت، ریزش مو و مشکلات دیگر شود.
4. استنشاق گاز کلر ( در استخر یا حمام ) برای ریه انسان مضر می باشد.
5. هر چند کلر رایج ترین سیستم ضدعفونی در ایران است و به نظر می رسد کلریدکردن، بسیاری از میکروارگانیسم ها را از بین می برد، اما کیست تک یاختگان و تخم انگل های کرمی به طور قابل ملاحظه ای در برابر کلریدکردن ، مقاوم تر از باکتری ها هستند و کلر روی ارگانیسم های مقاوم تر مانند کلیفرم،کریپتوس پرودیوم، ویروس ها، تخم انگل ها و کیست های ژیاردیالامبلیا اثری ندارد
6. فضا و مدت زمان بالایی برای گندزدایی کلر نیاز است.
7. جوانب ایمنی کار با کلر بسیار خطرناک است.

عوامل موثر در کلریناسیون

• زمان مجاورت : بدلیل اینکه اثر ضد میکروبی کلر آنی و فوری نیست باید مدتی آب با آن مجاورت داشته باشد تا کلیه میکروب های آن از بین برود. از طرفی مقدار تزریقی را طوری در نظر می گیرند که همیشه بعد از گندزدایی آب مقداری از آن به صورت کلر در آب باقی بماند. زمان مجاورت با مقدار کلر تزریق توزیع کلر را بالا می برد.
• درجه حرارت : دما هم در میزان جذب کلر و هم در اثر میکروب کشی آن موثر است هرچه دما بالاتر رود خاصیت ضد میکروبی کلر افزایش خواهد یافت به همین دلیل در حرارت های کم و سرما مقدار بیشتری کلر به آب تزریق می گردد. چنانچه در حرارت ۵ درجه سانتی گراد کلر لازم برای گندزدایی آب چهار برابر مقدار مورد لزوم آن در ۲۰ درجه سانتی گراد است .
• PH آب : کلریناسیون در محیط های اسیدی سریعتر از محیط های قلیائی امکان پذیر است. آبهای با ۷٫۲>PH سهل تر از آبهای با ۷٫۶>PH گندزدایی می شوند .اما در کل محدوده PH محیط باید بین ۷٫۲ تا ۷٫۸ نگه داشته شود.
• جنس و شرایط آب : اگر آب دارای مواد معلق باشد قسمتی از کلر تزریقی جذب این مواد می گردد. وجود موادی مثل ترکیبات گوگردی، آهنی، مواد آلی میزان کلر تزریقی لازم را افزایش می دهد.
• تعداد میکروبها : آنچه بنظر می رسد هرچه تعداد میکروبها و مقدار مواد آلی آب بیشتر باشد کلر لازم برای گندزدایی بیشتر است .
• غلظت ماده گندزدایی کننده : هرچه غلظت کلر و ترکیبات آن بالاتر باشد میزان لازم برای گندزدایی کمتر است