فرایند کلرزنی یا تزریق کلر

کلرزنی 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 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 بو 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 به آب کلر می زنیم؟

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 و چگونه به آب کلر می کنیم؟

کلرزنی را می توان در هر زمان/نقطه ای در طول فرآیند تصفیه آب انجام داد - یک زمان مشخص 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.

امروزه کلرزنی به وسیله پمپ های جابجایی مثبت دقیقی به نام دوزینگ پمپ صورت می گیرد . دوزینگ پمپ ها که پمپ تزیق نیز نام دارند ، برای تزریق دقیق حجم مشخصی از سیال به جریان فرایند مورد استفاده قرار می گیرد.

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.

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.

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.

نسبت کلر به نیتروژن آمونیاکی مشخص می کند که چه نوع باقیمانده تولید می شود.

کاربردهای دیگری برای کلر

هدف اصلی کلرزنی ضد عفونی آب است، اما فواید بسیار دیگری نیز دارد. بر خلاف برخی از روش‌های ضدعفونی دیگر مانند ازن زنی و اشعه ماوراء بنفش، کلرزنی می‌تواند باقیمانده‌ای برای کاهش احتمال رشد مجدد پاتوژن در مخازن ذخیره آب یا در سیستم توزیع آب فراهم کند. در مواقعی، سیستم‌های توزیع می‌توانند در فاصله مناسبی از مخازن ذخیره‌سازی و در بخش‌های بن‌بست یا جاهایی که از آب استفاده نمی‌شود، در صورتی که باقیمانده مناسب (کلر) در آب تصفیه‌شده برای مصرف نگهداری نشود، ممکن است پاتوژن‌ها دوباره رشد کنند. این منجر به کیفیت پایین آب و همچنین لجن و بیوفیلم در سیستم های توزیع می شود که در نهایت آب تمیز و تصفیه شده توزیع شده را آلوده می کند. بسیاری از ارگان های زیست محیطی دولتی دستورالعمل ها یا استانداردهایی را برای مقدار باقیمانده کلر تعیین کرده اند که باید در تمام نقاط سیستم وجود داشته باشد. دستورالعمل های مربوط به هر استان در جدول زیر نشان داده شده است.