تصفیه آب با کلرزن

بی شک همه ما در استخرهایی که با آبی پاک و زلال مملو هستند، چند باری شنا کرده ایم، شاید در حین شنیدن کلمه شنا، تنها چیزی که به یاد آوریم، کلر باشد. اما این ماده شیمیایی چیست و چه کاربردهایی دارد؟ پس در همین ابتدای مقاله به بررسی مستقیم آن پرداخته و سپس به صورت فنی به نحوه افزودن آن به آب یعنی کلر زنی را بررسی خواهیم کرد.

کلر یک عنصر شیمیایی با نماد Cl و عدد اتمی ۱۷ است که در گروه هالوژن‌ها قرار دارد. کلر در شرایط استاندارد یک گاز سبز-زرد روشن با بوی تند و خفه‌کننده است. کلر بسیار واکنش‌پذیر و اکسیدکننده قوی است که با اکثر عناصر تشکیل یک ترکیب شیمیایی می‌دهد. کلر به عنوان یک ماده ضدعفونی‌کننده، سفید‌کننده، آفت‌کش و سلاح شیمیایی کاربرد دارد.

برخی از ویژگی‌های شیمیایی کلر عبارتند از:

• کلر دارای هفت الکترون در لایه ظرفیت خود است و برای رسیدن به حالت پایدار نیاز به گرفتن یک الکترون دارد. این باعث می‌شود که کلر الکترونگاتیو، الکترون‌خواه و اکسیدان قوی باشد.
• کلر با اکثر عناصر تشکیل ترکیبات یونی به نام کلریدها می‌دهد. مثلاً با سدیم تشکیل نمک معمولی (NaCl) می‌دهد. بعضی از کلریدها مانند AgCl، PbCl2 و Hg2Cl2 در آب حل نمی‌شوند.
• کلر همچنین می‌تواند با بعضی از عناصر تشکیل ترکیبات هم‌اتم‌سان (covalent) دهد. مثلاً با هیدروژن تشکیل اسید هیدروکلوریک (HCl) می‌دهد. بعضی از ترکیبات هم‌اتم‌سان کلر مانند ClF3، ClO2 و ClO4- ساختارهای پیرامیدال خاص دارند.
• کلر با بسیاری از ترکیبات آلی واکنش نشان می‌دهد و مولکول‌های آلی را کلروزاسيون (chlorination) مي كند.

این واکنش باعث جایگزین شدن گروه هیدروژن با گروه کلر در مولکول آلی مي شود. بعضي از توليدهاي صنعتي كلوروزاسيون عبارت از: پلاستيك پولي وينيل كلورايد (PVC)، كائوچوئو كلروپرين (Neoprene)، ضد يخ كلورواتان (Ethylene Chloride)، ضد عفوني كننده كلورامي فِ نيكول (Chloramphenicol)، ضد درد كلورپروكسام (Chloroprocaine)، ضد التهاب كورتيكوئيدي كورتيزول (Cortisol)، ضد سيلان كورتيزوئيدي كورتيزون (Cortisone)، ضد سرطان كلورامبوسيل (Chlorambucil) و ضد مالاريا كلوروكين (Chloroquine) هستند.

نکته قابل توجه در مورد این ماده این است که کلر ممکن است با برخی از مواد آلی واکنش نشان دهد و ترکیبات سمی مانند تری‌هالومتان‌ها (THMs) و اسیدهای هالوآستیک (HAAs) را تولید کند. این ترکیبات ممکن است خطرات سلامتی مانند سرطان را افزایش دهند.

پس از اینکه به صورت علمی با این ماده آشنا شدید اکنون زمان آن رسیده که بدانیم آب یک استخر چگونه با کلر پاکسازی می شود، اصلا این سیستم یک دستگاه تصفیه آب صنعتی است یا خیر؟

پاسخ را با یک سوال شروع کنیم که کلر زنی چیست؟ کلر زنی فرآیند افزودن کلر یا ترکیبات حاوی کلر به آب برای ضدعفونی کردن آب است. این روش برای از بین بردن باکتری‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های موجود در آب لوله کشی بکارگرفته می‌شود و دلیل آن اینست که کلر برای آنها بسیار سمی است.

کلر زنی یک روش متداول و اقتصادی برای تصفیه آب است که در سال ۱۹۰۵ در انگلستان ابداع شد. از آن زمان، کلر زنی به عنوان یک راه حل موثر برای جلوگیری از شیوع بیماری‌های منتقل شده از آب مانند کولرا، تیفوئید، هپاتیت و دیسانتری شناخته شده است.با این گفته متوجه شدیم که این سیستم یک دستگاه تصفیه آب صنعتی نمیباشد، بلکه مکملی برای آن است.

کلر زنی همچنین مزایای دیگری نیز دارد. به عنوان مثال، دستگاه کلرزن موجب کاهش رشد جلبک، بهبود بو و طعم آب، و حذف فلزات سنگین مانند سرب و آهن می‌شود.

اما همه چیز در مورد کلرزنی خوب نیست. کلر ممکن است با مواد آلی در آب واکنش نشان دهد و تولید ترکیبات نامطلوب مانند تري‌هالومتان‌ها (THMs) و اسید هالوآستيك (HAAs) که ممکن است خطرات سلامتی داشته باشند ایجاد کند. بعضی از افراد هم ممکن است به بو یا طعم کلر حساس باشند. پس هنوز برای خرید کلریناتور عجله نکنید و ادامه مطلب را مطالعه کنید.

برای جبران این مشکلات، روش‌های جایگزین یا تکمیلی کلریناتور نظیر ازن‌زنی و غیره وجود دارد. همچنین ممکن است لازم باشد قبل یا بعد از کلر زنی، روش‌های دیگر تصفيه آب مانند جداسازي، فيلتراسيون، جذب، يون‌جايي يا نورتابي (UV) را نيز اعمال كنيد سپس از سیستمی مانند دستگاه تصفیه آب صنعتی بهره بگیرید که یک پکیج تصفیه کننده بسیار قوی داشته باشید.

اما استفاده از کلر در آب هم دارای معایبی است. برای مثال ممکن است تاثیر منفی بر روی پوست، مو، چشم، روده و ریه داشته باشد.

حالا بیایید بررسی کنیم که کلر چگونه به آب اضافه می‌شود؟ کلر می‌تواند به صورت گاز، مایع یا جامد به آب اضافه شود که اغلب با کمک دستگاه کلریناتور صورت میگیرد.

روش‌های مختلف اضافه کردن کلر به آب عبارتند از:

گاز کلر (Cl2): گاز کلر یک گاز سمی و فشار قوی است که با استفاده از لوله‌های فولادی و تجهیزات اندازه‌گیری و به صورت کنترل شده به آب اضافه می‌شود. این روش نیاز به نگهداری دقیق و احتیاطات ایمنی دارد. گاز کلر با آب واکنش نشان داده و تولید اسید هیدروکلوریک (HCl) و هیپوکلریت (HOCl) می‌کند. هیپوکلریت ماده ضدعفونی‌کننده اصلی است.

محلول هایپوکلریت سدیم (NaOCl): محلول هایپوکلریت سدیم یا جاول (Javel) یک مایع شفاف و بی‌رنگ است که حاوی حدود ۱۲ درصد کلر فعال است. این محلول با استفاده از پمپ‌های دوزینگ به آب اضافه می‌شود. این روش نسبت به گاز کلر، ساده‌تر، امن‌تر و کم هزینه‌تر است. محلول هایپوکلریت سدیم با آب واکنش نشان داده و تولید هیدروکسید سدیم (NaOH) و هیپوکلریت (HOCl) می‌کند.

قرص هایپوکلریت کلسیم (Ca(OCl)2): قرص هایپوکلریت کلسیم یا قرص کلر (Chlorine Tablet) یک جامد سفید رنگ است که حاوی حدود ۶۵ درصد کلر فعال است. این قرص‌ها با استفاده از دستگاه‌های حلال در آب به آب اضافه می‌شوند. این روش برای تصفيه آب در مناطق دورافتاده، روستایي يا كم منابع مناسب است. قرص هایپوکلريت كلسيم با آب واكنش نشان داده و توليد كلسيم هيدروكسيد (Ca(OH)2) و هيپوكلريت (HOCl) مي كند.

اکنون شاید برایتان سوال پیش آید که این ترکیب شدن کلر و آب توسط دستگاه تزریق کلر، چگونه صورت می گیرد و یا کلر چگونه با آب واکنش نشان می‌دهد؟ کلر با آب واکنش نشان داده و تولید اسید هیدروکلوریک (HCl) و هیدروژن هیدروکسید (HOH) می‌کند. این واکنش به صورت زیر است:

Cl2 + H2O -> HCl + HOCl

اسید هیدروکلوریک یک اسید قوی است که با آب تماماً اتمیزه می‌شود. هیدروژن هیدروکسید یا آب یک ماده بی‌رنگ و بی‌بو است که در آب حل می‌شود. هیدروژن هیدروکسید با کلر واکنش نشان داده و تولید هیپوکلریت (HOCl) می‌کند. این واکنش به صورت زیر است:

HOH + Cl2 -> HCl + HOCl

هیپوکلریت یک اسید ضعیف است که در آب به صورت تعادلی اتمیزه می‌شود. هیپوکلریت با آب تعادل زیر را دارد:

HOCl <-> H+ + OCl-

این تعادل به عوامل محیطی مانند دما، pH و حضور سایر مواد تحت تاثیر قرار می‌گیرد. هر چه دما بالاتر، pH پایین‌تر و حضور سایر مواد کمتر باشد، تعادل به سمت راست جابجا می‌شود و مقدار H+ و OCl- بیشتر می‌شود. هر چه دما پایین‌تر، pH بالاتر و حضور سایر مواد بیشتر باشد، تعادل به سمت چپ جابجا می‌شود و مقدار HOCl بیشتر می‌شود.

هیپوکلریت (HOCl) و یون هایپوکلریت (OCl-) ماده ضدعفونی‌کننده اصلی در آب حاوی کلر هستند. این دو ماده با باکتری‌ها و سایر میکروارگانيسم‌های موجود در آب واكنش نشان داده و آنها را از بين مي برند. این واكنش به صورت کلی به شكل زير است:

HOCl/OCl- + Microorganism -> Inactivated Microorganism + Cl-

الان زمان آن رسیده که معایب کلرزن را مورد بررسی قرار دهیم، برای اینکار باید ماده مورد استفاده در این دستگاه را بررسی کنیم که چگونه بر روی سلامت تاثیر می‌گذارد؟ کلر در آب به صورت کلر فعال (HOCl/OCl-) وجود دارد که با پوست، چشم، روده و ريه افراد تماس پيدا مي كند. این تماس ممکن است منجر به عوارض جانبي شود. بعضي از عوارض جانبي عبارت از:

خشک شدن پوست : کلر فعال با لایه چرب پوست واكنش نشان داده و آن را خشك كند. این خشك شدن باعث خارش، التهاب، تحسین، پوسته پوسته شدن يا تيرگي پوست مي شود.

آسيب به چشم : کلر فعال با لایه خارجي چشم (قرنيه) واكنش نشان داده و آن را آسيب مي رساند. این آسيب گاها باعث قرمز شدن می شود.

آسیب به روده : کلر فعال با مخاط روده واکنش نشان داده و آن را آسیب می‌رساند. این آسیب باعث تحریک، التهاب، ناراحتی، اسهال یا یبوست می‌شود. کلر همچنین ممکن است فلورای معده و روده را تغییر دهد و تعادل باکتریایی را به هم بزند. این تغییر ممکن است باعث کاهش جذب مواد مغذی، افزایش خطر عفونت یا اختلالات گوارشی شود.

آسیب به ریه: کلر فعال با مخاط ریه واکنش نشان داده و آن را آسیب می‌رساند. این آسیب باعث سرفه، خارش، التهاب، تنگی نفس، آسم یا برونشیت می‌شود. کلر همچنین ممکن است سلول‌های ریه را تخریب کند و باعث کاهش قابلیت انتقال اکسیژن به خون شود.

خطر سرطان : کلر فعال ممکن است با برخی از مواد آلی در آب واکنش نشان دهد و تولید ترکیبات سمی مانند تري‌هالومتان‌ها (THMs) و اسید هالوآستيك (HAAs) که ممکن است خطرات سلامتی داشته باشند. این ترکیبات در بلند مدت ممکن است باعث سرطان پوست، سینه، روده، کبد، کلیه یا پروستات شوند.

اما خوشبختانه امروز دستگاه های کلریناتور کشف شده اند و دیگر شما نیازی نیست با این ماده سمی به صورت مستقیم در ارتبااط باشید. بهتر است اینگونه بگویم که این ماده قبل از رسیدن به هر کدام از نقاطی که در بالا گفته شد، فعالیت پاک کنندگی خود را انجام داده و خاصتیش از بین می رود، فلذا هیچ جای نگرانی نیست. اما اگر بسیار برای حذف کلر باقیمانده از آب دارید، بهتر است ادامه مطلب را به دقت مطالعه نمایید. برای پيشگيري از اين عوارض جانبي، شما مي توانيد چند راهكار را پيش بگيريد. بعضي از راهكارها عبارت از:

حذف کلر از آب : شما مي توانيد با استفاده از فيلتر‌های حذف كلر كه در بازار موجود هستند، كلر را از آب حذف كنيد. اين فيلتر‌ها مي توانند به صورت قابل حمل يا نصب شده در لوله‌كشي باشند که در این مورد این بهترین تصمیم برای بکارگیری سیستم قبل از دستگاه تصفیه آب صنعتی است تا به صفحات ممبران آن آسیبی نرسد. فيلتر‌های حذف كلر با استفاده از جذب فعال كربن (Activated Carbon)، جذب كاتاليستي كربن (Catalytic Carbon)، جذب كاتيوني (Cation Exchange) يا جذب نانو (Nanofiltration) كار مي كنند.

جوشاندن آب : شما مي توانيد با جوشاندن آب برای حداقل ۱۵ دقيقه، كلر را از آب حذف کنید. اين روش باعث مي شود كلر به صورت گاز از آب خارج شود. اما اين روش ممكن است باعث افزايش غلظت ساير مواد مضر در آب گردد.

استفاده از ویتامین C: شما می‌توانید با اضافه کردن ویتامین C به آب، کلر را از آب حذف کنید. ویتامین C با کلر واکنش نشان داده و تولید کلرید سدیم (NaCl) و دی‌هیدرواسکوربیک اسید (DHAA) می‌کند. این روش برای حذف کلر از آب حمام، استخر یا آب آشامیدنی مناسب است.

بررسی کلی انواع دستگاه کلریناتور

این بخش قطعا بهترین و تکمیل کننده ترین بخش این مقاله خواهد بود، به همین دلیل این بخش را بسیار مفصل بررسی کرده ایم. برای افزودن کلر به آب، دستگاه‌های مختلفی به نام کلرزن وجود دارند. این دستگاه‌ها بر اساس نوع و شکل کلر، روش تزریق، حجم و فشار آب و نوع استخر یا منبع آب تفاوت دارند. برخی از انواع دستگاه کلرزن عبارتند از:

· خطی : این نوع کلر زن از قرص هایپوکلریت کلسیم (Ca(OCl)2) استفاده می‌کند. قرص‌ها در یک مخزن قرار داده شده و با استفاده از یک پمپ به آب تزریق می‌شوند. این روش برای استخر‌های بزرگ و دستگاه تصفیه آب صنعتی مناسب است. این روش ساده، قابل تنظیم و کم هزینه است.

· گازی : این نوع کلرزن از گاز کلر (Cl2) استفاده می‌کند. گاز کلر در سیلندر‌های فشار قوی نگهداری شده و با استفاده از یک دستگاه تزریق به آب تزریق می‌شود. این روش برای استخر‌های خصوصی و عمومی مناسب است. این روش دقیق، قابل کنترل و با بازدهی بالا است.

· نمکی : این نوع کلر زن از نمک (NaCl) استفاده می‌کند. نمک در یک الکترولایزور قرار داده شده و با عبور جریان الکتریسیته، تجزیه شده و تولید هیدروژن (H2)، هیدروکسید سدیم (NaOH) و هیدروژن هیدروکسید (HOH) می‌کند. هیدروژن هیدروکسید با کلر واکنش نشان داده و تولید هیدروژن هیدروکسید (HOCl) می‌کند. HOCl ماده ضدعفونی‌کننده اصلی در آب حاوی کلر است. این روش برای استخر‌های شور مناسب است. این روش سالم، طبیعی و بدون بو است.

امیدواریم از این مطلب استفاده کامل را داشته باشید.