مرجع تخصصی آب و فاضلاب

کلر در تصفیه آب: مکانیزم اثر، از بین بردن باکتریها، محاسبه میزان تزریق و طراحی واحد کلرزنی

۱. مکانیزم اثر کلر در ضدعفونی آب

کلر (Cl₂) و مشتقات آن (مانند هیپوکلریت سدیم/کلسیم) با تخریب دیواره سلولی و غشای سیتوپلاسمی باکتریها، ویروسها و سایر پاتوژنها، آنها را غیرفعال میکند.

• مراحل اصلی:
  ۱. نفوذ به سلول: کلر به صورت اسید هیپوکلروز (HOCl) در آب حل میشود و از غشای سلولی عبور میکند.
  ۲. اکسیداسیون اجزای حیاتی:

  • تخریب پروتئینها، آنزیمها (مثل آنزیمهای تنفسی) و DNA.

  • اختلال در متابولیسم سلولی و توقف تکثیر.
    ۳. لیز سلولی: از دست دادن یکپارچگی غشا و نشت مواد سلولی.

۲. میزان اثرگذاری کلر

• باکتریها: ۹۹.۹٪ کاهش (۳ log) با دوز ۰.۲–۰.۵ mg/L و زمان تماس ۳۰ دقیقه در pH خنثی.

• ویروسها: مقاومتر از باکتریها؛ نیاز به دوز ۰.۵–۱ mg/L و زمان تماس طولانی تر.

• کیستها (ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم): کلر مؤثر نیست و نیاز به روشهای ترکیبی (مثل فیلتراسیون) دارد.

عوامل مؤثر در کارایی کلر:

• pH آب: اسید هیپوکلروز (HOCl) در pH پایین (۶–۷.۵) غالب است و قدرت ضدعفونی بالاتری دارد.

• دما: افزایش دما، سرعت واکنش کلر با پاتوژنها را افزایش میدهد.

• مواد آلی (TOC): مواد آلی با کلر واکنش داده و ترکیبات جانبی مضر (DBPs) مانند تریهالومتانها (THMs) ایجاد میکنند.

۳. فرمولهای محاسبه دوز کلر

الف) دوز کلر مورد نیاز (Chlorine Demand)

دوز کلر (mg/L)=کلر مورد نیاز برای ضدعفونی+کلر مصرفی برای اکسیداسیون مواد آلی

• مثال:

  • اگر TOC = ۳ mg/L و نیاز به ۰.۵ mg/L کلر آزاد برای ضدعفونی باشد:

  دوز کلر کل=۰.۵+(۱.۲×۳)=۴.۱ mg/L

ب) زمان تماس (Ct Value)

Ct=غلظت کلر باقیمانده (mg/L)×زمان تماس (دقیقه)

• Ct برای ۹۹٪ کاهش باکتریها: ۱۵–۳۰ mg·min/L.

• Ct برای ویروسها: ۳۰–۶۰ mg·min/L.

۴. طراحی واحد کلرزنی

اجزای اصلی سیستم کلرزنی:

۱. منبع کلر:

• کلر گازی (Cl₂): پرکاربرد در تصفیهخانههای بزرگ (نیاز به سیستم ایمنی پیشرفته).

• هیپوکلریت سدیم (NaOCl): محلول مایع برای سیستمهای کوچک.

• هیپوکلریت کلسیم (Ca(OCl)₂): قرص یا پودر برای کاربردهای روستایی.

۲. سیستم تزریق:

• ایجکتور (Venturi): اختلاط کلر گازی با آب.

• پمپهای دیافراگمی: تزریق محلول هیپوکلریت.

۳. مخزن تماس (Contact Chamber):

• زمان تماس ≥ ۳۰ دقیقه برای اطمینان از ضدعفونی.

• طراحی مارپیچی یا بافل برای جلوگیری از جریان کوتاه.

۴. کنترل غلظت کلر باقیمانده:

• استفاده از سنسورهای آمپرومتری یا رنگسنجی برای پایش Online.

پارامترهای طراحی:

• دبی آب (Q): تعیین ظرفیت سیستم تزریق.

• غلظت کلر مورد نیاز: بر اساس کیفیت آب و استانداردهای بهداشتی.

• ایمنی: نصب سیستمهای تشخیص نشت کلر و تهویه اضطراری.

۵. مزایا و معایب کلرزنی

مزایا:

• هزینه پایین و در دسترس بودن.

• اثر باقیمانده (Residual Effect): کلر باقیمانده از آلودگی مجدد در شبکه توزیع جلوگیری میکند.

• طیف گسترده ضدعفونی (باکتریها، ویروسها، انگلها).

معایب:

• تشکیل ترکیبات جانبی مضر (DBPs) مانند تریهالومتانها (THMs) و هالواستیک اسیدها (HAAs).

• سمیت کلر گازی برای انسان و محیط زیست.

• مقاومت برخی پاتوژنها (مثل کریپتوسپوریدیوم).

۶. استانداردهای کلرزنی

• WHO: حداکثر کلر باقیمانده در آب آشامیدنی ≤ ۵ mg/L.

• EPA: حد مجاز THMs ≤ ۰.۰۸ mg/L.

• استاندارد ملی ایران (۱۰۵۳): کلر باقیمانده آزاد ≥ ۰.۵ mg/L در انتهای شبکه توزیع.

۷. مثال طراحی

• ورودی: دبی آب = ۱۰ m³/hr، کلر مورد نیاز = ۲ mg/L.

• محاسبات:

  • مصرف کلر روزانه = ۱۰×۲×۲۴=۴۸۰ g/day

  • انتخاب پمپ دیافراگمی با ظرفیت ۵۰۰ g/day.

  • حجم مخزن تماس  m³۱۰×۰.۵=۵m³ (برای زمان تماس ۳۰ دقیقه).

۸. جمع بندی

کلرزنی به عنوان روشی مقرون بهصرفه و موثر در ضدعفونی آب، نقشی کلیدی در تأمین آب آشامیدنی سالم ایفا میکند. طراحی سیستم باید بر اساس کیفیت آب ورودی، دبی و مقررات بهداشتی انجام شود. کنترل دقیق غلظت کلر باقیمانده و ترکیبات جانبی، همراه با رعایت ایمنی، از الزامات اصلی است. در مواردی که تشکیل DBPs نگران کننده است، استفاده از روش های ترکیبی (مثل کلرآمیناسیون یا UV) توصیه میشود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب