استفاده از کلر به عنوان روشی بسیار ارزان برای گندزدایی آب و فاضلاب شناخته می‌شود. این ماده برای از بین بردن باکتری‌ها و سایر میکروب‌های موجود در ذخایر آب آشامیدنی به کار می‌رود. در حال حاضر، حتی در ذخایر کوچک آب، کلر به صورت مداوم افزوده می‌شود. اولین کاربرد کلر در تصفیه آب آشامیدنی، کنترل طعم و بو بوده است. از دیگر کاربردهای کلر زنی در آب آشامیدنی می‌توان به کنترل جلبک‌ها، حذف آهن و منگنز، حذف سولفید هیدروژن و حذف رنگ اشاره کرد.
در ادامه این مقاله با پیلار تجارت همراه باشید تا به تمام سوالات شما در مورد کلر زنی پاسخ دهیم.
کلر چیست؟
یکی از پرکاربردترین هالوژن‌ها در گروه IV جدول عناصر شیمیایی، کلر است. کلر با نماد Cl و عدد اتمی 17 شناخته می‌شود. این عنصر، با رنگ زرد مایل به سبز، با خاصیت فرار و قابلیت اکسید کنندگی بالا شناخته می‌شود. یکی از کاربردهای اصلی کلر، در تصفیه و گندزدایی آب است. در این فرآیند، کلر با آب واکنش می‌دهد و اسید هیپوکلرو (HOCl) تولید می‌کند. این اسید، قدرت بسیار بالایی در حمله به میکروب‌ها و پاتوژن‌های موجود در آب دارد و به همین دلیل می‌تواند آنها را در کمترین زمان ممکن حذف کند. به علاوه، کلر به عنوان بخش مهمی از مواد آلی و صنایع شیمیایی و پلاستیکی نیز استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها و خصوصیات کلر | |
ویژگی‌های فیزیکی | در شرایط دما و فشار استاندارد، دو اتم کلر ترکیب مولکولی Cl2 را تشکیل می‌دهند که یک گاز سبز و زرد رنگ با بوی قوی و متمایز (بوی سفیدکننده) است. |
| پیوند بین دو اتم کلر نسبتاً ضعیف است که مولکول را بسیار واکنش‌پذیر می‌سازد. نقطه جوش آن در حدود -34 درجه سانتیگراد است، اما در شرایط فشار بالای اتمسفر، می‌تواند به حالت مایع تبدیل شود. | |
ویژگی های شیمیایی کلر | کلر به همراه فلور، برم، و ید، جزو عناصر گروه 17 یا هالوژن‌ها است. این عنصر تقریباً با تمامی عناصر ترکیب می‌شود و ترکیبات کلریدها را تشکیل می‌دهد. |
گاز کلر با بیشتر ترکیبات آلی واکنش می‌دهد و حتی در حالت غیرفعال، سوختن هیدروکربن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. | |
نام کلر از واژه “chloros” گرفته شده که به معنای سبز مایل به زرد است، اشاره به رنگ این گاز دارد. | |
تاریخچه عنصر شیمیایی کلر
کلر، که از واژه یونانی χλωρος به معنی سبز گرفته شده است، توسط Carl Wilhelm Scheele در سال ۱۷۷۴ کشف شد. Scheele اشتباهاً فرض کرد که این ماده حاوی اکسیژن است. در سال ۱۸۱۰، Humphry Davy نام کلر را برای این عنصر انتخاب کرد و اصرار داشت که واقعاً یک عنصر است.
انواع کلر
کلرها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- کلر مایع: فرم مایع کلر است که معمولاً در استفاده‌های صنعتی و تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- گاز کلر: یک ترکیب شیمیایی است که به صورت گاز در دمای و فشار استاندارد و در شرایط معمولی به رنگ زرد مایل به سبز می‌باشد.
بیوشیمی کلر
کلر به عنوان یکی از عناصر گروه هالوژن‌ها در ترکیبات شیمیایی حضور دارد و بسیار واکنش‌پذیر است. وقتی یک سلول زنده با کلر در تماس قرار می‌گیرد، اختلال می‌بیند که ممکن است به مرگ سلول منجر شود. اغلب کلر به صورت گاز یا ترکیبات هیپوکلریت کلسیم به آب اضافه می‌شود.
واکنش کلر با آب به صورت زیر است:
Cl2 + H2O → H+ + Cl- + HCIO
HCIO → CIO- + H+
اگر آب قلیایی باشد، تعادل دوم به سمت راست جابه‌جا می‌شود تا کمبود یون هیدروژن رفع شود. اما به دلیل اینکه هیپوکلریت اسید قوی‌تری نسبت به یون هیپوکلریت دارد، قلیایی بودن آب باعث کاهش اثرات گندزدایی کلر می‌شود.
کاربردهای کلر
کلر به عنوان یک عنصر شیمیایی اساسی، در حوزه‌های مختلفی از جمله تصفیه آب، میکروب کشی، آفت کشی، و حتی در تولید گاز خردل، نقش مهمی دارد. این عنصر در ترکیباتی مانند نمک یا کلرید سدیم نیز یافت می‌شود.
استفاده از کلر در تصفیه آب، به منظور از بین بردن باکتری‌ها و میکروب‌های حاضر در ذخایر آب آشامیدنی صورت می‌گیرد، و امروزه حتی در ذخایر کوچک آب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در صنایع مختلف از جمله صنایع کاغذسازی، تولید مواد ضدعفونی‌کننده، رنگدانه‌ها، مواد غذائی، و حتی در تولید محصولات پلاستیکی، داروها، و منسوجات نیز کاربرد دارد.
کلر موجود در ترکیبات مختلفی همچون هیپوکلریت سدیم یا آب ژاول، برای ضدعفونی و رنگبری مواد سفید کننده استفاده می‌شود، و همچنین در تصفیه آب‌های استخر شنا نیز کاربرد دارد.
در ترکیبات آلی، کلر می‌تواند به عنوان جایگزین هیدروژن عمل کند و خصوصیات مورد نیاز در این ترکیبات را ایجاد کند، بنابراین در صنایعی مانند تولید لاستیک مصنوعی، کاربرد گسترده‌ای دارد.
علاوه بر این، کلر در تولید هیدروکلریک اسید، کلرات‌ها، کلروفرم، تتراکلرید کربن، و در استخراج برم نیز به کار می‌رود.
گندزدایی با کلر
عوامل فیزیکی مانند حرارت و انجماد، همچنین عوامل شیمیایی مانند کلر و فلزات سنگین، می‌توانند به سلول‌های میکروارگانیسم‌ها اعم از باکتری‌ها، ویروس‌ها و غیره، آسیب وارد کنند. این آسیب‌ها ممکن است باعث کاهش اندازه سلول، اختلال در غشای سلولی، و ایجاد تغییر در فیزیولوژی و ویرولانس سلول شوند، که در نهایت موجب غیر فعال شدن آنها می‌شود.
بعضی از پاتوژن‌های آسیب‌دیده می‌توانند در صورت ورود به روده کوچک، آسیب‌ها را بازیابی و ترمیم کنند و به حالت ویرولانت (تولید کننده انتروتوکسین) بازگردند. بنابراین، فرایند کلرزنی آب و فاضلاب باید با توجه به ملاحظاتی که به غیرفعال‌سازی تمامی پاتوژن‌های موجود در آب مربوط می‌شود، انجام شود.
تأثیر کلر بر پاتوژن‌ها
تأثیر کلر بر پاتوژن‌ها بسیار مهم و کارآمد است و به عنوان یک روش معمول برای ضدعفونی آب و فاضلاب استفاده می‌شود. کلر اثرات زیستی متعددی بر روی پاتوژن‌ها دارد که شامل موارد زیر می‌شود:
- اکسید کنندگی: کلر به عنوان یک اکسید کننده عمل می‌کند و با تخریب بنیادی ساختار سلولی پاتوژن‌ها، باعث از بین رفتن آنها می‌شود.
- ایجاد هیپوکلریت: در فرایند کلرزنی آب، کلر به صورت هیپوکلریت تبدیل می‌شود که این ترکیب نیز دارای خواص ضدمیکروبی قوی است و می‌تواند پاتوژن‌ها را از بین ببرد.
- اختلاف pH: هیپوکلریت تولید شده از ترکیب کلر با آب، موجب افزایش pH آب می‌شود که این شرایط قلیایی باعث کاهش فعالیت پاتوژن‌ها می‌شود.
- ایجاد رادیکال‌های آزاد: کلر می‌تواند رادیکال‌های آزادی مانند هیدروکسیل را تولید کند که این رادیکال‌ها نیز با ساختار سلولی پاتوژن‌ها وارد تعامل شده و آنها را نابود می‌کنند.
در مجموع، کلر به عنوان یک ماده ضدعفونی‌کننده بسیار قوی و کارآمد، می‌تواند به طور موثری پاتوژن‌ها را از بین ببرد و آب و فاضلاب را تصفیه کند.
روش های کلرزنی
برای افزودن کلر به آب، روش‌های مختلفی وجود دارد:
- افزودن هیپوکلریت کلسیم با غلظت 10 درصد به آب: در این روش، هیپوکلریت کلسیم در آب حل شده و سپس به آب در حال تصفیه اضافه می‌شود، معمولاً بعد از ته نشین شدن ترکیبات آهکی.
- استفاده از دستگاه کلرزنی گازی: در این روش، گاز کلر در آب حل شده و سپس به ذخایر آب تزریق می‌شود.
این دو روش از جمله روش‌های معمول و کارآمد برای افزودن کلر به آب در فرآیندهای تصفیه و ضدعفونی استفاده می‌شوند.
اصول کلر زنی
قبل از اعمال کلر زنی بر آب، اطمینان حاصل شود که آب صاف و بدون کدورت است، زیرا کدورت می‌تواند به کارایی کلر زنی مختل کند.
همچنین، مقدار مورد نیاز کلر برای آب باید محاسبه شود، زیرا مقدار کلر مورد نیاز آب با مقدار کلری که به آب اضافه می‌شود متفاوت است، و مقدار کلر باقی‌مانده در نهایت مدت زمان مشخص، در یک دما و pH معین آب نیز متفاوت است.
زمان تماس با کلر نیز باید رعایت شود. حداقل یک ساعت باید کلر باقی‌مانده با میکروب‌ها و ویروس‌ها در تماس باشد تا این آلودگی‌ها کشته شوند.
غلظت حداقل توصیه‌شده کلر باقی‌مانده نیم میلی‌گرم در لیتر پس از یک ساعت است.
مجموع کلر مورد نیاز برای یک نوع آب، به علاوه کلر باقی‌مانده آزاد به مقدار 0.5 میلی‌گرم در لیتر، مقدار کلری را که باید به آن اضافه شود، تشکیل می‌دهد.
جداسازی کلر
پس از گندزدایی آب، کلر اضافی باید از آب جدا شود. این کار به چند روش مختلف امکان‌پذیر است، از جمله:
- هوادهی: با مخلوط کردن آب با هوا، کلر آزاد شده و از آب جدا می‌شود.
- افزودن مواد شیمیایی دیگر مانند تیوسولفات سدیم و گوگرد دی‌اکسید: این مواد به عنوان مخرب کلر عمل می‌کنند و کلر را از آب جدا می‌کنند.
- استفاده از کربن فعال: کربن فعال می‌تواند کلر را از آب جذب کرده و از آب جدا کند.
کلرزنی فاضلاب چیست و به چه صورت انجام می شود؟
حضور آلاینده‌های مختلف شیمیایی و میکروارگانیسم‌ها در پساب‌های بهداشتی و صنعتی یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های امروزی است. برای حذف این موارد، از روش‌های مختلف تصفیه شامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی استفاده می‌شود. یکی از اقدامات اصلی برای گندزدایی و حذف باکتری‌ها و قارچ‌های مضر در پساب‌ها، استفاده از کلر است.
این فرآیند که به کلر زنی معروف است، از ترکیبات کلر در فرآیندهای تصفیه فاضلاب استفاده می‌کند که منجر به اکسیداسیون و تجزیه میکروارگانیسم‌ها می‌شود. با توجه به شرایط دمایی و اسیدی فاضلاب، نوع و مقدار کلر مورد نیاز تعیین شده و به کمک تجهیزات مختلف به تصفیه‌خانه تزریق می‌شود. در این روش، کلر پس از ورود به تصفیه‌خانه و تماس با پساب‌ها به هیپوکلروس و یون اکسید کلر تبدیل می‌شود که فرآیند اسکیداسیون را آغاز می‌کند.
تاریخچه کلر زنی فاضلاب
حضور باکتری‌های بیماری‌زا و شیوع بیماری‌های واگیردار مانند وبا، توجه به گندزدایی آب آشامیدنی را ضروری کرده است. این مسئله باعث شد که در سال ۱۸۵۴، برای اولین بار کمیسیون آب انگلیس از کلر برای گندزدایی آب استفاده کند. پس از آزمایش‌های متوالی و بهبود روش‌های استفاده از کلر برای تصفیه آب، در سال ۱۸۸۴، استفاده از کلر برای گندزدایی آب آشامیدنی در انگلیس آغاز شد.
ایالات متحده آمریکا نیز از سال ۱۹۱۰ به مرور آب مناطق مختلف را با استفاده از کلر گندزدایی کرد. همچنین، در بخش تصفیه فاضلاب نیز از کلر برای کنترل رشد باکتری‌ها، حذف بو و حشرات مضر استفاده می‌شود. به طوری‌که در سال ۱۹۷۵، بیش از ۷۵ درصد از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب از این روش برای گندزدایی استفاده می‌کردند.
مزایای کلر زنی فاضلاب
از مهمترین دلایل استفاده از کلرزنی فاضلاب، تاثیرات مطلوب آن بر افزایش کیفیت فاضلاب است. علاوه بر این، از جمله مزایای گندزدایی فاضلاب با کلر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کشتن میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا: کلر به عنوان یک اکسیدان قوی میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا را از بین می‌برد و از انتقال بیماری‌های واگیردار از فاضلاب به محیط زیست جلوگیری می‌کند.
- حذف بو و رنگ: کلر علاوه بر اکسیداسیون مواد آلی، باعث حذف بو و رنگ ناشی از فرآیندهای بیولوژیکی در فاضلاب می‌شود.
- حذف فلزات سنگین: کلر به عنوان یک اکسیدان، می‌تواند فلزات سنگین موجود در فاضلاب را از بین ببرد یا حذف کند.
- کاهش آلودگی زیست محیطی: با حذف میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و مواد آلی، کلر به کاهش آلودگی زیست محیطی در مناطق پیرامون تصفیه‌خانه‌های فاضلاب کمک می‌کند.
- افزایش بازدهی فرآیندهای تصفیه: استفاده از کلر می‌تواند به بهبود کارایی و بازدهی فرآیندهای تصفیه فاضلاب کمک کند و فرآیند تصفیه را بهبود بخشد.
این مزایا نشان دهنده اهمیت و تأثیرگذاری استفاده از کلر در گندزدایی فاضلاب است.
معایب کلر زنی فاضلاب
استفاده از کلر برای تصفیه آب، علی‌رغم مزایای آن، می‌تواند منجر به ایجاد مواد مضری شود که برای سلامتی انسان خطرناک است. از طرف دیگر، برخی از میکروارگانیسم‌ها مانند کریپتوسپوریدیوم‌ها نیز می‌توانند در برابر عملکرد کلر مقاوم باشند.
به همین دلیل، استفاده از روش‌های جایگزین برای حذف کلر از آب ضروری است. برخی از دستگاه‌های تصفیه آب می‌توانند کلر را از آب حذف کرده و از این طریق از اثرات مخرب آن جلوگیری نمایند. از جمله مواد مضری که از طریق این فرآیندها حذف می‌شوند، کلر به عنوان یکی از مهمترین آنهاست.
اگرچه کلر به عنوان یک ماده ضدعفونی کننده در تصفیه آب مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما ترکیبات مخربی همچون تری‌هالومتان‌ها که از این فرآیند ناشی می‌شوند، می‌توانند برای سلامتی انسان‌ها و حتی سایر حیوانات خطرناک باشند. بنابراین، استفاده از روش‌های حذف کلر از آب می‌تواند بهبودی در کیفیت آب و بهداشت عمومی مردم داشته باشد.
