کلرزن

کلرزنی با استفاده از کلر به شکل های مختلف یکی از رایج ترین فناوری های گندزدایی فاضلاب است. کلرزن علاوه بر گندزدایی می تواند به منظور کنترل بوها، بالکینگ لجن، کف کردگی لجن و عوامل مزاحم ( مثل پشه های ریز) نیز مورد استفاده قرار بگیرد. همچنین ترکیبات کلر اغلب بخاطر در دسترس بودن، کارایی، راندمان، هزینه ی نسبتا پایین، قابلیت اعتماد و نیز پایداری باقیمانده های کلر ترجیح داده می شوند.

کمیسیمون آب انگلیس در سال 1854 اولین گروهی بود که به طور رسمی از کلر و ترکیبات کلر جهت گندزدایی فاضلاب استفاده کرد.

 

مکانیسم گندزدایی کلر

کلر یک اکسید کننده قوی است که به سرعت با مواد سلولی واکنش داده و عمل گندزدایی را انجام می دهد. کلر از طریق آسیب به اسیدهای نوکلئیک و غشاهای سلولی باعث غیر فعالسازی باکتری ها و از طریق آسیب پوشش پروتئینی و اسیدهای نوکلئیک باعث غیر فعال سازی ویروس ها می شود. کلر نمی تواند باعث غیرفعال شدن تک یاختگانی مثل کریپتو اسپوریدیا و ژیاردیا در دوزهای معمول شود.

تولید کلر

عمده ترین ترکیباتی که به عنوان منابع معمول کلر مورد استفاده قرار می گیرند شامل گاز کلر و محلول های هیپوکلریت سدیم و به میزان کم تر هیپوکلریت کلسیم جامد است. کلر به شکل طبیعی وجود نداشته و برای کاربردهای تجاری باید تولید شود.

گاز کلر

 رایج ترین فرآیندی که برای تولید گاز کلر استفاده می شود الکترولیز محلول شور است. کلر تولید شده به این شکل پس از جمع آوری، تخلیص، تراکم و خنک سازی، ذخیره سازی شده و به صورت گاز مایع تحت فشار به فروش می رسد.

هیپوکلریت سدیم

هیپوکلریت سدیم ( که به آن مایع سفید کننده نیز گفته می شود ) از طریق واکنش گاز کلر محلول و هیدروکسید سدیم حاصل می شود. هیپوکلریت سدیم تولید شده، پس از ذخیره سازی به شکل محلول های مایع حاوی 12/5 تا ۱۷٪ کلر موجود به فروش می رسد.

هیپوکلریت کلسیم

هیپوکلریت کلسیم یا HTH از طریق واکنش هیپوکلریت سدیم با کلرید کلسیم یا از طریق افزودن مستقیم کلر به آهک هیدراته تولید می شود. هیپوکلریت کلسیم تولید شده، خشک شده و به صورت قرص هایی ذخیره سازی و به شکل هیپوکلریت کلسیم جامد به فروش می رسد.

تولید در محل کلر

سیستم های هیپوکلریت سدیم در محل از سلول های الکترولیتیک برای تولید هیپوکلریت، از نمک کلرید سدیم NaCl و آب استفاده می کنند. نمک وارد یک تانک آب شور شده و محلول آب شور اشباع تشکیل می شود و سپس از نیروی الکتریکی برای انجام واکنش الکتروشیمیایی استفاده می شود . هیپوکلریت سدیم به اندازه ی مصرف مورد نیاز تولید می شود.

در صورتی که کلر به پساب فاضلابی اضافه شود که در آن کنترل نیتروژن صورت نمی گیرد، باعث تشکیل کلرآمین ها خواهد شد.

مقادیر نسبی انواع این کلرآمین ها به فاکتورهایی مانند PH ، دما، زمان تماس، دوزاژ کلر و نسبت کلر به آمونیاک بستگی دارد. هرچه میزان PH بالا باشد و نسبت های کلر به آمونیاک پایین تر باشد، تشکیل مونوکلرآمین بیشتر خواهد بود.

کلرزنی تا نقطه ی شکست

در صورتی که افزودن کلر در کلرزن ( افزایش نسبت کلر به آمونیاک) ادامه یابد منجر به اکسیداسیون کامل مواد به سهولت قابل اکسید مثل ترکیبات کلرآمین و آمونیاک باقیمانده می شود و کلر باقی مانده ی آزاد در فراتر از نقطه ی شکست خواهد شد.

در فراتر از نقطه ی شکست، هرگونه افزایش کلر به صورت بیشتر باقی مانده ی کلر آزاد ظاهر خواهد شد و به این فرآیند، کلرزنی تا نقطه ی شکست گفته می شود.

کلرزدایی

اغلب کلرزدایی از طریق افزودن ترکیبات شیمیایی مثل دی اکسید گوگرد (گاز)، بی سولفیت سدیم (مایع)، تیو سولفات کلسیم یا سدیم و اسید آسکوربیک انجام می گیرد. دی اکسید گوگرد و بی سولفیت سدیم رایج ترین عوامل کلرزدایی هستند که مورد استفاده قرار می گیرند.

کلر باقیمانده و کلر مورد نیاز

کلر به عنوان یک اکسید کننده ی قوی با ترکیبات احیا کننده ی موجود در پساب واکنش می دهد. گفته می شود  که این ترکیبات باعث افزایش تقاضای کلر می شوند. این ترکیبات شامل آمونیاک، نیتروژن آلی، ترکیبات مختلف گوگرد و آهن احیا شده، نیتریت و مواد آلی می شود.

غلظت کلر باقیمانده در آب پس از دفع کلر مورد نیاز در اصطلاح، باقیمانده کلر گفته می شود. از این کمیت برای پایش و کنترل فرآیند گندزدایی و نیز پتانسیل رشد بیولوژیکی در خطوط توزیع استفاده می شود. کلرآمین ها معمولا سرعت تخریب کمتری در مقایسه با کلر داشته و پس از تامین نیاز اولیه ی کلر تشکیل می شوند. ممکن است اشعه ی خورشیدی باعث از بین رفتن کلر آزاد و کلر آمین ها شود.

مقادیر متداول کلرُ بر مبنای کلر ترکیبیُ برای برآوردن معیارهای مختلف کل کلیفرم های خروجی در فاضلاب های مختلف بر مبنای ۳۰ دقیقه زمان تماس

نوع فاضلاب	مقدار کلر، میلی گرم بر لیتر, جریان خروجی معیار، MPN/100mL	مقدار کلر، میلی گرم بر لیتر, جریان خروجی معیار، MPN/100mL	مقدار کلر، میلی گرم بر لیتر, جریان خروجی معیار، MPN/100mL	مقدار کلر، میلی گرم بر لیتر, جریان خروجی معیار، MPN/100mL
	۱۰۰۰	۲۰۰	۲۳	۲/۲>
فاضلاب خام	۱۵-۴۰
جریان خروجی اولیه	۱۰-۳۰	۲۰-۴۰
جریان خروجی صافی چکنده	۳-۱۰	۵-۲۰	۱۰-۴۰
جریان خروجی لجن فعال	۲-۱۰	۵-۱۵	۱۰-۳۰
جریان خروجی لجن فعال صاف سازی شده	۴-۸	۵-۱۵	۶-۲۰	۸-۳۰
جریان خروجی بعد از نیتریفیکاسیون	۴-۱۲	۶-۱۶	۸-۱۸	۸-۲۰
جریان خروجی بعد از نیتریفیکاسیون و صاف سازی	۴-۱۰	۶-۱۲	۸-۱۴	۸-۱۶
جریان خروجی پس از میکروفیلتراسیون	۱-۳	۲-۴	۲-۶	۴-۱۰
اسمز معکوس	صفر	صفر	صفر	۰-۲
جریان خروجی مخزن عفونی	۲۰-۴۰	۴۰-۶۰
جریان خروجی صافی شنی متناوبی	۱-۵	۲-۸	۵-۱۰	۸-۱۸

گندزدایی با کلر آزاد یا ترکیبی

فرآیند گندزدایی می تواند با استفاده از کلر آزاد یا کلر ترکیبی ( کلرآمین ها ) انجام گیرد. با توجه به اینکه فاضلاب های حاوی غلظت های قابل توجهی از آمونیاک هستند بنابراین در عمل معمولا گندزدایی توسط کلرآمین ها انجام می گیرد.

از کلر آزاد معمولا تنها وقتی استفاده می شود که فرآیند نیتریفیکاسیون یا کنترل نیتروژن انجام گرفته بنابراین رسیدن به نقطه ی شکست و تشکیل کلر آزاد عملی است. با این حال، در غیاب آمونیاک، دیگر منابع کلرخواه ( مثل نیتروژن آلی) ممکن است زیاد بوده و باعث کاهش غلظت موثر گندزدا شوند.

توان و قدرت محلول های کلر با استفاده از واحدهای مختلفی مثل مولاریته، غلظت جرمی و درصد وزنی سنجش می شود. از ترکیبات مختلف کلر می توان جهت گندزدایی فاضلاب ها استفاده کرد.

تاثیر کیفیت آب بر روی گندزدایی

کیفیت آب تاثیر زیادی در نیازمندی کلر و کارایی گندزدایی دارد. از جمله از مهم ترین پارامترهای کیفی آب که بر روی کلرزنی تاثیر می گذارند می توان به ذرات ، PH ، دما ، نیتروژن آلی و سایر ترکیبات اشاره کرد.

ذرات

ذرات بزرگ تر باعث پناه دادن میکروارگانیسم ها از تماس با کلر شده و همچنین می توانند باعث افزایش تقاضای کلر شده و به این ترتیب باعث کاهش غلظت های باقی مانده شوند.

PH

کلرزنی با کلر آزاد در PHهای پایین تر خیلی موثرتر می باشد. وقتی از کلر گازی استفاده می شود، معمولا PH افت می کند در حالی که افزودن هیپوکلریت سدیم یا کلسیم باعث افزایش PH می شود.

دما

برای دماهای نمونه وار فاضلاب، غیر فعال سازی پاتوژن ها به وسیله کلر آزاد یا کلرآمین ها با افزایش درجه حرارت، افزایش پیدا می کند.

کلر خواهی ناشی از نیتروژن آلی و سایر ترکیبات

باقی مانده کلر در حضور تقاضای بالای کلر، کاهش پیدا می کند که بر اثر وجود نیتروژن آلی و سایر ترکیبات ایجاد می شود. بنابراین ممکن است برای حفظ سطوح گندزدایی مناسب به دوزاژهای کلر بیشتری نیاز باشد.

---

تاثیر اجزا فاضلاب بر میزان مصرف کلر جهت گندزدایی آن

اجزا	اثر
BOD و COD و TOC و ...	ترکیبات آلی حاوی BOD و COD ممکن است نیاز به کلر را افزایش دهند. میزان تداخل به ساختار شیمیایی آن ها مربوط است.
مواد هوموسی	کاهش اثر بخشی کلر در نتیجه ی تشکیل ترکیبات آلی کلرزنی شده که به عنوان کلر باقی مانده محسوب می شود. اما تاثیری در گندزدایی ندارند.
روغن و گریس	می توانند منجر به افزایش نیاز به کلر شوند.
TSS	مانندپوششی برای باکتری ها عمل می کنند.
قلیاییت	کم اثر یا بی تاثیر
سختی	کم اثر یا بی تاثیر
آمونیاک	ترکیب با کلر و تشکیل کلرآمین
نیتریت	توسط کلر اکسید شده و موجب افزایش ان-نیتروزودی متیل آمین می شود.
نیترات	مقدار کلر مصرفی به علت تشکیل کلرآمین ها کاهش می یابد. نیتریفیکاسیون کامل ممکن است منجر به تشکیل NDMA حاصل از وجود کلر آزاد گردد. نیتریفیکاسیون ناقص ممکن است منجر به ایجاد مشکلاتی در تعیین مقدار مناسب کلر شود.
آهن	توسط کلر اکسید می شود.
منگنز	توسط کلر اکسید می شود.
ph	تاثیر بر توزیع بین اسید هی\وکلروس و یون هی\وکلریت
تخلیه های صنعتی	با توجه به اجزا ممکن است به تغییرات روزانه و فصلی در نیاز به کلر گردد.

---

تسهیلات مورد نیاز برای گندزدایی

گندزدایی با کلر شامل یک سری فرآیندهای خیلی پیچیده ای بوده و تحت تاثیر نوع و گستره ی واکنش مواد واکنش دهنده با کلر، دما،PH، غلظت جامدات معلق و میزان بقای ارگانیسم های هدف قرار می گیرد. بهمین دلیل نیز باید به منظور به حداقل رساندن نیاز به گندزدایی اضافی، فرآیندهای بالا دست تصفیه خانه به شکل مناسبی طراحی و به طور موثری راهبری شوند.

به علاوه، سیستم کلریناتور(کلرزن) به منظور فراهم نمودن زمان تماس کافی بخصوص جهت استفاده های مجدد از پساب به فضای زیادی نیاز دارد. ممکن است این مسئله به عنوان یک چالش اصلی بخصوص تسهیلاتی که در مناطق شهری یا سایر مناطقی نصب می شوند، مطرح بوده که تامین فضای کافی برای حوضچه های تماس کلر ممکن است خیلی پرهزینه و حتی غیرممکن باشد.

اجزاء سیستم پکیج تزریق کلر(کلرزن)

عناصر سیستم کلرزنی شامل تولید یا منبع تامین کلر، اختلاط، تماس دهی، کلرزدایی و کنترل می شود. منبع تامین یا مولد کلر باید بتواند به طور پیوسته کلر را به سیستم تغذیه کند. واحد تماس دهی، زمان تماس کافی برای فاضلاب مخلوط شده با کلر را برای یک دوره ی مشخص فراهم می کند تا این که سطح غیر فعال سازی میکروبی مورد نظر حاصل شود. واحد کلرزدایی باعث حذف باقی مانده های کلر از فاضلاب گندزدایی شده می شود تا سمیت آن برای آبزیان که ناشی از باقی مانده های کلر است، به حداقل برسد.

در واحد کنترل، از اطلاعات مربوط به جریان فاضلاب ورودی و باقی مانده ی کلر به منظور تنظیم پارامترهای واحد تامین یا مولد کلر استفاده می شوند تا عملکرد سیستم گندزدا به طور مستمر ادامه پیدا کند.

اثرات استفاده از کلرزن بر محیط زیست

اثرات بالقوه ی ناشی از استفاده از ترکیبات کلر بر محیط زیست شامل تشکیل محصولات جانبی گندزدایی، ایجاد سمیت برای حیات آبزیان و دیگر تغییرات در کیفیت آب های پذیرنده می شود. همچنین احتمال خطرات بالقوه ی ناشی از حمل و نقل، ذخیره سازی و استفاده از ترکیبات مختلف کلر و نیز رشد مجدد میکروارگانیسم ها در پساب نهایی وجود دارد.

تغییرات در کیفیت

• محصولات جانبی گندزدایی

• سمیت در پساب تصفیه شده

غلظت های پایین باقیمانده های کلر در پساب می تواند برای ماهی ها و سایر آبزیان سمی باشد، این سمیت ممکن است به صورت مرگ و میر یا کاهش قابلیت تولید مثلی ظاهر شود. باقیمانده های کلر 0/02mg/l بر حیات آبزیان تاثیر گذاشته و مرگ و میر ماهی آزاد و ماهی قزل آلا امکان پذیر است.

• کلرید، کل جامدات محلول TDS و سختی

همه ی گندزداهای کلره عوامل اکسید کنده ای هستند که یون های کلرید تولید می کنند بنابراین استفاده از این ترکیبات باعث افزایش غلظت های کلرید و TDS در فاضلاب می شود.

استفاده از هیپوکلریت کلسیم به عنوان منبع کلر باعث افزایش TDS، سختی و قلیاییت فاضلاب بخاطر وجود یون های کلسیم، کلرید و هیدروکسید می شود.

• PH

افزودن هیپوکلریت های سدیم یا کلسیم باعث افزایش جزیی PH و قلیائیت آب بر اثر رها سازی یون های هیدروکسیل می شود.

افزودن گاز کلر باعث کاهش جزیی PH بر اثر تولید یون های هیدرونیوم می شود.  در روش کلرزنی تا نقطه ی شکست، تبدیل نیتروژن آمونیاکی به گاز نیتروژن باعث مصرف قلیائیت و کاهش PH می شود مگر آن که قلیائیت مازاد به آب اضافه شود.

جلوگیری از رشد بیولوژیکی در صافی ها

پیش کلرزنی ( یعنی افزودن کلر در بالا دست صافی های ثانویه ) به جلوگیری از رشد جلبک ها و باکتری ها بر روی سطوح بسترهای صافی کمک کرده و اغلب جهت به حداقل رساندن مشکلات راهبرب ناشی از رشد بیولوژیکی از آن استفاده می شود.

حذف جزیی آلاینده ها

گندزداهای اکسیدکننده مثل کلر ممکن است در حذف مواد دارویی و ترکیبات مختل کننده ی اندوکرین موثر باشند که نگرانی های فزاینده ای برای صنعت تصفیه ی فاضلاب دارند.

از ترکیبات کلر همچنین می توان برای کنترل بوها و تجزیه  سولفید هیدروژن موجود در گازهای خروجی، کنترل رشد بیش از حد میکروارگانیسم های رشته ای عامل بالکینگ در سیستم های لجن فعال، کمینه سازی تولید لجن مازاد در فرآیندهای لجن فعال و کاهش رشد جلبک ها و لایه ی لزج بیولوژیکی در زلال سازها استفاده کرد.

مزایای کلرزنی

• فناوری تثبیت شده با مکانیسم مشخص گندزدایی
•  نسبتا به راحتی قابل نصب بوده و ارزان تر از سایر روش هاست به جز اندازه ی آن
•  ترکیبات کلر معمولا ارزان بوده و در اشکال مختلف گازی، مایع و جامد به راحتی در دسترس است.
• در قسمت های دیگر تصفیه خانه نیز مفید است. مثلا کاهش گرفتگی زیستی فیلترهای نهایی کنترل بو
•  دارای باقی مانده است که کنترل و پایش آن را آسان نموده و از رشد مجدد میکروبی جلوگیری می کند.
•  قابلیت انطباق آن با نوسانات جریان آسان است.
• کلر آزاد یک میکروب کش و ویروس کش قوی است و باعث حذف ترکیبات نوظهور شده و احتمال تشکیل NDMA بسیار اندک است.

معایب کلرزنی

• در مقابل پروتوزوآها خیلی موثر نیست.
•  در PH بالا اثر کمتری دارد.
• تولید فرآورده های جانبی می کند که برای سلامت انسان و محیط زیست خطرناکند.
•  باعث افزایش مقدار کل جامدات محلول و کلرید در پساب می شود.
•  ممکن است حذف باقی مانده ی کلر ضروری باشد.
• کلرزنی در نقطه ی شکست تنها با مقادیر کم آمونیاک امکان پذیر است.
•  گاز کلر سمی و خورنده است و نیازمند مخازن ویژه و شوینده های خاص است هر چند که هیپوکلریت سدیم بسیاری از این معایب را ندارند، اما غلظت های بالاتر هیپوکلریت سبب تولید کلرات می شود.

ارتقای فناوری گندزدایی

بیشتر تصفیه خانه های فاضلاب یکی از روش های زیر را برای گندزدایی استفاده می کنند:

• کلرزنی ( کلر گازی ، هیپوکلریت ، تولید هیپوکلریت در محل )
• پرتو فرابنفش
• ازن.

هر کدام از این فرآیندها بسته به شرایط محلی، ممکن است نیازمند ارتقا باشند. در جدول زیر گزینه های در دسترس ارتقای فرآیند موجود گندزدایی را نشان داده است. مثلا تغییر گاز کلر به هیپوکلریت در صورت مهم نبودن تولید فرآورده های جانبی گندزدایی و تغییر به UV در صورت مهم بودن گرانی تولید فرآورده های جانبی گندزدایی می شود.

---

ارتقای فرآیند / فناوری موجود	هیپوکلریت	تولید کلر در محل	UV	ازن	فناوری ترکیبی
گاز کلر	اگر DBPs مشکل ساز نباشد معمول نیست.	ممکن	محتمل اگر DBPs نگران کننده باشد	ممکن اگر حذف COE مهم باشد	غیر محتمل
هیپوکلریت	-	ممکن	محتمل اگر DBPs نگران کننده باشد	ممکن اگر حذف COE مهم باشد	ممکن با UV
تولید کلر مایع در محل	غیر محتمل	-	محتمل اگر DBPs نگران کننده باشد	ممکن اگر حذف COEC مهم باشند	ممکن با UV
UV	ممکن است اگر قدرت نفوذ پرتو UV کم باشد و تولید DBPs مشکل ساز نباشد	ممکن است اگر قدرت نفوذ پرتو UV کم باشد و تولید DBPs مشکل ساز نباشد.	محتمل در هنگام ارتقای نوع لامپ	ممکن اگر حذف COEC مهم باشد	ممکن با هیپوکلریت یا ازن
ازن	ممکن	ممکن	محتمل اگر بازدهی گندزدایی، پیچیدگی فرآیند و تولید برومات مشکل ساز باشد	محتمل در هنگام ارتقای فرآیند تولید ازن	ممکن با UV

---

در حال حاضر، استفاده ی بیش از یک گندزدا در تصفیه خانه های فاضلاب معمول نیست. مگر اینکه اهداف چندگانه مدنظر باشد ( مانند افزایش کارایی گندزدایی و کنترل جلبک ها ). اما این روش ها مزایای زیادی دارند. مثلا باعث بیشتر شدن تاثیر گندزدایی بر روی گستره ی وسیع تری از پاتوژن ها و ارگانیسم های شاخص می شوند و باعث اثر هم افزایی گندزدایی می شوند. در حال حاضر تمام تصفیه خانه ها دارای یک سیستم گندزدایی هستند.

ارتقای تاسیسات موجود با یک گندزدایی دیگر به سادگی قابل انجام است. مثلا تصفیه خانه های دارای گندزدایی کلر می توانند سیستم UV نصب کنند تا بر مشکل تشکیل فرآورده های جانبی گندزدایی غلبه کنند. می توان تاسیسات کلر را حفظ نمود اما دوز مصرف کلر را کم نمود تا فرآورده های جانبی کمتری تشکیل شود، آدنو ویروس ها غیر فعال شوند ( که توسط UV خیلی حذف نمی شوند ) ، رشد بیولوژیکی در بستر صافی ها کنترل شود، تولید باقیمانده ی گندزدا نماید و نیاز به استفاده از سیستم اضافی UV را در شرایط ویژه مانند هوای بارانی مرتفع کند.

جنبه های راهبری، نگهداری و هزینه

در جداول زیر فرایندهای اصلی گندزدایی را از منظر راهبری، نگهداری و هزینه بررسی شده است. برای اینکه فرآیندهای گندزدایی به صورت ایمن و موثر راهبری شوند بایستی از نیروهای کارآزموده بهره برد .

---

مقایسه ی گزینه های اصلی گندزدایی فاضلاب-راهبری

فاکتور	گاز کلر	کلر مایع	ازن
نیاز به نیروی کارآزموده	متوسط	متوسط	بالا
نیاز به آموزش راهبر	بالا	بالا	بالا
مناسب بودن فرآیند برای کنترل اتوماتیک	خوب	خوب	خوب
پیچیدگی کنترل فرآیند	متوسط	متوسط	بالا
جنبه های خطر برای اپراتور	بالا	بالا	بالا
امکان تجزیه ی مواد شیمیایی	بله	بله	نه
نگرانی مرتبط با تامین مواد شیمیایی	بله	بله	نه
نگرانی مرتبط با قطع جریان برق	پایین	پایین	بالا
پتانسیل خوردگی و رسوب گذاری بر روی تجهیزات	بله	بله	بله

---

مقایسه ی گزینه های اصلی گندزدایی فاضلاب-نگهداری

فاکتور	گاز کلر	کلر مایع	ازن
سرویس تجهیزات پایش	پایین	پایین	متوسط
تمیز نمودن تجهیزات	پایین	پایین	پایین
جایگزینی قطعات	پایین	پایین	متوسط
دسترسی محلی به قطعات	خوب	خوب	ضعیف
زمان لازم برای نگهداری	پایین	پایین	بالا
دفع زائدات	نه	نه	نه

---

مقایسه ی گزینه های اصلی گندزدایی فاضلاب-هزینه

فاکتور	گاز کلر+کلرزدایی	هیپوکلریت مایع+کلرزدایی	ازن
انرژی	پایین	پایین	بالا
مواد شیمیایی	بالا	بالا	پایین
تعویض قطعات	پایین	پایین	متوسط
نیروی کار	پایین	پایین	بالا
دفع زائدات	پایین	پایین	پایین

---