اصول و روش ضدعفونی آب چاه با کلر

آبی که برای نوشیدن و پخت و پز استفاده می شود، می بایست از هرگونه بو، باکتری های تولید کننده لجن و جلبک و میکروارگانیسم های بیماریزا عاری باشد. در غیر اینصورت احتمال بروز مشکلاتی از جمله تب، اسهال، وبا و حالت تهوع در انسان وجود خواهد داشت.

علیرغم اینکه روش های مختلفی برای از بین بردن بو و میکروارگانیسم ها از آب وجود دارد، اما کلرزنی آب کماکان از متداولترین و اثربخش ترین روشها محسوب می شود.

کلر برای از بین بردن بسیاری از انواع باکتری های پاتوژنی و غیرپاتوژنی روشی اثربخش بشمار می رود. اما کلرزنی با مقادیر عادی و به تنهایی برای از بین بردن تمامی انواع ویروس ها و انگل ها کافی نیست. لذا ترکیب سیستم کلرزنی و فیلتراسیون روشی مؤثر و مقرون به صرفه برای ضدعفونی، از بین بردن بو و اکسید کردن آهن و سایز فلزات برای حذف آنها از آب به شمار می رود.

دو روش اصلی برای کلرزنی برای آب مصرفی منازل وجود دارد:

1- استفاده از کلر مایع (هیپوکلریت سدیم)

2- استفاده از کلر جامد بصورت پودر و یا قرص (هیپوکریت کلسیم)

برای طراحی و انتخاب صحیح روش و اجزای سیستم کلرزنی، می بایست به سؤالات زیر پاسخ داده شود:

1- نتیجه آزمایش و تحلیل شیمی آب

2- تعیین میزان کلر مورد نیاز

3- تعیین دبی پمپ چاه

4- انتخاب زمان تماس (Contact Time) لازم بین آب و کلر

5- محاسبه فشار تزریق کلر در خط لوله آب

در ادامه به تشریح هریک از موارد فوق پرداخته می شود.

نتیجه آزمایش و تحلیل شیمی آب

آزمایش معمول آب چاه شامل پارامترهای زیر است:

1- باکتری کلیفرم

2- قلیائیت

3- pH

4- سختی (بر حسب کربنات کلسیم)

5- آهن

6- منگنز

7- کل مواد جامد محلول (TDS)

8- نیترات

9- باکتری آهن

10- تانین

11- سولفید هیدروژن

انجام آزمایش آب چاه را هم میتوان بوسیله آزمایشگاه های معتبر تخصصی و هم بوسیله تست کیت های سنجش کیفیت آب در محل مصرف انجام داد.

در خصوص آزمایش آب چاه، توجه به نکات زیر ضروری می باشد:

- پیشنهاد می شود که میزان "نیترات" و "باکتری کلیفرم آب چاه"، هر سال یکبار اندازه گیری شود.

- آب نمونه گیری شده، حتی الامکان نزدیک به منبع آن (مانند چاه) و قبل از هرگونه دستگاه فیلتراسیونی باشد.

- بعد از باز کردن شیر آب برای نمونه گیری، به مدت 5 تا 10 دقیقه صبر کنید تا مطمئن شوید آب داخل لوله ها و منبع تحت فشار پمپ خارج شده و سپس نمونه گیری را انجام دهید. در اینصورت مطمئن خواهید شد که آب نمونه گیری شده مستقیماً بلافاصله از چاه خارج شده است.

بررسی فلاش تانک سرویس بهداشتی

اگر فلاش تانک سرویس بهداشتی، نو و یا به تازگی تعویض شده باشد، مشاهده و بررسی ظاهری آن می تواند اطلاعات مفیدی در مورد کیفیت آب منزل را نشان دهد.

برای این کار کافی است تا درب فلاش تانک را بردارید و داخل آن را مشاهده کنید. وجود لکه و یا رسوب قهوه ای (خاکی رنگ) در داخل و روی بدنه فلاش تانک، می تواند نشانه ای قوی از وجود میزان آهن بالا در آب مصرفی باشد.

انجام آزمایش کیفیت آب به همراه مشاهده داخل فلاش تانک، می تواند به خوبی وضعیت کیفی آب را نشان دهد.

تعیین میزان کلر مورد نیاز

هنگام اضافه شدن کلر به آب، کلر علاوه بر ترکیب با باکتری ها، با سایر ناخالصی ها از جمله سولفید هیدوژن، فلزات محلول (مانند آهن و منگنز)، مواد آلی و سایر میکروارگانیسم ها نیز وارد واکنش می شود. بنابراین ابتدا می بایست کلر مورد نیاز برای واکنش با این مواد در آب در نظر گرفته شده و علاوه بر آن، مقداری "کلر آزاد" (Free Chlorine) نیز در آب باقی بماند.

میزان کلر آزاد مورد نیاز برای ضدعفونی و نیز اکسیداسیون فلزات و ناخالصی های محلول در آب را می توان از مقادیر مشخص شده در جدول زیر محاسبه نمود:

لازم به ذکر است که بر اساس استانداردهای ارائه شده، حاصلضرب مقدار کلر آزاد در مدت زمان تماس برای هر آلاینده خاص، مقداری ثابت است. لذا اگر مقدار استفاده شده کلر نسبت به جدول فوق، کم یا زیاد باشد، مدت زمان تماس مورد نیاز با نسبت عکس تغییر خواهد کرد.

به عنوان مثال، با فرض مقادیر باکتری، آهن، منگنز و سولفید هیدروژن شناسایی شده در آزمایش کیفیت آب یک چاه، روش محاسبه کلر آزاد مورد نیاز به شرح زیر باشد:

در خصوص میزان اثربخشی کلر و تنظیم مقدار آن، موارد زیر می بایست مد نظر قرار گیرند:

1- بیشترین اثربخشی کلر برای ضدعفونی و اکسید کنندگی فلزات محلول در آب، در pH بین 6.0 تا 7.5 است. در pH حدودی 8.0، مقدار کلر بیشتری برای اثربخشی مطلوب مورد نیاز خواهد بود. در مقادیر pH بالای 8.5، میزان خاصیت ضدعفونی کنندگی کلر بسیار کاهش خواهد یافت.

2- هر چه دمای آب بالاتر باشد، خاصیت ضدعفونی کنندگی و اکسید کنندگی آهن توسط کلر افزایش می یابد.  اگر دمای آب کمتر از 10 درجه سانتیگراد باشد، مقدار کلر و همچنین مدت زمان تماس مورد نیاز نیز بیشتر خواهد بود.

3- محاسبات ارائه شده فوق برای تزریق کلر، بصورت صد در صد دقیق نیستند. بهترین روش، تست مقدار کلر آزاد آب پس از تانک ذخیره (بابت ایجاد زمان تماس آب با کلر) توسط تست کیت و تنظیم مقدار تزریق کلر بر اساس آن برای رسیدن به مقادیر کلر آزاد مندرج در جدول راهنمای ارائه شده می باشد.

تعیین دبی پمپ چاه

تعیین مقدار واقعی دبی پمپ آب چاه، برای محاسبه مقدار تزریق کلر و طراحی سیستم تصفیه آب مناسب، بسیار مهم و ضروری است. دبی پمپ چاه، با یک روش ساده پنج مرحله ای، قابل اندازه گیری است.

محاسبه حجم مخزن ذخیره

همانطور که پیش تر اشاره شد، کلر برای انجام عملیات ضدعفونی و اکسیداسیون نیاز به زمان دارد. بنابراین، کلر چه از طریق پمپ تزریق و چه از طریق دستگاه کلرزن خطی وارد آب شود، می بایست داخل یک مخزن ذخیره شود تا زمان کافی را برای تماس با آب داشته باشد.

با دانستن دبی آب چاه و مدت زمان تماس مورد نیاز کلر با آب، بسادگی و با یک فرمول ریاضی ساده می توان حجم مخزن دخیره را به روش زیر محاسبه نمود:

حجم مخزن ذخیره (لیتر) = مدت زمان تماس کلر با آب (دقیقه) * دبی آب چاه (لیتر بر دقیقه)

به عنوان مثال، اگر دبی آب چاه 40 لیتر بر دقیقه بوده و با توجه به شناسایی وجود باکتری کالیفرم در آب، نیاز به مدت زمان تماس 10 دقیقه وجود داشته باشد، حداقل سایز مخزن ذخیره برابر 400 لیتر (400=10*4) خواهد بود.

روش های تزریق کلر در آب چاه

1- استفاده از پمپ تزریق

پمپ تزریق روشی متداول برای وارد کردن مقدار دقیق کلر (بصورت مایع با فرمول شیمیایی هیپوکلریت سدیم و یا بصورت محلول پودر کلر با فرمول شیمیایی هیپوکلریت کلسیم) در آب است که معمولاً به همراه یک مخزن ذخیره کوچک برای نگهداری مایع و یا محلول کلر مورد استفاده قرار می گیرد.

اگر فشار خط آب مشخص باشد، می توان فشار پمپ تزریق را نیز بسادگی انتخاب نمود. اما در صورت مشخص نبودن فشار آب و با توجه به اینکه معمولاً بسیاری از پمپ های تزریق موجود در بازار، فشار تزریق بالای 125 psi (معادل 8.5 bar) داشته و برای سیستم کلرزنی منازل کافی هستند، از این بابت جای نگرانی وجود ندارد.

2- استفاده از دستگاه کلرزن خطی

یک روش ساده دیگر برای وارد کردن کلر در آب، استفاده از دستگاه کلرزن خطی است. با نصب این دستگاه ساده در خط ورودی مخزن ذخیره و قرار دادن قرص کلر در آنها، آب پیش از ورود به مخزن کلر را در خود حل کرده و سپس به مخزن می ریزد. البته این کار علیرغم سادگی و کم هزینه تر بودن نسبت به پمپ تزریق، محدودیت های زیر را دارد:

- علیرغم وجود پیچ تنظیم روی دستگاه، مقدار تزریق کلر توسط دستگاه کلر زن خطی، دقت پمپ تزریق را ندارد. مقدار مناسب تنظیم تزریق می بایست توسط اندازه گیری کلر آزاد با تست کیت مناسب و اصلاح پیچ تنظیم بدست آید.

- احتمال رسوبگذاری بواسطه سختی و یا آهن آب در دستگاه وجود دارد.

محاسبات لازم در خصوص تزریق کلر با پمپ تزریق

یکی از مهمترین بخش های طراحی سیستم تزریق کلر با پمپ تزریق، محاسبات مربوط به تنظیم پمپ و مقدار کلر مورد نیاز است. از آنجائیکه عمدتاً از محلول پودر کلر در آب برای تزریق استفاده می شود، در ادامه، نحوه محاسبات و فرمولهای این سیستم را شرح می دهیم.

برای طراحی کامل سیستم تزریق کلر، پارامترهای زیر می بایست مشخص شوند:

1- حجم مخزن محلول کلر بر حسب لیتر (Vt)

2- درصد خلوص کلر (Cp): در پودرهای کلر موجود در بازار بین 35% تا 70% می باشد.

3- دبی پمپ آب چاه بر حسب متر مکعب بر ساعت (Q): در بخش "تعیین دبی پمپ چاه" محاسبه شده است.

4- مقدار مورد نیاز تزریق کلر بر حسب ppm یا میلیگرم بر لیتر (Cd): با توجه به جدول شماره (1) تعیین می شود.

5- غلظت محلول کلر بر حسب کیلوگرم کلر بر لیتر آب (Cc): معمولاً بین 0.01 تا 0.05 بوده و پیشنهاد می شود که بر اساس 0.01 طراحی شود.

6- مقدار تزریق محلول کلر توسط پمپ تزریق بر حسب لیتر بر ساعت (I)

7- وزن پودر کلر مورد نیاز جهت اضافه کردن در مخزن محلول کلر بر حسب کیلوگرم (Cw)

- روش محاسبه میزان تزریق محلول کلر توسط پمپ تزریق

I = (Q * Cd) / (1000 * Cc)

- روش محاسبه مقدار پودر کلر مورد نیاز

Cw = (Vt * Cc) / Cp

جهت تفهیم بیشتر موضوع، به حل یک مثال می پردازیم:

- حجم مخزن محلول کلر بر حسب لیتر (Vt): 100 Lit

- درصد خلوص کلر (Cp): 70%

- دبی پمپ آب چاه بر حسب متر مکعب بر ساعت (Q): 3 M3/Hr

- مقدار مورد نیاز تزریق کلر بر حسب ppm یا میلیگرم بر لیتر (Cd): 3 ppm

غلظت محلول کلر بر حسب کیلوگرم کلر بر لیتر آب (Cc): 0.01

مقدار تزریق محلول کلر توسط پمپ تزریق بر حسب لیتر بر ساعت (I):

I = (Q * Cd) / (1000 * Cc)

I = (3 * 3) / (1000 * 0.01) = 0.9 Lit/Hr

- وزن پودر کلر مورد نیاز جهت اضافه کردن در مخزن محلول کلر بر حسب کیلوگرم (Cw)

Cw = (Vt * Cc) / Cp

Cw = (100 * 0.01) / 0.7 = 1.43 Kg

استفاده از فیلتر کربنی پس از تزریق کلر

یکی از مهمترین مواردی که در طراحی و اجرای سیستم کلرزنی آب می بایست مدنظر قرار گیرد، این است که میزان کلر می بایست پس از انجام ضدعفونی و پیش از مصرف، کاهش پیدا کند. استفاده شرب، پخت و پز و یا استحمام آب حاوی مقدار کلر بالا، برای سلامتی بسیار مضر است. طبق توصیه سازمان جهانی بهداشت (WHO)، مقدار کلر در نقطه مصرف می بایست حداقل 0.2 ppm  باشد.

بهترین راه برای کاهش میزان کلر و رساندن آب به میزان ذکر شده، استفاده از فیلترهای کربن فعال (Activated Carbon) می باشد. کربن فعال با توجه به دارا بودن تخلخل و توان جذب سطحی بسیار بالا، مؤثرترین ماده برای جذب کلر از آب به شمار می رود. فیلترهای کربنی هم بصورت فیلترهای کارتریجی قابل تعویض و هم بصورت ستون های قابل بک واش می توانند در ورودی منازل و پس از مخزن آب حاوی کلر، نصب شده و مورد استفاده قرار گیرند.

نقشه شماتیک نصب سیستم تزریق کلر