تعادل شیمیایی آب استخر

 تعادل شیمیایی آب استخر، از مهمترین کارهایی است که می بایست مدنظر افراد مسئول ارائه خدمات نگهداری استخرها قرار گیرد. نکته مهمی که در این خصوص وجود دارد این است که پارامترهای مختلف شیمیایی استخر، به هم وابسته بوده و تغییر در هر کدام از آنها می تواند باعث ایجاد تغییر در سایر شاخص های شیمیایی آب شود. کیفیت آب استخر همواره در حال تغییر است. آلودگی های مختلف بسادگی و از طرق گوناگون وارد آب استخر می شوند.

علیرغم اینکه آب استخر همواره در مدار تصفیه استخر در حال گردش بوده و از فیلتر عبور می کند، اما این کار تنها باعث تمیزی و شفافیت ظاهری آب می شود. بحث "ضدعفونی" و "تعادل شیمیایی" آب مقوله های جداگانه مهمی هستند که علاوه بر "تصفیه" می بایست حتماً مدنظر قرار داشته باشند.

هدف از ضدعفونی و تعادل شیمیایی آب استخر یعنی اینکه آب استخر نه خورندگی داشته باشد و نه ایجاد رسوب کند و ضمناً از نظر بهداشتی نیز در شرایط قابل قبولی برای شناکردن باشد. مفهوم تعادل شیمیایی آب استخر بر اساس این واقعیت است که آب، یک ماده حلال قوی است و تا زمانی که به حد اشباع نرسیده باشد، مواد معدنی را در خود حل کرده و حفظ می کند. وقتی آب در شرایط خیلی پایین تر از وضعیت اشباع قرار داشته باشد، تمایل بالایی برای حل سایر مواد را در خود داشته و در این حالت، خاصیت خورندگی بالاتری خواهد داشت. برعکس، وقتی وضعیت آب در حالت فوق اشباع باشد، امکان تشکیل رسوب بالاتر خواهد رفت. حفظ تعادل شیمیایی آب به این منظور انجام می شود که وضعیت آب را بین دو حالت فوق قرار دهیم تا از بروز هر دو نوع مشکل ذکر شده جلوگیری شود. 

اگر میزان املاح موجود در آب، کمتر از حد مشخص شده باشد، آب تمایل پیدا می کند تا به سطوح و تجهیزات استخر حمله کرده و با حل کردن مواد شیمیایی آنها، کمبود خود را جبران کند. در طرف دیگر، آب با میزان املاح خیلی بالا، با رسیدن به حالت فوق اشباع، مواد شیمیایی اضافی را در قالب رسوب در نقاط مختلف استخر و تجهیزات آن به جا خواهد گذاشت. بنابراین، عدم تعادل شیمیایی آب می تواند باعث وارد شدن صدمات جدی به استخر و تجهیزات آن شده و حتی باعث کاهش اثر مواد ضدعفونی کننده در آب خواهد شد.

مهمترین پارامترهای نشاندهنده وضعیت ضدعفونی و تعادل شیمیایی آب عبارتند از:

- کلر

- pH

- قلیائیت کل (Total Alkalinity)

- سختی کلسیمی (Calcium Hardness)

- مقدار کل ذرات جامد محلول در آب (TDS)

در ادامه به معرفی و بررسی پارامترهای شیمیایی معرفی شده خواهیم پرداخت:

کلر

کلر به عنوان مرسوم ترین ماده ضدعفونی کننده، به صورتهای مختلفی در استخرها مورد استفاده قرار می گیرد:

- کلر گازی

گاز کلر که بصورت مایع شده در کپسول نگهداری می شود، خالص ترین نوع کلر (حدود 100%) به شمار می آید. ورود گاز کلر به استخر باعث تولید کلر آزاد و اسید هیپوکلریک می شود. گاز کلر باعث کاهش pH شده و به همین دلیل نیاز است تا با تزریق مواد قلیائی مانند کربنات سدیم (جوش شیرین)، هیدروکسید سدیم (سود) و یا مواد شیمیایی مخصوص تنظیم قلیائیت آب استخر، pH را افزایش و کنترل نمود. به همین دلیل استفاده از گاز کلر در استخرهایی که آب آنها دارای سختی بالایی است می تواند گزینه مناسبی محسوب شود.

البته نکته مهم این است که با توجه به خطرات نگهداری و انفجار احتمالی کپسولهای کلر، استفاده از گاز کلر برای ضدعفونی آب استخر طبق استانداردهای ملی، ممنوع می باشد.

- کلر مایع (هیپوکلریت سدیم)

استفاده از کلر مایع، سالهای زیادی در نقاط مختلف دنیا برای ضدعفونی آب استخر مورد استفاده قرار می گیرد. هیپوکلریت سدیم، مایع زرد کمرنگی است که بوی وایتکس می دهد. این محلول حاوی 10 تا 15 درصد کلر است که میزان آن کمی از مقدار کلر در وایتکس های خانگی بیشتر است.

کلر مایع توسط عبور گاز کلر از داخل محلول هیدروکسید سدیم در شرایط فرآیندی تحت کنترل، تولید شده و به دلیل وجود مقداری هیدروکسید سدیم در محصول نهایی، دارای pH بالا (حدود 12) می باشد.

نکته مهمی که در نگهداری و انبارش کلر مایع می بایست مد نظر قرار گیرد، این است که هیپوکلریت سدیم حتی در شرایط نگهداری مناسب (دمای پایین و تاریکی) به تدریج تجزیه شده و میزان کلر آزاد آن کاهش می یابد. هرچند باز هم در این شرایط pH بالایی دارد.

- کلر جامد (هیپوکلریت کلسیم)

هیپو کلریت کلسیم یک جایگزین با پایداری بالا برای هیپوکلریت سدیم است. کلر جامد معمولاً بصورت پودر، پودر گرانول و یا قرص بوده و دارای کلر با خلوص حدود 65% می باشد که بصورت قابل ملاحظه ای از خلوص کلر مایع بیشتر است.

پودر کلر معمولاً بصورت دستی و یا حل کردن در آب و با استفاده از پمپ تزریق وارد استخر می شود. روش های مختلفی برای استفاده از قرص کلر در استخر وجود دارد. قرص کلر را معمولاً در دستگاه کلرزن خطی، کلرزن شناور و یا در داخل اسکیمر استخر قرار می دهند تا به تدریج در داخل آب حل شده و آنرا ضدعفونی کند.

استفاده منظم از کلر جامد، باعث افزایش سختی کلسیمی در آب استخر و به تبع آن ایجاد رسوب روی سطوح، تجهیزات و یا حتی داخل فیلتر استخر می شود. لذا باید سختی آب در بازه های زمانی مشخص اندازه گیری و با روشهای مناسب تنظیم شود. در بخش های بعدی در مورد سختی کلسیمی آب استخر توضیحاتی ارائه خواهد شد.

نکته دیگری که در مورد استفاده از پودر و یا قرص کلر وجود دارد، این است که این نوع کلر خاصیت قلیایی داشته و pH آن بین 11 تا 12 می باشد. لذا می بایست ضمن اندازه گیری منظم pH، از مواد شیمیایی تنظیم کننده pH در نگهداری استخر استفاده نمود.

- کلرهای با ماندگاری بالا

این مواد، ترکیبی از کلر و اسید سیانوریک هستند که باعث افزایش ماندگاری کلر در استخرهای روباز و در برابر اشعه ماوراء بنفش خورشید می شوند.

این کلرها با دو نام تجاری "دی کلر" (Di-Chlor) و "تری کلر" (Tri-Chlor) در بازار موجود هستند که توضیحاتی در مورد آنها ارائه می شود:

دی کلر (حلالیت بالا)

"دی کلر" با نام شیمیایی "دی کلر ایزوسیانورات" معمولاً بصورت پودر گرانول با درصد خلوص حدود 60% وجود دارد که بسرعت در آب حل می شود.

مزیت دیگر استفاده از دی کلر، خنثی بودن آن بوده و با اضافه کردن آن به استخر، pH آب تغییر زیادی نخواهد کرد.

با انحلال دی کلر در آب استخر، اسید هیپوکلرو (کلر آزاد) و اسید سیانوریک تولید می شوند. مقدار اسید سیانوریک می بایست کنترل شود. چرا که با گذشت زمان و اضافه شدن غلظت این ماده، اثربخشی کلر از بین می رود و حتی با افزودن کلر جدید، ضدعفونی آب انجام نخواهد شد.

تری کلر (حلالیت آهسته)

"تری کلر" با نام شیمیایی "تری کلرو ایزوسیانوریک"، معمولاً بصورت قرص و با درصد خلوص حدود 90% تولید می شوند. سرعت حلالیت کم این ماده مزیتی برای استفاده آنها در کلرزن های خطی است.

مقدار pH قرص تری کلر حدود 3 می باشد. لذا استفاده از مواد شیمیایی تنظیم کننده pH و یا موادی از جمله کربنات سدیم در صورت استفاده از تری کلر بسیار مهم است.

این ماده نیز مانند دی کلر باعث تولید اسید هیپوکلرو و اسید سیانوریک در آب استخر شده و همان ملاحظات در خصوص پایش غلطت اسید سیانوریک در این مورد هم صدق می کند.

بصورت یک قاعده کلی، میزان کلر آزاد موجود در استخر در صورت استفاده از "دی کلر" و "تری کلر" می بایست بالاتر از زمانی باشد که از "هیپوکلریت سدیم" و یا "هیپوکلریت کلسیم" استفاده می شود. این موضوع به دلیل افزایش تدریجی غلظت اسید سیانوریک در آب و به تبع آن کاهش اثربخشی کلر می باشد.

مقدار کلر مناسب استخر

بر اساس استاندارد EN 16713 اروپا، مقدار کلر آزاد موجود در استخرهای خانگی در صورت استفاده از "هیپوکلریت سدیم" و یا "هیپوکلریت کلسیم" در بازه 1.5 - 0.3 ppm و در صورت استفاده از "دی کلر" و "تری کلر" در بازه 3.0 - 1.0 ppm می بایست قرار داشته باشد. در استخرهای  عمومی و بر اساس استاندارد ملی ایران، استفاده از کلرهای حاوی اسیدسیانوریک ممنوع بوده و در تمامی شرایط، میزان کلر آزاد استخر می بایست در بازه 3.0 - 1.0 ppm قرار داشته باشد.

pH آب استخر

میزان PH آب، نشاندهنده میزان خاصیت اسیدی یا بازی بودن آب است. pH عددی بین 0 تا 14 است و در pH عدد 7، آب حالت خنثی (نه حالت اسیدی دارد و نه حالت بازی) دارد. به حالت pH زیر هفت، حالت اسیدی و به بالای هفت، حالت بازی یا قلیایی گفته می شود. هر ماده ای که وارد استخر می شود، میزان pH مخصوص به خودش را دارد. میزان pH چشم انسان، عدد 7.35 است که به مقدار بسیار کمی خاصیت بازی دارد. بر همین اساس، میزان pH مطلوب آب استخر در بازه 7.2 تا 7.8 و در حالت ایده آل، بین 7.4 تا 7.6 تعریف شده است. البته برای استخرهای با جنس فایبرگلاس، این بازه بین 7.0 تا 7.2 می باشد. بنابراین برای حفظ تعادل میزان pH آب استخر، می بایست ابتدا با تست کیت اندازه گیری pH مقدار آن اندازه گیری شده و در صورت نیاز، با افزودن مواد بازی برای افزایش و یا مواد اسیدی برای کاهش pH، آن را در محدوده مشخص شده فوق حفظ کنیم.

اضافه کردن آب به استخر به دلیل جبران آب سرریز شده، باران، حضور شناگران  و اضافه کردن هرگونه ماده شیمیایی، باعث تغییر pH آب استخر می شود. در صورتیکه pH آب استخر، خارج از میزان استاندارد باشد، می تواند منجر به مشکلات زیر شود:

- ایجاد ناراحتی و تورم چشم و پوست برای شناگران

- کاهش اثربخشی مواد ضدعفونی کننده

اگر pH آب استخر کمتر از بازه تعیین شده باشد، محلول کلر اضافه شده به آب سریعتر تجزیه شده و خاصیت ضدعفونی کنندگی آن کاهش پیدا می کند. از طرف دیگر، بالا بودن pH آب استخر نیز باعث کاهش اثربخشی ضدعفونی کلر خواهد شد.

- ایجاد صدمه و یا رسوب

بالا بودن pH آب استخر باعث تشکیل رسوب روی سطوح کاشی ها، داخل فیلتر و یا در برخی موارد باعث کدر شدن آب می شود. از طرف دیگر، پایین بودن pH آب استخر، نشانگر خاصیت اسیدی آب و بالا بودن تمایل خوردندگی آن است که باعث صدمه دیدگی تجهیزات خواهد شد. 

تنظیم pH آب استخر

مقدار pH آب استخر را می توان با استفاده از مواد شیمیایی تنظیم کننده pH آب استخر در محدوده مناسب تنظیم نمود. برای کاهش pH، از افزودن مقداری اسید به آب استفاده می کنند. به عنوان یک قاعده تجربی، برای کاهش pH آب استخر به میزان 1.0 تا 3.0، به ازای هر 10 هزار لیتر آب استخر، می توان 100 میلیگرم اسید هیدروکلریک یا 12 گرم بی سولفات سدیم (اسید خشک) به آب اضافه می شود. برای کاهش pH آب استخر، همچنین می توان از تزریق گاز دی اکسید کربن به آب استفاده کرد. برای افزایش pH آب استخر نیز، می توان مقداری بی کربنات سدیم یا همان جوش شیرین (pH=8.2)  به آن اضافه نمود. گاهی اوقات نیز از کربنات سدیم (pH=12.1)، برای دستیابی به این هدف استفاده می شود. البته استفاده از کربنات سدیم نیازمند دقت بیشتری بوده و ضمناً رسوب گرفتگی استخر را نیز افزایش می دهد.

چند تذکر مهم در خصوص نحوه اضافه کردن اسید به استخر

- همواره پیش از اقدام برای تنظیم pH، از اینکه مقدار کل مواد قلیایی استخر در محدوده مناسب باشد، اطمینان حاصل کنید.

- پیش از اینکه برای تنظیم pH، مجدداً به آب استخر اسید اضافه کنید، بگذارید تا یکبار آب در استخر گردش پیدا کند و بعد از آن، PH را اندازه گیری کنید.

- اگر اسید هیدروکلریک و بی سولفات سدیم، توسط سیستم های تزریق خودکار به آب اضافه می شوند، باید برای انجام این کار حتماً دستورالعمل سازنده دستگاه را مد نظر قرار داد. در صورتیکه بخواهیم این کار را بصورت دستی انجام دهیم، می بایست این مواد را پیش از اضافه کردن به آب استخر، به نسبت یک به ده با آب رقیق نمود. مراقب باشید که برای رقیق کردن اسید، هیچگاه نباید آب را به اسید اضافه کنید.

- در صورتیکه برای تنظیم pH آب استخر، لازم باشد تا اسید به آن اضافه کنیم، نباید اسید را از طریق دهانه اسکیمر یا خط تخلیه به آب اضافه کرد. این کار، باعث آسیب دیدن لوله ها، اتصالات و سایر تجهیزات مرتبط با آن از جمله پمپ خواهد شد.

- هنگام افزودن اسید به آب استخر، حتماً موارد ایمنی را رعایت کنید. اسید را در نزدیکی سطح استخر به آب اضافه کنید تا مشکل پاشش اسید به وجود نیاید. مراقب دست و صورت خود نیز باشید.

- هنگام افزودن اسید، سعی کنید که آن را در سطح استخر پخش کرده و ترجیحاً اسید را در نزدیکی نقطه برگشت آب به استخر اضافه کنید.

- پیش از اضافه کردن مواد بازی مانند کربنات سدیم، آن را در آب حل نموده و سپس به آرامی به آب استخر اضافه کنید. وارد کردن ناگهانی مواد بازی به آب، ممکن است موجب تغییر رنگ آب به سمت آبی کدر شود.

- پس از اضافه کردن اسید و یا باز به استخر، برای اندازه گیری مجدد pH آب استخر، چند ساعت صبر کنید تا شرایط استخر پایدار شود.

قلیائیت کل

(Total Alkalinity)

یکی دیگر از پارامترهای مهم در تعادل شیمیایی آب استخر، "قلیائیت کل" آب است. این پارامتر نزدیکی زیادی به pH آب استخر دارد و نشاندهنده میزان یونهای کربنات، بیکربنات، هیدروکسید و سایر مواد قلیایی موجود در آب است. قلیائیت کل، بیانگر مقاومت آب در برابر تغییر pH است. مواد قلیایی موجود در آب، به عنوان مانعی برای تغییر ناگهانی pH عمل می کنند. پایین بودن مقدار قلیائیت کل آب استخر، علاوه بر ناپایدار کردن آب در مقابل تغییر pH، باعث ایجاد خوردگی در سطوح بتنی و یا رنگ شده استخرها می شود. و بر عکس، در صورت بالا بودن میزان قلیائیت کل آب استخر، شاهد کدری آب و نیز رسوب در نقاطی از استخر خواهیم بود.

بازه تعریف شده قابل قبول برای میزان قلیائیت کل آب استخر، بستگی به نوع ماده استفاده شده برای ضدعفونی آب استخر دارد. در صورت استفاده از محلول کلر، گاز کلر یا محلول برم به عنوان ضدعفونی کننده، بازه مناسب قلیائیت کل آب استخر، بین 100-120 ppm و در صورت استفاده از کلر ناپایدار، بین 80-100 ppm می باشد.

تنظیم قلیائیت آب استخر

در صورت استفاده از تست کیت اندازه گیری قلیائیت و خارج بودن میزان آن از بازه قابل قبول، روش های زیر برای تنظیم مجدد آن پیشنهاد می شود:

- اضافه کردن بی کربنات سدیم (جوش شرین) برای افزایش قلیائیت کل آب استخر. به عنوان یک قاعده تجربی، برای افزایش میزان قلیائیت کل آب استخر، به ازای هر 10 هزار لیتر آب، یک میلیگرم بی کربنات سدیم به آن اضافه کنید.

- اضافه کردن اسید به آب برای کاهش قلیائیت کل آب استخر

- تعویض آب استخر با آب تازه با قلیائیت کل بالاتر و یا پایینتر

سختی کلسیمی

(Calcium Hardness)

رسوب ایجاد شده روی سطوح استخر عمدتاً از جنس "کربنات کلسیم" است. این ماده ترکیبی است از یون کربنات ( بخشی از قلیائیت کل) و کلسیم. در صورت وجود سختی کلسیمی بالا در آب استخر، آب حالت اشباع پیدا کرده و کلسیم اضافه را بجای حل کردن در خود، بصورت رسوب روی سطوح، منافذ، نردبان ها، چراغها و یا حتی تشکیل کریستال های رسوب، بر جای می گذارد.

پایین بودن سختی آب استخر نیز، مشکلات مخصوص به خود را دارد. اگر میزان سختی کلسیمی آب استخر پایین باشد، آب در زیر حالت اشباع خود قرار داشته و تمایل دارد تا این کمبود کلسیم و سایر مواد معدنی را از طریق حل کردن سایر مواد مانند گچ استفاده شده در سطوح و جذب کلسیم آنها جبران کند. میزان مناسب تعریف شده استاندارد برای میزان سختی کلسیمی، بازه 200-400 ppm می باشد.

تنظیم سختی کل آب استخر

در صورت اندازه گیری سختی آب با تست کیت سختی کل و نیاز به تنظیم مجدد، می توان از روش های زیر استفاده نمود:

- اضافه کردن "کلرید کلسیم" و یا "سولفات کلسیم" به آب، متداولترین روش برای افزایش میزان سختی کلسیمی آب استخر است. به عنوان یک قاعده تجربی، برای افزایش سختی کلسیمی آب استخر، به ازای هر 10 هزار لیتر آب، 110 گرم کلرید کلسیم و یا 14 گرم سولفات کلسیم به آب اضافه کنید.

- برای کاهش سختی آب استخر نیز، بهترین روش، تعویض بخشی از آب قدیمی استخر با آب تازه و با سختی کم است. برای کاهش سختی آب استخر در زمان تعویض آب می توان از دستگاه سختی گیر رزینی در مسیر آب پرکن استخر استفاده نمود.

شاخص لانژلیه

(Langelier Index)

در سال 1936، پروفسور لانژلیه، شاخصی را بر اساس مقدار حلالیت کربنات کلسیم در آب که نشاندهنده میزان تعادل شیمیایی آب است، ارائه نمود. این فرمول، تمامی پارامترهای معرف شده فوق را با هم ادغام نموده و در قالب یک عدد، میزان تعادل شیمیایی آب را نشان می دهد. نحوه محاسبه شاخص لانژلیه، مطابق فرمول زیر می باشد:

در این فرمول:

pH: عدد pH مستقیماً در فرمول قرار می گیرد.

TF، CF و AF: به ترتیب نشاندهنده دما، سختی کلسیمی و قلیائیت کل هستند که اعداد آنها جهت استفاده در فرمول فوق، از جدول زیر استخراج می شوند:

با استفاده از اطلاعات و اعداد فوق و پس از محاسبه شاخص لانژلیه (LI)، می توان وضعیت تعادل شیمیایی آب را با توجه جدول زیر تحلیل نمود:

کل مواد جامد محلول در آب

(TDS)

ذرات جامد محلول در آب، معیاری است از کل املاح و یونهای موجود در آب استخر که با عبور از فیلتر نیز از آن تفکیک نشده اند. به عبارتی، تمام مواد معدنی موجود در آب، سیانورات، ترکیبات کلر و سایر آلاینده ها، در این شاخص قرار می گیرند. اصلی ترین عامل افزایش میزان TDS آب استخر، تبخیر آب است. زیرا در این فرآیند، مولکولهای آب تبخیر شده و املاح باقی می مانند و بنابراین، غلظت این املاح در آب نیز افزایش خواهد یافت.

میزان املاح محلول در آب، با غلظت مواد شیمیایی مورد استفاده، بار شناگران و سایر ذرات جامدی که پس از تبخیر آب بر جای می مانند، نسبت مستقیم دارد. وجود املاح و مواد معدنی در آب، باعث ایجاد تأثیر نامطلوبی روی تجهیزات استخر از جمله  پمپ، لوله، اتصالات و فیلتر در دراز مدت می شود. ضمناً این مواد باعث کاهش اثر مواد ضدعفونی کننده و حتی شور شدن مزه آب می شوند. لازم به ذکر است که املاح و مواد معدنی موجود در آب با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نبوده و می بایست با ابزار مناسب، در بازه های زمانی مشخص مورد اندازه گیری قرار گیرند.

TDS اولیه آب استخر، بستگی به کیفیت منبع آب ورودی استخر دارد. اما بر اساس تجربه می توان گفت که  به طور متوسط، هر سال حدود 500 ppm بابت تبخیر آب استخر و به جا ماندن املاح و رسوبات، به میزان کل TDS آب استخر افزوده می شود. زمانی که میزان TDS آب استخر 1500 ppm بیشتر از TDS ابی که با آن استخر پر شده برسد، لازمست تا آب استخر تعویض شود. در عمل، هیچ روشی برای کاهش TDS آب استخر، بهتر از تعویض آن با آب تازه وجود ندارد.

پایش و اندازه گیری میزان TDS در جکوزی، به دلیل دمای بیشتر آب و افزایش میزان تبخیر، از اهمیت بالاتری نیز برخوردار است. ضمناً بار ناشی از حضور شناگران در جکوزی بیشتر بوده و مواد اضافی بیشتری به واسطه تعریق، چربی روی پوست، کرم های ضد آفتاب، صابون، شامپو و حتی ادرار وارد آب جکوزی می شود.

جمعبندی

با توجه به مطالب ارائه شده در این مقاله، جهت سهولت استفاده و کنترل پارامترهای مهم جهت حفظ تعادل شیمیایی آب استخر، می توانید از جدول راهنمای زیر استفاده کنید:

مراجع:

- استاندارد ملی ایران، شماره 11203، الزامات عمومی استخرهای شنا

- جزوه آموزشی استخر، جناب آقای دکتر ابراهیمی

- Water Treatment and Analysis, Lovibond