ما هو الكلور المتبقي في الماء وكيف يمكن اكتشافه؟

مفهوم الكلور المتبقي
الكلور المتبقي هو كمية الكلور المتاح المتبقية في الماء بعد معالجة الماء بالكلور وتطهيره.
تُضاف هذه الكمية من الكلور أثناء عملية معالجة المياه لقتل البكتيريا والكائنات الدقيقة والمواد العضوية وغير العضوية الموجودة في الماء. يُعدّ الكلور المتبقي مؤشرًا هامًا على فعالية تطهير المسطحات المائية. وينقسم الكلور المتبقي إلى فئتين: الكلور المتبقي الحر والكلور المتبقي المرتبط. يشمل الكلور المتبقي الحر بشكل أساسي الكلور الحر في صورة Cl2 وHOCl وOCl- وغيرها؛ أما الكلور المتبقي المرتبط فهو مركبات الكلورامين الناتجة عن تفاعل الكلور الحر مع مركبات الأمونيوم، مثل NH2Cl وNHCl2 وNCl3 وغيرها. وبشكل عام، يُقصد بالكلور المتبقي الكلور المتبقي الحر، بينما يُقصد بالكلور المتبقي الكلي مجموع الكلور المتبقي الحر والكلور المتبقي المرتبط.
عادةً ما تُقاس كمية الكلور المتبقي بالمليغرام لكل لتر. يجب أن تكون هذه الكمية مناسبة، فلا تكون مرتفعة جدًا ولا منخفضة جدًا. فارتفاعها يُسبب رائحة كريهة للماء، بينما انخفاضها قد يُفقد الماء قدرته على التعقيم ويُقلل من سلامته الصحية. لذا، في معالجة مياه الصنبور، يُراقب مستوى الكلور المتبقي ويُعدّل باستمرار لضمان سلامة المياه وجودتها.
دور الكلور في تطهير مياه الصرف الصحي في المناطق الحضرية
1. دور التطهير بالكلور
الكلورة هي طريقة شائعة الاستخدام لتطهير مياه الصرف الصحي في المدن. وتتلخص وظائفها الرئيسية فيما يلي:
1. تأثير تعقيم جيد
في معالجة مياه الصرف الصحي، يُمكن للكلور أن يقضي على معظم أنواع البكتيريا والفيروسات. يُعطّل الكلور الكائنات الدقيقة عن طريق أكسدة بروتيناتها وأحماضها النووية. إضافةً إلى ذلك، يُمكن للكلور أن يقضي على بيوض وأكياس بعض الطفيليات.
2. التأثير المؤكسد على جودة المياه
يمكن أن يؤدي إضافة الكلور إلى أكسدة المواد العضوية في الماء، مما يتسبب في تحللها إلى أحماض غير عضوية وثاني أكسيد الكربون ومواد أخرى. يتفاعل الكلور مع المواد العضوية في الماء لإنتاج مؤكسدات مثل حمض الهيبوكلوروس وأحادي أكسيد الكلور، والتي بدورها تحلل المواد العضوية.
3. تثبيط نمو البكتيريا
إن إضافة كمية مناسبة من الكلور يمكن أن تمنع نمو بعض الكائنات الحية الدقيقة، وتقلل من كمية الحمأة في خزان التفاعل، وتقلل من صعوبة وتكلفة المعالجة اللاحقة.
2. مزايا وعيوب التطهير بالكلور
1. المزايا
(1) تأثير تطهير جيد: يمكن للجرعة المناسبة من الكلور أن تقتل معظم البكتيريا والفيروسات.
(2) الجرعات البسيطة: يتميز جهاز جرعات الكلور ببنية بسيطة ويسهل صيانته.
(3) التكلفة المنخفضة: تكلفة معدات توصيل الكلور منخفضة وسهلة الشراء.
2. العيوب
(1) ينتج الكلور مواد ضارة مثل هيبوكلورونيتريل: عندما يتفاعل الكلور مع المواد العضوية المحتوية على النيتروجين، يتم إنتاج مواد ضارة مثل هيبوكلورونيتريل، مما يؤدي إلى تلوث البيئة.
(2) مشكلة الكلور المتبقي: بعض منتجات الكلور ليست متطايرة وستبقى في المسطحات المائية، مما يؤثر على استخدام المياه اللاحق أو المشاكل البيئية.
3. الأمور التي يجب الانتباه إليها عند إضافة الكلور
1. تركيز الكلور
إذا كان تركيز الكلور منخفضًا جدًا، فلن يتحقق تأثير التطهير ولن يتم تطهير مياه الصرف الصحي بشكل فعال؛ وإذا كان تركيز الكلور مرتفعًا جدًا، فسيكون محتوى الكلور المتبقي في المسطح المائي مرتفعًا، مما يسبب ضررًا لجسم الإنسان.
2. وقت حقن الكلور
ينبغي اختيار وقت حقن الكلور في آخر تدفق لعملية نظام معالجة مياه الصرف الصحي لمنع مياه الصرف الصحي من فقدان الكلور أو إنتاج منتجات تخمير أخرى في عمليات أخرى، مما يؤثر على فعالية التطهير.
3. اختيار منتجات الكلور
تختلف أسعار وأداء منتجات الكلور المختلفة في السوق، ويجب أن يستند اختيار المنتجات إلى ظروف محددة.
باختصار، يُعدّ إضافة الكلور إحدى الطرق الفعّالة لمعالجة مياه الصرف الصحي وتطهيرها في المدن. ففي عملية المعالجة، يضمن الاستخدام الرشيد للكلور وحقنه سلامة جودة المياه وكفاءة المعالجة. مع ذلك، ثمة جوانب فنية وقضايا بيئية يجب مراعاتها عند إضافة الكلور.
لماذا يُضاف الكلور في معالجة المياه؟
في مرحلة معالجة مياه الصنبور ومياه الصرف الصحي، تُستخدم عملية التطهير بالكلور على نطاق واسع للقضاء على البكتيريا والفيروسات الموجودة في الماء. وفي معالجة مياه التبريد الصناعية المتداولة، تُستخدم أيضًا عملية التعقيم بالكلور وإزالة الطحالب، لأنه خلال عملية تدوير مياه التبريد، وبسبب تبخر جزء منها، تتركز العناصر الغذائية في الماء، مما يؤدي إلى تكاثر البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى بأعداد كبيرة، ويسهل تكوّن طبقة من الطحالب والأوساخ. ويمكن أن يؤدي تراكم هذه الطبقة والأوساخ إلى انسداد الأنابيب وتآكلها.
إذا كان تركيز الكلور المتبقي في مياه الصنبور مرتفعًا جدًا، فإن المخاطر الرئيسية هي:
1. إنه مهيج للغاية وضار بالجهاز التنفسي.
2. يتفاعل بسهولة مع المواد العضوية في الماء لإنتاج مواد مسرطنة مثل الكلوروفورم والكلوروفورم.
٣. قد يكون للكلور، كمادة خام في الإنتاج، آثار سلبية. فعلى سبيل المثال، عند استخدامه في صناعة نبيذ الأرز، فإنه يُلحق الضرر بالخميرة أثناء عملية التخمير، مما يؤثر سلبًا على جودة النبيذ. ولأن الكلور يُستخدم عادةً لتنقية مياه الصنبور، فإن الكلور المتبقي يُنتج مواد مسرطنة مثل الكلوروفورم أثناء عملية التسخين. ويُسبب استهلاكه لفترات طويلة أضرارًا جسيمة للجسم. وقد ازداد تلوث مصادر المياه في السنوات الأخيرة، مما أدى مباشرةً إلى ارتفاع نسبة الكلور المتبقي في مياه الصنبور.

ما هي طرق قياس الكلور المتبقي؟

1. قياس الألوان بتقنية DPD
​
المبدأ: في ظروف الرقم الهيدروجيني 6.2-6.5، يتفاعل ثاني أكسيد الكلور (ClO2) أولاً مع ثنائي فينيل بيريدين (DPD) في الخطوة 1 لتكوين مركب أحمر، لكن الكمية الظاهرة لا تتجاوز خُمس إجمالي محتوى الكلور المتاح فيه (أي ما يعادل اختزال ClO2 إلى أيونات الكلوريت). عند تحميض عينة ماء بوجود اليوديد، يتفاعل الكلوريت والكلورات أيضاً، وعند معادلة الحموضة بإضافة البيكربونات، يتوافق اللون الناتج مع إجمالي محتوى الكلور المتاح في ClO2. يمكن التحكم في تأثير الكلور الحر بإضافة الجليسين، حيث أن الجليسين يحول الكلور الحر مباشرةً إلى حمض أميني أسيتيك مكلور، دون أن يؤثر على ClO2.

2. طريقة القطب الكهربائي المطلي

المبدأ: يُغمر القطب الكهربائي في حجرة الإلكتروليت، وتكون حجرة الإلكتروليت متصلة بالماء عبر غشاء مسامي محب للماء. ينتشر حمض الهيبوكلوروس إلى تجويف الإلكتروليت عبر الغشاء المسامي المحب للماء، مُشكلاً تيارًا كهربائيًا على سطح القطب. يعتمد مقدار التيار على سرعة انتشار حمض الهيبوكلوروس في تجويف الإلكتروليت. تتناسب سرعة الانتشار طرديًا مع تركيز الكلور المتبقي في المحلول. بقياس مقدار التيار، يُمكن تحديد تركيز الكلور المتبقي في المحلول.
​
3. طريقة القطب الكهربائي ذو الجهد الثابت (طريقة القطب الكهربائي بدون غشاء)
​
المبدأ: يُحافظ على جهد ثابت بين قطب القياس وقطب المرجع، وتُنتج المكونات المقاسة المختلفة شدة تيار مختلفة عند هذا الجهد. يتكون النظام من قطبين من البلاتين وقطب مرجع لتشكيل نظام قياس التيار الدقيق. عند قطب القياس، تُستهلك جزيئات الكلور أو هيبوكلوريت، وترتبط شدة التيار المتولد بتركيز الكلور المتبقي في الماء.

يستخدم جهاز قياس الكلور المتبقي المحمول LH-P3CLO من ليان هوا طريقة الكشف DPD، وهي طريقة سهلة الاستخدام وسريعة النتائج. كل ما عليك فعله هو إضافة كاشفين والعينة المراد اختبارها، وستحصل على نتائج مقارنة الألوان. يتميز الجهاز بنطاق قياس واسع، ومتطلبات بسيطة، ونتائج دقيقة.