شیمی گستر آریا

کلر و موارد مصرف آن

کلر عنصر شیمایی با عدد اتمی ۱۷ است که به صورت Cl نوشته می‌شود این عنصر در گروه ۱۷(هالوژن‌ها) جدول تناوبی قرار دارد چون یون کلر قسمتی از نمک و ترکیبات دیگر است به وفور در طبیعت یافت می‌شود و کاربرد فراوانی در زندگی بشر دارد. کلر در فرم عنصری خود(Cl2) تحت شرایط استاندارد، کلرید(oxidant) قوی است که برای سفید سازی پارچه‌ها و به عنوان ضد عفونی کننده به عنوان یک عامل مهم در صنعت کاربرد دارد. گاز کلر زرد مایل به سبز است، دو و نیم مرتبه از هوا سنگین تر، دارای بوی بسیار بد و خفه کننده و بسیار سمی است. این عنصر عاملی اکسید کننده، سفیدکننده و گندزدا می‌باشد

موارد مصرف کلر

كلر ، عنصر شيميايي مهمي در تصفيه آب ، مواد گندزدا در سفيد كننده و نيز در گاز خردل به‌شمار مي‌رود. همچنين كلر در ساخت طيف وسيعي از اقلام روزمره كاربرد دارد. براي از بين بردن باكتري و ساير ميكروبهاي موجود در ذخائر آب آشاميدني بكار مي‌رود. امروزه حتي به ذخائر كوچك آب همواره كلر افزوده مي‌گردد. در توليد محصولات كاغذي ، مواد ضدعفوني كننده ، رنگدانه‌ها ، مواد غذائي ، حشره كشها ، رنگها ، فرآورده‌هاي نفتي ، پلاستيك ، دارو ، منسوجات ، حلالها و محصولات مصرفي بسيار زياد ديگري كاربرد دارد. در تركيبات آلي در صورتيكه كلر جايگزين هيدروژن شود، (لاستيك مصنوعي) ، اغلب باعث ايجاد خصوصيات مورد نياز در اين تركيبات مي‌گردد، لذا در تركيب آلي از اين عنصر بعنوان عامل اكسيد كننده و جانشين ، بطور گسترده استفاده مي‌گردد. ساير موارد كاربرد كلر در توليد كلراتها ، كلروفرم ، تترا كلريد كربن و در استخراج برم مي‌باشد. موارد مصرف : مايعات سفيد كننده و بهداشتي ، صنايع كاغذ و مقوا ، تصفيه آب آشاميدني ، ضد عفوني آب استخر و فاظلاب ، تهيه كلر و بنزنها ، كلر و فنل ها ، كلر و پارافين ها ، سموم كشاورزي و صنايع شيميايي

@title

کاربرد کلر در صنعت

1- گندزدایی فاضلاب با کلر

استفاده از کلر ارزانترین روش گندزدایی فاضلاب است.کاربرد کلر گازی ارزانتر و موثرتر از هیپو کلریت کلسیم یا سدیم است . کاربرد کلر گازی امکان آلودگی محیط زیست به ویژه مسمومیت کارگران تصفیه خانه را به همراه دارد .کلر بلا فاصله پس از ورود به آب تجزیه شده و اسید هیپو کلرو و یون اکسید کلر تولید می نماید .

خاصیت گند زدایی اسید هیپو کلرو بیشتر از یون اسید کلر است . نسبت تبدیل کلر به اسید هیپو کلرو و یون اکسید کلر تابعی است از درجه ی اسیدی و درجه ی گرمای فاضلاب .

Cl2+H2O --> Cl+HOCl+H

HOCl--> OCl- +H+

پس از تجزیه و به علت وجود موادی اکسید پذیر مانند آهن ، منگنز، اسید سولفوریک و مواد آلی در فاضلاب نخست قسمتی از کلر صرف اکسیداسیون مواد ، تولید کلرورهای گوناگونی را می کند که اثر کشنده ای بر باکتریها نداشته و به علت ثبات آنها کلر آنها آزاد نمی باشد.

سپس کلر روی ترکیبات ازتی به ویژه آمونیاک تاثیر گذاشته و به تدریج و بسته به درجه ی اسیدی فاضلاب کلرامین های مختلفی را تولید می نماید.

NH3+HOCl-->NH2Cl+H2O

NH2Cl+HOCl--> NHCl2+H2O

NHCl2+HOCl--> NCl3+H2O

مراحل مختلف تاثیر کلر بر فاضلاب

در مرحله ی اول کلری که اضافه می کنیم کلر صرف تولید کلرور میشود و از حوزه ی عمل بیرون می آید و در نتیجه اگر ما کلر را اندازه بگیریم صفر است

در مرحله ی دوم کلر صرف تولید کلرآمین ها می گرددو اگر کلر را اندازه بگیریم شاهد افزایش مقدار کلر آب می شویم .

در مرحله سوم کلر اندازه گیری شده کاهش مییابد به دلیل اینکه کلر بر کلر آمین ها اثر کرده و آنها را اکسید می کند تا به نقطه ی می رسد که به آن نقطه ی شکستBreak point می گویند .

در مرحله چهارم که در واقع بعداز نقطه ی شکست یا Break point می باشد کلر آزاد و ترکیبات کلردار آلی تولید می شود که صرف گندزدایی می شود .

@title

نکته :اثر میکروب کشی کلر در PHپایین بهتر است به طوری که کارایی کلر در PH=7 حدود 85 درصد ، PH =8 حدود 30درصد ودر PH=9 تنها حدود 5 درصد است .

نکته:اسید هیپو کلرو موثرترین عامل گندزدایی است.

نکته:نقطه ی شکست بستگی به مقدار ماده اکسید پذیر و آمونیاک می باشد .

در فاضلاب باید مدت زمان تماس کلر با فاضلاب 15تا 30دقیقه انتخاب می گردد.

در محاسبات تقریبی می توان مقدار کلر لازم برای گندزدایی فاضلاب خانگی را نزدیک به 2تا5 گرم برای هر نفر در شبانه روز پیش بینی نمود.

کاربرد کلر بجز گندزدایی موجب کاهش بوی فاضلاب سبب کاهش مواد روغنی و درجه ی کدری فاضلاب می شود . همچنین بوی کلر حشرات را از فاضلاب دور می کند .

در موقع راهبری تصفیه خانه کلرزنی باید به اندازه ی با شد که هنوز دست کم 0.3تا0.5 میلی گرم در لیتر کلر آزاد باقی مانده باشد.

ضمنا برای کلرزدایی پساب از ترکیبات گوگردی نظیر گاز SO2 و یا تیو سولفات سدیم Na2S2O3 استفاده می شود.

2- استفاده از دی اکسید کلر به عنوان گندزدا

دی اکسید کلر بسیاری از خواص مشابه ازون را دارا می‌باشد. این ماده اکسیدکننده‌ای قوی است که تشکیل کلروفرم و کلروآمین نمی‌دهد و برای کنترل فنلها مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مزایای دیگر دی‌اکسیدکلر این است که در آب تولید باقیمانده می‌کند. کاربرد اصلی آن در گندزدایی فاضلاب است. دی‌اکسیدکلر باید در محل تولید شود.

دی اکسید کلر یک باکتری‌کش و ویروس کش موثر است که در محدوده‌ی وسیعی از pH عمل می‌کند، اما ناپایدار بوده و به صورت گازی قابلیت انفجار دارد. تولید در محل ClO2 را می‌توان با ترکیب کلریت سدیم با کلر گازی یا مایع انجام داد. همچنین با ترکیب کلریت سدیم با اسیدهیدروکلریک نیز می‌توان ClO2 تولید کرد.

مزایای دی‌اکسیدکلر

· دی‌اکسیدکلر در غیرفعالسازی ویروسها، ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم موثرتر از کلر و کلرآمینهاست.

· آهن، منگنز و سولفیدها را اکسید می‌کند.

· می‌تواند موجب تقویت فرایند زلالسازی شود.

· طعم و بوی حاصله از جلبکها و تجزیه‌ی گیاهان و همچنین ترکیبات فنلی را کنترل می‌کند.

· تحت شرایط تولید صحیح (مثلا عدم کلر زیادی)، محصولات جانبی هالوژنه تولید نمی‌کند.

· تولید آن آسان است.

· ویژگی زنده‌کشی آن تحت تاثیر pH قرار نمی‌گیرد.

· باقیمانده ایجاد می‌کند.

معایب دی‌اکسیدکلر

· دشواری بهینه‌سازی و کارایی ژنراتور می‌تواند موجب افزایش کلر تزریقی در نقطه‌ی کاربرد

شود و این مورد می‌تواند پتانسیل تشکیل DBPهای هالوژنه را ایجاد کند.

· هزینه‌های مربوط به آموزش، نمونه‌برداری و تستهای آزمایشگاهی کلریت و کلرات بالاست.

· تجهیزات معمولا اجاره می‌شوند و هزینه‌ی کلریت سدیم بالاست.

· گاز دی‌اکسیدکلر خاصیت انفجاری دارد، پس باید درمحل تولید شود.

· دی‌اکسیدکلر در معرض نور خورشید تجزیه می‌شود.

· دی‌اکسید کلر باید در محل تولید شود.

· می‌تواند منجر به تولید بوهای زننده در برخی سیستم‌ها شود.

· محصولات جانبی کلریت و کلرات تولید می‌کند.

تجهیزات آزمایشگاهی مورد استفاده در تجزیه

اسپکترومتر جرمی ، میکروسکوپ ، کرماتوگرافی مایع و گازی ، اشعه x ، جذب اتمی ، مادون قرمز ، کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا و اسپکترومتر نشری

@title

.

ویژگی های کلی عنصر کلر :

خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر کلر :

فشار بخار عنصر کلر :

ویژگی های اتمی عنصر کلر :

پایدار ترین ایزوتوپ ها در عنصر کلر :

سایر اطلاعات :

اشکال دیگر :

مونوکسید کلر Cl2O ، دی اکسید کلر ClO2 و هپتا اکسید دی کلر Cl2O7

اسید کلریدریک HCl

کلر Cl2

منابع :

آب نمک و کانی هالیت

کاربرد :

از کلر در تصفیه آب ، سفید کننده ها و دیگر ترکیباتی نظیر CFC ها استفاده می شود .

کلر در آب

وجود کلر به مقدار کم در آب بسیار مفید است. روی دیاستازهایی که برای زندگی میکروبی لازمند، اثر و آنها را تخریب می‌کند. به‌علاوه ، قدرت اکسایش کلر در برابر مواد آلی بسیار زیاد است. کلر به شکل گاز یا به شکل هیپوکلریت ( آب ژاول ) مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقدار کلر لازم را می‌توان با نقطه بحرانی تعیین کرد. اگر آب مورد تصفیه ، نظیر آبهای خام سطحی ، دارای مواد آلی و بطور معمول ، آمینه ، باشد، ظهور این نقطه قابل توجه بسیار مشخص است. کلر در ترکیب با این مواد ، مواد معین کمکی و کلرامین تولید می‌کند.

منحنی تغییرات مقادیر کلر فعال موجود در آب

اگر منحنی تغییرات مقادیر کلر فعال موجود در آب یعنی کلر باقیمانده ، بر حسب کلری که به آن افزوده می‌شود، رسم شود، خواهیم دید که اگر مقدار کلر افزوده شده کم باشد، کلر باقیمانده وجود نخواهد داشت و تمام کلر ترکیب می‌شود. با افزایش مقدار کلر ، منحنی صعود می‌کند، اما از یک نقطه حداکثر M که با حداکثر مواد معین کمکی و کلرامین مطابقت دارد، عبور می‌‌کند.

کلر به حالت ترکیب و عفونت آب کم است. بالاتر از M ، یعنی با افزایش مقدار کلر ، کلر فعال کاهش می‌یابد و منحنی ، از یک نقطه حداقل m که با انهدام ترکیبات آلی و کلرامین مطابقت دارد، می‌گذرد. این نقطه ، نقطه بحرانی است. در اینجا ، عفونت حداکثر است. اگر باز هم مقدار کلر زیاد شود، کلر اضافه شده ، به‌صورت کلر فعال آزاد درمی‌آید و کلر فعال ترکیب شده ثابت می‌ماند. برای این نوع آب ، زمان تماس لازم با توجه به اندازه‌گیری در نقطه بحرانی به یک تا دو ساعت می‌رسد.

اگر در آبی ، مواد آلی وجود نداشته باشد، نقطه بحرانی نخواهد داشت. اگر PH این چنین آبی از 7.5 کمتر باشد، اندازه طوری تعیین می‌شود که پس از 20 دقیقه تماس ، باقیمانده در حدود 0.2mg/l باشد. در تمام موارد ، باید از آمیختن مناسب سترون کننده با آب مطمئن شد.

مزایا و معایب کلر در آب آشامیدنی

همانطور که می دانید، منابع تامین آب مصرفی ما انسانها ( اعم از رودخانه ها، چاهها، چشمه ها، سدها و ... ) آلوده به میکروب ها و میکروارگانیزمهایی هستند که استفاده از این آبها را بدون ضدعفونی کردن، برای ما غیر ممکن می سازند. سازمانهای آب و فاضلاب شهری برای از بین بردن میکروارگانیزمهای بیماری زا و تامین آب مصرفی بهداشتی برای شهروندان، اقدام به اضافه کردن کلر به آب می کنند.

کلرزنی امروزه به عنوان متداولترین روش گندزدایی آب آشامیدنی در دنیا مورد استفاده قرار می گیرد. اما استفاده از کلر علیرغم اینکه مزایا و فواید بسیاری به همراه دارد، دارای معایب و مضراتی نیز هست. به همین دلیل متخصصان ضمن توصیه روشهای جایگزین کلرزنی، تاکید دارند که کلر باقیمانده در آب شهری، در نقطه مصرف و درست قبل از نوشیدن، از آب حذف شود.

کلرزنی

كلر ابتدا در سال 1908 در شیكاگو به یك سیستم آب همگانی افزوده شد و در از بین بردن بسیاری انواع بیماری های منتقل شده آبی مثل وبا و تب تیفوئید قابل استفاده بود. پیش از كلرزدن بسیاری شهرهای عمده دارای آمار مرگ و میر 1 در 1000 نفر به تنهایی از تیفوئید بودند. كلر برای گندزدایی كردن آب شهرداری به مدت بیش از 80 سال استفاده شده و دارای اثرات مثبت بر بهداشت همگانی بوده است.

هرچند كه كلرزنی یكی از متداولترین روشهای شیمیایی گندزادایی است ، اما ازن زنی در فرانسه ، آلمان ، كانادا و شوروی سابق معمول است. در كشورهای اروپایی از دی اكسید كلر برای ضدعفونی كردن استفاده میشود. به طور كلی ماده ضد عفونی كننده شیمیایی ممكن است به دو صورت زیر عمل كند :

1- اكسیداسیون و یا پاره كردن دیواره سلول و نهایتا تجزیه میكروارگانیزم

2- نفوذ به داخل سلول و اختلال در فعالیت سلولی

چنانچه مشهود است در هر دو صورت لاشه میكروارگانیزم در آب باقی خواهد ماند. این لاشه ها ممكن است خود منبع غذایی مناسبی برای سایر انگل ها و باكتریهای كه پس از گندزدایی اولیه وارد آب می شوند، گردد.

كلر باقیمانده چیست؟

ممكن است پس از گندزدایی ، آلودگی های میكروبی ثانویه ای در شبكه لوله كشی سلامت آب را تهدید كند. یكی از خصوصیات مهم كلر ازاد آنست كه علاوه بر قدرت گندزدایی بالا جهت گندزدایی اولیه، پایداری شیمیایی لازم برای باقی گذاردن كلر باقیمانده را جهت رسیدن به اهداف ثانویه گندزدایی دارا می باشد. این مورد نتایج رضایت بخشی در امر گندزدایی با كلر دارد كه در مورد هیچ یك از مواد گندزدای دیگر قابل مشاهده نیست زیرا در استفاده از سایر مواد برای رسیدن به این دو هدف مجبور به جدا نمودن گندزدایی اولیه و ثانویه هستیم كه هزینه سرمایه ای زیادی را می طلبد.

تری هالومتان ها، محصول خطرناک کلرزنی

تری هالومتان ها ( THM ) معمولترین محصول فرعی حاصل از كلرزنی به آبهای آشامیدنی هستندو غلظت آنها از دیگر مواد آلاینده بیشتر است. هنگامی كه كلر به عنوان گندزدایی كننده در تصفیه آب بكار می رود،‌در اثر تركیب كلر با مواد آلی موجود در آب تولید تری هالومتان ها یا هالوفرم ها را سبب می شوند. تری هالومتان های اصلی عبارتند از كلروفرم ، برمودی كلرومتان ، دی برموكلرومتان و برموفرم. شواهدی در دست است كه این تركیبات خاصیت سرطانزایی دارند.

در سال 1992 مجله امریكایی بهداشت همگانی گزارشی منتشر كرد كه یك افزایش بین 15 تا 35 درصدی در انواع بخصوصی از سرطان برای افرادی كه آب كلرزده مصرف می كنند نشان میداد. این گزارش همچنین بیان می كرد كه مقدار زیادی از این اثرات ناشی از دوش گرفتن در آب كلرزده بود. انستیتو ملی سرطان خطرات سرطان را برای مردمی كه آب كلرزده مصرف می كنند 93 درصد بالاتر از كسانی می داند كه آب كلرزده مصرف نمی كنند. اثرات نوشیدن آب كلرزده شده بمدت چند دهه مورد بحث بوده اند. بهرحال بیشتر متخصصان حالا توافق دارند كه بعضی ریسكهای قابل ملاحظه مرتبط با مصرف كلر و محصولات فرعی كلرزده شده وجود دارند.

کریپتوس پوریدیوم، با کلرزنی از بین نمی رود!

کریپتوس پوریدیوم تک یاخته انگلی است که در آب رودخانه ها و دریاچه ها به وفور یافت می شود خصوصا در اماکنی که آب با مدفوع و فضولات حیوانات و پرندگان در تماس باشد وارد آب می شود. این انگل باعث ایجاد عفونت در روده انسان شده و بیماری به نام کریپتوس پوریدیوسیس را باعث می شود. این انگل نسبت به روشهای سنتی ضدعفونی آب مانند کلرزنی مقاوم بوده و از بین نخواهد رفت. بهترین راه حذف این انگل، جوشاندن آب است. البته روشهایی نظیر اسمز معکوس نیز می تواند در حذف این انگل از آب موثر باشد. استفاده از اشعه ماوراء بنفش و فیلترهای UF نیز توصیه می شود.

خلاصه

فرآیند کلرزنی امروزه یکی از متداولترین روشهای گندزدایی آب در دنیاست. مهمترین مزایای این فرآیند عبارتند از:

کلرزنی فرآیندی ارزان و کم هزینه جهت ضدعفونی کردن آب مصرفی انسان است.

کلر دارای اثر باقیمانده در آب است که باعث تضمین نسبی سلامتی آب در تمام مسیر شبکه آب رسانی می شود.

اما معایب و مضرات کلرزنی عبارتند از:

کلرباقیمانده در اثر ترکیب با مواد آلی موجود در آب تولید ترکیباتی موسوم به تری هالومتان ها را می کند که بیشتر متخصصان بر سرطان زا بودن این ترکیبات تاکید دارند.

کلرزنی باعث کشته شدن میکروارگانیزمهای موجود در آب می شود. این درحالی است که لاشه این میکرو ارگانیزمها در آب باقی می مانند و ممکن است خود منشا آلودگی شوند.

تماس کلر با پوست و موی انسان باعث ایجاد حساسیت، ریزش مو و مشکلات دیگر شود.

استنشاق گاز کلر ( در استخر یا حمام ) برای ریه انسان مضر می باشد.

گروهی از میکروارگانیزمها مانند کریپتوس پرودیوم نسبت به کلر مقاوم هستند و با این روش از بین نخواهند رفت.

بنابراین کارشناسان توصیه می کنند که جهت مقابله با اثرات زیانبار کلر در آب آشامیدنی، در نقطه مصرف کلر باقیمانده آب را حذف کرده و سپس اقدام به نوشیدن آب کنیم.