KLORLAMA HAZIRLAYANLAR : Sefa KARACA 050559018 Didem Sevim MENGÜ 050559022 Cansu SAMANCI 050559027 Prof. Dr. Figen ERKOÇ Gazi Eğitim Fakültesi Gazi Üniversitesi Ankara KLOR ile dezenfeksiyon ülkemizde çok yaygın olduğu için çok basit bir işlem olarak algılanmakta ve suya klor konduğunda tüm mikropların öldüğü sanılmaktadır. Ancak, klor ile dezenfeksiyonun da püf noktaları vardır ve klor kullanan her işletmede bu önemli bilgiler ışığında kloru kullanmak doğru olur. NOT: Tabii sularda, deniz suyunda ve sofra tuzu (NaCl) içinde, hatta tıbbi serumlar içinde çok miktarda bulunan Tabiî Klor (Cl) maddesinin hiç bir dezenfeksiyon özelliği yoktur. Dezenfeksiyon amacı için kullanılan Klor Bileşikleri normal şartlarda tabiatta bulunmayan ve Kimya Bilimi ile insanın ürettiği maddelerdir. Klor uzun yıllardır dünya üzerinde, değişik kimyasal bileşiklerşeklinde SU Dezenfeksiyonu için kullanılıyor. Son on yıl içinde A.B.D. de yapılan araştırmalarda, klorun içme sularında bulunan Nitrat (NO3) gibi azotlu maddeler ile birleşmesi ile ortaya çıkan klorlu kimyasalların (Halometan) kanserojen olduğu kanıtlandı. Bunun üzerine A.B.D. deki şehir suyu yönetmeliklerinde bu kanserojen maddelerin azami değerleri yeniden belirlendi (en çok 0.1 mg/l). Klor, insana ve gıda ürününe zararlı birçok mikroorganizmayı öldürdüğü için halen dünyada uzun yıllardır kullanılmaktadır çünkü başkaca dezenfeksiyon yöntemlerine göre bugün için klor hala çok ucuzdur. Klorun öldüremediği birçok mikroorganizma da bulunmaktadır (Aeromanas, Legionella gibi), fakat klorun öldürebildikleri öldüremediklerinden daha çok olduğu için klor hala başarılı bir dezenfektan olarak kabul ediliyor. Klor ile dezenfeksiyon dünyada birkaç değişik formülde klorlu kimyasal maddeler ile yapılabiliyor Türkiye de en çok kullanılan üç klorlu madde: Sıvı Klor ( Sodyum Hipoklorit); Gaz Klor; Toz Klor ( Kalsiyum Hipoklorit) dir. Bu üç tür klorlu maddeden biri, dezenfeksiyon maksadı ile suya konduğunda, hangisi kullanılırsa kullanılsın, su içinde Hipoklorik Asit (HOCl) oluşur ve Hipoklorik Asit isimli bu madde aktif olarak dezenfeksiyon görevi yapar. Klorlu madde suya girdiğinde Aktif Klor olarak anılan Hipoklorik Asit (HOCl) in nasıl oluştuğunu görelim: 1. Sıvı Klor suya girdiğinde aşağıdaki kimyasal reaksiyonu oluşturur: (Sıvı Klor) NaClO + H2O = (Aktif Klor) HOCl + (Kostik) NaOH Görüldüğü gibi, Aktif Klor ile beraber Kostik (NaOH) de oluşuyor, bu nedenle suya sıvı klor verildiğinde suyun ph derecesi yükselir. 2. Gaz klor suya girince aşağıdaki kimyasal reaksiyon oluşur: (Gaz Klor) Cl2 + H2O = (Aktif Klor) HOCl + (Hidroklorik Asit) HCl Görüldüğü gibi, Aktif Klor ile beraber Hidroklorik Asit (HCl) de oluşuyor, bu nedenle suya gaz klor verildiğinde suyun ph derecesi azalır.
3. Kalsiyumlu Toz Klor suya girdiğinde aşağıdaki reaksiyon oluşur: (Toz Klor) Ca(ClO)2 + 2 H2O = (Aktif Klor) 2 HOCl + Ca(OH)2 Bu reaksiyon sonucunda istenen Aktif Klor oluşur, ancak suyun ph derecesini değiştiren bir kimyasal oluşmaz. KLORUN SUDAKİ DEZENFEKSİYON ETKİSİ DÖRT FAKTÖRE BAĞLIDIR a) Suda bulunan Aktif Klor miktarı (mg/l cinsinden); b) Suyun ph derecesi, c) Serbest klorun sudaki mikroplar ile temas süresi d) Suyun sıcaklığı Bu dört unsur birbiri ile çok içiçedir, onun için bu dört unsurun dezenfeksiyon üzerindeki etkilerinin ayrı ayrı incelenmesi zordur. İyi bir dezenfeksiyon tatbikatında her birinin önemi çok yüksektir. Su içindeki Aktif Klor miktarının dezenfeksiyona etkisi suyun ph derecesine çok bağlıdır, bu nedenle bu iki unsuru beraber incelemekte yarar vardır. Serbest klorun sudaki dezenfeksiyon gücü suyun ph derecesine göre çok değişir. Düşük ph derecesinde Serbest Klor yüksek dezenfeksiyon gücüne sahipken, suyun ph derecesi 7.5 un üzerine çıktığında dezenfeksiyon gücü %50 in altına düşer. Aşağıdaki tabloda suyun ph derecesine göre Aktif Klor un aktif olma oranı gösteriliyor. Bir işletmede yalnızca sudaki kloru ölçmek klorun etkisini öğrenmek için yeterli değildir, suyun ph derecesi de ayni anda ölçülmeli ve daha sonra yorum yapılmalıdır. Aktif Kloru Tüketen maddeler: Su içine konan ve Aktif Klor a dönüşen klor suda bulunan bazı maddeler ile reaksiyona geçer. Aktif kloru tüketen maddeler mikroorganizmalar, organikler, suda çözünmüş halde bulunan Demir ve Mangan gibi okside olabilen metallerdir. Suyun ne kadar klor tüketeceği teorik hesaptan ziyade deneyler ile belli olur. Klorun yaptığı dezenfeksiyonun ölçülmesi için önemli olan sayısal bilgi, su içine konan klor miktarı değil, tüketilen Aktif Klordan sonra geriye kalmış olan Aktif Klorun miktarıdır. Artmadan yetmez prensibi ile hareket edilerek, klorun su ile Temas Süresi sonucunda suda kalan klor un (Bakiye Klor) ölçülmesi doğru olur. Temas süresi sonunda, şehir sularında musluktan akan suyun içinde Bakiye Klor olarak en az 0.5 mg/l Aktif Klor olması emniyetlidir. Gıda sanayiinde, zirai ürün yıkama makinalarının deşarj sularında Aktif Klor ölçümü yapmak ve alınan sonuca göre su içine konacak klor miktarına karar vermek daha doğru olur. Bugünkü teknik imkanlar ile sudaki Bakiye Klorun otomatik olarak ölçülebilmesi ve arzu edilen sınırlar içinde kalması için suya otomatik olarak klor verilmesi mümkündür. Burada gene suyun ph derecesini göz önünde tutmak gerekir, ph derecesi yüksek sularda aktif klor oranının azaldığı unutulmamalı ve suya daha çok klor verilmeli veya ph derecesi aşağı çekilmelidir. Şöyle bir soru akla gelebilir: Tükenen Aktif Klor ne oluyor? Aktif Klor, yani HOCl formülü değişir, OCl iyonu başka bir madde ile birleşir ve dezenfeksiyon özelliği olmayan klorlu bir madde oluşur. Bir çok işletmede Basit olduğu sanılan Klor ile Su Dezenfeksiyonu tahmin edilden çok daha karmaşık bir kimyasal olaydır. Gerek dezenfeksiyonun sağlıklı olarak yapılabilmesi, gerekse su içinde koku ve tad oluşumunda rahatsızlık yaşanmaması için Klor ile dezenfeksiyonda sürekli olarak ölçümler ve testler yapılması gerekir. Klor ile dezenfeksiyonun karmaşık sorunları dolayısıyla, klor ile dezenfeksiyon için ilim kelimesi yerine literatürde Klor ile Dezenfeksiyon Sanatı tabiri kullanılmaktadır.
ÜÇ AYRI KLOR TÜRÜNÜN UYGULANMASI 1. Sıvı Klor: Klor ülkemizde çoğunlukla Sıvı Klor olarak kullanılmaktadır. Sıvı klor, kimyasal adı ile Sodyum Hipoklorit, azami %15 aktif klor içeren, ayrıca, kloru su içinde tutabilmek için kostik (NaOH) de içeren ve bu nedenle çok yüksek ph derecesine sahip bir sıvıdır. Piyasada satılan Sıvı Klor un %12 ile %15 kadar Aktif Klor içerdiği söylenirse de, Sıvı Klorun Aktif Klor konsantrasyonunu genelde satıcı da, kullanıcı da bilmez ve bu oranı ölçecek laboratuvar imkanları Klor kullanıcılarının çoğunda yoktur. Bu nedenle sıvı klor satın alanlar genelde ne kalitede bir dezenfektan satın aldıklarını ve birim dezenfektan başına ne kadar para ödediklerinin farkında değildirler Sıvı klor uygulamasında bazı dezavantajlar olduğu bilinmeli ve uygulamada bunlar göz önünde bulundurulmalıdır: Sıvı klor suyun ph derecesini arttırır, ph derecesi yükseldiğinde klorun dezenfeksiyon etkisi azalır. Sıcak mevsimlerde sıvı klor içindeki Aktif Klor gaz halinde uçar ve sıvı içindeki Aktif Klor miktarı çok azalır. Sıvı klor içindeki Aktif Klor oranının tespit edilmesinde zorluklar vardır, değişik tarihlerde satın alınan her bidon sıvı klorun içindeki hakiki Aktif Klor miktarı farklıdır. Sıvı klor, dozaj pompası ile suya veriliyorsa, her yeni klor bidonu için dozaj pompası ayarı yeniden yapılmalı veya tam otomatik çalışan sistemler kurulmalıdır. 2. Gaz Klor: Klor içeren Dezenfeksiyon kimyasalları içinde en saf olanı Gaz klordur. Sıvı klora göre daha az miktarda kullanılabilir ve çok iyi dezenfeksiyon görevi yapar. Gaz klorun suda çözünmesini sağlamak için özel bir aparat kullanılır. Bu aparat sayesinde saf olan klor gazı su içinde kolayca çözünür ve Aktif klor oluşturur. Gaz klor saf olduğundan, bu uygulama sonucunda suyun iletkenliği artmaz, suyun ph derecesi biraz azalır ki bu da klorun etkisini çoğaltır. Gaz klorun bu özellikleri dolayısı ile, örneğin sıvı klor ile 2 mg/lt bakiye klor istenen dezenfeksiyon uygulamalarında, gaz klor ile çok daha az bakiye klor a ihtiyaç vardır. İnsanın teneffüs ettiği havada gaz klor bulunması insanı zehirler. Bu nedenle, Gaz Klorun uygulanmasında, kullanıcı için çok detaylı emniyet tedbirleri alınması gerekir. Gaz Klorun bu tehlikeli özelliği uygulamada bir dezavantaj oluşturmaktadır, bu nedenle klorun az kullanıldığı işletmelerde Gaz Klor kullanmak pratik değildir. Fakat, çok klor tüketen büyük gıda işletmelerinde ve şehir sularında Gaz Klor kullanımı için kaliteli Gaz Klor tesisi yatırımı yapmak ekonomik avantaj sağlar. 3. Toz Klor: İnsan sağlığına zararlı olmayan toz klor piyasada Kalsiyum Hipoklorit formülünde bulunur Ca(ClO) 2, bu toz klor genelde %65 Aktif Klor içerir. Yüzme havuzlarında bazen Siyanür içeren toz klor türleri kullanılır, bu tür Siyanürlü toz klor içme ve proses sularında kullanılmaz. İşletmelerde toz klor kullananların toz klor ambalajı üzerindeki bilgileri dikkatlice okuyup ve toz klorun Siyanür içerip içermediğinden emin olunması gerekir. İki avantajını sayabiliriz: toz klor nötrdür ve suyun ph derecesini değiştirmez, ayrıca ambalaj içinde uzun süre bekleyebilir, bu sırada içindeki klor kaybolmaz. Bu iki avantajından dolayı toz klor uygulaması sıvı klor uygulamasına kıyasla kontrolü daha kolay bir dezenfeksiyon yöntemidir. Kalsiyum Hipoklorit formülünde olan toz klorun suya sertlik verdiği söylenir..toz klorun sıvı klora göre diğer bir avantajı depolamada çok az yer tutmasıdır, çünkü toz klor %65 konsantrasyonda klor içerir. Ayrıca toz klorun raf ömrü çok yüksektir, oysa sıvı klor içindeki aktif klor, özellikle sıcak ortamlarda kısa sürede buharlaşarak yok olabilir.
Suyun ph derecesine göre klorlama yöntemi seçimi: Sıvı klorun kendi ph derecesi çok yüksektir, suya katıldığında içindeki kostik i (NaOH) suya vererek suyun ph derecesini yükseltir. Sıvı klor kullananlar her zaman suyun ph derecesini göz önünde tutmalıdırlar; çünkü suyun ph derecesi yükseldikçe Aktif Klorun etkisi azalır. Su içindeki Aktif Klor miktarının dezenfeksiyona etkisi suyun ph derecesine çok bağlıdır. Ham suyun tabii ph derecesinin yüksek olduğu durumlarda (ph 7.6 dan yüksek ise), klorun etkisini arttırmak için suya asit vererek ph derecesini düşürmek işletme maliyetini çok yükseltir. Bu durumda, sıvı klor yerine suyun ph derecesini düşüren gaz klor kullanmak ve klordan daha iyi yararlanmak ekonomiktir. Veya, az klor tüketen işletmelerde, Gaz Klor yerine, suyun ph derecesini yükseltmeyen ve nötr olan Toz Klor kullanmak da uygun bir yöntemdir. İÇME SULARI DEZENFEKSİYONUNDA KLOR KULLANIMI Klor 1774 yılında İsveçli kimyager Scheel tarafından bulunmuş fakat yeni bir element olduğu 1810 yılında Humprey Davy tarafından ispat edilerek yeşil anlamına gelen kloron adı verilmiştir. Klor ve bileşiklerini ilk defa beyazlatmak için kullanan da James Watt olmuştur. 1700 lerin sonunda potasyum hipoklorit Fransa da koku giderici ve dezenfektan olarak kullanılıyordu. Klor, 1846 yılında ilk olarak Viyana Genel Hastanesinde germisit olarak kullanılmaya başlanmıştır. Klor çevre sağlığı konusunda ilk olarak lağımlarda kullanılmıştır. 1897 yılında ortaya çıkan bir tifo epidemisinden sonra ilk olarak İngiltere de Sims Woodhead kireç kaymağı kullanarak içme ve kullanma sularını dezenfekte etmeye başlamıştır. 1905 yılında yine İngiltere de meydana gelen bir tifo epidemisinden sonra Lincoln, %10 sodyum hipoklorit kullanarak içme ve kullanma sularını 1ppm aktif klor dozunda düzenli olarak klorlamaya başlamıştır. Amerika Birleşik Devletleri nde klorun su dezenfeksiyonunda ilk kullanımına 1896 yılında Louisville de başlanmış, sürekli kullanıma ise 1908 yılında Boonton da geçilmiştir. Boonton da hipoklorit kullanılmakta iken 1909 yılında sıvı klor (daha yaygın bilinen adıyla klor gazı) ticari olarak üretilmeye başlanmıştır. Sıvı klor ilk kez 1912 de Niagara şelalerinden elde edilen suyun klorlanmasında kullanılmıştır. 1920 lerde likid klor, su dezenfeksionunda diğer klor formlarının yerini almıştır. Ülkemizde ise ilk olarak 1932 yılında İstanbul da Terkos içme ve kullanma suyu tesislerinin Kağıthane deki arıtma istasyonunda kireç kaymağı ile klorlama başlamıştır. Ankara da ise 1935 yılında Çubuk Barajı ndan getirilmeye başlanan içme ve kullanma suyu 1936 yılında Ziraat Fakültesinin arkasındaki arıtma tesislerinde gaz klorla sistematik olarak klorlanmaya başlanmıştır. 1940 dan sonra da Türkiye çapında klorlama yaygınlaşmıştır. KLORLA DEZENFEKSİYONUN MEKANİZMASI Klor suda son derece kolay çözünen ve kontrollü bir şekilde kolayca uygulanabilen bir maddedir. Klor gazı (Cl 2 ) veya hipoklorit tuzu (OCl-) oda sıcaklığında suda kolayca çözünür. Klor iyonu suda çözündüğünde ve reaksiyon en basit şekliyle ele alındığında hipoklorik asit ve hidroklorik asitin bir karışımı meydana gelir: Cl 2 + H 2 O < > HOCl + HCl Oluşan bu serbest asitler daha sonra aşağıdaki reaksiyonla dağılırlar ; HOCl < > H + + OCl - Hipokloröz asit (HOCl) ve hipoklorit iyonlarının (OCl-) konsantrasyonuna serbest klor adı verilir ve miktarları esas olarak ph tarafından belirlenir. Yukarıdaki denge denklemine göre ph nın 3 ün üzerinde olması halinde klor moleküler halde (Cl 2 ) bulunmaz. Hipoklorit asit, 6
8.5 değerleri arasındaki ph larda tamamen ayrışır. ph 6 ya eşit ise klor, hipoklorit asit şeklinde bulunur. ph 7.5 değerinin üzerinde ise hipoklorit iyonları (OCl - ) hakimdir. ph 9.5 değerinin üzerinde ise klor hemen tamamen hipoklorit iyonları (OCl - ) şeklindedir (1). Su dezenfeksiyonu genel olarak ph 7.0 8.0 arasında meydana gelir ve bu aralıkta HOCl OCl ye dönüşür. Bu ph aralığında HOCl nin biosidal aktivitesi OCl den faha yüksektir. Bu reaksiyonlar revesibldir. Denge sağlandığında reaksiyon durur. Ortama klor iyonu veya alkali bir madde eklenirse HOCl + HCl üretimi artar. Hidroklorik asit kuvvetli asittir ve ortamda tamamen dağılır, hipoklorik asit ise zayıf bir asittir ve dağılımı ortamın ph sı ile belirlenir. Klor iyonu ortamda bulunan phenol ve amonyak gibi maddelerle de reaksiyona girer. Bu reaksiyonlar sonunda klorofenol, monokloroamin, dikloramin, nitrojen trikloramin ve HCl meydana gelir. HCl dışındaki maddelerin hepsine birden kombine kalıcı klor denir. Bunların arasında dikloramin en yüksek dezenfektan etkiye sahiptir. Eğer ortamda yeterli miktarda amonyak veya amino bileşikleri varsa ortam ph sı 7 nin altına düştüğünde monokloraminler dikloraminlere dönüşebilir. Ortamda okside olabilecek materyal varlığında klor iyonlarının su ile girdiği reaksiyon sonunda 2HCl + O oluşur; ortaya çıkan oksijen güçlü bir oksidandır ve bu reaksiyon pamuk beyazlatmada kullanılır. Suda bulunan inorganik ve organik moleküller, süspansiyon halindeki partiküller ve mikroorganizmalar klor ihtiyacı denilen durumu oluştururlar; çünkü tüm bu oluşumlar serbest kloru kullanarak, biosidal aktivitenin ortaya çıkabilmesi için ilave klora gereksinim meydana getirirler. Tüm klor ihtiyacını karşılayan klor düzeyinin sağlandığı konsantrasyon düzeyine kırılma noktası adı verilir ve bu andan itibaren eklenen klor serbest klor (rezidüel klor) olarak kalır. Serbest klorun suda bulunduğu süre temas süresi olarak adlandırılır ve sağlanan dezenfeksiyon işleminin derecesini gösterir. Klor bakterilerde glikoz oksidasyonunu inhibe ederek bakterisid etki gösterir. Ayrıca sülfidril grubu taşıyan bazı enzimlerin aktivasyonunu da azaltır. Bakterilerle karşılaştırıldığında sporlu bakterilerin, virüslerin, protozoonların ve ilkel organizmaların sudan giderilmesi için; suyun, daha yüksek klor dozu ile daha uzun süre temas ettirilmesi gerekmektedir. Serbest klor, özellikle de HOCl, kloraminlere kıyasla çok daha fazla bakterisittir. HOCl elde edilmesi ph ayarı ile sağlanabilir. Serbest ve bağlı klorun bakterisit etkisi sıcaklıkla birlikte yükselir. Düşük sıcaklığa bir de yüksek ph eşlik ederse bakterisit etki azalır. Kloraminlerin, serbest klor kadar bakterisit etki gösterebilmesi için serbest klora nazaran 100 kat daha uzun süre suda kalmalıdırlar. Eşit temas süresinde, eşdeğer miktarda bakteri yok edilmesi için serbest klora nazaran 25 kat daha fazla kloramine ihtiyaç vardır. KLORLA DEZENFEKSİYON AŞAMALARI İçme suyu dezenfeksiyonunda kullanılacak yöntemler teknik ve ekonomik olarak su arıtma uygulamalarına uygun olmalıdır. Klor dezenfeksiyonu ve gerektiğinde amonyak ilavesi, diğer yöntemlere göre daha basittir ve işletmeye yönelik gereksinimleri ayrıntılı olarak incelenmiş ve mekanizmaları tam olarak ortaya konabilmiştir. Klor ve amonyakla dezenfeksiyon işlemi kapasitelerine bakılmaksızın tüm içme suyu arıtma tesislerinde uygulanabilmektedir. Klor dışındaki yöntemlerle su dezenfeksiyonu yapılan işletmelerde de acil durumlar için yedek klorlama ekipmanı bulundurma zorunluluğu bulunmaktadır. Bazı tesislerde, filtrasyondan hemen önce klor ilave edilir ve kum filtreleri dezenfeksiyon için bir tür temas havuzu olarak işlev görür. Buna preklorinasyon veya predezenfeksiyon adı verilir. Bu işlemin yapılmasında temel amaç; filtre, boru ve tanklarda biolojik tabakaların oluşumunu engelleyerek suda oluşabilecek kötü tat ve koku sorununu çözmek, demir veya manganezi okside etmek veya dezenfeksiyon için yeterli temas süresi sağlamaktır <http://www.aski.gov.tr/m.asp?tid=11&kw=klorlama>.
Dozlama Miktarı (mg/l) Kimyasal Madde Kullanma Amacı Ortalama Maksimum Alüminyum sülfat Koagülan 30 50 Polielektrolit Koagülan yardımcısı 0.1 0.2 Kireç %100 Ca(OH) 2 Son ph düzenleme 12 30 Klor Ön klorlama 2 5 Klor Son klorlama 1 2 Sülfirik Asit Ham su ph ayarlamasi 15 25 Potasyum Demir ve mangan permanganat giderimi 1 2 Aktif karbon Tad ve koku giderimi 5 20 KAYNAKLAR: http://www.aski.gov.tr/m.asp?tid=11&kw=klorlama http://www.korhek.org/khb/khb_003_08_186.pdf http://www.kimyaturk.net/index.php?topic=4195.0;wap2 http://www.suhijyeni.com/dokuman/files/klorlamarehberi.pdf