İçme sularında hastalık yapıcı (patojenik) mikroorganizmaların bulunması istenmemektedir. Bu mikroorganizmalar membran gibi ayırma prosesleri ile sudan uzaklaştırılabilir veya dezenfektanlar kullanılarak etkisiz hale getirilebilir. Suda bulunan patojen mikroorganizmaların etkisiz hale getirilerek, suyun güvenle içilebilmesini sağlayan proses dezenfeksiyon olarak tanımlanmaktadır. Bu proses temel su arıtma proseslerindendir. İçme suyu arıtımında ilk dezenfeksiyon işlemi, dezenfektan olarak klor kullanılarak, 1897 yılında gerçekleştirilmiştir. Dezenfeksiyon ve sterilizasyon prosesleri işlevsellik bakımından birbirine benzemekle birlikte, sterilizasyon işleminde patojenler dahil tüm canlı organizmalar yok edilmektedir.
Dezenfeksiyon Mekanizması
Patojen mikroorganizmaların etkisiz hale getirilmesi dezenfektanın yapısına ve mikroorganizmaların türüne bağlıdır. Mikroorganizmaların yok edilmesi veya etkisiz hale getirilmesi dört mekanizmayla açıklanmaktadır. Bunlar;
- Hücre duvarının zarar görmesi,
- Hücre geçirgenliğinin değiştirilmesi,
- Hücre protoplazmasının koloidal yapısının değiştirilmesi,
- Metabolik aktivitede etkili kritik enzimin etkisiz hale getirilmesidir.
Hücre duvarının zarar görmesi hücre çözülmesine ve ölümüne yol açmaktadır. Hücre geçirgenliğinin değiştirilmesi stoplazmik membranın seçici geçirgenliğini imha etmekte ve hayati önem arz eden azot ve fosfor gibi nütrientlerin hücre dışına çıkmasına sebep olmaktadır. Asitler ve bazlar tarafından hücre proteinlerinin denatürasyonu hücrenin imhasına sebebiyet vermektedir. Kritik enzimin etkisiz hale getirilmesi genellikle oksitleyici kimyasallarla gerçekleşmektedir.
Kimyasal dezenfeksiyon normalde iki adımda gerçekleşir. Bunlar;
- Hücre duvarından dezenfektanın geçmesi,
- Hücre içerisinde enzimle reaksiyonudur.
Dezenfeksiyon Verimini Etkileyen Faktörler
Kimyasal dezenfeksiyon verimi aşağıdaki faktörlerden etkilenmektedir:
- Etkisiz hale getirilecek organizmanın türü, durumu, konsantrasyonu ve dağılımı
- Dezenfektanın türü ve konsantrasyonu
- Arıtılacak suyun kimyasal ve fiziksel özellikleri
- Dezenfeksiyon için gerekli temas süresi
- Suyun sıcaklığı
Dezenfektan enzim ile reaksiyon vermeden önce hücre duvarından geçmelidir. Her bir organizma türü farklı hücre yapısına ve enzim sistemine sahiptir. Bu sebeple, organizma türüne göre dezenfektan veya konsantrasyonu farklılıklar gösterebilir. Örneğin, patojenler koliform gruplarına göre daha az dirençli türlerdir. Virüsler bakterilerden çok daha dirençlidir ve uzun temas süresi ile yüksek dezenfektan konsantrasyonlarında etkisiz hale getirilebilmektedir. Bazı durumlarda dezenfektanın etkinliği daha fazla olabilir. Mikroorganizma yoğunluğu dezenfektan miktarını etkiler. Yoğun bir ortama daha fazla dezenfektan verilmelidir. Aksi halde dezenfektan verimi azalır.
Dezenfeksiyon verimi dezenfektanın türüne ve konsantrasyonuna bağlıdır. Bazı mikroorganizmalar için kuvvetli etkisi olan dezenfaktanların kullanılması gerekebilir. Mikoorganizma yoğunluğuna bağlı gerekli konsantrasyonda dezenfektan suya verilmelidir.
Suyun içerisinde bulunan organik ve inorganik maddeler dezenfektanla reaksiyon verebilir. Bu durumda dezenfektanın etkinliği azalır. Ayrıca, su içerisinde partiküller ve koloidal maddeler içerisinde bulunan mikroorganizmalara dezenfektanın etkisi sınırlı olacaktır. Bu sebeple, arıtılacak suyun kalitesi kimyasal dezenfeksiyon için önemlidir.
Organizmaların etkisiz hale getirilmesi temas süresinin artmasıyla artar. Tesis tasarımlarında temas süresi sınırlandırılır ve bu süre genellikle 30 dakika olarak ön görülmektedir. Dezenfeksiyon sonrası temiz su depolarının mevcut ise dezenfeksiyon için gerekli temas süresi bu alandaki bekleme ile de genellikle sağlanmaktadır. Chick’s Kanunu’na göre aşağıdaki denklem ile bekleme süresi hesaplanmaktadır;
-= .
No : Başlangıçtaki organizma sayısı
Nt : t süre sonunda organizma sayısı
k : katsayı, 1/zaman
t : Temas süresi
Bu kanunun zamanla yeterli olmadığı düşünülerek kanun aşağıdaki denklemde görüldüğü şekilde modifiye edilmiştir.
-= .
“m” bir sabittir. Eğer “m” 1’den küçük ise, zamanla etkisiz hale getirilen organizma sayısı azalmaktadır. Eğer “m” 1’den büyük ise, zamanla etkisiz hale getirilen organizma sayısı artmaktadır. “m” değeri, laboratuvar analizleri sonucunda belirlenebilir.
Dezenfektan konsantrasyonu (C) ve temas süresi (T) birlikte dikkate alınarak dezenfektanın etkinliği değerlendirilmektedir. CT değeri genellikle sıcaklığa, pH’a, dezenfektan ve organizma türüne bağlı olarak belirlenmektedir.
Kimyasal reaksiyonlar sıcaklığın artmasıyla hızlanmaktadır. Yüksek sıcaklıklarda organizmalar daha hızlı etkisiz hale getirilebilir. Organizmaları etkisiz hale getirmesinde sıcaklığın etkisi Vant Hoff-Arrhenius tarafından aşağıdaki denklemle ifade edilmiştir.
-= .( ) / . . . .
t1 : t1 anındaki temas süresi
t2 : t2 anındaki temas süresi
T1 : t1 anındaki temas süreside sıcaklık, oK
T2 : t2 anındaki temas süreside sıcaklık, oK
E : Aktivasyon enerjisi, J/mol veya cal/mol
R : Gaz sabiti, 8.314 J/mol.oK veya 1.99 cal/mol. oK
Bu denklem aynı dezenfektan ve organizma türü için düşük sıcaklıklarda daha uzun süreli temas gerektiğini göstermektedir.
Dezenfektan Seçimi
İçme suyu dezenfeksiyonu için gerekli olan miktardan daha fazla dezenfektan kullanılmaktadır. Dezenfektan kullanımının birincil maksat patojen mikroorganizmaları etkisiz hale getirmek ve ikincil maksat ise dağıtım sisteminde muhtemel mikrobiyal faaliyetleri engelleyebilmektir. Aşağıda belirtilen diğer gayeler içinde dezenfektan kullanılmaktadır (EPA, 1999).
- Asya istiridyesi ve zebra midyelerinin kontrolü
- Demir ve manganın oksidasyonu
- Dağıtım sistemlerinde bakteriyolojik çoğalmaların engellenmesi
- Kimyasal oksidasyonla koku ve tat giderilmesi
- Koagülasyon ve filtrasyon ünitelerinin verimlerini arttırmak
- Çöktürme tankı ve filtrelerde alg büyümelerini engellemek
- Renk giderimi sağlamak
Yukarıda belirtilen amaçların bir veya birkaçı aynı anda gerçekleştirilebilir. Bu amaçlara uygun dezenfektanların seçilmesi gerekmektedir. Dezenfektan seçimi;
- Mevcut dezenfeksiyon sistemin etkinliği,
- Dezenfektanları değiştirme ihtiyacı,
- Alternatif bir dezenfektan seçimi,
- Birincil ve ikincil dezenfeksiyon gereksinimlerinden etkilenmektedir.
Filtrasyon prosesi öncesindeki proseslerde veya filtrasyon prosesi girişinde yapılan dezenfeksiyon birincil (ön) dezenfeksiyon olarak tanımlanmaktadır. Birincil dezenfeksiyon amacıyla kullanılacak dezenfektanların yan ürünü oluşmu dikkate alınmalıdır. Ozon gibi kalıntı bırakmayan dezenfektanlar da birincil dezenfeksiyon için kullanılabilmektedir (Qasim ve diğ., 2000). Birincil dezenfeksiyon için uygun bir “konsantrasyon x zaman” (CT) değeri belirlenmelidir (EPA, 1999). CT değeri dezenfeksiyon verimliliğini belirlemek maksadıyla tanımlanmıştır.
Birincil dezenfektan seçiminde toplam organik karbon (TOK) konsantrasyonu, bromür iyonu konsantrasyonu ve filtreli veya filtresiz sistemler etkilidir. Bu parametrelerin birincil dezenfektan seçiminde önemi aşağıda belirtilmiştir.
TOK konsantrasyonu: Yüksek TOK konsantrasyonu, dezenfeksiyon yan ürün (DYÜ) oluşumu için iyi bir göstergedir. Yüksek TOK değerleri, DYÜ oluşturma potansiyelini artırmaktadır. TOK ve DYÜ konsantrasyonları için yüksek kabul edilen değerler aşağıdaki gibidir (EPA, 1999):
- TOK> 2 mg/L
- TTHM> 0,08 mg/L
- HAA5>0,06 mg/L
Bromür iyonu konsantrasyonu: Ozon ve peroksit gibi güçlü oksidantların bromür iyonu reaksiyonu sonucu hipobromür asit ve bromat iyonu oluşmaktadır. 0,1 mg/L ve üzerindeki konsantrasyonlar yüksek bromür iyon konsantrasyonu olarak tanımlanmaktadır (EPA, 1999).
Filtreli ve Filtresiz sistemler: Biyolojik olarak ayrışabilir maddeler ile ozonlama yan ürünlerinin azaltılması için biyofiltrasyon yararına olmaksızın filtresiz sistemlerde ozon veya ozon/peroksit kullanılması uygun değildir (EPA, 1999).
İkincil (son) dezenfeksiyon içme suyu şebekelerinde kalıntı bırakılması amacıyla kullanılmaktadır. İçme suyu şebekesinde olası mikrobiyal oluşumlar ikincil dezenfeksiyonla engellenmektedir. Klor, kloraminler ve klordioksit gibi kalıntı bırakabilen dezenfektanlar ikincil dezenfeksiyon amacıyla kullanılabilmektedir (Qasim ve diğ., 2000). İkincil dezenfektan seçiminde toplam asimile edilebilir organik karbon (AOC) organik karbon konsantrasyonu, dezenfeksiyon yan ürünleri oluşturma potansiyeli (DYÜOP) ve dağıtım sisteminde bekleme zamanı etkilidir. Bu parametrelerin ikincil dezenfektan seçiminde önemi aşağıda belirtilmiştir (EPA, 1999).
Asimile edilebilir organik karbon (AOC): Yüksek TOK içeren sularda birincil dezenfektan olarak ozon gibi güçlü oksidantlar kullanıldığında AOC oluşmaktadır. Filtrasyon sonrası 0.1 mg/L ve üzerindeki konsantrasyonlar yüksek AOC konsantrasyonu olarak tanımlanmaktadır. Yüksek AOC konsantrasyonu oluşması durumunda çıkış sularını stabilize etmek veya dağıtım sistemlerinde mikrobiyal büyümeleri önleyebilmek için ilave biyolojik ve granüller aktif karbon (GAC) filtrasyonu uygulanmalıdır (EPA, 1999).
Dezenfeksiyon yan ürünleri oluşturma potansiyeli (DYÜOP): DYÜOP, klor kullanılması durumunda dağıtım sisteminde oluşması beklenen organik yan ürün miktarının bir göstergesidir. Tesis çıkış sularında DYÜ miktarları mümkün mertebe minimum olmalıdır. Çünkü DYÜ oluşumu dağıtım sisteminde devam eder. DYÜOP için yüksek kabul edilen değerler aşağıda verilmiştir:
- Yedi günlük TTHM > 0,08 mg/L
- Yedi günlük HAA5 > 0,06 mg/L
Dağıtım sisteminde bekleme zamanı: Geniş bir dağıtım sisteminde, terfi merkezlerinde bekletilen veya terfi edilerek nihai kullanıcıya ulaşan sularda yeterli dezenfektan bakiyesi bulunmalıdır. Nihai kullanıcıya kadar yeterli dezenfektanın sağlanması için yüksek konsantrasyonlarda dezenfektan ihtiyacının olması halinde klor dioksit kullanılması ekonomik ve uygun olmayabilir. Çünkü klor dioksit uygulamalarında 48 saat ve üzerindeki süreler dağıtım sisteminde yüksek bekleme süresi olarak tanımlanmaktadır (EPA, 1999).
Dezenfektanlar
Kullanımı en yaygın olan dezenfektan klordur. Klora ilaveten UV ışını, klor dioksit, ve ozonda dezenfektan olarak yaygın kullanıma sahiptir. Bu dezenfektanlar içerisinde en güçlü olanı ozondur. Dezenfektanların kullanımına bağlı özellikleri Tablo 1’de ve dezenfeksiyon metotlarının karşılaştırılması Tablo 2’de görülmektedir.
Tablo 9.1 Dezenfektanların kullanımlarına bağlı özellikleri (EPA, 1999; Teksoy, 2006)
| Durum | Klor | Ozon | Klor Dioksit | Permanganat | Kloramin | Ozon/Peroksit | Ultraviyole |
| THM ve TOK oluşturur | Evet | Bazen | Hayır | Hayır | Evet | Bazen | Hayır |
| Oksitlenmiş organik oluşturur | Bazen | Evet | Bazen | Bazen | Hayır | Evet | Bazen |
| Halojenik organik oluşturur | Evet | Bazen | Hayır | Hayır | Evet | Bazen | Hayır |
| İnorganik yan ürün oluşturur | Hayır | Bazen | Evet | Hayır | Hayır | Bazen | Hayır |
| Biyolojik olarak ayrışabilir organik madde oluşturur | Bazen | Evet | Bazen | Hayır | Hayır | Evet | Hayır |
| Maksimum kalıntı dezenfektan seviyesi | Evet | Hayır | Evet | Hayır | Evet | Hayır | Hayır |
| Kireçle yumuşatma etkileri | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Evet | Hayır | Evet |
| Bulanıklık etkileri | Hayır | Bazen | Hayır | Hayır | Hayır | Bazen | Evet |
| Giardia giderimi -<2,0 log | Evet | Evet | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Hayır |
| Giardia giderimi – >2,0 log | Hayır | Evet | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Hayır |
| Cryptosporidium giderimi -<2,0 log | Hayır | Evet | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Hayır |
| Cryptosporidium giderimi ->2,0 log | Hayır | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Hayır | Hayır |
| Virus giderimi- <2,0 log | Evet | Evet | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Evet |
| Virus giderimi- >2,0 log | Evet | Evet | Evet | Hayır | Hayır | Hayır | Evet |
| İkincil dezenfektan olarak kullanılır | Evet | Hayır | Bazen | Hayır | Evet | Hayır | Hayır |
| Büyük tesisler için uygulanabilirliği | Evet | Evet | Evet | Evet | Evet | Evet | Hayır |
| Küçük tesisler için uygulanabilirliği | Evet | Evet | Evet | Evet | Evet | Evet | Evet |
Tablo 2 Sık kullanılan dezenfeksiyon metotlarının karşılaştırılması (Tchobanoglous, 1991; Teksoy,2006)
| Özellik | Olması greken durum | Klor | Sodyum hipoklorit | Kalsiyum hipoklorit | Klor dioksit | Brom klorür | Ozon | UV |
| Mikroorganizmalara olan toksisite etkisi | Fazla seyreltmede bile yüksek toksisitede olmalı | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek |
| Kalıcılığı | Mikroorganizmalar üzerindeki etkisi çabuk kaybolmamalı | Kalıcı | Az kararsız | Oldukça kararlı | Kararsız Kullanılırken oluşturulmalı | Az kararsız | Kararsız Kullanılırken oluşturulmalı | Kullanılırken oluşturulmalı |
| Çözünürlüğü | Suda veya hücre dokularında çözünebilmeli | Biraz | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Biraz | Yüksek | Bilinmiyor |
| Homojenliği | Karışım, bileşim içine homojen dağılmalı | Homojen | Homojen | Homojen | Homojen | Homojen | Homojen | Bilinmiyor |
| Yabancı maddelerle etkileşimi | Bakteri hücreleri dışındaki organik maddeler tarafından absorbe edilemez | Organik maddeleri oksitler | Aktif oksitleyicidir | Aktif oksitleyicidir | Yüksek | Organik maddeleri oksitler | Organik maddeleri oksitler | |
| Çevredeki sıcaklıkla etkileşimi | Çevredeki sıcaklık derecelerinde etkili olabilmeli | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek |
| Nüfuz etmesi | Yüzey boyunca nüfuz etme kabiliyeti olmalı | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Yüksek | Orta |
| Korozif etkisi | Metallerin veya boyaların biçimini bozmamalı | Fazla korozif | Korozif | Korozif | Fazla korozif | Korozif | Fazla korozif | Bilinmiyor |
| Kokuları yok etme kabiliyeti | Dezenfeksiyon sırasında kokuları da yok etmeli | Yüksek | Orta | Orta | Yüksek | Orta | Yüksek | Bilinmiyor |
| Elde edilebilirliği | Fazla miktarlarda ve uygun fiyatlarda elde edilebilmeli | Maliyeti düşük | Maliyeti biraz düşük | Maliyeti biraz düşük | Maliyeti biraz düşük | Maliyeti biraz düşük | Maliyeti biraz düşük | Maliyeti biraz düşük |
Klor
Gaz klor veya sodyum hipoklorit veya kalsiyum hipoklorit suya ilave edildiğinde, hipokloröz asit (HOCl) ve hipoklorit iyonu (OCl-) oluşur. Bunlar serbest klor olarak tanımlanmaktadır (EPA, 2011).
Cl2(g) + H2O → HOCl + H+ + Cl–
NaOCl + H2O → HOCl +Na+ + OH–
Ca(OCl)2 + 2H2O → 2HOCl + Ca2+ + 2OH-
HOCl→H+ + OCl−
Hipokloröz asit (HOCl) zayıf asittir ve yalnızca alkali çözeltilerde çözünür. Çözünme sonucu hipoklorit (OCl–) ve hidrojen iyonu oluşur. Bu oluşumda suyun alkalinite ve pH’sını azaltır.
HOCl ve OCl– dönüşümü pH ve sıcaklığa bağlı olarak değişim göstermektedir. pH 7 ve altında HOCl suda iyonlarına daha az ayrışmaktadır ve baskın olan tür HOCl’dir. Sıcaklığın HOCl’nin çözünmesine küçük bir etkisi vardır. HOCl’nin dezenfektan etkisi OCl–‘den daha fazladır.
İçme suyu arıtımında hipokloröz asit veya hipoklorit iyonu hazırlamak için kullanılacak klor gazı EN 937:2009, sodyum hipoklorit EN 901:2013 ve kalsiyum hipoklorit EN 900:2007’ye uygun olmalıdır. Hipokloritler sıvı ve kuru halde bulunabilmektedir. Bunların taşınım ve depolanmasının klor gazına göre daha emniyetli olduğu düşünülmektedir.
Katı halde toz veya tabletler şeklinde de kalsiyum hipoklorit ile sodyum hipoklorit dezenfektan amacıyla kullanılabilmektedir. Tabletler şeklinde bulunan kalsiyum hipoklorit %70 klor içerecek şekilde saflaştırılabilmektedir. Tabletler halindeki kalsiyum hipokloritler tablet klorinatörüne doldurulmaktadır.
Klor ihtiyacı
Klor saf suda stabildir, fakat içme suyunda bulunan doğal organik maddelerle yavaşça ve güneş ışığı ile hızlıca reaksiyon verir. Gün ışığı ile temasta, fotonlar hipoklorit iyonu ile reaksiyon vererek oksijen, klorit iyonu ve klorür iyonu oluşturur. Bu potovoltik reaksiyon hipokloröz asit ile gerçekleşmez (MWH, 2005).
Klor suda yükseltgenebilecek elementlerle (Fe2+, Mn2+, S2-, çözünmüş organik maddeler ve benzeri) öncelikli olarak reaksiyon verir ve daha sonra suda amonyak olduğunda, klor farklı davranır ve genellikle amonyakla reaksiyon vererek kloramin türlerini oluşturur. Bu kloramin türleri;
Monokloramin : NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O
Dikloramin : NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O
Trikloramin : NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O
Oluşan bu kloraminlerin toplamı bağlı klor olarak adlandırılmaktadır. Toplam kalıntı klor ise serbest klor ile bağlı klorun toplamını ifade etmektedir. Özetle;
Serbest klor : HOCl + OCl–
Toplam klor : HOCl + OCl– + NH2Cl + NHCl2 + NCl3
Şeklin de ifade edilmektedir. Bileşiklerdeki etkin klor miktarı mg-Cl2/L olarak ifade edilmektedir. Dezenfeksiyon için gerekli klor miktarını belirlerken, klorun organik, inorganik ve azotlu maddelerle reaksiyonu dikkate alınmalıdır. Klor öncelikle oksitlenebilen ve azotlu maddelerle reaksiyon vermekte ve daha sonra serbest klor oluşmaktadır.
Dezenfeksiyon öncesi gerekli klor ihtiyacı belirlendikten sonra dezenfeksiyon için gerekli kalıntı klor su içerisinde bulunmalıdır. Böylece dezenfeksiyon için gerekli klor dozajı sağlanır. Dezenfeksiyon için gerekli klor dozajları Tablo 3’de görülmektedir. Ayrıca, klorun sıcaklığa bağlı olarak Giardia ve virüs inaktivasyonu (etkisiz hale getirme) için gerekli CT değerleri de Tablo 4’de görülmektedir (EPA, 2011).
Tablo 3 Dezenfeksiyon için gerekli klor dozajları (Qasim ve diğ., 2000)
| Arıtma amacı | Klor dozajı, mg/L | Temas süresi, dk. | pH aralığı |
| Toplam kalıntı klor | 1-5 | a | 7-8 |
| Serbest klor kalıntısı | 0,5-4 | a | 7-8 |
| Kırılma noktası reaksiyonu | NH3’ün 6-8 katı b | 30 | 6,5-8,5 (7,5 optimum) |
| Monokloramin | NH3’ün 3-4 katı b | 20 | 7-8 |
| Serbest klor kalıntısı | NH3’ün 6-8 katı b | 20 | 6,5-8,5 |
a: CT değeri için gereklidir; b: NH3 mg/L olarak ifade edilmektedir.
Tablo 4 Klor tarafından Giardia kistlerinin ve virüslerin inaktivasyonu için gerekli CT değerleri
| *Log inaktivasyonu | Giardia <1oC | Giardia 10oC | Giardia 20oC | Virüs <1oC | Virüs 10oC | Virüs 20oC |
| 0.5 | 40 | 21 | 10 | * | * | * |
| 1.0 | 79 | 42 | 21 | * | * | * |
| 2.0 | 158 | 83 | 41 | 6 | 3 | 1 |
| 3.0 | 237 | 125 | 62 | 9 | 4 | 2 |
*Log inaktivasyonu=log10(başlangıçtaki mikroorgaizma sayısı)- log10(arıtma sonrası mikroorganizma sayısı)
Dezenfeksiyon yan ürünleri
Organik madde ile klor klor reaksiyonu sonrası halojenli dezenfeksiyon yan ürünleri oluşmaktadır. Bu halojenli yan ürünlerin bazıları Tablo 5 Klor ile dezenfeksiyon sonrası oluşan bazı DYÜ’leri (EPA, 2001)’de görülmektedir (EPA, 2001).
Tablo 5 Klor ile dezenfeksiyon sonrası oluşan bazı DYÜ’leri (EPA, 2001)
Halojenli organik yan ürünler
| · Trihalometanlar Kloroform Bromodiklorometan Dibromoklorometan Bromoform · Haloketonlar 1,1 dikloropropanon 1,1,1 trikloropropanon · Klorofenoller 2-klorofenol 2,4 diklorofenol 2,4,6 triklorofenol · Kloropkrin | · Haloasetik asit Monokloroasetik asit Dikloroasetik asit Trikloroasetik asit Monobromoasetik asit Dibromoasetik asit · Haloasetonitril Dikloroasetonitril Bromokloroasetonitril Dibromoasetonitril Trikloroasetonitril · Kloral hidrat · Siyanojen klorür |
Klorlama sisteminin tasarımı Dezenfeksiyon için gerekli klorlama sistemi altı ayrı alt sistemde oluşmaktadır. Bu alt sistemler:
- Klorun temin edilmesi
- Depolanması ve kullanılması
- Güvenlik tedbirlerinin alınması
- Klor beslenmesi ve uygulanması
- Difüzyon, karıştırma ve temas
- Kontrol sistemi
Klorun temin edilmesi: Klor, genellikle özel olarak üretilen basınca dayanıklı karbon çelik tanklarda ve basınç altında sıvılaştırılmış gaz olarak taşınmaktadır. Sıvı klor sudan 1,5 kat ve havadan 2,5 kat daha ağırdır. Sıvı klor amber renklidir. Sıvı klor normal atmosfer basıncında çok büyük hızla gaz haline geçer. Bir hacim sıvı klor serbest bırakıldığında 460 hacim gaz klor şeklinde yayılır. Genellikle 45,4 kg ağırlıktan 1 ton ağırlığa kadar klor tankları kullanılmaktadır.
Depolanması ve kullanılması: Klorun oldukça zehirli ve korozif bir özelliğe sahip olduğu dikkate alınarak depolanması ve kullanılması gerekmektedir. Klor tankları kapalı bir bina veya muhafaza içerisinde depolanmalıdır. Depolama alanında ANSI Z358.1’e uygun acil duş ve göz yıkama duşu olmalıdır.
Güvenlik tedbirlerinin alınması: Personelin maruz kalacağı limit, havalandırma, yangın söndürme, boş ve dolu tankların ayrı depolanması, depolama alanın korunması, besleme sistemi ve alanın izlenmesi güvenlik tedbiri için gerekmektedir. Klor buhar temizleyici sistemi de risk azaltmada diğer etkili bir yöntemdir. Güvenlik tedbirleri ile ilgili detaylı bilgiye Klor Enstitüsü internet sayfasından ulaşılabilir.
Klorun beslenmesi ve uygulanması: Klorun beslenmesi ve uygulanması aşağıdaki adımlarda gerçekleşmektedir.
- Klorun tanktan çekilmesi
- Evaporatör (sıvı klor çekildiğinde gerekmektedir)
- Otomatik yedeğe geçme
- Vakum düzenleyici
- Klorinatör
- Enjeksiyon sistemi (su kaynağı ile)
- Difüzyon, karıştırma ve temas
- Kontrol sistemi
Klorun tanktan çekilmesi: Klor tankından gaz veya sıvı olarak klor çekilebilir. Klor tankı üzerinde bulunan vanadan gaz halinde ve tankın altında bulunan vanadan ise sıvı halde klorun çekilmesi mümkündür. Oda sıcaklığında tank üzerindeki vanadan gaz halinde 180 kg/gün kapasite ile klor çekilebilmektedir. 180 kg/gün ile 680 kg/gün aralığında klor ihtiyacı olması halinde ise fazla klor tankından oda sıcaklığında gaz çekilerek ihtiyaç karşılanabilir. Oda sıcaklığının 18 0C’den büyük olması gerekmektedir. 680 kg/gün ve üzerinde klor ihtiyacının olması halinde klor tankın altındaki vanadan sıvı olarak çekilmelidir ve evaporatör kullanılmalıdır. Ortam sıcaklığının çekilen klor miktarı üzerindeki etkisi, depolama tankı ile klorinatör arasındaki tehlike riski, aynı anda minimum sayıda klor takının kullanımı gibi sıvı klorun tankından çekilmesinin avantajları bulunmaktadır.
Evaporatör: Evaporatörde sıvı klor buharlaştırılarak gaz klor elde edilmektedir. Buharlaştırma işlemi kapalı ve basınçlı bir ortamda gerçekleşmektedir. Buharlaşmanın gerçekleştiği kapalı ve basınçlı kısım elektrikle, sıcak su döngüsüyle veya buharla ısıtılabilmektedir. Evaporatörlerin deşarj hattı üzerinde otomatik basınç azaltıcı vanalar bulunmaktadır ve böylece gaz klor hattına sıvı klor geçişi engellenebilmektedir. Sistemde korozyona karşı katodik koruma yapılmalıdır. Katodik korumanın yeterli olmadığı durumlarda korozyonu önleyici çözeltiler suya ilave edilmelidir. Evaporatör kapasiteleri 180 kg/gün ile 4500 kg/gün aralığında değişmektedir. Sıvı kloru depolama tankından alır ve bu sıvı klor buharlaştırarak gaz klor elder.
Klorinatör: Klorinatör tanktan veya evaporatörden gaz halinde kloru alır ve enjektöre akışını düzenler. Farklı türde klorinatörler bulunmaktadır. Bunlardan bazıları (1) doğrudan beslemeli, (2) basınç tipi, (3) vakum tipi ve (4) ses dalgası akış tipidir. Geleneksel bir klorinatör giriş basınç kırıcı vana, rotametre, ölçüm kontrol orifisi ve vakum düzenleyici vana üniteleri içermektedir. Sürücü kuvvet klor enjektörü tarafından oluşturulan vakumdan ileri gelmektedir. Klorinatör kapasiteleri 30 ila 5000 kg/gün arasında değişmektedir. Herhangi bir klorinatör türünün seçimi debiye ve uygulama şekline bağlıdır. Klorinatör kontrol düzenekleri el ile kontrolden farklı kademelerde otomasyonla da kontrole kadar yani basitten karmaşık bir yapıya kadar olabilmektedir. Klorinatör dizaynı ve seçimi için üretici firmalara danışılmalıdır. Klorinatör ve ekipmanları DIN 19606’da belirtilen nitelikleri sağlamalıdır.
Otomatik yedeğe geçme: Sistem güvenirliği açısından aktif kullanımdaki klor tankından yedek klor tankına geçişin otomatik olarak yapılması gerekmektedir. İki farklı otomatik geçiş tipi bulunmaktadır: Bunlar (i) basınçlı ve (ii) vakumludur. Her iki tipte de kullanımdaki tankın boşalmasıyla yedek tanka otomatik geçiş olmaktadır.
Enjektör: Enjektör sistemi gerekli klor dozunun sağlanması için önemlidir. Basınçlı gaz enjeksiyonu ve vakum gaz besleme olmak üzere iki tip klor enjeksiyon sistemi bulunmaktadır. Klor gazının basınçlı enjeksiyonu, gazın atmosfere salınması riskini taşımaktadır. Bu sebeple, basınçlı enjeksiyon sistemleri küçük sistemlerde veya çok sıkı önlemlerin alınması ile büyük tesislerde de kullanılabilmektedir. Vakum gaz besleme sisteminde enjektör girişinde vakum oluşturulmaktadır. Klor tankından gaz klorun emilmesi için vakum uygulanmaktadır. Klorinatörün bir parçası olan vakum düzenleyici, vakum altında klor gazının çekilme oranını kontrol etmek için kullanılmaktadır.
Difüzyon, karıştırma ve temas: Etkili bir dezenfeksiyon için klor çözeltisinin su içerisinde hızlı karışımı ve temas süresi önemlidir. Klor çözeltisi difüzör sistemi ile suya verilmelidir. Suya ilavesi sonrasında hızlı karıştırılması gerekmektedir. Bu karıştırma işlemi mekanik karıştırıcılarla, şaşırmalı perdelerle, hidrolik sıçrama, parşal savağı ve benzeri ile sağlanabilmektedir.
Temiz su depolama tanklarında klor için gerekli temas süresi yapının özelliklerine göre farklılık göstermektedir. Temas tankına verilen suyun %90’nın temas süresi veya daha uzun süre sonunda tankı terk etmesi istenmektedir. Geri kalan %10’u ise bu temas süresinden önce tankı terk etmektedir. Tankı erken terk etme süresi T10 olarak tanımlanmaktadır. Böylece T10/T oranı büyük olacak şekilde temas tankları dizayn edilmelidir. T10/T oranını artırmak için temas tankı içerisinde akımın piston akım şartlarına yaklaşması gerekmektedir. Bu durumun sağlanabilmesi için tank içerisine perdeler (bölmeler) yapılarak suyun akış yolu uzatılmaktadır.
Kontrol Sistemi: Temas süresi sonunda suda istenen konsantrasyonda kalıntı klor bulunmalıdır. Kalıntı klor miktarına göre klor dozajı ayarlanabilmelidir. Küçük sistemlerde el ile kontrol yeterli olabilirken büyük sistemlerde mutlaka otomatik kontrol yapılmalıdır. Büyük sistemlerde klor analizörleri ile kalıntı klor miktarı belirlenmeli ve klor dozajı ayarlanmalıdır.
Klorlama sisteminin tasarımında dikkate edilecek hususlar
- Yüzeysel ve yeraltı sularının dezenfeksiyonunda klor kullanılmaktadır. Klorlama işlemi sıvı klor (EN 937:2009), kalsiyum (EN 900:2007) veya sodyum hipoklorit (EN 901:2013) veya klor doksit (EN 12671:2009) ile gerçekleştirilebilir.
- Çözelti-besleme-gaz-tipi klorinatör veya hipoklorit besleyicileri pozitif yer değiştirilmeli olmalıdır. Klorinatör ve ekipmanları DIN 19606’da belirtilen nitelikleri sağlamalıdır.
- Sürekliliğin sağlanması için yedek klor depolama tankı olmalıdır ve tankın biri bitiğinde yedek otomatik olarak devreye girmelidir.
- Debi değişimi veya klor ihtiyacının sabit olmadığı tesislerde otomatik klorinatör kullanılmalıdır.
- Yüzeysel su arıtma tesislerinde ham su, ara proses kademelerinde ve filtre edilmiş sular klorlanabilir.
- Yeraltı sularında klor yeraltı kuyularına verilmemelidir. Bekletme tankına ve şebekeye dağıtılacak suya verilmelidir.
- En az 30 dakikalık klor temas süresi sonunda ilk abonenin musluğundan su akmalıdır.
- Bağlı klorun kullanıldığı durumlarda, klorun temas süresi en az iki saat olmalıdır.
- Temas süresi ile teorik bekleme süresinin birbirine eşit olabileceği piston akıma yakın koşullarda temas tankı inşaa edilmelidir.
- Temas tanklarında 30 dakikalık temas süresi sonunda kalıntı klor konsantrasyonu 0,1 mg/L’den daha az olmamalıdır (DVGW W 290). Uzak noktalardaki şebekede de kalıntı klor analiz edilebilecek limit aralığında olmalıdır.
- Temas tanklarında 120 dakikalık temas süresi sonunda kalıntı bağlı klor konsantrasyonu 2,0 mg/L’den daha az olmamalıdır. Uzak noktalardaki şebekede de kalıntı klor analiz edilebilecek limit aralığında olmalıdır.
- pH, sıcaklık ve suyun özelliğine bağlı olarak yüksek konsantrasyonlarda kalıntı klor temiz su depolama tanklarında bekleme süresi sonunda olabilir.
- Trihalometan (THM), haloasetik asit (HAA) ve benzeri DYÜ’ler sebebiyle yüksek konsantrasyonda kalıntı klor pek istenmez.
- Taşınabilir klor analizörleri ile 0 ile 1 mg/L arasında 0,1 mg/L ve 1 ila 2 mg/L arasında ise 0,5 mg/L hassasiyetle ölçüm yapılabilmelidir.
- Nüfusu 5000 ve üzeri olan yerleşim birimlerinde klor ihtiyacı kısa süreli periyotlarla değişiyorsa kalıntı klor konsantrasyonu sürekli izlenmelidir. Nüfusu 5000 ve altında ise günlük tekil numune alımları ile ölçümler yapılmalıdır.
- Klor odası tüm ekipmanların yerleştirilebileceği, birkaç aylık klor stokunun yapılabileceği ve klor tanklarının değişimine olanak verecek büyüklükte olmalıdır.
- Klorlama odasının kapısı dışarıya doğru açılmalıdır. Eğer klorlama odası büyük bir binanın parçası ise odanın kapısı doğrudan dışarıya açılmalıdır.
- Klor odasının kapısı dışarıdan içeriye doğru sürekli kilitli ve içerden dışarıya doğru ise sürekli açık olmalıdır. İçeriden dışarıya açılmada DIN EN 1125 normuna uygun (küçük bir basınçla açılmalı) olmalıdır.
- Klor odası ile tesisin diğer kısımları arasındaki açıklıklar duvarlarla kapatılmalıdır.
- Klor odası kapısı kenarlarından hava geçişi engellenmelidir.
- Klor odasına girmeden önce odanın içindeki durumu gözlemleyebilmek için kapıya monte edilmiş bel seviyesinin üzerinde ve en az 0,1 m2 alana sahip bir pencere olmalıdır ve odanın durumu gözlendikten sonra içeriye girilmelidir.
- Klor gazı tehlike ikaz işareti odanın giriş kısıma yerleştirilmelidir.
- Herhangi bir klor sızıntı olmasına karşı sesli ikaz sistemi de olmalıdır.
- Klor odasının zemini düz, su geçirmez ve kaymaz olmalıdır ve odadaki zemin drenajları uygun şekilde kapatılmalıdır.
- Klor gazı soluk yeşil renktedir ve zemine çöker. Bu sebeple, klor odasının zemini klor gazının görünmesini sağlayacak beyaz ve benzeri bir renkte olmalıdır.
- Klor odasındaki havanın acil durumlarda 2 dakikada bir ve normal şartlarda ise 20 dakikada bir değişimini sağlayabilecek bir havalandırma sistemi olmalıdır.
- Klor odası zemininden 15 cm yukarıda olacak şekilde hava tahliye borusu yerleştirilmelidir. Dışarıda ise tahliye borusu kapı, pencere veya varsa diğer odaların seviyesinin üzerinde atmosfere verilmelidir. Böylece çökelen klor gazı atmosfere verilir.
- Klor odasında hava tahliye borusu insanların çoğunlukla bulunabileceği kısımlara da yerleştirilmelidir.
- Havalandırma fanları 90 cm veya 180 cm yukarıda olmalı ve zeminin 15 cm üzerinde borularla hava çekilmelidir. Böylece fanlar klor gazında etkilenmesi minimuma indirgenebilir.
- Hava tahliyesi için fan çalıştığında tavana yakın kısımda bulunan panjurlu kısımdan da temiz hava girişi olmalıdır.
- Hava tahliye fanının çalıştığını gösterir sinyal ışığı klor odasının her bir girişine yerleştirilmelidir.
- Hava tahliye fanı ile odadaki ışıkların açılıp kapatıldığı elektrik anahtarları giriş kapısının dışına monte edilmelidir.
- Dışarıdan kapı açılmasına hassasiyetli elektrik anahtarıyla kapı açıldığında ışıklar ve fan otomatik olarak açılmalıdır.
- Klor odası dışında kilitli depolama alanlarında aşağıdaki koşullar sağlanmalıdır;
- 30 dakika süreyle basınçlandırılmış hava kapasitesine, The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) standartlarına uygun solunum koruyucu ekipmanlar veya arıtma tesisinden sorumlu itfaiye birlikleri tarafından kullanılan ilgili ekipmanlar olmalıdır.
- Klor sızıntısının tespiti için %56’lık amonyum hidroksit çözeltisi veya otomatik klor sızıntı dedektörleri kullanılabilir. Sızma olması halinde sesli ikaz konmalıdır.
- Klor Enstitüsü tarafından gaz tüpleri veya tankları için onaylanmış klor gazı kaçak tamir kitleri olmalıdır.
- Kavuçuk eldivenler, koruyucu elbiseler ve gözlükler gibi diğer koruyucu ekipmanlar olmalıdır.
- Depolanan sodyum hipoklorit konsantrasyonunun %1’den veya hacminin 1892 L’den (500 galondan) büyük olması halinde uluslararası yangın koduna göre önleyici tedbirler alınmalıdır. Yangına karşı klor odası tavanına sabitleştirilmiş püskürtme nozullarından oluşan yağmurlama sistemi yapılmalıdır. 20 dakika süresince 10.4 L/dak.m2 (0,25 gpm/ft2) kapasitede su verileceği dikkate alınarak yağmurlama sistemi tankının hacmi belirlenmelidir (Hoehn ve diğ., 2010).
- Klor odasında klor boruları için iki alternatif önerilmektedir. Bunlar;
- Klora enjekte edilecek su için su borusunun klor odasına giriş ve çıkışı düzenlenebilir. Klora enjekte edilecek suyu sağlayan pompa, pompa odasına 273 veya klor odasına yerleştirilebilir. Vakum enjektörü dahil tüm klor ekipmanları klor odasına yerleştirilmelidir.
- Klora enjekte edilecek su için su borusunun klor odasına giriş ve çıkışı düzenlenebilir. Klora enjekte edilecek suyu sağlayan pompa, pompa odasına 273 veya klor odasına yerleştirilebilir. Vakum enjektörü dahil tüm klor ekipmanları klor odasına yerleştirilmelidir.
- Basınçlı klor enjektör dizaynı kesinlikle önerilmez.
- Klor odasının sıcaklığı 15 0C (60 0F) ile 70 0C (158 0F) aralığında olmalıdır. 70 0C ve daha yüksek sıcaklıklarda tanklara yerleştirilen F kartı eriyerek tankları korumaya alır. Klor tankları doğrudan güneş ışığına maruz bırakılmamalıdır.
- Bireysel emniyet aparat cihazları her bir tank için olmalıdır. Zincirler yeterli emniyet aparatı olarak görülmemelidir.
- Klor kullanımını belirlemek için kullanımda olan klor tankı veya tank grubunda ölçüm cihazı veya ölçek olmalıdır.
- Klor kullanım talimatları ve önlemleri gösteren afiş veya posterler klorlama odasında göze çarpan bir yerde asılmalıdır. Farklı üreticilere ait detaylı klor el kitapçıkları olmalı ve bunlar gerektiğinde referans olarak kullanılmalıdır.
- Klorla ilgili gerekli güvenlik talimatları satıcı tarafından sağlanmalıdır (EN 937:2009). Muhtemel tehlikeli durumlar için acil durum planları yapılmalıdır.
- Acil durumlarda yapılabilecek bazı ilk yardım uygulaması konusunda personel eğitilmelidir (EN 937:2009).
Yorum yap