گندزدایی بخش مهمی از فرایند تصفیه آب آشامیدنی است و در بسیاری از نقاط جهان کلر (به شکل گاز کلر، هیپوکلریت و... ) به عنوان عامل ضدعفونی کننده و گندزدا برای تصفیه آب آشامیدنی به کار گرفته میشود. کلر افزوده شده علاوه بر گندزدایی نمونه، حفظ سلامت آب در فرایند توزیع آب در شبکه را نیز بر عهده دارد. به همین جهت همواره مقداری از کلر به شکل کلر باقی مانده (کلر آزاد) در نمونه وجود خواهد داشت تا در صورت ورود هرگونه آلاینده میکروبی ثانویه به آب، سریعا توسط کلر باقی مانده حذف گردد. بر اساس استانداردهای موجود میزان کلر باقی مانده میبایست بین 0.5 تا 1 ppm باشد. مسئله مهم در به کارگیری کلر، تزریق مقدار کافی و مناسب این ماده به آب آشامیدنی است. تمامی آبهای سطحی حاوی مقادیر متغیر از هیومیک اسیدها میباشند، و از آنجایی که بیشتر فرایندهای تصفیه آب آشامیدنی قادر به حذف کامل ترکیبات آلی نیستند، این مواد در مرحله گندزدایی با کلر وارد واکنش شده و سبب ایـجاد ترکیبات تری هالومتان (THM) میشوند. این ترکیـبات که disinfection by-product (DBP) نیز نامیده میشوند به شدت سرطانزا بوده و از تولید آنها باید اجتناب شود. به همین جهت نصب سیستمهای انلاین برای پایش مداوم غلظت کلر باقی مانده در آب الزامی است. روش آمپرومتری، روش فتومتری و روش پتانسیواستاتیک از روشهای رایج در اندازهگیری کلر باقی مانده به شمار میرود که در این مقاله اندازهگیری پتانسیواستاتیک کلر آزاد در آب آشامیدنی بصورت کامل شرح داده میشود.
فهرست مطلب
کلرزنی
متناسب با غلظت کلر اندازهگیری شده سیستمهای تزریق (dosing pumps)، کلر مورد نیاز را به شکل خودکار به نمونه تزریق میکنند تا علاوه بر تامین سلامت آب آشامیدنی، عوارض جانبی از به کارگیری مقدار اضافی از کلر را به حداقل برسانند. به همین جهت اندازهگیری دقیق و صحیح کلر اهمیت بسزایی دارد. در صورتی که مقدار کلر اندازهگیری شده کمتر از مقدار واقعی باشد، میزان کلر اضافی به نمونه تزریق خواهد شد و برعکس در صورت اندازهگیری بیشتر از مقدار واقعی، تزریق کمتری صورت خواهد گرفت و دراین حالت احتمال افزایش بیماریهای گوارشی ناشی از ارگانیسمها بسیار بالا میرود. باید همواره این موضوع را در نظر گرفت که تمامی روشهای اندازهگیری دارای مزایا و معایب خود میباشند، و هرکدام از این روشها کاربری خاصی دارند. از این رو شناسایی گونههای مزاحم در اندازهگیری نیز اهمیت بالایی دارد. به عنوان مثال، گونههای آهن نامحلول میتواند اندازهگیری را در بسیاری از روشها تحت تاثیر قرار دهد.
اندازهگیری کلر آزاد به روش پتانسیواستات
یکی از روشهای بسیار کارآمد در اندازهگیری کلر آزاد، استفاده از سنسورهایی است که براساس روشهای پتانسیواستات اندازهگیری را انجام میدهند. این سیستمها به شکل دو و یا سه الکترودی ارائه میشوند که سیستمهای سه الکترودی مزایای بسیار بیشتری از سیستمهای دو الکترودی دارند. شکل زیر شماتیکی از سیستمهای سه الکترودی را نمایش میدهد. در این سیستمها برخلاف روشهای پتانسیومتری، پلاریزه شدن الکترود کار الزامی است، ازین رو کوچکتر بودن الکترود کار (به خصوص نسبت به الکترود شمارشگر) در اندازهگیری صحیح تاثیرگذار است و سرعت پلاریزاسیون و در نهایت سرعت اندازهگیری را به شدت کاهش میدهد.
اجزا دستگاه
این دستگاه نخستین بار در دهه 1960 بکارگرفته شد. پتانسیواستات با 3 الکترود کار میکند:
- الکترود کاری که تکهای از ماده مورد بررسی است و به وسیلهٔ سیمی ارتباط الکتریکی برقرار میکند.
- الکترود مرجع که برای سنجش پتانسیل بکار میرود و معمولاً الکترود استاندارد کالومل یا الکترود نقره/کلرور نقره بکار میرود.
- الکترود خنثی معمولاً از پلاتین است و تغییری در محیط مورد آزمایش نمیدهد.
در آزمایشات الکتروشیمیایی، الکترودها قطعاتی از تجهیزات هستند که در تماس فوری با آنالیت قرار می گیرند. به همین دلیل الکترودها برای تعیین نتیجه آزمایشی بسیار مهم هستند. سطح الکترود ممکن است واکنش های شیمیایی را کاتالیز کند یا نکند. اندازه الکترودها بر میزان جریان عبوری تأثیر میگذارد که میتواند سیگنال به نویز را تحت تأثیر قرار دهد.
اساس اندازهگیری در سنسورهای S200 Free Chlorine
در این سنسورها، ابتدا پلاریزاسیون در سطح الکترود کار آغاز میشود، پس از اینکه پلاریزاسیون کامل شد سنسور آماده اندازهگیری خواهد بود، در اثر تماس کلر با الکترود کار، جریانی تولید میشود. که مقدار آن متناسب با غلظت کلر در نمونه است. در کنار اندازهگیری کلر، اندازهگیری pH نیز انجام میشود تا تصحیح اثر تغییرات pH بر اندازهگیری انجام گردد. در این سنسورها جهت افزایش طول عمر سنسور کلر، الکترود مرجع سنسور pH برای کلرسنجی نیز مورد استفاده قرار میگیرد. در این سیستمها علاوه بر حذف هزینههای مربوط به غشاء و الکترولیت، به دلیل حضور سیستم شستشوی خودکار و همچنین عدم تماس مستقیم الکترود شمارشگر با نمونه، طول عمر سنسور کلر بسیار بالاتر بوده و هزینههای سرویس و نگهداری سیستم بسیار کمتر میشود. در نسل قدیم سنسورهای پتانسیواستاتیک از سیستمی با دو حلقه طلا به عنوان الکترود کار و کمکی تشکیل شده بود. این طراحی منجر به انتشار غیرخطی و پاسخ غیرخطی در غلظتهای بالا کلرین میشود.
مزایای انحصاری این سیستم
- تحمل فشاری تا 10 بار
- دارای سیستم شستشو خودکار
- طول عمر بسیار بالای الکترود کار و شمارشگر
- امکان گزارش میزان کلر آزاد و کلر فعال (pH5).
- اندازهگیری کلر در کنار اندازهگیری و تصحیح اثر pH
- عدم تماس مستقیم الکترود شمارشگر با نمونه (عدم تخریب الکترود شمارشگر)
- سیستم سه الکترودی با الکترود کار و شمارشگر از جنس طلا و الکترود مرجع شیشهای
- امکان ارائه به شکل سیستم closed-loop برای بازگرداندن آب به خط بدون نیاز به اقدامات خاص
- ابعاد الکترود شمارشگر بسیار بزرگتر از الکترود کار است که منجر به اندازهگیری بسیار دقیق و صحیح میشود.
در این سیستم سنسور pH توسط دو محلول pH= 4, 7 کالیبره میشود و پاسخ سنسور نسبت به کلر تنها توسط تک نقطه با روش دیگری همچون DPD کالیبره میگردد.
نتیجهگیری
به واسطه تکنولوژی مورد استفاده و ویژگیهای انحصاری این سیستم، امکان اندازهگیری کلر در انواع نمونه، مانند آب آشامیدنی، فاضلاب و آب دریا فراهم است. لازم به ذکر است، حضور برخی گونهها در اندازهگیری مزاحمت ایجاد میکند این موارد شامل: اکسید آهن، فسفات و آمونیاک در مقادیر بالا است.