Klorla Su Dezenfeksiyonunun Mekanizması

Klorla Su Dezenfeksiyonunun Mekanizması

Suya klor katılması sonucu meydana gelen reaksiyonlar, bunların mekanizması, görünüşte çok basit görülür. Gerçekte durum böyle değildir. Öncelikle, klor katılan su, sadece saf H₂O değildir, içinde hayvansal, bitkisel ve sentetik yapılı çeşitli organik maddeleri değişik miktarlarda bulunduran, çeşitli elementler ve bunların bileşiklerinin son derece karışık solüsyonlarını kapsayan bir sıvıdır. İkincisi de meydana gelen reaksiyonda, klor su ile basit bir katılma bileşiği vermez. İçinde artık madde bulunduran suların klorlanması ise, çok daha karışık durumlar meydana getirir.

Klor suda orta derecede çözünen ve kontrollü bir şekilde kolayca uygulanabilen bir maddedir. Klor gazı (Cl₂) veya hipoklorit tuzu (OCl-) oda sıcaklığında suda çözünür. Klor iyonu suda çözündüğünde ve reaksiyon en basit şekliyle ele alındığında hipoklorik asit ve hidroklorik asitin bir karışımı meydana gelir:

Cl₂ + H₂O <–> 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 (Cl₂) 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 (8). 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 daha yüksektir (11, 7).  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 (14).

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 (10). Bakterilerle karşılaştırıldığında sporlu bakterilerin, virüslerin, protozoonların ve ilkel organizmaların sudan giderilmesi için; suyun, daha yüksek klor dozu ile daha uzun süre temas ettirilmesi gerekmektedir (10).

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 (8).

ABD’nin Milwaukee şehrinde, 1993 yılında meydana gelen ve yaklaşık 400 bin kişiyi etkileyen Cryptosporidium salgınından sonra, klorun, suda bulunabilecek bir çok mikroorganizmaya karşı etkili olmasına rağmen, Cryptosporidium üzerine etkinliğinin olmadığı düşünülüyordu; ancak yakın zamanda yapılan çalışmalar serbest klor uygulanmasını takiben ortama monokloramin ilave edilmesinin Cryptosporidium ookistleri üzerinde son derece etkili olduğunu ortaya koymuştur (15). Cryptosporidium için diğer dezenfeksiyon yöntemleri de incelenmiştir. Hipokloroz asitin Criptosporidium için hipoklorik asitten daha etkili olduğu, düşük su sıcaklığında ve yüksek pH seviyelerinde klordan sonra klor dioksit uygulamanın özellikle C. Parvum inaktivasyonunda son derece etkili olduğu gösterilmiştir (16). Ultraviyole ile dezenfeksiyon çalışmalarında Cryptosporidium ve Giardia’nın etkisiz hale getirilebildiği ve deneysel çalışmalarda laboratuvar farelerinde enfeksiyon meydana gelmediği gözlenmiştir (17). Primer dezenfektan olarak ozon kullanıldığında Cryptosporidium ookistlerinin etkili bir şekilde inaktive edildiği (%99.9) ancak sekonder dezenfektan olarak klor veya kloraminlerin kullanılması gerektiği tespit edilmiştir (18, 19, 20).

Kaynak: Klorlama – Su Arıtma Cihazı Tavsiyesi (galiparduc.com)