Yüzme Havuzlarındaki Kloraminlerin Kontrolü İçin UV Teknolojisi

Yüzme Havuzlarındaki Kloraminlerin Kontrolü İçin UV Teknolojisi

Klorlamanın Yan Ürünleri

Suyu dezenfekte etmek için etkili yöntemlerden olan klor, sadece olumlu örnekler için kullanılmamıştır. Olumsuz durumlarda daha az kötü olanı seçme isteğimiz, bizi musluktan gelen çamaşır suyu kokusuna, gözlerimizdeki acıya ve havuzda yüzdükten sonra “nefes alma” arzusuna katlanmaya yöneltti. Klorun vücut üzerindeki etkisine ek olarak, klor organik ve inorganik bileşiklerle (ter, tükürük, idrar, kozmetik, cilt kalıntıları) etkileşime girdiğinde suda oluşan dezenfeksiyon yan ürünlerinin (PPD) olumsuz etkisine dikkat etmek gerekir.

Araştırma (Richardson ve diğerleri, 2010) yüzme havuzlarının su ortamında 100’den fazla DYÜ tespit etmiştir. Ayrıca, havuzdaki nitrojen içeren yan ürünlerin miktarı, klorlu içme suyundaki miktarlarını önemli ölçüde aşmaktadır; bu, banyo yapanların idrar ve ter gibi getirdiği büyük miktarda nitrojenli yabancı maddelerle ilişkilidir. Bu aynı zamanda genel olarak havuz suyunun içme suyuna kıyasla daha fazla kanserojen ve genotoksisiteye sahip olmasından kaynaklanmaktadır.

Özel havuzlarda suyu dezenfekte etmek için yakın zamanda ozon, UV radyasyonu veya her ikisinin birleşimine dayalı teknolojiler kullanılsa da, halka açık havuzlarda hâlâ sürekli klor ilavesinden başka bir alternatif yoktur. Düzenleyici belgelerde belirtilen serbest klor düzeyini sabit tutma ihtiyacı (klor dezenfeksiyonu için 0,3-0,5 mg/l ve kombine yöntemler için 0,1-0,3 mg/l), çoğu zaman potansiyel olarak güvenli olmayan klorlu dezenfeksiyon yan ürünlerinin birikmesine yol açar. Üstelik bu liste yalnızca iyi bilinen kloraminleri değil, aynı zamanda daha sinsi trihalometanları (kloroform, bromoform), kloroasetonitrilleri ve diğer halojen türevlerini de içerir. Yapılan araştırmalar (Solterman 2014), serbest klorun ve sudaki konsantrasyonunun birçok DPP’nin oluşumunda belirleyici bir rol oynadığını göstermiştir.

Kloraminler nasıl oluşur?

Suda inorganik kloraminlerin oluşumu, amonyağın (pH <9’da suda amonyum iyonu NH4+ formunda bulunur) suda hipokloröz asit ve hipoklorit formunda sunulan serbest klor ile reaksiyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar. İyonlar (HClO ve ClO) ilk olarak, serbest klor amonyakla reaksiyona girerek monokloramin oluşturur:

NH3 + HOCl _==== NH2Cl + _H20

Ayrıca aşırı miktarda serbest klor ile di- ve trikloraminler oluşur:

NH2Cl + HOCl _==== NHCl2 + _H20

NHCl2 ₊ HOCl ==== _NCl3 + _H20

Organik kloraminler, HClO’nun organik nitrojen içeren bileşiklerle (proteinler, amino asitler) etkileşimi sonucu oluşur:

R-NH2 ₊ HOCl ==== R-NHCl + H20 _, burada R, bir organik radikaldir.

Ortalama olarak her yüzücü havuza 20-30 ml üre getirmektedir. Sporcular için bu rakam önemli ölçüde artıyor. Sonuç olarak bu, yüzücü başına 200-400 mg toplam nitrojen değerine yol açar. Üre, oksidasyon işlemi sırasında kloraminlerin oluşumunun ana bileşenidir.

Son reaksiyon şu şekilde yazılabilir:

CO(NH2 ) ₂ + 6 HOCl ==== _2NCl3 + _CO2 + _5H2O

Trikloramin suda çok az çözündüğü için bu durum su yüzeyinin üzerinde görünmesine ve gözlerde ağrıya ve nefes alma sorunlarına neden olur. Aynı zamanda mono ve dikloramin oldukça stabil dezenfektanlardır ve aktif klorla birlikte yüzücüler arasında patojenlerin bulaşmasını önleyen bir bariyer sağlarlar. Yukarıdakilerin tümü, yalnızca sudaki birleşik ve serbest klorun değil, aynı zamanda amonyak nitrojeninin de kontrol edilmesinin önemini vurgulamaktadır.

Yüksek derecede uçucu trikloramin oluşumu yoluyla sudan amonyak ve kloraminleri (birleşik klor) uzaklaştırmak için tasarlanan darbeli klorlama, hoş olmayan kokulardan ve göz batmasından kurtulmanızı sağlar. Ancak ölçümlerin karmaşıklığı nedeniyle ne kadar klorlu yan ürün üretildiği kontrol edilememektedir. Birçok organik bileşik klorun oksidasyonuna karşı duyarsız olabilir. Ayrıca Cryptosporidium ile mücadelede klor ile dezenfeksiyon etkisizdir. İshal, mide bulantısı ve kusma nöbetlerinin eşlik ettiği kriptosporidoz salgınları maalesef yüzme havuzları ve su parklarını ziyaret edenlere tanıdık geldi.

Bu bağlamda, su kalitesinin iyileştirilmesine yönelik kapsamlı önlemlerin alınması sorunu ortaya çıkmaktadır. Geleneksel su arıtmanın bir parçası olarak UV dezenfeksiyonu bariyeri güçlendirir, bulaşıcı hastalıkların ortaya çıkmasını önleyebilir ve eğlence amaçlı su kütlelerindeki insanların sağlık ve güvenliğini koruyabilir. UV su arıtma teknolojileri, nükleerden ilaca ve gıda üretimine kadar çeşitli endüstrilerde giderek daha fazla kullanılan güçlü araçlardır.

1980’li yıllarından bu yana UV sistemlerinin, içme suyu tedarik sistemlerinin su arıtma süreçlerine ve hem doğal hem de geri dönüştürülmüş su kullanan yüzme havuzları, su parkları ve diğer su tesislerinin işletilmesine aktif olarak dahil edilmesi şaşırtıcı değildir. Hem düşük basınçlı (LP – Düşük Basınç) hem de orta basınçlı (MP – Orta Basınç) cıva lambalarının kullanıldığı UV sistemleri yaygınlaşmıştır. Bu lambalar boyut, verimlilik, hizmet ömrü ve en önemlisi radyasyonun spektral bileşimi bakımından farklılık gösterir.

Aşağıdaki şekil LP ve MP lambaların emisyon spektrumlarını göstermektedir. Monokloraminin absorpsiyon spektrumları ve dezenfeksiyon nesnelerinin (mikrobiyal hücre DNA’sı – DNA) tipik absorpsiyon spektrumu da burada gösterilmektedir. Son yıllarda lamba üreticileri, hem deşarj ortamına ilaveler yaparak hem de deşarj yanma parametrelerinin daha hassas kontrolü yoluyla MP lambaların spektrumunu değiştirmeyi öğrendiler. LP lamba üreticileri de durmadı ve sistemlerinin güç kaynağını genişletti.

Dezenfeksiyonla ilgili görevlere ek olarak, havuz çanağındaki kloramin ve serbest klor içeriğini kontrol etmek için klor dozajlamadan önce su sirkülasyon sistemine cıva UV lambaları (MP ve LP) takılır. Aslında, kloramin konsantrasyonundaki bir azalma iki kanaldan meydana gelir: a) UV radyasyonu ile doğrudan fotolizin bir sonucu olarak yıkım ve b) UV radyasyonunun etkisi altında ortamda üretilen oldukça aktif radikallerin oksidasyonu nedeniyle. Yüksek enerjili UV fotonlarının hipokloröz asit, kloraminler, PPD, organik bileşiklerle etkileşimi sadece bunların yok olmasına değil aynı zamanda oldukça aktif radikallerin (OH, Cl, Cl, ClO, NH, NO, vb.) oluşumuna da yol açar. Bunların çoğu, serbest klorun güçsüz olduğu patojenleri ve bakterileri yok etmeye yetecek oksidatif potansiyele sahiptir.

Şekil 1. MP ve LP lambalarının emisyon spektrumları ve DNA ve monokloraminin absorpsiyon spektrumları.

Şekil, düşük basınçlı lambalara sahip UV sistemlerinin sadece dezenfeksiyon için değil, aynı zamanda monokloraminin foto-ayrışması için de çok uygun olduğunu göstermektedir.

Şekil 2. Mono-, di- ve trikloraminin absorpsiyon spektrumları gösterilmiştir; buradan bir LP lambasının (254 nm) monokromatik radyasyonunun ikincisinin imhası için pek uygun olmadığı açıktır. Di- ve trikloraminleri uzaklaştırmak için orta basınçlı lambaların kullanılması tercih edilir.

Şekil 2. UV bölgesindeki mono-, di- ve trikloraminin absorpsiyon spektrumları

Yukarıda belirtildiği gibi, inorganik kloraminlere ek olarak, havuz ve su parkı devridaim sularında üretilen diğer dezenfeksiyon yan ürünleri de önemli tehlikeler oluşturmaktadır. Çalışma, bir grup Avrupalı ​​bilim insanının, MP lambaları kullanan bir UV sistemiyle arıtıldığında havuz suyundan 12 PPD’nin fotolitik olarak uzaklaştırılmasına ilişkin çalışmalarının sonuçlarını rapor etmektedir. Elde edilen sonuçlar tabloda gösterilmektedir:

Birleşim	Kimyasal formül	EEO kW*saat/ m3
Kombine klor	NH2Cl _ _	1.0
Trihalometanlar
Kloroform	CHCI3 _	on bir
Bromodiklorometan	CHBrCl2 _	3.Oca
Dibromoklorometan	CHBr2Cl _ _	1.Oca
Bromoform	CHBr3 _	0,6
Haloasetonitriller
Dikloroasetonitril	CHCl2CN _ _	9.Oca
Bromokloroasetonitril	CHBrClCN	2.Mar
Dibromoasetonitril	CHBr2CN _ _	1.Oca
Trikloroasetonitril	CCl3CN _ _	1.Oca
Diğer yan ürünler
Triklornitorometan	CCl 3 NO 2	0,4
Dikloropropanon	CHCl 2 COCH 3	12
Trikloropropanon	CCl3 COCH3 _ _	9.Eyl
Kloral hidrat	CCl3CH (OH ) 2	2.Haz

Tablo, hedef bileşiğin konsantrasyonunu büyüklük sırasına göre azaltmak için gereken enerji tüketimi ölçüsünü gösterir (EEO – Sipariş Başına Elektrik Enerjisi). ^{Bu gösterge, Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği tarafından tavsiye edilmektedir ve dezenfeksiyonda geleneksel olarak kullanılan radyasyon dozunun (J/cm2 )} aksine, belirli miktarda kimyasal maddeyi uzaklaştırmak için tasarlanmış bir UV kurulumunun parametrelerini daha yeterli ve net bir şekilde karakterize etmektedir.

Tablo, bağlı klor konsantrasyonunu büyüklük sırasına göre azaltmak için 1 m³ su başına yaklaşık 1 kWh harcamanın gerekli olduğunu göstermektedir. Kloroformu uzaklaştırmak için 11 kW*saat/ m3 harcamanız gerekecektir.

Düşük ve orta basınçlı lambalara sahip ticari olarak temin edilebilen UV ünitelerini kullanarak monokloraminin sudan uzaklaştırılması üzerine bir dizi deney gerçekleştirdik. Çalışma tankının hacmi 90 litre, pompalama hızı ise 4 m3 ^/ saattir. Monokloraminin çalışma çözeltisi, sodyum hipoklorit (130 g/l klor) ve sulu bir amonyak çözeltisinden (analitik derece) hazırlandı. Hassasiyeti arttırmak için 20 mg/l’lik serbest klor konsantrasyonuyla deneyler yapıldı. Şekil 3, 295 nm’de zirveye sahip sodyum hipokloritin absorpsiyon spektrumunu ve 244 nm’de zirveye sahip monokloraminin karşılık gelen spektrumunu göstermektedir. Monokloramin konsantrasyonundaki değişiklik, 244 nm’de absorbans ölçülerek izlendi.

Şekil 3 Sağda serbest klorun (20 mg/l) ve solda monokloraminin absorpsiyon spektrumları

Şekil 4, XENOZONE UV kurulumları kullanılarak monokloraminin giderilmesine yönelik veri işlemenin sonuçlarını göstermektedir. 1 kW gücünde (UV-MP1kW) orta basınçlı lambalı bir kurulum, 1 m3 başına 1,3 kWh’lik bir EEO ile 10 dakikada 2 g monokloramini gidermenize olanak tanır. Bu da verilen sonuçlarla oldukça iyi ilişkilidir. Çalışma ve orta basınçlı lambalarla UV kurulumlarını kullanırken PPD’nin kaldırılmasını tahmin etmenizi sağlar.

UV sistemlerini kullanan su arıtma, yüzme havuzlarındaki kombine klor içeriğini etkili bir şekilde kontrol etmenizi sağlar. Su ve havadaki inorganik kloramin seviyesinin azaltılması, ziyaretçilerin ve personelin konforunu önemli ölçüde artırır, tatlı su yenileme maliyetini azaltır ve daha da önemlisi, UV radyasyonu ve bunun aktifleştirilmiş radikalleri ile ilave dezenfeksiyon, Cryptosporodium ve Giardia ile mücadeleye yardımcı olur. 

İnsan vücudu üzerindeki olumsuz etki derecesinin, yalnızca kloraminlerin ve özellikle trikloraminin sudaki varlığıyla değil genellikle, büyük miktarda PPD’nin sinerjistik etkisiyle belirlendiğini vurgulamak gerekir. Bu nedenle, bu tür bileşikleri uzaklaştırabilmek ve birleşik ve serbest kloru (aynı zamanda amonyak nitrojenini) kabul edilebilir minimum seviyelerde tutmaya çalışmak son derece önemlidir. Orta ve düşük basınçlı lambalarla ürettiğimiz UV sistemleri ve ayrıca ozon ve ultraviyole ışığa dayalı kombine yoğun oksidasyon sistemleri, yüzme havuzlarına kaliteli ve güvenli su sağlama sorunlarını başarıyla çözmemize olanak sağlıyor.

XENOZONE Mühendislik ve Teknik Merkezi “Kapsamlı Araştırma”

Araştırma uzmanı Adamovich Vasily Antonovich

Orijinal kaynağın belirtilmesiyle materyallerin çoğaltılması mümkündür