Klor Bileşikleri

Klorlamada kullanılan başlıca klor bileşikleri; gaz klor,sodyum hipoklorit, kalsiyum hipoklorit ve kireç kaymağıdır.

Klor gazı; yeşilimsi sarı ,korozif ve zehirli bir gazdır. Basınçlı tüplerde sıvı olarak saklanır. Klorlama uygulamasında, büyük tesislerde en yaygın şekilde gaz klor kullanılır.

Sodyum hipoklorit; sodyum hidroksit çözeltisinden klor gazı geçirilerek elde edilir. Sodyum hipoklorit çözeltileri dayanıklı değildir ve inhibitörlerle korunur. Çözelti konsantrasyonları %1.5-15 arasında değişir. Sodyum hipoklorit küçük arıtma uygulamalarında kullanılır.

Kalsiyum hipoklorit; aynı zamanda yüksek test hipoklorit (HTH) olarakda adlandırılır. Oldukça kararlıdır. Hazır klor miktarı %70-80 arasında değişir. Sodyum hipoklorit gibi küçük çaplı uygulamalarda kullanılır.

Kireç Kaymağı; kireç içerisinden klor gazı geçirilerek elde edilir. Hazır klor miktarı %35 civarındadır. Kullanımı küçük arıtma tesisleri ve sürekli yapılmayan dezenfeksiyon işlemleridir.

Hazır Klor ve Klor Cinsinden Konsantrasyon
Çeşitli klor bileşiklerindeki klor miktarlarının aynı cinsten ifade edilmesi için hazır klor kavramı tanımlanmıştır. Hazır klor; bir klor bileşiğindeki aktif klor miktarını gösterir. Hazır klor tanımı klorun sonuç olarak klorür iyonuna dönüşeceği esas alınarak yapılır. Buna göre bir bileşikteki klorun, klorür iyonundaki (-1) değerlikten yüksek olan oksidasyon basamaklarındaki formları hazır kloru oluşturur. Klor bileşiklerindeki hazır klor miktarı:

2e- + Cl2(g) ó 2Cl-

reaksiyonundaki elektron değişimi göz önüne alınarak hesaplanabilir.

Herhangi bir klor bileşiğinin hazır klor miktarının hesabı için, klorun klorüre dönüşümü için gerekli elektron sayısı hesaplanır. Bileşiğin formül ağırlığı bu sayıya bölünerek eşdeğer ağırlığı bulunur ve bu eşdeğer ağırlık %100 hazır klora sahip klor gazının eşdeğer ağırlığına oranlanarak bileşikteki % hazır klor miktarı hesaplanır.

Hesaplama;
% Hazır klor = 100*
İki elektron kabul eden Cl2 miktarı
İki elektron kabul eden klor bileşiği miktarı

Olarak ifade edilebilir. Hazır klor miktarı iyodometrik yöntem ile analitik olarak tayin edilebilir.

Klor cinsinden konsantrasyonda klor bileşiklerinin Cl2 cinsinden ifade edilmesi amacıyla kullanılır. Klor cinsinden konsantrasyon, klor bileşiğinin kabul ettiği elektron sayısının klorun kabul ettiği iki elektrona oranı ile bulunan faktörün bileşiğin mmol olarak konsantrasyonu ve klorun molekül ağırlığı ile çarpılarak mg/L Cl2 olarak hesaplanır.

Klor İhtiyacı ve Klor Gereği
Klor ihtiyacı bir suyun, pratik olarak klorla reaksiyon vererek onu indirgeyecek tüm maddelerin bu reaksiyonları tamamlamaları için gerekli klor miktarıdır. Klor ihtiyacı sabit pH, sıcaklık ve temas süresinde harcanan klor olarak ölçülür.

Klor gereği belli bir amaç için suyun harcayacağı klor miktarıdır. Örneğin sadece mangan ve demir oksidasyonu için gereken klor miktarı suyun bu amaç için belirlenen klor gereği olup, bu miktar suyun klor ihtiyacından azdır.

Kırılma Noktası Klorlamasında Değişkenlerin İşlemin Yürütülmesine Etkileri

Kırılma noktası klorlamasında önem taşıyan bazı faktörler temiz sudaki uygulamalar için aşağıda açıklanmıştır.

pH’nın Etkisi
Kırılma noktası civarında pH 7.5’de istenmeyen türler olan NCl3 ve NHCl2 en aza inmektedir. GenelliklepH 6.5-7.5 arası her iki türün konsantrasyonu minimumdur. Ancak pH 7.5’in üzerinde NHCl2 artmaya başlar. pH 7.5’de HOCl konsantrasyonu da en yüksek değerdedir. Bu nedenle dezenfektan etkinin en fazla olduğu pH NHCl2’nin minimum olduğu, NCl3’ün pratik olarak bulunmadığı ve en yüksek HOCl konsantrasyonunun bulunduğu 7.5 değeridir.

Kırılma noktasının altındaki dozlarda, pH 7’nin üstünde NHCl2 hemen hemen yoktur ve tüm klor NH2Cl şeklindedir. PH 7’nin altında NHCl2 oranı pH ile yaklaşık olarak lineer bir artış gösterir. NHCl2’nin oluşum hızı pH’nın düşmesiyle artar ve pH 4’de bir maksimum gösterir.

Klor/Azot Oranı
Kırılma noktasının üstünde klor/azot oranlarında pH 6-9 arasında uzun süre kararlı olan serbest klor elde edilir. Kırılma noktası altındaki klor/azot oranlarında pH 6-9 arasında uzun süre kararlı olan serbest klor elde edilemez ve dezenfeksiyon klor/azot oranı 1’in altında ve pH 7-9 arasında kararlı olan monokloramine dayanır. Eğer klor/azot oranı 1’in altında ve pH>7 ise dikloramin ve trikloramin oluşumu ihmal edilebilecek seviyede olacaktır. Bu sonuç kloraminasyon işleminin esasını oluşturur. Kloraminasyonda klor/azot oranı 0.6 civarında alınır. Dikloramin ve trikloramin suya tat ve koku verdiklerinden oluşmaları istenmez. Ancak monakloramin çok zayıf bir dezenfektan olduğundan suda serbest klor bulunmasını sağlamak üzere günümüzde kırılma noktasının üstündeki dozlar tercih edilmektedir. Her durumda önemli miktarda NCl3 ve NHCl2 oluşturmaksızın Cl2/N<0.6 , uygun pH ve Cl2/N oranı seçimi ile kırılma noktası klorlaması yapılabilir.

Temas Süresi
Kırılma noktası klorlamasının reaksiyonlarının hızı pH’ya bağlıdır. Klor/azot oranı 1.6-2.8 arasında ve 0.9-5 mg/L NH3 konsantrasyonlarında sabit pH’da hızın sabit alınabileceği ortaya konulmuştur. Monokloraminve dikloramin konsantrasyonlarının toplamının toplam artık klorun %1’inden daha az değere düşmesi için gereken süre t, klor doz C olmak üzere;

tC1=sabit

elde edilmiştir. pH 7.4’de sabittir. Değeri 110 dakika-mg/L olarak minimumdur. pH 6’da bu değer 11000 dakika-mg/L ve pH 9’da ise 2000 dakika-mg/L civarındadır.

Klor Giderilmesi
Klor Giderilmesi, klorlama işleminden sonra ortamdaki gazla klorun giderilmesi için uygulanmaktadır. Klor giderme, klorlama uygulamasına bağlı olarak önem kazanır. Bası hallerde, özellikle süper klorlama yapıldığında ve atıksularda kırılma noktası klorlamasından sonra oluşacak kalıntı zehirliliğin azaltılması için klor giderimi yapılması gerekir.

Klor giderilmesinde kullanılan başlıca bileşikler SO2, NaHSO3, Na2SO3’tür. Klor giderilmesinde aktif karbon da kullanılmaktadır. Kimyasal olarak klor giderilmezsi en yaygın olarak kükürt dioksit ile yapılmaktadır. Klor bileşiklerinin Kükürt dioksit ile reaksiyonları aşağıda verilmiştir.
SO2 + H20 => HSO3- + H+
HOCl + HSO3- => Cl- + SO42- + 2H+
SO2 + HOCl + H20 => Cl- + SO42- + 3H+
NH2Cl+ HSO3- + H20 => Cl- + SO42- + NH4+ + H+
SO2 + NH2Cl+ 2H20 => Cl- + SO42- + NH4+ + 2H+

Bu reaksiyonlar çok kısa sürede gerçekleşir. Aktif karbon adsorbsiyonu da serbest ve bağlı klor türlerini etkin şekilde uzaklaştırmasına karşılık yüksek maliyeti nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.