האתגרים שבמדידת כלור

אלדד ברעם

הוספת כלור למי שתייה כמחטא הינו תהליך ותיק שנעשה בו שימוש כבר יותר ממאה שנה.
ארגון הבריאות העולמי (WHO) מעריך, שיותר אנשים ניצלו מתחלואה וממוות הודות לחיטוי מים באמצעות כלור
מאשר אלו שניצלו באמצעות כל האנטיביוטיקה שיוצרה עד היום. גם בתעשייה, נעשה שימוש נרחב בכלור בתהליכים שונים כאשר המשותף כמעט לכולם הוא היותו של הכלור מחמצן אגרסיבי ולא סלקטיבי. עובדה זו הופכת את הכלור לחומר חיוני מחד אך מאידך מצריך עבודה זהירה והבנה מעמיקה. מחקרים שנעשו בשנים האחרונות על-ידי ארגוני בריאות שונים הראו שבהכלרת יתר של מי שתייה נוצרות תרכובת מקבוצת T.H.M שחשודות בגרימת סרטן במערכת העיכול. לכן, המגמה במדינות המפותחות בעולם היא לפקח ולשמור על רמות מינימאליות של כלור במי השתייה.

בתגובה הישירה של כלור עם מים נוצרים שני חומרים מחמצנים: חומצה היפו-כלורית ויון היפו-כלוריט כאשר היון ההיפוכלוריטי הוא האגרסיבי יותר שאחראי לרוב תגובות החמצון. כדי להוסיף כלור למים, ניתן לפעפע ישירות כלור גזי אל המים אך קיימים גם חומרים אחרים יציבים יותר ונוחים יותר לשימוש שמכילים כלור ובתגובתם עם המים משתחררות נגזרות של כלור שמתחילות לפעול כמחמצנות. בשני המקרים, בתגובת החמצון של כלור עם חומרים שונים שמומסים במים, הכלור נצרך והכמות הראשונית שלו הולכת ופוחתת.

כמות הכלור במים מושפעת לא רק מתגובת הכלור עם חומרים שונים במים. קיימים פרמטרים פיזיקליים משפיעים על הכמות של הכלור כגון ערך הגבה (pH), טמפרטורת המים, עוצמת קרינת UV ועוד. בטיפול במאגרי מים ובמיוחד מי-שתייה פתוחים כגון בריכות איגום ומאגרים טבעיים, הפרמטרים הללו מקבלים משמעות גדולה עוד יותר היות והמאגרים הללו חשופים לשינויים בפרמטרים הללו.

במדידת כלור במים קיימים שלושה ערכים מקובלים שנידרש למדוד:

כלור כללי (TC) – כמות הכלור שנותרה לאחר שחלק מכמות הכלור הראשונה שהוספה למים הגיבה עם פתוגנים או חומרים אחרים. כלומר, כמות הכלור הכללי אינה שווה לכמות הכלור התיאורטית שנוספה אלא נמוכה ממנה.
כלור קשור (CC) – כמות הכלור שמתרכבת עם תרכובות חנקן שנמצאות באופן טבעי במים. לאחר שהכלור הופך לכלור קשור אינו פעיל יותר בתהליך החיטוי.
כלור חופשי (FC) – כמות הכלור שנותרה פעילה במים ומעידה על הימצאות של כמות מספקת של כלור וכן יכולה לפצות בצורה חלקית על עלייה בכמות המזהמים או ירידה בכמות הכלור.

בפועל, מתרחשת ירידה תמידית בכמות הכלור ולכן שמירה על כמות כלור אידיאלית אשר מצד אחד תשמור על מאגר המים נקי ממזהמים ומצד שני לא תפגע בבריאות הצרכנים הינה תהליך מורכב. חשוב להבין שתהליך ההכלרה הוא תהליך דינמי ורב שלבי. כמות הכלור הנמדדת עשויה להיות שונה בכל אחד משלבי ההכלרה ועל מנת לקבל תוצאה מהימנה כדאי לדעת באיזה שלב התהליך נמצא ומהן תגובות המשנה הצפויות. בחלק משלבי ההכלרה אין לינאריות בין כמות הכלור המוספת למים ובין הכמות הנמדדת בפועל דבר שעשוי להביא לבלבול אצל מקבלי ההחלטות ולקשיים תפעוליים.

בשוק קיימים עשרות יצרנים ומאות דגמים של מכשירים שנועדו למדידת ריכוז הכלור. ניתן לחלק את המכשור למדידת כלור לשתי קבוצות עיקריות. הראשונה, מכשור המתבסס על מדידה איכותית ולא מדויקת לדוגמא: קיט של נייר ספוג בריאגנט שמשנה את הצבע במגע עם מים מוכלרים. השנייה, מכשור אנליטי מדויק הנותן תוצאה מספרית מוחלטת. המכשור האנליטי מתחלק גם הוא לשתי קבוצות. הראשונה, מכשור נייד שנותן קריאה נקודתית כאשר בתהליך המדידה עצמו נדרש אדם ללכת פיזית אל נקודת המדידה ולבצע אותה בפועל. השנייה, מכשור נייח או בשם הטריוויאלי "אנלייזר כלור" שהוא מכשור המודד אונליין את הכלור ומסוגל לדווח אוטומטית למרכז בקרה ו\או לבצע פעולות כגון סגירת\פתיחת ברזים, שידור אתרעות וכו` וכל זאת ללא התערבות אנושית.

קיימות מספר שיטות למדידת הכלור במכשור האנליטי הנייח כאשר השיטות הנפוצות ביותר הינן:

שיטה קולורימטרית – עיקרה של השיטה הוא מדידה אופטית של בליעת אור בטווח ספציפי המושפעת מיצירה או העלמות של צבען המגיב לכלור (מדידה ישירה) או לחומרים אחרים שמגיבים עם הכלור ורק אחר-כך עם צבען (מדידה עקיפה). על-פי עיקרון שיטה זו ניתן למצוא מכשור הפועל בטכניקות DPD, טיטרצית DPD וטיטרצית יוד.
שיטה אמפרומטרית - בה נמדד ריכוז הכלור על פי שינוי במתח בתא מדידה חשמלי בתגובה לטיטראט או במעבר דרך ממבראנה חצי חדירה. על-פי עיקרון שיטה זו ניתן למצוא מכשור הפועל בטכניקות אלקטרוכימיות ופולארוגרפיות.

בבחירת הציוד האנליטי שאיתו נשתמש למדידת הכלור כדאי לקחת בחשבון את הפרמטרים הבאים:

עקרונות השיטה של המכשור ובדיקת התאמתה הטכנית לדרישה (Feasibility Test). חשוב להבין את עקרונות שיטת המדידה ואת ההיתכנות שלהם בביצוע האפליקציה בפועל.
סטנדרטים הנדרשים על ידי הרגולטור דהיינו המשרד הבריאותוהמשרד להגנת הסביבה. קיימים מספר תקנים וסטנדרטיים ישראליים ועולמיים וחשוב לאפיין את הפעילות בצורה הנכונה ביותר על מנת להיות כפוף לתקן הרלוונטי ולעמוד בדרישותיו.
עמידה בדרישות איכות וסטנדרטים פנים ארגוניים ודרישות תהליכי המשך או דרישות לקוח סופי. בתעשייה, חלק גדול מתהליכי ההכלרה הם שלב בייצור כאשר שלב אחר בתהליך הוא צרכן של החומר שעבר טיפול בכלור. חשוב להבין את הדרישות של התהליך הממשיך ולבדוק האם המכשור אותו בחרנו אכן מסוגל לתת מענה לדרישה זו.
התחשבות בפן האנושי של הצוות המקצועי שנדרש לעבוד עם המכשור על בסיס יומיומי. קלות הפעלה, יכולת טיפול בתקלות והבנה של אופן פעולת המכשיר על ידי המשתמשים בשטח הינה המפתח העיקרי לבחירת ציוד מתאים. מחד, ציוד משוכלל ויקר בידיים הלא נכונות לא יפיק את התוצאה הראויה ומאידך ציוד אלמנטארי שנעשה בו שימוש נכון ויעיל יכול להביא לחיסכון משמעותי בעלויות תפעוליות ובעליה משמעותית באיכות התוצר.

אלדד ברעם

מהנדס ביוטכנולוגיה ובעל תואר שני במנהל-עסקים. מתמחה באיכות סביבה, בקרה תהליכית ומכשור אנליטי. מועסק כמהנדס מכירות ופרויקטים בחברת קונטאל אוטומציה ובקרה.