الكلور المتبقي (بشكل رئيسي حمض هيبوكلوروس HOCl وهيبوكلوريت OCl⁻) له تأثير مؤكسد قوي ومدمر على راتنجات التبادل الأيوني. هذا التدمير عبارة عن عملية تحلل كيميائي تؤدي إلى تقصير عمر الراتنج بشكل كبير وتقليل قدرته على التبادل.
جوهر راتينج التبادل الأيوني هو-العمود الفقري البوليمري المترابط. يهاجم الكلور المتبقي، باعتباره مادة مؤكسدة قوية، بنية حلقة البنزين، مما يؤدي إلى تدمير رائحتها العطرية. والأهم من ذلك، أنه يعمل على أكسدة وتكسير روابط الكربون-الكربون التي تربط سلاسل البوليمر والروابط الجسيرية لعامل الارتباط المتقاطع-، ديفينيل بنزين.
بالنسبة للمجموعات الوظيفية مثل مجموعات حمض السلفونيك، فإن التحلل التأكسدي للعمود الفقري بواسطة الكلور المتبقي يضعف نقاط الارتباط لمجموعات حمض السلفونيك، مما يؤدي في النهاية إلى انفصال مجموعات حمض السلفونيك وفقدان القدرة التبادلية.
تؤدي أكسدة الراتنج بالكلور المتبقي إلى انخفاض دائم في قدرة التبادل. لا يمكن تجديد المجموعات الوظيفية التالفة، مما يؤدي إلى انخفاض قدرة معالجة الراتنج؛ تتطلب دورات التشغيل الأقصر تجديدًا أكثر تكرارًا، وزيادة تكاليف التشغيل (التجديد، واستهلاك المياه، والوقت)؛ وكسر الراتنج، حيث يؤدي التحلل التأكسدي للعمود الفقري إلى انخفاض قوة الراتنج، مما يجعله هشًا وهشًا. يزيد الحطام من انخفاض ضغط النظام، ويسد موزعي المياه، ويلوث النفايات السائلة؛ تذوب المواد العضوية، وترشح منتجات التحلل (مثل الأحماض العضوية والأمينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض) من الراتنج، مما يؤدي إلى تلويث المياه المعالجة.
كيفية إزالة الكلور المتبقي؟
يجب أن تكون طرق إزالة الكلور المتبقي فعالة وموثوقة ومجدية اقتصاديًا. الطرق الرئيسية هي كما يلي:
1. امتصاص الكربون المنشط
يمكن لطبقة الكربون المنشط-المصممة جيدًا (يتراوح وقت ملامسة الطبقة الفارغة EBCT عادةً من 5 إلى 15 دقيقة) أن تقلل من الكلور المتبقي المتدفق من 1-2 ملجم/لتر إلى <0.01 ملجم/لتر.
تتراوح قدرة امتصاص الكربون المنشط للكلور المتبقي عادةً بين 0.1-1.0 جم من الكربون المنشط، اعتمادًا على نوع الكربون وجودة المياه وظروف التشغيل. وهذا يعني أن كيلوغرامًا واحدًا من الكربون المنشط يمكنه معالجة مئات إلى آلاف اللترات من المياه المكلورة (استنادًا إلى تركيز الكلور المتبقي بمقدار 1 ملجم / لتر).
يمتلك الكربون المنشط مساحة سطح محددة كبيرة (عادة 800- 1500 متر مربع/جم) وبنية مسامية دقيقة متطورة، مما يمكنه من إزالة الكلور المتبقي بكفاءة من خلال الامتزاز الفيزيائي والاختزال الكيميائي (تقليل المواقع الموجودة على سطح الكربون المنشط يقلل من HOCl/OCl⁻ إلى Cl⁻).
Advantages: High removal efficiency (typically >99%)، قادر على إزالة المواد العضوية والروائح والألوان والملوثات الأخرى من الماء في وقت واحد. عملية بسيطة وصيانة مريحة نسبيًا (الغسيل العكسي المنتظم، الاستبدال بعد التشبع).
2. جرعة عامل الاختزال الكيميائي:
من الناحية النظرية، تتطلب إزالة 1 مجم/لتر من الكلور المتبقي (Cl₂) حوالي 1.46 مجم/لتر من NaHSO₃ (أو حوالي 1.34 مجم/لتر من SO₂). في التطبيقات العملية، مع الأخذ في الاعتبار التفاعلات غير المكتملة وضمان هامش الأمان، تكون نسبة الجرعة عادةً 1.8:1 إلى 3:1 (mg NaHSO₃ : mgCl₂).
يلزم إجراء مراقبة دقيقة للكلور المتبقي عبر الإنترنت ومضخات قياس للتحكم في الحلقة المغلقة- لضمان عدم تقليل الجرعة (التي تلحق الضرر بالراتنج) أو زيادة الجرعة (التي تهدر الكواشف وقد تقدم أيونات إضافية مثل SO₄²⁻).
المزايا: تفاعل سريع للغاية (ثواني)، تحكم دقيق في الجرعة، مساحة صغيرة، مناسب للتعامل مع معدلات التدفق الكبيرة أو المواقف التي بها تقلبات كبيرة في تركيز الكلور المتبقي.
3. الأشعة فوق البنفسجية (الأقل استخدامًا): يمكن لأطوال موجية محددة من الأشعة فوق البنفسجية (بشكل أساسي 254 نانومتر) أن تحلل الكلور المتبقي ضوئيًا. ومع ذلك، فإن كفاءتها منخفضة نسبيًا (تتطلب جرعات أعلى)، وتكلفتها عالية، ولها متطلبات فيما يتعلق بتعكر الماء ونفاذية الضوء. ولا يتم استخدامه بشكل عام كطريقة رئيسية لحماية الراتنج وإزالة الكلورة، بل للتطهير أو كوسيلة مساعدة.