Klor Dezenfeksiyonunda CT Değeri: Serbest Klor ve pH Etkisi

Klorla dezenfeksiyonun etkinliği CT değeriyle ölçülür: temas süresi sonundaki kalıntı dezenfektan derişimi (C, mg/L) ile suyun temas hacminde geçirdiği etkin süre (t, dakika) çarpılır. Belirli bir mikroorganizmada belirli bir log giderimi için gereken CT değeri; pH, sıcaklık ve dezenfektan türüne göre tablolardan okunur. Aynı klor dozu, pH 7'de yeterli olurken pH 8,5'te yetersiz kalabilir.

Klor Suda Hangi Formlarda Bulunur?

Klor gazı veya sodyum hipoklorit suya verildiğinde hipokloröz asit (HOCl) ve hipoklorit iyonu (OCl⁻) oluşur. Bu iki tür arasında pH'a bağlı bir denge vardır:

HOCl ⇌ H⁺ + OCl⁻    pK_a ≈ 7,5 (25 °C)

HOCl ve OCl⁻ toplamına serbest klor denir. Suda amonyak veya organik azot varsa klor bunlarla reaksiyona girerek kloraminleri (NH₂Cl, NHCl₂, NCl₃) oluşturur; bunlara bağlı klor, serbest ve bağlı klorun toplamına ise toplam klor denir.

Dezenfeksiyon açısından bu ayrım kritiktir. Nötr yüklü HOCl mikroorganizma hücre zarından kolayca geçer ve OCl⁻ iyonuna göre yaklaşık 80–100 kat daha etkili bir dezenfektandır. Kloraminler ise çok daha yavaş etki eder; aynı inaktivasyon için serbest klora göre yüzlerce kat daha yüksek CT değerleri gerekir. Bu nedenle ölçüm yaparken "toplam klor" değil serbest klor esas alınmalıdır.

pH'ın Etkisi: HOCl Oranı

Serbest klor içindeki HOCl oranı şu bağıntıyla hesaplanır:

HOCl oranı = 1 / (1 + 10^{(pH − pK_a)})

pH	HOCl oranı (25 °C)	Dezenfeksiyon etkinliği
6,5	≈ %91	Çok yüksek
7,0	≈ %76	Yüksek
7,5	≈ %50	Orta
8,0	≈ %24	Belirgin şekilde düşük
8,5	≈ %9	Düşük

pH 7,0'dan 8,0'e çıkıldığında aynı serbest klor ölçümünde etkin HOCl miktarı üçte birine iner. Bu yüzden alkali sularda (ör. yumuşatılmış veya yüksek alkaliniteli kuyu sularında) aynı dezenfeksiyon hedefine ulaşmak için ya daha uzun temas süresi ya da daha yüksek kalıntı klor gerekir. Suyun pH'ının önemi için suyun pH değeri kaç olmalı yazımıza bakabilirsiniz.

CT Kavramı ve Etkin Temas Süresi (T₁₀)

ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) Yüzey Suyu Arıtma Kuralı (SWTR) kapsamında geliştirilen yaklaşımda:

CT = C × T₁₀    (mg·dk/L)

C, temas bölümünün çıkışındaki kalıntı serbest klordur. T₁₀ ise suyun %10'unun temas hacmini terk ettiği süredir; yani suyun en hızlı geçen kısmının gördüğü süreyi temsil eder. Tanklar ideal piston akışlı olmadığından T₁₀, hidrolik bekleme süresinden (V/Q) kısadır. EPA kılavuzları bu farkı perdeleme (baffling) faktörü ile tanımlar:

Tank hidroliği	T10 / (V/Q)	Tipik örnek
Perdesiz	0,1	Giriş ve çıkışı yakın, karışık akışlı depo
Zayıf	0,3	Tek giriş-çıkış, dağıtıcısız
Orta	0,5	Giriş dağıtıcılı, bazı iç perdeler
İyi	0,7	Labirent (serpantin) perdeli tank
İdeal (piston akış)	1,0	Uzun temas borusu

Kesin T₁₀ değeri, tanka verilen iz madde (tracer) testiyle belirlenir; tablo değerleri tasarım aşamasında kullanılan yaklaşık değerlerdir.

Hedef CT Değerleri

Gerekli CT; mikroorganizmaya, istenen log giderimine, sıcaklığa ve pH'a bağlıdır. Virüsler serbest klora karşı görece hassastır: EPA tablolarında pH 6–9 aralığında 4-log (%99,99) virüs inaktivasyonu için serbest klorla gereken CT; 5 °C'de 8, 10 °C'de 6, 20 °C'de 3 mg·dk/L'dir. Giardia kistleri çok daha dirençlidir; 3-log inaktivasyon için pH 7 ve 10 °C'de CT değerleri yaklaşık 100 mg·dk/L mertebesindedir ve pH yükseldikçe artar. Cryptosporidium ookistleri ise pratik klor dozlarında etkin biçimde inaktive edilemez; bu patojen için filtrasyon ve UV dezenfeksiyonu gerekir.

Dünya Sağlık Örgütü (WHO), etkin dezenfeksiyon için pH 8'in altında ve en az 30 dakikalık temas sonrasında en az 0,5 mg/L serbest klor kalıntısını referans olarak verir. Sıcaklık düştükçe reaksiyonlar yavaşlar; kış aylarında gereken CT değeri belirgin şekilde yükselir.

Sıcaklığın Etkisi

Dezenfeksiyon, sıcaklığa bağlı bir kimyasal reaksiyon hızıyla ilerler. Genel kural olarak su sıcaklığı yaklaşık 10 °C düştüğünde aynı inaktivasyon için gereken CT değeri kabaca iki katına çıkar. Yukarıda verilen virüs değerleri de bu eğilimi gösterir: 20 °C'de 3 mg·dk/L olan gereksinim, 10 °C'de 6, 5 °C'de 8 mg·dk/L'ye yükselir. Sıcaklık ayrıca HOCl/OCl⁻ dengesini de hafifçe kaydırır; soğuk suda pK_a biraz yükselir. Bu nedenle bir dezenfeksiyon sistemi yaz koşullarına göre değil, yılın en soğuk su sıcaklığına ve en yüksek pH değerine göre tasarlanmalıdır. Mersin gibi ılıman iklimlerde bile kuyu ve depo suyu sıcaklığı kış aylarında belirgin şekilde düşebilir; tasarımda ölçülmüş en düşük sıcaklık esas alınmalıdır. Öte yandan sıcak suda klor daha hızlı tükenir; yaz aylarında depo çıkışındaki kalıntı klor daha sık kontrol edilmelidir.

Çözümlü Örnek: Temas Deposu Yeterli mi?

Veri: Bir tesiste kuyu suyu Q = 10 m³/h debiyle klorlanıp V = 20 m³ hacimli depoya alınıyor. Deponun giriş ve çıkışı aynı taraftan ve içinde perde yok. Depo çıkışında serbest klor 0,5 mg/L, pH 7,2, su sıcaklığı kışın 10 °C. Hedef: 4-log virüs inaktivasyonu.

1) Hidrolik bekleme süresi: V/Q = 20 / 10 = 2 h = 120 dk.

2) Etkin temas süresi: Perdesiz depo, perdeleme faktörü 0,1 → T₁₀ = 0,1 × 120 = 12 dk.

3) Sağlanan CT: 0,5 mg/L × 12 dk = 6 mg·dk/L.

4) Karşılaştırma: 10 °C'de 4-log virüs için gereken CT = 6 mg·dk/L. Sistem sınırda yeterlidir; ancak su 5 °C'ye düştüğünde gereken değer 8 mg·dk/L olur ve sistem yetersiz kalır. Ayrıca depo seviyesi düşük tutulursa V azalır ve CT daha da düşer.

5) İyileştirme seçenekleri:

• Depoya labirent perde yerleştirip perdeleme faktörünü 0,5'e çıkarmak: T₁₀ = 60 dk → CT = 30 mg·dk/L (gereken değerin yaklaşık 4 katı).
• Kalıntı klor hedefini yükseltmek: tat-koku ve dezenfeksiyon yan ürünleri açısından sınırlıdır; hidrolik iyileştirme genellikle daha doğru çözümdür.
• Depo için minimum çalışma seviyesi tanımlamak ve CT hesabını bu seviyedeki hacimle yapmak.

Bu örnek, "depomuz büyük, temas süresi yeterlidir" varsayımının hidrolik gerçeklikle ne kadar farklı olabileceğini gösterir.

Klor İhtiyacı, Kırılma Noktası ve Yan Ürünler

Suya verilen klorun bir kısmı demir, mangan, sülfür, amonyak ve organik maddeyle reaksiyona girerek tüketilir; buna klor ihtiyacı denir. Kalıntı serbest klor ancak bu ihtiyaç karşılandıktan sonra oluşur. Amonyak içeren sularda serbest klor kalıntısı elde etmek için kırılma noktası (breakpoint) klorlamasına ulaşmak gerekir; teorik olarak kütlece Cl₂ : NH₃-N oranı yaklaşık 7,6 : 1'dir, pratikte daha yüksek doz gerekir.

Organik madde içeren sularda yüksek klor dozu trihalometan (THM) gibi dezenfeksiyon yan ürünlerinin oluşumunu artırır. Bu nedenle doğru yaklaşım; organik maddeyi ön arıtmayla azaltmak, dezenfeksiyonu dozla değil hidrolikle güçlendirmek ve kalıntıyı hedef aralıkta tutmaktır.

Ölçüm ve İşletme

• Yöntem: Serbest ve toplam klor DPD yöntemiyle (ISO 7393-2) ayrı ayrı ölçülmelidir. Test çubukları kaba bilgi verir; kayıt tutulacak ölçümlerde fotometre kullanılmalıdır.
• Ölçüm noktası: CT hesabı için ölçüm, temas bölümünün çıkışında yapılır; dozlama noktasının hemen ardından alınan numune yanıltıcıdır.
• pH kaydı: Klor ölçümüyle birlikte pH da kaydedilmelidir; aksi halde CT değerlendirmesi yapılamaz.
• Sürekli izleme: Dozaj pompası, kalıntı klor analizöründen gelen sinyalle oransal kontrol edildiğinde debi değişimlerinde aşırı veya eksik dozlama önlenir.

Hangi parametrelerin nasıl ölçüldüğüne dair genel çerçeve için su değerlerinin ölçümü yazımıza göz atabilirsiniz.

Sık Sorulan Sorular

Suda ne kadar klor olmalı?

Şebeke ve depolarda hedeflenen kalıntı serbest klor, yürürlükteki "İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik" ve uygulama esaslarıyla belirlenir; pratikte dağıtım noktasında 0,2–0,5 mg/L aralığı hedeflenir. Ancak yeterlilik, tek bir derişim değeriyle değil, temas süresi ve pH ile birlikte CT üzerinden değerlendirilmelidir.

Musluk suyunda klor kokusu varsa dezenfeksiyon yeterli midir?

Hayır, koku yeterlilik göstergesi değildir. Kloramin kaynaklı koku, serbest klor olmadığı halde hissedilebilir. Şebeke suyunun durumu için Mersin'de musluk suyu içilir mi yazımıza bakabilirsiniz.

Sodyum hipoklorit ile klor gazı arasında fark var mı?

İkisi de suda aynı serbest klor türlerini oluşturur. Fark, pH üzerindeki etkidedir: klor gazı pH'ı düşürür, sodyum hipoklorit ise hafifçe yükseltir. Hipoklorit çözeltileri depolamada bozunur; stok çözeltinin aktif klor içeriği periyodik olarak kontrol edilmelidir.

Kaynaklar

• U.S. EPA, Guidance Manual for Compliance with the Filtration and Disinfection Requirements for Public Water Systems Using Surface Water Sources (SWTR Guidance Manual), 1991.
• U.S. EPA, Disinfection Profiling and Benchmarking Guidance Manual, 1999.
• WHO, Guidelines for Drinking-water Quality, 4. baskı ve ekleri.
• ISO 7393-2 – Water quality – Determination of free chlorine and total chlorine – Part 2: Colorimetric method using DPD.
• Black & Veatch, White's Handbook of Chlorination and Alternative Disinfectants, 5. baskı, Wiley.
• İnsani Tüketim Amaçlı Sular Hakkında Yönetmelik (T.C. Sağlık Bakanlığı).

HSA Mühendislik, Mersin ve çevresinde otel, site, gıda tesisi ve kuyu suyu kullanan işletmeler için klor dozlama sistemlerini temas süresi ve CT hesabıyla tasarlıyor; oransal dozaj, kalıntı klor analizörü ve depo hidroliği iyileştirmesi uyguluyor. Mevcut dezenfeksiyon sisteminizin yeterliliğini ölçelim: iletişim sayfamızdan yazabilir veya 0506 020 41 74 numarasını arayabilirsiniz.