Chlorine Analyzers, Reagents, Test Kits and Strips

What are free chlorine and total chlorine?

คลอรีน (Chlorine) เป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีเลขอะตอม 17 และมวลโมเลกุล 35.5 เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยพบอยู่ในรูปแบบแร่ของโซเดียมคลอไรด์ (เกลือทั่วไป) และเกลืออื่นๆ คลอรีนที่มนุษย์สร้างขึ้นนั้นผลิตขึ้นในเชิงพาณิชย์ผ่านกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส (electrolysis) ของสารละลายโซเดียมคลอไรด์

คลอรีนอิสระ Free Chlorine
คลอรีนอิสระ เมื่อใช้ในการฆ่าเชื้อ จะเกิดขึ้นเมื่อก๊าซคลอรีนละลายในน้ํา สารเคมีสองชนิด (ทั้งสองชนิดเป็นสารฆ่าเชื้อที่มีฤทธิ์รุนแรง) สามารถเกิดขึ้นได้ขึ้นอยู่กับ pH:

• Hypochlorous acid (HOCl).
• Hypochlorite ion (OCl-).

Chlorination การเติมคลอรีน เป็นกระบวนการบําบัดน้ําและฆ่าเชื้อที่ใช้คลอรีนอิสระ การทําคลอรีนเป็นวิธีการฆ่าเชื้อทั่วไปที่ใช้กับน้ําจากแหล่งที่มีการปนเปื้อนสารอินทรีย์น้อยที่สุดและมีจุลินทรีย์ที่บําบัดยากซึ่งมีความเข้มข้นต่ํา เช่น เชื้อไกอาร์เดีย (giardia) หรือคริปโตสปอริเดียม (cryptosporidium)

นอกจากนี้ยังใช้สําหรับการควบคุมรสชาติและกลิ่น การป้องกันการเจริญเติบโตของสาหร่าย บํารุงรักษากรองให้สะอาด กําจัดเหล็กและแมงกานีส การทําลายไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไซยาได์ และปรับปรุงการจับตัวเป็นก้อน เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ chlorination

คลอรามีน Chloramine (Combined Chlorine) คลอรามีนเกิดขึ้นเมื่อเติมคลอรีนลงในน้ําที่มีแอมโมเนีย ปฏิกิริยาคลอรีนกับแอมโมเนียอาจเป็นที่ต้องการหรือไม่ต้องการก็ได้ โดยขึ้นอยู่กับกลยุทธ์การบําบัดน้ํา และขึ้นอยู่กับจํานวนอะตอมของไฮโดรเจนในโมเลกุล แอมโมเนียที่ถูกแทนที่ด้วยอะตอมของคลอรีน คลอรามีน 3 สายพันธุ์ที่แตกต่างกันสามารถก่อตัวได้:

• Monochloramine
• Dichloramine
• Nitrogen Trichloride

Chloramination คลอรามิเนชัน (Chloramination) เป็นกระบวนการบําบัดน้ําและฆ่าเชื้อที่ใช้โมโนคลอรามีน (monochloramine) เป็นสารฆ่าเชื้อเป้าหมาย คลอรามีนมีปฏิกิริยาต่ํากว่าเมื่อเทียบกับคลอรีนอิสระ และทําปฏิกิริยาได้เข้มข้นน้อยกว่ากับสิ่งเจือปนต่างๆ ในน้ําดิบ โดยเฉพาะสารอินทรีย์ ซึ่งส่งผลให้เกิดการเกิดผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อที่เป็นสารก่อมะเร็ง (DBP) น้อยลง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไตรฮาโลมีเทน (THMs) นี่เป็นหนึ่งในปัจจัยที่สําคัญที่สุดที่มีส่วนทําให้เกิดความต้องการเปลี่ยนคลอรีนอิสระด้วยคลอรามิเนชัน นอกจากนี้ เนื่องจากพลังออกซิไดซ์ที่ลดลง ปริมานการใช้คลอรามีนในการฆ่าเชื้อน้อยลงอย่างมาก ซึ่งช่วยลดการใช้คลอรีนลงเพื่อรักษาปริมาณคลอรีนที่ตกค้างอยู่ในน้ําตามที่ต้องการ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการบําบัด เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ chloramination

คลอรีนทั้งหมด Total Chlorine คลอรีนทั้งหมดคือผลรวมของคลอรีนอิสระและคลอรีนผสมทั้งหมดที่มีอยู่ในตัวอย่าง วิธีการตรวจวัดคลอรีนสามารถกําหนดเฉพาะสําหรับคลอรีนอิสระ (กรดไฮโปคลอรัสและไฮโปคลอไรต์) หรือคลอรีนรวม (คลอรามีนและคลอโรอินทรีย์)

ความต้องการคลอรีนและกลยุทธ์การฆ่าเชื้อ (Chlorine Demand and Disinfection Strategies)

ความต้องการคลอรีนคือปริมาณคลอรีนทั้งหมดที่จําเป็นในการทําปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนทั้งหมดในน้ํา เช่น โลหะ แบคทีเรีย สารอินทรีย์ หรือแอมโมเนีย ก่อนที่จะเกิดคลอรีนตกค้างเสถียร เมื่อมีการเติมคลอรีนอิสระและทําปฏิกิริยากับสารปนเปื้อน คลอรีนจะหมดไป เมื่อความต้องการหมดลง ก็สามารถวัดคลอรีนอิสระที่ตกค้างได้ ดังนั้นความต้องการคลอรีนคือความแตกต่างระหว่างปริมาณคลอรีนที่เติมลงในน้ํากับคลอรีนตกค้างที่วัดได้ที่เหลืออยู่หลังจากเติมตามความต้องการแล้ว

การทําความเข้าใจความต้องการคลอรีนช่วยให้มั่นใจในการฆ่าเชื้อที่มีประสิทธิภาพตลอดกระบวนการบําบัดน้ํา ไม่ว่าจะใช้คลอรีนหรือคลอรามีนก็ตาม ในการใช้งานหลังจากนี้ คลอรีนอิสระและแอมโมเนียที่ตกค้างจะรวมกันเป็นโมโนคลอรามีน เมื่อเติมคลอรีนลงในน้ําที่มีแอมโมเนีย คลอรามีนจะก่อตัวก่อน จากนั้นจึงถึงจุดแตกหักเมื่อเติมคลอรีนเพียงพอเพื่อให้ได้คลอรีนอิสระตกค้าง ซึ่งกําหนดกระบวนการฆ่าเชื้อเป็นคลอรีน

โมโนคลอรามีนเป็นสารฆ่าเชื้อที่ใช้กันทั่วไปเป็นทางเลือกแทนคลอรีนอิสระในการฆ่าเชื้อในน้ําดื่ม โดยส่วนใหญ่เป็นเพราะโมโนคลอรามีนก่อให้เกิด DBP น้อยกว่าคลอรีนอิสระ

คําว่าคลอรามีนที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ํา อธิบายถึงสารประกอบหลักสามชนิดที่สามารถเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาของแอมโมเนียกับคลอรีน ได้แก่ โมโนคลอรามีน ไดคลอรามีน และไตรคลอรามีน ในขณะที่โมโนคลอรามีนเป็นสารฆ่าเชื้อเป้าหมาย สารประกอบที่ไม่ต้องการอื่นๆ จะสามารถพบได้ในน้ําเมื่อการควบคุมคลอรามีนไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม ในระบบน้ําบาดาลที่มีคลอรีนซึ่งมีแอมโมเนียตามธรรมชาติ และในน้ําเสียที่มีคลอรีน สิ่งสําคัญคือต้องทราบว่าคลอรามีนหมายถึงกลุ่มของสารประกอบ ไม่ใช่สารเดี่ยว คําอธิบายทางเทคนิคเพิ่มเติมสําหรับกลุ่มนี้คือ "คลอรามีนอนินทรีย์" เพื่อแยกความแตกต่างจากคลอรามีนอินทรีย์ที่ให้พลังในการฆ่าเชื้อต่ําหรือไม่มีเลย เป็นที่เข้าใจกันโดยทั่วไปว่าคลอรามีนก่อตัวตามลําดับ เช่น โมโนคลอรามีนตัวแรก จากนั้นไดคลอรามีน และสุดท้ายคือไตรคลอรามีนเมื่อเติมคลอรีนลงในน้ําที่มีแอมโมเนียอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้จะกลับกันเมื่อเติมแอมโมเนียลงในน้ําคลอรีน กระบวนการคลอรามิเนชันมีความซับซ้อนมากและต้องมีการตรวจสอบที่เกี่ยวข้องมากขึ้นเพื่อการควบคุมที่มีประสิทธิภาพ

เป้าหมายของการเกิดคลอรามีนคือการสร้างโมโนคลอรามีนโดยสมบูรณ์โดยหลีกเลี่ยงคลอรามีนอื่นๆ อัตราส่วนมวล 5:1 Cl2:N พบว่าเป็นสัดส่วนการป้อนสารเคมีที่เหมาะสมที่สุด โดยหลีกเลี่ยงการก่อตัวของไดคลอรามีน (ปัญหาด้านรสชาติและกลิ่น) ลดแอมโมเนียที่ไม่ทําปฏิกิริยาให้เหลือน้อยที่สุด และควบคุมฟิล์มชีวะและไนตริฟิเคชั่นปลายน้ํา

สารออกซิแดนท์อื่นๆ เช่น โบรมีน ไอโอดีน โอโซน คลอรีนไดออกไซด์ และโลหะบางชนิดหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถทําปฏิกิริยากับ DPD ได้ในสถานการณ์ต่างๆ และทําให้เกิดผลบวกลวง การรบกวนที่พบบ่อยที่สุดคือแมงกานีสที่ถูกออกซิไดซ์ ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการบําบัดตัวอย่างด้วยโพแทสเซียมไอโอไดด์และโซเดียมอาร์เซไนต์ แสงแดดสามารถทําปฏิกิริยากับตัวบ่งชี้ DPD ได้ในช่วงเวลาปฏิกิริยา 3 นาทีสําหรับคลอรีนทั้งหมด (เก็บตัวอย่างไว้ในช่วงเวลาปฏิกิริยา หากทําการทดสอบกลางแจ้ง)

ที่ช่วงคลอรีนต่ํา ออกซิเจนที่ละลายน้ําอาจรบกวนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อถูกแสงแดดโดยตรง หากใช้วิธีการช่วงต่ําพิเศษ (ULR) กับคัลเลอริมิเตอร์หรือสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ ให้ยืนยันว่า Reagent Blank โดยใช้น้ําปราศจากไอออนได้ถูกกําหนดและลบออกจากผลลัพธ์ของการวิเคราะห์ตัวอย่างแล้ว เป็นความคิดที่ดีที่จะใช้เซลล์ตัวอย่างเดียวกันในการทําให้เครื่องมือเป็นศูนย์และอ่านความเข้มข้นของตัวอย่าง วิธีนี้จะหลีกเลี่ยงผลกระทบใดๆ ที่อาจเกิดจากความแตกต่างทางแสงระหว่างศูนย์และเซลล์อ่านเท่านั้น

มีเหตุผลหลายประการในการใช้เคมีอินโดฟีนอลที่ใช้ในวิธีของ Hach 10241 วิเคราะห์คลอรีนอิสระแทนที่เคมี DPD:

• การหาระดับคลอรีนอิสระที่ตกค้างเมื่อมีแมงกานีสและสารออกซิแดนท์อื่นๆ ซึ่งรบกวนการวัดสี DPD และวิธีการไตเตรททั้ง DPD และแอมเพอโรเมตริกสําหรับคลอรีนอิสระ ใช้ในน้ําดื่ม น้ําดื่มคลอรีน น้ําในสระว่ายน้ํา และน้ําทิ้งที่ผ่านการบําบัดแล้ว
• การหาระดับคลอรีนอิสระที่ตกค้างเมื่อมีแมงกานีสและสารออกซิแดนท์อื่นๆ ซึ่งรบกวนการวัดสี DPD และวิธีการไตเตรททั้ง DPD และแอมเพอโรเมตริกสําหรับคลอรีนอิสระ ใช้ในน้ําดื่ม น้ําดื่มคลอรีน น้ําในสระว่ายน้ํา และน้ําทิ้งที่ผ่านการบําบัดแล้ว

วิธีอินโดฟีนอลสําหรับคลอรีนอิสระใช้สารละลายรีเอเจนต์ฟรีคลอร์ F เพื่อแปลงคลอรีนอิสระในตัวอย่างให้เป็นโมโนคลอรามีนอย่างรวดเร็ว จากนั้นโมโนคลอรามีนที่เกิดขึ้นจะถูกกําหนดด้วยรีเอเจนต์โมโนคลอร์ F ซึ่งมีความจําเพาะสําหรับโมโนคลอรามีน แมงกานีส คลอรามีนอื่นๆ และเอมีนอินทรีย์ที่มีคลอรีนไม่ทําปฏิกิริยากับรีเอเจนต์โมโนคลอร์ F ดังนั้นจึงไม่รบกวนการกําหนดคลอรีนอิสระ ตัวอย่างโมโนคลอร์ F เปล่าใช้เพื่อชดเชยโมโนคลอรามีนที่มีอยู่ในตัวอย่างดั้งเดิม

โดยทั่วไปแล้ว คลอรีนทั้งหมดจะถูกวัดในระบบที่ใช้คลอรามิเนชัน เมื่อคลอรีนถูกทําปฏิกิริยากับแอมโมเนียโดยเจตนา คลอรีนทั้งหมดคือผลรวมของคลอรีนอิสระและคลอรามีนอนินทรีย์ หากต้องรายงานระดับคลอรีนไปยังหน่วยงานกํากับดูแล ขอแนะนําให้ยืนยันว่าควรตรวจวัดรูปแบบของคลอรีน (อิสระหรือทั้งหมด) และวิธีการใดที่ใช้ในการวิเคราะห์ัวอย่างดั้งเดิม

โดยทั่วไปคลอรีนอิสระจะถูกตรวจวัดในระบบน้ําดื่มโดยใช้ก๊าซคลอรีนหรือโซเดียมไฮโปคลอไรต์ในการฆ่าเชื้อ เพื่อดูว่าน้ํามีสารฆ่าเชื้อเพียงพอหรือไม่ ระดับคลอรีนอิสระที่ตกค้างในน้ําดื่มโดยทั่วไปคือ 0.2-2.0 มก./ลิตร Cl2 แม้ว่าระดับจะสูงถึง 4.0 มก./ลิตร ณ ทางเข้า (POE) หากต้องรายงานระดับคลอรีนไปยังหน่วยงานกํากับดูแล ขอแนะนําให้ยืนยันว่าควรตรวจวัดรูปแบบของคลอรีน (อิสระหรือทั้งหมด) และวิธีการใดที่ใช้ในการวิเคราะห์