23 februarie 2023
Măsuri de răspuns la contaminarea microbiană în operarea osmozei inverse
Măsuri de răspuns la contaminarea microbiană în operarea osmozei inverse
01 Sterilizarea cu clor
Eficacitatea clorului depinde de concentrația de clor, timpul de contact și pH-ul apei.
Este adesea folosit pentru sterilizarea apei potabile, iar concentrația generală de clor rezidual este de 0,5 ppm.
În tratarea apei industriale, contaminarea microbiană a schimbătoarelor de căldură și a filtrelor de nisip poate fi prevenită prin menținerea concentrației de clor rezidual în apă peste 0,5-1,0 ppm. Cantitatea de clor dozată depinde de conținutul de materie organică din influent, deoarece materia organică va consuma clor.
Tratarea apelor de suprafață necesită de obicei dezinfectarea cu clor în partea de pretratare cu osmoză inversă pentru a preveni contaminarea microbiană. Metoda este de a adăuga clor la admisia de apă și de a menține un timp de reacție de 20-30 de minute pentru a păstra 0,5-1,0 ppm de clor rezidual în întreaga concentrație a conductei de pretratare.
Cu toate acestea, trebuie declorurat temeinic înainte de a intra în elementul membranar pentru a preveni oxidarea și deteriorarea membranei de clor.
(1) Reacția de clorinare
Dezinfectanții care conțin clor utilizați în mod obișnuit sunt clor gazos, hipoclorit de sodiu sau hipoclorit de calciu. În apă, se hidrolizează rapid în acid hipocloros.Cl2+ H2O → HClO + HCl (1)
NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)
Ca(ClO)2+ 2H2O → 2HClO + Ca(OH)2(3)
Acidul hipocloros din apă descompune ionii de hidrogen și ionii de hipoclorit:
HClO←→ H++ ClO-(4)
Suma Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO și ClO– se numește clor liber (FAC) sau clor rezidual rezidual (FRC) și este exprimată în mg/LCl2.
Clorul reacționează cu amoniacul din apă pentru a forma cloramine, care se numesc clor combinat () sau clor rezidual combinat (CRC), și suma clorului rezidual și clorul combinat se numește clor rezidual total (TRC)
TRC = FAC+= FRC+CRC (5)
Eficiența bactericidă a clorului rezidual este direct proporțională cu concentrația de HClO necompus. Efectul bactericid al acidului hipocloros este de 100 de ori mai mare decât cel al hipocloritului, iar proporția de acid hipocloros nedisociat crește odată cu scăderea valorii pH-ului.
La pH=7,5 (25°C, TDS=40mg/L), doar 50% din clorul rezidual există sub formă de HClO, dar la pH=6,5, 90% este HClO.
Proporția de HClO crește, de asemenea, odată cu scăderea temperaturii. La 5°C, fracția moleculară a HClO este de 62% (pH=7,5, TDS=40mg/L). În apa cu salinitate ridicată, proporția de HClO este foarte mică (când pH=7,5, 25°C, 40000mg/L TDS, raportul este de aproximativ 30%).
(2) Cantitatea de dozare a clorului
O parte din clorul adăugat reacționează cu azotul amoniacal din apă pentru a forma clor combinat conform următorilor pași de reacție:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monocloramină) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (dicloramină) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (tricloramină) + H2O (8)
Reacțiile de mai sus depind în principal de pH-ul și raportul de masă clor/azot. Cloramina are, de asemenea, un efect bactericid, dar este mai mic decât cel al clorului.
Cealaltă parte a clorului gazos este transformată în clor inactiv. Cantitatea de clor necesară pentru această parte depinde de agenți reducători precum nitriți, clorură, sulfură, fier feros și mangan. Reacția de oxidare a materiei organice din apă consumă și clor.
(3) Clorurarea apei de mare
Spre deosebire de situația din apa salmastră, apa de mare conține de obicei aproximativ 65 mg/L de brom. Când apa de mare este tratată chimic cu clor, bromul va reacționa rapid cu acidul hipocloros pentru a produce acid hipobromos
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
În acest fel, atunci când apa de mare este tratată cu clor, efectul bactericid este în principal HBrO în loc de HClO, iar acidul hipobromos va fi descompus în ioni de hipobromită.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
Gradul de descompunere a HBrO este mai mic decât cel al HClO. La pH = 8, doar 28% din HClO nu se va descompune, dar 83% din HBrO nu se va descompune.
Pentru apa de mare în condiții de pH ridicat, efectul bactericid este încă mai bun decât cel din apa salmastră. Ionii de acid hipobrom și hipobromit vor interfera cu determinarea clorului rezidual, care este inclus în valoarea măsurată a clorului rezidual.
02 Tratament de sterilizare cu impact
Tratamentul de șoc implică adăugarea de biocid la osmoza inversă sau nanofiltrarea apei de alimentare pentru o perioadă limitată de timp și în timpul funcționării normale a sistemului de tratare a apei.
Bisulfitul de sodiu este adesea utilizat în acest scop de tratament. În general, se adaugă 500-1000 ppm de NaHSO3 timp de aproximativ 30 de minute.
Tratamentul de șoc poate fi efectuat periodic la intervale regulate, de exemplu, o dată la 24 de ore sau atunci când se suspectează o creștere biologică. Apa produsă în timpul acestui tratament de șoc va conține 1-4% din concentrația adăugată de bisulfit de sodiu.
În funcție de utilizarea apei produsului, se poate decide dacă apa produsului în timpul sterilizării cu șoc trebuie reciclată sau evacuată. Bisulfitul de sodiu este mai eficient împotriva bacteriilor aerobe decât microorganismele anaerobe. Deci Utilizarea sterilizării cu șoc trebuie evaluată cu atenție în prealabil.
03 Dezinfectare periodică
Pe lângă adăugarea continuă de fungicide în apa brută, sistemul poate fi, de asemenea, igienizat în mod regulat pentru a controla contaminarea biologică.
Această metodă de tratament este utilizată pe sistemele cu un risc moderat de biofouling, dar în sistemele cu un risc ridicat de biofouling, dezinfectarea este doar un adjuvant al tratamentului biocid continuu.
Dezinfectarea preventivă este mai eficientă decât dezinfectarea corectivă, deoarece bacteriile izolate sunt mai ușor de ucis și de îndepărtat decât biofilmele groase și îmbătrânite.
Intervalul general de dezinfectare este o dată pe lună, dar sistemele cu cerințe stricte de igienă (cum ar fi apa de proces farmaceutic) și apa brută foarte poluată (cum ar fi apele uzate) pot fi o dată pe zi. Desigur, durata de viață a membranei este afectată de tipul și concentrația substanțelor chimice utilizate. După dezinfectarea intensă poate scurta durata de viață a membranei.
04 Sterilizarea cu ozon
Este mai oxidant decât clorul, dar se descompune rapid, deci trebuie menținut la un anumit nivel pentru a ucide microorganismele. În același timp, trebuie luată în considerare și rezistența la ozon a echipamentului utilizat, iar de obicei ar trebui utilizat oțel inoxidabil.
Pentru a proteja elementele membranei, ozonul trebuie îndepărtat cu atenție, iar iradierea UV poate atinge cu succes acest obiectiv.
05 Iradiere UV
254 nm Lumina UV s-a dovedit a fi bactericida. A fost folosit în plante mici de apă. Nu necesită adăugarea de substanțe chimice în apă. Cerințele de întreținere ale echipamentului sunt scăzute. Este necesară doar curățarea sau înlocuirea periodică a lămpilor cu vapori de mercur.
Cu toate acestea, aplicarea tratamentului cu iradiere UV este foarte limitată și potrivit numai pentru surse de apă mai curate, deoarece coloizii și materia organică vor afecta pătrunderea radiațiilor optice.
06 Bisulfit de sodiu
Când concentrația sa ajunge la 50 mg/L în influentul sistemului de desalinizare a apei de mare, este eficient în controlul poluării biologice. În acest fel, contaminarea coloidală poate fi, de asemenea, redusă.
Un avantaj suplimentar al acidului sulfuros este că nu necesită adăugarea de acid pentru a controla carbonatul de calciu din cauza reacției acide a acidului sulfuros pentru a genera ioni de hidrogen.
HSO3- → H+ + SO42-
01 Sterilizarea cu clor
Eficacitatea clorului depinde de concentrația de clor, timpul de contact și pH-ul apei.
Este adesea folosit pentru sterilizarea apei potabile, iar concentrația generală de clor rezidual este de 0,5 ppm.
În tratarea apei industriale, contaminarea microbiană a schimbătoarelor de căldură și a filtrelor de nisip poate fi prevenită prin menținerea concentrației de clor rezidual în apă peste 0,5-1,0 ppm. Cantitatea de clor dozată depinde de conținutul de materie organică din influent, deoarece materia organică va consuma clor.
Tratarea apelor de suprafață necesită de obicei dezinfectarea cu clor în partea de pretratare cu osmoză inversă pentru a preveni contaminarea microbiană. Metoda este de a adăuga clor la admisia de apă și de a menține un timp de reacție de 20-30 de minute pentru a păstra 0,5-1,0 ppm de clor rezidual în întreaga concentrație a conductei de pretratare.
Cu toate acestea, trebuie declorurat temeinic înainte de a intra în elementul membranar pentru a preveni oxidarea și deteriorarea membranei de clor.
(1) Reacția de clorinare
Dezinfectanții care conțin clor utilizați în mod obișnuit sunt clor gazos, hipoclorit de sodiu sau hipoclorit de calciu. În apă, se hidrolizează rapid în acid hipocloros.
Acidul hipocloros din apă descompune ionii de hidrogen și ionii de hipoclorit:
HClO←→ H++ ClO-(4)
Suma Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO și ClO– se numește clor liber (FAC) sau clor rezidual rezidual (FRC) și este exprimată în mg/LCl2.
Clorul reacționează cu amoniacul din apă pentru a forma cloramine, care se numesc clor combinat () sau clor rezidual combinat (CRC), și suma clorului rezidual și clorul combinat se numește clor rezidual total (TRC)
TRC = FAC+= FRC+CRC (5)
Eficiența bactericidă a clorului rezidual este direct proporțională cu concentrația de HClO necompus. Efectul bactericid al acidului hipocloros este de 100 de ori mai mare decât cel al hipocloritului, iar proporția de acid hipocloros nedisociat crește odată cu scăderea valorii pH-ului.
La pH=7,5 (25°C, TDS=40mg/L), doar 50% din clorul rezidual există sub formă de HClO, dar la pH=6,5, 90% este HClO.
Proporția de HClO crește, de asemenea, odată cu scăderea temperaturii. La 5°C, fracția moleculară a HClO este de 62% (pH=7,5, TDS=40mg/L). În apa cu salinitate ridicată, proporția de HClO este foarte mică (când pH=7,5, 25°C, 40000mg/L TDS, raportul este de aproximativ 30%).
(2) Cantitatea de dozare a clorului
O parte din clorul adăugat reacționează cu azotul amoniacal din apă pentru a forma clor combinat conform următorilor pași de reacție:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monocloramină) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (dicloramină) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (tricloramină) + H2O (8)
Reacțiile de mai sus depind în principal de pH-ul și raportul de masă clor/azot. Cloramina are, de asemenea, un efect bactericid, dar este mai mic decât cel al clorului.
Cealaltă parte a clorului gazos este transformată în clor inactiv. Cantitatea de clor necesară pentru această parte depinde de agenți reducători precum nitriți, clorură, sulfură, fier feros și mangan. Reacția de oxidare a materiei organice din apă consumă și clor.
(3) Clorurarea apei de mare
Spre deosebire de situația din apa salmastră, apa de mare conține de obicei aproximativ 65 mg/L de brom. Când apa de mare este tratată chimic cu clor, bromul va reacționa rapid cu acidul hipocloros pentru a produce acid hipobromos
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
În acest fel, atunci când apa de mare este tratată cu clor, efectul bactericid este în principal HBrO în loc de HClO, iar acidul hipobromos va fi descompus în ioni de hipobromită.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
Gradul de descompunere a HBrO este mai mic decât cel al HClO. La pH = 8, doar 28% din HClO nu se va descompune, dar 83% din HBrO nu se va descompune.
Pentru apa de mare în condiții de pH ridicat, efectul bactericid este încă mai bun decât cel din apa salmastră. Ionii de acid hipobrom și hipobromit vor interfera cu determinarea clorului rezidual, care este inclus în valoarea măsurată a clorului rezidual.
02 Tratament de sterilizare cu impact
Tratamentul de șoc implică adăugarea de biocid la osmoza inversă sau nanofiltrarea apei de alimentare pentru o perioadă limitată de timp și în timpul funcționării normale a sistemului de tratare a apei.
Bisulfitul de sodiu este adesea utilizat în acest scop de tratament. În general, se adaugă 500-1000 ppm de NaHSO3 timp de aproximativ 30 de minute.
Tratamentul de șoc poate fi efectuat periodic la intervale regulate, de exemplu, o dată la 24 de ore sau atunci când se suspectează o creștere biologică. Apa produsă în timpul acestui tratament de șoc va conține 1-4% din concentrația adăugată de bisulfit de sodiu.
În funcție de utilizarea apei produsului, se poate decide dacă apa produsului în timpul sterilizării cu șoc trebuie reciclată sau evacuată. Bisulfitul de sodiu este mai eficient împotriva bacteriilor aerobe decât microorganismele anaerobe. Deci Utilizarea sterilizării cu șoc trebuie evaluată cu atenție în prealabil.
03 Dezinfectare periodică
Pe lângă adăugarea continuă de fungicide în apa brută, sistemul poate fi, de asemenea, igienizat în mod regulat pentru a controla contaminarea biologică.
Această metodă de tratament este utilizată pe sistemele cu un risc moderat de biofouling, dar în sistemele cu un risc ridicat de biofouling, dezinfectarea este doar un adjuvant al tratamentului biocid continuu.
Dezinfectarea preventivă este mai eficientă decât dezinfectarea corectivă, deoarece bacteriile izolate sunt mai ușor de ucis și de îndepărtat decât biofilmele groase și îmbătrânite.
Intervalul general de dezinfectare este o dată pe lună, dar sistemele cu cerințe stricte de igienă (cum ar fi apa de proces farmaceutic) și apa brută foarte poluată (cum ar fi apele uzate) pot fi o dată pe zi. Desigur, durata de viață a membranei este afectată de tipul și concentrația substanțelor chimice utilizate. După dezinfectarea intensă poate scurta durata de viață a membranei.
04 Sterilizarea cu ozon
Este mai oxidant decât clorul, dar se descompune rapid, deci trebuie menținut la un anumit nivel pentru a ucide microorganismele. În același timp, trebuie luată în considerare și rezistența la ozon a echipamentului utilizat, iar de obicei ar trebui utilizat oțel inoxidabil.
Pentru a proteja elementele membranei, ozonul trebuie îndepărtat cu atenție, iar iradierea UV poate atinge cu succes acest obiectiv.
05 Iradiere UV
254 nm Lumina UV s-a dovedit a fi bactericida. A fost folosit în plante mici de apă. Nu necesită adăugarea de substanțe chimice în apă. Cerințele de întreținere ale echipamentului sunt scăzute. Este necesară doar curățarea sau înlocuirea periodică a lămpilor cu vapori de mercur.
Cu toate acestea, aplicarea tratamentului cu iradiere UV este foarte limitată și potrivit numai pentru surse de apă mai curate, deoarece coloizii și materia organică vor afecta pătrunderea radiațiilor optice.
06 Bisulfit de sodiu
Când concentrația sa ajunge la 50 mg/L în influentul sistemului de desalinizare a apei de mare, este eficient în controlul poluării biologice. În acest fel, contaminarea coloidală poate fi, de asemenea, redusă.
Un avantaj suplimentar al acidului sulfuros este că nu necesită adăugarea de acid pentru a controla carbonatul de calciu din cauza reacției acide a acidului sulfuros pentru a genera ioni de hidrogen.
HSO3- → H+ + SO42-