Responsmaatregelen voor microbiële besmetting bij omgekeerde osmose-operatie
Responsmaatregelen voor microbiële besmetting bij omgekeerde osmose-operatie
01 Sterilisatie met chloor
De effectiviteit van chloor hangt af van de concentratie chloor, de contacttijd en de pH van het water.
Het wordt vaak gebruikt om drinkwater te steriliseren en de algemene resterende chloorconcentratie is 0,5 ppm.
Bij industriële waterzuivering kan microbiële verontreiniging op warmtewisselaars en zandfilters worden voorkomen door de resterende chloorconcentratie in water boven de 0,5-1,0 ppm te houden. De hoeveelheid chloordosering is afhankelijk van het gehalte aan organische stof in het influent, omdat organische stof chloor zal verbruiken.
Oppervlaktewaterbehandeling vereist meestal chloordesinfectie in het voorbehandelingsgedeelte met omgekeerde osmose om microbiële besmetting te voorkomen. De methode is om chloor toe te voegen aan de waterinlaat en een reactietijd van 20-30 minuten aan te houden om 0,5-1,0ppm restchloor in de gehele concentratie van de voorbehandelingsleiding te houden. Het moet echter grondig worden gedechloreerd voordat het het membraanelement binnendringt om te voorkomen dat het membraan wordt geoxideerd en beschadigd door chloor. (1) Chloreringsreactie
Veelgebruikte chloorhoudende ontsmettingsmiddelen zijn chloorgas, natriumhypochloriet of calciumhypochloriet. In water hydrolyseren ze snel tot hypochloorzuur.Cl2 + H2O → HClO + HCl (1)NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)Ca(ClO)2 + 2H2O → 2HClO + Ca(OH)2 (3)
Hypochloorzuur in water ontleedt waterstofionen en hypochlorietionen:
HClO←→ H+ + ClO- (4)
De som van Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO en ClO– wordt vrij chloor (FAC) of resterend chloor (FRC) genoemd en wordt uitgedrukt in mg/LCl2.
Chloor reageert met ammoniak in water om chlooramines te vormen, die gecombineerd chloor (CAC) of gecombineerd restchloor (CRC) worden genoemd, en de som van restchloor en gecombineerd chloor wordt totaal restchloor (TRC) genoemd
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)De bacteriedodende efficiëntie van restchloor is recht evenredig met de concentratie van niet-afgebroken HClO. Het bacteriedodende effect van hypochloorzuur is 100 keer hoger dan dat van hypochloriet, en het aandeel niet-gedissocieerd hypochloorzuur neemt toe met de daling van de pH-waarde.
Bij pH=7,5 (25°C, TDS=40mg/L) bestaat slechts 50% van het resterende chloor als HClO, maar bij pH=6,5 is 90% HClO.Het aandeel HClO neemt ook toe met de daling van de temperatuur. Bij 5°C is de moleculaire fractie van HClO 62% (pH=7,5, TDS=40mg/L). In water met een hoog zoutgehalte is het aandeel HClO erg klein (wanneer pH=7,5, 25°C, 40000mg/L TDS, is de verhouding ongeveer 30%).
(2) Doseren van de hoeveelheid chloor
Een deel van het toegevoegde chloor reageert met ammoniakstikstof in het water tot gecombineerd chloor volgens de volgende reactiestappen:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monochlooramine) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (dichlooramine) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (Trichlooramine) + H2O (8)
Bovenstaande reacties zijn vooral afhankelijk van de pH en de massaverhouding chloor/stikstof. Chlooramine heeft ook een bacteriedodende werking, maar is lager dan die van chloor.
Het andere deel van het chloorgas wordt omgezet in inactief chloor. De hoeveelheid chloor die voor dit onderdeel nodig is, is afhankelijk van reductiemiddelen zoals nitriet, chloride, sulfide, ijzerhoudend ijzer en mangaan. De oxidatiereactie van organisch materiaal in water verbruikt ook chloor. (3) Chlorering van zeewater
Anders dan in brak water, bevat zeewater meestal ongeveer 65 mg/L broom. Wanneer zeewater chemisch wordt behandeld met chloor, zal broom snel reageren met hypochloorzuur om onderbromig zuur te produceren
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
Op deze manier, wanneer het zeewater wordt behandeld met chloor, is het bacteriedodende effect voornamelijk HBrO in plaats van HClO, en wordt het onderbromige zuur afgebroken tot hypobromietionen.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
De mate van afbraak van HBrO is lager dan die van HClO. Bij pH=8 zal slechts 28% van HClO niet ontleden, maar 83% van HBrO zal niet ontleden.
Voor zeewater onder hoge pH-omstandigheden is de bacteriedodende werking nog altijd beter dan die in brak water. Onderbromig zuur en hypobromietionen verstoren de bepaling van restchloor, dat is opgenomen in de gemeten waarde van restchloor.
02 Impact sterilisatie behandeling
Schokbehandeling omvat de toevoeging van biocide aan omgekeerde osmose of nanofiltratie voedingswater gedurende een beperkte periode en tijdens de normale werking van het waterbehandelingssysteem. Natriumbisulfiet wordt vaak gebruikt voor dit behandelingsdoel. Over het algemeen wordt 500-1000ppm NaHSO3 toegevoegd gedurende ongeveer 30 minuten.
Shockbehandeling kan periodiek met regelmatige tussenpozen worden uitgevoerd, bijvoorbeeld eens per 24 uur, of wanneer biologische groei wordt vermoed. Het productwater dat tijdens deze schokbehandeling wordt geproduceerd, bevat 1-4% van de toegevoegde natriumbisulfietconcentratie.
Afhankelijk van het gebruik van het productwater kan worden besloten of het productwater tijdens schoksterilisatie moet worden gerecycled of geloosd. Natriumbisulfiet is effectiever tegen aërobe bacteriën dan anaërobe micro-organismen. Daarom moet het gebruik van shocksterilisatie vooraf zorgvuldig worden geëvalueerd. 03 Periodieke desinfectie
Naast het continu toevoegen van fungiciden aan het ongezuiverde water, kan het systeem ook regelmatig worden ontsmet om biologische besmetting onder controle te houden. Deze behandelingsmethode wordt gebruikt bij systemen met een matig biofouling-gevaar, maar bij systemen met een hoog biofouling-risico is desinfectie slechts een aanvulling op continue biocidebehandeling.
Preventieve desinfectie is effectiever dan corrigerende desinfectie omdat geïsoleerde bacteriën gemakkelijker te doden en te verwijderen zijn dan dikke, verouderde biofilms.
Het algemene desinfectie-interval is één keer per maand, maar systemen met strenge hygiëne-eisen (zoals farmaceutisch proceswater) en sterk vervuild ruw water (zoals afvalwater) kunnen één keer per dag zijn. Natuurlijk wordt de levensduur van het membraan beïnvloed door het type en de concentratie van de gebruikte chemicaliën. Na intensieve desinfectie kan de levensduur van het membraan worden verkort.04 Ozonsterilisatie
Het is meer oxiderend dan chloor, maar het ontleedt snel, dus het moet op een bepaald niveau worden gehouden om micro-organismen te doden. Tegelijkertijd moet ook rekening worden gehouden met de ozonbestendigheid van de gebruikte apparatuur en moet meestal roestvrij staal worden gebruikt.
Om de membraanelementen te beschermen, moet ozon zorgvuldig worden verwijderd en UV-straling kan dit doel met succes bereiken.05 UV-straling254nm UV-licht is bewezen bacteriedodend te zijn. Het is gebruikt in kleine waterplanten. Er hoeven geen chemicaliën aan het water te worden toegevoegd. De onderhoudsvereisten van de apparatuur zijn laag. Alleen periodieke reiniging of vervanging van kwikdamplampen is vereist.
De toepassing van UV-bestralingsbehandeling is echter zeer beperkt en alleen geschikt voor schonere waterbronnen, omdat colloïden en organisch materiaal de penetratie van optische straling beïnvloeden.06 NatriumbisulfietWanneer de concentratie 50 mg/L bereikt in het influent van het zeewaterontziltingssysteem, is het effectief in het beheersen van biologische vervuiling. Op deze manier kan ook colloïdbesmetting worden verminderd.
Een bijkomend voordeel van zwavelzuur is dat er geen zuur hoeft te worden toegevoegd om calciumcarbonaat onder controle te houden vanwege de zure reactie van zwavelzuur om waterstofionen te genereren.
HSO3- → H+ + SO42-
