23 helmikuu 2023
Mikrobikontaminaation vastetoimenpiteet käänteisosmoositoiminnassa
Mikrobikontaminaation vastetoimenpiteet käänteisosmoositoiminnassa
01 Kloorin sterilointi
Kloorin tehokkuus riippuu klooripitoisuudesta, kosketusajasta ja veden pH: sta.
Sitä käytetään usein juomaveden sterilointiin, ja yleinen jäännösklooripitoisuus on 0,5 ppm.
Teollisessa vedenkäsittelyssä lämmönvaihtimien ja hiekkasuodattimien mikrobikontaminaatio voidaan estää pitämällä veden jäännösklooripitoisuus yli 0,5-1,0 ppm. Kloorin annostelun määrä riippuu virtauksen orgaanisen aineksen pitoisuudesta, koska orgaaninen aines kuluttaa klooria.
Pintaveden käsittely vaatii yleensä klooridesinfiointia käänteisosmoosin esikäsittelyosassa mikrobikontaminaation estämiseksi. Menetelmänä on lisätä klooria vedenottoon ja ylläpitää reaktioaikaa 20-30 minuuttia 0.5-1.0 ppm:n jäännöskloorin pitämiseksi koko esikäsittelyputkiston pitoisuudessa.
Se on kuitenkin poistettava perusteellisesti ennen kalvoelementtiin pääsyä, jotta kloori ei hapeta kalvoa ja vaurioidu.
(1) Kloorausreaktio
Yleisesti käytettyjä klooria sisältäviä desinfiointiaineita ovat kloorikaasu, natriumhypokloriitti tai kalsiumhypokloriitti. Vedessä ne hydrolysoituvat nopeasti hypokloorihapoksi.Cl2+ H2O → HClO + HCl (1)
NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)
Ca(ClO)2+ 2H2O → 2HClO + Ca(OH)2(3)
Vedessä oleva hypokloorihappo hajottaa vetyioneja ja hypokloriitti-ioneja:
HClO←→ H++ ClO-(4)
Cl2:n, NaClO:n, Ca(ClO)2:n, HClO:n ja ClO:n summaa kutsutaan vapaaksi klooriksi (FAC) tai jäännösklooriksi (FRC), ja se ilmaistaan mg/LCl2:nä.
Kloori reagoi vedessä olevan ammoniakin kanssa muodostaen kloramiineja, joita kutsutaan yhdistetyksi klooriksi (CAC) tai yhdistetyksi jäännösklooriksi (CRC), ja jäännöskloorin ja Yhdistettyä klooria kutsutaan kokonaisjäännösklooriksi (TRC)
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)
Jäännöskloorin bakteereja tappava tehokkuus on suoraan verrannollinen hajoamattoman HClO:n pitoisuuteen. Hypokloorihapon bakteereja tappava vaikutus on 100 kertaa suurempi kuin hypokloriitin, ja dissosioitumattoman hypokloorihapon osuus kasvaa pH-arvon laskiessa.
Kun pH = 7.5 (25 °C, TDS = 40 mg/L) vain 50 % jäännöskloorista on HClO:ta, mutta pH = 6.5 90 % on HClO:ta.
HClO:n osuus kasvaa myös lämpötilan laskiessa. 5 °C:ssa HClO:n molekyylifraktio on 62 % (pH = 7,5, TDS = 40 mg/L). Runsaasti suolaa sisältävässä vedessä HClO:n osuus on hyvin pieni (kun pH = 7,5, 25 °C, 40000 mg/l TDS, suhde on noin 30 %).
(2) Kloorin annostusmäärä
Osa lisätystä kloorista reagoi vedessä olevan ammoniakkitypen kanssa muodostaen yhdistettyä klooria seuraavien reaktiovaiheiden mukaisesti:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monoklooramiini) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (diklooramiini) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (trikloramiini) + H2O (8)
Edellä mainitut reaktiot riippuvat pääasiassa pH:sta ja kloorin ja typen massasuhteesta. Kloramiinilla on myös bakteereja tappava vaikutus, mutta se on pienempi kuin kloorilla.
Kloorikaasun toinen osa muuttuu inaktiiviseksi klooriksi. Tähän osaan tarvittava kloorin määrä riippuu pelkistysaineista, kuten nitriitistä, kloridista, sulfidista, rautaraudasta ja mangaanista. Orgaanisen aineen hapetusreaktio vedessä kuluttaa myös klooria.
(3) Meriveden klooraus
Toisin kuin murtovedessä, merivesi sisältää yleensä noin 65 mg/l bromia. Kun merivettä käsitellään kemiallisesti kloorilla, bromi reagoi nopeasti hypokloorihapon kanssa muodostaen hypobromihappoa
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
Tällä tavalla, kun merivettä käsitellään kloorilla, bakteereja tappava vaikutus on pääasiassa HBrO HClO:n sijaan, ja hypobromihappo hajoaa hypobromiitti-ioneiksi.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
HBrO:n hajoamisaste on pienempi kuin HClO:n. Kun pH = 8, vain 28 % HClO:sta ei hajoa, mutta 83 % HBrO:sta ei hajoa.
Korkeassa pH:ssa vallitsevassa merivedessä bakteereja tappava vaikutus on silti parempi kuin murtovedessä. Hypobromihappo- ja hypobromiitti-ionit häiritsevät jäännöskloorin määrittämistä, joka sisältyy jäännöskloorin mitattuun arvoon.
02 Iskusterilointihoito
Shokkikäsittelyssä biosidia lisätään käänteisosmoosiin tai nanosuodatuksen syöttöveteen rajoitetuksi ajaksi ja vedenkäsittelyjärjestelmän normaalin toiminnan aikana.
Natriumbisulfiittia käytetään usein tähän hoitotarkoitukseen. Yleensä 500-1000 ppm NaHSO3:a lisätään noin 30 minuutin ajan.
Shokkihoito voidaan suorittaa säännöllisesti säännöllisin väliajoin, esimerkiksi kerran 24 tunnissa, tai kun epäillään biologista kasvua. Tämän shokkikäsittelyn aikana tuotettu tuotevesi sisältää 1-4 % lisätystä natriumbisulfiittipitoisuudesta.
Tuotteen veden käytöstä riippuen voidaan päättää, pitäisikö shokkisteriloinnin aikana tuotevesi kierrättää vai tyhjentää. Natriumbisulfiitti on tehokkaampi aerobisia bakteereja vastaan kuin anaerobisia mikro-organismeja. Siksi Shokkisteriloinnin käyttö on arvioitava huolellisesti etukäteen.
03 Säännöllinen desinfiointi
Sen lisäksi, että sienitautien torjunta-aineita lisätään jatkuvasti raakaveteen, järjestelmää voidaan myös desinfioida säännöllisesti biologisen saastumisen hallitsemiseksi.
Tätä käsittelymenetelmää käytetään järjestelmissä, joissa biolikaantumisvaara on kohtalainen, mutta järjestelmissä, joissa biolikaantumisvaara on suuri, desinfiointi on vain jatkuvan biosidikäsittelyn lisä.
Ennaltaehkäisevä desinfiointi on tehokkaampaa kuin korjaava desinfiointi, koska eristetyt bakteerit on helpompi tappaa ja poistaa kuin paksut, vanhentuneet biofilmit.
Yleinen desinfiointiväli on kerran kuukaudessa, mutta järjestelmät, joissa on tiukat hygieniavaatimukset (kuten farmaseuttinen prosessivesi) ja erittäin saastunut raakavesi (kuten jätevesi), voivat olla kerran päivässä. Kalvon käyttöikään vaikuttavat tietysti käytettyjen kemikaalien tyyppi ja pitoisuus. Intensiivisen desinfioinnin jälkeen voi lyhentää kalvon käyttöikää.
04 Otsonin sterilointi
Se on hapettavampaa kuin kloori, mutta se hajoaa nopeasti, joten se on pidettävä tietyllä tasolla mikro-organismien tappamiseksi. Samalla on otettava huomioon myös käytettävien laitteiden otsoninkestävyys ja yleensä ruostumatonta terästä.
Kalvoelementtien suojaamiseksi otsoni on poistettava huolellisesti, ja UV-säteily voi saavuttaa tämän tavoitteen onnistuneesti.
05 UV-säteily
254 nm UV-valo on todistetusti bakteereja tappava. Sitä on käytetty pienissä vesilaitoksissa. Se ei vaadi kemikaalien lisäämistä veteen. Laitteiden huoltotarve on alhainen. Vain elohopeahöyrylamppujen säännöllinen puhdistus tai vaihto vaaditaan.
UV-säteilyhoidon käyttö on kuitenkin hyvin rajallista ja Soveltuu vain puhtaampiin vesilähteisiin, koska kolloidit ja orgaaninen aine vaikuttavat optisen säteilyn tunkeutumiseen.
06 Natriumbisulfiitti
Kun sen pitoisuus saavuttaa 50 mg/l meriveden suolanpoistojärjestelmän virtaavassa aineessa, se on tehokas biologisen saastumisen hallinnassa. Tällä tavalla voidaan myös vähentää kolloidikontaminaatiota.
Rikkihapon lisäetuna on, että se ei vaadi hapon lisäämistä kalsiumkarbonaatin säätelyyn rikkihapon happaman reaktion vuoksi vetyionien muodostamiseksi.
HSO3- → H+ + SO42-
01 Kloorin sterilointi
Kloorin tehokkuus riippuu klooripitoisuudesta, kosketusajasta ja veden pH: sta.
Sitä käytetään usein juomaveden sterilointiin, ja yleinen jäännösklooripitoisuus on 0,5 ppm.
Teollisessa vedenkäsittelyssä lämmönvaihtimien ja hiekkasuodattimien mikrobikontaminaatio voidaan estää pitämällä veden jäännösklooripitoisuus yli 0,5-1,0 ppm. Kloorin annostelun määrä riippuu virtauksen orgaanisen aineksen pitoisuudesta, koska orgaaninen aines kuluttaa klooria.
Pintaveden käsittely vaatii yleensä klooridesinfiointia käänteisosmoosin esikäsittelyosassa mikrobikontaminaation estämiseksi. Menetelmänä on lisätä klooria vedenottoon ja ylläpitää reaktioaikaa 20-30 minuuttia 0.5-1.0 ppm:n jäännöskloorin pitämiseksi koko esikäsittelyputkiston pitoisuudessa.
Se on kuitenkin poistettava perusteellisesti ennen kalvoelementtiin pääsyä, jotta kloori ei hapeta kalvoa ja vaurioidu.
(1) Kloorausreaktio
Yleisesti käytettyjä klooria sisältäviä desinfiointiaineita ovat kloorikaasu, natriumhypokloriitti tai kalsiumhypokloriitti. Vedessä ne hydrolysoituvat nopeasti hypokloorihapoksi.
Vedessä oleva hypokloorihappo hajottaa vetyioneja ja hypokloriitti-ioneja:
HClO←→ H++ ClO-(4)
Cl2:n, NaClO:n, Ca(ClO)2:n, HClO:n ja ClO:n summaa kutsutaan vapaaksi klooriksi (FAC) tai jäännösklooriksi (FRC), ja se ilmaistaan mg/LCl2:nä.
Kloori reagoi vedessä olevan ammoniakin kanssa muodostaen kloramiineja, joita kutsutaan yhdistetyksi klooriksi (CAC) tai yhdistetyksi jäännösklooriksi (CRC), ja jäännöskloorin ja Yhdistettyä klooria kutsutaan kokonaisjäännösklooriksi (TRC)
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)
Jäännöskloorin bakteereja tappava tehokkuus on suoraan verrannollinen hajoamattoman HClO:n pitoisuuteen. Hypokloorihapon bakteereja tappava vaikutus on 100 kertaa suurempi kuin hypokloriitin, ja dissosioitumattoman hypokloorihapon osuus kasvaa pH-arvon laskiessa.
Kun pH = 7.5 (25 °C, TDS = 40 mg/L) vain 50 % jäännöskloorista on HClO:ta, mutta pH = 6.5 90 % on HClO:ta.
HClO:n osuus kasvaa myös lämpötilan laskiessa. 5 °C:ssa HClO:n molekyylifraktio on 62 % (pH = 7,5, TDS = 40 mg/L). Runsaasti suolaa sisältävässä vedessä HClO:n osuus on hyvin pieni (kun pH = 7,5, 25 °C, 40000 mg/l TDS, suhde on noin 30 %).
(2) Kloorin annostusmäärä
Osa lisätystä kloorista reagoi vedessä olevan ammoniakkitypen kanssa muodostaen yhdistettyä klooria seuraavien reaktiovaiheiden mukaisesti:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monoklooramiini) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (diklooramiini) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (trikloramiini) + H2O (8)
Edellä mainitut reaktiot riippuvat pääasiassa pH:sta ja kloorin ja typen massasuhteesta. Kloramiinilla on myös bakteereja tappava vaikutus, mutta se on pienempi kuin kloorilla.
Kloorikaasun toinen osa muuttuu inaktiiviseksi klooriksi. Tähän osaan tarvittava kloorin määrä riippuu pelkistysaineista, kuten nitriitistä, kloridista, sulfidista, rautaraudasta ja mangaanista. Orgaanisen aineen hapetusreaktio vedessä kuluttaa myös klooria.
(3) Meriveden klooraus
Toisin kuin murtovedessä, merivesi sisältää yleensä noin 65 mg/l bromia. Kun merivettä käsitellään kemiallisesti kloorilla, bromi reagoi nopeasti hypokloorihapon kanssa muodostaen hypobromihappoa
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
Tällä tavalla, kun merivettä käsitellään kloorilla, bakteereja tappava vaikutus on pääasiassa HBrO HClO:n sijaan, ja hypobromihappo hajoaa hypobromiitti-ioneiksi.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
HBrO:n hajoamisaste on pienempi kuin HClO:n. Kun pH = 8, vain 28 % HClO:sta ei hajoa, mutta 83 % HBrO:sta ei hajoa.
Korkeassa pH:ssa vallitsevassa merivedessä bakteereja tappava vaikutus on silti parempi kuin murtovedessä. Hypobromihappo- ja hypobromiitti-ionit häiritsevät jäännöskloorin määrittämistä, joka sisältyy jäännöskloorin mitattuun arvoon.
02 Iskusterilointihoito
Shokkikäsittelyssä biosidia lisätään käänteisosmoosiin tai nanosuodatuksen syöttöveteen rajoitetuksi ajaksi ja vedenkäsittelyjärjestelmän normaalin toiminnan aikana.
Natriumbisulfiittia käytetään usein tähän hoitotarkoitukseen. Yleensä 500-1000 ppm NaHSO3:a lisätään noin 30 minuutin ajan.
Shokkihoito voidaan suorittaa säännöllisesti säännöllisin väliajoin, esimerkiksi kerran 24 tunnissa, tai kun epäillään biologista kasvua. Tämän shokkikäsittelyn aikana tuotettu tuotevesi sisältää 1-4 % lisätystä natriumbisulfiittipitoisuudesta.
Tuotteen veden käytöstä riippuen voidaan päättää, pitäisikö shokkisteriloinnin aikana tuotevesi kierrättää vai tyhjentää. Natriumbisulfiitti on tehokkaampi aerobisia bakteereja vastaan kuin anaerobisia mikro-organismeja. Siksi Shokkisteriloinnin käyttö on arvioitava huolellisesti etukäteen.
03 Säännöllinen desinfiointi
Sen lisäksi, että sienitautien torjunta-aineita lisätään jatkuvasti raakaveteen, järjestelmää voidaan myös desinfioida säännöllisesti biologisen saastumisen hallitsemiseksi.
Tätä käsittelymenetelmää käytetään järjestelmissä, joissa biolikaantumisvaara on kohtalainen, mutta järjestelmissä, joissa biolikaantumisvaara on suuri, desinfiointi on vain jatkuvan biosidikäsittelyn lisä.
Ennaltaehkäisevä desinfiointi on tehokkaampaa kuin korjaava desinfiointi, koska eristetyt bakteerit on helpompi tappaa ja poistaa kuin paksut, vanhentuneet biofilmit.
Yleinen desinfiointiväli on kerran kuukaudessa, mutta järjestelmät, joissa on tiukat hygieniavaatimukset (kuten farmaseuttinen prosessivesi) ja erittäin saastunut raakavesi (kuten jätevesi), voivat olla kerran päivässä. Kalvon käyttöikään vaikuttavat tietysti käytettyjen kemikaalien tyyppi ja pitoisuus. Intensiivisen desinfioinnin jälkeen voi lyhentää kalvon käyttöikää.
04 Otsonin sterilointi
Se on hapettavampaa kuin kloori, mutta se hajoaa nopeasti, joten se on pidettävä tietyllä tasolla mikro-organismien tappamiseksi. Samalla on otettava huomioon myös käytettävien laitteiden otsoninkestävyys ja yleensä ruostumatonta terästä.
Kalvoelementtien suojaamiseksi otsoni on poistettava huolellisesti, ja UV-säteily voi saavuttaa tämän tavoitteen onnistuneesti.
05 UV-säteily
254 nm UV-valo on todistetusti bakteereja tappava. Sitä on käytetty pienissä vesilaitoksissa. Se ei vaadi kemikaalien lisäämistä veteen. Laitteiden huoltotarve on alhainen. Vain elohopeahöyrylamppujen säännöllinen puhdistus tai vaihto vaaditaan.
UV-säteilyhoidon käyttö on kuitenkin hyvin rajallista ja Soveltuu vain puhtaampiin vesilähteisiin, koska kolloidit ja orgaaninen aine vaikuttavat optisen säteilyn tunkeutumiseen.
06 Natriumbisulfiitti
Kun sen pitoisuus saavuttaa 50 mg/l meriveden suolanpoistojärjestelmän virtaavassa aineessa, se on tehokas biologisen saastumisen hallinnassa. Tällä tavalla voidaan myös vähentää kolloidikontaminaatiota.
Rikkihapon lisäetuna on, että se ei vaadi hapon lisäämistä kalsiumkarbonaatin säätelyyn rikkihapon happaman reaktion vuoksi vetyionien muodostamiseksi.
HSO3- → H+ + SO42-