Misure di risposta alla contaminazione microbica nel funzionamento ad osmosi inversa
Misure di risposta alla contaminazione microbica nel funzionamento ad osmosi inversa
01 Sterilizzazione a cloro
L'efficacia del cloro dipende dalla concentrazione di cloro, dal tempo di contatto e dal pH dell'acqua.
Viene spesso utilizzato per sterilizzare l'acqua potabile e la concentrazione generale di cloro residuo è di 0,5 ppm.
Nel trattamento delle acque industriali, la contaminazione microbica sugli scambiatori di calore e sui filtri a sabbia può essere prevenuta mantenendo la concentrazione di cloro residuo nell'acqua al di sopra di 0,5-1,0 ppm. La quantità di dosaggio del cloro dipende dal contenuto di materia organica nell'affluente, perché la materia organica consumerà cloro.
Il trattamento delle acque superficiali di solito richiede la disinfezione del cloro nella parte di pretrattamento dell'osmosi inversa per prevenire la contaminazione microbica. Il metodo consiste nell'aggiungere cloro all'ingresso dell'acqua e mantenere un tempo di reazione di 20-30 minuti per mantenere 0,5-1,0 ppm di cloro residuo nell'intera concentrazione della tubazione di pretrattamento. Tuttavia, deve essere accuratamente declorurato prima di entrare nell'elemento a membrana per evitare che la membrana venga ossidata e danneggiata dal cloro. (1) Reazione di clorurazione
I disinfettanti contenenti cloro comunemente usati sono il cloro gassoso, l'ipoclorito di sodio o l'ipoclorito di calcio. In acqua, si idrolizzano rapidamente in acido ipocloroso.Cl2 + H2O → HClO + HCl (1)NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)Ca(ClO)2 + 2H2O → 2HClO + Ca(OH)2 (3)
L'acido ipocloroso in acqua decompone ioni idrogeno e ioni ipoclorito:
HClO←→ H+ + ClO- (4)
La somma di Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO e ClO– è chiamata cloro libero (FAC) o cloro residuo residuo (FRC) ed è espressa in mg/LCl2.
Il cloro reagisce con l'ammoniaca nell'acqua per formare clorammine, chiamate cloro combinato (CAC) o cloro residuo combinato (CRC), e la somma di cloro residuo e cloro combinato è chiamata cloro residuo totale (TRC)
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)L'efficienza battericida del cloro residuo è direttamente proporzionale alla concentrazione di HClO non decomposto. L'effetto battericida dell'acido ipocloroso è 100 volte superiore a quello dell'ipoclorito e la proporzione di acido ipocloroso indissociato aumenta con la diminuzione del valore del pH.
A pH = 7,5 (25 °C, TDS = 40 mg/L), solo il 50% del cloro residuo esiste come HClO, ma a pH = 6,5, il 90% è HClO. A 5°C, la frazione molecolare di HClO è del 62% (pH=7,5, TDS=40mg/L). Nell'acqua ad alta salinità, la percentuale di HClO è molto piccola (quando pH = 7,5, 25°C, 40000mg/L TDS, il rapporto è di circa il 30%).
(2) Quantità di cloro dosata
Una parte del cloro aggiunto reagisce con l'azoto ammoniacale nell'acqua per formare cloro combinato secondo le seguenti fasi di reazione:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monoclorammina) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (diclorammina) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (triclorammina) + H2O (8)
Le reazioni di cui sopra dipendono principalmente dal pH e dal rapporto di massa cloro/azoto. Anche la cloramina ha un effetto battericida, ma è inferiore a quello del cloro.
L'altra parte del cloro gassoso viene trasformata in cloro inattivo. La quantità di cloro necessaria per questa parte dipende da agenti riducenti come nitriti, cloruri, solfuri, ferro ferroso e manganese. Anche la reazione di ossidazione della materia organica nell'acqua consuma cloro. (3) Clorazione dell'acqua di mare
A differenza della situazione nell'acqua salmastra, l'acqua di mare di solito contiene circa 65 mg/L di bromo. Quando l'acqua di mare viene trattata chimicamente con cloro, il bromo reagisce rapidamente con l'acido ipocloroso per produrre acido ipobromoso
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
In questo modo, quando l'acqua di mare viene trattata con cloro, l'effetto battericida è principalmente HBrO invece di HClO e l'acido ipobromoso verrà decomposto in ioni ipobromite.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
Il grado di decomposizione dell'HBrO è inferiore a quello dell'HClO. A pH = 8, solo il 28% dell'HClO non si decomporrà, ma l'83% dell'HBrO non si decomporrà.
Per l'acqua di mare in condizioni di pH elevato, l'effetto battericida è ancora migliore di quello dell'acqua salmastra. L'acido ipobromoso e gli ioni ipobromito interferiscono con la determinazione del cloro residuo, che è incluso nel valore misurato del cloro residuo.
02 Trattamento di sterilizzazione ad impatto
Il trattamento d'urto prevede l'aggiunta di biocida all'osmosi inversa o alla nanofiltrazione dell'acqua di alimentazione per un periodo di tempo limitato e durante il normale funzionamento del sistema di trattamento dell'acqua. Il bisolfito di sodio viene spesso utilizzato per questo scopo di trattamento. Generalmente, vengono aggiunti 500-1000 ppm di NaHSO3 per circa 30 minuti.
Il trattamento d'urto può essere effettuato periodicamente a intervalli regolari, ad esempio una volta ogni 24 ore, o quando si sospetta una crescita biologica. L'acqua prodotta durante questo trattamento d'urto conterrà l'1-4% della concentrazione di bisolfito di sodio aggiunto.
A seconda dell'uso dell'acqua del prodotto, si può decidere se l'acqua del prodotto durante la sterilizzazione d'urto debba essere riciclata o scaricata. Il bisolfito di sodio è più efficace contro i batteri aerobi rispetto ai microrganismi anaerobi. Pertanto, l'uso della sterilizzazione d'urto deve essere attentamente valutato in anticipo. 03 Disinfezione periodica
Oltre ad aggiungere continuamente fungicidi all'acqua grezza, il sistema può anche essere regolarmente sanificato per controllare la contaminazione biologica. Questo metodo di trattamento viene utilizzato su sistemi con un rischio di biofouling moderato, ma nei sistemi con un elevato rischio di biofouling, la disinfezione è solo un'aggiunta al trattamento biocida continuo.
La disinfezione preventiva è più efficace della disinfezione correttiva perché i batteri isolati sono più facili da uccidere e rimuovere rispetto ai biofilm spessi e invecchiati.
L'intervallo di disinfezione generale è di una volta al mese, ma i sistemi con severi requisiti igienici (come l'acqua di processo farmaceutico) e l'acqua grezza altamente inquinata (come le acque reflue) possono essere una volta al giorno. Naturalmente, la durata della membrana è influenzata dal tipo e dalla concentrazione delle sostanze chimiche utilizzate. Dopo una disinfezione intensa può ridurre la durata della membrana.04 Sterilizzazione con ozono
È più ossidante del cloro, ma si decompone rapidamente, quindi deve essere mantenuto a un certo livello per uccidere i microrganismi. Allo stesso tempo, è necessario considerare anche la resistenza all'ozono dell'apparecchiatura utilizzata e di solito viene utilizzato l'acciaio inossidabile.
Al fine di proteggere gli elementi della membrana, l'ozono deve essere rimosso con cura e l'irradiazione UV può raggiungere con successo questo obiettivo.05 Irradiazione UVla luce UV a 254 nm ha dimostrato di essere battericida. È stato utilizzato in piccoli impianti acquatici. Non richiede l'aggiunta di sostanze chimiche all'acqua. I requisiti di manutenzione dell'apparecchiatura sono bassi. È necessaria solo la pulizia o la sostituzione periodica delle lampade a vapori di mercurio.
Tuttavia, l'applicazione del trattamento di irradiazione UV è molto limitata e adatta solo per fonti di acqua più pulite, perché colloidi e materia organica influenzeranno la penetrazione della radiazione ottica.06 Bisolfito di sodioQuando la sua concentrazione raggiunge i 50 mg/L nell'affluente del sistema di desalinizzazione dell'acqua di mare, è efficace nel controllo dell'inquinamento biologico. In questo modo, è possibile ridurre anche la contaminazione da colloidi.
Un ulteriore vantaggio dell'acido solforoso è che non richiede l'aggiunta di acido per controllare il carbonato di calcio a causa della reazione acida dell'acido solforoso per generare ioni idrogeno.
HSO3- → H+ + SO42-
