Mesures de resposta a la contaminació microbiana en l'operació d'osmosi inversa
Mesures de resposta a la contaminació microbiana en l'operació d'osmosi inversa
01 Esterilització amb clor
L'eficàcia del clor depèn de la concentració de clor, del temps de contacte i del pH de l'aigua.
Sovint s'utilitza per esterilitzar aigua potable, i la concentració general de clor residual és de 0,5 ppm.
En el tractament d'aigües industrials, la contaminació microbiana en bescanviadors de calor i filtres de sorra es pot prevenir mantenint la concentració de clor residual en l'aigua per sobre de 0,5-1,0ppm. La quantitat de dosificació de clor depèn del contingut de matèria orgànica de l'abocador, ja que la matèria orgànica consumirà clor.
El tractament de les aigües superficials sol requerir desinfecció amb clor a la part de pretractament d'osmosi inversa per evitar la contaminació microbiana. El mètode consisteix a afegir clor a la presa d'aigua i mantenir un temps de reacció de 20-30 minuts per mantenir 0,5-1,0ppm clor residual en tota la concentració del gasoducte de pretractament. No obstant això, s'ha de desclorar bé abans d'entrar a l'element de membrana per evitar que la membrana s'oxidi i es faci malbé pel clor. (1) Reacció de cloració
Els desinfectants que contenen clor més utilitzats són el clor gas, l'hipoclorit de sodi o l'hipoclorit de calci. A l'aigua, hidrolitzen ràpidament a àcid hipoclorós.Cl2 + H2O → HClO + HCl (1)NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)Ca(ClO)2 + 2H2O → 2HClO + Ca(OH)2 (3)
L'àcid hipoclorós de l'aigua descompon ions hidrogen i ions hipoclorit:
HClO←→ H+ + ClO- (4)
La suma de Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO i ClO– s'anomena clor lliure (FAC) o clor residual residual (FRC), i s'expressa en mg/LCl2.
El clor reacciona amb l'amoníac de l'aigua per formar cloramines, que s'anomenen clor combinat (CAC) o clor residual combinat (CRC), i la suma del clor residual i el clor combinat s'anomena clor residual total (TRC)
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)L'eficiència bactericida del clor residual és directament proporcional a la concentració d'HClO no descompost. L'efecte bactericida de l'àcid hipoclorós és 100 vegades superior al de l'hipoclorit, i la proporció d'àcid hipoclorós no dissociat augmenta amb la disminució del valor del pH.
A pH=7,5 (25 °C, TDS=40mg/L), només el 50% del clor residual existeix com a HClO, però a pH=6,5, el 90% és HClO.La proporció d'HClO també augmenta amb la disminució de la temperatura. A 5 °C, la fracció molecular de l'HClO és del 62% (pH = 7,5, TDS = 40 mg/L). En aigües d'alta salinitat, la proporció d'HClO és molt petita (quan pH = 7,5, 25 °C, 40000mg/L TDS, la proporció és d'aproximadament el 30%).
(2) Dosificació de la quantitat de clor
Una part del clor afegit reacciona amb el nitrogen amoníac de l'aigua per formar clor combinat segons els següents passos de reacció:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (monocloramina) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (dicloramina) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (triclramina) + H2O (8)
Les reaccions anteriors depenen principalment del pH i de la relació massa clor/nitrogen. La cloramina també té un efecte bactericida, però és inferior al del clor.
L'altra part del gas clor es transforma en clor inactiu. La quantitat de clor necessària per a aquesta part depèn d'agents reductors com nitrit, clorur, sulfur, ferro ferrós i manganès. La reacció d'oxidació de la matèria orgànica de l'aigua també consumeix clor. (3) Cloració de l'aigua de mar
A diferència de la situació de l'aigua salobre, l'aigua de mar sol contenir uns 65 mg/L de brom. Quan l'aigua de mar es tracta químicament amb clor, el brom reacciona ràpidament amb àcid hipoclorós per produir àcid hipobromós
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
D'aquesta manera, quan l'aigua de mar és tractada amb clor, l'efecte bactericida és principalment HBrO en lloc d'HClO, i l'àcid hipobromós es descompondrà en ions hipobromits.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
El grau de descomposició de l'HBrO és inferior al de l'HClO. A pH=8, només el 28% de l'HClO no es descompondrà, però el 83% de l'HBrO no es descompondrà.
Per a l'aigua de mar en condicions d'alt pH, l'efecte bactericida és encara millor que el de l'aigua salobre. Els ions d'àcid hipobromós i hipobromit interferiran amb la determinació del clor residual, que s'inclou en el valor mesurat del clor residual.
02 Tractament d'esterilització d'impacte
El tractament de xoc consisteix en l'addició de biocida a l'osmosi inversa o nanofiltració de l'aigua d'alimentació durant un període de temps limitat i durant el funcionament normal del sistema de tractament d'aigües. El bisulfit de sodi s'utilitza sovint amb aquesta finalitat de tractament. Generalment, s'afegeixen 500-1000ppm de NaHSO3 durant uns 30 minuts.
El tractament de xoc es pot dur a terme periòdicament a intervals regulars, per exemple, una vegada cada 24 hores, o quan se sospita creixement biològic. L'aigua del producte produïda durant aquest tractament de xoc contindrà un 1-4% de la concentració afegida de bisulfit de sodi.
Depenent de l'ús de l'aigua del producte, es pot decidir si l'aigua del producte durant l'esterilització per xoc s'ha de reciclar o descarregar. El bisulfit de sodi és més eficaç contra bacteris aeròbics que els microorganismes anaeròbics. Per tant, l'ús de l'esterilització per xoc s'ha d'avaluar acuradament amb antelació. 03 Desinfecció periòdica
A més d'afegir contínuament fungicides a l'aigua crua, el sistema també es pot higienitzar regularment per controlar la contaminació biològica. Aquest mètode de tractament s'utilitza en sistemes amb un risc bioincrustant moderat, però en sistemes amb un alt risc bioincrustant, la desinfecció és només un complement del tractament biocida continu.
La desinfecció preventiva és més eficaç que la desinfecció correctiva perquè els bacteris aïllats són més fàcils de matar i eliminar que els biofilms gruixuts i envellits.
L'interval general de desinfecció és d'un cop al mes, però els sistemes amb estrictes requisits d'higiene (com l'aigua de procés farmacèutic) i l'aigua crua altament contaminada (com les aigües residuals) poden ser una vegada al dia. Per descomptat, la vida de la membrana es veu afectada pel tipus i la concentració dels productes químics utilitzats. Després d'una desinfecció intensa pot escurçar la vida útil de la membrana.04 L'esterilització de l'ozó
És més oxidant que el clor, però es descompon ràpidament, per la qual cosa cal mantenir-lo a un cert nivell per matar els microorganismes. Al mateix temps, també s'ha de tenir en compte la resistència a l'ozó dels equips utilitzats i normalment s'ha d'utilitzar acer inoxidable.
Per protegir els elements de membrana, l'ozó s'ha d'eliminar amb cura i la irradiació UV pot assolir amb èxit aquest objectiu.05 S'ha demostrat que la irradiació UV254nm de llum UV és bactericida. S'ha utilitzat en petites plantes d'aigua. No requereix afegir productes químics a l'aigua. Els requisits de manteniment dels equips són baixos. Només es requereix una neteja periòdica o substitució de làmpades de vapor de mercuri.
No obstant això, l'aplicació del tractament d'irradiació UV és molt limitada i només és adequada per a fonts d'aigua més netes, ja que els col·loides i la matèria orgànica afectaran la penetració de la radiació òptica.06 Bisulfit sòdicQuan la seva concentració arriba als 50 mg/L en l'afluent del sistema de dessalinització d'aigua de mar, és eficaç en el control de la contaminació biològica. D'aquesta manera, també es pot reduir la contaminació per col·loides.
Un avantatge afegit de l'àcid sulfurós és que no requereix l'addició d'àcid per controlar el carbonat de calci a causa de la reacció àcida de l'àcid sulfurós per generar ions d'hidrogen.
HSO3- → H+ + SO42-
