23 فوریه 2023
اقدامات پاسخ به آلودگی میکروبی در عملیات اسمز معکوس
اقدامات پاسخ به آلودگی میکروبی در عملیات اسمز معکوس
01 عقیم سازی کلر
اثربخشی کلر به غلظت کلر، زمان تماس و pH آب بستگی دارد.
اغلب برای استریل کردن آب آشامیدنی استفاده می شود و غلظت کلی کلر باقیمانده 0.5 پی پی ام است.
در تصفیه آب صنعتی، با حفظ غلظت کلر باقیمانده در آب بالاتر از 0.5-1.0ppm می توان از آلودگی میکروبی در مبدل های حرارتی و فیلترهای شنی جلوگیری کرد. میزان دوز کلر به محتوای مواد آلی موجود در ورودی بستگی دارد ، زیرا مواد آلی کلر مصرف می کنند.
تصفیه آب های سطحی معمولا نیاز به ضدعفونی کلر در قسمت پیش تصفیه اسمز معکوس برای جلوگیری از آلودگی میکروبی دارد. روش این است که کلر را در ورودی آب اضافه کنید و زمان واکنش را حفظ کنید 20-30 دقیقه برای حفظ کلر باقیمانده 0.5-1.0ppm در کل غلظت خط لوله پیش تصفیه.
با این حال، قبل از ورود به عنصر غشایی باید کاملا کلره زدایی شود تا از اکسید شدن غشا و آسیب دیدن آن توسط کلر جلوگیری شود.
(1) واکنش کلرزنی
ضدعفونی کننده های حاوی کلر که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از گاز کلر، هیپوکلریت سدیم یا هیپوکلریت کلسیم. در آب، آنها به سرعت به اسید هیپوکلروس هیدرولیز می شوند.کلر2+ ساعت2O → HClO + HCl (1)
NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)
کلسیم (ClO)2+ 2 ساعت2O → 2HClO + Ca (OH)2(3)
اسید هیپوکلروس موجود در آب یون های هیدروژن و یون های هیپوکلریت را تجزیه می کند:
HClO←→ H++ ClO-(4)
مجموع Cl2، NaClO، Ca(ClO)2، HClO و ClO– کلر آزاد (FAC) یا کلر باقیمانده باقیمانده (FRC) نامیده می شود و بر حسب mg/LCl بیان می شود2.
کلر با آمونیاک موجود در آب واکنش داده و کلرامین هایی را تشکیل می دهد که به آنها کلر ترکیبی (CAC) یا کلر باقیمانده ترکیبی (CRC) گفته می شود و مجموع کلر باقیمانده و کلر ترکیبی را کلر باقیمانده کل می نامند (TRC)
TRC = FAC + CAC = FRC + CRC (5)
راندمان باکتری کشی کلر باقیمانده با غلظت HClO تجزیه نشده نسبت مستقیم دارد. اثر ضد باکتری اسید هیپوکلروس 100 برابر بیشتر از هیپوکلریت است و نسبت اسید هیپوکلروس جدا نشده با کاهش مقدار pH افزایش می یابد.
در pH=7.5 (25°C, TDS=40mg/L) تنها 50 درصد کلر باقیمانده به صورت HClO وجود دارد، اما در pH=6.5، 90٪ HClO است.
نسبت HClO نیز با کاهش دما افزایش می یابد. در دمای 5 درجه سانتی گراد، کسر مولکولی HClO 62 درصد است (pH=7.5، TDS=40mg/L). در آب های با شوری بالا، نسبت HClO بسیار کم است (زمانی که pH=7.5، 25 درجه سانتی گراد، 40000 میلی گرم در لیتر TDS، این نسبت حدود 30 درصد است).
(2) مقدار دوز کلر
بخشی از کلر اضافه شده با نیتروژن آمونیاک موجود در آب واکنش داده و کلر ترکیبی را تشکیل می دهد با توجه به مراحل واکنش زیر:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (مونوکلرامین) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (دی کلرامین) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (تری کلرامین) + H2O (8)
واکنش های فوق عمدتا به pH و نسبت جرمی کلر به نیتروژن بستگی دارد. کلرامین همچنین اثر ضد باکتری دارد ، اما کمتر از کلر است.
قسمت دیگر گاز کلر به کلر غیرفعال تبدیل می شود. مقدار کلر مورد نیاز برای این قسمت به عوامل احیا کننده مانند نیتریت، کلراید، سولفید، آهن آهن و منگنز بستگی دارد. واکنش اکسیداسیون مواد آلی موجود در آب نیز کلر را مصرف می کند.
(3) کلرزنی آب دریا
متفاوت از وضعیت آب شور، آب دریا معمولا حاوی حدود 65 میلی گرم در لیتر برم است. هنگامی که آب دریا از نظر شیمیایی با کلر تصفیه می شود، برم به سرعت با اسید هیپوکلروس واکنش داده و اسید هیپوبروموس تولید می کند
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
به این ترتیب ، هنگامی که آب دریا با کلر تصفیه می شود ، اثر ضد باکتری عمدتا HBrO به جای HClO است، و اسید هیپوبروموس به یون های هیپوبرومیت تجزیه می شود.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
درجه تجزیه HBrO کمتر از HClO است. در pH=8، تنها 28 درصد HClO تجزیه نمی شود، اما 83 درصد HBrO تجزیه نمی شود.
برای آب دریا در شرایط pH بالا، اثر ضد باکتری هنوز بهتر از آب شور است. یون های اسید هیپوبروموس و هیپوبرومیت در تعیین کلر باقیمانده که در مقدار اندازه گیری شده کلر باقیمانده گنجانده شده است، اختلال ایجاد می کنند.
02 درمان عقیم سازی ضربه ای
عملیات شوک شامل افزودن بیوسید به اسمز معکوس یا آب تغذیه نانوفیلتراسیون برای مدت زمان محدود و در طول عملکرد عادی سیستم تصفیه آب است.
بی سولفیت سدیم اغلب برای این هدف درمانی استفاده می شود. به طور کلی، 500-1000ppm از NaHSO3 برای حدود 30 دقیقه اضافه می شود.
شوک درمانی را می توان به صورت دوره ای در فواصل منظم انجام داد ، به عنوان مثال ، هر 24 ساعت یک بار یا در صورت مشکوک بودن به رشد بیولوژیکی. آب محصول تولید شده در طی این عملیات شوک حاوی 1-4 درصد غلظت بی سولفیت سدیم اضافه شده خواهد بود.
بسته به استفاده از آب محصول، می توان تصمیم گرفت که آیا آب محصول در حین عقیم سازی شوک باید بازیافت یا تخلیه شود. بی سولفیت سدیم در برابر باکتری های هوازی موثرتر از میکروارگانیسم های بی هوازی است. بنابراین استفاده از عقیم سازی شوک باید از قبل به دقت ارزیابی شود.
03 ضد عفونی دوره ای
علاوه بر افزودن مداوم قارچ کش ها به آب خام، این سیستم همچنین می تواند به طور منظم برای کنترل آلودگی بیولوژیکی ضدعفونی شود.
این روش تصفیه در سیستم هایی با خطر رسوب زیستی متوسط استفاده می شود، اما در سیستم هایی با خطر رسوب زیستی بالا، ضدعفونی تنها مکمل درمان مداوم بیوسید است.
ضدعفونی پیشگیرانه موثرتر از ضدعفونی اصلاحی است زیرا باکتری های جدا شده راحت تر از بیوفیلم های ضخیم و پیر از بین می روند.
فاصله عمومی ضد عفونی یک بار در ماه است، اما سیستم هایی با الزامات بهداشتی سختگیرانه (مانند آب فرآیند دارویی) و آب خام بسیار آلوده (مانند فاضلاب) ممکن است یک بار در روز باشند. البته عمر غشا تحت تأثیر نوع و غلظت مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. بعد از ضدعفونی شدید ممکن است عمر غشاء را کوتاه کند.
04 عقیم سازی ازن
این ماده نسبت به کلر اکسید کننده تر است ، اما به سرعت تجزیه می شود ، بنابراین برای از بین بردن میکروارگانیسم ها باید در سطح معینی نگهداری شود. در عین حال، مقاومت ازن تجهیزات مورد استفاده نیز باید در نظر گرفته شود و معمولا باید از فولاد ضد زنگ استفاده شود.
به منظور محافظت از عناصر غشایی، ازن باید با دقت حذف شود و اشعه ماوراء بنفش می تواند با موفقیت به این هدف دست یابد.
05 تابش UV
254 نانومتر ثابت شده است که نور UV ضد باکتری است. در گیاهان آبی کوچک استفاده شده است. برای افزودن مواد شیمیایی به آب نیازی به آن نیست. نیاز به تعمیر و نگهداری تجهیزات کم است. فقط تمیز کردن دوره ای یا تعویض لامپ های بخار جیوه مورد نیاز است.
با این حال، کاربرد درمان اشعه ماوراء بنفش بسیار محدود است و فقط برای منابع آب تمیزتر مناسب است، زیرا کلوئیدها و مواد آلی بر نفوذ تابش نوری تأثیر می گذارند.
06 بی سولفیت سدیم
زمانی که غلظت آن در سیستم نمک زدایی آب دریا به 50 میلی گرم در لیتر برسد، در کنترل آلودگی بیولوژیکی موثر است. به این ترتیب می توان آلودگی کلوئیدی را نیز کاهش داد.
یک مزیت اضافی اسید سولفور این است که به دلیل واکنش اسیدی اسید سولفور برای تولید یون های هیدروژن نیازی به افزودن اسید برای کنترل کربنات کلسیم ندارد.
HSO3- → H+ + SO42-
01 عقیم سازی کلر
اثربخشی کلر به غلظت کلر، زمان تماس و pH آب بستگی دارد.
اغلب برای استریل کردن آب آشامیدنی استفاده می شود و غلظت کلی کلر باقیمانده 0.5 پی پی ام است.
در تصفیه آب صنعتی، با حفظ غلظت کلر باقیمانده در آب بالاتر از 0.5-1.0ppm می توان از آلودگی میکروبی در مبدل های حرارتی و فیلترهای شنی جلوگیری کرد. میزان دوز کلر به محتوای مواد آلی موجود در ورودی بستگی دارد ، زیرا مواد آلی کلر مصرف می کنند.
تصفیه آب های سطحی معمولا نیاز به ضدعفونی کلر در قسمت پیش تصفیه اسمز معکوس برای جلوگیری از آلودگی میکروبی دارد. روش این است که کلر را در ورودی آب اضافه کنید و زمان واکنش را حفظ کنید 20-30 دقیقه برای حفظ کلر باقیمانده 0.5-1.0ppm در کل غلظت خط لوله پیش تصفیه.
با این حال، قبل از ورود به عنصر غشایی باید کاملا کلره زدایی شود تا از اکسید شدن غشا و آسیب دیدن آن توسط کلر جلوگیری شود.
(1) واکنش کلرزنی
ضدعفونی کننده های حاوی کلر که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از گاز کلر، هیپوکلریت سدیم یا هیپوکلریت کلسیم. در آب، آنها به سرعت به اسید هیپوکلروس هیدرولیز می شوند.
اسید هیپوکلروس موجود در آب یون های هیدروژن و یون های هیپوکلریت را تجزیه می کند:
HClO←→ H++ ClO-(4)
مجموع Cl2، NaClO، Ca(ClO)2، HClO و ClO– کلر آزاد (FAC) یا کلر باقیمانده باقیمانده (FRC) نامیده می شود و بر حسب mg/LCl بیان می شود2.
کلر با آمونیاک موجود در آب واکنش داده و کلرامین هایی را تشکیل می دهد که به آنها کلر ترکیبی (CAC) یا کلر باقیمانده ترکیبی (CRC) گفته می شود و مجموع کلر باقیمانده و کلر ترکیبی را کلر باقیمانده کل می نامند (TRC)
TRC = FAC + CAC = FRC + CRC (5)
راندمان باکتری کشی کلر باقیمانده با غلظت HClO تجزیه نشده نسبت مستقیم دارد. اثر ضد باکتری اسید هیپوکلروس 100 برابر بیشتر از هیپوکلریت است و نسبت اسید هیپوکلروس جدا نشده با کاهش مقدار pH افزایش می یابد.
در pH=7.5 (25°C, TDS=40mg/L) تنها 50 درصد کلر باقیمانده به صورت HClO وجود دارد، اما در pH=6.5، 90٪ HClO است.
نسبت HClO نیز با کاهش دما افزایش می یابد. در دمای 5 درجه سانتی گراد، کسر مولکولی HClO 62 درصد است (pH=7.5، TDS=40mg/L). در آب های با شوری بالا، نسبت HClO بسیار کم است (زمانی که pH=7.5، 25 درجه سانتی گراد، 40000 میلی گرم در لیتر TDS، این نسبت حدود 30 درصد است).
(2) مقدار دوز کلر
بخشی از کلر اضافه شده با نیتروژن آمونیاک موجود در آب واکنش داده و کلر ترکیبی را تشکیل می دهد با توجه به مراحل واکنش زیر:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (مونوکلرامین) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (دی کلرامین) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (تری کلرامین) + H2O (8)
واکنش های فوق عمدتا به pH و نسبت جرمی کلر به نیتروژن بستگی دارد. کلرامین همچنین اثر ضد باکتری دارد ، اما کمتر از کلر است.
قسمت دیگر گاز کلر به کلر غیرفعال تبدیل می شود. مقدار کلر مورد نیاز برای این قسمت به عوامل احیا کننده مانند نیتریت، کلراید، سولفید، آهن آهن و منگنز بستگی دارد. واکنش اکسیداسیون مواد آلی موجود در آب نیز کلر را مصرف می کند.
(3) کلرزنی آب دریا
متفاوت از وضعیت آب شور، آب دریا معمولا حاوی حدود 65 میلی گرم در لیتر برم است. هنگامی که آب دریا از نظر شیمیایی با کلر تصفیه می شود، برم به سرعت با اسید هیپوکلروس واکنش داده و اسید هیپوبروموس تولید می کند
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
به این ترتیب ، هنگامی که آب دریا با کلر تصفیه می شود ، اثر ضد باکتری عمدتا HBrO به جای HClO است، و اسید هیپوبروموس به یون های هیپوبرومیت تجزیه می شود.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
درجه تجزیه HBrO کمتر از HClO است. در pH=8، تنها 28 درصد HClO تجزیه نمی شود، اما 83 درصد HBrO تجزیه نمی شود.
برای آب دریا در شرایط pH بالا، اثر ضد باکتری هنوز بهتر از آب شور است. یون های اسید هیپوبروموس و هیپوبرومیت در تعیین کلر باقیمانده که در مقدار اندازه گیری شده کلر باقیمانده گنجانده شده است، اختلال ایجاد می کنند.
02 درمان عقیم سازی ضربه ای
عملیات شوک شامل افزودن بیوسید به اسمز معکوس یا آب تغذیه نانوفیلتراسیون برای مدت زمان محدود و در طول عملکرد عادی سیستم تصفیه آب است.
بی سولفیت سدیم اغلب برای این هدف درمانی استفاده می شود. به طور کلی، 500-1000ppm از NaHSO3 برای حدود 30 دقیقه اضافه می شود.
شوک درمانی را می توان به صورت دوره ای در فواصل منظم انجام داد ، به عنوان مثال ، هر 24 ساعت یک بار یا در صورت مشکوک بودن به رشد بیولوژیکی. آب محصول تولید شده در طی این عملیات شوک حاوی 1-4 درصد غلظت بی سولفیت سدیم اضافه شده خواهد بود.
بسته به استفاده از آب محصول، می توان تصمیم گرفت که آیا آب محصول در حین عقیم سازی شوک باید بازیافت یا تخلیه شود. بی سولفیت سدیم در برابر باکتری های هوازی موثرتر از میکروارگانیسم های بی هوازی است. بنابراین استفاده از عقیم سازی شوک باید از قبل به دقت ارزیابی شود.
03 ضد عفونی دوره ای
علاوه بر افزودن مداوم قارچ کش ها به آب خام، این سیستم همچنین می تواند به طور منظم برای کنترل آلودگی بیولوژیکی ضدعفونی شود.
این روش تصفیه در سیستم هایی با خطر رسوب زیستی متوسط استفاده می شود، اما در سیستم هایی با خطر رسوب زیستی بالا، ضدعفونی تنها مکمل درمان مداوم بیوسید است.
ضدعفونی پیشگیرانه موثرتر از ضدعفونی اصلاحی است زیرا باکتری های جدا شده راحت تر از بیوفیلم های ضخیم و پیر از بین می روند.
فاصله عمومی ضد عفونی یک بار در ماه است، اما سیستم هایی با الزامات بهداشتی سختگیرانه (مانند آب فرآیند دارویی) و آب خام بسیار آلوده (مانند فاضلاب) ممکن است یک بار در روز باشند. البته عمر غشا تحت تأثیر نوع و غلظت مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. بعد از ضدعفونی شدید ممکن است عمر غشاء را کوتاه کند.
04 عقیم سازی ازن
این ماده نسبت به کلر اکسید کننده تر است ، اما به سرعت تجزیه می شود ، بنابراین برای از بین بردن میکروارگانیسم ها باید در سطح معینی نگهداری شود. در عین حال، مقاومت ازن تجهیزات مورد استفاده نیز باید در نظر گرفته شود و معمولا باید از فولاد ضد زنگ استفاده شود.
به منظور محافظت از عناصر غشایی، ازن باید با دقت حذف شود و اشعه ماوراء بنفش می تواند با موفقیت به این هدف دست یابد.
05 تابش UV
254 نانومتر ثابت شده است که نور UV ضد باکتری است. در گیاهان آبی کوچک استفاده شده است. برای افزودن مواد شیمیایی به آب نیازی به آن نیست. نیاز به تعمیر و نگهداری تجهیزات کم است. فقط تمیز کردن دوره ای یا تعویض لامپ های بخار جیوه مورد نیاز است.
با این حال، کاربرد درمان اشعه ماوراء بنفش بسیار محدود است و فقط برای منابع آب تمیزتر مناسب است، زیرا کلوئیدها و مواد آلی بر نفوذ تابش نوری تأثیر می گذارند.
06 بی سولفیت سدیم
زمانی که غلظت آن در سیستم نمک زدایی آب دریا به 50 میلی گرم در لیتر برسد، در کنترل آلودگی بیولوژیکی موثر است. به این ترتیب می توان آلودگی کلوئیدی را نیز کاهش داد.
یک مزیت اضافی اسید سولفور این است که به دلیل واکنش اسیدی اسید سولفور برای تولید یون های هیدروژن نیازی به افزودن اسید برای کنترل کربنات کلسیم ندارد.
HSO3- → H+ + SO42-