23. Februar 2023
Reaktionsmaßnahmen bei mikrobieller Kontamination im Umkehrosmosebetrieb
Reaktionsmaßnahmen bei mikrobieller Kontamination im Umkehrosmosebetrieb
01 Chlor-Sterilisation
Die Wirksamkeit von Chlor hängt von der Chlorkonzentration, der Kontaktzeit und dem pH-Wert des Wassers ab.
Es wird häufig zur Sterilisation von Trinkwasser verwendet, und die allgemeine Restchlorkonzentration beträgt 0,5 ppm.
Bei der industriellen Wasseraufbereitung kann eine mikrobielle Kontamination von Wärmetauschern und Sandfiltern verhindert werden, indem die Restchlorkonzentration im Wasser über 0,5 bis 1,0 ppm gehalten wird. Die Menge der Chlordosierung hängt vom Gehalt an organischer Substanz im Zufluss ab, da organische Substanz Chlor verbraucht.
Bei der Oberflächenwasseraufbereitung ist in der Regel eine Chlordesinfektion in der Umkehrosmose-Vorbehandlung erforderlich, um eine mikrobielle Kontamination zu verhindern. Die Methode besteht darin, Chlor an der Wasseraufnahme hinzuzufügen und eine Reaktionszeit von 20-30 Minuten, um 0,5-1,0 ppm Restchlor in der gesamten Vorbehandlungsleitung zu halten.
Es muss jedoch vor dem Eintritt in das Membranelement gründlich entchlort werden, um zu verhindern, dass die Membran oxidiert und durch Chlor beschädigt wird.
(1) Reaktion der Chlorierung
Häufig verwendete chlorhaltige Desinfektionsmittel sind Chlorgas, Natriumhypochlorit oder Calciumhypochlorit. In Wasser hydrolysieren sie schnell zu hypochloriger Säure.Cl2+ H2O → HClO + HCl (1)
NaClO + H2O → HClO + NaOH (2)
Ca(ClO)2+ 2H2O → 2HClO + Ca(OH)2(3)
Hypochlorige Säure im Wasser zersetzt Wasserstoffionen und Hypochloritionen:
HClO←→ H++ ClO-(4)
Die Summe aus Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO und ClO– wird als freies Chlor (FAC) oder Restchlor (FRC) bezeichnet und in mg/LCl2 ausgedrückt.
Chlor reagiert mit Ammoniak im Wasser zu Chloraminen, die als gebundenes Chlor (CAC) oder kombiniertes Restchlor (CRC) bezeichnet werden, und die Summe aus Restchlor und Gebundenes Chlor wird als Gesamtrestchlor bezeichnet (TRC)
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)
Die bakterizide Wirksamkeit von Restchlor ist direkt proportional zur Konzentration von unzersetztem HClO. Die bakterizide Wirkung von hypochloriger Säure ist 100-mal höher als die von Hypochlorit, und der Anteil an undissoziierter hypochloriger Säure steigt mit der Abnahme des pH-Wertes.
Bei pH=7,5 (25°C, TDS=40mg/L) liegen nur 50% des Restchlors als HClO vor, aber bei pH=6,5 sind 90% HClO.
Auch der Anteil an HClO steigt mit dem Absinken der Temperatur. Bei 5 °C beträgt der molekulare Anteil von HClO 62 % (pH = 7,5, TDS = 40 mg/L). In Wasser mit hohem Salzgehalt ist der Anteil von HClO sehr gering (bei pH = 7,5, 25 °C, 40000 mg/L TDS beträgt das Verhältnis etwa 30 %).
(2) Dosierung von Chlor
Ein Teil des zugesetzten Chlors reagiert mit Ammoniumstickstoff im Wasser zu gebundenem Chlor nach folgenden Reaktionsschritten:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (Monochloramin) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (Dichloramin) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (Trichloramin) + H2O (8)
Die oben genannten Reaktionen hängen hauptsächlich vom pH-Wert und dem Massenverhältnis von Chlor zu Stickstoff ab. Chloramin hat auch eine bakterizide Wirkung, ist aber geringer als die von Chlor.
Der andere Teil des Chlorgases wird in inaktives Chlor umgewandelt. Die Menge an Chlor, die für diesen Teil benötigt wird, hängt von Reduktionsmitteln wie Nitrit, Chlorid, Sulfid, Eisen und Mangan ab. Die Oxidationsreaktion von organischem Material im Wasser verbraucht ebenfalls Chlor.
(3) Chlorierung des Meerwassers
Anders als im Brackwasser enthält Meerwasser in der Regel etwa 65 mg/l Brom. Wenn Meerwasser chemisch mit Chlor behandelt wird, reagiert Brom schnell mit hypochloriger Säure zu hypobromer Säure
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
Auf diese Weise wird bei der Behandlung des Meerwassers mit Chlor die bakterizide Wirkung ist hauptsächlich HBrO anstelle von HClO, und die Hypobromsäure wird in Hypobromit-Ionen zersetzt.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
Der Abbaugrad von HBrO ist geringer als der von HClO. Bei pH = 8 zersetzen sich nur 28 % des HClO nicht, aber 83 % des HBrO zersetzen sich nicht.
Bei Meerwasser mit hohem pH-Wert ist die bakterizide Wirkung immer noch besser als bei Brackwasser. Hypobromsaure und Hypobromit-Ionen beeinträchtigen die Bestimmung des Restchlors, das in den gemessenen Wert des Restchlors einbezogen wird.
02 Behandlung mit Stoßsterilisation
Bei der Schockbehandlung wird dem Speisewasser der Umkehrosmose oder Nanofiltration für einen begrenzten Zeitraum und während des normalen Betriebs des Wasseraufbereitungssystems ein Biozid zugesetzt.
Zu diesem Behandlungszweck wird häufig Natriumbisulfit verwendet. Im Allgemeinen werden 500-1000 ppm NaHSO3 für etwa 30 Minuten zugegeben.
Eine Schockbehandlung kann periodisch in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, z. B. einmal alle 24 Stunden oder bei Verdacht auf biologisches Wachstum. Das Produktwasser, das bei dieser Schockbehandlung entsteht, enthält 1-4 % der zugesetzten Natriumbisulfitkonzentration.
Abhängig von der Verwendung des Produktwassers kann entschieden werden, ob das Produktwasser bei der Schocksterilisation recycelt oder abgeleitet werden soll. Natriumbisulfit ist wirksamer gegen aerobe Bakterien als anaerobe Mikroorganismen. Deshalb Der Einsatz der Schocksterilisation sollte im Vorfeld sorgfältig abgewogen werden.
03 Periodische Desinfektion
Neben der kontinuierlichen Zugabe von Fungiziden zum Rohwasser kann das System auch regelmäßig desinfiziert werden, um die biologische Kontamination zu kontrollieren.
Diese Behandlungsmethode wird bei Systemen mit mäßiger Biofouling-Gefahr angewendet, aber bei Systemen mit hoher Biofouling-Gefahr ist die Desinfektion nur eine Ergänzung zur kontinuierlichen Biozidbehandlung.
Die vorbeugende Desinfektion ist wirksamer als die korrigierende Desinfektion, da isolierte Bakterien leichter abzutöten und zu entfernen sind als dicke, gealterte Biofilme.
Das allgemeine Desinfektionsintervall beträgt einmal im Monat, bei Anlagen mit strengen Hygieneanforderungen (z. B. pharmazeutisches Prozesswasser) und stark verschmutztem Rohwasser (z. B. Abwasser) kann es jedoch einmal täglich sein. Natürlich wird die Lebensdauer der Membran durch die Art und Konzentration der verwendeten Chemikalien beeinflusst. Nach einer intensiven Desinfektion kann die Lebensdauer der Membran verkürzt werden.
04 Ozon-Sterilisation
Es ist oxidierender als Chlor, zersetzt sich aber schnell, so dass es auf einem bestimmten Niveau gehalten werden muss, um Mikroorganismen abzutöten. Gleichzeitig sollte auch die Ozonbeständigkeit der verwendeten Geräte berücksichtigt werden, wobei in der Regel Edelstahl verwendet werden sollte.
Um die Membranelemente zu schützen, muss Ozon sorgfältig entfernt werden, und die UV-Bestrahlung kann dieses Ziel erfolgreich erreichen.
05 UV-Bestrahlung
254 Seemeilen UV-Licht ist nachweislich bakterizid. Es wurde in kleinen Wasserpflanzen verwendet. Es müssen dem Wasser keine Chemikalien zugesetzt werden. Der Wartungsaufwand der Geräte ist gering. Es ist nur eine regelmäßige Reinigung oder ein Austausch der Quecksilberdampflampen erforderlich.
Die Anwendung der UV-Bestrahlung ist jedoch sehr begrenzt und Nur für sauberere Wasserquellen geeignet, da Kolloide und organische Stoffe das Eindringen von optischer Strahlung beeinträchtigen.
06 Natriumbisulfit
Wenn seine Konzentration 50 mg/l im Zufluss des Meerwasserentsalzungssystems erreicht, ist es wirksam bei der Kontrolle der biologischen Verschmutzung. Auf diese Weise kann auch die kolloidale Kontamination reduziert werden.
Ein zusätzlicher Vorteil von schwefelhaltiger Säure besteht darin, dass sie aufgrund der sauren Reaktion von schwefelhaltiger Säure zur Erzeugung von Wasserstoffionen keine Säure zur Kontrolle von Kalziumkarbonat benötigt.
HSO3- → H+ + SO42-
01 Chlor-Sterilisation
Die Wirksamkeit von Chlor hängt von der Chlorkonzentration, der Kontaktzeit und dem pH-Wert des Wassers ab.
Es wird häufig zur Sterilisation von Trinkwasser verwendet, und die allgemeine Restchlorkonzentration beträgt 0,5 ppm.
Bei der industriellen Wasseraufbereitung kann eine mikrobielle Kontamination von Wärmetauschern und Sandfiltern verhindert werden, indem die Restchlorkonzentration im Wasser über 0,5 bis 1,0 ppm gehalten wird. Die Menge der Chlordosierung hängt vom Gehalt an organischer Substanz im Zufluss ab, da organische Substanz Chlor verbraucht.
Bei der Oberflächenwasseraufbereitung ist in der Regel eine Chlordesinfektion in der Umkehrosmose-Vorbehandlung erforderlich, um eine mikrobielle Kontamination zu verhindern. Die Methode besteht darin, Chlor an der Wasseraufnahme hinzuzufügen und eine Reaktionszeit von 20-30 Minuten, um 0,5-1,0 ppm Restchlor in der gesamten Vorbehandlungsleitung zu halten.
Es muss jedoch vor dem Eintritt in das Membranelement gründlich entchlort werden, um zu verhindern, dass die Membran oxidiert und durch Chlor beschädigt wird.
(1) Reaktion der Chlorierung
Häufig verwendete chlorhaltige Desinfektionsmittel sind Chlorgas, Natriumhypochlorit oder Calciumhypochlorit. In Wasser hydrolysieren sie schnell zu hypochloriger Säure.
Hypochlorige Säure im Wasser zersetzt Wasserstoffionen und Hypochloritionen:
HClO←→ H++ ClO-(4)
Die Summe aus Cl2, NaClO, Ca(ClO)2, HClO und ClO– wird als freies Chlor (FAC) oder Restchlor (FRC) bezeichnet und in mg/LCl2 ausgedrückt.
Chlor reagiert mit Ammoniak im Wasser zu Chloraminen, die als gebundenes Chlor (CAC) oder kombiniertes Restchlor (CRC) bezeichnet werden, und die Summe aus Restchlor und Gebundenes Chlor wird als Gesamtrestchlor bezeichnet (TRC)
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)
Die bakterizide Wirksamkeit von Restchlor ist direkt proportional zur Konzentration von unzersetztem HClO. Die bakterizide Wirkung von hypochloriger Säure ist 100-mal höher als die von Hypochlorit, und der Anteil an undissoziierter hypochloriger Säure steigt mit der Abnahme des pH-Wertes.
Bei pH=7,5 (25°C, TDS=40mg/L) liegen nur 50% des Restchlors als HClO vor, aber bei pH=6,5 sind 90% HClO.
Auch der Anteil an HClO steigt mit dem Absinken der Temperatur. Bei 5 °C beträgt der molekulare Anteil von HClO 62 % (pH = 7,5, TDS = 40 mg/L). In Wasser mit hohem Salzgehalt ist der Anteil von HClO sehr gering (bei pH = 7,5, 25 °C, 40000 mg/L TDS beträgt das Verhältnis etwa 30 %).
(2) Dosierung von Chlor
Ein Teil des zugesetzten Chlors reagiert mit Ammoniumstickstoff im Wasser zu gebundenem Chlor nach folgenden Reaktionsschritten:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (Monochloramin) + H2O (6)
HClO + NH2Cl ←→ NHCl2 (Dichloramin) + H2O (7)
HClO + NHCl2 ←→ NCl3 (Trichloramin) + H2O (8)
Die oben genannten Reaktionen hängen hauptsächlich vom pH-Wert und dem Massenverhältnis von Chlor zu Stickstoff ab. Chloramin hat auch eine bakterizide Wirkung, ist aber geringer als die von Chlor.
Der andere Teil des Chlorgases wird in inaktives Chlor umgewandelt. Die Menge an Chlor, die für diesen Teil benötigt wird, hängt von Reduktionsmitteln wie Nitrit, Chlorid, Sulfid, Eisen und Mangan ab. Die Oxidationsreaktion von organischem Material im Wasser verbraucht ebenfalls Chlor.
(3) Chlorierung des Meerwassers
Anders als im Brackwasser enthält Meerwasser in der Regel etwa 65 mg/l Brom. Wenn Meerwasser chemisch mit Chlor behandelt wird, reagiert Brom schnell mit hypochloriger Säure zu hypobromer Säure
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
Auf diese Weise wird bei der Behandlung des Meerwassers mit Chlor die bakterizide Wirkung ist hauptsächlich HBrO anstelle von HClO, und die Hypobromsäure wird in Hypobromit-Ionen zersetzt.
HBrO ←→ BrO- + H+ (10)
Der Abbaugrad von HBrO ist geringer als der von HClO. Bei pH = 8 zersetzen sich nur 28 % des HClO nicht, aber 83 % des HBrO zersetzen sich nicht.
Bei Meerwasser mit hohem pH-Wert ist die bakterizide Wirkung immer noch besser als bei Brackwasser. Hypobromsaure und Hypobromit-Ionen beeinträchtigen die Bestimmung des Restchlors, das in den gemessenen Wert des Restchlors einbezogen wird.
02 Behandlung mit Stoßsterilisation
Bei der Schockbehandlung wird dem Speisewasser der Umkehrosmose oder Nanofiltration für einen begrenzten Zeitraum und während des normalen Betriebs des Wasseraufbereitungssystems ein Biozid zugesetzt.
Zu diesem Behandlungszweck wird häufig Natriumbisulfit verwendet. Im Allgemeinen werden 500-1000 ppm NaHSO3 für etwa 30 Minuten zugegeben.
Eine Schockbehandlung kann periodisch in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, z. B. einmal alle 24 Stunden oder bei Verdacht auf biologisches Wachstum. Das Produktwasser, das bei dieser Schockbehandlung entsteht, enthält 1-4 % der zugesetzten Natriumbisulfitkonzentration.
Abhängig von der Verwendung des Produktwassers kann entschieden werden, ob das Produktwasser bei der Schocksterilisation recycelt oder abgeleitet werden soll. Natriumbisulfit ist wirksamer gegen aerobe Bakterien als anaerobe Mikroorganismen. Deshalb Der Einsatz der Schocksterilisation sollte im Vorfeld sorgfältig abgewogen werden.
03 Periodische Desinfektion
Neben der kontinuierlichen Zugabe von Fungiziden zum Rohwasser kann das System auch regelmäßig desinfiziert werden, um die biologische Kontamination zu kontrollieren.
Diese Behandlungsmethode wird bei Systemen mit mäßiger Biofouling-Gefahr angewendet, aber bei Systemen mit hoher Biofouling-Gefahr ist die Desinfektion nur eine Ergänzung zur kontinuierlichen Biozidbehandlung.
Die vorbeugende Desinfektion ist wirksamer als die korrigierende Desinfektion, da isolierte Bakterien leichter abzutöten und zu entfernen sind als dicke, gealterte Biofilme.
Das allgemeine Desinfektionsintervall beträgt einmal im Monat, bei Anlagen mit strengen Hygieneanforderungen (z. B. pharmazeutisches Prozesswasser) und stark verschmutztem Rohwasser (z. B. Abwasser) kann es jedoch einmal täglich sein. Natürlich wird die Lebensdauer der Membran durch die Art und Konzentration der verwendeten Chemikalien beeinflusst. Nach einer intensiven Desinfektion kann die Lebensdauer der Membran verkürzt werden.
04 Ozon-Sterilisation
Es ist oxidierender als Chlor, zersetzt sich aber schnell, so dass es auf einem bestimmten Niveau gehalten werden muss, um Mikroorganismen abzutöten. Gleichzeitig sollte auch die Ozonbeständigkeit der verwendeten Geräte berücksichtigt werden, wobei in der Regel Edelstahl verwendet werden sollte.
Um die Membranelemente zu schützen, muss Ozon sorgfältig entfernt werden, und die UV-Bestrahlung kann dieses Ziel erfolgreich erreichen.
05 UV-Bestrahlung
254 Seemeilen UV-Licht ist nachweislich bakterizid. Es wurde in kleinen Wasserpflanzen verwendet. Es müssen dem Wasser keine Chemikalien zugesetzt werden. Der Wartungsaufwand der Geräte ist gering. Es ist nur eine regelmäßige Reinigung oder ein Austausch der Quecksilberdampflampen erforderlich.
Die Anwendung der UV-Bestrahlung ist jedoch sehr begrenzt und Nur für sauberere Wasserquellen geeignet, da Kolloide und organische Stoffe das Eindringen von optischer Strahlung beeinträchtigen.
06 Natriumbisulfit
Wenn seine Konzentration 50 mg/l im Zufluss des Meerwasserentsalzungssystems erreicht, ist es wirksam bei der Kontrolle der biologischen Verschmutzung. Auf diese Weise kann auch die kolloidale Kontamination reduziert werden.
Ein zusätzlicher Vorteil von schwefelhaltiger Säure besteht darin, dass sie aufgrund der sauren Reaktion von schwefelhaltiger Säure zur Erzeugung von Wasserstoffionen keine Säure zur Kontrolle von Kalziumkarbonat benötigt.
HSO3- → H+ + SO42-