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.
In der industriellen Wasseraufbereitung kann eine mikrobielle Kontamination an Wärmetauschern und Sandfiltern verhindert werden, indem die Restchlorkonzentration im Wasser über 0,5-1,0 ppm gehalten wird. Die Menge der Chlordosierung hängt vom Gehalt an organischer Substanz im Zulauf ab, da organische Stoffe Chlor verbrauchen.
Die Oberflächenwasseraufbereitung erfordert in der Regel eine Chlordesinfektion im Umkehrosmose-Vorbehandlungsteil, um eine mikrobielle Kontamination zu verhindern. Die Methode besteht darin, Chlor am Wassereinlass hinzuzufügen und eine Reaktionszeit von 20-30 Minuten einzuhalten, 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 durch Chlor oxidiert und beschädigt wird. (1) Chlorierungsreaktion
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 Restrestchlor (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 gebundenem Chlor wird als Gesamtrestchlor (TRC) bezeichnet
TRC = FAC+CAC = FRC+CRC (5)Die bakterizide Wirksamkeit von Restchlor ist direkt proportional zur Konzentration von nicht zersetztem HClO. Die bakterizide Wirkung von hypochloriger Säure ist 100-mal höher als die von Hypochlorit, und der Anteil der nicht dissoziierten hypochlorigen Säure nimmt mit der Abnahme des pH-Wertes zu.
Bei pH=7,5 (25°C, TDS=40mg/L) liegen nur 50% des Restchlors als HClO vor, bei pH=6,5 sind es 90% HClO.Auch der Anteil an HClO steigt mit der Temperaturabnahme. Bei 5 °C beträgt der Molekularanteil von HClO 62 % (pH = 7,5, TDS = 40 mg/L). In Wasser mit hohem Salzgehalt ist der Anteil an HClO sehr gering (bei pH = 7,5, 25 °C, 40000 mg/L TDS beträgt das Verhältnis etwa 30 %).
(2) Dosierungsmenge des Chlors
Ein Teil des zugesetzten Chlors reagiert mit Ammoniakstickstoff im Wasser zu gebundenem Chlor gemäß den 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/Stickstoff ab. Chloramin hat auch eine bakterizide Wirkung, aber sie ist 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. Bei der Oxidationsreaktion von organischer Substanz im Wasser wird auch Chlor verbraucht. (3) Chlorierung von Meerwasser
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 und erzeugt hypobromierte Säure
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
Auf diese Weise wird bei der Behandlung des Meerwassers mit Chlor hauptsächlich HBrO anstelle von HClO bakterizid wirkt, und die hypobromierte Säure 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 % der HClO nicht, aber 83 % der HBrO nicht.
Bei Meerwasser unter hohen pH-Bedingungen ist die bakterizide Wirkung immer noch besser als bei Brackwasser. Hypobromsäure und Hypobromit-Ionen stören die Bestimmung des Restchlors, der im Messwert des Restchlors enthalten ist.
02 Stoßsterilisationsbehandlung
Bei der Schockbehandlung wird dem Umkehrosmose- oder Nanofiltrations-Speisewasser für einen begrenzten Zeitraum und während des normalen Betriebs des Wasseraufbereitungssystems ein Biozid zugesetzt. Für diesen Behandlungszweck wird häufig Natriumbisulfit verwendet. Im Allgemeinen werden 500-1000 ppm NaHSO3 für etwa 30 Minuten zugegeben.
Die Schockbehandlung kann periodisch in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, z. B. einmal alle 24 Stunden oder bei Verdacht auf biologisches Wachstum. Das Produktwasser, das während dieser Schockbehandlung entsteht, enthält 1-4% der zugesetzten Natriumbisulfit-Konzentration.
Je nach Verwendung des Produktwassers kann entschieden werden, ob das Produktwasser bei der Schocksterilisation recycelt oder abgeleitet werden soll. Natriumbisulfit ist wirksamer gegen aerobe Bakterien als gegen anaerobe Mikroorganismen. Daher sollte der Einsatz der Schocksterilisation im Vorfeld sorgfältig geprüft 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 einer moderaten Biofouling-Gefahr angewendet, aber bei Systemen mit einer hohen Biofouling-Gefahr ist die Desinfektion nur eine Ergänzung zur kontinuierlichen Biozidbehandlung.
Die vorbeugende Desinfektion ist wirksamer als die korrektive Desinfektion, da isolierte Bakterien leichter abzutöten und zu entfernen sind als dicke, gealterte Biofilme.
Das allgemeine Desinfektionsintervall beträgt einmal im Monat, Systeme mit strengen Hygieneanforderungen (z. B. pharmazeutisches Prozesswasser) und stark verschmutztes Rohwasser (z. B. Abwasser) können jedoch einmal täglich erfolgen. Natürlich wird die Lebensdauer der Membran durch die Art und Konzentration der verwendeten Chemikalien beeinflusst. Nach intensiver Desinfektion kann die Lebensdauer der Membran verkürzt werden.04 Ozonsterilisation
Es ist oxidierender als Chlor, aber es zersetzt sich schnell, so dass es auf einem bestimmten Niveau gehalten werden muss, um Mikroorganismen abzutöten. Gleichzeitig sollte auch die Ozonbeständigkeit der verwendeten Geräte berücksichtigt werden, und in der Regel sollte Edelstahl verwendet werden.
Um die Membranelemente zu schützen, muss Ozon vorsichtig entfernt werden, und UV-Bestrahlung kann dieses Ziel erfolgreich erreichen.05 UV-Bestrahlung254nm UV-Licht ist nachweislich bakterizid. Es wurde in kleinen Wasserpflanzen verwendet. Dem Wasser müssen 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 optischer Strahlung beeinträchtigen.06 NatriumbisulfitWenn seine Konzentration im Zulauf des Meerwasserentsalzungssystems 50 mg/l 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 aufgrund der sauren Reaktion von schwefeliger Säure zur Erzeugung von Wasserstoffionen keine Säurezugabe zur Kontrolle von Kalziumkarbonat erforderlich ist.
HSO3- → H+ + SO42-
