23 فبراير 2023
تدابير الاستجابة للتلوث الميكروبي في عملية التناضح العكسي
تدابير الاستجابة للتلوث الميكروبي في عملية التناضح العكسي
01 تعقيم الكلور
تعتمد فعالية الكلور على تركيز الكلور ووقت التلامس ودرجة حموضة الماء.
غالبا ما يستخدم لتعقيم مياه الشرب ، وتركيز الكلور المتبقي العام هو 0.5 جزء في المليون.
في معالجة المياه الصناعية ، يمكن منع التلوث الميكروبي على المبادلات الحرارية ومرشحات الرمل عن طريق الحفاظ على تركيز الكلور المتبقي في الماء فوق 0.5-1.0 جزء في المليون. تعتمد كمية جرعات الكلور على محتوى المادة العضوية في التأثير ، لأن المادة العضوية ستستهلك الكلور.
تتطلب معالجة المياه السطحية عادة تطهير الكلور في جزء المعالجة المسبقة بالتناضح العكسي لمنع التلوث الميكروبي. الطريقة هي إضافة الكلور عند تناول الماء والحفاظ على وقت رد فعل 20-30 دقيقة للحفاظ على الكلور المتبقي 0.5-1.0 جزء في المليون في تركيز خط أنابيب المعالجة بالكامل.
ومع ذلك ، يجب إزالة الكلور تماما قبل دخول عنصر الغشاء لمنع الغشاء من التأكسد والتلف بواسطة الكلور.
(1) تفاعل الكلور
المطهرات المحتوية على الكلور شائعة الاستخدام هي غاز الكلور أو هيبوكلوريت الصوديوم أو هيبوكلوريت الكالسيوم. في الماء ، فإنها تتحلل بسرعة إلى حمض هيبوكلوروس.سل2+ ح2O → حمض الهيدروكلوريك + حمض الهيدروكلوريك (1)
كلوريد الصوديوم + H2O → حمض الهيدروكلوريك + هيدروكسيد الصوديوم (2)
Ca(ClO)2+ 2 ساعة2O → 2HClO + Ca (OH)2(3)
حمض هيبوكلوروس في الماء يتحلل أيونات الهيدروجين وأيونات هيبوكلوريت:
حمض الهيدروكلوريك←→ H++ كلو-(4)
يسمى مجموع Cl2 و NaClO و Ca(ClO)2 و HClO و ClO- الكلور الحر (FAC) أو الكلور المتبقي المتبقي (FRC) ، ويتم التعبير عنه بالملغ / LCl2.
يتفاعل الكلور مع الأمونيا في الماء لتكوين الكلورامين ، والذي يسمى الكلور المشترك (CAC) أو الكلور المتبقي المشترك (CRC) ، ومجموع الكلور المتبقي و يسمى الكلور المشترك الكلور الكلي المتبقي (تي آر سي)
TRC = FAC + CAC = FRC + CRC (5)
تتناسب كفاءة مبيد الجراثيم للكلور المتبقي طرديا مع تركيز حمض الهيدروكلوريك غير المتحلل. التأثير المبيد للجراثيم لحمض هيبوكلوروس أعلى 100 مرة من تأثير هيبوكلوريت ، وتزداد نسبة حمض هيبوكلوروس غير المنفصل مع انخفاض قيمة الأس الهيدروجيني.
عند الرقم الهيدروجيني = 7.5 (25 درجة مئوية ، TDS = 40 مجم / لتر) ، يوجد 50٪ فقط من الكلور المتبقي على شكل HClO ، ولكن عند الرقم الهيدروجيني = 6.5 ، 90٪ هو HClO.
تزداد نسبة حمض الهيدروكلوريك أيضا مع انخفاض درجة الحرارة. عند 5 درجات مئوية ، يكون الجزء الجزيئي من HClO هو 62٪ (الرقم الهيدروجيني = 7.5 ، TDS = 40 مجم / لتر). في المياه عالية الملوحة ، تكون نسبة حمض الهيدروكلوريك صغيرة جدا (عندما يكون الرقم الهيدروجيني = 7.5 ، 25 درجة مئوية ، 40000 مجم / لتر TDS ، تكون النسبة حوالي 30٪).
(2) كمية جرعات الكلور
يتفاعل جزء من الكلور المضاف مع نيتروجين الأمونيا في الماء لتكوين الكلور المشترك وفقا لخطوات رد الفعل التالية:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (أحادي الكلورامين) + H2O (6)
حمض الهيدروكلوريك + NH2Cl ←→ NHCl2 (ثنائي كلورامين) + H2O (7)
حمض الهيدروكلوريك + NHCl2 ←→ NCl3 (ثلاثي كلورامين) + H2O (8)
تعتمد التفاعلات المذكورة أعلاه بشكل أساسي على الرقم الهيدروجيني ونسبة كتلة الكلور / النيتروجين. الكلورامين له أيضا تأثير مبيد للجراثيم ، لكنه أقل من تأثير الكلور.
يتحول الجزء الآخر من غاز الكلور إلى كلور غير نشط. تعتمد كمية الكلور المطلوبة لهذا الجزء على عوامل الاختزال مثل النتريت والكلوريد والكبريتيد والحديد الحديدي والمنغنيز. تفاعل أكسدة المواد العضوية في الماء يستهلك الكلور أيضا.
(3) كلورة مياه البحر
تختلف مياه البحر عن الوضع في المياه قليلة الملوحة ، وعادة ما تحتوي على حوالي 65 ملغم / لتر من البروم. عندما تتم معالجة مياه البحر كيميائيا بالكلور ، يتفاعل البروم بسرعة مع حمض هيبوكلوروس لإنتاج حمض هيبوبروموس
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
بهذه الطريقة ، عندما تتم معالجة مياه البحر بالكلور ، تأثير مبيد للجراثيم هو أساسا HBrO بدلا من HClO، ويتحلل حمض هيبوبروموس إلى أيونات هيبوبروميت.
HBrO ←→ برو- + H+ (10)
درجة تحلل HBrO أقل من درجة تحلل حمض الهيدروكلوريك. عند الرقم الهيدروجيني = 8 ، لن يتحلل 28٪ فقط من HClO ، لكن 83٪ من HBrO لن يتحلل.
بالنسبة لمياه البحر في ظل ظروف الأس الهيدروجيني العالي ، لا يزال تأثير مبيد الجراثيم أفضل من ذلك الموجود في المياه المالحة. سوف يتداخل حمض هيبوبروموس وأيونات هيبوبروميت مع تحديد الكلور المتبقي ، والذي يتم تضمينه في القيمة المقاسة للكلور المتبقي.
02 علاج تأثير التعقيم
تتضمن المعالجة بالصدمة إضافة مبيد حيوي إلى التناضح العكسي أو مياه تغذية الترشيح النانوي لفترة زمنية محدودة وأثناء التشغيل العادي لنظام معالجة المياه.
غالبا ما يستخدم ثنائي كبريتيت الصوديوم لهذا الغرض من العلاج. بشكل عام ، تتم إضافة 500-1000 جزء في المليون من NaHSO3 لمدة 30 دقيقة تقريبا.
يمكن إجراء علاج الصدمة بشكل دوري على فترات منتظمة ، على سبيل المثال ، مرة واحدة كل 24 ساعة ، أو عند الاشتباه في النمو البيولوجي. ستحتوي مياه المنتج المنتجة أثناء معالجة الصدمة هذه على 1-4٪ من تركيز ثنائي كبريتيت الصوديوم المضاف.
اعتمادا على استخدام مياه المنتج ، يمكن تحديد ما إذا كان يجب إعادة تدوير مياه المنتج أثناء التعقيم الصدمي أو تصريفها. ثنائي كبريتيت الصوديوم أكثر فعالية ضد البكتيريا الهوائية من الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية. لذلك يجب تقييم استخدام التعقيم الصدمي بعناية مقدما.
03 التطهير الدوري
بالإضافة إلى إضافة مبيدات الفطريات باستمرار إلى المياه الخام ، يمكن أيضا تعقيم النظام بانتظام للسيطرة على التلوث البيولوجي.
تستخدم طريقة المعالجة هذه في الأنظمة ذات خطر الحشف الحيوي المعتدل ، ولكن في الأنظمة ذات الحشف الحيوي العالي ، يكون التطهير مجرد عامل مساعد للمعالجة المستمرة بالمبيدات الحيوية.
التطهير الوقائي أكثر فعالية من التطهير التصحيحي لأن البكتيريا المعزولة أسهل في القتل والإزالة من الأغشية الحيوية السميكة القديمة.
الفاصل الزمني العام للتطهير هو مرة واحدة في الشهر ، ولكن الأنظمة ذات متطلبات النظافة الصارمة (مثل مياه العمليات الصيدلانية) والمياه الخام شديدة التلوث (مثل مياه الصرف الصحي) قد تكون مرة واحدة في اليوم. بالطبع ، يتأثر عمر الغشاء بنوع وتركيز المواد الكيميائية المستخدمة. بعد التطهير المكثف قد يقصر عمر الغشاء.
04 تعقيم الأوزون
إنه أكثر أكسدة من الكلور ، لكنه يتحلل بسرعة ، لذلك يجب الحفاظ عليه عند مستوى معين لقتل الكائنات الحية الدقيقة. في الوقت نفسه ، ينبغي أيضا مراعاة مقاومة الأوزون للمعدات المستخدمة ، ويجب عادة استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ.
من أجل حماية عناصر الغشاء ، يجب إزالة الأوزون بعناية ، ويمكن للأشعة فوق البنفسجية تحقيق هذا الهدف بنجاح.
05 الأشعة فوق البنفسجية
254 نانومتر ثبت أن ضوء الأشعة فوق البنفسجية مبيد للجراثيم. وقد تم استخدامه في محطات المياه الصغيرة. لا يتطلب إضافة مواد كيميائية إلى الماء. متطلبات صيانة المعدات منخفضة. لا يلزم سوى التنظيف الدوري أو استبدال مصابيح بخار الزئبق.
ومع ذلك ، فإن تطبيق العلاج بالأشعة فوق البنفسجية محدود للغاية و مناسبة فقط لمصادر المياه الأنظف ، لأن الغرويات والمواد العضوية ستؤثر على تغلغل الإشعاع البصري.
06 ثنائي كبريتيت الصوديوم
عندما يصل تركيزه إلى 50 مجم / لتر في تأثير نظام تحلية مياه البحر ، يكون فعالا في التحكم في التلوث البيولوجي. بهذه الطريقة ، يمكن أيضا تقليل التلوث الغرواني.
من المزايا الإضافية لحمض الكبريتيك أنه لا يتطلب إضافة حمض للتحكم في كربونات الكالسيوم بسبب التفاعل الحمضي لحمض الكبريتيك لتوليد أيونات الهيدروجين.
HSO3- → H+ + SO42-
01 تعقيم الكلور
تعتمد فعالية الكلور على تركيز الكلور ووقت التلامس ودرجة حموضة الماء.
غالبا ما يستخدم لتعقيم مياه الشرب ، وتركيز الكلور المتبقي العام هو 0.5 جزء في المليون.
في معالجة المياه الصناعية ، يمكن منع التلوث الميكروبي على المبادلات الحرارية ومرشحات الرمل عن طريق الحفاظ على تركيز الكلور المتبقي في الماء فوق 0.5-1.0 جزء في المليون. تعتمد كمية جرعات الكلور على محتوى المادة العضوية في التأثير ، لأن المادة العضوية ستستهلك الكلور.
تتطلب معالجة المياه السطحية عادة تطهير الكلور في جزء المعالجة المسبقة بالتناضح العكسي لمنع التلوث الميكروبي. الطريقة هي إضافة الكلور عند تناول الماء والحفاظ على وقت رد فعل 20-30 دقيقة للحفاظ على الكلور المتبقي 0.5-1.0 جزء في المليون في تركيز خط أنابيب المعالجة بالكامل.
ومع ذلك ، يجب إزالة الكلور تماما قبل دخول عنصر الغشاء لمنع الغشاء من التأكسد والتلف بواسطة الكلور.
(1) تفاعل الكلور
المطهرات المحتوية على الكلور شائعة الاستخدام هي غاز الكلور أو هيبوكلوريت الصوديوم أو هيبوكلوريت الكالسيوم. في الماء ، فإنها تتحلل بسرعة إلى حمض هيبوكلوروس.
حمض هيبوكلوروس في الماء يتحلل أيونات الهيدروجين وأيونات هيبوكلوريت:
حمض الهيدروكلوريك←→ H++ كلو-(4)
يسمى مجموع Cl2 و NaClO و Ca(ClO)2 و HClO و ClO- الكلور الحر (FAC) أو الكلور المتبقي المتبقي (FRC) ، ويتم التعبير عنه بالملغ / LCl2.
يتفاعل الكلور مع الأمونيا في الماء لتكوين الكلورامين ، والذي يسمى الكلور المشترك (CAC) أو الكلور المتبقي المشترك (CRC) ، ومجموع الكلور المتبقي و يسمى الكلور المشترك الكلور الكلي المتبقي (تي آر سي)
TRC = FAC + CAC = FRC + CRC (5)
تتناسب كفاءة مبيد الجراثيم للكلور المتبقي طرديا مع تركيز حمض الهيدروكلوريك غير المتحلل. التأثير المبيد للجراثيم لحمض هيبوكلوروس أعلى 100 مرة من تأثير هيبوكلوريت ، وتزداد نسبة حمض هيبوكلوروس غير المنفصل مع انخفاض قيمة الأس الهيدروجيني.
عند الرقم الهيدروجيني = 7.5 (25 درجة مئوية ، TDS = 40 مجم / لتر) ، يوجد 50٪ فقط من الكلور المتبقي على شكل HClO ، ولكن عند الرقم الهيدروجيني = 6.5 ، 90٪ هو HClO.
تزداد نسبة حمض الهيدروكلوريك أيضا مع انخفاض درجة الحرارة. عند 5 درجات مئوية ، يكون الجزء الجزيئي من HClO هو 62٪ (الرقم الهيدروجيني = 7.5 ، TDS = 40 مجم / لتر). في المياه عالية الملوحة ، تكون نسبة حمض الهيدروكلوريك صغيرة جدا (عندما يكون الرقم الهيدروجيني = 7.5 ، 25 درجة مئوية ، 40000 مجم / لتر TDS ، تكون النسبة حوالي 30٪).
(2) كمية جرعات الكلور
يتفاعل جزء من الكلور المضاف مع نيتروجين الأمونيا في الماء لتكوين الكلور المشترك وفقا لخطوات رد الفعل التالية:
HClO + NH3 ←→NH2Cl (أحادي الكلورامين) + H2O (6)
حمض الهيدروكلوريك + NH2Cl ←→ NHCl2 (ثنائي كلورامين) + H2O (7)
حمض الهيدروكلوريك + NHCl2 ←→ NCl3 (ثلاثي كلورامين) + H2O (8)
تعتمد التفاعلات المذكورة أعلاه بشكل أساسي على الرقم الهيدروجيني ونسبة كتلة الكلور / النيتروجين. الكلورامين له أيضا تأثير مبيد للجراثيم ، لكنه أقل من تأثير الكلور.
يتحول الجزء الآخر من غاز الكلور إلى كلور غير نشط. تعتمد كمية الكلور المطلوبة لهذا الجزء على عوامل الاختزال مثل النتريت والكلوريد والكبريتيد والحديد الحديدي والمنغنيز. تفاعل أكسدة المواد العضوية في الماء يستهلك الكلور أيضا.
(3) كلورة مياه البحر
تختلف مياه البحر عن الوضع في المياه قليلة الملوحة ، وعادة ما تحتوي على حوالي 65 ملغم / لتر من البروم. عندما تتم معالجة مياه البحر كيميائيا بالكلور ، يتفاعل البروم بسرعة مع حمض هيبوكلوروس لإنتاج حمض هيبوبروموس
Br- + HClO → HBrO + Cl- (9)
بهذه الطريقة ، عندما تتم معالجة مياه البحر بالكلور ، تأثير مبيد للجراثيم هو أساسا HBrO بدلا من HClO، ويتحلل حمض هيبوبروموس إلى أيونات هيبوبروميت.
HBrO ←→ برو- + H+ (10)
درجة تحلل HBrO أقل من درجة تحلل حمض الهيدروكلوريك. عند الرقم الهيدروجيني = 8 ، لن يتحلل 28٪ فقط من HClO ، لكن 83٪ من HBrO لن يتحلل.
بالنسبة لمياه البحر في ظل ظروف الأس الهيدروجيني العالي ، لا يزال تأثير مبيد الجراثيم أفضل من ذلك الموجود في المياه المالحة. سوف يتداخل حمض هيبوبروموس وأيونات هيبوبروميت مع تحديد الكلور المتبقي ، والذي يتم تضمينه في القيمة المقاسة للكلور المتبقي.
02 علاج تأثير التعقيم
تتضمن المعالجة بالصدمة إضافة مبيد حيوي إلى التناضح العكسي أو مياه تغذية الترشيح النانوي لفترة زمنية محدودة وأثناء التشغيل العادي لنظام معالجة المياه.
غالبا ما يستخدم ثنائي كبريتيت الصوديوم لهذا الغرض من العلاج. بشكل عام ، تتم إضافة 500-1000 جزء في المليون من NaHSO3 لمدة 30 دقيقة تقريبا.
يمكن إجراء علاج الصدمة بشكل دوري على فترات منتظمة ، على سبيل المثال ، مرة واحدة كل 24 ساعة ، أو عند الاشتباه في النمو البيولوجي. ستحتوي مياه المنتج المنتجة أثناء معالجة الصدمة هذه على 1-4٪ من تركيز ثنائي كبريتيت الصوديوم المضاف.
اعتمادا على استخدام مياه المنتج ، يمكن تحديد ما إذا كان يجب إعادة تدوير مياه المنتج أثناء التعقيم الصدمي أو تصريفها. ثنائي كبريتيت الصوديوم أكثر فعالية ضد البكتيريا الهوائية من الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية. لذلك يجب تقييم استخدام التعقيم الصدمي بعناية مقدما.
03 التطهير الدوري
بالإضافة إلى إضافة مبيدات الفطريات باستمرار إلى المياه الخام ، يمكن أيضا تعقيم النظام بانتظام للسيطرة على التلوث البيولوجي.
تستخدم طريقة المعالجة هذه في الأنظمة ذات خطر الحشف الحيوي المعتدل ، ولكن في الأنظمة ذات الحشف الحيوي العالي ، يكون التطهير مجرد عامل مساعد للمعالجة المستمرة بالمبيدات الحيوية.
التطهير الوقائي أكثر فعالية من التطهير التصحيحي لأن البكتيريا المعزولة أسهل في القتل والإزالة من الأغشية الحيوية السميكة القديمة.
الفاصل الزمني العام للتطهير هو مرة واحدة في الشهر ، ولكن الأنظمة ذات متطلبات النظافة الصارمة (مثل مياه العمليات الصيدلانية) والمياه الخام شديدة التلوث (مثل مياه الصرف الصحي) قد تكون مرة واحدة في اليوم. بالطبع ، يتأثر عمر الغشاء بنوع وتركيز المواد الكيميائية المستخدمة. بعد التطهير المكثف قد يقصر عمر الغشاء.
04 تعقيم الأوزون
إنه أكثر أكسدة من الكلور ، لكنه يتحلل بسرعة ، لذلك يجب الحفاظ عليه عند مستوى معين لقتل الكائنات الحية الدقيقة. في الوقت نفسه ، ينبغي أيضا مراعاة مقاومة الأوزون للمعدات المستخدمة ، ويجب عادة استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ.
من أجل حماية عناصر الغشاء ، يجب إزالة الأوزون بعناية ، ويمكن للأشعة فوق البنفسجية تحقيق هذا الهدف بنجاح.
05 الأشعة فوق البنفسجية
254 نانومتر ثبت أن ضوء الأشعة فوق البنفسجية مبيد للجراثيم. وقد تم استخدامه في محطات المياه الصغيرة. لا يتطلب إضافة مواد كيميائية إلى الماء. متطلبات صيانة المعدات منخفضة. لا يلزم سوى التنظيف الدوري أو استبدال مصابيح بخار الزئبق.
ومع ذلك ، فإن تطبيق العلاج بالأشعة فوق البنفسجية محدود للغاية و مناسبة فقط لمصادر المياه الأنظف ، لأن الغرويات والمواد العضوية ستؤثر على تغلغل الإشعاع البصري.
06 ثنائي كبريتيت الصوديوم
عندما يصل تركيزه إلى 50 مجم / لتر في تأثير نظام تحلية مياه البحر ، يكون فعالا في التحكم في التلوث البيولوجي. بهذه الطريقة ، يمكن أيضا تقليل التلوث الغرواني.
من المزايا الإضافية لحمض الكبريتيك أنه لا يتطلب إضافة حمض للتحكم في كربونات الكالسيوم بسبب التفاعل الحمضي لحمض الكبريتيك لتوليد أيونات الهيدروجين.
HSO3- → H+ + SO42-