Применение диоксида хлора для микробиологического контроля в тонкопленочных композиционных мембранах

Контроль росту мікроорганізмів є основним питанням, що стоїть перед промисловими системами зворотного осмосу. Мікробіологічний контроль в муніципальних, комерційних і промислових системах водопостачання здійснюється шляхом використання окислювальної або неокислювальної хімії.

Мікробіологічний контроль зворотного осмосу виявився більш складним завданням. Полімерні структури, що містять матеріал мембрани схильні деградації сильними галогенами на основі окислювачів, таких як хлор і бром. Крім того, хімічні неокислювальні засоби зазвичай використовуються в градирнях і оборотному водопостачанні вимагають тривалого часу контакту і високі дози, щоб бути ефективними.

Мікробіологічне забруднення системи зворотного осмосу є особливо проблематичним з утворенням всередині мембран біоплівок. Наявність біоплівок на внутрішній і зовнішній поверхні мембрани викликає численні проблеми в роботи системи в цілому. Біоплівка може збільшити крос тиск мембрани, зменшує площу поверхні мембрани, збільшує чистоту чисток і забезпечує захист для бактерій, дозволяючи їм процвітати. Посилює цю проблеми той факт, що якщо мікроорганізми гинуть, біоплівка залишається на місці і продовжує викликати проблеми з роботою і продуктивністю мембран. Вона також надає притулок і середовище проживання для майбутнього покоління бактерій.

У зворотному осмосі зростання біоплівки особливо небажаний. Через своїх маленьких розмірів бактерія може легко увійти в простір між мембранними листами. Після того, як бактерії проникають і закріплюються, починає швидко рости біоплівка. Накопичення біоплівки на матеріалі мембрани може блокувати або обмежити потік перміату.

Практичне застосування діоксиду хлору для очищення мембран від біоплівки.

Практичні випробування проводили на підприємстві Covanta Lee County у Флориді, що подає воду в місто Форт Майерс. Оцінка впливу діоксиду хлору охоплює майже 18 місяців безперервної роботи. Було практично застосовано кілька рівнів дозувань при постійному контролі продуктивності мембран. Детальна оцінка розкритих мембран проводилася для визначення їх стану і спроби визначити будь-яке пошкодження, що відноситься до очищення від біоплівки діоксидом хлору.

У лабораторних дослідженнях застосовувалися різні доступні мембранні полімери. Ці тести проводилися на полімерних листах при тривалій експозиції діоксиду хлору.

Безперервне додавання діоксиду хлору при концентрації в живильній воді 0,1 мг/л було розпочато 5 лютого 2010 р., замість 33 мг/л при періодичному застосуванні. Протягом 48 годин, датчик тиску показував перепади, потім тиск вирівнялося і стало знижуватися. Тиск подачі на вході значно знизився. При заміні картриджа фільтра на 14-й день, було відзначено , що типовий коричнево-червоний шлам, який покриває фільтруючий елемент помітно зник, колір і вміст шламу значно скорочені. Ми прийняли рішення працювати з безперервною подачею діоксиду хлору. Навесні 2010 року патронні картриджі фільтри номіналом 5μ були замінені на номінал 1μ. В даний час ці компоненти змінюються кожні 8 тижнів, в результаті значно збільшився ресурс картриджів, знижений видаляється розмір частинок і знижені витрати на обслуговування.

У виробничих умовах ми не могли витягти мембрану протягом декількох місяців для її дослідження. В якості альтернативи ми провели ряд лабораторних досліджень. Ми використовували новий мембранний матеріал впливаючи на нього високими дозами діоксиду хлору в спробі прискорення згубної дії на структуру матеріалу мембрани. А за допомогою електронного мікроскопа визначили окислювальні і фізичні пошкодження. Під час лабораторних випробувань були використані мембрани двох типів DOW FILMTEC BW30-365 і HYDRANAUTICS CPA3. Зразки полімерних листів кожного типу були отримані безпосередньо від виробників. Ці дві мембрани широко використовуються для отримання високочистої води.

Результати впливу діоксиду хлору на ro мембрану в лабораторних умовах

Результати лабораторного тестування продуктивності не показали збільшення проходження солей в пермеат після впливу діоксиду хлору на мембранні матеріали. Ці висновки засновані на трьох параметрах якості пермеату: провідність, проходження натрію і проходження хлориду. Протокол дослідження дозволив емітувати роботу ro мембран протягом 1 року 24 години на добу при концентрації діоксиду хлору 0,1 мг/л.

Аналіз стану мембрани відпрацювала на підприємстві

Під час запланованого відключення в травні і червні 2011 року ми змогли витягнути RO мембрану з енергоблоку № 2 для аналізу. Мембрана пропрацювала принаймні 27 місяців безперервної служби, з них близько 15 місяців безперервного впливу діоксиду хлору концентраціями від 0,1 до 0,25 мг/л. Крім візуального огляду провели тести на окислювальне пошкодження, аналіз на проходження солей і огляд поверхні полімеру за допомогою скануючого електронного мікроскопа.

Результати тесту Fujiwara і зображення SEM поверхні мембрани показані на малюнках 18 і 19, відповідно. Видимих пошкоджень мембрани не спостерігалося. Крім того, тестування на сіль / прохід показало, що відсоток відмов був ще в діапазоні 98% +, це після всього періоду служби.

Висновок

Застосування розчину діоксиду хлору продемонстровано, що він ефективний у видаленні і контролі утворення біоплівки в системах зворотного осмосу. Ефективний контроль був досягнутий за допомогою рівнів доз діоксиду хлору від 0,1 до 0,25 мг/л.коригування дози ймовірно буде необхідне при зміні температури. Дані, розроблені в ході прискорених лабораторних випробувань не показали фізичного пошкодження мембрани і ніякого несприятливого відхилення на проходження солей. Моніторинг зразків пермеату протягом перших 15 місяців після застосування діоксиду хлору не впливає на зменшення або погіршення якості пермеату. Детальний розтин мембрани після 15 місяців безперервного впливу діоксиду хлору при концентраціях від 0,1 до 0,25 мг/л не показали окислювальної або фізичної деградації мембран.

Використання розчину діоксиду хлору в даний час є стандартом очищення для мембранних систем від мікробіологічних забруднень і біоплівки.

Автори хотіли б подякувати Chris Luallen і Verle Allen за їх допомогу в налаштуванні, моніторингу та технічному обслуговуванні системи хімічної подачі. Їх рішення і робота з багатьох аспектів цього проекту, значно додала успіх діоксиду хлору.

 

Оригінал і повна стаття http://www.chemtreat.com/wp-content/uploads/2013/03/Microbiological-Control-in-Thin-Film-Composite-Membrane-Systems-Using-a-High-Purity-Chlorine-Dioxide-Solution.pdf