En la preparación de agua desalada, los proyectos de reutilización de aguas residuales industriales y desalinización de agua de mar, la ultrafiltración y el proceso combinado de ósmosis inversa se usan ampliamente debido a su rendimiento de separación de alta eficiencia. Sin embargo, la contaminación microbiana y el cloro residual son dos problemas clave que afectan el funcionamiento estable del sistema.
Selección del punto de dosificación y optimización de dosis del agente
1. Estrategia de dosificación de hipoclorito de sodio
El hipoclorito de sodio (NACLO) es el bactericida principal en el sistema de ultrafiltración, y su punto de dosificación generalmente se coloca en el tanque de filtro o en el extremo frontal del filtro. La ventaja de este diseño es que el tanque de filtro puede interceptar los subproductos (como el cloruro de ácido húmico) producidos durante el proceso de esterilización para evitar que ingresen directamente a la membrana de ultrafiltración y causen un ensuciamiento.
En un proyecto de desalinización de agua de mar, después de que el punto de dosificación de hipoclorito de sodio se movió hacia la entrada del filtro multimedia, la tasa de crecimiento de la diferencia de presión transmembrana de ultrafiltración (TMP) se redujo en un 30%. El método de dosificación debe seleccionarse de manera flexible de acuerdo con la calidad del agua:
Dosificación continua: adecuada para escenas con pequeñas fluctuaciones de calidad del agua, la cantidad de dosificación recomendada es 1 ~ 5G/m³. En este momento, la concentración de cloro residual en el tanque de agua de ultrafiltración se debe garantizar que sea mayor o igual que 0. 5mg/L (en términos de Cl₂) para garantizar el efecto antibacteriano continuo del sistema de tubería de fondo.
Dosificación de impacto: para el agua con alta actividad microbiana, la dosis debe aumentar a 10 ~ 15 g/m³, cada vez durante 30 ~ 60 minutos y una vez al día. Un caso de reutilización del agua en una planta de energía muestra que la dosificación de impacto puede extender el ciclo de contaminación biológica de las membranas de ultrafiltración de 7 días a 15 días.
2. Control preciso del bisulfito de sodio
La membrana de ósmosis inversa tiene una tolerancia extremadamente baja al cloro residual (requerido menos o igual a 0. 01mg/L), por lo que se debe agregar bisulfito de sodio (nahso₃) antes del filtro de seguridad para la reducción. La dosis debe cumplir con los indicadores duales: la detección de cloro residual es cero, y el potencial de reducción de oxidación (ORP) es estable dentro de 200 mV.
De acuerdo con la fórmula de reacción química (Cl₂ + 2 nahso₃ → 2HCl + na₂so₄ + s ↓), los cálculos teóricos muestran que 1 mg/L de cloro residual requiere 1,46 mg de nahso₃ puro. Sin embargo, en proyectos reales, dado que el componente efectivo del bisulfito de sodio de grado industrial (en términos de SO₂) solo representa del 64% al 67%, y se deben considerar factores como la reacción incompleta, la dosis real debe aumentar a 3 mg/L de cloro residual.
Los datos de un proyecto de descarga cero de aguas residuales químicas mostraron que cuando la concentración de cloro residual era {{0}}. 8 mg/L, después de agregar 1.17 mg/L de nahso₃ industrial de acuerdo con el valor teórico, la cloración residual en el agua de la entrada de la osmosis inversa aún se mantenía en 0.05 mg/L; Después de ajustar la dosis a 2.4 mg/L, el cloro residual se redujo con éxito a por debajo del límite de detección.
Special attention should be paid: excessive addition of NaHSO₃ may cause side effects. For example, in water with an iron ion concentration of >0. 3mg/L, Nahso₃ reacciona con Fe³⁺ para generar precipitación de sulfuro, causando la obstrucción frecuente del filtro de seguridad; Además, cuando la concentración de su producto de oxidación sulfato (SO₄²⁻) supera los 200 mg/L, interferirá con el potencial zeta de la superficie de la membrana de Ro, lo que provocará que la tasa de desalinización disminuya en un 1%~ 2%.
Efecto del valor de pH en la forma de cloro residual y la eficiencia bactericida
El efecto bactericida del cloro residual está estrechamente relacionado con su forma de existencia. El ácido hipocloro (HOCL), como una molécula neutra, puede penetrar en la pared celular de los microorganismos, con un potencial redox de hasta 1,49V, y su capacidad bactericida es 80 ~ 100 veces mayor que del ion hipoclorito cargado negativamente (OCL⁻). La relación de los dos está determinada directamente por el valor de pH del cuerpo de agua:
pH＜7.5: HOCl accounts for >80%, y la eficiencia bactericida es la mejor en este momento.
pH {{0}}. 0: HOCL y OCL⁻ cada uno representan el 50%, y el efecto bactericida se debilita significativamente.
PH ＞ 8.5: OCL⁻ representa ＞ 90%, y la cantidad de hipoclorito de sodio debe aumentarse en 2 ~ 3 veces para lograr el mismo efecto de esterilización.
Esta característica explica por qué algunos proyectos aún bloquean con frecuencia la ultrafiltración a pesar de que se detecta el alto cloro residual (como 1.2 mg/L). Un caso de una planta de tratamiento de aguas residuales de papel de papel muestra que cuando el pH de entrada aumenta de 6.8 a 8.2, la proporción de HOCL en el cloro residual cae del 85% al 45%, y la frecuencia de limpieza de la membrana de ultrafiltración aumenta de una vez al mes a la semana. Después de ajustar el pH a 7. 0 agregando ácido clorhídrico, la cantidad de hipoclorito de sodio se reduce en un 40%, y la tasa de ensuciamiento de la membrana regresa a los niveles normales.
Vale la pena señalar que se requiere la combinación de NaOH y NACLO en la etapa de limpieza química de ultrafiltración. En este momento, aunque el entorno alcalino (pH ＞ 10) hace que Ocl⁻ represente más del 99%, su fuerte propiedad oxidante puede descomponer efectivamente polímeros extracelulares (EP) y proteínas en la biopelícula.
Por ejemplo, cuando se usa una solución de limpieza que contiene 200 mg/L Naclo (pH =11), la tasa de recuperación de flujo de membrana puede alcanzar más del 95%, mientras que la limpieza de ácido simple solo puede recuperar el 60%~ 70%. Esto refleja la diferencia esencial entre los mecanismos de limpieza y esterilización: el primero se centra en la descomposición química de la materia orgánica, mientras que el segundo depende de la capacidad de inactivación microbiana del cloro activo.
Monitoreo de parámetros clave y ajuste dinámico
Para lograr un control preciso, se recomienda utilizar equipos de monitoreo en línea para rastrear los siguientes parámetros en tiempo real:
Cloro residual de agua de ultrafiltración: detectado por la colorimetría DPD para garantizar que la concentración esté dentro del rango de {{0}}. 5 ~ 1.0 mg/l.
Agua de ósmosis inversa ORP: Mantener 200 mV puede verificar dos veces el efecto de eliminación de cloro residual y la adecuación de la adición de agente reductora.
Valor de pH: control de pH inferior o igual a 7.5 en la etapa de esterilización y aumente a 10 ~ 12 en la etapa de limpieza.