Передовые концепции очистки охлаждающей воды (Часть 4)

Примечание редактора: это четвертая часть многосерийной серии, написанной Брэдом Бьюкером, президентом компании Buecker & Associates, LLC.

Прочтите Часть 1 здесь.

Прочтите Часть 2 здесь.

Прочтите Часть 3 здесь.

На протяжении десятилетий окисляющие биоциды служили основным средством микробиологического контроля в системах охлаждения. Хлор является наиболее известным биоцидом, но эволюция программ борьбы с накипью/коррозией и связанный с этим переход от слабокислого к умеренно-основному pH во многих случаях повлияли на этот выбор. (1) Альтернативные или модифицированные окислители могут быть более эффективными; а в сложных условиях также могут быть полезны дополнительные неокисляющие биоциды. В следующих двух частях этой серии рассматриваются многие из наиболее важных разработок в области микробиологического и макробиологического контроля.

Многочисленные ссылки указывают на 1893 год как на год, когда хлор был впервые применен в качестве биоцида для питьевой воды, при этом к началу 1900-х годов технология быстро развивалась. Газообразный хлор, обычно поставляемый в баллонах емкостью по одной тонне, стал методом хранения на многих объектах, питьевой воде и других объектах. При добавлении хлора в воду происходит следующая реакция:

Cl2 + H2O ⇌ HOCl + HCl Ур. 1

HOCl, хлорноватистая кислота, является убивающим агентом и действует, проникая через клеточные стенки и затем окисляя внутренние компоненты клетки. Из-за проблем с безопасностью при использовании газообразного хлора многие промышленные предприятия перешли на жидкий гипохлорит натрия (NaOCl, он же отбеливатель) с обычной концентрацией активного хлора 12,5%. Другая популярная альтернатива, из которой наиболее известно название MIOX®, — это производство гипохлорита натрия на месте электролизом соленой воды. Этот процесс исключает необходимость хранения отбеливателя.

Обычный диапазон регулирования концентрации хлора в охлаждающей воде составляет 0,2–0,5 ppm, в зависимости от потребности в хлоре, которую мы вскоре рассмотрим. На эффективность и убойную силу хлора существенно влияет pH из-за равновесного характера HOCl в воде, как показано ниже.

HOCl ⇌ H+ + OCl– Ур. 2

OCl– является более слабым биоцидом, чем HOCl, возможно, потому, что заряд иона OCl– не позволяет ему эффективно проникать через клеточные стенки. Диссоциация хлорноватистой кислоты резко возрастает в зависимости от рН.

Поскольку многие программы очистки от накипи/коррозии в градирнях в настоящее время работают при щелочном pH около 8,0 или немного выше, модифицированная окислительная химия может быть лучшим выбором, чем основной хлор, как будет указано ниже. Кроме того, хлорноватистая кислота может вступать в реакцию с другими соединениями, которые часто присутствуют в оборотной охлаждающей и технологической воде. Наиболее заметными являются аммиак и органика. Сумма этих неантимикробных реакций называется «потребностью в хлоре». Реакции потребляют хлор и снижают концентрацию, доступную для атаки микробов. Некоторые реакции могут привести к образованию галогенированных органических веществ, концентрацию выбросов которых можно регулировать.

Довольно популярным ответом на эти проблемы стала химия брома, где окислитель хлора (отбеливатель снова является распространенным выбором) и бромид натрия (NaBr) смешиваются в потоке подпиточной воды и впрыскиваются в охлаждающую воду. В результате реакции образуется бромноватиистая кислота (HOBr), которая обладает такой же убойной способностью, что и HOCl, но действует более эффективно при щелочном pH.

HOCl + NaBr ⇌ HOBr + NaCl Ур. 3

На рисунке 2 сравнивается диссоциация HOCl и HOBr в зависимости от pH.

Как ясно видно, при pH 8,0 80% HOBr остается недиссоциированным.

Как и хлорноватистая кислота, бромноватистой кислота является сильным окислителем, который также требует галогенов. Однако в отличие от хлора, который необратимо реагирует с аммиаком, реакция бром-аммиак обратима, что оставляет бром свободным для активности по отношению к микробам. Бром также может образовывать галогенированные органические соединения.