Por formában lévő anyagokat felhasználó technológia

A TwinOxide® por formában lévő anyagokat felhasználó technológiát alkalmaz 0,3%-os klórdioxid oldat előállításához. Mivel mind a klórdioxid és a klór is tartalmazza a klór szót vagy magát az anyagot, sokan azt gondolják, hogy a két molekula hasonló. Ez igen messze áll a valóságtól, mivel teljesen eltérő molekulák, más-más jellegzetességekkel és tulajdonságokkal, ráadásul más mechanizmussal fertőtlenítenek.

Számos anyagot és adatot publikáltak már a klórról és a klórdioxidról. Az ilyen anyagok összefésülése és korrelációja felhasználható a klórdioxid és a klór összehasonlítására és szembeállítására fertőtlenítőszerként, biocidként vagy sterilizáló szerként történő használata során, mely jelen közlemény tárgya és célja. A TwinOxide® a klórdioxid valamennyi attribútumát mutatja, illetve a generátorok által előállított klórdioxiddal összevetve további előnyöket is biztosít az egészségre, biztonságra, környezeti és pénzbeli költségre vonatkozóan.

A klór valószínűleg a legrégebb óta alkalmazott ivóvíz kezelése során használt fertőtlenítő. A klór hatékonyan pusztítja el a vízben gyakran fellelhető mikroorganizmusok nagy részét, és viszonylag alacsony a költsége, amely, figyelmen kívül hagyva a klór használatával együtt járó egyéb problémákat, igen kedvező színben tünteti fel. A klórral együtt jár(hat) a klórgáz, mely igen mérgező és kezelése veszélyes. Biocidként gyakran nátrium hipokloritot is használnak, amely kevésbé veszélyes.

A klór és klórdioxid nagy vonalakban történő összehasonlítása néhány nagyobb kategóriába sorolható.

Fertőtlenítési melléktermékek

A szerves összetevőket, és szerves anyagokat tartalmazó víz klórral történő kezelése során létrejövő reakciótermékek miatti aggodalmakat követően, 1974-ben az Ivóvíz Rendelet módosításra került. A klórral és brómmal vagy jóddal, illetve általában halogénekkel történő fertőtlenítés során, a kialakuló fertőtlenítési melléktermékekként ismert (DBP) reakciótermékek, a halogén szerves molekulák, szélesebb körben a trihalometán (THM), halogénessav (HAA) és a Mutagén X (MX). Ezek mérgezőek és az ember számára károsak. A THM, HAA és MX összefüggésben van a rákkal, vetéléssel, halvaszüléssel és születési rendellenességekkel. A Mutagén X rákot okozó képessége 170-szerese a kloroformnak.

A klór reakcióba lép az ammóniával és ammóniás összetevőkkel, majd klóramint hoz létre, ami hatalmas klórigényt generál, ez pedig jelentősen magasabb koncentrációjú klór alkalmazását teszi szükségessé szabad klór maradványanyag elérése érdekében. A klóramin is biocid hatású, azonban a klór 80-200-szor vagy még nagyobb mértékű hatékonyságot mutat.

A klórdioxid nem lép reakcióba az ammóniával így a vízben lévő kezelni kívánt ammónia és ammóniás összetevők nem támasztanak klórdioxid igényt, így nincs szükség magasabb klórdioxid koncentrációra és nem alakul ki THM.

fertotlenitesi-mellektermek

Az elért maradványérték profilja szemben a klór és klórdioxid adagolásával, 1. ábra hasonló az erősen szennyezett víz valamint az ammóniát tartalmazó víz esetén is. Azt a pontot ahol a szabad maradvány klór koncentrációt el lehet érni, töréspontnak nevezzük, és ennek a technikának az alkalmazása a törésponti klórozás.

A klórdioxid által generált fertőtlenítési melléktermékekre vonatkozó legfőbb lehetséges aggodalom valószínűleg a klorit és a klorát kialakulása. A létrejövő klorit és klorát mennyisége a felhasznált klórdioxid oldat eredeti tisztaságától és az alkalmazott töménységtől függ, amely összefüggésben áll az oldat erősségével és a cél klórdioxid visszamaradt anyaggal.

Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) szabályzata az ivóvízben található összes maximális klorit és klorát koncentrációt 0,7 ppm-ben határozza meg. Az ivóvizek TwinOxide® 0,3%-os klórdioxid oldattal történő fertőtlenítése jóval alacsonyabb, mint a WHO klorit és klorát koncentrációra vonatkozó előírásai és korlátozásai.

A pH hatás

A klór főként az „elpusztítás sebességével” összefüggésben lévő hatékonysága, pH függő, amely magasabb pH-s vízben, általában lúgos vízben, lassabb és magasabb koncentrációt igényel. A klórdioxid ugyanolyan hatásfokú széles pH skálán 4-10 terjedő pH értékek között. Ezt értelmezhetjük úgy, hogy lúgos vízben, illetve 7,5 körüli pH fölött a klórdioxid jobb, hatékonyabb biocid mint a klór. Ez nem azt jelenti, hogy a klór ne működne magas pH-jú vízben, csak azt, hogy ami az „elpusztítás sebességét” illeti, jóval kevésbé hatékony.

ph-hatas

Ennek oka, hogy a klór a vízben hidrolizál, és a hidrolízis termék, a hipoklórossav (HOCl) hipoklorit ionokká (OCl-) bomlik szét. A hipoklórossav és a hipoklorit ionok egyensúlyi állapotban vannak, az egyensúlyi reakció, (ii) egyenlet, a pH emelkedésével jobbra tolódik, azaz a hipoklorit ion koncentrációja megnövekedik.

Cl2 + H2O → HOCl + HCl ………………………. (ia)

NaOCl + H2O → HOCl + NaOH ……………………. (ib)

HOCl ⇄ H+ + OCl- …………………………………………………… (ii)

A klórdioxid a klórdioxid gáz oldata vízben és nem hidrolizál.

Biocid hatásfok

Számos paraméter használható egy biocid „erősségének” vagy „hatásfokának” összehasonlítására. Az egyik ilyen, az „elpusztítás sebességét” a 2. ábra mutatja. Ami az oxidációs kapacitást illeti, a klórdioxidé 2,6-szor nagyobb, mint a klóré. Ez abból a tényből ered, hogy a klórdioxid redox reakciójában, a klórdioxid összesen 5 elektront fogad. (III), (IV) és (V) egyenletek.

ClO2 + e- → ClO2-……………………………. (III)

ClO2- + 4H+ +4e- →Cl- + 2H2O …………………………… (IV)

Összességében, ClO2 +4H+ + 5e →Cl- + 2H2O ……………………………. (V)

A klór a redox reakció során csak 2 elektront fogad. (vi) egyenlet.

Cl2 + 2e- →2Cl- …………………………….. (VI)

Az atomsúly és molekulasúlyokat véve, a klórdioxid 52,56% Cl-ot tartalmaz, ami, figyelembe véve az 5 elektron változást, 263% rendelkezésre álló klórnak felel meg. A klór 100% rendelkezésre álló klórnak felel meg, így a klórdioxidnak 2,6-szoros az oxidációs képessége a klórhoz képest.

Ezek az összehasonlítások azt sugallják, hogy a klórdioxid klórrá redukálódik és ez alatt a reakció alatt 5 elektront fogad. A klór atom megmarad, amíg stabil klorid nem jön létre. Ez magyarázza, hogy miért nem jön létre klórozott anyag. A klór reakciójakor nemcsak elektronokat fogad, de részt vesz addíciós és szubsztitúciós reakciókban egyaránt. Az ilyen reakciók során egy vagy több klór atom adódik hozzá idegen anyaghoz, így alakulnak ki klórozott összetevők.

Az ilyen működési mód rávilágít a klórdioxiddal illetve a klórral történő mikrobiológiai szabályozás mechanizmusai közötti fő különbségre. A jellegzetesen szabadgyökként viselkedő klórdioxid oxidálószerként igen szelektív az egyedi, egy elektronos csere mechanizmus, vagy szabadgyök elektrofil absztrakció (azaz elektron vonzás) miatt.

A klórdioxid megtámadja a szerves molekulák elektronban gazdag központjait. Egy elektron transzfer történik és a klórdioxid klorittá redukálódik (ClO2-). A klór mechanizmusa oxidatív szubsztitúció vagy addíció útján történik, így jönnek létre a klórozott melléktermékek, úgy, mint THM, HAA, stb.

clo2

Az egyes fertőtlenítőszerek oxidációs erejének és oxidációs kapacitásának összehasonlításával az ember arra következtethet, hogy a klórdioxid alacsony koncentrációban hatékony. A klórdioxid nem annyira reaktív, mint a klór és csak kénsavas anyagokkal lép reakcióba, aminokkal és néhány más reaktív szerves anyaggal. A mikrobiológiában az aminok vagy amino típusú összetevők olyan molekulák, mint az aminósavak, proteinek és enzimek, ezek mind nagyon fontosak a mikroorganizmusok metabolizmusa és biokémiai reakciója szempontjából. A klórdioxid elpusztítja vagy inaktiválja ezeket a molekulákat, ezzel megzavarva a metabolizmust, ami az organizmus elpusztulását eredményezi.

A klórral összehasonlítva, kevesebb klórdioxidra van szükség effektív maradvány fertőtlenítőszer eléréséhez. Akkor is tud igen hatékony lenni, amikor nagy mennyiségű szerves anyag van jelen a kezelendő vízben, mint pl. szennyezett szennyvízben.

A hatásfok és az “elpusztítás sebessége” az alkalmazott aktív fertőtlenítőszerek koncentrációjával van összefüggésben. Ez ahhoz a fontos koncepcióhoz vezet, hogy egy fertőtlenítőszer halálos koncentrációját adott kontakt ideig kell fenntartani (t). Ezt hívják úgy, hogy CT érték, melynek a mértékegységei általában a mg perc/liter vagy pp perc, vagy mh óra/liter vagy ppm óra/liter.

CT érték = C x t …………………………… (iv)

CT értékek 99% pusztítás eléréséhez

Ivóvíz minőségre vonatkozó irányelvek, Az Első és Második napirendeket magában foglaló Harmadik kiadás, 1 Kötet, Ajánlások, Egészségügyi Világszervezet, 2008 140. oldal

Szervezet

Klór

Klórdioxid

Baktériumok Ct99% 3,3 ppm perc Ct99% 0,19 ppm perc
Vírusok Ct99% 8,0 ppm perc Ct99% 2,8 ppm perc
Giardia (Protozon) Ct99% 41 ppm perc Ct99% 7,3 ppm perc
Cryptosporidium (Protozon) nem pusztult el Ct99% 40 ppm perc
Teszt feltételek Baktérium 1-2°C, pH 8,5 Giardia 25°C, pH 7-7,5
Vírusok 10°C, pH 7-7,5 Cryptosporidium 22°C, pH 8

 

 

Biofilm elleni védelem

A klórdioxid azon kevés biocidek egyike, amely hatásos és eredményes a biofilm elleni védelemben és annak eltávolítása során is.

A klórdioxid azért jobb fertőtlenítő mint a klór, mert a klórdioxid hatékony a biofilm elleni védelemben és annak eltávolításában. A klór és a nátrium hipoklorit nem képes a biofilm ellen olyan hatékonyan fellépni illetve eltávolítani azt, mint a klórdioxid, mert a klór nehezen hatol át a biofilmen, továbbá a maradvány klórral reakcióba lépő vagy klór igényt kialakító biofilm szerves tartalma a klórt vagy hipokloritot kevésbé hatékonnyá teszi a biofilmmel azonosított organizmusok elpusztításában. A klórdioxid oldott klórdioxid gáz és képes áthatolni a biofilmben lévő baktériumokat védő nyálkás rétegen. Mivel erőteljes oxidálószer, „feloldja” a nyálkás réteget és elpusztítja a védtelen baktériumot.

Korrózió

Létezik egy tévhit, mely szerint a klórdioxid korróziót okoz a fémnek. Ez nem igaz. A klórdioxid nem korrodálja a fémet.

A klórdioxidnak tulajdonított tévhit alapja az a tény, hogy a klorit/sav technikával, klórdioxid generátorban történő klórdioxid előállításnak nagyon alacsony a pH-ja<<1 ezért igen savas. Ennek oka, hogy a sztöchiometrikus követelménnyel összevetve a többlet sav egyenlet (VIII) kerül alkalmazásra, hogy a generátorban a klórdioxid hozam fokozható legyen.

5NaClO2 + 4HCl → 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O ………… (VIII)

Az (VIII) egyenleten alapuló sztöchiometrikus követelmény az, hogy 1 gr klórdioxidot, 1,676 gr nátriumkloritot valamint 0,54 gr hidrogén-klorid hozzunk létre vagy 0,32 gr hidrogén-kloridra van szükség 1 gr nátriumklorithoz. A generátorokban 7,5% nátriumklorit és 9% hidrogén-klorid vagy 25% nátriumklorit és 30-36% hidrogén-klorid oldat keverékét használjuk. A gyakorlatban a releváns nátrium klorit és hidrogén-klorid oldatokat egyenlő arányban alkalmazzuk. Amint az a 2. táblázatból is látszik, a reakció hozamának javítása érdekében felhasznált HCl mennyisége 3,75-szöröse lehet a sztöchiometrikus követelménynek.

Így, a reagens oldat az, ami korróziót okoz, mivel igen savas, és ez a savasság hidrogénklorid ásványi sav formájában fordul elő, amelynek klorid ionjai magukban is korróziót okoznak egyes fémek esetén.

A TwinOxide® egy savas oldatban peroxiszulfáttal történő oxidáció útján hoz létre klórdioxidot kloritból, (IX) egyenlet. Nátrium-biszulfát segítségével jön létre a savas közeg, nem alakul ki kénsav.

7ClO2- + HSO5- + 5HSO4+→ 6ClO2 + Cl- + 6SO42- + 3H2O …. (ix)

Klórdioxid generátorban történő előállításának tömegkiegyenlítése

Elővegyület koncentráció

7,5% NaOCl

9% HCl

25% NaOCl

30% HCl

NaOCl 100 ml elővegyületben

7,5 g

25 g

Szükséges HCl

2,42 g

8,05 g

Tényleges felhasznált HCl 100 ml elővegyületben

9,0 g

30 g

NaOCl:HCl (Stöchiometrikus 0,32)

1,2

1,2

HCl többlet 200 ml reakció vegyületben

6,58 g

21,95 g

HCl többlet 1 liter reakcióban

32,92 g

109,73 g

HCl molekulasúlya

36,5

36,5

HCl molaritás = Hidrogén molaritás [H+]

0,90 M

3,01 M

pH = -log10[H+]

pH 0,04

pH -0,48

A TwinOxide® 0,3%-os klórdioxidos oldat kb. 2 pH, ugyanolyan pH értékű, mint a citromlé vagy az ecet, de sokkal magasabb, mint a generátorok által létrehozott klórdioxid reagens oldaté. Általánosságban az várható, hogy a TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat sokkal kevésbé korrodálja a fémeket, mint a klorit savas technikával, generátorok által létrehozott klórdioxid oldatok.

A biocid hatékonyság spektruma

A klór, nátrium-hipoklorit és a klórdioxid hatékonyan használható baktérium, gomba és élesztőgomba ellen. A klórdioxid azonban hatásosabbnak és eredményesebbnek tűnik az alga, patogének, vírusok, spórák és a biofilm ellen. A biofilm elleni harc és annak elpusztítása alapvető fontosságú a legionella betegség kockázatának minimalizálásában, mint ahogy azt egyes hatóságok megkövetelik, kiváltképp hűtőrendszerek esetén, valamint hideg és meleg vizű rendszereknél. A biofilm elleni védelem minimalizálhatja továbbá a mikrobiológiailag előidézett korrózió (MIC) kialakulásának lehetőségét.

TwinOxide® 0,3%-os klórdioxid oldat

Az egyéb technológiákkal előállított klórdioxiddal összevetve a TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat bizonyos további előnyökkel is bír.

Egyéb technikák koncentrált folyékony elővegyületeket alkalmaznak. Szivárgás, vagy kiömlés esetén a folyadék szétfolyik, hacsak nem tároljuk és használjuk felfogó kádban. Egy folyékony oxidáló elővegyület kiömlése és szétfolyása lehetővé tenné, hogy az oxidálószer kapcsolatba kerüljön redukálható és/vagy tűzveszélyes anyagokkal, amely robbanást és tüzet eredményezhet. Folyékony ásványi sav elővegyület kiömlése és szétfolyása a vele kapcsolatba kerülő anyagok korrózióját okozhatja, és bizonyos fémek esetén ez a korrózió hidrogént szabadíthat fel. A TwinOxide® technológia szilárd, por formában lévő elővegyületeket alkalmaz, ami kiömlés esetén kisebb valószínűséggel terjed szét, 3. ábra, és reakcióképességük nem olyan, mint a folyékony elővegyületeké.

Folyadékok és porok kiömlése

kiomles

  • Oldat szivárgása
  • Oldat kiömlése
  • Por kiömlése

A >0,8% koncentrációban a klórdioxid (8000 ppm ClO2) vizes oldata, gáz fázissal, robbanékony lehet. Annak ellenére, hogy számos biztonsági intézkedés került beépítésre a klórdioxid generátorokba, elkerülendő, hogy ilyen magas és veszélyes koncentrációban jöjjön létre a klórdioxid oldat, mint pl. az elővegyületek nem megfelelő arányú adagolása és/vagy a hígításra használt vízadagolás meghibásodása, a kockázat valószínűleg még így is magasabb, mint a TwinOxide® szilárd elővegyületet alkalmazó technológia használata esetén.

A TwinOxide® módszerrel a két elővegyületet egy bizonyos mennyiségű vízhez adjuk. A két szilárd összetevő súlya fix, adott mennyiségű víz esetén, vagy bizonyos mennyiségű 0,3% klórdioxid oldat elkészítéséhez. Így az összetevők tartályának tartalmát mindössze 37,5% vízhez vagy az előírt víz kb. egyharmadához kellene hozzáadni. Ez nem valószínű, hacsak nem szándékosan tervezetten történik.

A TwinOxide® előnyei

Összefoglalva, a TwinOxide® 0,3%-os klórdioxid oldat számos fontos előnyt mutat a klórral szemben.

  • A fertőtlenítő egyszerű, könnyű és biztonságos előkészítése és adagolása.
  • Masszív elővegyületek így az elővegyületek szivárgása vagy kiömlése esetén a „szétfolyás” alacsony kockázata.
  • Nincs gőzölgő elővegyület.
  • Nem alakul ki THM vagy HAA.
  • Hatékony és gyors fertőtlenítő.
  • Sokkal hatékonyabb biofilm elleni védelem és eltávolítás.
  • Valamennyi mikroorganizmus típus esetén hatékony.
  • Alacsony fertőtlenítő maradvány koncentráció.
  • Felhasználási koncentráció esetén nem korrodálja a fémeket, és kompatibilis elasztomerekkel