Port és granulátumot felhasználó technika

A TwinOxide® egy port és granulátumot felhasználó technikát alkalmaz a 0,3%-os klórdioxid oldat előállításához. A klórdioxid és a klóramin hasonlónak tűnhetnek a klórral azonosítható nevük alapján. Ez igen messze van a valóságtól, teljesen eltérő molekulák, teljesen eltérő tulajdonságokkal és jellemzőkkel és más-más mechanizmusok által fertőtlenítik a vizet.

Számos anyagot és adatot publikáltak már a klóraminról és a klórdioxidról. Az ilyen anyagok összefésülése és korrelációja felhasználható a klórdioxid és a klóramin összehasonlítására és szembeállítására fertőtlenítőszerként, biocidként vagy sterilizálószerként 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 klóramint az 1990-es évek eleje óta használják az ivóvíz kezelés során fertőtlenítésre. A klóramin hatékonyan pusztítja el a vízben gyakran fellelhető mikroorganizmusok nagy részét, és bár nem annyira, mint a klórdioxid, de mégis kezelhető vele a biofilm. A klórdioxiddal szemben a klóramin nem ténylegesen tisztítja meg a felületeket a biofilmtől.

A klóramin az ammonia és a klórgáz vagy hipoklorit vizes oldatának hidrolízise során kinyert klór vagy hipoklorit, illetve pontosabban a hipoklórossav között létrejött reakció eredménye. Három klóramin létezik, monoklóramin (NH2Cl), diklóramin (NHCL2) valamint triklóramin vagy nitrogén triklorid (NCl3). A klór Cl2-ként az ammóniához viszonyuló arányától, mint NH3 reagensként történő alkalmazásától, az (i), (ii) és (iii) egyenletek, és a reagens oldatok pH-jától függ, hogy milyen molekula jön létre,

NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O …….. (Cl2:NH3 3-5:1) ………. (i)

NH3 + 2HOCl → NHCl2 + 2H2O …………… ………………. (ii)

NH2Cl+ HOCl → NHCl2 + H2O …………. (Cl2:NH3 5-7:1) ………. (iib)

NH3 + 3HOCl → NCl3 + 3H2O ……………. ……………… (iii)

NHCl2+ HOCl → NCl3 + H2O ………….. (Cl2:NH3 >7:1) ……….. (iiib)

kloramin-ph-eloszlas

 

Van továbbá a klóraminoknak egy “kedvelt pH” szintjük. A monoklóramin egy más vegyi anyag, mint a diklóramin vagy a triklóramin. A diklóramin és a triklóramin olyan klóramin összetevő, amit gyakran találni fedett úszómedencékben és azok környékén, amely okozhat bőr, szem és légzőszervi problémákat. Ezeket a vegyi anyagokat általában nem kapcsolják össze az ivóvízzel.

Klóramináció

A víz fertőtlenítéséhez klóramin használatának gyakorlatát klóraminációnak nevezzük. Klóraminációt két módon lehet végezni. A klóramint el lehet készíteni előre majd klóramin oldat formájában hozzáadni a kezelendő vízhez. A másik módszer, hogy a kezelendő vizet klórozzuk, majd egy későbbi fázisban ammóniát adunk a vízhez megfelelő klór-ammónia arányban a kívánt klóramin elérése érdekében. Ebben az esetben a klóramin másodlagos fertőtlenítő, és ez az a módszer, amit általában ivóvíz klóraminozására használunk.

A klóraminok gyengébb oxidálószerek, mint a klórdioxid, és sokkal lassabban pusztítják el a mikroorganizmusokat, akár 80-szor vagy annál is lassabban. Ezért a klóraminoknak jelentősen hosszabb kontakt időre és/vagy magasabb koncentrációra van szüksége, mint a klórdioxidnak, amelyet a Ct értékek mutatnak az 1. Táblázatban.

Emiatt az ivóvíz klóraminálásához a megfelelő módszer az, hogy először klórral fertőtlenitik a vizet, majd ammóniát adnak hozzá, hogy monoklóramin jöjjön létre. A lassabb de tartósabb monoklóramin képes az ivóvízet és a csővezetéket bizonyos mértékben biocid védelemmel is ellátni hosszabb időn keresztül, pár napig és/vagy több km csőhálózaton keresztül.

Annak ellenére, hogy ez egy előnyös technológia a hatékonyság vagy az elpusztítás mértékét tekintve, mégis megjeleníti a klór vagy hipoklorit fertőtlenítőként történő alkalmazásának egyes negatív aspektusait, nevezetesen a káros, és egyes esetekben karcinogén fertőtlenítési melléktermékek (DBP) kialakulása.

Fertőtlenítési melléktermékek

A klór számos klórozott szerves mellékterméket hoz létre, beleértve a trihalometánt (THM), halogénessavat (HAA) és mutagén X. Ezek mérgezőek és az ember számára károsak. A THM, HAA és MX összefüggésben van a rákkal, vetéléssel, halvaszüléssel és születési rendellenességekkel.

A klóramin egyik legfőbb előnye a klórral szemben, hogy használata csökkenti ezeknek az szabályozott szennyeződéseknek a szintjét. A klóramin általában kisebb mennyiségű THM-et HAA-t eredményez, mint a klór. Azonban ha a klóramint másodlagos fertőtlenítőnek használjuk, úgy a víz elsőleges klórozása során THM és HAA fog keletkezni, ha van szerves anyag a vízben.

A klóraminok N-nitrozodimetilamint (NDMA) is létrehoznak, olyan nitrózamint, amelyet mint lehetséges human karcinogént azonosítottak, valamint cianogén-kloridot (CNCl) amely gyorsan cianiddá metabolizálódik a szervezetben. További melléktermékek, melyek kialakulhatnak a haloketonok, klórpikrin vagy nitrokloroform, halogénnitrilek, aldehidek és klorofenolok.

Köztudott, hogy a hidrazin a monokloramin és az ammónia közötti reakció eredményeként jön létre. A hidrazin erős karcinogén és az EPA besorolása szerint lehetséges humán karcinogén, melynek kockázati szintje 10-6 10 ng/L ivóvízben.

A klórdioxid nem hoz létre THM-t vagy HAA-t. A klórdioxid által generált fertőtlenítési melléktermékekre vonatkozó legfőbb lehetséges aggály 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.

Biocid hatásfok

A három klóramin közül a monokloramin a leghatékonyabb fertőtlenítő. Amikor a víz pH-ja 7 vagy annál magasabb, a monoklóramin a legbőségesebb klóramin. A pH érték nem befolyásolja vagy van hatással a klóraminok hatékonyságára. A klóramin ugyanolyan hatásfokú széles pH skálán 4-10 terjedő pH értékek között. Tehát összegezve a víz pH-ja nincs hatással sem a monoklóraminra sem a klórdioxidra. Mivel a monoklóramin gyenge oxidálószer és lassú is, sokkal magasabb koncentrációjú klóraminra van szükség a klórdioxidhoz képest, az életképes mikroorganizmusok ugyanolyan százalékú elpusztításához vagy számának csökkentéséhez, lásd 1. Táblázat.

A működés módja hangsúlyozza a klórdioxid és a klóramin mikrobiológiai szabályozás mechanizmusai közötti fő különbséget. Oxidálószerként a klórdioxid igen szelektív, az egy elektronos csere mechanizmus miatt, vagy a jellegzetesen szabadgyökként viselkedő szabadgyök elektrofil (azaz elektron-vonzó) absztrakció miatt. A klórdioxid megtámadja a szerves molekulák elektronban gazdag központjait. Egy elektron áthelyezésre kerül, így a klórdioxid klorittá redukálódik (ClO2-).

A klóraminok, a klórhoz hasonlóan oxidálószerek, és a baktériumokat úgy pusztítják el, hogy átjutnak a sejtfalon keresztül és blokkolják a metabolizmust. A monoklóraminok közvetlenül a baktérium DNS-ben lévő aminosavakkal lépnek reakcióba. A mikroorganizmusok deaktiválása során a klóraminok elpusztítják a vírust védő burkot.

A hatásfok és az “elpusztítás sebessége” az alkalmazott aktív fertőtlenítőszerek koncentrációjával van összefüggésben. Ez ahhoz a fontos koncepcióhoz vezet, hogy egy fertőtlenítőszer hatékony 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

Monoklóramin

Klórdioxid

Baktériumok Ct99% 278 ppm perc Ct99% 0,19 ppm perc
Vírusok Ct99% 430 ppm perc Ct99% 2,8 ppm perc
Giardia (Protozon) Ct99% 1000 ppm perc Ct99% 7,3 ppm perc
Cryptosporidium (Protozon) nem pusztult el Ct99% 40 ppm perc
Teszt feltételek Baktérium NH2Cl 1-2°C, pH 8,5

ClO2 1-2°C, pH 8,5

Giardia NH2Cl 15°C, pH 6-9

ClO2 25°C, pH 7-7,5

Vírusok NH2Cl 15°C, pH 6-9

ClO2 10°C, pH 7-7,5

Cryptosporidium NH2Cl 22°C, pH 8

ClO2 22°C, pH 8

 

Korrózió és anyaglebomlás

Létezik egy tévhit, mely szerint a klórdioxid korróziót okoz. A klórdioxid ivóvizes rendszerekben biocidként vagy fertőtlenítőként alkalmazott koncentrációban nem okoz korróziót sem a fémek sem az elasztomerek esetén.

A klóramint belekeverték a réz és ólom háztartási vízvezetékek korróziójába valamint a gumi elmállódásába.

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 (v) kerül alkalmazásra, hogy a generátorban a klórdioxid hozam fokozható legyen.

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

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

Így, a tényleges klórdioxid 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, (vi) egyenlet, nátrium-biszulfát segítségével jön létre a savas közeg, nem alakul ki kénsav.

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

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. A TwinOxide® 0,3%-os klórdioxid oldatok fő kationjai a szulfát ionok, melyek sokkal agresszívabbak vagy korózzívabbak a fémre mint a klorid a generátorok által létrehozott klórdioxid reagens oldatokban. Általánosságban az várható, hogy a TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat sokkal kevésbé korrozív a fémekre nézve mint a klorit savas technikával generátorok által létrehozott klórdioxid oldatok.

Itt van rá a bizonyíték, hogy ha bizonyos vízrendszerek klóraminra váltanak, az ivóvízben ezzel egyidejűleg megemelkedik az ólom tartalom, talán azért, mert a klóramin kioldhatja az ólmot a csövekből, szerelvényekből és forrasztásokból. Az ólom kilúgozása előfordulhat ólom csövekből, ólom forrasztásból vagy akár az úgynevezett “ólommentes” sárgaréz csőszerelési anyagokból. Az ólom klóramin által történő kioldása ólommérgezést okozhat, amely neurológiai károsodást, egészségügyi problémákat vagy akár halált is okozhat gyerekek esetén.

A klóramin tűhegynyi lepattogzást okozhat vörösréz csövek esetén. A tűhegynyi lyukakból történő szivárgás penészesedéshez vezethet, amely mérgező lehet az ember számára, és egyes emberek, gyakran tartós, egészségkárosodásához vezethet.

Általánosságban az elasztomerek jól teljesítettek vízvezeték rendszerek esetében. A klórról klóraminra történő váltással azonban az elasztomerek, különös tekintettel a gumi, elégtelenségének gyakoribb előfordulása volt tapasztalható, miután az ivóvíz fertőtlenítéséhez klóraminációra váltottak. A klóramin gumi vízvezeték szerelési alkatrészek korrózióját vagy kopását okozhatja. A sérült vagy kopott gumi alkatrészeket klóramin-álló alkatrészekre kell cserélni, mint például a szintetikus polimer. A gumi részek kopásának vagy korróziójának jelei már a klóramin vízhez történő adagolását követő 6 hónapban láthatóvá válnak. A korrózió jelei a csőhálózat részeiből származó, vízben megjelenő apró fekete szemcsék formájában észlelhető.

A több tízezer dollárnyi klóramin által okozott kár és csőhálózat szerelési költségeket az ingatlanok tulajdonosaira hárítják át.

A biocid hatékonyság spektruma

A klóramin és a klórdioxid hatékonyan használható baktérium, gomba és élesztőgomba ellen. A klórdioxid azonban hatásosabbnak és hatékonyabbnak 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. Mind a klóramin és a klórdioxid használható a biofilm ellen, a klórdioxid lévén a hatékonyabb. A klórdioxid képes eltávolítani a biofilmet a felületekről is.

Klóramin és klórdioxid előkészítése és alkalmazása

A klóramináció magában foglalja klórgáz vagy nátrium hipoklorit oldat és gáznemű ammónia vagy koncentrált ammónia oldat használatát. A gáznemű klór és gáznemű ammónia komoly egészség és biztonsági kockázatot jelenthet, és gondos kezelést igényel. A klórgázhoz szükség lenne egy klórozóra, ami jelentős anyagi és fenntartási költségekkel jár. Habár az ammónia koncentrált vizes oldata kicsit kisebb potenciális egészségügyi és biztonsági kockázattal jár, mint a gáznemű ammónia, mégis ammónia gázok szabadulhatnak fel, amelyek veszélyesek lehetnek, és a bőrrel érintkezve komoly égési sérülést okozhatnak. A nátrium hipoklorit kevésbé, mint a klórgáz, azonban így is jelent némi egészségi és biztonsági kockázatot. A klórgázhoz képest azonban sokkal nagyobb, 6-12-szeres mennyiségben lenne szükség nátrium hipokloritra. A nátrium hipoklorit oldat lebomlása, a degradáció sebessége függ a hipoklorit koncentrációjától, az oldat pH-tól, oldat hőmérsékletétől, bizonyos szennyeződések koncentrációjától melyek katalizálják a lebomlást valamint a fénynek való kitettségtől.

A monoklóramin létrehozásának biztosítása érdekében a klór és ammónia arányának szigorú és pontos fenntartására van szükség.

A korrózió kivételével a TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat a klórdioxid fent említett tulajdonságait, jellegzetességeit valamint hatásfokát mutatja. Az egyéb technológiákkal előállított klórdioxiddal összevetve a TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat bizonyos további előnyökkel is bír.

A klórdioxid előállítására használt 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 és granulátum formában lévő elővegyületeket alkalmaz, ami kiömlés esetén kisebb valószínűséggel terjed szét, 2. ábra, és reakcióképességük nem olyan, mint a folyékony elővegyületeké.

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.

Folyadékok és porok kiömlése

kiomles

  1. Oldat szivárgása
  2. Oldat kiömlése
  3. Por kiömlése

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 ahhoz, hogy problémát okozzon. Ez nem valószínű, hacsak nem szándékosan tervezetten történik. A TwinOxide® kifejlesztett egy előkészítési és adagolási egységet, melynek neve SafeTOdose, melynek vízszint érzékelője van az előkészítő tartályban és összeköttetésben van egy ú.n. előre programozott programozható logikai vezérlővel (Programable Logic Controller PLC). Az összetevőket tartalmazó tartályok tartalmának előkészítése és adagolása előtt, a PLC ellenőrzi az előkészítő tartályba adagolt víz mennyiségét, és biztosítja, hogy az előírt mennyiséggel „töltik” fel a tartályt. Ez biztosítja, hogy az előkészítő tartályban mindig a megfelelő mennyiségű víz van jelen az előkészítő folyamat megkezdésekor, így megakadályozva, a ClO2 0,3%-os oldatnál jelentősen magasabb koncentrációjú oldat kialakulását, illetve, a veszélyes 0,8%-os ClO2 koncentráció megközelítését.

A TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat előkészítéséhez és adagolásához szükséges berendezés költsége sokszorosan alacsonyabb, mint a klór dioxid generátor költsége.

TwinOxide® 0,3% klórdioxid oldat

Összefoglalva, a TwinOxide® számos fontos előnyt mutat a klóraminnal szemben.

  • A fertőtlenítő egyszerű, könnyű és biztonságos előkészítése és adagolása.
  • Biztonságos szilárd elővegyületek a gáznemű vagy folyékony elővegyületekkel szemben.
  • Az elővegyületek szivárgása vagy kiömlése esetén a „szétfolyás” alacsony kockázata.
  • Nincs gőzölgő elővegyület.
  • Nem alakul ki THM vagy HAA.
  • Nem alakul ki nitrozamin vagy cianid összetevő.
  • Sokkal hatékonyabb és gyorsabb fertőtlenítő.
  • Sokkal hatékonyabb biofilm elleni védelem és eltávolítás.
  • Valamennyi mikroorganizmus típus esetén hatékony.
  • Alacsony fertőtlenítő maradvány koncentráció.
  • Felhasználási koncentráció esetén nem korrodálja a fémeket, különös tekintettel az ólomra és rézre.
  • Felhasználási koncentráció esetén kompatibilis elasztomerekkel, kiváltképp gumival.