Передовые концепции очистки охлаждающей воды (Часть 5)

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

Прочтите Часть 1 здесь.

Прочтите Часть 2 здесь.

Прочтите Часть 3 здесь.

Прочтите Часть 4 здесь.

В предыдущей части этой серии был представлен обзор окисляющих биоцидов, которые уже много лет используются для микробиологического контроля охлаждающей воды. Однако могут существовать условия, при которых необходима дополнительная химическая обработка для контроля роста микробов или для уничтожения сидячих колоний, устойчивых к окислителям. В таких ситуациях неокисляющие биоциды могут оказаться весьма ценными. Неокислители также могут потребоваться для борьбы с организмами, вызывающими макрообрастание, такими как дрейссены. В этом выпуске представлены фундаментальные подробности этой химии.

Как отмечалось в Части 3, если бактерии образуют сидячие колонии, микроорганизмы могут развить значительный иммунитет к окислителям, образуя защитные биопленки, которые поглощают химическое вещество(я). Периодическое использование неокисляющего биоцида, например, один или два раза в неделю в течение относительно короткого периода времени, может помочь контролировать рост микробов. В то время как окисляющие биоциды обычно повреждают клеточные стенки и вызывают смерть в результате утечки внутренних органов организма (лизиса), многие из неокислителей проникают в слизь, а затем в клеточные стенки, вступая в реакцию с клеточными соединениями, необходимыми для жизни. (1)

Соединения имеют разную степень эффективности и могут воздействовать на одни организмы лучше, чем на другие. Как на эффективность, так и на остаточное химическое разложение обычно влияют условия воды, включая pH и температуру. Давайте рассмотрим несколько наиболее распространенных неокислителей.

2,2-дибром-3-нитрилопропионамид (ДБНПА)

DBNPA представляет собой галогенированный амид, который широко используется в водоочистке и целлюлозно-бумажной промышленности, а на нефтяных месторождениях служит для очистки подпиточной воды для жидкостей гидроразрыва. Соединение необратимо вступает в реакцию с серосодержащими аминокислотами во внутренних частях клеток и приводит к их гибели.

ДБНПА действует очень быстро. Кроме того, остаточные концентрации быстро гидролизуются до менее токсичных побочных продуктов. Быстрое разложение выгодно с экологической точки зрения, поскольку, если сброс проходит через пруд-отстойник, химическая дезактивация может не потребоваться. Оптимальный диапазон pH для максимальной эффективности DBNPA составляет 4–8. Скорость гидролиза увеличивается с увеличением pH, и соединение быстро теряет активность при pH выше 8. Гидролиз также увеличивается с увеличением температуры. ДБНПА дезактивируется сульфидами и бисульфитами или сульфитвосстанавливающими агентами. DBNPA также реагирует с аммиаком и нестабилен к ультрафиолетовому излучению.

DBNPA эффективен и для других приложений. Например, несколько лет назад автор, посоветовавшись с опытным поставщиком химикатов, выбрал DBNPA для устранения микробиологического загрязнения в установках обратного осмоса (RO) для очистки подпиточной воды высокой чистоты на электростанции. Большинство мембран обратного осмоса имеют основу из полиамида, содержащего азот, который необратимо реагирует с хлором. Эта система подпитки имела фильтры с активированным углем для удаления хлора перед установкой обратного осмоса.

Однако, как правило, некоторые организмы переживают хлорирование, а затем цветут после удаления химического вещества. (Кроме того, слой активированного угля удаляет окислители в верхних нескольких дюймах, оставляя остальную часть слоя отличным местом для инкубации выживших микробов.) Это может привести к серьезному загрязнению мембраны, что и происходит в этой системе. Кормление DBNPA по одному часу два раза в неделю решило проблему.

2-Бром-2-Нитропропан-1,3-диол (Бронопол)

Бронопол широко используется при очистке воды и, как и DBNPA, нашел применение на нефтяных месторождениях. Бронопол особенно эффективен против бактерий Pseudomonas. Соединение, по-видимому, действует по разным механизмам в зависимости от того, являются ли условия аэробными или анаэробными. Бронопол не является биоцидом быстрого действия. Соединение может выделять формальдегид при разложении, но формальдегид не отвечает за биоцидные свойства.