Sanitization of water system

By / Ahmed Hasham

Water & Quality Expert

https://www.linkedin.com/in/ahmed-hasham-01024b27/

 

Definition of Sanitization

Sanitization is not an absolute process. It is a partial removal of organisms. The sanitization process should reduce the organism population by some 90%. In water, sanitization is often defined as a 3-logarithm (log) or 1,000-fold reduction in the number of bacteria.

 

Sanitization tactics:

There are two basic tactics for controlling bacterial growing in a potable water system:

  • The first tactic is to keep a constant residual level of biocide agent within the system (continuous dosing).

As example for this technique that water treatment facilities use when they inject sufficient chlorine to provide a residual throughout the distribution system.

  • The second tactic is to periodically sanitize. If for some aim the process protocol not allows the use of continuous chlorination, then periodic sanitization will be essential.

Chemical Sanitization:

Chemical biocides can be divided into two main groups:

  1. Oxidizing: contain chlorine, chlorine dioxide, and ozone.
  2. Non-oxidizing: contain Quaternary ammonium compounds, formaldehyde, and anionic and nonionic surface-active agents.

This table provides some general information about biocides. The table includes recommended contact times for various concentrations, as well as factors to consider when choosing a biocide to use with automated watering systems. Note that some biocides are not recommended for use with automated watering systems at all.

Chlorine

The most common sanitizing agent is chlorine. Chlorine is the cheapest, most readily available, and is effective and easy to handle. Even though ozone and chlorine dioxide are also effective biocides, there is little understanding using these chemicals to sanitize automated water systems. The effectiveness of a sanitizing chemical depending on both concentration and contact time.

Typical sanitization of an automated water system is accomplished using 20 ppm chlorine for 30–60 minutes. Higher concentrations or longer soak times will increase effectiveness; however, do not use a sanitizing solution with a chlorine concentration higher than 50 ppm. Repeated sanitization at higher concentrations can cause corrosion of stainless steel wetted components in an automated watering system.

Thermal Sanitization using Hot Water

Heated water may be used to sanitize a system if it is held in the range above 70°C (158°F). The practical characteristics of handling water at this temperature (the materials of construction and the energy used).

Sanitization Frequency

Sanitization does not kill 100% of bacteria in a watering system, the remaining bacteria can re grow in the system. This means that the components of a water system will need to be re sanitized periodically.

The frequency for your particular system will depend on its design, the frequency of both flushes and filter changes, the supply water quality, and the bacterial quality you are trying to maintain. To determine the sanitization frequency, establish a regular schedule for drawing samples and monitoring the total bacteria count levels. Increase or decrease the frequency of sanitization based on the measured bacterial quality. To destroy an established biofilm, (for example: a watering system that has been in operation for some time and has never been sanitized) repetitive sanitizing cycles are usually required.

The initial chlorine contact may only kill the top sheet of biofilm. Chlorine will also destroy the glycocalyx or slime which is the “glue” that holds biofilm bacteria composed and to the pipe wall, this weakens the biofilm structure. For that reason, it is a great idea to follow chlorine exposure with a high-flow flush. Fresh chlorine is then injected again to the piping to kill the next bacterial layer. This chlorine sanitization/flush cycle may need to be repeated more than a few times on successive days till the gathered biofilm has been removed. For a well-established biofilm, 3-10 cycles may be need.

Sanitization of an Automated Watering System

All the components in an automated watering system should be sanitized at regular intervals. This section describes how to sanitize these components.

RO Units

Continuous chlorination for feed water:

 For reverse osmosis (RO) systems using cellulose acetate membranes, continuous chlorine pretreatment is used to prevent bacteria growth in the RO machine. Chlorine injection is adjusted to provide 0.5 – 2.0 ppm of free chlorine in the feed water and a minimum of 0.3 ppm free chlorine.

Clean-in-place cycle for RO unit:

Regular cleaning of the RO machine is essential because contaminants can precipitate or scale on membrane surfaces, reducing flow rate and quality of the product water. On most of the RO machines, cleaning is done automatically on a periodic basis. Low pH cleaners (Such as citric acid) are used to remove precipitated salts and metals, and alkaline (Such as NaOH) or neutral cleaners are used to remove dirt, silt, and organic foulants.

RO membranes can also become fouled with microorganisms. To minimize biofouling, it is best if the RO machine can operate continuously, or as many hours a day as possible, to minimize stagnant downtime. If a microbiological cleaner is needed, follow the membrane manufacturer’s recommendations.

References:

Joymalya bhattacharya, Sanitization of automated watering system, Generation of pharmaceutical water. CreateSpace Independent Publishing Platform, 2013. — 134 pages, ISBN: 1492393495.

أسس التحكم فى المعالجات البيولوجية بالحمأة النشطة لمياه  الصرف

 

1.مقدمة

تعتمد المعالجة البيولوجية لمياه الصرف الصحي علي التحكم في العوامل المؤثرة علي تلك المعالجة وتوفير افضل الظروف للكائنات الحية الدقيقة للقيام بعملها في تكسير الملوثات العضوية القابلة للتحلل البيولوجي , فمثلا المعالجة بالحمأة المنشطة وهي احدي طرق المعالجة البيولوجية الهوائية لمياه الصرف بالنمو العالق تعتمد علي البكتيريا الهوائية في تكسير الاكسجين الحيوي المطلوب BOD ( المواد العضوية القابلة للتحلل البيولوجي ) ومن ثم فتوفير بيئة مناسبة لهذه البكتيريا والتحكم في التقاعلات الكيماحيوية داخل حوض التهوية هي من اسس التحكم في المنظومة البيولوجية للمعالجة ككل للحصول علي افضل كفاءة لازالة الملوثات في مياه الصرف.

  1. التحكم فى كفاءة العملية البيولوجية

للتحكم فى كفاءة العملية البيولوجية نظام المعالجة بالحمأة المنشطة الراجعة ، يجب مراعاة الأسس الآتية:

– كمية الأكسجين المذاب وكفاءة عمملية تقليب السائل المخلوط.

-نسبة المواد العضوية (F) إلى كمية الكائنات الحية (M) .

-عمر الحمأة.

-معدل الترسيب ومعامل حجم الحمأة

أ-  كمية الأكسجين الذائب وكفاءة عملية تقليب السائل المخلوط

تعتمد عملية المعالجة بالحمأة المنشطة على البكتريا والكائنات الحية الهوائية  التى يلزم لحياتها توفر الأكسجين المذاب. ولكى تضمن استمرار العملية بكفاءة يجب الاحتفاظ بمقدار 2.5 مليجرام  /لتر أكسجين ذائب فى محتويات حوض التهوية وحوالى ثلث مليجرام  /لتر  فى الحمأة  المعادة من المروق الثانوى إلى أحواض التهوية. كما يجب قراءة الاكسجين الذائب في الاماكن الصحيحة المناسبة في حوض التهوية قراءة صحيحى دقيقة.

هذا بالإضافة إلى ضرورة مراعاة  أن التهوية تعمل على التقليب الكامل لمحتويات أحواض التهوية فانسداد ناشرات الهواء فى بعض الأماكن أو تعطُل المحركات الميكانيكية تقلل من عمملية الخلط وبذلك تنخفض قدرة الحمأة المنشطة على استهلاك المواد العضوية والتجمع مع بعضها.

ب- نسبة المواد العضوية (F) إلى كمية الكائنات الحية (M) .

تتغذى الكائنات الحية على المواد العضوية فإذا توفرت كمية المواد العضوية يزداد تكاثر ونمو وحركة الكائنات الحية، وبالتالى تزداد الحاجة إلى الأكسجين اللازم لحياتها، وبالعكس إذا انخفضت كمية المواد العضوية يموت كثير من الكائنات الحية.

ونظرا  لأن معدل نمو البكتريا الحية يتوقف على كمية المواد العضوية المتوفرة فلذلك يلزم الاحتفاظ بكمية من المواد العضوية متناسبة مع كمية الكائنات الحية اللازمة لاستهلاكها، ويتم حساب هذه النسبة من المعادلة التالية:

المواد العضوية (F) / الكائنات الحية (M)= وزن المواد العضوية بالكيلوجرام   / وزن الكائنات الحية بالكيلوجرام  .

ونظراً لأن هذه النسبة هى التى تتحكم فى معدل النمو المطلوب فلذلك يجب حفظها فى الحدود التى تضمن كفاءة التشغيل وهى حوالى 0.15 إلى 0.45 وذلك فى المحطات التى تعمل بطريقة الحمأة المنشطة التقليدية.

 

ولذلك يجب على العاملين الانتظام فى حساب هذه النسبة، واذا كانت هذه النسبة عالية فهذا يدل على أن كمية التغذية متوفرة وبالتالى يرتفع استهلاك الأكسجين المذاب، وتكون هذه النسبة فى انخفاض لأن ذلك يدل على نقص فى كمية المواد العضوية، ثم يبدأ الجوع الذى يقتل كمية من  الكائنات الحية وينخفض معدل استهلاك الأكسجين وتقل حركة ونشاط الكائنات الحية الموجودة.

ج- عمر الحمأة

عمندما تكون الكائنات الحية حديثة التكوين فهى بذلك تكون كالأطفال صغار السن تأكل جيداً وتتميز بخفة الوزن وكثرة الحركة، لذلك يصعب ترسيبها.

بعكس ما إذا كانت الكائنات الحية باقية لمدة طويلة فى أحواض التهوية وتصبح فى حالة الكهولة فيقل استهلاكها للغذاء وتقل حركتها فلا تقدر على تكوين مجمومات وترسب بسرعة زائدة عن المطلوب.

والمطلوب لاستمرار كفاءة عملية التنقية الاحتفاظ بأكبر عدد من الكائنات الحية فى طور الشباب )عمر من 3 إلى 5 أيام(  فى حالة محطات الحمأة  المنشطة بالطريقة التقليدية. أما فى حالة استخدام طريقة التهوية الممتدة فيكون عمر الكائنات الحية من 20 إلى 30 يوم، حيث تتوافر فى هذا العمر جميع الشروط من حيث الاستهلاك الجيد للمواد العضوية كتغذية وزيادة فى الوزن والحركة البسيطة عند الترسيب، والتى تسمح باستخدامها كمرشح فى المروق الثانوى، فعندما تكون درجة الرسوب إلى القاع بطيئة يمكن لهذه المجموعات أن تلتقط معها ما يتبقى من المواد العالقة وهذا ما يجعل كفاءة التنقية تصل إلى أكثر من90 %

ولحساب عممر الحمأة نستخدم المعادلة التالية:

عمر الحمأة = وزن المواد العالقة فى حوض التهوية )كجم( / وزن المواد العالقة الخارجة من المروقات الابتدائية )كجم/ يوم(.

 

 

 

د. معامل حجم الحمأة

إذا أخذنا عمينة من السائل المخلوط من أحواض التهوية ووضعناها فى مخبار مدرج إلى علامة اللتر، تبدأ الرواسب فى النزول إلى أسفل وبعد 30 دقيقة من الزمن نلاحظ أن حجم ما ترسب فى قاع المخبار يختلف باختلاف العينات.

فمنها مثلا ما يصل حجمه إلى 500 مللى لتر وأخرى 250 مللى لتر، وغيرها تصل إلى 100 مللى لتر مثلا، ويدل ذلك على أن معدل الترسيب فى مدة 30  دقيقة يختلف باختلاف تكوين الحمأة.

ولشرح نتائج هذه التجربة نجد أن معدل الترسيب البطىء ) 500 مللى لتر مثلا ( بعد 30 دقيقة يدل على أن الحمأة أخف وزناً مما أعطى ترسيب 350 مللى لتر، والتجربة التى أعطت 100مللى لتر بعد 30 دقيقة تعتبر أثقلهم فى الوزن. بمعنى أن الحمأة الخفيفة تدل على أنها حديثة التكوين )صغيرة السن( والثقيلة التى ترسب بسرعة تكون كبيرة السن. ولكى نتمكن من التحكم فى معدل الترسيب يجب أن نحسب معدل حجم الحمأة الذى يمكن حسابه من المعادلة التالية وتسمى (SVI) :

معدل حجم الحمأة (SVI)= حجم الحمأة المترسبة بعد 30 دقيقة بالمللى لتر / تركيز المواد العالقة فى نفس العينة )مجم/لتر(

 

 

 

 

 

 

ويبين الشكل التالي بعض العوامل المؤثرة والمتحكمة في كفاءة المعالجة البيولوجية لمياه الصرف بالحمأة المنشطة.

أحمد أحمد السروي

إستشاري معالجة المياه والدراسات البيئية

المراجع العلمية

  • احمد السروي, المراقبة والتحكم في عمليات المعالجة البيولوجية , دار الكتب العلمية 2106.
  • أسس التحكم فى المعالجات البيولوجية باستخدام نتائج التحاليل الكيميائية, الدورة التدريبية عمن: خطوات العمل القياسية للتحاليل المعملية لمياه الصرف الصحى, كوفى – كيمونكس مصر, 2008.