【生产技术】中压紫外线脱氯——制药用水系统告别活性炭或化学加药

制药业 2021-11-22 16:01:41


虽然氯在水处理中被广泛使用,但使用和处理过程中存在一定的问题,如何能高效去氯,值得人们思考。

加氯消毒技术广泛应用于市政自来水消毒,为保证持续杀菌效果,通常在消毒后的水中保留一定浓度的余氯,主要以HClO和ClO-的形式存在。水中余氯成分与pH的关系如图1所示。



在纯化水制备中,余氯会氧化反渗透膜(RO膜),因此传统方法常在预处理阶段采用活性炭法或NaHSO3还原法去除水中余氯,工艺流程见图2。活性炭过滤吸附法的工作原理为:2HOCl + C1 → CO2 + 2HCl,其中C1代表活性炭。活性炭将余氯吸附在其表面后,再依靠碳基对余氯物质的催化还原作用进行彻底反应,从而将具有氧化性的次氯酸(HOCl)还原分解成不具有氧化性的氯化氢和二氧化碳。亚硫酸氢钠还原法的工作原理为:2NaHSO3 + 2HOCl → H2SO4 + 2HCl + Na2SO4。采用化学加药的方式来对水中的余氯等氧化物质进行处理时,常通过安装氧化物质检测仪(ORP)或余氯检测仪来控制水中亚硫酸氢钠的加药量,以确保进入下一处理单元的水中氧化物质含量已被有效还原。



然而传统方法都存在着明显的缺点:活性炭吸附法易滋生微生物、炭床穿透点不可预知、水头损失大、占地面积大且维护成本高;NaHSO3还原法需添加化学品、硫酸盐容易结垢、滋生硫酸盐还原菌。因此,业界也在积极寻找取代传统脱氯方法的新技术。


研究表明,余氯可以吸收紫外线而被分解,吸收波长主要集中在260 nm ~ 330 nm,如图3所示。紫外线分解余氯的反应方程式可表示为:(1)2HOCl +2hn → O2 + 2HCl,(2)2OCl- +2hn → O2 + 2Cl-。与传统方法类似,余氯被紫外线分解后的产物也是HCl和Cl-。就机理而言,紫外线脱氯技术具有可靠的理论依据,根据余氯对紫外线不同波长的吸收特性及剂量需求,选择合适的紫外线技术及设备,是紫外线脱氯技术应用成功的关键所在。



用于水处理领域的紫外线灯管有以下三种:低压传统紫外灯管、低压汞齐紫外灯管和中压紫外灯管。低压传统紫外灯管内部填充的汞蒸汽压力小于103 Pa,仅有185 nm和254 nm处的紫外线输出,且单只灯管功率一般小于100 W;低压汞齐紫外灯管与低压传统紫外灯管类似,但单只灯管功率最高可达到800 W;中压紫外灯管内部填充的汞蒸汽压力介于104 Pa和106 Pa之间,且在200 nm到400 nm之间有连续的紫外线输出,单只灯管功率最高可达7000 W。不同紫外线技术的光谱输出特征如图4所示。




中压多谱段紫外线(200 nm ~ 400 nm)相比于253.7 nm的低压紫外线,与余氯的吸收光谱更为吻合,且输出功率远高于低压灯管和汞齐灯管,表明中压多谱段紫外线对余氯的分解效率远优于低压紫外线。工程实例表明: 相同水质条件下达到1 log的余氯去除率,中压紫外线所需剂量约1000 mJ/cm2,仅为低压紫外线的1/5不到,因此在工业应用中往往选择中压紫外线脱除水中余氯。


位于上海浦东张江高科技园区的某知名外资药企引进了中压紫外线脱氯技术,用于其工厂内纯化水制备系统预处理部分余氯的脱除,取得了良好效果。经过一年多的稳定运行,监测数据显示:经中压紫外线系统处理后,余氯浓度均降至0.02 ppm以下,完全满足RO及EDI对进水余氯浓度的要求,且PQ过程中,RO及EDI产水的微生物取样检测结果良好,连续运行15个月而无需对RO及EDI进行巴氏消毒,这说明中压紫外线技术去除余氯的同时彻底灭活了RO进水的微生物,极大降低了RO及EDI的周期性消毒频率。图5所示为安装于上述外资药企工厂内的紫外线脱氯设备。



综合考虑技术可行性及投资成本,中压紫外线技术为脱氯工艺的最佳选择,与传统方法相比,具有如下优势:1、高效脱氯的同时彻底灭活水中微生物;2、清洁、高效、工艺简单、维护成本低且占地空间小;3、可监测紫外线强度和剂量,预测脱氯效果;4、无需添加任何化学品。


结语: 中压紫外线技术因其自身的独特优势,必将成为制药用水系统的划时代技术。


公司简介:海诺威紫外线水处理系统有限公司(Hanovia)1924年成立于英国伦敦,此后始终致力于UV紫外灯管和紫外系统的开发与应用研究,专注于紫外线技术至今已有90多年的历史。海诺威始终领跑UV紫外灯管科技应用的各个领域;海诺威完美整合了低压紫外技术和中压紫外技术,也是目前全球唯一能自主研发生产中压紫外灯管和监测设备的系统供应商,丰富的产品线确保海诺威能根据用户的不同需求提供最经济高效的紫外解决方案,遍布全球一百多个国家的服务网络为全球客户提供强有力的售后服务保证。


迄今为止,海诺威已在消毒、TOC降解、臭氧分解、余氯脱除及泳池氯胺分解等领域取得了骄人的业绩,在全球100多个国家安装了数十万套紫外线水处理系统,覆盖的行业应用包括制药、医疗、保健、食品、饮料、泳池、电子电工、水产养殖、船舶压舱、污水处理等等。为了给中国客户提供最完善的紫外解决方案和最优质的本土化服务,海诺威公司于2006年在上海成立办事处,2015年建立了独立的生产基地。



本文来源:《制药业》