Vi sinh vật có trong nước đi qua lớp nhựa trao đổi ion bám và phát triển trong lớp nền gây ra sự ô nhiễm sinh học là một trong những nguyên nhân làm hỏng nhựa trao đổi ion. Vì vậy để đảm bảo kéo dài thời gian sử dụng của hạt nhựa trao đổi ion cần thiết phải xử lý ô nhiễm vi sinh này bằng khử trùng nhựa trao đổi ion. Bài viết giới thiệu các phương pháp xử lý ô nhiễm vi sinh nhựa trao đổi ion giúp kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu quả hoạt động của nhựa.

Tại sao nhựa trao đổi ion nhiễm vi khuẩn

Nhựa trao đổi ion nhiễm vi khuẩn chủ yếu do 2 nguyên nhân chính là bộ lọc trao đổi ion không hoạt động trong thời gian dài và trên lớp hạt nhựa tích tụ các chất hữu cơ do hoạt động trong nhiều năm.

Bộ lọc trao đổi ion không hoạt động trong thời gian dài  là môi trường tốt cho sự phát triển của vi khuẩn. Hầu hết ô nhiễm sinh học trên nhựa do không hoạt động trong quá trình lưu trữ kéo dài trong bình hoặc trong điều kiện PH trung tính như máy làm mềm nước, máy khử kiềm nước hoặc trong các lớp nhựa hỗn hợp mixbed không tái sinh trong quá trình sản xuất nước siêu tinh khiết.

Nhựa trao đổi ion nhiễm khuẩn khi bộ lọc trao đổi ion đã hoạt động trong thời gian dài và tích tụ các chất hữu cơ, nitrat và amoniac từ nước. Đây là nguồn thức ăn cho vi khuẩn sinh trưởng. Theo thời gian quá trình tái sinh nhựa cũng có thể hỗ trợ sự phát triển của vi khuẩn.

Phương pháp xử lý khử trùng nhựa trao đổi ion nhiễm vi sinh

Các bước xử lý khử trùng nhựa trao đổi ion nhiễm vi sinh phải được điều chỉnh cho từng quy trình tái sinh (tái sinh đồng dòng hay ngược dòng). Nhựa cũ hay yếu về mặt cơ học có thể bị ảnh hưởng bởi các biến dạng thẩm thấu (phồng lên và co lại nhanh) và biến dạng cơ học (làm sạch bằng không khí). Vì vậy sử dụng các thay đổi dần dần về nồng độ dung dịch và giảm thiểu ứng suất cơ học.

Trong trường hợp ô nhiễm sinh học đã xảy ra, một quá trình sục khí kéo dài tiếp theo là tái sinh kép có thể khôi phục nhựa về trạng thái có thể sử dụng được. Nếu quy trình này không thành công, có thể sử dụng các quy trình khử trùng nhưng chúng có thể gây ra thiệt hại oxy hóa cho nhựa, vì vậy các quy trình này nên được coi là phương sách cuối cùng.

Các phương pháp khử trùng nhựa trao đổi ion nhiễm vi sinh gồm: 

• Khử trùng bằng axit peracetic
• Khử trùng bằng clo
• Xử lý bằng nước nóng
• Khử trùng bằng hydrogen peroxide (hệ thống nước siêu tinh khiết)

Khử trùng nhựa trao đổi ion bằng axit peracetic

Axit peracetic có tác dụng trên diện rộng để loại bỏ vi sinh vật và là phương pháp xử lý hiệu quả để khử trùng cả nhựa cation và anion. Để khử trùng hiệu quả mà không làm hỏng nhựa điều quan trọng là phải kiểm soát nồng độ, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc của hóa chất. Nhựa phải được chuyển thành dạng cạn kiệt trước khi xử lý.

Axit peracetic đặc là một hóa chất nguy hiểm và phải được xử lý hết sức cẩn thận. Cần tham khảo nhà cung cấp để biết các biện pháp phòng ngừa. Cột trao đổi ion phải được thông hơi vì khí có thể thoát ra ngoài.

Các bước khử trùng nhựa cation bằng axit peracetic:

Bước 1: Làm sạch nhựa bằng cách rửa ngược và sục khí để loại bỏ cặn bẩn tích tụ màng sinh hoạt và loại bỏ chất gây ô nhiễm  (bùn và mảnh vụn)

Bước 2: Nếu nhựa bị nhiễm sắt hoặc kim loại khác hãy xử lý trước bằng 1 – 2 thể tích tích dung dịch HCl 10%

Bước 3: Đưa nhựa vào dạng cạn kiệt bằng cách xử lý bằng dung dịch nước muối 2 – 5% đối với nhựa cation axit mạnh hoặc với dung dịch xút 0,5% theo hướng dòng chảy lên đối với nhựa cation axit yếu (cẩn thận để nhựa nở ra)               

Bước 4: Đưa một đến 2 thể tích axit paracetic ở nồng độ 0,2% vào từ dưới cùng của cột trong vòng 30 – 60 phút.

Bước 5: Để tiếp xúc trong vòng một giờ

Bước 6: Rửa sạch bằng 4 thể tích nước DI trong khoảng thời gian khoảng 1 giờ cho đến khi không phát hiện thấy axit peracetic trong nước

Bước 7: Thực hiện sục khí kỹ lưỡng và sau đó rửa ngược nhựa để loại bỏ xác vi khuẩn đã chết

Bước 8: Rửa sạch

Các bước khử trùng nhựa anion bằng axit peracetic

Bước 1: Làm sạch nhựa bằng cách rửa ngược và sục khí để nới lỏng lớp màng sinh học tích tụ và loại bỏ chất gây ô nhiễm (bùn và mảnh vụn). Nếu nghi ngờ có nhiều chất bẩn hữu cơ, nhựa phải được xử lý bằng nước muối kiềm trước khi khử trùng

Bước 2: Nếu nhựa bị nhiễm sắt hoặc kim loại khác, hãy xử lý trước bằng 1 thể tích dung dịch HCl 2% sau đó là 1 thể tích dung dịch HCl 10%.

Bước 3: Đưa nhựa bazo mạnh vào dạng đã cạn kiệt bằng cách xử lý dung dịch nước muối 2 – 5% (bỏ qua nếu đã xử lý trước bằng HCl) và nhựa anion bazo yếu vào dạng tái sinh bằng dung dịch kiềm 2 – 4%

Bước 4: Chuẩn bị dung dịch axit peracetic có nồng độ 0,2%. Đưa 1 thể tích lớn dung dịch ở nhiệt độ phòng qua lớp nhựa trong thời gian tiếp súc 30 -60 phút. Đo axit peracetic trong nước thải và dừng lại khi đạt đến mức khoảng 10% nồng độ đầu vào

Bước 5: Rửa sạch bằng  4 thể tích nước DI trong khoảng thời gian khoảng 1 giờ cho đến khi phát hiện axit peracetic trong nước thải.

Bước 6: Thực hiện sục khí kỹ lưỡng và sau đó rửa ngược để loại bỏ xác vi khuẩn đã chết

Bước 7: Hoàn thành quá trình tái sinh kép của nhựa

Phương pháp khử trùng nhựa trao đổi ion bằng clo

Khử trùng nhựa trao đổi ion bằng clo là phương pháp khử trùng mạnh để loại bỏ các chất gây ô nhiễm hữu cơ. Quá trình này cần được kiểm soát cẩn thận do khả năng oxy hóa cao của clo. Nó có thể làm hỏng hoặc phá vỡ các liên kết chéo Divinylbenzene DVB trong nhựa, vì các hạt có thể nở ra và trở nên nhão khiến nhựa bị hư hỏng, mất chức năng trao đổi.

Xử lý khử trùng nhựa cation bằng clo

• Bước 1: Sục khí thật kỹ rồi rửa ngược nhựa. Nếu nhựa bị nhiễm sắt hoặc kim loại khác, hãy xử lý trước bằng 2 thể tích dung dịch HCl 10%
• Bước 2: Xử lý nhựa bằng dung dịch nước muối 2 – 5% đối với nhựa cation axit mạnh hoặc bằng dung dịch xút 0,5% theo hướng dòng chảy ngược đối với nhựa cation axit yếu.
• Bước 3: Sử dụng dung dịch natri hypoclorite nồng độ 0,1% (1g/l). (Sử dụng 5 g clo tự do cho mỗi lít nhựa bằng cách cho 5 thể tích  nước clo đi qua dung dịch ở nhiệt độ môi trường với thời gian tiếp xúc 30 – 45 phút)
• Bước 4: Ngâm nhựa trong dung dịch trong vòng 1 – 2 giờ
• Bước 5: Rửa sạch 1 – 2 thể tích nước DI
• Bước 6: Thực hiện rửa sạch lần cuối bằng 3 – 4  thể tích nước DI cho đến khi không còn phát hiện clo trong nước thải

Xử lý khử trùng nhựa anion bằng clo

• Bước 1: Sục khí kỹ lưỡng sau đó rửa ngược nhựa
• Bước 2: Nếu nhựa bị nhiễm sắt hoặc kim loại khác hãy xử lý trước bằng 1 thể tích dung dịch HCl 2% sau đó là 1 thể tích HCl 10%. Rửa sạch kỹ
• Bước 3: Đưa nhựa anion bazo mạnh vào dạng đã cạn kiệt bằng cách xử lý bằng dung dịch nước muối 2 -5%  (bỏ qua nếu đã được xử lý trước bằng HCl) và đưa nhựa anion bazo yếu vào dạng tái sinh bằng dung dịch xút 2 – 4%
• Bước 4: Sử dụng dung dịch natri hypoclorite nồng độ 0,05% ( 0,5g/l), sử dụng 2 g clo dự do cho mỗi lít nhựa bằng cách cho chảy qua 4 thể tích dung dịch NaOCl  ở nhiệt độ môi trường qua lớp nhựa với thời gian tiếp xúc 30 – 45 phút. Đo chất thải và dừng lại nếu clo tự do đạt mức khoảng 10% nồng độ đầu vào.
• Bước 5: Rửa sạch 3 – 4 thể tích nước DI cho đến khi không phát hiện thấy clo trong nước thải.

Phương pháp khử trùng nhựa trao đổi ion bằng nước nóng

Hệ thống nhựa mixbed siêu tinh khiết không nên làm cạn kiệt nhựa hoặc đưa vào các loại ion như peracetate, Na hoặc hypochlorite do đó phương pháp có thể áp dụng là để nhựa tiếp xúc với nước nóng ở nhiệt độ 80 – 90⁰C (175 – 195⁰F) trong 2 giờ hoặc xử lý bằng ozone ở nồng độ < 10 µg/l (10 ppb) trong tối đa 1 giờ ở nhiệt độ 20⁰C (70⁰F)

Phương pháp khử trùng nhựa trao đổi ion bằng hydrogen peroxide

Khử trùng nhựa trao đổi ion bằng hydrogen peroxide là phương pháp khử trùng hiệu quả đối với cả nhựa cation và anion. Để khử trùng tốt mà không làm hỏng nhựa điều quan trọng là phải kiểm soát nồng độ, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc của hóa chất. Quy trình như sau:

Bước 1: Chuẩn bị dung dịch hydrogen peroxide có nồng độ 2% ( 20g/l)

Bước 2: Đối với nhựa cation, cho 1 thể tích dung dịch đi qua ở nhiệt độ môi trường xuống lớp nhựa (thời gian tiếp xúc từ 20 – 30 phút).

Đối với nhựa anion sử dụng 0,5 thể tích dung dịch 2% trong 20 – 30 phút

Bước 3: Rửa sạch bằng nước DI cho đến khi về cơ bản không còn phát hiện thấy hydrogen peroxide trong nước thải (tối thiểu 1 giờ).

Nếu nhựa bị ô nhiễm nặng có thể cần phải lặp lại các bước