18Temat, egzamin inzynierski

Temat 16 - Metody dezynfekcji wody:

1.      Celem dezynfekcji jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w systemie dystrybucji wody.

2.      Metody dezynfekcji:

2a. Metody fizyczne:

·         gotowanie i pasteryzacja: metoda ta jest kosztowana może być stosowana tylko przy małym zapotrzebowaniu  wody, np. gospodarstwa domowe. Wodę należy podgrzać do temperatury co najmniej 75oC i utrzymać w ciągu 10 min.

·         promieniowanie ultrafioletowe: światło ultrafioletowe jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali 100-400nm. Powoduje niszczenie DNA mikroorganizmów w wyniku adsorpcji energii UV przez struktury genetyczne komórek. Efekty bakteriobójcze ustala się korygując dawkę promieniowania, która jest iloczynem czasu naświetlania i natężenia promieniowania. Źródłem promieniowania są lampy niskociśnieniowe, średniociśnieniowe, multifalowe. Zalety:

- brak zmian właściwości fizyko-chemicznych wody

Wady:

- barwa i mętność wody utrudniają przenikanie promieni UV w głąb warstwy wody, zmniejszając skuteczność dezynfekcji

- działanie dezynfekcyjne występuje tylko w czasie naświetlania

·         fale ultradźwiękowe: źródłem ultra dźwięków może być działanie piezoelektryczne płytek kwarcowych pod wpływem prądu zmiennego bądź generator elektromagnetyczny. Fale ultradźwiękowe o dużej częstotliwości drgań mają zdolność do zabijania mikroorganizmów poprzez mechaniczne drgania fal, które powodują uszkodzenie żywych komórek. Efekt działania zależy od: częstotliwości drgań , natężenia pola oraz czasu działania ultradźwięków. Metoda w fazie badań, brak powszechnego zastosowania.

·         procesy membranowe: zapewniają eliminację organizmów patogennych, ale nie ich niszczenie

2b. Metody chemiczne: polegają na dawkowaniu do wody silnych utleniaczy, takich jak chlor, podchloryn sodu, dwutlenek chloru lub chloroaminy. Skuteczność dezynfekcji zależy od:

-liczby i rodzaju mikroorganizmów

-rodzaju i dawki dezynfekanta

-czasu kontaktu

- składu fiz-chem uzdatnianej wody

- powstawanie ubocznych produktów dezynfekcji

·         dezynfekcja chlorem: najbardziej rozpowszechnioną ze względu na swoją wysoką skuteczność i najtańszą metodą dezynfekcji wody jest chlorowanie za pomocą chloru gazowego. (trwałość do 12h)

Chlor doprowadza się do wody w postaci gazowej lub wody chlorowej(NAJCZĘŚCIEJ). Urządzenia służące do dawkowania wody chlorowej nazywają się chloratorami. Dzielą się one na ciśnieniowe i próżniowe. Chlor gazowy uzyskuje się przez odparowanie chloru ciekłego znajdującego się w stalowych pojemnikach  ciśnieniowych (butlach, beczkach, cysternach).

Chlor dodany do wody ulega hydrolizie.

Cl2 + H20= HCL+ HOCL

HOCL(kwas podchlorawy) przenika przez ścianę komórkową i błonę cytoplazmatyczną niszcząc DNA

HOCL= HCL+ O

O – tlen atomowy (silne właściwości utleniające)

Działanie bakteriobójcze chloru jest bardzo silne. Chlor lub kwas podchlorawy przenikając do wnętrza komórki bakteryjnej, niszczy jej podstawowe enzymy. Dezynfekcja przebiega dwustopniowo: pierwszy to penetracja chloru przez błonę komórkową ,drugi- reakcja z enzymami komórki bakteryjnej.

W celu zapewnienia właściwego efektu dezynfekcji w każdej wodzie należy doświadczalnie wyznaczyć zapotrzebowanie chloru:

Zapotrzebowanie chloru jest to najmniejsza ilość chloru dodanego do 1 dm3 wody o temp.  293K , która po 30-minutowym kontakcie chloru z wodą daje 0,1 mg/dm3 pozostałego chloru użytecznego.

Chlor najczęściej dodawany jest do wody w postaci wody chlorowej powstałej z rozpuszczenia 3 do 5 g/dm3 chloru gazowego w wodzie.

Uboczne produkty chlorowania wody chlorem gazowym:

Podczas reakcji chloru ze związkami organicznymi mogą powstawać liczne produkty dezynfekcji, a wiele z nich w nadmiernej ilości nie jest obojętnych dla zdrowia człowieka. Najlepiej poznaną grupą ubocznych produktów chlorowania są trihalometany (THM). Przy ich tworzeniu powstaje również szereg innych związków chloroorganicznych (np. chlorofenole), co wpływa znacząco na pogorszenie właściwości organoleptycznych wody. Poważnym problemem jest to, że trihalometany powstają  nie tylko w miejscu uzdatniania (tzn. w wodociągu), ale także w sieci rozprowadzającej wodę, przy czym im dalej płynie woda, tym ich stężenie jest wyższe i tym większa różnorodność. Proces tworzenia trwa do momentu wyczerpania jednego ze składników reakcji: chloru lub substancji organicznej. Praktycznie następuje to dopiero po przegotowaniu wody, co powoduje usunięcie chloru, jednego z czynników reakcji i pozwala na przerwanie narastania stężenia THM- ów. Im gorsza jest jakość wody poddawanej chlorowaniu, tym więcej może powstawać szkodliwych trihalometanów.  

·         Dezynfekcja dwutlenkiem chloru ClO2:  coraz częściej stosowany do dezynfekcji zamiast chloru gazowego. Dwutlenek chloru ma silne właściwości bakteriobójcze, wirusobójcze oraz zarodnikobójcze. Hamuje rozmnażanie glonów, niszczy też fito- i zooplankton. Ten sposób dezynfekcji pozwala także wyeliminować, tworzenie się szkodliwych trihalometanów. Dwutlenek chloru w wodzie jest bardzo trwały(nawet do 24h). Po zakończonej dezynfekcji jego nadmiar utrzymuje się przez dłuższy czas w sieci tak, że nawet przy rozległych sieciach udaje się skutecznie przeciwdziałać ponownemu zanieczyszczeniu bakteriologicznemu. Zastosowanie dwutlenku chloru oznacza więc nie tylko znaczącą poprawę bakteriologiczną instalacji wewnętrznych, ale również zapobiega tworzeniu się osadów organicznych wewnątrz rurociągów. 

Wadą stosowania dwutlenku chloru jest niebezpieczeństwo powstawania chloranów i chlorynów. Ich znaczenie zdrowotne nie jest w pełni wyjaśnione, lecz podejrzewa się, że związki te jako silne utleniacze mogą powodować zmiany we krwi.

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007r. w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi (Dz.U.Nr 61, poz. 417 z późniejszymi zmianami) normuje sumę stężeń chlorynów i chloranów na maksymalnym poziomie 0,7 mg/l.

.

·         Dezynfekcja podchlorynem sodu NaOCl: występuje w postaci uwodnionych soli i jest związkiem nietrwałym. Łatwo rozpuszcza się w wodzie. Do dezynfekcji stosuje się rozcieńczone wodne roztwory NaOCl. Produkt handlowy zawiera NaOH, a zawartość w nim chloru aktywnego musi wynosić min. 145g Cl2/l.

Obecność NaOH zwiększa trwałość wodnego roztworu NaOCl. Nie jest zalecane jego długie magazynowanie. Podchloryn sodu może być stosowany wówczas, gdy nie można zapewnić strefy ochrony sanitarnej dla chloru gazowego(bezpieczniejszy).

Reakcja:

NaOCl + H2O=HOCl+NaOH

Wady:

- uboczne produkty dezynfekcji

·         Dezynfekcja chloroaminami: wykorzystuje się najczęściej chloroaminy powstające w wodzie. Aby mogły powstać w ilości wystarczającej do dezynfekcji, wymagane jest odpowiednie stężenie azotu amonowego w wodzie. Jeżeli jest ono nie wystarczające to do dezynfekcji wody  oprócz chloru dodaje się wymaganą ilość azotu amonowego.

·         Ozonowanie- stosowane w celu poprawy jakości wody. Ozon wytwarza się w specjalnych urządzeniach zwanych ozonizatorami. Przez ozonizator przepuszcza się suche i czyste powietrze , w którym następują wyładowania elektryczne zachodzące pod wpływem prądu przemiennego. Ozon jest bardzo silnym utleniaczem. Ozonowanie wody poprawia smak, barwę, zapach. Ozon powinien się kontaktować z wodą 5 do 10 minut. Po 30- do 100-minutowym czasie kontaktu zawartość ozonu w wodzie spada do zera.

2c. Metody oligodynamiczne:

Jony takich metali szlachetnych: sole miedzi, srebra, rtęci wykazują działanie bakteriobójcze. Jony tych metali powodują blokowanie układów enzymatycznych mikroorganizmów, a stopień aktywności jonów zależy od ich stężenia, temperatury wody i zawartych w niej zanieczyszczeń.

Dezynfekcja wody jonami srebra(tzw. katadynowanie)można prowadzić poprzez:

-kontakt z warstw srebra pokrywającego piasek filtracyjny, przy czasie    kontaktu około 0,5 godz.

-rozpuszczenie soli srebra w wodzie

-metody elektrolityczne

Katadynowanie jest zaliczane do jednorazowej dezynfekcji, np. zbiorników, studni. Z soli miedzi najczęściej stosowany jest CuSO4 i CuCl2. Związki te  mają zastosowanie do dezynfekcji wody w basenach kąpielowych oraz do niszczenia zakwitów i glonów w zbiornikach wodnych.

3.      Wskaźniki bakteriologiczne

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 4 września 2000 r. w sprawie warunków, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach, oraz zasad sprawowania kontroli jakości wody przez organy Inspekcji Sanitarnej.

Wody naturalne zazwyczaj zawierają pewne ilości bakterii chorobotwórczych, których bezpośrednie oznaczenie jest trudne i dlatego analiza bakteriologiczna jest sprowadzana zazwyczaj do oznaczenia bakterii coli (pałeczki okrężnicy). Bakteria coli nie jest niebezpieczna dla człowieka, świadczy o zanieczyszczeniu wody fekaliami pochodzącymi ze ścieków bytowo- gospodarczych i wzbudza podejrzenie co do obecności bakterii  chorobotwórczych.

Ilość bakterii coli wyraża się jako miano coli, co oznacza najmniejszą objętość wody w cm3, w której wykryto 1 bakterię okrężnicy. Niekiedy też wykorzystuje się pojęcie indeksu coli. Indeks coli to liczba bakterii w 100 cm3 wody.