W dziedzinie uzdatniania wody zapewnienie bezpieczeństwa i czystości wody za pomocą skutecznych metod dezynfekcji ma kluczowe znaczenie. Istnieje kilka kluczowych podejść do metod dezynfekcji uzdatniania wody, z których każda ma unikalne mechanizmy i zastosowania. W tym artykule omówimy różne metody dezynfekcji w uzdatnianiu wody, zapewniając, że jest ona bezpieczna do spożycia i użytkowania.

Wpływ mikroskopijnych mieszkańców

Mikroskopijnych mieszkańców środowisk wodnych można podzielić na dwie grupy w oparciu o ich wpływ:

1. Bakterie, grzyby i glony, które powodują zanieczyszczenie rurociągów, wymienników ciepła, zbiorników wody, elementów filtrów itp. Zazwyczaj są one wprowadzane do wody ze źródeł powierzchniowych i rozmnażają się w sprzyjających warunkach.
2. Mikroorganizmy chorobotwórcze i warunkowo chorobotwórcze: wirusy, bakterie, grzyby, jaja robaków pasożytniczych, które mogą powodować choroby zakaźne u ludzi i zwierząt.

‍

‍

Jakie są metody dezynfekcji wody?

Metody dezynfekcji wody opierają się na zasadzie ich działania:

• Metody fizyczne lub niechemiczne, w których dezynfekcja zachodzi pod wpływem czynników fizycznych (gotowanie, ultrafiolet, elektroliza, odwrócona osmoza);
• Metody chemiczne lub odczynnikowe, w których do wody dodawane są określone odczynniki (chlor, ozon, środki nieutleniające);
• Metody łączone obejmują połączenie obu technologii, takich jak ultrafiltracja i chlorowanie.

Teraz przyjrzymy się bliżej wymienionym metodom dezynfekcji wody, zaletom i wadom każdej z nich.

Fizyczne metody dezynfekcji wody

Metody fizyczne polegają na procesach fizycznych w celu wyeliminowania zanieczyszczeń bez użycia chemikaliów. Należą do nich

Gotowanie

Doprowadzenie wody do wrzenia zabija większość organizmów chorobotwórczych, dzięki czemu jest to jedna z najprostszych i najbardziej dostępnych metod sterylizacji wody.

‍

Należy pamiętać, że w celu pełnej dezynfekcji wody nie należy jej tylko doprowadzać do wrzenia, ale gotować przez co najmniej pięć minut.

ZALETY:

• prostota wykonania;
• brak konieczności stosowania dodatkowego sprzętu;
• skuteczność wobec większości mikroorganizmów chorobotwórczych;
• oprócz dezynfekcji, zmniejsza twardość i mętność wody.

WADY:

• znaczny wzrost zużycia energii wraz ze wzrostem objętości wody;
• długi czas trwania;
• możliwość wtórnego zanieczyszczenia.

Ultrafiolet

Od czasów starożytnych ludzkość wie o dobroczynnym działaniu światła słonecznego. Dzięki promieniowaniu ultrafioletowemu, które jest jednym ze składników widma UV, są one w stanie rozbić strukturę tyminy w DNA mikroorganizmów. W rezultacie bakterie i wirusy tracą zdolność do rozmnażania się zarówno w wodzie, jak i w organizmie człowieka.

‍

Najprostszą metodą dezynfekcji wody promieniami UV jest metoda SODIS. Woda, przefiltrowana w celu usunięcia dużych cząstek mechanicznych większych niż 50 mikronów, jest wlewana do butelek PET (politereftalan etylenu), które są umieszczane na powierzchni wystawionej na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Główną wadą tej metody jest potrzeba aktywnego światła słonecznego. Metoda ta jest najskuteczniejsza w pasie pomiędzy 35 stopniem szerokości geograficznej północnej i południowej, gdzie dezynfekcja trwa około sześciu godzin. Wraz ze spadkiem intensywności światła słonecznego czas trwania dezynfekcji wydłuża się.

Urządzenia do dezynfekcji wody produkowane są w formie cylindrycznych rur mechanicznych z emiterem w postaci tulei kwarcowej. Woda wpływa do obudowy i przepływa wokół tulei, przez co jest narażona na promieniowanie UV i dezynfekowana. Długość fali w większości takich urządzeń wynosi około 250 nm.

‍

Obecnie takie urządzenia są wykorzystywane do prewencyjnej dezynfekcji zarówno wody pitnej, jak i domowej po złożonych systemach oczyszczania. Zainstalowanie takiego emitera zapobiega zatykaniu się rur, elementów filtrujących, pralek itp.

‍

ZALETY:

• metoda łatwa w użyciu;
• nie wymaga nieporęcznego sprzętu;
• nie wymaga ciągłego dozowania odczynników;
• nie wprowadza wtórnych zanieczyszczeń do wody w przeciwieństwie do dezynfekcji odczynnikami;
• niskie zużycie energii.

WADY:

• nieskuteczna wobec szerokiej gamy mikroorganizmów; w przypadku wody zanieczyszczonej patogenami zaleca się stosowanie metod łączonych;
• konieczna jest regularna wymiana źródła promieniowania;
• woda musi być wolna od cząstek mechanicznych przed przejściem przez urządzenie, ponieważ mogą one zmniejszyć skuteczność metody o 50%;
• brak długotrwałego działania.

Odwrócona osmoza i ultrafiltracja

Rozmiar porów membran odwróconej osmozy jest 4000 razy mniejszy niż najmniejszych komórek bakteryjnych i 200 razy mniejszy niż cząsteczek wirusów. Dlatego też filtry te są w stanie zatrzymać 100% mikroorganizmów. Technologia ta jest wykorzystywana głównie do oczyszczania wody pitnej. Stanowi podstawę filtrów domowych, automatów sprzedających, kiosków z wodą, a nawet produkcji żywności i napojów.

ZALETY:

• usuwanie 100% wirusów i bakterii;
• kompaktowy rozmiar i wysoka wydajność;
• przyjazność dla środowiska;
• usuwanie innych toksyn oprócz zanieczyszczeń mikrobiologicznych: metali ciężkich, substancji organicznych, chloru itp.

WADY:

• stosunkowo wysoki koszt technologii;
• duża ilość ścieków - od 20 do 70% wydajności, w zależności od wielkości membrany i ciśnienia;
• brak długotrwałego działania, co ogranicza wykorzystanie wody bezpośrednio w punkcie konsumpcji. Alternatywnie, woda wymaga połączonej dezynfekcji.

Membrany ultrafiltracyjne mają stosunkowo duże rozmiary porów, które mogą częściowo przepuszczać cząsteczki wirusów, więc ta metoda może być stosowana tylko w połączeniu z odczynnikami lub światłem ultrafioletowym.

Chemiczne metody dezynfekcji wody

Odczynnikowe metody dezynfekcji, jak zapewne się Państwo domyślają, polegają na dodaniu do wody określonych substancji. Związki te dzielą się na dwie grupy:

• Środki utleniające - niszczą strukturę komórkową mikroorganizmów poprzez ich utlenianie, jednocześnie ulegając redukcji do mniej aktywnych związków.
• Środki nieutleniające - zapewniają działanie bakteriobójcze poprzez specyficzny wpływ na mikroorganizmy, zatrzymując ich rozmnażanie.

Poniżej omówimy główne metody dezynfekcji wody, ich wady i zalety.

Chlorowanie

Metoda ta polega na dodawaniu do wody związków zawierających aktywny chlor, które są zdolne do utleniania mikroorganizmów i materii organicznej.

Poniżej znajdują się główne środki dezynfekujące na bazie chloru:

• Woda chlorowana - ma dobre działanie dezynfekujące i może być łatwo dozowana do wody. Wadą są zwiększone wymagania dotyczące bezpieczeństwa przechowywania.
• Podchloryn sodu lub wapnia to obecnie najpopularniejsze środki dezynfekujące. Są one produkowane w postaci granulek, które rozpuszczają się w wodzie i są dozowane w postaci płynnej. Są wygodne w transporcie, ale nie są skuteczne przeciwko cystom, a ich skuteczność spada wraz z dłuższym przechowywaniem.
• Sole kwasu chloroizocyjanurowego, które są stosowane głównie do celów technicznych w basenach, zbiornikach, wtórnych systemach zaopatrzenia w wodę, ale czasami również do dezynfekcji wody pitnej w warunkach polowych. Preparaty są produkowane w postaci tabletek, wygodnych w transporcie i przechowywaniu, a także charakteryzują się wysoką skutecznością.
• Chloraminy są stosowane w scentralizowanych stacjach uzdatniania wody i są dozowane do wody w postaci roztworu. Zaletą tej metody jest długotrwały efekt. Wady obejmują silniejszy zapach i niższą skuteczność.
• Dwutlenek chloru jest jednym z najsilniejszych utleniaczy chloru, tworzy niewiele produktów ubocznych, ale można go uzyskać tylko na miejscu, więc nie jest szeroko stosowany w uzdatnianiu wody.
• Wapno chlorowane (mieszanina podchlorynu wapnia, chlorku i wodorotlenku).

Obecnie chlorowanie jest najpopularniejszą metodą dezynfekcji wody. Wynika to z wysokiej skuteczności chloru wobec 99% mikroorganizmów i jego długotrwałego działania. Oznacza to, że woda dostarczana do rurociągu zawiera niewielką ilość chloru. Może on utleniać zanieczyszczenia, w tym mikroorganizmy, chlor i substancje organiczne, które powodują przebarwienia wody.

W JAKI SPOSÓB CHLOR JEST NIEBEZPIECZNY DLA LUDZI?

Chlorowanie

Omawiając zagrożenia związane z chlorem, należy wziąć pod uwagę dwa czynniki. Aktywny chlor, który powoduje zapach chloru w wodzie z kranu lub basenach, ma właściwości, które mogą wysuszać skórę i włosy oraz powodować podrażnienie błon śluzowych nosa i oczu. Szybko jednak ulatnia się z wody podczas jej przechowywania i nie stanowi realnego zagrożenia dla ludzi.

Istnieją jednak ukryte konsekwencje stosowania chloru jako środka dezynfekującego. Obejmują one powstawanie produktów ubocznych w wyniku reakcji chloru z materią organiczną znajdującą się w wodach powierzchniowych i wzrostem mikrobiologicznym na powierzchniach rur. Związki te nazywane są "trihalometanami" (węglowodory, w których jeden lub więcej atomów zastąpiono chlorem). Najczęstszym zanieczyszczeniem wody jest chloroform (70-90% wszystkich trihalometanów).

Toksyczność takich związków ma dwa mechanizmy:

• Uczestnicząc w metabolizmie, związki chloroorganiczne promują uwalnianie substancji toksycznych, które mają działanie ogólnoustrojowe;
• W drugiej ścieżce interakcji powstają wolne rodniki, które mają działanie rakotwórcze.

Badania wielokrotnie przeprowadzane w różnych krajach wykazują korelację między spożyciem chlorowanej wody pitnej a rozwojem nowotworów przewodu pokarmowego.

Jednakże, problem związków chlororganicznych może być skutecznie rozwiązany nawet przy użyciu najprostszych filtrów węglowych.

Ozonowanie

Ozon jest silnym utleniaczem. Jest skuteczny przeciwko wszystkim mikroorganizmom i ich zarodnikom. Nie jest jednak skuteczny w usuwaniu biofilmów i dlatego nie nadaje się do dezynfekcji zbiorników i basenów.

Ozon jest wytwarzany bezpośrednio w stacji uzdatniania wody w specjalnych generatorach ozonu, które zawierają generator ozonu, kolumnę do rozpuszczania i interakcji z wodą oraz filtr mechaniczny do usuwania utlenionych cząstek. Schemat ilustruje ten proces.

W wyniku interakcji ozonu z wodą powstają aldehydy, ketony i kwasy organiczne, które również mają działanie toksyczne. Dlatego po ozonowaniu konieczne jest również zastosowanie filtrów z węglem aktywnym.

ZALETY:

• Wysoka skuteczność wobec wszystkich mikroorganizmów;
• Brak trichlorometanów jako produktów ubocznych;
• Usuwa obce smaki i zapachy.

WADY:

• Wymaga drogiego sprzętu;
• Zwiększone wymagania dotyczące bezpieczeństwa i szkolenia personelu;
• Tworzenie produktów wtórnych, które są toksyczne dla ludzi.

Odczynniki nieutleniające do oczyszczania wody

Są to złożone związki organiczne, które mogą uszkadzać strukturę komórkową mikroorganizmów, co powoduje zatrzymanie ich rozmnażania. Takie odczynniki są stosowane głównie do dezynfekcji rur wodociągowych, wody użytkowej i domowej, a rzadziej do wody pitnej, ponieważ takie odczynniki, podobnie jak pochodne chloru, muszą być usuwane za pomocą węgla aktywnego bezpośrednio przed użyciem wody.

ZALETY:

• wysoka skuteczność w zwalczaniu mikroorganizmów, w tym biofilmu;
• brak nieprzyjemnych zapachów;
• wygodna forma do transportu i przechowywania.

WADY:

• niewystarczająco zbadany wpływ na ludzi i konieczność usuwania nadmiaru odczynnika z wody pitnej;
• brak możliwości stosowania w połączeniu z utleniaczami.

Zastosowanie srebra i innych metali

Od czasów starożytnych srebro było używane jako środek dezynfekujący, gdy woda była wlewana do srebrnych pojemników. Obecnie udowodniono, że ta metoda dezynfekcji wody nie jest skuteczna. Pewne rezultaty zaobserwowano po dodaniu do wody srebra jonowego i innych metali, takich jak miedź i cyna. Jednak przy maksymalnych dopuszczalnych stężeniach czas dezynfekcji trwa co najmniej dwie godziny. Podkreśla się również, że srebro nie jest skuteczne przeciwko cystom, większości bakterii i wirusów. Obecnie roztwory srebra są czasami dozowane do wody pitnej w celu zmniejszenia biologicznego zanieczyszczenia pojemników i sprzętu.

Połączone metody dezynfekcji wody

Łączenie metod fizycznych i chemicznych może zwiększyć skuteczność metod dezynfekcji w uzdatnianiu wody.

Na przykład ultrafiltracja zapewnia usuwanie bakterii i większości zanieczyszczeń organicznych. Jednocześnie zapewnia wysoki poziom przezroczystości wody, co pozwala na końcową dezynfekcję wody z wirusów za pomocą promieniowania ultrafioletowego. Zastosowanie chloru do takiej wody jest również skuteczne, ponieważ niska zawartość organiczna zapewnia niską zawartość chlorowanych związków organicznych, które są niebezpieczne dla ludzi, ale jednocześnie zachowane jest przedłużone działanie chloru.

Nowe technologie

Nieustannie opracowywane są innowacyjne technologie w celu ulepszenia rodzajów dezynfekcji wody:

• Fotokataliza: Wykorzystuje światło do aktywacji katalizatora, zazwyczaj dwutlenku tytanu, który wytwarza wolne rodniki zdolne do rozkładu zanieczyszczeń organicznych i zabijania mikroorganizmów.
• Sonikacja: Zastosowanie fal ultradźwiękowych do mieszania i rozbijania struktury komórkowej patogenów w wodzie.

Wnioski

Wybór metody dezynfekcji zależy od kilku czynników, w tym rodzaju uzdatnianej wody, charakteru obecnych zanieczyszczeń i wymaganego poziomu czystości dla zamierzonego zastosowania wody. Zrozumienie tych różnych metod dezynfekcji wody pomaga w wyborze najbardziej odpowiedniej technologii zapewniającej bezpieczną, czystą wodę.

Zachęcamy do bliższego zapoznania się z każdą z tych metod lub zapytania o konkretne aspekty dezynfekcji w uzdatnianiu wody w komentarzach poniżej. Państwa pytania są zawsze mile widziane!