När det gäller vattenbehandling är det av största vikt att säkerställa vattnets säkerhet och renhet genom effektiva desinfektionsmetoder. Det finns flera viktiga tillvägagångssätt för desinfektionsmetoder för vattenbehandling, var och en med unika mekanismer och tillämpningar. Här går vi igenom de olika metoderna för desinfektion vid vattenbehandling, så att vattnet är säkert för konsumtion och användning.

Mikroskopiska invånares påverkan

Mikroskopiska invånare i vattenmiljöer kan delas in i två grupper baserat på deras påverkan:

1. Bakterier, svampar och alger som orsakar påväxt på rörledningar, värmeväxlare, vattenlagringstankar, filterkomponenter osv. De förs vanligen in i vattnet från ytkällor och förökar sig under gynnsamma förhållanden.
2. Patogena och villkorligt patogena mikroorganismer: virus, bakterier, svampar, inälvsmaskägg, som kan orsaka infektionssjukdomar hos människor och djur.

‍

‍

Vilka är metoderna för desinfektion av vatten?

Desinfektionsmetoderna för vatten baseras på deras verkningsprincip:

• Fysiska eller icke-kemiska metoder, där desinfektion sker genom påverkan av fysiska faktorer (kokning, ultraviolett, elektrolys, omvänd osmos);
• Kemiska eller reagensmetoder, där vissa reagenser (klor, ozon, icke-oxiderande medel) tillsätts vattnet;
• Kombinerade metoder innebär en kombination av båda teknikerna, t.ex. ultrafiltrering och klorering.

Nu kommer vi att titta närmare på de listade metoderna för vattendesinfektion, fördelarna och nackdelarna med varje metod.

Fysiska metoder för desinfektion av vatten

Fysiska metoder förlitar sig på fysiska processer för att eliminera föroreningar utan användning av kemikalier. Dessa inkluderar.

Kokning

Genom att koka upp vatten dödas de flesta patogena organismer, vilket gör detta till en av de enklaste och mest lättillgängliga metoderna för vattensterilisering.

‍

Det är viktigt att notera att för fullständig desinfektion av vatten ska det inte bara kokas, utan kokas i minst fem minuter.

FÖRDELAR:

• enkelhet i utförandet;
• inget behov av ytterligare utrustning;
• Effektivitet mot de flesta patogena mikroorganismer;
• förutom desinfektion minskar vattnets hårdhet och grumlighet.

NACKDELAR:

• betydande ökning av energiförbrukningen med ökande vattenvolym;
• hög varaktighet;
• möjlighet till sekundär kontaminering.

Ultraviolett strålning

Sedan urminnes tider har mänskligheten känt till solljusets välgörande effekter. Tack vare ultraviolett strålning, som är en av komponenterna i UV-spektrumet, kan de bryta ned tyminstrukturen i mikroorganismernas DNA. Som ett resultat förlorar bakterier och virus sin förmåga att reproducera sig både i vatten och i människokroppen.

‍

Den enklaste metoden för UV-desinfektion av vatten är SODIS-metoden. Vatten, filtrerat för att avlägsna stora mekaniska partiklar större än 50 mikrometer, hälls i PET-flaskor (polyetylentereftalat) som placeras på en yta som utsätts för direkt solljus. Den största nackdelen med denna metod är behovet av aktivt solljus. Metoden är mest effektiv i området mellan 35 grader nordlig och sydlig latitud, där desinfektionen tar cirka sex timmar. När solljusets intensitet minskar ökar desinfektionens varaktighet.

Apparater för vattendesinfektion tillverkas i form av cylindriska mekaniska rör med en kvartshylsemitter. Vattnet rinner in i höljet och rinner runt hylsan, varigenom det utsätts för UV-strålning och desinficeras. Våglängden i de flesta sådana anordningar är ca 250 nm.

‍

Idag används sådana anordningar för förebyggande desinfektion av både dricks- och hushållsvatten efter komplexa reningssystem. Genom att installera en sådan emitter förhindras igensättning av rör, filterelement, tvättmaskiner och så vidare.

‍

FÖRDELAR:

• lättanvänd metod;
• kräver inte skrymmande utrustning;
• inget behov av konstant dosering av reagenser;
• ger inte upphov till sekundära föroreningar i vattnet, till skillnad från desinfektion med reagens
• låg energiförbrukning.

NACKDELAR:

• inte effektiv mot ett brett spektrum av mikroorganismer, kombinerade metoder rekommenderas för vatten som är förorenat med patogener;
• Regelbundet byte av strålningskällan är nödvändigt;
• vattnet måste vara fritt från mekaniska partiklar innan det passerar genom enheten, eftersom de kan minska metodens effektivitet med 50%;
• ingen långvarig verkan.

Omvänd osmos och ultrafiltrering

Porstorleken hos membran för omvänd osmos är 4000 gånger mindre än hos de minsta bakteriecellerna och 200 gånger mindre än hos viruspartiklar. Därför kan sådana filter hålla kvar 100% av mikroorganismerna. Tekniken används främst för rening av dricksvatten. Den ligger till grund för hushållsfilter, varuautomater, vattenkiosker och till och med livsmedels- och dryckesproduktion.

FÖRDELAR:

• avlägsnande av 100% av virus och bakterier;
• kompakt storlek och hög produktivitet;
• Miljövänlighet;
• Avlägsnande av andra toxiner än mikrobiologiska föroreningar: tungmetaller, organiska ämnen, klor etc.

NACKDELAR:

• relativt höga kostnader för tekniken;
• stor mängd avloppsvatten - från 20 till 70% av produktionen, beroende på membranstorlek och tryck;
• brist på långvarig verkan, vilket begränsar användningen av vatten direkt vid konsumtionspunkten. Alternativt kräver vatten kombinerad desinfektion.

Ultrafiltreringsmembran har relativt stora porstorlekar som delvis kan tillåta viruspartiklar att passera igenom, så denna metod kan endast användas i kombination med reagenser eller ultraviolett ljus.

Kemiska metoder för desinfektion av vatten

Reagensmetoder för desinfektion, som du kanske har gissat, innebär tillsats av vissa ämnen till vattnet. Dessa föreningar är indelade i två grupper:

• Oxidationsmedel - förstör mikroorganismernas cellstruktur genom att oxidera dem, samtidigt som de reduceras till mindre aktiva föreningar.
• Icke-oxiderande medel - ger bakteriedödande verkan genom specifika effekter på mikroorganismer, vilket stoppar deras reproduktion.

Nedan kommer vi att diskutera de viktigaste metoderna för desinfektion av vatten, deras nackdelaroch fördelar.

Klorering

Denna metod innebär att föreningar som innehåller aktivt klor tillsätts till vatten, vilket kan oxidera mikroorganismer och organiskt material.

Nedan följer de viktigaste klordesinfektionsmedlen:

• Klorerat vatten - har en god desinficeringseffekt och kan enkelt doseras i vatten. Nackdelen är de ökade säkerhetskraven för lagring.
• Natrium- eller kalciumhypoklorit är de vanligaste desinfektionsmedlen idag. De tillverkas i form av granulat som löses upp i vatten och doseras i flytande form. De är praktiska att transportera, men är inte effektiva mot cystor och deras effektivitet minskar vid långvarig lagring.
• Klorisocyanursyrasalter, som huvudsakligen används för tekniska ändamål för pooler, tankar, sekundära vattenförsörjningssystem, men ibland också för desinfektion av dricksvatten under fältförhållanden. Preparaten produceras i tablettform, lämpliga för transport och lagring och har hög effektivitet.
• Kloraminer används vid centraliserade vattenreningsverk och doseras i vatten i lösningsform. Fördelen med denna metod är dess långvariga effekt. Nackdelarna är bland annat en starkare lukt och lägre effektivitet.
• Klordioxid är en av de starkaste kloroxidanterna, bildar få biprodukter, men kan endast erhållas på plats, så den används inte i stor utsträckning vid vattenbehandling.
• Klorerad kalk (en blandning av kalciumhypoklorit, klorid och hydroxid).

Idag är klorering den vanligaste metoden för desinfektion av vatten. Detta beror på klorets höga effektivitet mot 99 % av mikroorganismerna och dess långvariga effekt. Detta innebär att vattnet som tillförs rörledningen innehåller en liten mängd klor. Det kan oxidera föroreningar, inklusive mikroorganismer, klor och organiskt material som orsakar missfärgning av vatten.

HUR ÄR KLOR FARLIGT FÖR MÄNNISKOR?

Klorering

Det finns två faktorer att ta hänsyn till när man diskuterar farorna med klor. Aktivt klor, som orsakar klorlukten i kranvatten eller pooler, har egenskaper som kan torka ut hud och hår och orsaka irritation av slemhinnorna i näsa och ögon. Det försvinner dock snabbt från vattnet under lagring och utgör inte någon verklig fara för människor.

Det finns dock dolda konsekvenser av att använda klor som desinfektionsmedel. Det handlar bland annat om biprodukter som bildas när klor reagerar med organiskt material i ytvatten och mikrobiologisk tillväxt på rörytor. Dessa föreningar kallas "trihalometaner" (kolväten där en eller flera atomer ersatts av klor). Den vanligaste vattenföroreningen är kloroform (70-90% av alla trihalometaner).

Toxiciteten hos sådana föreningar har två mekanismer:

• Genom att delta i metabolismen främjar klororganiska ämnen frisättningen av giftiga ämnen som har systemiska effekter;
• I den andra interaktionsvägen bildas fria radikaler som har en cancerframkallande effekt.

Studier som har genomförts upprepade gånger i olika länder visar ett samband mellan konsumtionen av klorerat dricksvatten och utvecklingen av cancer i mag-tarmkanalen.

Problemet med klororganiska ämnen kan dock lösas framgångsrikt även med de enklaste kolfilter.

Ozonering

Ozon är ett kraftfullt oxidationsmedel. Det är effektivt mot alla mikroorganismer och deras sporer. Det är dock inte effektivt för att avlägsna biofilmer och är därför inte lämpligt för desinficering av behållare och pooler.

Ozon genereras direkt i vattenreningsverket i speciella ozongeneratorer, som innehåller en ozongenerator, en kolonn för upplösning och interaktion med vatten samt ett mekaniskt filter för att avlägsna oxiderade partiklar. Diagrammet illustrerar processen.

Som ett resultat av interaktionen mellan ozon och vatten bildas aldehyder, ketoner och organiska syror, som också har en toxisk effekt. Efter ozonering är det därför också nödvändigt att använda filter med aktivt kol.

FÖRDELAR:

• Hög effektivitet mot alla mikroorganismer;
• Frånvaro av triklormetaner som biprodukter;
• Avlägsnar främmande smaker och lukter.

NACKDELAR:

• Kräver dyr utrustning;
• Ökade säkerhetskrav och personalutbildning;
• Bildning av sekundära produkter som är giftiga för människor.

Icke-oxiderande reagenser för vattenrening

Dessa är komplexa organiska föreningar som kan skada mikroorganismernas cellstruktur, vilket resulterar i att deras reproduktion stoppas. Sådana reagenser används främst för desinficering av vattenledningar, hushålls- och hushållsvatten och mindre ofta för dricksvatten, eftersom sådana reagenser, som klorderivat, måste avlägsnas med hjälp av aktivt kol omedelbart innan vattnet används.

FÖRDELAR:

• hög effektivitet mot mikroorganismer, inklusive biofilm;
• frånvaro av obehagliga lukter;
• bekväm form för transport och förvaring.

NACKDELAR:

• otillräckligt studerad effekt på människor och behov av att avlägsna överskott av reagens från dricksvatten;
• kan inte användas i kombination med oxidationsmedel.

Användning av silver och andra metaller

Sedan urminnes tider har silver använts som desinfektionsmedel när vatten hälldes i silverbehållare. Idag har det visat sig att denna metod för vattendesinfektion inte är effektiv. Vissa resultat har observerats efter tillsats av joniskt silver och andra metaller som koppar och tenn i vattnet. Vid maximalt tillåtna koncentrationer tar dock desinfektionstiden minst två timmar. Det bör också understrykas att silver inte är effektivt mot cystor, de flesta bakterier och virus. Idag doseras ibland silverlösningar i dricksvatten för att minska biologisk nedsmutsning av behållare och utrustning.

Kombinerade metoder för desinfektion av vatten

Genom att kombinera fysikaliska och kemiska metoder kan man förbättra effektiviteten hos desinfektionsmetoderna vid vattenbehandling.

Till exempel kan ultrafiltrering avlägsna bakterier och de flesta organiska föroreningar. Samtidigt säkerställer det en hög nivå av vattentransparens, vilket möjliggör den slutliga desinfektionen av vatten från virus med ultraviolett strålning. Användningen av klor för sådant vatten är också effektiv, eftersom det låga organiska innehållet säkerställer ett lågt innehåll av klorerade organiska föreningar, som är farliga för människor, men samtidigt bevaras klorens långvariga verkan.

Framväxande teknologier

Innovativa tekniker utvecklas kontinuerligt för att förbättra olika typer av vattendesinfektion:

• Fotokatalys: Ljus används för att aktivera en katalysator, vanligtvis titandioxid, som producerar fria radikaler som kan bryta ned organiska föroreningar och döda mikroorganismer.
• Sonikering: Applicering av ultraljudsvågor för att omröra och störa cellstrukturen hos patogener i vatten.

Slutsats

Valet av desinfektionsmetod beror på flera faktorer, bland annat vilken typ av vatten som ska behandlas, vilka föroreningar som finns och vilken renhetsnivå som krävs för vattnets avsedda användning. Att förstå de olika metoderna för desinfektion av vatten hjälper till att välja den lämpligaste tekniken för att säkerställa säkert och rent vatten.

Du är välkommen att utforska var och en av dessa metoder ytterligare eller ställa frågor om specifika aspekter av desinfektion vid vattenbehandling i kommentarerna nedan. Dina frågor är alltid välkomna!