Podstawowe metody dezynfekcji wody wodociągowej
Podstawowy podział metod dezynfekcji wody wyróżnia:
-metody chemiczne,
-metody fizyczne.
Metody chemiczne wykorzystują określone związki, do których zaliczamy:
- związki chloru, w tym:
Podchloryn sodu
Dwutlenek chloru
Chlor gazowy
Chloraminy
Wapno chlorowane
- ozon
- nadmanganian potasu
Metody fizyczne obejmują natomiast:
- gotowanie (z wiadomych przyczyn nie stosowane na wodociągach)
- ultradźwięki (stosowane raczej w przemyśle farmaceutycznym)
- promieniowanie ultrafioletowe
Coraz częściej jednak zaczyna się stosować metody dezynfekcji oparte np. o związki srebra czy miedzi, których dawkowanie do wody przebiega w ściśle określony sposób.
Metody chemiczne
Utleniacze wymienione powyżej w pierwszej kolejności utleniają substancje mineralne
i organiczne. Dopiero po ich utlenieniu pozostała ilość ma bezpośrednie znaczenie dezynfekcyjne. Szeregując wymienione substancje chemiczne wg ich siły bakteriobójczej otrzymamy następującą kolejność
ozon> dwutlenek chloru> kwas podchlorawy (chlor wolny i podchloryn sodu)>chloraminy
Oprócz siły bakteriobójczej bardzo ważnym elementem jest czas działania.
Najdłuższy czas efektywnej dezynfekcji uzyskuje się przy zastosowaniu chloramin, w dalszej kolejności dwutlenku chloru, chloru wolnego i zdecydowanie najkrótszy przy zastosowaniu ozonu.
Ze względu na zdecydowanie najkrótszy czas działania ozonu po jego zastosowaniu należy dodatkowo wykorzystywać odpowiednie substancje chlorowe, stabilizujące bakteriologię sieci wodociągowej.
Chlor
Chlor jest najstarszym ze stosowanych dezynfekujących związków chemicznych. Jego dezynfekcyjne działanie znano znacznie wcześniej, niż wykorzystywano go na skalę techniczną w wodociągach.
W temperaturze pokojowej jest zielonożółtym gazem o charakterystycznym zapachu. Jest to gaz cięższy od powietrza, krztuszącym, wywołującym podrażnienie górnych dróg oddechowych- kaszel oraz wymioty niekiedy z krwistą wydzieliną. Może prowadzić do obrzęku płuc.
Gaz ten stosunkowo dobrze rozpuszcza się w wodzie.
Chlor może być bezpośrednio stosowany do dezynfekcji- poprzez wykorzystywanie
go w postaci gazu (choć metoda ta już bardzo intensywnie odchodzi do lamusa). Zdecydowanie częściej wykorzystywana jest substancja zawierająca chlor-podchloryn sodu. Tym bardziej, że praktycznie obie substancje działają identycznie po dodaniu wody, różnica tkwi jedynie w wydajności instalacji.
Podchloryn sodu
W temperaturze pokojowej jest ciałem stałym o bladożółtej barwie. Jest to substancja wyjątkowo niestabilna, dlatego coraz częściej buduje się instalacje wytwarzania podchlorynu na miejscu. Ze względu na jego minimalną trwałość zawartość chloru wolnego w roztworze podchlorynu maleje wraz z czasem. Jego rozkład przyspieszają również:
- temperatura,
- światło słoneczne,
- śladowe ilości metali ciężkich (np. miedź, nikiel, żelazo).
Bezpośrednie wystawienie podchlorynu na działanie światła słonecznego może spowodować, że w ciągu kilku godzin roztwór może stracić nawet 10-20g chloru wolnego na litr.
Jest to substancja żrąca, szkodliwa w przypadku połknięcia.
Przy magazynowaniu podchlorynu sodu należy przestrzegać następujących zasad:
-zapewnić wentylację,
-magazynować w temperaturze poniżej 25°C
-zabezpieczyć przed działaniem promieni słonecznych,
-przechowywać w zbiornikach (opakowaniach) wykonanych z polietylenu, poliestru, szkła
lub stali gumowanej,
-absolutnie nie można przechowywać podchlorynu w zbiornikach ze stali węglowej
i jej stopów, stali nierdzewnej czy miedzi albo aluminium.
Dezynfekcja chlorem gazowym i podchlorynem sodu - zasada działania
Bez względu czy chlor do wody jest dodany w formie gazowej, czy też w postaci podchlorynu sodu rozkłada się z wytworzeniem tzw. kwasu podchlorawego, który jest właściwą substancją dezynfekcyjną. Tak więc po dodaniu obu substancji chlorowych produktem reakcji z wodą jest kwas podchlorawy i kwas solny (w przypadku chloru gazowego, który obniża odczyn wody) oraz wodorotlenek sodu (który podwyższa pH wody
w przypadku dawkowania podchlorynu sodu).
W dalszej kolejności kwas podchlorawy ulega rozkładowi w zależności od pH wody
(im wyższe pH tym więcej należy użyć środka dezynfekcyjnego).
Chlor dodany do wody (czy to w postaci podchlorynu sodu, czy też w postaci chloru gazowego)jest zużywany kolejno na następujące cele:
-utlenianie zredukowanych związków takich jak żelazo, mangan czy siarkowodór
-utlenianie substancji organicznych
-utlenianie bromków (co dotyczy przede wszystkim wód rejonu Pomorza)
-pozostała część chloru działa dezynfekująco.
Drugim po pH czynnikiem mającym istotne znaczenie z punktu widzenia siły dezynfekcyjnej chloru jest zawartość jonu amonowego. Jeśli w wodzie znajdują się jony amonowe wówczas będą reagowały z chlorem a efektem tej reakcji będą chloraminy. Mają one również właściwości bakteriobójcze, choć ich siła jest zdecydowanie niższa niż w przypadku samego chloru.
Dezynfekcyjne działanie chloru jest uwarunkowane przede wszystkim usunięciem z wody wszelkich związków mineralnych i organicznych nadających wodzie mętność. Chlor działa efektywnie przede wszystkim w odniesieniu do bakterii swobodnie pływających. Nie jest
w stanie wystarczająco skutecznie poradzić sobie z bakteriami „ukrytymi” na cząstkach mineralnych właśnie nadających wodzie mętność.
Produkty uboczne chlorowania
Przez produkty uboczne chlorowania rozumie się związki powstające pod wpływem chloru głównie ze związków organicznych, znajdujących się w wodzie. Dopiero od niedawna zaczęto przyglądać się bliżej ubocznym produktom chlorowania, które są substancjami potencjalnie rakotwórczymi.
Część tych substancji została wrzucona do jednego worka nazwie THM. W sytuacji, gdy stężenie THM mierzone na wyjściu z SUW przekracza normy konieczne jest podjęcie działań zmierzających do jego obniżenia, do których zalicza się przede wszystkim usunięcie prekursorów THM- czyli materii organicznej. Względnie w uzasadnionych przypadkach rezygnuje się ze stosowania związków wolnego chloru (chloru gazowego, czy też podchlorynu sodu) i zastąpienie tychże innymi dezynfekantami (takimi jak dwutlenek chloru, który ma zdecydowanie niższy potencjał tworzenia THM niż wolne związki chloru).
Dwutlenek chloru
Jest to gaz bardzo dobrze rozpuszczający się w wodzie.
Siłę bakteriobójczą szacuje się na 2,5 raza wyższą niż w przypadku kwasu podchlorawego. Dwutlenek chloru ma silne właściwości wybuchowe i dlatego powszechne wykorzystanie go do dezynfekcji wody pitnej wiąże się z przygotowaniem na miejscu w specjalnych instalacjach. Do zalet dwutlenku chloru w dezynfekcji w stosunku do podchlorynu sodu czy chloru gazowego zaliczyć można, oprócz zdecydowanie silniejszego działania bakteriobójczego i wirusobójczego m.in.
- bardzo szybkie działanie bakteriobójcze. Większość bakterii niszczy w kilka sekund,
- wysoką skuteczność w usuwaniu biofilmów pokrywających ściany rurociągów, urządzeń
do uzdatniania wody (w tym również zbiorników wody czystej)
- jego skuteczność nie zależy od odczynu wody w szerokim zakresie (pH 2-10),
- dwutlenek chloru nie reaguje z jonem amonowym, nie tworzy przez to chloramin i dzięki
temu nie jest zużywany na ten cel, dlatego zawartość jonu amonowego nie wpływa
negatywnie na efektywność dezynfekcji wody,
- w wodzie występuje również jako gaz, nie ulega hydrolizie,
- nie reaguje z substancjami organicznymi, przez to nie tworzy(jak w przypadku chloru czy
podchlorynu sodowego) THM, które mają udowodnione działanie rakotwórcze,
- jest bezzapachowy, nie nadaje wodzie zapachu charakterystycznego dla chloru,
- jest bardzo trwały.
Należy bardzo uważać przy stosowaniu dwutlenku chloru po raz pierwszy do dezynfekcji sieci wodociągowej. Niszczenie biofilmów wiąże się bowiem z naruszeniem struktury osadów pokrywających ścianki przewodów, w efekcie czego w 1 etapie jego zastosowania może dochodzić do znacznego pogorszenia jakości wody w sieci wodociągowej, związanego
z usuwaniem osadów.
Ozon
Ozon w normalnych warunkach jest gazem o ostrym zapachu i silnie trującym. Składa się
z 3 atomów tlenu i łatwo rozkłada się do tlenu cząsteczkowego. Ozon po raz pierwszy zastosowano do dezynfekcji wody do picia w 1893r. w Holandii. Jest on zaliczany do najskuteczniejszych znanych substancji dezynfekcyjnych. Przyjmuje się że niszczy on bakterie E. coli nawet 600 do 3000 raza szybciej niż chlor. Ozon stosuje się powszechnie jako substancję. Poprawiającą smak, barwę oraz zapach wody. Wiele trudno rozpuszczalnych substancji jest rozkładanych właśnie przy użyciu ozonu. Podstawowa jego wada to bardzo niska trwałość , przez co i tak po zastosowaniu ozonu konieczne jest chlorowanie, gdyż ozon, ze względu na silne własności utleniające utlenia związki organiczne do bardzo łatwo przyswajalnych substancji biodegradowalnych.
Stosując jednoczesne chlorowanie i ozonowanie trzeba unikać sytuacji, w których oba te dezynfekanty będą się znajdowały w wodzie ze względu na ryzyko tworzenia chloranów
i chlorynów pod wpływem ozonu z chloru.
Promieniowanie UV
Naświetlanie ultrafioletem jest nowoczesną metodą dezynfekcji wody pitnej i ścieków. Metoda ta z coraz większym powodzeniem jest stosowana w Polsce od blisko 30 lat. Ultrafiolet, który skutecznie niszczy wszelkie drobnoustroje w wodzie i innych mediach nie wywołuje skutków ubocznych. Promienie UV prowadzą do zmian genomu mikroorganizmów, co prowadzi do utraty przez nie zdolności rozmnażania się.
Czym jest ultrafiolet?
Jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 100-400 nm. Jest to zakres niewidzialny światła składający się z trzech przedziałów UV- A, UV- B i UV- C. Przedział
UV- C jest odpowiedzialny za bakteriobójcze oddziaływanie ultrafioletu.
Naświetlanie UV jest metodą bardzo skuteczne i szybką pozwalającą na nieskomplikowane zastosowanie jej w skali przemysłowej. Wadą ultrafioletu jest jedynie to, że działa tylko bezpośrednio w miejscu użycia. Dlatego woda wstępnie zdezynfekowana ultrafioletem musi być następnie stabilizowana chemicznie w sieci wodociągowej.
1