MARCIN
GROCHOWSKI
III ROK OCHRONY ŚRODOWISKA
Metody dezynfekcji wody
przeznaczonej do celów
pitnych
www.prominent.pl
Cel i istota dezynfekcji
Dezynfekcja wody
Dezynfekcja wody
to proces, którego zadaniem
to proces, którego zadaniem
jest zniszczenie lub inaktywacja żywych i
jest zniszczenie lub inaktywacja żywych i
przetrwalnikowych form organizmów patogennych
przetrwalnikowych form organizmów patogennych
oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w sieci
oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w sieci
wodociągowej. Ma ona zapobiegać
wodociągowej. Ma ona zapobiegać
rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych za
rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych za
pośrednictwem wody używanej do picia. W
pośrednictwem wody używanej do picia. W
technologii uzdatniania wody dezynfekcja jest
technologii uzdatniania wody dezynfekcja jest
ostatnim etapem tego procesu .
ostatnim etapem tego procesu .
Główne gatunki bakterii chorobotwórczych
przenoszonych przez wodę
Bakterie
chorobotwórcze
Choroby
Salmonella typhi
dur brzuszny
S.Paratyhpi A,B,C
dur rzekomy, salmomelloza
shigella
czerwonka, ostre zapalenie
żołądka, biegunki
Escherichia Coli
ostre biegunki
Vibrio cholerae
cholera
Mycobacterium tuberculosis
gruźlica płuc
legionnella
ostre zapalenie płuc, choroba
legionisty
Leptospira
żółtaczka krętkowa, leptospiroza
C.tetani
tężec
Yersinia enterocolitica
nieżyt żołądka i jelit
Tabela1. Biłoroz S., Nawrocki J. 2005. (red). Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i biologiczne. Wyd.
Naukowe PWN, Warszawa-Poznań
Podział metod
Metody
dezynfekcji
fizyczne
chemiczne
temperatura
ultradźwięki
Promieniowanie UV
Promieniowanie UV
www.prominent.pl
Rodzaj
mikroorganizmu
Energia E
b
[ J/m
2
]
Bakterie
20 - 200
Wirusy
26 -440
Grzyby
60 - 350
Bakterie coli
26 - 66
Energia niezbędna do niszczenia różnych
mikroorganizmów
Wady i zalety dezynfekcji wody
promieniowaniem UV
www.prominent.pl
Warunki wpływające na przebieg i
skuteczność dezynfekcji
Liczba i rodzaj mikroorganizmów
Skład fizyczno-chemicznej wody
pH
Temperatura
www.ifosn.org.pl
Ilość i rodzaj zredukowanych substancji
organicznych i nieorganicznych
Ilość zawiesin
Rodzaju środka dezynfekującego i jego dawki
Czasu kontaktu
Odporności mikroorganizmu
Kinetyka dezynfekcji
Zależność prędkości wymierania bakterii od czasu
działania czynnika dezynfekującego ustala prawo Chicka
α
t
=α
0
× e
-kt
α
0
-
początkująca liczba mikroorganizmów, α
t
– liczba
organizmów po czasie t, k- współczynnik szybkości obumierania
mikroorganizmów, t – czas kontaktu
Wynika stąd zależność :
k=1/t × ln α
0
/α
t
Otrzymana z tego równania wartość k określa aktywność
dezynfekującą danego środka chemicznego. Mała wartość tego
współczynnika świadczy o znacznej sile bakteriobójczej danego
środka.
Czas wymagany do zabicia wszystkich
mikroorganizmów można skrócić, zwiększając
stężenie środka bakteriobójczego. Wpływ
wielkości dawki początkowej i czasu kontaktu na
skuteczność dezynfekcji określa prawo Watsona :
c
n
× t = k
*
c-stężenie dezynfektanta , t - czas niezbędny do
zabicia określonej liczby mikroorganizmów , n –
wykładnik rozcieńczenia , k
*
- stała
proporcjonalności
Tabela3,4. Biłoroz S., Nawrocki J. 2005. (red). Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i biologiczne. Wyd.
Naukowe PWN, Warszawa-Poznań
Chemiczne metody dezynfekcji
wody
Dezynfekcja wody metodami
chemicznymi polega na dawkowaniu do
niej silnych utleniaczy takich jak:
a.Chlor
b.Podchloryn sodowy
c.Dwutlenek chloru
d.Chloraminy
e.Ozon
Chlorowanie
Chlor gazowy dodawany w postaci wody
chlorowej(metoda pośrednia)
Chlor gazowy dodawany bezpośrednio do
wody(metoda bezpośrednia)
• pH>2 Cl
2
+ H
2
O H
+
+HClO + Cl
-
• pH>7 HClO H
+
+ClO
-
• HClO + H
+
H
2
ClO
-
• 2HClO Cl
2
O + H
2
O
• Cl
2
+ Cl
-
Cl
3-
Chlor jest bardzo reaktywnym związkiem, gdyż
reaguje on ze związkami organicznymi i
nieorganicznymi w wodzie, pozostała część
chloru, która zostanie w wodzie ma dopiero
właściwości bakteriobójcze i określa się ją jako
„pozostały chlor ogólny”
Zalety ClO2 z punktu
widzenia efektu
bakteriologicznego
a. Wysoka skuteczność
bakteriobójcza i wirusobójcza
b. Brak wpływu pH na
skuteczność działania
bakterio – i wirusobójczego
c. Zabezpieczenie na długi czas
wody w sieci wodociągowej
przed ewentualnym wtórnym
zakażeniem
d. Słabsza reaktywność w
stosunku do materii
organicznej w wodzie
e. Brak reaktywności z
amoniakiem
Działanie dezynfekujące
ClO2
• Reaguje z aminokwasami
prowadząc do przerwania
syntezy protein
bakteryjnych
• W przypadku wirusów
osłabia syntezę RNA
• Wpływa inhibitująco na
enzymy
Rys. Biłoroz S., Nawrocki J. 2005. (red). Uzdatnianie wody. Procesy
chemiczne i biologiczne. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa-Poznań
Podchloryn sodowy
• Występuje w postaci uwodnionych
soli NaOCl × 5 H
2
O
• Jest związkiem nietrwałym
• Łatwo rozpuszcza się w wodzie
• Do dezynfekcji stosuje się
rozcieńczone
wodne roztwory NaOCl
• Produkt handlowy występuje w
gatunkach
A i B , które różnią się zawartością
NaOH .
Obecność NaOH zwiększa trwałość
wodnego roztworu .
Podchloryn sodowy stosuje się do
dezynfekcji wody jest ≤ 2000m
3
/d .
Chloraminy
• Są stabilne w wodzie
• Chloraminy organiczne i
nieorganiczne
charakteryzują się znacznie
niższą siłą
bakteriobójczą niż chlor
Aby mogły powstać w
ilości niezbędnej do
dezynfekcji wymagane jest
odpowiednie stężenie azotu
amonowego
Sposoby chlorowania wody
a. Chlorowanie wody małą dawką chloru
b. Chlorowanie nadmiarem chloru
c. Chloroaminowanie
d. Chlorowanie do punktu przełamania
.
Rys. Biłoroz S., Nawrocki J. 2005. (red). Uzdatnianie wody. Procesy chemiczne i
biologiczne. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa-Poznań
Dechloracja wody
• Nadmiar chloru usuwa się za pomocą
następujących związków
Siarczyn lub tiosiarczan sodowy
Dwutlenek siarki
SO
2
+2H
2
O+Cl
2
H
2
SO
4
+2HCl
Amoniak
Węgiel aktywny
Automatyczny filtr węglowy typu CARBOTEX
[www.unitex.com.pl/index.php?p=5 ]
Ozonowanie
Ozonowanie wstępne
• Wzrost średniej wielkości
cząstek koloidalnych
• Wzrost prędkości opadania
kłaczków
• Przedłużenie cykli
filtracyjnych
• Poprawę cech
organoleptycznych wody
• Utlenienie materii
organicznej i
mikrozanieczyszczeń
Działanie dezynfekujące
ozonu
• Ozon jest najsilniejszym
środkiem dezynfekującym z
tradycyjnie stosowanych
utleniaczy
• Wnikający do komórek ozon
niszczy struktury wewnątrz
komórkowe , głównie kwasy
nukleinowe powodując śmierć
komórki
• Ozon od 600 d0 3000 razy
szybciej niszczy bakterie
Escherichia Coli niż chlor
Dezynfekcja za pomocą elektrochlorowania
Elektrochlorowanie to proces ,w którym środek dezynfekujący
wytwarzany jest w miejscu jego użytkowania za pomocą elektrolizy
roztworu chlorku sodowego.
• Na anodzie wydziela się wolny chlor
2Cl
-
Cl
2
+ 2e
-
•
który ulega hydrolizie
Cl
2
+ H
2
O HCl + HClO
• a na katodzie wydziela się wodorotlenek i wodór gazowy
2Na
+
+ 2e
-
2Na
2Na
+
+2H
2
O 2NaOH +H
2
• Następnie produkty anody i katody reagują wzajemnie ze sobą z
wytworzeniem podchlorynu sodowego i chlorku wodnego
HCl+HClO+2NaOHNaClO+NaCl+2H
2
O
Metoda Miox
• Metoda ta polega na wytworzeniu mieszaniny
utleniaczy drogą elektrolizy roztworu soli
kuchennej.
• Produkty anody i katody po wymieszaniu mają
następujący skład:
Cl
2
/ClO
-
200/300 mg/l
ClO
2
40-60 mg/l
O
3
10-20 mg/l
www.oip.pl/katowice/index.php/prew
encja/6-prewencja-c/21
Uboczne produkty dezynfekcji
wody
Środek
dezynfekujący
Organiczne
produkty uboczne
Nieorganiczne
produkty uboczne
Chlor
THM, kwasy
halogenooctowe,
halogenoacetonitryle,
haloaldehydy, haloketony,
chlorofenole,
halogenopikryny, kwasy
karboksylowe,
_
Dwutlenek chloru
Aldehydy, kwasy
karboksylowe
Chloryny, Chlorany
Ozon
Kwasy karboksylowe,
aldehydy, aldo i ketokwasy
Bromiany
Tabela 5.Nawrocki J,2005, Ochrona Środowiska,nr4, 1-7
Tabela 6. Kowal Apolinary L., Świderska-Bróż M. 1997. Oczyszczanie wody. Wyd. Naukowe PWN,
Warszawa-Wrocław
Metody dezynfekcji stosowane w
różnych krajach
Kraj
chlor
Dwutlene
k chloru
Ozon
Promieniowani
e UV
Australia
+++ +
-
+
Austria
+++ +
+
+
Belgia
+++ +
+
-
Francja
++
++
++
+
Niemcy
+++ +++
++
+
USA
+++ +
+
+
Szwajcar
ia
+
++
++ ++
Czechy
+++ -
+
-
Włochy
+++ +++
-
-
+++ metoda dominująca ++ stosowana ze średnią częstotliwością
+ z rzadką częstotliwością.
Tabela 7
.
Praca zbiorowa pod redakcją J.Nawrockiego i
S.Biłoroza Uzdatnianie wody ,procesy chemiczne i biologiczne Wyd.PWN Warszawa-Poznań 2000
Skuteczność dezynfekcji wody przy zastosowaniu
różnych metod
Patogeny
Chlor
Dwutlenek
chloru
Chlora
miny
Ozon
UV
Bakterie
++
+
+++
++ ++
+
++
+
Wirusy
++ +++
+ ++
+
++
+
Cysty
pierwotni
a-ków
+
+
+ ++ +
+++ wysoka ++ średnia + niska
Tabela 8. Praca zbiorowa pod redakcją J.Nawrockiego i S.Biłoroza Uzdatnianie wody ,procesy
chemiczne i biologiczne Wyd.PWN Warszawa-Poznań 2000
Biorąc pod uwagę skuteczność działania
środków
dezynfekujących,
szereg
od
najlepszego do najsłabszego przedstawia się
następująco
:
ozon > ClO2 > Cl2 > chloraminy
natomiast ranking trwałości, od największej
do najmniejszej wygląda następująco :
chloraminy > ClO2 > Cl2 > ozon
Literatura
• 1.Biłoroz S., Nawrocki J. 2005. (red). Uzdatnianie wody.
Procesy chemiczne i biologiczne. Wyd. Naukowe PWN,
Warszawa-Poznań
• 2.Kniotek W., Lipiak D., Suchański W.2003.Ochrona
środowiska. Nr 3, 1-2
• 3.Kowal Apolinary L., Świderska-Bróż M. 1997. Oczyszczanie
wody. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa-Wrocław
• 4.Nawrocki J. 2005. Ochrona Środowiska. Nr 4, 1-7