Cel i istota dezynfekcji wody

Wprowadzenie

Dezynfekcja wody jest jednym z ważniejszych wyzwań dla 21 wieku. Przy czym nie chodzi tu tylko o dezynfekcję wody pitnej, ale także wykorzystywanej w przemyśle wody użytkowej i procesowej, wody w systemach chłodniczych i w basenach kąpielowych. Jednocześnie ważne jest, aby zastosowana metoda dezynfekcji była przyjazna środowisku,efektywna i niedroga.

W krajach rozwijających się zwykle nie ma wystarczającej ilości wody czystej nadającej się do spożycia. W krajach tych wielu ludzi umiera z powodu chorób wywołanych przez mikroorganizmy występujące w zanieczyszczonej wodzie, głównie osoby z osłabionych systemem odpornościowym (chorzy na AIDS oraz osoby po przeszczepach), dzieci, osoby starsze .

Urządzenia do dezynfekcji

Wprowadzenie

Woda surowa, np. powierzchniowa lub woda z ujęć infiltracyjnych, nie zawsze jest nienaganna pod względem bakteriologicznym i w przypadku jej dalszego przeznaczenia do użycia jako woda pitna, musi być dezynfekowana. W wielu zastosowaniach przemysłowych, np. w przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym, dezynfekcja wody procesowej jest rzeczą oczywistą. Również korzystna, a czasem niezbędna jest dezynfekcja wody w obiegach chłodniczych i klimatyzacji. W ostatnich latach w coraz większym stopniu zwraca się uwagę na istnienie zagrożenia infekcją, wskutek występowania Legionelli w obiegach wody ciepłej i zimnej.

Bakterie z rodzaju Legionellarozwijają się w środowisku wodnym, optymalna temperatura ich życia i rozwoju to około 20-50°C (idealna 36°C). Źródłem pokarmu są substancje biologiczne lub osady takie jak rdza i kamień kotłowy.

Wprowadzenie

W procesach dezynfekcji wód ma zastosowanie szereg procesów i technologii. Każda z nich posiada zalety i wady. O tym, która z metod dla danego zastosowania jest właściwa, decyduje szereg parametrów. Bardzo często spełnienie oczekiwań dotyczących skuteczności i opłacalności danej metody dezynfekcji, wymaga zastosowania rozwiązania stanowiącego kombinację różnych technologii dezynfekcji.

Skażenie bakteriologiczne wody

Woda powierzchniowa i płytkie wody podziemne skażone są biologicznie. Mogą zawierać wirusy, bakterie, pasożyty. Zgodnie z przepisami woda do picia i na potrzeby gospodarcze musi spełniać wymagania bakteriologiczne, w związku z tym musi być poddawana dezynfekcji.

Cel dezynfekcji

Celem dezynfekcji jest zniszczenie bakterii i wirusów oraz zapobieganie wtórnemu ich rozwojowi w sieci wodociągowej.

Dezynfekcja, a procesy uzdatniania wody

W procesach oczyszczania wody uzyskuje się pewne zmniejszenie liczby organizmów patogennych. Skuteczność jest różna i zależy od poziomu skażenia wody, rodzaju organizmów patogennych.

filtracja powolna – bakterie Escherichia coli (99,8%), wirusy Polio, pasożyty (>98%)

zmiękczanie wody – wirusy Polio (>98%)

koagulacja sedymentacja filtracja pospieszna – znaczne zmniejszenie bakterii i wirusów

sorpcja na węglu aktywnym – mało skuteczna

Rodzaje dezynfekcji wody

Wodę można dezynfekować metodami

fizycznymi i chemicznymi

W każdym zakładzie uzdatniania wody musi być w układzie technologicznym DEZYNFEKCJA WODY!

Fizyczne metody dezynfekcji wody

Podział metod fizycznych dezynfekcji wody

Gotowanie

Promienie ultrafioletowe (UV)

Ultradźwięki

Gotowanie

Jest najprostszą metodą niszczenia bakterii. W ciągu 10-20 minut gotowania zostają zniszczone wszystkie formy wegetatywne bakterii. Bakterie zarodnikowe giną po 2 godzinach gotowania albo po 15 minutach w temperaturze 1200C, pod ciśnieniem.

W praktyce wodociągowej gotowania się nie stosuje. Metoda ta jest tylko stosowana w gospodarstwach domowych i w niektórych rodzajach przemysłu spożywczego.

Naświetlanie promieniami ultrafioletowymi UV

Polega na doprowadzeniu do wody takiej ilości energii, która zapewni zniszczenie bakterii patogennych znajdujących się w wodzie. Biologicznie czynne są promienie UV o długości fali 200-300nm, największą skuteczność mają promienie o długości fali 265nm.

Wadą tej metody jest to, że działanie dezynfekujące jest tylko w czasie naświetlania – wobec czego możliwy jest wtórny rozwój bakterii.

Zaletą jest to, że metoda ta nie zmienia składu fizyczno-chemicznego wody. Skuteczność promieni UV zależy od

rodzajów mikroorganizmów, efekty bakteriobójcze reguluje się korygując dawkę UV i czas naświetlania, który zwykle nie przekracza 1 minuty.

LAMPA PROMIENIOWANIA UV

Naświetlanie promieniami ultrafioletowymi c.d.

Naświetlanie ultrafioletem jest nowoczesną metodą dezynfekcji wody pitnej i ścieków. Metoda ta z coraz większym powodzeniem jest stosowana w Polsce od blisko 30 lat.

Światło ultrafioletowe jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali 100-400 nm. Jest to zakres światła niewidzialnego składający się z trzech przedziałów UV-A, UV-B, UV-C. Przedział UV-C o zakresie od 200 do 280 nm jest odpowiedzialny za bakteriobójcze oddziaływanie ultrafioletu na drobnoustroje. Działanie bakteriobójcze polega na absorbowaniu światła UV-C przez strukturę DNA drobnoustrojów. Stosując odpowiednio dobrany czas i natężenie promieniowania UV można całkowicie zniszczyć drobnoustroje poprzez destrukcje ich DNA. Poszczególne drobnoustroje posiadają różną odporność na działanie ultrafioletu.

Naświetlanie promieniami ultrafioletowymi UV c.d.

Woda naświetlana promieniami UV powinna być pozbawiona cząstek koloidalnych zawieszonych, które mogą sorbować pewne ilości promieni UV, zmniejszając efekt dezynfekcji

Do dezynfekcji wody promieniami UV służą lampy rtęciowe wysokociśnieniowe lub kwarcowe lampy argonowe niskociśnieniowe. Lampy te umieszcza się w kanałowych reflektorach nad przepływającą wodą.

Metoda ta wymaga znacznych nakładów inwestycyjnych oraz kosztów eksploatacji, musi być uzupełniana końcowym chlorowaniem.

Ultradźwięki

Skutecznie niszczą bakterie i wirusy zawarte w wodzie. Źródłem ultradźwięków może być piezoelektryczny generator kwarcowy zasilany prądem zmiennym lub generator elektromagnetyczny.

Skuteczność dezynfekcji ultradźwiękami zależy od natężenia dźwięku, częstotliwości, czasu działania ultradźwięków oraz rodzaju i liczby niszczonych mikroorganizmów.

W badaniach laboratoryjnych wymagany czas działania ultradźwięków wyniósł 15 minut ((Escherichia coli), a efekt niższy niż przy stosowaniu chloru. Dobry efekt uzyskuje się łącząc dezynfekcję chlorem z dezynfekcją ultradźwiękami.

Głowice ultradźwiękowe

Ultradźwięki c.d.

Natężenie dźwięku oraz częstotliwość powinny zapewnić zjawisko kawitacji, będące przyczyną działania bakteriobójczego. Natężenia niezbędne do wywołania kawitacji w wodzie przy różnych częstotliwościach przedstawia tabela:

Natężenie dźwięku W/cm2

Częstotliwość kHz

110200

50 000

20200500

3000

Dezynfekcja chemiczna wody

Chlorowanie wody - Historia

Choć łączenie zanieczyszczenia wody odchodami ludzkimi z występowaniem ognisk cholery wydaje się dzisiaj każdemu oczywiste, to ma ono niespełna półtorawieczną tradycję, a wiąże się z osobą londyńskiego lekarza Johna Snowa, który - kierując się zdrowym rozsądkiem - w 1854 r. jako pierwszy skutecznie wykorzystał wnioski z analizy epidemiologicznej. Dopiero w 1884 Robert Koch odkrył zarazki cholery.

Już w 1893 podjęto chlorowanie ścieków zagrażających ujęciom wody dla Nowego Jorku, ale świat najbardziej przekonało zastosowanie chloru do dezynfekcji wodociągu w 1897r. po epidemii duru brzusznego w angielskiej miejscowości Maidstone. Po raz pierwszy ciągłą dezynfekcję wody chlorem podjęto prawdopodobnie w Belgii w 1902r.

Chlorowanie wody w USA w początkach XIX wieku przyniosło spektakularne wyniki - odnotowano spadek zachorowań na cholerę o 90%, na dur brzuszny i leptospirozy o 80% i biegunkę amebową o połowę. Dziś odprowadzaniu ścieków i chlorowaniu wody wodociągowej przypisuje się największe zasługi dla wydłużenia życia ludzkiego (przed dobroczynnymi efektami antybiotyków i szczepień ochronnych oraz zasad ochrony zdrowia konsumenta).

Jednak ludzie dożywający starszego wieku ujawniają efekty wieloletniej ekspozycji na czynniki rakotwórcze. W 1974 odkryto, że chlor reaguje z substancjami organicznymi obecnymi w każdej wodzie uzdatnianej, a zwłaszcza już uzdatnionej i rozprowadzanej siecią wodociągową. Powstające w tym procesie trójhalometany znalazły się na stale rozszerzanej liście wymagających normowania substancji szkodliwych, a zwłaszcza rakotwórczych.

Chlorowanie wody c.d.

Chlorowanie jest najtańszym i najbardziej popularnym sposobem dezynfekcji. Bakterie niszczy się działając na wodę związkami chloru lub czystym chlorem gazowym. Powstają przy tym podchloryny - jako czynny związek w odkażaniu wody. Najbardziej popularnym środkiem stosowanym do dezynfekcji jest roztwór podchlorynu sodu-NaOCl. Dawka chloru powinna być dobierana odpowiednio do jakości wody.

Chlorowanie wody c.d.

Forma związku chemicznego Chlor gazowy (Cl2) (dodawany do wody w postaci wody chlorowej) Podchloryn sodu (NaOCl) Dwutlenek chloru (ClO2) – własności wybuchowe, dlatego wytwarzany jest w miejscu

dawkowania

Efekty pożądane Konwencjonalna dezynfekcja wody za pomocą chloru nie tylko likwiduje bakterie, lecz

usuwa także na drodze utleniania (procesu, który można porównać do zimnego spalania) niefiltrowalne zanieczyszczenia organiczne.Stosowanie chloru stało się znacznie łatwiejsze dzięki opracowaniu stabilizowanych preparatów chlorowych takich jak Chlorilong, Chloriklar i Chlorifix. Zawarty w nich chlor jest znacznie lepiej wykorzystywany.

W latach 40-tych w USA a w Europie w latach 50-tych rozpoczęto stosowania dwutlenku chloru ClO2 jako alternatywy dla chloru do wstępnego utleniania oraz dezynfekcji wody.

Chlorowanie wody c.d.

Skutki uboczne Długoletnie badania obserwacje naukowe prowadzone w USA i Europie

wykazały, że chlor gazowy stosowany w technologii uzdatniania wody do picia jest szkodliwy dla zdrowia i środowiska naturalnego. Ujemną cechą tej metody jest specyficzny smak i zapach wody chlorowanej.

Stwierdzono, że głównym zagrożeniem są trójchlorometany (THM) oraz inne chlorowce organiczne, które powstają w procesach wstępnego lub wtórnego chlorowania wody w większości zakładów wodociągowych. Powyższe odkrycia naukowe spowodowały rozwój innych, alternatywnych technologii i urządzeń do dezynfekcji wody do picia. Podchloryn sodu, który jest używany do dezynfekcji wody w niewielkich dawkach wpływa na pogorszenie wskaźników organoleptycznych tj. specyficzny smak i zapach, jaki daje chlor w wodzie do picia.

Ozonowanie wody

Ozonowanie polega na przepuszczaniu przez wodę powietrza nasyconego ozonem O3 (tlenem trójatomowym). Ozon wytwarzany jest w specjalnych urządzeniach zwanych ozonatorami (generatorami ozonu).

Ozon posiada wiele zalet, które wykorzystuje się w uzdatnianiu wody: - podczas wstępnego ozonowania wpływa na poprawę koloru i smaku wody, - powoduje zniszczenie drobnoustrojów znajdujących się w wodzie, - w czasie ozonowania zasadniczego utlenieniu ulegają zanieczyszczenia śladowe takie jak pestycydy i substancje powierzchniowo czynne (detergenty), - ozon powoduje biologiczną dezintegrację substancji organicznych, które z kolei na biologicznie aktywnym filtrze ulegają dalszemu rozpadowi na CO2 i wodę.

Dezynfekcję wody metodą ozonowania stosuje się najczęściej w odniesieniu do wody basenowej, a także w przypadku takich obiektów jak delfinaria lub duże akwaria.

Ozon stosuje się także do oczyszczania ścieków np. substancji powierzchniowo- czynnych (detergentów) z pralni.

System do wytwarzania ozonu

Urządzenia przeznaczone do dezynfekcji wody produkcyjnej i usuwania chloramin i ozonu resztkowego z wody.

Zestaw do ozonowania

Pomieszczenie ozonowania

Ozonowanie c.d.

Ozon aktualnie wykorzystywany jest w różnych dziedzinach życia jako silny utleniacz. Właściwości stosowania ozonu znane są od dawna, jednakże dopiero w ostatnich latach zaczęły się poszerzać dziedziny gospodarki i przemysłu, w których znajduje on zastosowanie.

Pierwsza instalacja systemu ozonowania do dezynfekcji wody w Polsce, była założona w Zakładzie w Bielanach Miejskiego Przedsiębiorstwa Wodociągów i Kanalizacji (MPWiK) w Krakowie w 1959 roku. Natomiast stosowanie ozonowania w procesie produkcji wody mineralnej, źródlanej czy też stołowej stało się dopiero możliwe w 2004 roku, Rozporządzeniem Ministra Zdrowia z dnia 29 kwietnia 2004 r. Dz.U. Nr 120 poz. 1256.

Wykorzystując wodę wymieszaną z odpowiednią dawką ozonu (woda zaozonowana) ozonować można wszystko, co może i powinno być zdezynfekowane, tak jak: owoce, warzywa, mięsa, urządzenia, instalacje, magazyny, zbiorniki, powietrze itd. Ozonowanie produktów wydłuża ich okres przydatności do spożycia, zapewnia czystość mikrobiologiczną oraz nie ma na nie szkodliwego wpływu jak i na człowieka.

Ozonowanie c.d. – zastosowanie

Zastosowanie ozonu może mieć na celu usunięcie niepożądanych substancji fizyko-chemicznych w gazach, w wodzie lub ściekach. Ozonowanie z powodzeniem stosowane jest: do płukania i dezynfekcji PET-ów, butelek, zbiorników i instalacji, przy produkcji wody mineralnej, w produkcji spożywczej do uzdatnienia wody produkcyjnej i technologicznej, do mycia i dezynfekcji owoców, jarzyn, warzyw i mięs - opóźnia psucie się i

przejrzewanie, przy produkcji lodu – wydłuża trwałość mrożonek, przy produkcji ryb w stawach – w procesach ciągłego uzdatniania wody i jej

napowietrzania, w basenach kąpielowych do usuwania (utleniania) zanieczyszczeń oraz dezynfekcji

wody – eliminuje do minimum wykorzystanie chloru, w obiegach zamkniętych odzyskiwania wody w kąpielach mineralnych, do mineralizacji, oczyszczania i odbarwiania ścieków, do usuwania nieprzyjemnych zapachów - dezodoryzacja, do oczyszczania gazów w przemyśle metalurgicznym, oraz w największym stopniu do uzdatniania wody pitnej.

Urządzenie KRYPTON K do pomiaru ozonu resztkowego, chloru i innych związków w wodzie.

System ozonowania wody

System ozonowania wody dla przemysłu spożywczego i napojowego Instalacja (w różnych wersjach wykonania) przeznaczona jest do dezynfekcji wody pitnej i technologicznej, mycia i dezynfekcji butelek i pojemników oraz odkażania powierzchni warzyw i owoców. System znajduje także zastosowanie w przemyśle mięsnym do usuwania odoru lub mycia półtusz i drobiu.

Ozonowanie - wady i zalety

W trakcie procesu ozonowania, cząsteczka ozonu ulega rozpadowi, tworząc tlen cząsteczkowy. W związku z tym, w ozonowanej wodzie nie ma już wolnego ozonu, który chroniłby ją przed wtórnym skażeniem. Dlatego ozonowana woda nie jest tak odporna na przesyłanie rurociągami, jak woda chlorowana (zjawisko nie występuje w szczelnych opakowaniach plastikowych lub szklanych).Ponieważ ozon nie może całkowicie wyeliminować chloru z procesu uzdatniania wody, jednak może go w istotny sposób ograniczyć do minimum, w ilości niezbędnej do utrzymania w sterylności wszystkich nitek sieci wodociągowej po przejściu wody przez Stację Uzdatniania. Zabieg taki wyraźnie poprawia właściwości organoleptyczne spożywanej wody (brak wyczuwalnego zapachu i smaku chloru oraz mętnego zabarwienia).

Ozonowanie jako zaawansowany proces utleniania wykorzystywane jest w procesach technologicznych, ponieważ:

przyśpiesza wszystkie reakcje chemiczne wspomaga procesy filtracyjne przez aglomeracje cząsteczek pozwala efektywnie usunąć m.in. żelazo, mangan i amoniak przyspiesza utlenianie mikrozanieczyszczeń oraz naturalnej materii organicznej

– przywraca wodzie naturalną barwę i krystaliczną przejrzystość – usuwa z wody nieprzyjemny smak i zapach – zapewnia czystość mikrobiologiczną - usuwa bakterie, wirusy, ich spory i cysty oraz

pleśnie i grzyby

Ozon w rozlewnictwie

Papryka poddana działaniu chloru

( 7°C, dzień 7)

Papryka poddana działaniu ozonu

( 7°C, dzień 7)

Truskawki poddane działaniu chloru

(2°C, dzień 14)

Truskawki poddane działaniu ozonu(2°C, dzień 14)

Mycie wodą ozonową redukuje ilość drożdży i pleśni na jabłkach przedłużając ich okres trwałości

Dziękuję za uwagę

Opracowała: mgr Magdalena GajdaZSP nr 4 w Krośnie