Dezynfekcja wody

Istota i cel dezynfekcji wody

Woda powierzchniowa i płytkie wody podziemne skażone są biologicznie. Mogą zawierać wirusy bakterie i ich formy przetrwalnikowe oraz pasożyty i wyższe organizmy.

Zgodnie z przepisami woda do picia i na potrzeby gospodarcze musi spełniać wymagania bakteriologiczne. Aby sprostać tym zaleceniom woda przeznaczona na zaopatrzenie ludności musi być poddawana dezynfekcji.

Celem dezynfekcji wody jest zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów patogennych oraz zapobieżenie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej.

Charakterystyka zanieczyszczeń bakteriologicznych w wodzie

Bakterie Kałowe – Bakterie coli fekalnej znajdują się w odchodach ludzi i innych zwierząt stałocieplnych. Dostają się one do zbiorników wodnych i rzek wieloma drogami. Bakterie coli jako takie nie są chorobotwórcze. Znajdują się one w każdym ludzkim przewodzie pokarmowym i wspomagają trawienie pożywienia. Jeżeli w rzece liczba bakterii coli jest wysoka (więcej niż 206 bakterii w 100 ml próbki wody), to jest prawdopodobne, że znajdują się tam również inne organizmy chorobotwórcze.

Prawdopodobieństwo nabawienia się choroby jest w tym przypadku tak duże, że raczej należy unikać kontaktu z wodą. Organizm chorobotwórczy może przenikać do organizmu ludzkiego w czasie pływania poprzez ranki na skórze, a także przez nos, usta lub uszy.

Ponieważ organizmy chorobotwórcze są bardzo rozproszone w wodzie, więc bezpośrednie ich wychwycenie jest trudne i czasochłonne. Zamiast tego kontroluje się liczby kolonii coli z uwagi na związek pomiędzy mianem coli a prawdopodobieństwem nabawienia się choroby w wyniku bezpośredniego kontaktu z wodą.

W rozdzielczych systemach kanalizacyjnych, ścieki sanitarne (z toalet, zlewów) spływają osobnymi kanałami i są oczyszczone w oczyszczalniach ścieków. Wody atmosferyczne spływają z ulic i parkingów rynsztokami bezpośrednio do rzek. Lecz i te wody nierzadko spłukują odchody ptaków i zwierząt z ulic i chodników oraz mogą wypłukiwać do rynsztoków bakterie coli z nielegalnych przyłączy sanitarnych. w zbiorczych systemach ściekowych odpływy sanitarne i atmosferyczne wspólnie dostają się do oczyszczalni ścieków.

Po silnych opadach atmosferycznych, do rzeki może dostać się znacznie więcej ścieków, co może spowodować, że liczba kolonii coli w dole rzeki będzie wysoka. Z tego powodu należy zwrócić uwagę na stan pogody przed pomiarem.

W odchodach ludzi i zwierząt znajdują sie także inne bakterie jak: Enterococcus faecalis, Clostridium perfingens. Średnio w 1g odchodów ludzich znajduje sie 1,7 x10⁷ bakterii Coli oraz 3×10⁶ bakterii E. Faecalis.

Bakterie chorobotwórcze

Woda nie jest naturalnym środowiskiem dla bakterii chorobotwórczych. Przedostają sie do niej z organizmów chorych zwierząt lub ludzi wraz z odchodami. Mogą też przenikać ze skażonej gleby wraz ze spływem powierzchniowym. W Europie Nadal spotykana jest bakteria duru brzusznego (Salmonella typhi), czerwonki (Schigella sonnei, czy Schigella dysenteriae). W wodach w urządzeniach klimatyzacyjnych i w zbiornikach akumulacyjnych często spotykana jest bakteria Legionella, wywołująca ciężkie zapalenia płuc.

Fot. Po lewej bakterie Coli, po prawej Legionelli.

Wskaźniki biologiczne i bakteriologiczne wód

Miano Coli – określa najmniejsza ilośc wody w cm3 w której znajduje sie jedna bakteria z gruoy Coli (np. pałeczki okrężnicy). W wodzie czystej miano Coli wynosi >100, w silnie zanieczyszczonej <1. Obecność w wodzie bakterii z grupy Coli świadczy o zanieczyszczeniu wody ściekami bytowymi.

Indeks Coli – stanowi odwrotność miana Coli i określa ilość bakterii Coli w 100 cm3 wody. Woda pitna powinna mieć indeks Coli =0.

Indeks saprobowości – to wskaźnik zanieczyszczenia biologicznego wody określany na podstawie mikroorganizmów wskaźnikowych tzw. saprobów, których obecność w wodzie lub ich brak świadczy o stopniu jej czystości. Saproby zostały podzielone na cztery podstawowe grupy:

– polisaproby – występujące w wodach b. silnie zanieczyszczonych (np. sinice)

– α-mezosaproby – występują w wodach silnie zanieczyszczonych III-klasy czystości i pozaklasowych

-β-saproby – występują w wodach średnio zanieczyszczonych w III i II-klasie czystości

– oligosaproby – występują w wodach słabo zanieczyszczonych

Fizyczne i chemiczne procesy dezynfekcji wody

Dezynfekcję można prowadzić metodami chemicznymi lub fizycznymi. Najprostszą metoda dezynfekcji jest gotowanie wody lub pasteryzacja. Obie metody są drogie i możliwe do stosowania tylko na mniejszą skalę, niemniej wykorzystuje się je w przemyśle spożywczym (przetwórstwo mleka). Znacznie bardziej wydajne metody dezynfekcji to:

– chlorowanie wody

– naświetlanie wody promieniami UV

– ozonowanie wody

Chlorowanie

Jest najtańszą i najbardziej rozpowszechniona metodą dezynfekcji wody. Wodę chloruje się chlorem gazowym z butli Cl₂ lub związkami chloru, np. dwutlenkiem chloru (ClO₂), podchlorynem sodu (NaOCl). Urządzenia do przygotowania wody chlorowej noszą nazwę chloratorów.

Chlor gazowy stosowany jest chętnie w dużych instalacjach, w wodzie tworzy słaby kwas podchlorawy (HClO) i kwas solny HCl. Po dodaniu do wody pewna część chloru zostaje zużyta na zabicie bakterii, część na utlenienie związków organicznych i nieorganicznych (np. związków żelaza z Fe²⁺do Fe³⁺), część wiąże azot amonowy tworząc chloraminy a część zostaje niezwiązana tworząc chlor pozostały. Chlor niezwiązany jest w wielu wypadkach wskazany w wodzie dla zabezpieczenia instalacji przed wtórnym rozwojem bakterii.

Dwutlenek chloru jest związkiem 2,5 raza silniejszym pod względem bakteriobójczym od kwasu podchlorawego ale droższym. Stosowany jest głównie w przypadku występowania w wodzie dużych ilości związków azotu które w przypadku chloru gazowego mogą pogarszać smak i zapach wody.

Pochloryn sodu jest najbezpieczniejszym związkiem chloru z ww. dlatego obecnie chętnie znajduje zastosowanie w instalacjach. Do jego dozowania stosuje się chloratory C-51 i C-52 oraz C-53 składające się z pompy membranowej i zbiornika z polietylenu na roztwór.

Rys. Chlorator C-53, ozn. 1-pompa, 2-silnik, 3- podstawa silnika, 4- zbiornik wody chlorowej, 5- przewód dopływowy, 6-zawór zwrotny, 7-przewód wodociągowy, 16- pokrętło pompy, 18- przyspawany lub przekręcony korpus, 19-uszczelka, 20- łącznik, 21- wężyk, 22- wkręt do odpowietrzania.

Chlorowanie wody jest metodą pewną, ale pogarszająca smak i zapach wody, często konieczna jest jej dechloracja na węglu aktywnym. Instalacje do wytwarzania wody chlorowej wymagają też wydzielonych pomieszczeń o aktywnej wentylacji mechanicznej. Pomieszczenie takie powinno być ogrzewane. W przypadku magazynów podchlorynu sodowego z uwagi na jego właściwości heliofobne, magazyn nie może posiadać okien.

Ozonowanie

Ozon (tlen trójwartościowy), jest bardzo silnym utleniaczem i środkiem dezynfekcyjnym. Dodany do wody niszczy w niej baterie i drobnoustroje znacznie szybciej niż chlor, nie łączy się jednocześnie z azotem amonowym nie pogarszając smaku i zapachu wody. Jego trwałość jest jednak bardzo niska, rzędu kilkudziesięciu sekund do kilku minut, dodatkowo uzależniona od pH wody i jej temperatury (im wyższe pH tym trwałość ozonu mniejsza). Powoduje to mniejszą skuteczność ozonu w wodzie silnie zanieczyszczonej bakteriologicznie, jak też w instalacjach, w których istnieje niebezpieczeństwo wtórnego zanieczyszczenia bakteriologicznego wody.

Ozon wytwarzany jest przez urządzenia zwane ozonatorami; zassane powietrze lub tlen poddawane jest w nich wyładowaniom elektrycznym o napięciu 10-20kV. Za ozonatorem powietrze zawiera od 0,5-1,5% objętości ozonu i tak przygotowane wprowadzane jest do uzdatnianej wody. Dla zapewnienia dobrego kontaktu wody z ozonem stosowane są jednocześnie tzw. komory kontaktowe.

Ozonowanie wody jest procesem dość drogim, głównie z uwagi na duże zużycie prądu do wytworzenia ozonu i koszt samych urządzeń. Do niedawna proces ozonowania znajdował zastosowanie głównie w instalacjach basenowych (ozonowana woda nie podrażnia spojówek), jednak coraz częściej sięgają po tą metodę dezynfekcji także zakłady wodociągowe.

Fot. Ozonator

Dezynfekcja za pomocą promieniowania UV

Wykorzystanie do uzdatniania wody promieniowania ultrafioletowego należy do fizycznych metod dezynfekcji. Promieniowanie UV posiada widmo o długości fali od 10-400 nm, przy czym działanie bakteriobójcze wykazuje pasmo od 200-280 nm (tzw. promieniowanie UV-C), z maksymalną skutecznością w pobliżu widma 254 nm. Działanie bakteriobójcze jest dość skomplikowane, polega na absorpcji promieniowania UV-C przez strukturę DNA bakterii i wirusów, w wyniku czego tracą one zdolność do rozmnażania się.

Poszczególne bakterie i wirusy wykazują przy tym różną odporność na działanie ultrafioletu. Przyjmuje się – że dla skutecznej dezynfekcji wody dawka promieniowania powinna wynosić minimum 400 J/m² (przy tej dawce ginie 99,9% bakterii Escherichia coli).

Woda przeznaczona do dezynfekcji promieniami UV powinna być pozbawiona zawiesiny i cząstek koloidalnych powodujących rozproszenie światła. Nie ma natomiast znaczenia pH wody, ani obecność w niej substancji organicznych. W przeciwieństwie do chlorowania po naświetlaniu ultrafioletem, w wodzie nie powstają żadne nowe formy związków, nie pogarsza się też jej smak i zapach. Skuteczność dezynfekcji i jej trwałość spada jednak wraz z dalszym przepływem wody i upływem czasu, dlatego tę metodę uzdatniania należy stosować dla instalacji przepływowych, w których woda, po dezynfekcji podlega bezpośredniemu zużyciu.

Do naświetlania stosowane są specjalne lampy UV wyposażone w komorę naświetlania i promienniki UV-C. Konstrukcja lampy umożliwia przepływ wody z odpowiednią prędkością i burzliwością tak, aby cała objętość wody poddana została napromieniowaniu. Lampy UV są urządzeniami przepływowymi, woda wpływa do nich jednym króćcem a wypływa drugim. Urządzenia o większej wydajności są samodzielne, montowane na ścianie lub jako konstrukcje wolnostojące. Małe lampy UV integrowane są często z urządzeniami odwróconej osmozy jako ostatni etap uzdatniania wody.

Fot. Lampa UV