Како дезинфиковати воду из славине

Како дезинфиковати воду из славине?

Људи инстинктивно одбијају да пију нечисту воду. Али пре модерног времена, људи су могли да се ослоне само на сопствена чула вида, мириса и укуса да би проценили „нечисту“, па су веровали да је замућена или смрдљива вода нечиста. Ове примитивне перцепције су такође директно довеле до широке примене филтрације као важне јединице за пречишћавање воде у савременом третману воде.

После индустријске револуције, услед брзог пораста градског становништва и развоја светске трговине, у Европи су учестале и распрострањене разне заразне болести попут колере, тифуса и дизентерије. Некада су људи веровали да се ове заразне болести шире међу људима путем „мијазма“. Тек 1854. године др Џон Сноу је посматрао и анализирао болест колере у заједници у Лондону и открио да је ширење болести повезано са пијењем исте воде из бунара коју су контаминирали пацијенти. То је био први пут да је небезбедна вода за пиће повезана са патогеним микроорганизмима у води. У наредних 30-ак година, уз помоћ микроскопског посматрања и метода бактеријске културе, научници су открили и бактеријске патогене као што су Вибрио цхолерае који изазива колеру и Салмонелла типхи која изазива тифус. Откриће вируса који су мањи од бактерија дошло је нешто касније.

Промоција и примена филтрације је у великој мери смањила ризик од патогених микроорганизама у води и обим и размере преваленције заразних болести које се преносе водом. То је зато што филтрација уклања већину патогених микроорганизама у води док уклања замућеност и честице у води. Међутим, већ почетком 20. века научници су открили да иако процес пречишћавања воде који се састоји од „коагулације → флокулације → седиментације → филтрације“ може смањити замућеност на веома низак ниво (нпр.<0.3 NTU), it is still not enough to completely eliminate the risk of pathogenic microorganisms in the water. This requires disinfection of the filtered water, that is, inactivation of residual microorganisms, and maintaining a certain concentration of disinfectant residue in the pipe network water. In other words, filtration and disinfection are the dual cores of surface water source drinking water treatment technology, and both are indispensable.

Хлор је најраспрострањеније средство за дезинфекцију воде за пиће у свету од 1902. године, када је калцијум хипохлорит први пут коришћен за дезинфекцију сирове воде у општинском постројењу за воду у Миделкеркеу у Белгији. Прво је коришћен чврсти калцијум хипохлорит, затим течни хлор, а сада се више користи раствор натријум хипохлорита. Ова средства за дезинфекцију се заједнички називају слободним хлором или слободним хлором, јер постоје у облику молекула хипохлорне киселине (ХЦлО) или хипохлоритних јона (ЦлО-) у води. Предности средстава за дезинфекцију хлора су у томе што се лако производе, складиште, транспортују и додају, имају ниску цену употребе и имају широк спектар дезинфекционих ефеката, посебно за вирусне патогене.

Недостатак дезинфекције хлором је што лако реагује са природном органском материјом (НОМ) која је обично присутна у води да би се произвели нуспроизводи дезинфекције као што су трихалометани и халосирћетне киселине. Поред тога, ако је концентрација хлора или хлорамина у води за пиће превисока, то ће иритирати очи и нос када су у контакту, и може изазвати нелагодност у стомаку или анемију када пијете. Поред тога, слободни хлор такође лако реагује са амонијаком у води да би се формирали хлорамини, такође познати као комбиновани хлор, који води могу дати непријатан мирис као што је хлор или дезинфекционо средство, што утиче на укус воде за пиће. Због тога су земље широм света поставиле ограничења за концентрацију заосталог хлора у фабричкој води. моја земља предвиђа да концентрација слободног хлора не прелази 2 мг/Л, а укупна концентрација слободног хлора и комбинованог хлора не прелази 3 мг/Л. Амерички савезни национални прописи о води за пиће (НПДВР) прописује да максимална концентрација слободног хлора и укупног хлора у води за пиће не сме прећи 4 мг/Л. Са здравствене перспективе, Светска здравствена организација (СЗО) препоручује да концентрација слободног хлора у води за пиће не прелази 5 мг/Л, а концентрација монохлорамина, главне компоненте хлорамина, не сме да прелази 3 мг/Л. Пошто су и хлор и хлорамин испарљиви, кључање воде из славине пре пијења може у великој мери смањити укус хлора у води за пиће. Коришћење колона филтера са активним угљем за промовисање разградње хлора и хлорамина је такође добар избор.

Да би се контролисало стварање нуспроизвода дезинфекције, неке водене биљке могу смањити дозу дезинфекционих средстава хлора. Из перспективе дезинфекције, ово је веома непрепоручљива пракса. За постројење за воду, стварно време контакта (Т вредност) између дезинфекционог средства и воде је у основи фиксна вредност. Смањење дозе дезинфекционог средства ће дефинитивно смањити резидуал дезинфекционог средства (Ц вредност), а самим тим и дефинитивно смањити ЦТ вредност, чиме ће се ослабити ефекат инактивације на патогене микроорганизме.

Различите врсте микроорганизама имају веома различиту толеранцију на слободни хлор (слика 2). Међу уобичајеним патогенима у води, Цриптоспоридиум је изузетно отпоран на хлор микроорганизам. ЦТ вредност потребна за 99% инактивације (тј. 2 лог) под нормалном температуром воде и пХ условима је чак хиљаде мг/Л‧мин. Другим речима, под претпоставком да је време контакта са дезинфекцијом 60 мин, потребан остатак слободног хлора је чак стотине мг/Л, што је стотине пута веће од уобичајеног остатка слободног хлора (~1 мг/Л) воде. биљке. Ово је очигледно нереално. Међу бактеријским патогенима, микроорганизми отпорни на хлор укључују одређене врсте микобактерија и легионеле, а ЦТ вредност потребна за 99% инактивације (тј. 2 лог) је реда величине од 100 до 1000 мг/Л‧мин. За поређење, већина типова вируса је веома нетолерантна на слободни хлор, а ЦТ вредност слободног хлора потребна за инактивацију се лако постиже.

За инактивацију одређене врсте микроорганизама користе се различита дезинфекциона средства, а потребне ЦТ вредности су такође веома различите (слика 2). Ово је уско повезано са механизмом дезинфекције дезинфекционог средства, као што је способност оксидације и пропустљивост ћелијске мембране. Слободни хлор може лако инактивирати аденовирус, али хлорамин је тежи; слободни хлор може постићи одређени степен инактивације Гиардиа ламблиа, али хлорамин нема скоро никаквог ефекта. Према томе, водене биљке треба да покушају да избегну употребу хлорамина као главног дезинфекционог средства и методе дезинфекције. Чак и ако се контактно време дезинфекције хлорамином продужи на неколико сати, тешко је гарантовати његову ефективну инактивацију Гиардиа ламблиа, микобактерија и Легионеле. Када сирова вода садржи високу концентрацију (ниво мг/Л) амонијака, пошто амонијак лако реагује са слободним хлором да би се формирао хлорамин, то је заправо дезинфекција хлорамином, а не дезинфекција слободним хлором, а ефекат дезинфекције је тешко гарантовати. Поред тога, као што је горе поменуто, стварање дихлороамонијака и трихлороамонијака значајно ће повећати "укус хлора" воде. У овом случају, амонијак треба уклонити пре дезинфекције или користити друге високоефикасне методе дезинфекције. Када је концентрација амонијака ниска, хлорисање тачке прекида је такође опција.

Озон (О3) има добар ефекат дезинфекције и инактивације на већину патогених микроорганизама, а ЦТ вредност потребна за стопу инактивације од 99% је генерално испод 10 мг/Л‧мин. Ултраљубичасто светло (УВ) има добар дезинфекциони и инактивациони ефекат на Цриптоспоридиум и Гиардиа ламблиа („два црва“). Стога, када сирова вода садржи високу концентрацију „два црва“, легионеле и других микроорганизама отпорних на хлор, с једне стране, потребно је додатно смањити ниво замућености филтриране воде (нпр.<0.1 NTU), and on the other hand, ozone or ultraviolet light can be used as a disinfection method in combination with chlorine or chloramines in the water plant. Since neither ultraviolet light nor ozone can maintain the continuous disinfection effect of the pipeline network, the water outlet should contain a certain concentration of free chlorine or chloramine before entering the pipeline network to meet the requirements of the "National Standard" to maintain continuous disinfection of the pipeline network water and ensure the microbial safety of the water at the end of the pipeline network. The advantage of chloramine is that it is stable and not easy to decay, and the residual chlorine concentration is easy to maintain; the disadvantage is that the disinfection ability is weaker than that of free chlorine, and if it is not properly operated, it is easy to cause nitrification reaction, generate nitrite, and consume residual chlorine. According to the treatment capacity, more than 30% of surface water plants in my country have adopted ozone-activated carbon deep treatment process, with pre-ozone and main ozone contact tanks. Although its main function is to enhance the removal of organic matter, ammonia nitrogen and odor substances, it actually plays a role in enhancing disinfection. However, due to the strong reaction ability of ozone, the concentration in the ozone contact tank decays quickly, and its actual disinfection effect depends on the water quality, especially the organic matter concentration and pH.

Whether chlorine, ozone or ultraviolet disinfection is used, the design of the disinfection tank/device is crucial, and the effective contact time of the disinfectant in it (i.e., T in the CT value) needs to be increased. Since there are generally short-flow, dead zone and diffusion phenomena in the disinfection tank/device, it is not an ideal plug flow reactor, and the effective contact time between the disinfectant and water must be shorter than the hydraulic retention time (HRT). Setting a partition wall (baffle) in the disinfection tank/device to increase the aspect ratio, setting a flower wall at the entrance, and setting a diversion wall at the bend can effectively increase the effective contact time. Strictly speaking, it is to increase the ratio of effective contact time to hydraulic retention time (to 0.8 or above) (Figure 3). Increasing the effective contact time of the disinfectant is particularly important for ultra-efficient inactivation of microorganisms (such as >99,99%, тј. 4 лог). Међутим, у инжењерингу, ослањање искључиво на дезинфекцију како би се елиминисао ризик од патогених микроорганизама није економски изводљиво нити поуздано. Вишестепени баријерски процес третмана воде који се састоји од „коагулације → флокулације → седиментације → филтрације → дезинфекције“ је научнији и економичнији: конвенционални процес смањује замућеност и концентрацију микроба, накнадна јединица за дезинфекцију ефикасно инактивира преостале микроорганизме, а цев мрежа и други системи за дистрибуцију воде одржавају одређену концентрацију заосталог хлора да би спречили раст и размножавање микроорганизама. Да би се обезбедила микробна безбедност воде на крају цевоводне мреже, препоручује се да преостали хлор у води на крају цевоводне мреже не буде мањи од 0.2 мг/Л .

Резидуални хлор се односи на ефективни хлор који остаје у води након што је вода дезинфикована хлором и у контакту током одређеног временског периода. Вода у постројењу за воду треба да прође кроз дугачку водоводну мрежу пре него што се може транспортовати до хиљада домаћинстава. Током процеса транспорта, квалитет воде ће неизбежно бити контаминиран бактеријама и другим микроорганизмима. У транспорту цевовода на велике удаљености, како би се континуирано обезбедила микробна безбедност воде из славине, вода из славине мора да садржи одређену количину заосталог хлора када изађе из фабрике (ако се унесе велика количина хлора, имаће одређену токсичност за људско тело, а садржај заосталог хлора у води из славине треба строго контролисати.