Kako dezinficirati vodu iz slavine

Kako dezinficirati vodu iz slavine?

Ljudi instinktivno odbijaju da piju nečistu vodu. Ali prije modernog vremena, ljudi su se mogli osloniti samo na vlastita čula vida, mirisa i okusa da bi ocijenili "nečistu", pa su vjerovali da je zamućena ili smrdljiva voda nečista. Ove primitivne percepcije su također direktno dovele do široke primjene filtracije kao važne jedinice za tretman vode u modernom tretmanu vode.

Nakon industrijske revolucije, zbog naglog porasta urbanog stanovništva i razvoja svjetske trgovine, u Europi su učestale i rasprostranjene razne zarazne bolesti poput kolere, tifusa i dizenterije. U prošlosti su ljudi vjerovali da se ove zarazne bolesti šire među ljudima putem "mijazma". Tek 1854. dr. John Snow je promatrao i analizirao bolest kolere u zajednici u Londonu i otkrio da je širenje bolesti povezano s pijenjem iste vode iz bunara koju su kontaminirali pacijenti. Bio je to prvi put da je neispravna voda za piće povezana s patogenim mikroorganizmima u vodi. U sljedećih 30-ak godina, uz pomoć mikroskopskog promatranja i metoda bakterijske kulture, znanstvenici su otkrili i bakterijske patogene kao što su Vibrio cholerae koji uzrokuje koleru i Salmonella typhi koja uzrokuje tifus. Otkriće virusa koji su manji od bakterija došlo je nešto kasnije.

Promocija i primjena filtracije uvelike je smanjila rizik od patogenih mikroorganizama u vodi i obim i razmjere prevalencije zaraznih bolesti koje se prenose vodom. To je zato što filtracija uklanja većinu patogenih mikroorganizama u vodi dok uklanja zamućenost i čestice u vodi. Međutim, već početkom 20. stoljeća, naučnici su otkrili da iako proces obrade vode koji se sastoji od "koagulacije → flokulacije → sedimentacije → filtracije" može smanjiti zamućenost na vrlo nizak nivo (npr.<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.

Hlor je najrasprostranjenije sredstvo za dezinfekciju vode za piće u svetu od 1902. godine, kada je kalcijum hipohlorit prvi put korišćen za dezinfekciju sirove vode u opštinskom postrojenju za vodu u Midelkerkeu, Belgija. Prvo je korišćen čvrsti kalcijum hipohlorit, zatim tečni hlor, a sada se više koristi rastvor natrijum hipohlorita. Ova sredstva za dezinfekciju se zajednički nazivaju slobodnim hlorom ili slobodnim hlorom, jer postoje u obliku molekula hipohlorne kiseline (HClO) ili hipohloritnih jona (ClO-) u vodi. Prednosti sredstava za dezinfekciju hlora su u tome što se lako proizvode, skladište, transportuju i dodaju, imaju nisku cenu upotrebe i imaju širok spektar dezinfekcionih efekata, posebno za virusne patogene.

Nedostatak dezinfekcije hlorom je u tome što lako reaguje sa prirodnom organskom materijom (NOM) koja je uobičajeno prisutna u vodi i proizvodi nusproizvode dezinfekcije kao što su trihalometani i halooctene kiseline. Osim toga, ako je koncentracija klora ili kloramina u vodi za piće previsoka, to će iritirati oči i nos kada je u kontaktu, a može uzrokovati nelagodu u želucu ili anemiju prilikom pijenja. Osim toga, slobodni hlor takođe lako reaguje sa amonijakom u vodi stvarajući hloramine, takođe poznate kao kombinovani hlor, koji vodi mogu dati neprijatan miris poput hlora ili dezinfekcionog sredstva, što utiče na ukus vode za piće. Stoga su zemlje širom svijeta postavile ograničenja za koncentraciju zaostalog hlora u fabričkoj vodi. moja zemlja propisuje da koncentracija slobodnog hlora ne smije prelaziti 2 mg/L, a ukupna koncentracija slobodnog hlora i kombinovanog hlora ne smije prelaziti 3 mg/L. Američki savezni nacionalni propisi o vodi za piće (NPDWR) propisuje da maksimalna koncentracija slobodnog hlora i ukupnog hlora u vodi za piće ne smije prelaziti 4 mg/L. Sa zdravstvene perspektive, Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) preporučuje da koncentracija slobodnog hlora u vodi za piće ne prelazi 5 mg/L, a koncentracija monokloramina, glavne komponente hloramina, ne smije prelaziti 3 mg/L. Pošto su i hlor i hloramin hlapljivi, prokuhavanje vode iz slavine prije pijenja može uvelike smanjiti okus vode za piće po kloru. Korištenje filtarskih kolona s aktivnim ugljenom za promicanje razgradnje hlora i kloramina je također dobar izbor.

Kako bi se kontroliralo stvaranje nusproizvoda dezinfekcije, neke vodene biljke mogu smanjiti dozu dezinficijensa s klorom. Iz perspektive dezinfekcije, ovo je vrlo nepreporučljiva praksa. Za postrojenje za vodu, stvarno vrijeme kontakta (T vrijednost) između sredstva za dezinfekciju i vode je u osnovi fiksna vrijednost. Smanjenje doze dezinficijensa će definitivno smanjiti rezidual dezinfekcionog sredstva (C vrednost), a samim tim i definitivno smanjiti CT vrednost, čime će se oslabiti efekat inaktivacije na patogene mikroorganizme.

Različite vrste mikroorganizama imaju vrlo različitu toleranciju na slobodni hlor (slika 2). Među uobičajenim patogenima u vodi, Cryptosporidium je mikroorganizam izuzetno otporan na hlor. CT vrijednost potrebna za 99% inaktivacije (tj. 2 log) pod normalnom temperaturom vode i pH uvjetima je čak hiljade mg/L‧min. Drugim riječima, pod pretpostavkom da je vrijeme kontakta s dezinfekcijom 60 min, potreban ostatak slobodnog hlora je čak stotine mg/L, što je stotine puta veće od uobičajenog ostatka slobodnog hlora (~1 mg/L) vode. biljke. Ovo je očigledno nerealno. Među bakterijskim patogenima, mikroorganizmi otporni na hlor uključuju određene vrste mikobakterija i legionele, a CT vrijednost potrebna za 99% inaktivacije (tj. 2 log) je reda veličine od 100 do 1000 mg/L‧min. Za usporedbu, većina tipova virusa je vrlo netolerantna na slobodni hlor, a CT vrijednost slobodnog hlora potrebna za inaktivaciju se lako postiže.

Za inaktivaciju određene vrste mikroorganizama koriste se različita dezinficijensa, a potrebne su CT vrijednosti također vrlo različite (slika 2). Ovo je usko povezano s mehanizmom dezinfekcije dezinficijensa, kao što je sposobnost oksidacije i propusnost stanične membrane. Slobodni hlor može lako inaktivirati adenovirus, ali hloramin je teži; slobodni hlor može postići određeni stepen inaktivacije Giardia lamblia, ali hloramin nema gotovo nikakvog efekta. Stoga bi vodene biljke trebale izbjegavati korištenje kloramina kao glavnog sredstva za dezinfekciju i dezinfekciju. Čak i ako se kontaktno vrijeme dezinfekcije hloraminom produži na nekoliko sati, teško je garantirati njegovu efikasnu inaktivaciju Giardia lamblia, mikobakterija i Legionella. Kada sirova voda sadrži visoku koncentraciju (nivo mg/L) amonijaka, budući da amonijak lako reagira sa slobodnim hlorom da nastane hloramin, to je zapravo dezinfekcija hloraminom, a ne dezinfekcija slobodnim klorom, a učinak dezinfekcije je teško garantirati. Osim toga, kao što je gore spomenuto, stvaranje dihloroamonijaka i trikloroamonijaka značajno će povećati "ukus klora" vode. U tom slučaju, amonijak treba ukloniti prije dezinfekcije ili koristiti druge visokoučinkovite metode dezinfekcije. Kada je koncentracija amonijaka niska, hloriranje granične tačke je također opcija.

Ozon (O3) ima dobar učinak dezinfekcije i inaktivacije na većinu patogenih mikroorganizama, a CT vrijednost potrebna za stopu inaktivacije od 99% je općenito ispod 10 mg/L‧min. Ultraljubičasto svjetlo (UV) ima dobar dezinfekcijski i inaktivirajući učinak na Cryptosporidium i Giardia lamblia („dva crva“). Stoga, kada sirova voda sadrži visoku koncentraciju "dva crva", legionele i drugih mikroorganizama otpornih na hlor, s jedne strane, potrebno je dodatno smanjiti nivo zamućenosti filtrirane vode (npr.<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%, tj. 4 log). Međutim, u inženjerstvu, oslanjanje isključivo na dezinfekciju kako bi se eliminisao rizik od patogenih mikroorganizama nije ekonomski izvodljivo niti pouzdano. Višestepeni barijerski proces obrade vode koji se sastoji od "koagulacija → flokulacija → taloženje → filtracija → dezinfekcija" je naučniji i ekonomičniji: konvencionalni proces smanjuje zamućenost i koncentraciju mikroba, naknadna jedinica za dezinfekciju efikasno inaktivira zaostale mikroorganizme, a cijev mreža i drugi sistemi za distribuciju vode održavaju određenu koncentraciju zaostalog hlora kako bi se spriječio rast i razmnožavanje mikroorganizama. Kako bi se osigurala mikrobna sigurnost vode na kraju cijevne mreže, preporučuje se da preostali klor u vodi na kraju cijevne mreže ne bude manji od 0.2 mg/L .

Rezidualni hlor se odnosi na efektivni hlor koji ostaje u vodi nakon što je voda dezinfikovana hlorom i u kontaktu tokom određenog vremenskog perioda. Voda u postrojenju za vodu treba da prođe kroz dugu distributivnu mrežu da bi se mogla transportovati do hiljada domaćinstava. Tokom transportnog procesa, kvalitet vode će neizbježno biti kontaminiran bakterijama i drugim mikroorganizmima. U transportu cjevovoda na velike udaljenosti, kako bi se kontinuirano osigurala mikrobna sigurnost vode iz slavine, voda iz slavine mora sadržavati određenu količinu zaostalog hlora kada izađe iz fabrike (ako se unese velika količina hlora, imaće određenu toksičnost za ljudski organizam, a sadržaj zaostalog hlora u vodi iz slavine treba strogo kontrolisati.