1.12: Очищення води для видалення забруднень

Цілі навчання

• Опишіть характеристики якості води
• Опишіть процеси дезінфекції
• Поясніть знезараження хлором
• Опишіть класи якості води
• Поясніть структуру якісних характеристик води

Якісні характеристики води

Вода є універсальним розчинником; і тому вона переносить всі типи розчинених матеріалів. Вода також несе біологічні форми життя, які можуть викликати захворювання. Патогенні організми, що передаються водою, можуть викликати такі захворювання, як сибірська виразка, бацилярна дизентерія, холера, гастроентерит, сальмонела, шигеллез, черевний тиф, поліомієліт, амебна дизентерія, криптоспоридій та лямблії.

Один з очисних процесів при обробці безпечної води називається дезінфекція. Дезінфекція - це процес, призначений для знищення або інактивації більшості мікроорганізмів у воді, включаючи по суті всі патогенні (хвороботворні) бактерії. Воду можна дезінфікувати хлоруванням, що є найпоширенішим методом, що застосовується через вартість, доступність та надійність. Стерилізація - це повне знищення всіх організмів. Стерилізація не потрібна для очищення води, та й проводити її досить дорого.

Фактори впливу на дезінфекцію

На знезараження води впливає безліч факторів. До таких факторів належать рН, температура, помутніння, відновники та мікроорганізми.

рН

РН води, що обробляється, може змінити ефективність дезінфекції. Хлор дезінфікує воду набагато швидше і краще при рН близько 7,0, а не при рН понад 8,0.

Температура

Температурний режим впливає на ефективність дезінфікуючих засобів. Чим вище температура води, тим ефективніше її можна обробити. Воду близько 70 до 85oF легше дезінфікувати, ніж воду при 40 до 60oF. Більш тривалий час контакту потрібен для дезінфекції води при більш низьких температурах. Для прискорення процесу оператори використовують більшу кількість хімічних речовин. Майте на увазі, що чим вище концентрація хлору, тим більша швидкість розсіювання хлору в атмосферу. Цей факт може призвести до утворення запахів і процесу відходів хлору.

Помутніння

У нормальних умовах експлуатації рівень каламутності очищеної води низький до моменту досягнення водою процесу дезінфекції. Надмірна каламутність значно знизить ефективність дезінфікуючого хімікату або процесу. Водоочисні споруди продемонстрували, що коли вода фільтрується до помутніння однієї одиниці або менше, більшість бактерій були видалені.

Суспензія може змінити хімічну природу води при додаванні дезінфікуючого засобу. Деякі типи зважених речовин можуть створити постійний попит на дезінфікуючу хімічну речовину та змінювати ефективні бактерицидні властивості дезінфікуючого засобу.

Органічні речовини

Органіка, що міститься у воді, може споживати велику кількість дезінфікуючих засобів, утворюючи небажані сполуки. Тригалометани (THMS) є прикладом небажаних сполук, утворених реакціями між хлором і деякими органічними речовинами. Дезінфікуючи, хімічні речовини часто вступають в реакцію з органікою і відновниками. Тоді, якщо будь-який з хімічних речовин залишиться доступним після цієї початкової реакції, він може виступати в якості ефективного дезінфікуючого засобу. Реакції з органікою та результуючими агентами, однак, мають значний знижуючий вплив на кількість хімічної речовини, доступної для дезінфекції.

Неорганічна речовина

Неорганічні сполуки, такі як аміак (NH3) у воді, що обробляється, можуть створювати особливі проблеми. У присутності аміаку деякі окислювальні хімікати утворюють побічні сполуки, що викликають часткову втрату дезінфікуючої сили. Мул також може створити хімічний попит. Зрозуміло, що хімічні властивості води під час обробки можуть серйозно перешкоджати ефективності дезінфікуючих хімічних речовин.

Редукуючі агенти

Хлор поєднується з найрізноманітнішими матеріалами, особливо відновниками. Більшість реакцій між хлором і відновниками відбуваються швидко; однак інші реакції протікають набагато повільніше. Побічні реакції ускладнюють застосування хлору для дезінфекції. Попит на хлор відновниками повинен бути задоволений до того, як хлор стане доступним для дезінфекції. Прикладами відновників у воді, які реагують з хорином, є сірководень (H ₂ S), іон заліза (Fe+2), іон марганцю (Mn+2), аміак (NH ₃) та нітрит (NO ₂ -). Органічні відновники у воді також вступають у реакцію з хлоридом і утворюють хлоровані органічні матеріали, що мають потенційне значення для здоров'я.

Мікроорганізми

Концентрація мікроорганізмів важлива, оскільки чим більша кількість мікроорганізмів, тим більша потреба в дезінфікуючому хімікаті. Стійкість мікроорганізмів до специфічних дезінфікуючих засобів різниться. Бактерії, що не утворюють спор, як правило, менш стійкі, ніж спороутворюючі бактерії. Кісти і віруси можуть бути стійкими до певних видів дезінфікуючих засобів.

процеси видалення

Патогенні організми можуть бути видалені з води, вбиті або інактивовані фізико-хімічними процесами очищення води. Цими процесами є:

• Коагуляційно-хімічна коагуляція з подальшим осіданням і фільтрацією дозволить видалити від 90 до 95 відсотків патогенних організмів залежно від того, які хімічні речовини використовуються. Використання квасцов може збільшити видалення вірусів до 99-відсотків.
• Відкладення правильної конструкції процесів осадження може ефективно видалити від 20 до 70 відсотків патогенних мікроорганізмів. Це видалення здійснюється шляхом дозволу патогенних організмів осісти під дією сили тяжіння, за допомогою хімічної флоки.
• Фільтрація-фільтрація води через гранульовані фільтри є ефективним засобом видалення патогенних та інших організмів, що утворюють воду. Швидкість видалення варіюється від 20 до 99-відсотків, в залежності від грубості фільтруючого матеріалу і типу ефективності попередньої обробки.

Процес дезінфекції

Дезінфекція знищує шкідливі організми. Процес не стерилізує воду. Він видаляє патогенні організми з води. Процес може бути здійснений фізично або хімічно. Фізичні методи можуть бути:

• Фізично видаліть організми з води
• Ввести рух, який порушить біологічну активність клітин і вб'є або інактивує їх

Хімічні методи змінюють хімію клітин, що призводить до загибелі мікроорганізму. Найбільш широко використовуваним дезінфікуючим хімічним речовиною є хлор. Хлор легко виходить, відносно недорогий, а головне, залишає залишок хлору, який можна виміряти. Застосовуються і інші дезінфікуючі засоби. Підвищений інтерес до дезінфікуючих засобів, крім хлору, стався через канцерогенну сполуку, яку може утворювати хлор (тригалометани або THM).

ультрафіолетові промені

УФ світло є фізичним засобом дезінфекції. Застосовується для знищення патогенних мікроорганізмів. Щоб бути ефективними, промені повинні стикатися з кожним мікроорганізмом. Ультрафіолетова енергія порушує різні органічні компоненти клітини, викликаючи біологічні зміни, згубні для мікроорганізмів.

Ця система не має вимірюваного залишку і вартість експлуатації висока. Використання ультрафіолетових променів обмежується малими або локальними системами та промисловим застосуванням. Океанські судна використовували ці системи для їх водопостачання.

Досягнення ультрафіолетових технологій та занепокоєння побічними продуктами дезінфекції, виробленими іншими дезінфікуючими засобами, викликали новий інтерес до УФ-дезінфекції.

Тепло

Тепло століттями використовувалося для дезінфекції води. Кипляча вода близько 5 хвилин знищить практично всі мікроорганізми. Цей спосіб енергоємний і дорогий. Єдине практичне застосування - у разі катастрофи, коли окремі місцеві користувачі зобов'язані кип'ятити воду.

Ультразвукові хвилі

Цей процес використовується для дезінфекції води в обмеженому масштабі. Звукові хвилі знищують мікроорганізми вібрацією. Цей процес не практичний і коштує дорого.

хімічна дезінфекція

Йод

Йод використовується як дезінфікуючий засіб у воді, але його застосування обмежується екстреними ситуаціями. Це хороший дезінфікуючий засіб, але його вартість висока. Також потенційний фізіологічний вплив на вагітних перешкоджає його широкому використанню. Рекомендоване дозування - дві краплі йодної настоянки, яка становить 7% доступного йоду, в літрі води.

Бром

Бром використовується на обмеженій основі для очищення води через труднощі з поводженням. Бром викликає опіки шкіри при контакті. Оскільки бром є дуже реактивним хімічним залишком важко отримати. Бром можна придбати для використання басейну та гідромасажної ванни.

Основи

Основи можуть бути ефективними дезінфікуючими засобами, але високі значення рН залишають гіркий смак у готовій воді. Такі основи, як гідроксид натрію та вапно, можуть горіти, коли їх залишають занадто довго при контакті зі шкірою. Основи ефективно вбивають всі мікроорганізми: а значить, вони можуть стерилізувати воду. Підстави були використані для стерилізації труб.

Озон

Озон використовується для дезінфекції води разом із зменшенням смаку та запахів. Він має обмежене використання через високу вартість, відсутність залишкових, труднощі у зберіганні та вимоги до технічного обслуговування.

Хоча озон ефективний при знезараженні води, його використання обмежене його розчинністю. Температура і тиск води, що обробляється, регулюють кількість озону, який може бути розчинений у воді. Ці фактори, як правило, обмежують міцність дезінфікуючого засобу, яку можна зробити доступним для обробки води.

Озон знищує всі мікроорганізми, але значний залишковий озон не гарантує, що вода безпечна для пиття. Органічні тверді речовини можуть захистити організми від дезінфекційної дії озону та збільшити кількість озону, необхідного для дезінфекції. Крім того, залишковий озон не може підтримуватися в металевих каналах протягом будь-якого періоду часу через реакційну здатність озону. Нездатність озону забезпечити залишок в системі розподілу є основним недоліком його використання. Однак утворення THM хлором призвело до відновлення інтересу до озону як альтернативного засобу дезінфекції.

хлор

Хлор - зеленувато-жовтий газ з проникаючим і характерним запахом. Газ в два з половиною рази важче повітря. Хлор має високий коефіцієнт розширення. Один літр хлорної рідини буде розширюватися в 450 разів при переході з рідини на газ. Ніякі контейнери з хлором не повинні бути заповнені більш ніж на 85 відсотків їх ємності.

Хлор не горючий і не вибухонебезпечний. Він буде підтримувати горіння. Коли температура підвищується, так само зростає тиск пари хору. При підвищенні температури тиск хлорного газу всередині ємності з хлором збільшується. Це властивість хлору вважається при подачі хлорного газу з ємності або при роботі з протікає хлорним балоном.

Дія дезінфекції

Хлор надає пряму дію проти бактеріальної клітини, що руйнує її. При додаванні хлору в воду відбувається кілька хімічних реакцій. У цих реакціях беруть участь молекули води. Деякі інші реакції включають органічні та неорганічні речовини, зважені у воді.

Коли хлор додається до води, що містить органічні та неорганічні матеріали, він буде поєднуватися з цими матеріалами та утворювати сполуки хлору. Постійне додавання хлору досягне точки, коли реакція з органічними та неорганічними матеріалами припиняється. На даний момент попит на хлор був задоволений.

Хімічні реакції між хлором і органічними і неорганічними речовинами утворюють сполуки хлору. Деякі склади мають дезінфікуючі властивості, а інші склади - ні. Аналогічним чином хлор вступає в реакцію з водою і виробляє речовини з дезінфекційними властивостями. Загальна кількість сполук з дезінфікуючими властивостями плюс будь-який залишився вільний хлор відомий як залишковий хлор. Наявність цього вимірюваного залишку хлору вказує оператору, що відбулися всі можливі хімічні реакції з хлором і що залишається достатній залишковий хлор для знищення будь-яких мікроорганізмів, присутніх у воді.

Коли кількість хлору, необхідна для задоволення потреби в хлорі, та кількості залишкового хлору, необхідного для дезінфекції, тоді розраховується доза хлору.

• Дозування хлору = Попит на хлор+залишковий хлор

Реакції хлору у воді

У розчині, які розбавлені низькими концентраціями хлору і мають рН вище 4, утворення HoCl, хлорноватистої кислоти, майже повне і залишає мало вільного хлору (Cl ₂). Залежно від рН, деяка хлорноватиста кислота буде роз'єднуватися і виробляти іон водню та іон гіпохлориту. Хлорноватиста кислота є слабкою кислотою і погано дисоціюється при рівні рН нижче 6. Нижче рН 6 вільний хлор майже весь у формі HoCl. Вище рН 9 майже весь вільний хлор знаходиться в OCl- формі і жоден у формі HoCl.

У воді з рН 7,5 приблизно 50 відсотків присутнього хору знаходиться у вигляді HoCl і 50-відсотків - у вигляді OCl-. Цей факт важливий тим, що HoCl і OCl- відрізняються дезінфекційною здатністю. HoCl має набагато більший потенціал дезінфекції, ніж OCl-.

Реакції з речовинами у воді

Сірководень і аміак - це дві неорганічні речовини, які знаходяться у воді, коли вона досягає стадії дезінфекції обробки. Їх наявність може ускладнити використання хлору в цілях дезінфекції, оскільки вони мають потребу в хлорі. Сірководень і аміак є відновниками і вони вступають в реакцію з хлором для видалення його з води. Вони втрачають електрони і хлор швидко реагує, щоб прийняти ці електрони.

Сірководень виробляє запах, який пахне тухлими яйцями. Він реагує з хлором з утворенням сірчаної кислоти та елементарної сірки. Елементарна сірка є небажаною, оскільки вона може спричинити проблеми з запахом і випадає в осад у вигляді дрібнодисперсних білих частинок, які іноді мають колоїдну природу.

Коли хлор додається до води, що містить аміак, він швидко вступає в реакцію з аміаком і утворює хлораміни. Ця реакція зменшує хлор, який доступний для дії як дезінфікуючий засіб. Зі збільшенням концентрації аміаку дезінфікуюча сила хлору падає з швидкою швидкістю через потребу в хлорі, яку надає аміак.

Коли органічний матеріал присутній у воді, хімічні реакції, що відбуваються з хлором, можуть спричинити підозру на канцерогенні сполуки (THM). Утворення цих сполук можна запобігти, обмеживши кількість прехлорування і видаливши органічні матеріали перед хлоруванням води.

Гіпохлорит

Використання гіпохлориту для обробки питної води досягає того ж результату, що і газоподібний хлор. Гіпохлорит може застосовуватися у вигляді гіпохлориту кальцію або гіпохлориту натрію. Форма гіпохлориту кальцію, яка найчастіше використовується для дезінфекції води, відома як High Test Hyphoclorite (HTH).

Діоксид хлору

Як дезінфікуючий засіб можна використовувати діоксид хлору (ClO2). Діоксид хлору не утворює канцерогенних сполук, які можуть утворюватися іншими сполуками хлору. На нього також не впливає аміак, і це дуже ефективний дезінфікуючий засіб при більш високих рівнях рН. Крім того, діоксид хлору вступає в реакцію з сульфідними сполуками, допомагаючи їх видалити і усунути характерні для них запахи. Фенольні смаки та запахи можна контролювати за допомогою діоксиду хлору.

хлорамінування

Хлорамінування використовується операторами як альтернативний процес дезінфекції для:

• Зменшити утворення THM та інших побічних продуктів дезінфекції
• Підтримуйте виявлені залишки по всій системі розподілу
• Проникаючи в біоплівку і зменшуючи потенціал для відростання кишкової палички
• Вбивство або інактивація гетеротрофних бактерій підрахунку
• Зменшення проблем зі смаком і запахом

Для прийняття рішення щодо застосування хлорамінної дезінфекції використовується кілька факторів. Цими факторами є якість сирої води, здатність очисної споруди відповідати різним нормам, практикам експлуатації та характеристикам системи розподілу.

Для отримання хлораміну з метою дезінфекції використовуються три методи. Ці методи включають попередню амоніазацію з подальшим хлоруванням, одночасним додаванням хлору та аміаку та попереднє хлорування з пост-аммоніаком.

У процесі установки швидкого змішування застосовується попереднє амоніювання з подальшим хлоруванням, а хлор додається нижче за течією на вході в басейн флокуляції. Цей підхід дає нижчі рівні THM, ніж метод після амонізації. Попередньо амонізація з утворенням хлорамінів не виробляє фенольних смаків та запахів, але цей метод може бути не таким ефективним, як пост-аммоніація для контролю смаків та запахів, пов'язаних з діатомовими водоростями та анаеробними бактеріями у вихідній воді.

Одночасне додавання хлору та аміаку - це метод, який застосовує хлор до впливу рослин одночасно або відразу після введення аміаку в процесі швидкого змішування. Одночасне хлорамінування дає найнижчий рівень THM з трьох методів.

Прехлорування та постаммонізація - це метод, при якому хлор застосовується на чолі заводу і зберігається вільний залишок хлору протягом усіх рослинних процесів. Аміак додають в стічні води заводу для отримання хлораміну. Через більш тривалий час контакту з вільним хлором цей метод призводить до утворення більшої кількості THM, але може знадобитися використовувати цей метод для задоволення вимог дезінфекції Правило обробки поверхневих вод. Основним обмеженням використання залишків хлораміну є те, що хлораміни менш ефективні як дезінфікуючий засіб, ніж вільний хлор.

УФ-дезінфекція та очищення води

Ультрафіолетові (УФ) промені входять до складу світла, що надходить від сонця. УФ-спектр вище за частотою, ніж видиме світло, і менший за частотою порівняно з рентгенівськими променями. УФ-спектр має більшу довжину хвилі, ніж рентгенівські промені, і меншу довжину хвилі, ніж видиме світло, а порядок енергії, від низького до високого, - це видиме світло, УФ та рентгенівські промені.

УФ, як відомо, є ефективним дезінфікуючим засобом завдяки своїй сильній бактерицидній (інактиваційній) здатності. УФ дезінфікує воду, що містить бактерії та віруси, і може бути ефективним проти найпростіших, таких як цисти лямблій лямблій або ооцисти Cryptosporidium. УФ використовується у фармацевтичній, косметичній, напоях та електронній промисловості. У Сполучених Штатах він використовується для дезінфекції питної води; однак високі експлуатаційні витрати порівняно з дезінфекцією хлоруванням обмежили його використання.

Через проблеми безпеки, пов'язані з залежністю хлорування та вдосконаленням УФ-технології, УФ зазнав підвищеного прийняття в муніципальних системах водопостачання. Два класи систем дезінфекції сертифіковані та класифіковані NSF за одиницями стандарту 55, класу A та класу B.

• Клас А - ці ультрафіолетові системи очищення води повинні мати показник інтенсивності та насичення не менше 40 000 увсек/см ² і мати конструкції, які дозволять їм дезінфікувати та/або видаляти мікроорганізми із забрудненої води. Уражені забруднюючі речовини повинні включати бактерії і віруси. Системи класу А точки входу та точки використання, на які поширюється цей стандарт, призначені для інактивації та/або видалення мікроорганізмів, включаючи бактерії, віруси, а також кісти ооцисти Cryptosporidium та лямблій із забрудненої води. Системи, на які поширюється цей стандарт, не призначені для очищення води, яка має очевидне забруднення або навмисне забруднення джерел, таких як сирі стічні води, а також ці системи не призначені для перетворення стічних вод у питну воду. Ці системи призначені для установки на візуально чисту воду.
• Клас B - ці ультрафіолетові системи очищення води повинні мати ступінь інтенсивності та насиченості не менше 16,000 мкВт-сек/см2 і мати конструкції, які дозволять їм забезпечити додаткову бактерицидну обробку води, яка вже вважається безпечною, таким чином, щоб не було підвищених рівнів кишкової палички або стандарту Кількість пластин менше 500 колоній на 1 мл існує. NSF Standard 55 передбачає, що УФ-системи класу B призначені для роботи в мінімальному дозуванні і призначені лише для зменшення нормальних непатогенних або неприємних мікроорганізмів. Клас В або аналогічні не номінальні УФ-системи не призначені для знезараження мікробіологічно небезпечної води.

Тип агрегату залежить від ситуації для використання, джерела води та якості води. На дозування ультрафіолетового світла впливає прозорість води. Водоочисні пристрої залежать від якості сирої води. Коли каламутність становить 5 НТУ або більше та/або загальна суспензія перевищує 10 ppm, настійно рекомендується попередня фільтрація води. Зазвичай перед системою дезінфекції ультрафіолетом доцільно встановити фільтр від 5 до 20 мкм.

УФ-дезінфекція заснована на принципах, пов'язаних з довжинами хвиль світла, які пошкоджують нуклеїнові кислоти водних патогенів. УФ-випромінювання має три зони довжин хвиль, UV-A, UV-B та UV-C, і це остання область, короткохвильовий UV-C, який має бактерицидні властивості для дезінфекції. Ртутна дугова лампа низького тиску, що нагадує люмінесцентну лампу, виробляє ультрафіолетове світло в діапазоні 254 нанометрів (нм). Ці лампи містять елементарну ртуть і інертний газ, такий як аргон, в ультрафіолетовій трубці, зазвичай кварцової. Традиційно більшість ртутних дугових УФ-ламп були низьким тиском, оскільки вони працюють при відносно низькому парціальному тиску ртуті, низькому загальному тиску пари (близько 2 мбар), низькій зовнішній температурі (50-100o С) та низькій потужності. Ці лампи випромінюють майже монохроматичне УФ-випромінювання на довжині хвилі 254 нм, що знаходиться в оптимальному діапазоні для поглинання УФ-енергії нуклеїновими кислотами (близько 240-280 нм).

В останні роки були встановлені ультрафіолетові лампи середнього тиску, які працюють при набагато більш високих тисках, температурах і рівнях потужності. Вони випромінюють широкий спектр вищої УФ-енергії від 200 до 320 нм.

Важливою вимогою до УФ-дезінфекції ламповими системами є доступне та надійне джерело електроенергії. Хоча вимоги до потужності систем дезінфекції ртутних ультрафіолетових ламп низького тиску є скромними, вони необхідні для роботи лампи для дезінфекції води. Оскільки більшість мікроорганізмів піддаються впливу випромінювання близько 260 нм, УФ-випромінювання знаходиться у відповідному діапазоні для бактерицидної активності. Доступні ультрафіолетові лампи, які виробляють випромінювання в діапазоні 185 нм, і вони також ефективні для відновлення мікроорганізмів. Вони також зменшать загальний вміст органічного вуглецю (TOC) у воді.

Для типових УФ-систем приблизно 95 відсотків випромінювання проходить через рукав з кварцового скла і в необроблену воду. Вода тече тонкою плівкою над лампою. Скляна втулка призначена для підтримки лампи при ідеальній температурі приблизно 104° F.

УФ випромінювання впливає на мікроорганізми, змінюючи ДНК в клітині і перешкоджаючи розмноженню. УФ-обробка не видаляє організми з води. Це їх інактивує. Ефективність цього процесу пов'язана з часом впливу і інтенсивністю лампи, а також загальними параметрами якості води.

Час експозиції повідомляється як мікроват-секунди на квадратний сантиметр (мкватт-сек/см ²), а Міністерство охорони здоров'я та соціальних служб США встановило мінімальну експозицію 16,000 мкватт-сек/см ² для систем УФ-дезінфекції. Більшість виробників забезпечують інтенсивність лампи 30,000-50 000 мкватт-сек/см ². В цілому бактерії кишкової палички знищуються при 7000 мкватт-сек/см ².

Оскільки інтенсивність лампи з часом зменшується з часом, заміна лампи та правильна попередня обробка є ключовими для успіху УФ-дезінфекції. Крім того, УФ-системи повинні бути оснащені попереджувальним пристроєм для попередження операторів, коли інтенсивність лампи падає нижче бактерицидного діапазону.

Використовується окремо, УФ-випромінювання не покращує смак, запах або прозорість води. Ультрафіолетове світло є дуже ефективним дезінфікуючим засобом, хоча дезінфекція може відбуватися лише всередині пристрою. Немає залишкової дезінфекції у воді для інактивації бактерій, які можуть вижити або можуть бути введені після того, як вода пройде повз джерело світла. Відсоток знищених мікроорганізмів залежить від інтенсивності ультрафіолетового світла, часу контакту, якості сирої води та належного обслуговування обладнання.

Якщо матеріал накопичується на скляній втулці або навантаження на частинки висока, інтенсивність світла та ефективність обробки знижуються. При досить високих дозах всі кишкові збудники, що переносяться водою, інактивуються ультрафіолетовим випромінюванням. Загальним порядком стійкості мікробів (від найменшої до більшості) та відповідними дозами ультрафіолету для екстенсивної (> 99,9%) інактивації є: вегетативні бактерії та найпростіші паразити Cryptosporidium parvum та лямблії у низьких дозах (1-10 МДж/см ²) та кишкові віруси та спори бактерій у високих дозах (30-150 мДж/см ²).

Малюнок\(\PageIndex{1}\): УФ-світло, що використовується для дезінфекції при очищенні води - Зображення Пем Бровіак ліцензовано відповідно до CC BY-SA 2.0

Більшість систем УФ-дезінфекції ртутних ламп низького тиску можуть легко досягти доз ультрафіолетового випромінювання 50-150 МДж/см ² у високоякісній воді; і, отже, ефективно дезінфікувати хвороботворні мікроорганізми. Однак розчинені органічні речовини, такі як природні органічні речовини, певні неорганічні розчинні речовини, такі як залізо, сульфіти та нітрити, та зважені речовини (тверді частинки або каламутність) поглинають УФ-випромінювання або захищають мікроби від УФ-випромінювання, що призводить до менших доз ультрафіолетового випромінювання та зменшення мікробних дезінфекція. Ще однією проблемою, що оточує дезінфекцію мікробів меншими дозами УФ-випромінювання, є здатність бактерій та інших клітинних мікробів відновлювати пошкодження, спричинені УФ, та відновлювати патогенність, що є явищем, відомим як реактивація.

УФ інактивує мікроби насамперед шляхом хімічної зміни нуклеїнових кислот. Однак хімічні ураження, індуковані УФ-випромінюванням, можуть бути відновлені за допомогою клітинних ферментативних механізмів, деякі ферменти діють незалежно від світла (темний ремонт), а інші ферменти вимагають видимого світла (фотовідновлення або фотореактивації). Тому досягнення оптимальної УФ-дезінфекції води вимагає доставки достатньої дози УФ, щоб викликати більший рівень пошкодження нуклеїнової кислоти; і тим самим подолати механізми відновлення ДНК.

УФ агрегати мають максимальну пропускну здатність, а деяке обладнання має мінімальні витрати. Якщо потік занадто високий, вода буде проходити без достатнього впливу ультрафіолету. Якщо потік занадто низький, може накопичуватися тепло, що може пошкодити УФ-лампу. Ультрафіолетовий блок з мінімальними вимогами до витрати не повинен розміщуватися на водопроводі, що подає станції тиску в нерециркуляційній системі. УФ агрегати найчастіше використовуються в системах постійного потоку.

УФ лампи не вигоряють, як це роблять звичайні люмінесцентні лампи. Натомість УФ-лампи будуть соляризуватися, що зменшує їх інтенсивність приблизно до 60% нової лампи приблизно через рік безперервного використання. Коли лампи нові, вони будуть генерувати рівень дозування близько 60 000 мкВт/см ². Коли дозування падає до 30 000 мкВт/см ², мінімальної дози, необхідної для ефективного знищення бактерій, слід замінити лампи. Термін служби лампи значно скоротиться, якщо лампу включати і вимикати частіше, ніж раз на вісім годин.

Воду слід регулярно пробувати і перевіряти на наявність бактерій. Зразок до і після УФ-блоку для перевірки його працездатності. Воду також слід відбирати в розподілі, оскільки відростання бактерій може відбуватися нижче за течією від УФ-блоку.

Коли вода проходить через УФ-блок, мінерали, сміття та інші матеріали у воді будуть осідати на кварцовий або тефлоновий рукав. Ця активність обмежить проникнення УФ-променів через рукав і в воду. Щоб зберегти високу чіткість, скло навколо лампи необхідно регулярно чистити. Частота очищення залежить від якості води і буде мінімальною при обробці зворотного осмосу вище за течією.

Доступні вимірювачі інтенсивності ультрафіолетового світла, які вказують на проникнення ультрафіолетового світла через скляну втулку та воду. Низька інтенсивність означає, що доза УФ занадто низька, щоб забезпечити адекватну дезінфекцію. Цей лічильник вкаже, коли потрібна чистка або заміна лампи.

Озон

Озон є одним з найпотужніших сполук для очищення води, доступних менеджерам систем сьогодні. Це технологія, яка знаходиться в постійному комерційному використанні більше 100 років і має чіткі властивості, які дозволяють дезінфекцію навіть сильно скомпрометованих водних потоків. З 1996 року повторної авторизації Закону про безпечну питну воду, озон був названий одним з найкращих доступних технологій для відповідності системи водопостачання Національним правилам первинної питної води під наглядом Агентства США з охорони навколишнього середовища.

Озон (O3) утворюється, коли молекули кисню піддаються впливу електронного потоку. Молекули озону нестабільні і з часом втратять третій атом кисню. Озон являє собою характеристику освіти:

• Генератори озону забезпечують потік електронів між діелектричними і SS трубками
• Кисень пропускається через зазор між діелектриками, що призводить до утворення озону
• Кисень, що подає газ повинен бути сухим і вільним від частинок
• Генератори озону повинні охолоджуватися, а охолоджуюча вода видаляє 0,90 відсотка тепла, яке виробляється

Озон є потужним окислювачем з високою дезінфікуючою здатністю. Залишки озону від 0,3 до 2,0 мг/л інактивують віруси. Швидкість інактивації варіюється від > 3,9-журналу до> 6-журналу і відбуваються протягом дуже коротких періодів контактів, 5 секунд. Мікроорганізми в природних водах дуже чутливі до озону. Лямблії та кишкові віруси інактивуються озоном, як первинний дезінфікуючий засіб, з 5 хвилин часу контакту. Залишки озону від 0,5 до 0,6 мг/л призводять до 3-log та 4-log абсорбції відповідно. Коли озон використовується в якості первинного лікування, критерії його використання засновані на залишках озону, конкуруючих вимог озону, і мінімальний час контакту для задоволення необхідних вимог кісти і вірусної інактивації.

Озон є найсильнішим окислювачем і найсильнішим дезінфікуючим засобом, доступним для очищення питної води. Цей унікальний матеріал може бути використаний для ряду специфічних застосувань для очищення води, включаючи дезінфекцію, контроль смаку та запаху, видалення кольору, окислення заліза та марганцю, видалення сірководню, руйнування нітритів та ціанідів, окислення органічних речовин, таких як феноли, пестициди та деякі миючі засоби , знищення та видалення водоростей, а також як коагулянтна допомога. Незважаючи на те, що озон є найсильнішим хімічним дезінфікуючим засобом, доступним для очищення води, деякі тугоплавкі органічні речовини не окислюються або окислюються занадто повільно. У таких випадках озон може поєднуватися з УФ-випромінюванням та/або перекисом водню для отримання гідроксильних вільних радикалів, HO-, який є сильнішим окислювачем, ніж молекулярний озон, O ₃. Навмисне виробництво гідроксильних вільних радикалів, починаючи з озону, було названо озоном розширеного окислення. Підземні води, забруднені хлорованими органічними розчинниками та деякими тугоплавкими вуглеводнями, успішно обробляються передовими методами окислення озоном.

При температурі навколишнього середовища озон є нестабільним газом, частково розчинним у воді; як правило, більш розчинний, ніж кисень. Завдяки своїй нестійкості озон швидко повертається до кисню. Озон не можна виробляти на центральному виробничому майданчику, розливати в пляшки, відвантажувати та зберігати перед використанням. Він повинен бути сформований і застосований на місці. Установка заводу з виробництва озону вимагає зберігання чистого кисню на місці в якості живильного газу. Озон генерується для комерційного використання з використанням коронного розряду або ультрафіолетового випромінювання. УФ-техніка виробляє низькі концентрації озону, тоді як коронний розряд виробляє концентрації озону в діапазоні 1 - 4.5%, коли сухе повітря подається до генератора озону. Коли в якості живильного газу використовується концентрований кисень, концентрації озону в газовій фазі до 14 до 18% можуть бути отримані. Оскільки озон лише частково розчинний у воді, після його утворення він повинен контактувати з водою, яка підлягає обробці таким чином, щоб максимізувати перенесення озону з газової фази у воду. Для цього розроблено багато типів контакторів озону. Однак, оскільки використовуються більш високі концентрації озонового газу, конструкції контактних систем стають більш критичними через більш низьке співвідношення газу до рідини.

Використання кисню в якості живильного газу може призвести до перенасичення киснем очищеної води, що спричиняє експлуатаційні проблеми та корозію в системі розподілу. Варіанти системи, що контактують з озоном, включають атмосферні високі вежі або газ під тиском до процесів переносу рідини. Дрібні бульбашкові дифузори, статичні змішувачі або інжектори Вентурі можуть бути використані для змішування газу з водою, що підлягає обробці в конфігураціях повного потоку або бічного потоку. Після розчинення у воді озон доступний для впливу на забруднюючі речовини води для досягнення цілей дезінфекції та/або окислення. При рівнях рН 3-6 озон присутній переважно в його молекулярній формі (O3). Однак, коли рН підвищується, розкладання озону з утворенням гідроксильного вільного радикалу (HO-) стає все більш швидким. При рН 7 близько 50% переданого в воду озону виробляє ХО-. При рН>10 перетворення молекулярного O ₃ в HO- відбувається практично миттєво.

Оскільки озон є таким потужним окислювач/дезінфікуючим засобом, хитрість застосування його для вирішення проблем водопідготовки полягає в тому, щоб зробити це таким чином, який є ефективним для очищення води, але в той же самий безпечний для людей поблизу. Питання безпеки озону вирішуються легко за допомогою належного моніторингу навколишнього середовища озону, резервуар вентиляції, і руйнування озону. У випадку систем, керованих виключно системою насоса/інжектора, озон може вироблятися під вакуумом, що забезпечує відсутність витоку озону в робоче середовище.

П'ять основних компонентів системи озону включають:

• Підготовка газу - або сушіння газу до відповідної точки роси, або використання кисневих концентраторів
• Відповідне джерело живлення
• Правильно розміром генератор озону (и). Для генерації озону коронного розряду критично важливо живити генератор чистим і сухим газом, що містить кисень.
• Система контактування з озоном

Знищення відхідних газів озоном або відповідна система вентиляції.

Волога в живильному газі викликає дві проблеми при експлуатації:

• Кількість озону, що утворюється при застосуванні даного рівня електричної енергії, знижується у міру підвищення відносної вологості. Отже, зазвичай економічно вигідно сушити повітря до рекомендованої точки роси мінус 65'C (-65'C або -76'F) або нижче.
• Озон, що утворюється за допомогою повітря в присутності вологи, дозволяє невеликій кількості оксидів азоту вступати в реакцію з вологою з утворенням азотної кислоти. У цьому випадку конденсація газу на поверхнях охолодження/теплообміну утворює корозійну сполуку, яка може спричинити проблеми корозії в обладнанні для генерації озону з супутнім збільшенням вимог до технічного обслуговування обладнання.

Через високі окислювальних якостей газової фази озону і шанс вологи від несправного блоку живильного газу, менеджери системи повинні подбати про те, щоб переконатися, що всі компоненти в генераторі озону, лінії подачі озону, озон газу до рідкого масообміну обладнання і контактний посудину озон- сумісні.

Для великомасштабних озонових систем обладнання для очищення і сушіння живильних газів може стати досить складним. Наприклад, ефективне сушіння повітря може включати кілька етапів обробки, включаючи фільтрацію повітря, стиснення, охолодження, осушення та остаточну фільтрацію перед переходом в діючий генератор озону коронного розряду.

Необхідність існує для ефективного контактування озону та руйнування надлишку озону в відхідних газах контакторів. Відсутність ефективного блоку руйнування газу озону, надлишок озону буде присутній для людей поблизу дихати, що не рекомендується через його сильну окислювальну природу. Крім того, озон важчий, ніж навколишнє повітря, і може осідати поблизу, і атакувати окислювальні матеріали. Руйнування контактора відхідних газів озону легко здійснюється термічно (370'C), каталітично, термічно каталітично, і шляхом проходження відхідного газу через гранульований активоване вугілля. Слід дотримуватися обережності при виборі методу знищення озону щоразу, коли дуже високі концентрації озону будуть зустрічатися.

Озон є критичним процесом для очищення без зворотного осмосу. Зазвичай він поєднується з біологічною фільтрацією активованого вугілля. Процес зменшує TOC та сліди хімічних забруднювачів, видаляє найпростіших, вбиває віруси та є допоміжним засобом для флокуляції. Озонова обробка - це процес окислення, що використовується в якості дезінфекції та окислювача перед біологічною фільтрацією активованого вугілля.

Прилади та засоби управління для забезпечення ефективної та безпечної роботи озонових систем стосуються ефективного та доступного застосування озону. Системні процеси управління генерацією озону, використання кисню, сушіння, ін'єкції озону і дифузії, і руйнування озону.

Прилади контролюють кожен крок, і кожен крок має тривогу, пов'язану з процесом.

Переглянути питання

1. Перерахуйте фактори, які впливають на хлорування питної води?
2. Охарактеризуйте дезінфекцію як процес очищення питної води.
3. Для чого призначається хлорамінування в питній воді?
4. Що таке озонування питної води?
5. Як впливає ультрафіолетове світло на мікроорганізми?
6. Опишіть основну причину того, що хлор не може використовуватися для дезінфекції питної води на конкретному об'єкті питної води.

Розділ Вікторина

1. ___________ - це процес, призначений для знищення або інактивації більшості мікроорганізмів у воді, включаючи по суті всі патогенні (хвороботворні) бактерії.
   1. Стерилізація
   2. УФ-лікування
   3. застосування хлору
   4. Дезінфекція
2. Яке з перерахованих захворювань не викликається переноситься водою патогенним організмом?
   1. Шлунково-кишкова виразка
   2. шигельоз
   3. Поліомієліт
   4. Все це захворювання, що передаються через воду.
3. Хімічні реакції між хлором і органічними і неорганічними речовинами утворюють сполуки хлору. Хлор вступає в реакцію з водою і виробляє речовини з дезінфекційними властивостями. Загальна кількість сполук з дезінфікуючими властивостями плюс будь-який залишився хлор відомий як ___________.
   1. Доза хлору
   2. Попит на хлор
   3. Вільний хлор
   4. Залишковий хлор
4. ___________ - це газ, який не утворює канцерогенних сполук, як ті сполуки, що утворюються при знезараженні хлором. На нього також не впливає аміак, і це дуже ефективний дезінфікуючий засіб при більш високих рівнях рН. Він також використовується для зменшення проблем зі смаком і запахом в системі розподілу. Він особливо корисний при інгібуванні легіонели.
   1. хлорамінування
   2. Діоксид хлору
   3. перекис водню
   4. перманганат калію
5. Через проблеми безпеки, пов'язані з залежністю хлорування та вдосконаленням технології ___________, він зазнав підвищеного прийняття в муніципальних системах водопостачання. Дві системи сертифіковані та класифіковані NSF за стандартом 55. Тип агрегату залежить від ситуації для використання, джерела води та якості води. На дозування впливає прозорість води. Коли каламутність становить 5 НТУ або більше та/або загальна суспензія перевищує 10 ppm, настійно рекомендується попередня фільтрація води. Бажано встановити фільтр від 5 до 20 мкм перед системою дезінфекції.
   1. Озон
   2. хлорамінування
   3. Ультрафіолетове світло
   4. Діоксид хлору
6. ___________ - найсильніший окислювач і найсильніший дезінфікуючий засіб, доступний для очищення питної води. Цей унікальний матеріал може бути використаний для конкретних застосувань очищення води, включаючи дезінфекцію, контроль смаку та запаху, видалення кольору, окислення заліза та марганцю, видалення сірководню, руйнування нітритів та ціанідів, окислення органічних речовин, таких як феноли, пестициди та деякі миючі засоби, водорості руйнування і видалення, а також в якості коагулянтної допомоги.
   1. Озон
   2. хлорамінування
   3. Ультрафіолетове світло
   4. Діоксид хлору
7. Основна проблема дезінфекції за допомогою ___________ полягає в тому, що відростання бактерій може відбуватися нижче за місцем застосування в розподілі.
   1. Озон
   2. хлорамінування
   3. Ультрафіолетове світло
   4. І 2, і 3 є правильними
8. Для прийняття рішення щодо застосування ___________ дезінфекції використовується кілька факторів. Цими факторами є якість сирої води, здатність очисної споруди відповідати різним нормам, практикам експлуатації та характеристикам системи розподілу.
   1. Озон
   2. хлорамінування
   3. Ультрафіолетове світло
   4. Діоксид хлору
9. ___________ є критичним процесом для очищення без зворотного осмосу. Зазвичай він поєднується з біологічною фільтрацією активованого вугілля. Процес зменшує TOC та сліди хімічних забруднювачів, видаляє найпростіших, вбиває віруси та є допоміжним засобом для флокуляції. Це процес окислення, який використовується як дезінфекція та окислювач перед біологічною фільтрацією активованого вугілля.
   1. Озон
   2. хлорамінування
   3. Ультрафіолетове світло
   4. Діоксид хлору
10. Який з перерахованих факторів не робить впливу на знезараження води хлором?
    1. рН
    2. Редукуючі засоби
    3. Твердість
    4. Температура