1.3: Дезінфекція

Результати навчання студентів

Прочитавши цю главу, ви повинні мати можливість:

• Перерахуйте різні види дезінфікуючих засобів
• Поясніть процес дезінфекції
• Опишіть поняття хлорування та нітрифікації точки зупину

Дезінфекцію часто розглядають як очищення питної води. Однак це скоріше кондиціонуючий та профілактичний процес. Процес дезінфекції призначений для інактивації патогенних організмів у воді хімічними окислювачами або еквівалентними агентами. Це просто означає знищення (вбивство) мікроорганізмів, що становить загрозу здоров'ю населення. На відміну від цього, очищення питної води зазвичай передбачає видалення забруднень. Ще один термін, який іноді плутають з дезінфекцією, - стерилізація. Стерилізація - це знищення всіх організмів, а не тільки хвороботворних мікроорганізмів. Хоча стерилізація може призвести до забезпечення безпечної питної води, це не є необхідним процесом, і це призведе до збільшення витрат.

Для хімічної дезінфекції води можуть бути використані такі хімічні речовини:

• Хлор-Cl ₂
• Діоксид хлору — ClO ₂
• Гіпохлорити—OCL-
  • Гіпохлорит натрію - Naclo
  • Гіпохлорит кальцію — Ca (ClO ₂)
• Трихлорізоціанурової кислота-С ₃ Cl ₃ N ₃ O ₃
• Озон — O ₃
• Бром-Br ₂
• Йодене—Я
• Різні підстави

Існують і інші засоби дезінфекції крім використання хімікатів. Ми будемо називати їх фізичними дезінфікуючими засобами. Наступний список може бути використаний як фізичний засіб для дезінфекції води:

• Ультрафіолетове світло - УФ-промені повинні контактувати з кожним організмом, щоб забезпечити дезінфекцію
• Тепло - окропу протягом приблизно п'яти (5) хвилин зазвичай достатньо, щоб знищити по суті всі мікроорганізми у воді
• Ультразвукові хвилі - звукові хвилі знищують мікроорганізми вібрацією

Хімічні дезінфікуючі засоби крім сполук на основі хлору

Чотири (4) дезінфікуючі засоби на основі хлору були перераховані вище, і хоча вони можуть забезпечити засіб для дезінфекції та знищення мікроорганізмів у питній воді, у кожного з них є недоліки

• Йод - Використання йоду як дезінфікуючого засобу у питній воді може бути ефективним, але воно має відносно високу вартість. Крім того, йод має потенційні серйозні фізіологічні побічні ефекти, особливо для вагітних
• Бром - Є проблеми безпеки та труднощі з бромом. Прямий контакт зі шкірою може спричинити опіки, а залишки важко підтримувати. Бром зазвичай використовується в санаторіях і басейнів.
• Озон - озон зазвичай використовується на очисних спорудах питної води і зменшує неприємні смаки та запахи. Озон зазвичай не використовується в розподільних системах через відсутність залишкових, високих витрат і вимог до технічного обслуговування.
• Основи - Дві з найбільш поширених основ включають вапно та гідроксид натрію. Вони залишають гіркий смак і також можуть обпалити шкіру.

Хлор і хлоровані дезінфікуючі засоби

Дезінфекція хлором і хлорованими сполуками призводить до дезінфікуючого залишку вільного хлору або загального хлору. Вільний хлор - це кількість «вільного» і доступного хлору для виконання процесу дезінфекції. Оскільки хлор з'єднується з спорідненими азотом сполуками (як ми опишемо більш детально при хлорамінування) виникає комбінований залишковий хлор. Цей комбінований хлор разом з будь-яким наявним вільним хлором становить загальний залишок хлору.

Газ хлору

Хлор - найпоширеніший дезінфікуючий засіб, що використовується у питній воді. Він знаходиться у вигляді газу, забезпечує відносно тривалий залишок і має тенденцію до зниження рН води. Газ хлору має зеленувато-жовтий колір і має високий коефіцієнт розширення. Тому хлорні балони не повинні заповнюватися більше, ніж на вісімдесят п'ять (85) відсотків. Хлорні балони бувають розмірів сто (100), сто п'ятдесят (150) і одна (1) тонна. Тільки сорок (40) фунтів на день можуть бути вилучені з балонів меншого розміру, якщо вони не обладнані випарником. Циліндри оснащені плавкою пробкою, яка призначена для плавлення при температурах між 158F і 156F для запобігання згоряння циліндра. Однотонні циліндри мають шість (6) плавких пробок і два (2) клапана для виведення хлору. Газ хлору в 2,5 рази важче повітря і вентиляцію в хлорних приміщеннях потрібно впритул до підлоги. Зазвичай вентиляційні отвори знаходяться на дванадцять (12) дюймів над підлогою. Витоку можна виявити, розмахуючи просоченою аміаком ганчіркою, яка створює білу хмару. Газ хлору має відразу небезпечний для життя і здоров'я (IDLH) рівень 10 ppm. Хлор може поєднуватися з органікою в питній воді, створюваної галогенізованими побічними продуктами дезінфекції.

Гіпохлорити натрію і кальцію

Гіпохлорит натрію поставляється у вигляді рідини, а концентрація хлору зазвичай становить дванадцять з половиною (12,5) відсотків. Гіпохлорит кальцію поставляється у вигляді твердого речовини у вигляді гранул або таблеток і, як правило, шістдесят п'ять (65) відсотків. Гіпохлорит кальцію також відомий як високий тест гіпохлорит (HTH). При розчиненні у воді гіпохлорити мають тенденцію до підвищення рН. Гіпохлорити можуть поєднуватися з органікою в питній воді, створюваної галогенізованими побічними продуктами дезінфекції.

Діоксид хлору

Діоксид хлору високоефективний у боротьбі з хвороботворними патогенами, мінімізуючи побічні продукти дезінфекції. Це ефективний засіб боротьби зі смаком і запахом. Це може бути дорогим у використанні, особливо в менших кількостях і може бути важко обробляти.

хлорамін

Хлорамін - це процес дезінфекції з використанням хлору та аміаку разом. Цей процес дезінфекції називається хлорамінацією, і це призводить до комбінованого або загального залишку хлору. Є кілька причин, чому хлорамінування використовується замість одного тільки хлору. Хлораміни виробляються за трьома різними процесами; попереднє амоніювання з постхлоруванням, попереднє хлорування з пост-аммоніаком або одночасне додавання хлору та аміаку. Одночасне додавання виробляє найнижчі побічні продукти дезінфекції, а попереднє хлорування забезпечує найвищий рівень побічних продуктів дезінфекції.

фізична дезінфекція

Хоча хімічні дезінфікуючі засоби та хлор спеціально забезпечують більшу частину дезінфекції в системах питної води, існує кілька інших засобів дезінфекції води без використання хімічних речовин. Вони називаються фізичними засобами дезінфекції і до них відносяться:

• Ультрафіолетові промені — ультрафіолетові (УФ) світлові промені та інактивують мікроорганізми. Однак світло має безпосередньо контактувати з кожним організмом, щоб інактивувати. Тому це недостатній процес в системах питного водопостачання. УФ-системи зазвичай використовуються з акваріумами для риб.
• Тепло - кипляча вода є ефективним процесом знищення мікроорганізмів у воді. Замовлення «Кип'ятити воду» часто виконуються всякий раз, коли виникає проблема з системою питної води. Окип'ятіння води вимагає тепла і часу. Зазвичай для знищення всіх мікроорганізмів потрібно приблизно п'ять (5) кипіння.
• Ультразвукові хвилі - звукові хвилі генерують кавітаційні бульбашки в рідинях, що призводить до інтенсивних сил зсуву та високого напруження

Фактори впливу на дезінфекцію

Залежно від процесу дезінфекції, фізичного чи хімічного, є речі, що впливають на ефективність. Наприклад, ультрафіолетове світло має безпосередньо контактувати з організмами для роботи. Ми розглянемо шість (6) змінних, що впливають на процес дезінфекції.

РН води відіграє ключову роль в ефективності дезінфекції, особливо при використанні сполук, пов'язаних з хлором або хлором. При використанні вільного хлору з водою утворюються гіпохлорна і соляна кислоти. У розведених розчинами з рН вище 4 найбільш повне утворення гіпохлорной кислоти і залишає мало хлору в розчині. Однак гіпохлорна кислота є слабкою кислотою і погано дисоціюється при рівні рН нижче 6. Чим вище рН, тим більший відсоток іона гіпохлориту існує. Гіпохлорусна кислота має більший потенціал дезінфекції, ніж іон гіпохлориту. Тому рН відіграє важливу роль при дезінфекції. При рН приблизно 7,2 60% розчиненого хлору існує у вигляді гіпохлорной кислоти. При рН 8,5 приблизно 90% розчиненого хлору існує у вигляді іонів гіпохлориту. Тому хлор як дезінфікуючий засіб є більш ефективним при рівні рН близько 7.

Температура також впливає на дезінфекцію. Чим вище температура, тим ефективніше можна дезінфікувати воду. При більш низьких температурах потрібно більш тривалий час контакту. Додавання більшої кількості хлору може прискорити процес дезінфекції. Одним з основних недоліків тепліших вод, що піддаються впливу атмосфери, є підвищена швидкість розсіювання хлору в атмосферу.

Надмірна каламутність в водопостачанні значно знизить ефективність процесу дезінфекції. Будь-які зважені речовини, присутні у водопроводі, можуть захистити мікроорганізми від дезінфікуючого засобу. Крім того, деякі типи зважених речовин можуть створити збільшення попиту на хлор, це призводить до менш доступного хлору, щоб реагувати з патогенами.

Якщо частина каламутності або якщо інші речовини у воді знаходяться у вигляді органічних сполук, то дезінфікуючі засоби хлору значно знижуються. Крім того, можуть утворюватися небажані побічні продукти, в тому числі тригалометани і галооцтові кислоти. Загальним ефектом є зменшення загальної хімічної речовини, доступної для дезінфекції.

Різні інші неорганічні відновники також можуть впливати на процес дезінфекції. Попит на хлор для всіх відновників повинен бути задоволений до того, як хлор стане доступним для дезінфекції. Неорганічні відновники, що впливають на знезараження хлором, включають, але не обмежуючись ними, сірководень, іони заліза, іони марганцю та іони нітритів.

Хлорамінування проти хлорування

Обидва хімічні речовини широко використовуються для дезінфекції питної води. Кожен має свої переваги і недоліки. Як було описано раніше, хлорамінування призводить до загального залишкового хлору, а хлор створює залишок вільного хлору.

Як вільні, так і загальні ефективні при інактивації/знищенні мікроорганізмів, включаючи гетеротрофні бактерії підрахунку пластин та патогенні організми. Вони обидва можуть проникати в біоплівку і зменшувати відростання кишкової палички. Хоча вільний хлор є сильнішим окислювачем, хлораміни забезпечують більш тривалий залишок.

При правильному співвідношенні між хлором і аміаком можна контролювати проблеми зі смаком і запахом. Якщо вода містить органічні сполуки, вільний хлор можна поєднувати з цими сполуками, створюючи побічні продукти дезінфекції, такі як тригалометан та ореол оцтової кислоти. Хлораміни зменшують утворення цього побічного продукту дезінфекції.

Хлорування точки зупину

Оскільки хлор спочатку додається в воду, відновлювальні сполуки руйнуються. І органічні, і неорганічні відновники сприяють цьому першому етапу дезінфекції. В результаті цього немає залишкового хлору. Розуміння цього є критичним, але воно також є протиінтуїтивним. При додаванні хлору залишки хлору не виявляються. Потрібно постійно додавати більше хлору. Наступним етапом хлорування точки зупину є утворення хлороганіків і хлорамінів. У цей момент починає виявлятися залишок. У міру того, як хлороганіки і хлораміни починають руйнуватися, залишкові починають зменшуватися. Після того, як всі хлорорганіки та хлораміни повністю знищені, точка розриву потрапляє і вся потреба в хлорі задовольняється. На цьому етапі будь-який хлор, що додається, прямо пропорційний вимірюваному залишку хлору.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зображення від Aliciacdiehl ліцензовано відповідно до CC BY-SA 3.0

При дезінфекції хлорамінами ідеальне співвідношення хлору до аміаку становить 5:1. Це засіб на кожну частину додається нашатирного спирту, повинно бути п'ять частин хлору. На цьому етапі реалізується найвищий загальний залишок хлору, а проблеми зі смаком та запахом зводяться до мінімуму. Більш низьке співвідношення хлору до аміаку призводить до вільного доступного аміаку. Це створює потенційне джерело їжі для мікроорганізмів і призводить до зменшення залишкового дезінфікуючого засобу. Це призводить до стану, що називається нітрифікація. Тому важливо стежити за компонентами, пов'язаними з азотом, щоб контролювати цей стан. Якщо співвідношення хлору до аміаку збільшується, залишки дезінфікуючого засобу також зменшуються, а небажані сполуки смаку та запаху збільшуються. Якщо бажаний залишок вільного хлору і аміак не додається разом з хлором, тоді хлор потрібно постійно додавати, поки не буде досягнута точка розриву.

нітрифікація

Нітрифікація - це аеробний процес, при якому бактерії зменшують аміак та органічний азот у нітрит, а потім нітрат. Нітрит швидко зменшує вільний хлор, а також може перешкоджати вимірюванню залишків вільного хлору. Це призводить до втрати загального хлору та аміаку та збільшення кількості бактерій гетеротрофних пластин. Більш високі температури і більш тривалий час утримання в сховищах збільшують потенціал нітрифікації. Водоканали, що використовують хлорамінування як практику дезінфекції, зазвичай мають план моніторингу нітрифікації. У цьому плані буде вказано та описано кроки, які утиліта вживатиме для моніторингу, запобігання та зменшення наслідків, пов'язаних з нітрифікацією. Наприклад, в плані буде вказано, коли буде потрібно посилений моніторинг. У ньому були б вказані складові, за якими потрібно було б контролювати. Він також описує заходи з технічного обслуговування в системі розподілу, такі як програма проактивного промивання, яка допомагає розподілити залишки хлору, а також видалити застійну воду. Іншим прикладом може бути правильне кругообіг води в резервуарах для зберігання, щоб запобігти або зменшити стратифікацію, більш високі температури та застійну воду. Складові, які регулярно контролюються в системах, що використовують хлораміни, включають аміак, загальний і вільний хлор, нітрит та гетеротрофні бактерії. Реактивний підхід, який зазвичай використовується водопроводами, - це процес, який називають «пакетним» хлоруванням. Пакетне хлорування - це процес додавання хлору до сховищ води, коли залишки стають занадто низькими та/або при наявності сполук нітрифікації.

Висновок

Існують різноманітні методи та хімічні речовини, які можна використовувати для дезінфекції питної води, причому сполуки, пов'язані з хлором та хлором, є найбільш поширеними. Процес дезінфекції має вирішальне значення для забезпечення безпечності питної води, усуваючи патогенні мікроорганізми з водопостачання. Важливо дезінфікувати джерела водопостачання, і важливо підтримувати виявлені залишки хлору в системі розподілу. Існують побічні ефекти, пов'язані з процесом дезінфекції, включаючи проблеми зі смаком та запахом та потенційне утворення небажаних побічних продуктів дезінфекції. Тому важливо мати адекватні програми моніторингу та переконатися, що використовується відповідний дезінфікуючий засіб.

Зразки питань

1. IDLH хлору становить ___________.
   1. 5 проміле
   2. 10 проміле
   3. 20 проміле
   4. 100 проміле
2. 1,000 тонн газового хлорного балона має ___________.
   1. 6 клапанів і 2 плавких пробки
   2. 2 клапана і 6 плавких пробок
   3. 4 клапана і 2 плавкі заглушки
   4. 4 плавких пробки і 2 клапана
3. Газ хлор ___________.
   1. Знижує рН
   2. Підвищує рН
   3. Зберігає pH нейтральним
   4. Жодне з перерахованих вище
4. HTH позначає ___________.
   1. Висока толерантний гіпохлорит
   2. Гіпохлорит загальний гіпохлорат
   3. High Test гіпохлорит
   4. Високий загальний гіпохлорит
5. Після «точки зупинки» ___________.
   1. Весь хлор додається безкоштовно
   2. Весь хлор додається поєднується
   3. Хлор не виявляється
   4. Хлор - слабкий дезінфікуючий засіб
6. Хлораміни - це ___________.
   1. Комбінація Клорокса і аміаку
   2. Поєднання амінокислот і хлору
   3. Поєднання хлору і аміаку
   4. Погано тим, що вони створюють високий рівень побічних продуктів дезінфекції
7. Витік хлору найкраще виявляти за допомогою ___________.
   1. Детектор хлору газу
   2. ганчірка, просочена DPD
   3. ганчірка, змочена нашатирним спир
   4. Ваш ніс
8. Плавкі пробки призначені для плавлення між ___________.
   1. 155° F і 165° F
   2. 168° F і 175° F
   3. 158° F і 165° F
   4. <150° F
9. Хлорний балон об'ємом 150 фунтів призначений для забезпечення 40 ppd хлору, якщо він не має (n) ___________.
   1. Випарник
   2. Охолоджувач
   3. Додатковий плавкий штекер
   4. Вони ніколи не можуть доставити більше 40 ppd
10. Що з перерахованого не впливає на процес дезінфекції?
    1. Помутніння
    2. Температура
    3. рН
    4. Всі вони впливають на дезінфекцію.