1.7: Дезінфекція

Цілі навчання

Прочитавши цю главу, ви зможете визначити та пояснити наступне:

• Термінологія дезінфекції
• Регламент
• Види дезінфікуючих засобів, що застосовуються при очищенні води

Останнім етапом процесу очищення води до того, як готова або очищена вода потрапляє в прозору свердловину для зберігання, є процес дезінфекції. Дезінфекція - це процес, коли хімічні агенти додають до джерела води для знищення або інактивації патогенних мікроорганізмів. Патогенні мікроорганізми є хвороботворними і повинні бути ліквідовані з очищеної води. У міру збільшення чисельності населення і джерел прісної води стає все більш низьким, здатність видаляти та деактивувати мікроорганізми стає все більш важливою. Ще одним фактором, який слід враховувати, особливо в Каліфорнії, є більш суворі правила через досягнення технологій та тестування якості води.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зображення очищення води EPA знаходиться у відкритому доступі

Основи дезінфекції

Оператори очисних споруд використовують двокомпонентний процес видалення та дезактивації мікробіологічних складових у воді. Більшість патогенних мікроорганізмів фахівці з очищення води видаляють і дезактивують з питної води, пристосувалися до проживання в тілах теплокровних тварин. Збудники процвітають і виживають у цих середовищах. Поза цими середовищами ці патогени можуть залишатися в стані спокою, поки їх не споживають. Ще більш страшно, деякі хвороби можуть стати причиною смерті. У Сполучених Штатах наша вода, як правило, безпечна для пиття, і ми часто сприймаємо як належне, що включення крана призведе до потоку питної води.

Через обмеження в тестуванні важко вказати наявність специфічних захворювань, що передаються водою, спричинених вірусом, бактеріями та лямбліями. Фахівці з води використовують тести, такі як загальний тест на кишкову паличку, щоб шукати ймовірну наявність захворювань, що передаються водою. Правило обробки поверхневих вод встановлює конкретні вказівки щодо видалення та обробки, щоб забезпечити видалення та інактивацію патогенних організмів.

Суворі правила, встановлені Законом про безпечну питну воду, були створені для забезпечення безпечної споживання питної води громадськості. Щоб питна вода була безпечною для споживання людиною, потрібно 3 видалення та дезактивація колод або 99,9% лямблій лямблій. Для вірусів потрібно 4 журналу або 99,99% видалення і деактивація. Бактерії потрапляють посеред вірусів та лямблій, тому уряд визначив, що не потрібно мати нормативні акти, спеціально регулюючі їх інактивацію та видалення.

Нижче наведено список хвороб і хвороб, що передаються через воду.

Таблиця 7.1: Хвороби та хвороби, що передаються через воду

Бактерії	Внутрішній паразит від найпростіших	Вірус викликав
Сибірська виразка Дизентерія Холера Гастроентерит (шлунковий грип) Лептоспіроз Паратиф Сальмонела Шигеллез (шигелла) Черевний тиф	Дизентерія Аскаридоз (круглий черв'як) Криптоспоридіоз з Криптоспоридію Лямбліоз від лямблій	гастроентерит Аномалії серця Гепатит А менінгіт поліомієліт

призначення дезінфекції

Оператори дезінфікують воду для знищення шкідливих організмів, перерахованих у наведеній вище схемі. Фільтрація використовується для видалення організмів, а дезінфекція вбиває їх або дезактивує. Оператори не стерилізують воду, оскільки стерилізація вб'є все у воді. Процес дезінфекції значною мірою покладається на все, що відбувається нижче за течією в процесі лікування. Коли вода надходить на очисну споруду у вигляді сирої води, хімія цієї води впливає на те, наскільки добре буде працювати конкретний дезінфікуючий засіб на кожному етапі процесу очищення.

Що впливає на дезінфекцію?

Існує кілька характеристик води, які можуть вплинути на лікування. Вода легше дезінфікується при більш високих температурах. При більш низьких температурах може знадобитися більш тривалий час контакту і використовувати більшу кількість хімічної речовини. Більш високі показники каламутності також зменшать дезінфекцію. У розділах раніше було висвітлено, наскільки важливо рано та ефективно видаляти підвішений матеріал. Зайва каламутність зажадає більшої кількості хімікату для правильної дезінфекції водопроводу. Такі хімічні речовини, як хлор, можуть взаємодіяти з органічними та неорганічними речовинами. Здатність хлору взаємодіяти з цими складовими може зменшити або усунути ефективність дезінфікуючих засобів.

Види дезінфікуючих засобів Фізичні

Фізична дезінфекція не широко використовується для обробки питної води в цей час. Ультрафіолетові промені починають застосовуватися більш послідовно, але хімічні засоби дезінфекції все одно повинні використовуватися, оскільки ультрафіолетова дезінфекція не несе залишку дезінфікуючого засобу. Процес дуже дорогий і, таким чином, не використовується великомасштабними операціями лікування в Сполучених Штатах. Інші засоби фізичної дезінфекції включають кип'ятіння та виробництво ультразвукових хвиль. Агентства закликають повідомляти про кип'ячену воду під час надзвичайних ситуацій та при спалаху хвороби, що передається водою, але вона не використовується як основний засіб для дезінфекції питної води.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Зображення EPA знаходиться у відкритому доступі

Види дезінфікуючих хімічних засобів

Існує кілька хімічних дезінфікуючих засобів, доступних у питній воді. Найбільш часто використовується в Сполучених Штатах хлор. Тема хлору буде розглянута більш детально в наступному розділі. Основи будуть розглянуті нижче, а також фон на інших хімічних речовин, доступних. Хімічні речовини будуть розбиті на підкатегорії на основі їх практичного використання в Сполучених Штатах.

Рідкісні

• Йод—Зазвичай використовується для екстреного лікування у вигляді крапель або таблеток. Він не використовується промисловістю очищення води через його вартість та потенційну небезпеку для здоров'я вагітних жінок та можливі проблеми з щитовидною залозою, які можуть розвиватися при частому використанні.
• Бром - Він не використовується водоочисними спорудами, оскільки він дуже їдкий і може спричинити сильні опіки шкіри. Застосовується частіше в якості дезінфікуючого засобу в басейні. Коли він реагує з холіном (загальною поживною речовиною рослин і тварин) у воді, він може створювати дезінфікуючі побічні продукти. Він використовувався ВМС США протягом деякого часу, але більшість систем були видалені через корозійну активність брому.
• Гідроксид натрію та вапно - частіше використовується для стерилізації труб. Вони не використовуються як щоденний дезінфікуючий засіб через гіркий смак, який залишається після нанесення. Гідроксид натрію і вапно частіше використовують для підвищення рН води в системі розподілу після обробки газом-хлором.

Більш поширені

• Діоксид хлору - Використовується як дезінфікуючий засіб для очищення води та окислювач. Він не реагує з аміаком, який є проблемою хлору. Діоксид хлору використовується як дезінфікуючий засіб, але також дуже ефективний для видалення заліза, марганцю, смаку, запаху та кольору з обробленої води. Криптоспоридій стійкий до хлору, але не стійкий до діоксиду хлору. До 70 відсотків діоксиду хлору перетворюється на хлорит, який є регульованим дезінфікуючим побічним продуктом, тому норми дозування при використанні його в якості дезінфікуючого засобу повинні бути нижче 1,4 мг/л Діоксид хлору також повинен бути виготовлений на місці, що вимагає більш високих експлуатаційних та експлуатаційних витрат.
• Озон - озон вперше був використаний в Європі на початку 1900-х років. це сильний дезінфікуючий засіб, який також зменшує проблеми зі смаком і запахом. Недоліком озону є те, що його дуже дорого виробляти, має високі витрати на електроенергію, має обмежену розчинність і не залишає залишку в очищеній воді, оскільки він настільки реактивний. Якщо бромід присутній у воді, озон може вступати в реакцію з ним, утворюючи бромат, небажаний DBP (це питання для SCV Water). Озон дуже ефективний при дезінфекції Cryptosporidium, тому він зазвичай використовується як вторинний дезінфікуючий засіб разом з хлором або хлорамінами.

Найпоширеніші

• Хлор - Найбільш широко використовуваним дезінфікуючим засобом у Сполучених Штатах є вільний хлор. Хлор можна додавати у вигляді газу у вигляді хлорного газу, як тверду речовину у вигляді гіпохлориту кальцію, або у вигляді рідини у вигляді гіпохлориту натрію. Швидше за все, у вас в будинку є пляшка з гіпохлоритом натрію. Ми називаємо його відбілювачем. Використання вільного доступного хлору з роками знизилося через відкриття дезінфікуючих побічних продуктів (ДБП). Ця тема буде розглянута більш детально в наступному розділі.
• Хлораміни - Використання хлорамінів стало більш поширеним в останні роки з метою зменшення ДБП в основному тригалометану (THM). Хлораміни також називають комбінованим хлором, оскільки це поєднання хлору та аміаку. Хлораміни також ефективні для усунення проблем зі смаком та запахом, а залишки довше зберігаються в системі розподілу. Однак дезінфекція хлораміном не така сильна, як хлор, і неправильне додавання аміаку може призвести до надмірної кількості аміаку в очищеній воді, що призводить до нітрифікації.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Зображення olegschedrin0 ліцензовано під CC0

Регламент

Закон про безпечну питну воду (SDWA) є основою всіх правил питної води в Сполучених Штатах. Це парасолька, в якій згодом були створені і введені в дію всі нові правила і правила. SDWA регулює стандарти питної води в Сполучених Штатах разом з її територіями. Ми сприймаємо як належне всі наявні у нас дослідження та технології, що дозволяє нам ніколи не турбуватися про якість нашої питної води. SDWA був прийнятий у 1974 році і встановив четверті стандарти регулювання громадських джерел води. У 1986 році він був змінений, включивши деякі основні принципові визначення:

• Визначені регульовані забруднення та затверджені методи лікування
• Визначено критерії фільтрації питної води
• Визначено критерії знезараження поверхневих і грунтових вод
• Заборонено використання свинцевого матеріалу на об'єктах питного водопостачання

Після великої кризи охорони здоров'я в Мілуокі, штат Вісконсін, були зроблені положення про підтримку програм питної води через програми навчання операторів та сертифікації. Всі суб'єкти, які обслуговують воду для громадськості, повинні були відповідати стандартам програми щодо навчання та сертифікації. У 1999 році уряд дозволив штатам утримувати першість над програмами сертифікації питної води до тих пір, поки федеральні мінімуми були виконані. Такі штати, як Каліфорнія, часто мають більш суворі стандарти, ніж федеральні стандарти.

Правило обробки поверхневих вод

Правило обробки поверхневих вод (SWTR) було прийнято в 1990 році і прагнуло запобігти захворюванням, що передаються водою, з поверхневих джерел води. Системи водопостачання з поверхневих джерел, які сприйнятливі до перенесення вірусів, легіонели та лямблій, повинні дотримуватися нових вимог щодо фільтрації та дезінфекції, відомих як багатобар'єрний підхід. Це правило також вимагало, щоб системи, які використовують підземні води як джерело питної води, повинні дотримуватися стандартів SWTR, якщо їх джерело води може контактувати з поверхневими джерелами води.

Водоочисні споруди повинні були б досягти вимог щодо видалення та дезактивації завдяки спільним зусиллям фільтрації та дезінфекції. Видалення та дезактивація 99,9% лямблій або 3 журналів, а також видалення та дезактивація 99,99% вірусів або 4 журналів був новим стандартом, встановленим. Ця вимога вимірюється шляхом моніторингу комбінованих каламутностей стоків у комбінованих фільтрах та дотримання вимог дезінфекції за допомогою розрахунку КТ. Розрахунок КТ буде розглянуто більш детально в наступному розділі.

Правило підземних вод

Правило підземних вод (GWR) було створено в 2009 році у відповідь на частоту забруднення підземних вод з джерел поверхневих стоків води. Правило вимагає контролю за системами, які не дезінфікують, щоб переконатися, що мікробіологічне забруднення не відбувається. Якщо постачальник підземних вод використовував дезінфекцію, вони повинні задовольнити 99,99% інактивації вірусу так само, як джерела підземних вод.

Загальне правило кишкової палички

Остаточним правилом, яке опосередковано стосується знезараження води, є правило загальної коліформи (TCR), яке було встановлено в 1990 році. Як зазначалося кілька разів у тексті, майже неможливо і, звичайно, занадто дорого перевірити для кожного типу мікробіологічних забруднюючих речовин, які можуть призвести до ризику для здоров'я населення. Натомість TCR використовує процес, заснований на ризиках, який перевіряє «найгірший сценарій». Коліформи ростуть у теплокровних тварин так само, як віруси, бактерії та криптоспоридій. Вони не становлять небезпеки для здоров'я людини, і вони ростуть рясніше, ніж форми мікробіологічних агентів, які принесуть нам шкоду. Якщо у водопостачанні присутні коліформи, є шанс для занепокоєння громадського здоров'я.

У разі позитивного тесту на кишкову паличку, місця відбору проб нижче та вище за течією, а також місце, де відбулася позитивна вибірка, будуть повторно перевірені. Системні карти та плани відбору проб є вимогою TCR. Кількість проб, які бере постачальник води, базується на обслуговуваному населенні. Системи, які збирають менше 40 зразків на місяць, можуть мати лише один позитивний зразок, перш ніж повідомити громадськість про порушення максимального рівня забруднення (MCL). Системи, які збирають більше 40 зразків на місяць, не повинні мати позитивних результатів у більш ніж 5% зразків кишкової палички. Якщо ви працюєте у постачальника води, який бере 50 проб на місяць і мав 3 позитивні зразки, чи дотримуєтесь ви TCR?

\[\begin{align*} 47 ÷ 50 &= 0.94 \times 100 \\[4pt] &= 94\% \end{align*}\]

Таким чином, 6% зразків були позитивними, тому ви б не відповідали) або...

\[\begin{align*} \dfrac{3}{50} &= 0.06 \times 100 \\[4pt] &= 6\% \end{align*}\]

Тому 3 позитиви складають 6% від загальної кількості проб.

Правило дезінфікуючого побічного продукту

Правило дезінфікуючих побічних продуктів (DBPR) було введено для захисту населення від раку, що спричиняє ризики, пов'язані з реакцією дезінфікуючих засобів з органічними та неорганічними речовинами в очищеній питній воді. Дезінфікуючі побічні продукти, такі як тригалометани, класифікуються як леткі органічні сполуки. Етап 1 DBPR встановив максимальні рівні забруднення для декількох ДБП, включаючи:

• Тригалометан (ТТХМ) - 80 мкг/л або 80 ppb
• Галоацитарна кислота (HAA5) - 60 мкг/л або 60 ppb
• Бромат - 10 мкг/л або 10 ppb
• Хлорит - 1,0 проміле

Хоча все разом можна видалити ДБП з очищеної води активованим вугіллям, це дуже дорогий процес лікування і не економічно ефективний для великих очисних операцій. Можливі інші форми дезінфекції, але також спричинить утворення DBP. Утворення хлориту пов'язане з обробкою діоксидом хлору, тоді як бромат пов'язаний з обробкою озоном. Питання утворення DBP стає ще більш проблематичним, оскільки хлорит і бромат часто зустрічаються природним шляхом у вихідній воді.

Етап II DBP Правило посилив правила щодо формування DBP, орієнтуючись на джерела води, які є більш вразливими до формування DBP, і правило також вимагає моніторингу для HaA5s і THM. Кількість відібраних проб і кількість місць відбору проб засновані на чисельності населення, що обслуговується водним агентством. Використання хлорованої води використовується частіше для боротьби з утворенням DBP, але використання хлорамінів замість інших дезінфікуючих засобів має інші ризики, пов'язані з її використанням, які будуть більш детально розглянуті в наступному розділі.

Це посилання на короткий довідковий посібник з EPA з інформацією про правило DBP етапу I та II етапу.

Огляд глави

1. Що таке залишковий хлор?
   1. Хлор, який використовується для дезінфекції
   2. Кількість хлору після задоволення попиту
   3. Кількість хлору, доданого перед дезінфекцією
   4. Плівка залишилася на комплекті DPD для вимірювання залишкового
2. Коли хлор вступає в реакцію з природною органікою у воді, він може створювати ___________.
   1. Дезінфікуючі побічні продукти
   2. Бактерії кишкової палички
   3. Хлороформ
   4. Кальцій
3. Як класифікуються тригаломентани?
   1. Солі
   2. неорганічні сполуки
   3. Летючі органічні сполуки
   4. Радіо
4. Який дезінфікуючий засіб використовується в екстрених цілях і не використовується у водопідготовці?
   1. хлор
   2. Йод
   3. Озон
   4. Діоксид хлору
5. Що таке дезінфікуючий засіб з найменшою вбивчою силою, але який має найтриваліший залишок?
   1. хлор
   2. Озон
   3. Діоксид хлору
   4. хлораміни
6. Діючою речовиною в побутовому відбілювачі є ___________.
   1. Гіпохлорит кальцію
   2. Гідроксид кальцію
   3. Гіпохлорит натрію
   4. Гідроксид натрію
7. Криптоспоридій не стійкий до цієї хімічної речовини:
   1. Озон
   2. Діоксид хлору
   3. хлор
   4. І 1, і 2
8. Вимога щодо видалення та інактивації лямблій є?
   1. 99,9%
   2. 99,99%
   3. 99,00%
   4. 90%
9. Якщо тест на кишкову паличку позитивний, скільки повторних проб потрібно як мінімум?
   1. Жоден
   2. 1
   3. 3
   4. Залежить від тяжкості позитивної проби
10. Ваша водна система приймає 75 тестів на кишкову паличку на місяць. Цього місяця було 6 позитивних зразків. Який відсоток зразків, які випробували позитивно? Чи порушувала ваша система правила?
    1. 3% Так
    2. 5% Ні
    3. 8% Так
    4. 10% Ні