Porównanie metod dezynfekcji wody
Dezynfekcja wody to działanie, którego celem jest skuteczne zniszczenie chrobotwórczych bakterii i wirusów występujących w wodzie. Jakie są najskuteczniejsze sposoby dezynfekcji wody i jak dobrać najlepsze rozwiązanie? Przyglądamy się najpopularniejszym metodom, wskazując mocne i słabe strony każdej z nich.
Dezynfekcja Chlorem (Cl)
Chlor to najczęściej stosowany środek dezynfekujący. Niewątpliwie przyczynia się do tego niska cena dezynfektanta. W ramach profilaktyki czystości wody, zaleca się stałe dozowanie aktywnego chloru w dawce około 5 mg na litr. W przypadku mocno zabrudzonej wody należy przeprowadzić dezynfekcję szokową w dawce około 40 mg/l i utrzymywać to stężenie przez kolejne dwie godziny. Chlor nie wymaga skomplikowanego i precyzyjnego dozowania. Przy wyborze produktów zawierających chlor warto zwrócić uwagę na oznaczenia:
● Cl2 – Chlor (gaz)
● NaClO – Podchloryn sodu (ciecz)
● C3Cl2N3NaO – Dichloroizocyjanuran sodu (ciało stałe)
Skuteczność dezynfekcji chlorem
Skuteczność dezynfekcji chlorem jest silnie uzależniona od pH dezynfekowanej wody.
Po rozpuszczeniu chloru w wodzie powstaje kwas podchlorawy – HClO. Jest to skuteczny środek dezynfekujący i utleniający substancje nieorganiczne oraz organiczne. Roztwór najlepiej działa w zakresie pH 7,2 – 7,8. Przy niższym pH wody uwalnia się chlor gazowy, a przy wyższym następuje rozkład na kationy wodoru i aniony podchlorynowe, które nie posiadają już działania dezynfekującego.
Dezynfekcja chlorem – słabe strony
Dezynfekcja wody chlorem generuje powstawanie toksycznych trihalometanów (THM) i kwasów halooctowych (HAA). Chlor w basenach powoduje również swędzenie skóry, pieczenie oczu oraz typowy nieprzyjemny zapach, który utrzymuje się długo na włosach i ubraniu.
Chlor może powodować swędzenie skóry oraz ma nieprzyjemny zapach.
Główną wadą chloru jest jednak jego niezdolność do skutecznej penetracji biofilmów zalegających w instalacji wodnej. To właśnie w biofilmach przeżywa i namnaża się najwięcej mikroorganizmów. Biofilmy są skoncentrowanymi skupiskami bakterii, które są w stanie wytrzymać dawki chloru nawet powyżej 50 mg / l. Najniebezpieczniejszą z nich jest stosunkowo powszechna bakteria Legionella. W wodzie, w której stwierdzono jej występowanie zdecydowanie lepiej wybrać ozon lub dwutlenek chloru.
Na działanie chloru jest również odpornych stosunkowo duża ilość pierwotniaków, wśród nich m.in.: Cryptosporidium, Cyclospora cayetanensis, Toxoplasma gondii i Naegleria fowleri.
Porównanie metod dezynfekcji wody – Zastosowanie
Środek stosowany jest często do wody basenowej oraz w fazie dezynfekcji przy oczyszczaniu ścieków.
Dezynfekcja ozonem (O3)
Ozon (O3) to najsilniejszy z utleniaczy używanych do dezynfekcji wody. Gwarancja skutecznego efektu jest niezależna od pH dezynfekowanej wody, podobnie jak ma to miejsce w przypadku dwutlenku chloru. Ozon jest gazem niestabilnym i samorzutnie rozkłada się w wodzie do postaci tlenu. Nie może być więc wcześniej magazynowany.
Sposoby wytwarzania ozonu
Ozon może być wytwarzany bezpośrednio w wodzie poprzez elektrolizę, promieniowanie UV lub poprzez wyładowanie w atmosferze czystego tlenu przy użyciu generatora ozonu. Ta ostatnia metoda jest zdecydowanie najpowszechniejsza. Energia wyładowania rozbija niektóre cząsteczki tlenu na tlen atomowy, który następnie łączy się z cząsteczkami tlenu, tworząc trójwartościowe cząsteczki ozonu O3.
Zalety dezynfekcji ozonem
Główną zaletą ozonu jest jego siła. Ozon działa na bakterie i zarodniki około 300 razy skuteczniej niż chlor. Już w małych dawkach eliminuje pasożytnicze pierwotniaki i utlenia substancje organiczne. Ponadto nie wytwarza rakotwórczych trihalometanów (THM), które powstają np. w wyniku utleniania związków organicznych w wodzie przez związki chloru. Do popularności metody ozonowania wody przyczynia się również fakt, że dzięki procesowi mikroflokulacji można uzyskać efekt wyjątkowo czystej i klarownej wody. Substancje organiczne utleniane przez ozon do bardziej polarnych związków, wiążą kationy żelaza i innych związków w efekcie tworząc substancję o niskiej rozpuszczalności, którą można usunąć przez zwykłą filtrację.
Wyjątkowa klarowność wody po dezynfekcji ozonem.
Słabe strony dezynfekcji ozonem
Ozon ma również swoje wady. Związek bardzo szybko się rozkłada. Z tego powodu nie sprawdza się w przypadku rozległych instalacji ponieważ nie dociera do odległych odcinków i zakamarków w sieci. Takie odcinki zwykle wymagają połączenia działania ozonu z innym środkiem dezynfekującym np. dwutlenkiem chloru lub chlorem.
W uzdatnionej wodzie mogą również powstawać niebezpieczne substancje rakotwórcze. Są to organiczne epoksydy, środki alkilujące, a także bromiany. Ozon uwalniany do powietrza jest silnie toksyczny dla ludzi. Wdychanie może spowodować uszkodzenie płuc, krwawienie, a nawet śmierć. Nie bez znaczenia jest również wymagający sposób dozowania oraz wysokie koszty zakupu.
Porównanie metod dezynfekcji wody – Zastosowanie
Idealnym zastosowaniem ozonu podczas dezynfekcji wody jest jej obróbka wstępna, czyli pre-jonizacja. W kolejnej fazie procesu dezynfekcji najlepiej zastosować inne chemikalia z efektami resztkowymi, których brakuje ozonowi. Jako uzupełnienie procesu dezynfekcji sprawdzi na przykład chlor lub dwutlenek chloru.
Dwutlenek chloru (ClO2)
Dwutlenek chloru jako dezynfektant stał się powszechny już w latach 90-tych i od tego czasu coraz częściej zastępuje chlor. Dozowany do wody zimnej i ciepłej, wykazuje bardzo silne działania utleniające. W przeciwieństwie do chloru usuwa również niepożądany zapach i kolor wody. W wysokich stężeniach reaguje gwałtownie z czynnikami redukującymi i jest wybuchowy. Z tych powodów w większości przypadków, podobnie jak ozon, produkowany jest dopiero w miejscu użycia. Przygotowanie dezynfektanta odbywa się w generatorze dwutlenku chloru poprzez reakcję chlorynu sodu NaClO2 z chlorem lub w reakcji z kwasem solnym HCl (częściej).
Zalety stosowania Dwutlenku Chloru
Dwutlenek chloru nie jest aż tak reaktywny jak chlor czy ozon i reaguje tylko z niektórymi substancjami znajdującymi się w wodzie. W rezultacie aby uzyskać aktywny resztkowy środek dezynfekujący, nie potrzeba go dużo. Ze względu na swoją wydajność może być stosowany nawet w przypadku większego zanieczyszczenia organicznego bez tworzenia toksycznych produktów ubocznych, tak jak w przypadku stosowania chloru (THM i HAA).
Do głównych zalet dwutlenku chloru należy zdolność przenikania do biofilmów, które zapewniają ochronę wielu patogenom. Bardzo często jest z powodzeniem stosowany w miejscach, w których wykryto obecność Legionelli. Ma długotrwały efekt rezydualny, dzięki czemu działa bardzo dobrze nawet w odległych częściach systemu. Skuteczność dezynfekcji nie jest uzależniona od pH wody.
Potencjalne zagrożenia
Potencjalnym ryzykiem związanym ze stosowaniem dwutlenku chloru może być wzrost nieorganicznych produktów ubocznych, np. chlorynów (ClO2-) i chloranów (ClO2+). W przypadku wyższych stężeń roztworu należy pamiętać o filtracji, np. w postaci aktywnego węgla, która pomoże usunąć związki chloru z wody.
Porównanie metod dezynfekcji wody – Zastosowanie
Dwutlenek Chloru posiada szerokie możliwości dezynfekcyjne oraz zastosowanie. Środek skutecznie niszczy bakterie, wirusy i pasożyty, wykazując się przy tym dużo większą efektywność niż chlor i ozon. Z tego powodu często używany jest do dezynfekcji wody przeznaczonej do spożycia w ujęciach dla miast i gmin, a także w oczyszczalniach ścieków, szpitalach, hotelach oraz Domach Później Starości. Metodę najczęściej wykorzystuje się do eliminacji bakterii Legionella z obiegów wodnych oraz w dezynfekcji wody w systemach chłodniczych.
Dwutlenek chloru jest również szeroko rozpowszechniony w przemyśle. Używany jest m.in. do dezynfekcji wody procesowej. Szczególną popularność zyskał w przemyśle spożywczym, gdzie używa się go do wybielania mąki oraz dezynfekcji wody płuczącej. Generatory dwutlenku chloru często znajdują również zastosowanie w budynkach komercyjnych lub blokach mieszkalnych, w których chronią instalacje i mieszkańców przed kontaktem z niebezpiecznymi bakteriami w wodzie.
Jonizacja wody jonami Ag i Cu
Ta metoda chemiczna wykorzystuje zdolność metali ciężkich do hamowania wzrostu i namnażania się mikroorganizmów (efekt oligodynamiczny). Już nasi przodkowie, Starożytni Egipcjanie i Rzymianie, byli świadomi niecodziennych właściwości metali, używając miedzi i srebra do leczenia chorób oraz sterylizacji wody. Wiele lat później udowodniono, że srebro wpływa na syntezę enzymów i białek w komórce, a miedź zwiększa przepuszczalność błony komórkowej.
Dla uzyskania optymalnego efektu wymagany jest stosunkowo długi czas kontaktu z wodą (min. 6 godzin). Efekt dezynfekcji jest uzależniony od wartości pH. Jonizacja jako metoda dezynfekcji najlepiej sprawdza się w zakresie pH 6 – 8. Proces warto poprzedzić badaniem wody pod kątem zawartości ciężkich metali Ci u Ag w wodzie.
Słabe strony metody jonizacji
Przy niższych stężeniach jonów biofilmy mogą dostosować się i uodpornić na działania Ag i Cu. Z tego powodu po zakończeniu jonizacji pierwotne skażenie wody szybko wraca do poprzedniego poziomu. Wiele obiektów posiadających rozległe obiegi wody skarży się na obniżenie ilości bakterii Legionelli w wodzie tylko do pewnego poziomu oraz powrót do stanu sprzed dezynfekcji już po kilku miesiącach.
Metoda jonizacji jonami Ag i Cu jest czasochłonna, wymaga ciągłego odpuszczania wody, co jest mało ekonomiczne. W przypadku instalacji metalowych i mieszanych grozi korozją elektrolityczną. Ponadto poddaną dezynfekcji wodę należy poddać odpowiednim badaniom na obecność metali ciężkich, tak aby mieć pewność, że jest bezpieczna dla zdrowia.
Porównanie metod dezynfekcji wody – Zastosowanie
W praktyce chemiczna metoda jonizacji wody jonami srebra i miedzi najczęściej stosowana jest w mniejszych basenach i małych obiegach cyrkulacyjnych. Metoda nie ma szerszego zastosowania w dystrybucji i dezynfekcji wody pitnej oraz w przemyśle.
Dezynfekcja wody promieniami UV
Dezynfekcja wody za pomocą promieniowania ultrafioletowego (UV) od lat znana jest jako sprawdzona metodą uzdatniania wody. Ten typ dezynfekcji stosowano już około 1950 roku, a metoda cieszyła się szczególną popularnością w Austrii i Szwajcarii. Działanie biobójcze promieniowania UV jest znane od momentu naukowego potwierdzenia faktu, że krótkofalowe promieniowanie UV jest odpowiedzialne za degradację mikrobiologiczną.
Promieniowanie UV dzieli się na:
• UV A – długość fali 315 – 400 nm
• UV B – długość fali 280 – 315 nm
• UV C 100 – 280 nm
Dezynfekcja wody promieniami UV
Promieniowanie UV o długości fali 200-300 nm niszczy bakterie i ich zarodki. Najwyższy efekt bakteriobójczy uzyskuje się jednak za pomocą promieniowania UV C , gdzie maksymalna efektywność osiągana jest już przy 253,7 nm. Do emitowania promieniowania UV najczęściej stosuje się lampy kwarcowe wyposażone w żarniki rtęciowe.
Zalety dezynfekcji promieniami UV
Główną zaletą dezynfekcji UV jest to, że ten sposób dezynfekcji nie zmienia składu ani właściwości uzdatnionej wody. Do procesu nie są również potrzebne żadne środki chemiczne. Dezynfekcja następuje natychmiast po włączeniu lampy UV i w przeciwieństwie do niektórych chemicznych środków dezynfekujących jej skuteczność jest zupełnie niezależna od pH wody. Lampy UV wymagają zwykle dużych inwestycji początkowych, ale są potem wygodne w użyciu i niedrogie w eksploatacji.
Wady dezynfekcji promieniami UV
Główną wadą tej metody dezynfekcji jest to, że działa tylko w miejscu napromieniowania. Nie ma więc mowy o efektach rezydualnych. Dezynfekcja kończy się wraz z wyłączeniem lampy UV.W niektórych przypadkach po zastosowaniu promieniowania UV, działanie enzymów może również prowadzić do reaktywacji mikroorganizmów chorobotwórczych, czyli procesu odbudowy komórek uszkodzonych promieniowaniem UV. Dotyczy to w szczególności enterobakterii, paciorkowców, mikrokoków oraz grzybów.
Zakres reaktywacji zależy od różnych czynników takich jak światło, temperatura, pH, zawartość enzymów, obecność substancji organicznych itp. W pewnych, dość ekstremalnych warunkach azotany mogą zostać przekształcone w azotyny, które mogą być niebezpieczne dla ludzi (zwłaszcza niemowląt).
Porównanie metod dezynfekcji wody – Zastosowanie
Dezynfekcja UV jest najbardziej odpowiednia dla przemysłu spożywczego, farmacji i miejsc, w których uzdatniona woda jest natychmiast wykorzystywana. Ten typ dezynfekcji sprawdza się również w hotelach, uzdrowiskach, basenach oraz przy produkcji sztucznego śniegu.
Porównanie metod dezynfekcji wody
Żadna z powyższych metod dezynfekcji wody nie ma uniwersalnego zastosowania we wszystkich warunkach eksploatacyjnych. Wybór musi zawsze odpowiadać indywidualnym wymaganiom oraz sytuacji. Aby zapewnić higieniczne czystą i bezpieczną wodę, wskazane jest wybranie takiej metody dezynfekcji, która zachowa optymalny stosunek stopnia dezynfekcji wody do ryzyka powstawania produktów ubocznych.
Porównanie metod dezynfekcji wody
Każda z prezentowanych metod ma swoje mocne i słabsze strony. Z punktu widzenia ceny, najtańszy jest chlor. Niestety środek nie wyróżnia się efektywnością i jest mocno chemiczny. Dezynfekcja ozonem jest bardzo skuteczna, ale za to dużo droższa i może wytwarzać toksyczne produkty uboczne.
Promieniowanie UV cieszy się popularnością ze względu braku użycia środków chemicznych i jest całkowicie pozbawione efektów ubocznych. Niestety promieniowanie jest całkowicie nieskuteczne w przypadku bakterii i zanieczyszczeń występujących w odległych częściach instalacji wodnej, do których promieniowanie nie dochodzi.
Chemiczna jonizacja wody jonami Ag i Cu jest stosunkowo droga, powoduje korozję elektrolityczną i zagraża zdrowiu ze względu na obecność jonów metali ciężkich. Nie nadaje się także dla obiegów otwartych (woda pitna).
Coraz większą popularność zyskuje natomiast dwutlenek chloru, który doskonale sprawdza się zwłaszcza w przypadku eliminacji bakterii Legionella, występującej głównie w biofilmach oraz w fragmentach instalacji, w których często dochodzi do stagnacji wody. Stosowanie Dwutlenku Chloru polecane jest jako regularna profilaktyka w dbaniu o czystość i higienę instalacji wodnej.