Úprava vody (neboli úprava vody ) je proces odstraňování nežádoucích chemikálií, biologických kontaminantů, nerozpuštěných látek a plynů , které znečišťují sladkou vodu . Konečným výsledkem procesu čištění je pitná voda vhodná pro použití ke konkrétnímu účelu. Podle účelu úpravy vody se používají další pojmy: úprava vody a čištění odpadních vod . Voda je čištěna a dezinfikována nejdůkladněji při přípravě pro lidské použití pro domácí potřeby ( pitná voda ). Kromě toho lze úpravu vody provádět pro jiné účely, které splňují jiné požadavky, například pro lékařské účely nebo pro použití ve farmaceutickém , chemickém nebo jiném průmyslu . Technologický postup používaný k čištění vody obecně zahrnuje fyzikální metody ( filtrace , sedimentace , reverzní osmóza , destilace ), biologické metody (organismy požírající odpadky), chemické metody ( flokulace , iontová výměna , chlorace a využití elektromagnetického záření , jako je ultrafialové záření ).
Podle zprávy Světové zdravotnické organizace nemělo v roce 2007 1,1 miliardy lidí přístup k lepším zdrojům vody a ze 4 miliard případů průjmu bylo 88 % způsobeno závadnou vodou a nedostatečnou hygienou a hygienou . Podle odborníků WHO navíc ročně zemře na průjmová onemocnění 1,8 milionu lidí, z toho v 94 % případů lze rozvoji průjmu zabránit změnou podmínek prostředí, včetně přístupu k nezávadné (čištěné a upravené) vodě [1] .
Použití relativně jednoduchých metod čištění a přípravy pitné vody pro domácí použití, jako je chlorace , používání vodních filtrů, dezinfekce slunečním zářením ( UVR ), jakož i skladování zásob pitné vody v bezpečných nádobách, by mohlo ušetřit každoročně obrovské množství lidských životů [2] . Hlavním cílem zdravotnických organizací v rozvojových zemích je tedy snížit počet úmrtí na nemoci způsobené používáním nekvalitní pitné vody.
První pokusy o filtraci vody byly provedeny v 17. století. Sir Francis Bacon se pokusil odsolit mořskou vodu tím, že ji nechal projít pískovým filtrem. Přestože jeho experiment nebyl úspěšný, nastartoval nový zájem o tuto oblast. Otcové mikroskopie , Anthony van Leeuwenhoek a Robert Hooke , použili nově vynalezený mikroskop k prvnímu pozorování malých hmotných částic, které ležely suspendované ve vodě, čímž položili základ pro budoucí pochopení patogenů přenášených vodou [3] .
První doložené použití pískových filtrů pro čištění vody se datuje do roku 1804, kdy majitel bělidla v Paisley ve Skotsku John Gibb nainstaloval experimentální filtr a prodával svůj nechtěný přebytek veřejnosti [4] . Tato metoda byla během následujících dvou desetiletí zdokonalována inženýry pracujícími pro soukromé vodárenské společnosti a vyvrcholila v první vyčištěné veřejné vodovodní síti na světě, kterou instaloval inženýr James Simpson pro Chelsea Waterworks Company v Londýně v roce 1829 a návrh sítě byl široce rozšířen. kopírován po celé Velké Británii v následujících desetiletích [5] .
Praxe úpravy vody se brzy stala akceptovanou a rozšířenou a přednosti systému byly zcela jasné díky výzkumu lékaře Johna Snowa během vypuknutí cholery na Broad Street v roce 1854 . Snow byl skeptický k tehdy převládající teorii miasmatu , která tvrdila, že nemoci byly způsobeny jedovatým „špatným vzduchem“. Ačkoli teorie choroboplodných zárodků ještě nebyla vyvinuta, Snowova pozorování ho vedlo k odmítnutí převládající teorie. Jeho esej z roku 1855 „O způsobu přenosu cholery“ přesvědčivě demonstroval roli zásobování vodou při šíření epidemie cholery v Soho [6] [7] pomocí tečkované mapy distribuce a statistických důkazů k ilustraci vztahu mezi kvalitou vodních zdrojů a výskyt cholery. Jeho zjištění přesvědčila místní radu, aby vypnula vodní čerpadlo, čímž se epidemie rychle ukončila.
Metropolitan Water Act poprvé zavedl regulaci vodárenských společností v Londýně , včetně minimálních norem kvality vody. Zákon „zajišťoval zásobování metropole čistou a zdravou vodou“ a požadoval, aby veškerá voda byla „účinně filtrována“ od 31. prosince 1855. [8] Následovala legislativa pro povinné testování kvality vody. , včetně komplexních chemických analýz, v roce 1858. Tento zákon vytvořil celosvětový precedens pro podobné zásahy do veřejného zdraví v celé Evropě. Ve stejnou dobu byla vytvořena také Metropolitan Sewers Commission, v celé zemi byla přijata filtrace vody a nad zámkem Teddington byly instalovány nové přívody vody na Temži . Automatické tlakové filtry, ve kterých je voda dodávána pod tlakem přes filtrační systém, byly vynalezeny v roce 1899 v Anglii.
John Snow byl první, kdo úspěšně použil chlór k dezinfekci zásob vody v Soho, což pomohlo rozšířit vypuknutí cholery. William Soper také používal chlorované vápno k čištění odpadních vod produkovaných pacienty s tyfem v roce 1879.
V článku publikovaném v roce 1894 Moritz Traube oficiálně navrhl přidání chloridu vápna ( chlornanu vápenatého ) do vody, aby byla "bez choroboplodných zárodků". Dva další badatelé potvrdili Traubeho závěry a publikovali svou práci v roce 1895 [9] . První pokusy o zavedení chlorace vody v čistírnách odpadních vod byly provedeny v roce 1893 v německém Hamburku a v roce 1897 město Maidstone v Anglii jako první upravilo celou zásobu vody chlórem [10] .
Neustálé chlorování vody začalo v roce 1905, kdy vadný, pomalý pískový filtr a kontaminovaná instalace vedly k vážné epidemii tyfu v Lincolnu v Anglii [11] . Dr. Alexander Cruikshank Houston použil chloraci vody k zastavení epidemie. Jeho instalace dodávala do upravené vody koncentrovaný roztok chloridu vápna. Chlorace vody pomohla zastavit epidemii a jako preventivní opatření pokračovalo chlorování až do roku 1911, kdy byl zaveden nový vodovod [12] .
K prvnímu nepřetržitému použití chlóru ve Spojených státech k dezinfekci došlo v roce 1908 v nádrži Boonton (na řece Rockaway), která sloužila jako zdroj dodávek pro Jersey City , New Jersey [13] . Chlorace bylo dosaženo řízeným přidáváním zředěných roztoků chloridu vápenatého (chlornanu vápenatého) v dávkách od 0,2 do 0,35 ppm. Proces úpravy navrhl Dr. John L. Leal a zařízení na výrobu chlóru navrhl George Warren Fuller [14] . Během několika příštích let byla dezinfekce chlórem pomocí chloridu vápna rychle zavedena do systémů pitné vody po celém světě [15] .
Metodu čištění pitné vody pomocí stlačeného zkapalněného plynného chlóru vyvinul britský indický lékař Vincent B. Nesfield v roce 1903. Jeho účet říkal:
Napadlo mě, že plynný chlor by se dal považovat za vyhovující... kdyby se našly vhodné prostředky pro jeho použití.... Další důležitou otázkou bylo, jak učinit plyn přenosným. Toho lze dosáhnout dvěma způsoby: Zkapalněním a uložením do železných nádob vyložených olovem, které mají trysku s velmi tenkým kapilárním kanálem a jsou vybaveny kohoutkem nebo šroubovacím uzávěrem. Kohoutek se otevře a do válce se nalije požadované množství vody. Chlor bublá a po deseti až patnácti minutách je voda zcela nezávadná. Tato metoda by byla užitečná ve velkém měřítku, stejně jako pro vozíky na užitkovou vodu [16] .
Poprvé to v praxi předvedl v roce 1910 major americké armády Carl Rogers Darnall, profesor chemie na vojenské lékařské fakultě. Krátce nato použil major William L. Leister z armádního lékařského oddělení k úpravě vody roztok chlornanu vápenatého v plátěném sáčku. Po mnoho desetiletí zůstala Listerova metoda standardem pro americkou armádu v terénu a v táborech, implementovaná ve formě známého Lister bag (také psáno Lister bag). Tato práce tvořila základ moderních městských systémů úpravy vody.
Čistá voda má pH blízké 7 (není zásaditá ani kyselá ). Mořská voda může mít hodnoty pH v rozmezí od 7,5 do 8,4 (středně zásadité). Sladká voda může mít široký rozsah hodnot pH v závislosti na geologii povodí nebo vodonosné vrstvy a vlivu vstupů znečišťujících látek ( kyselé deště ). Pokud je voda kyselá (pod 7), lze přidat vápno , sodu nebo hydroxid sodný ke zvýšení pH v procesu čištění vody . Přídavek vápna zvyšuje koncentraci vápenatých iontů, a tím zvyšuje tvrdost vody. U vysoce kyselých vod mohou být odplyňovače s nuceným tahem účinným způsobem, jak zvýšit pH odstraněním rozpuštěného oxidu uhličitého z vody [18] . Výroba alkalické vody napomáhá efektivnímu fungování koagulačních a flokulačních procesů a pomáhá minimalizovat riziko rozpuštění olova z olověných trubek a olověné pájky v potrubních armaturách. Dostatečná alkalita také snižuje korozní odolnost vody vůči železným trubkám. Kyselina ( kyselina uhličitá , kyselina chlorovodíková nebo kyselina sírová ) může být v některých případech přidána do alkalických vod pro snížení pH. Alkalická voda (nad pH 7,0) nutně neznamená, že se ve vodě nerozpustí olovo nebo měď z vodovodního systému. Schopnost vody vysrážet uhličitan vápenatý k ochraně kovových povrchů a snížení možnosti rozpouštění toxických kovů ve vodě závisí na pH, obsahu minerálů, teplotě, zásaditosti a koncentraci vápníku [19] .
Jedním z prvních kroků ve většině tradičních procesů úpravy vody je přidání chemikálií, které pomohou odstranit částice suspendované ve vodě. Částice mohou být anorganické, jako je jíl a bahno, nebo organické, jako jsou řasy , bakterie , viry , prvoci a přírodní organická hmota . Anorganické a organické částice přispívají k zákalu a barvě vody.
Přidání anorganických koagulantů, jako je síran hlinitý (nebo kamenec ) nebo železité soli, jako je chlorid železitý, způsobuje několik simultánních chemických a fyzikálních interakcí na částicích a mezi nimi. Během několika sekund jsou negativní náboje na částicích neutralizovány anorganickými koagulanty. Během několika sekund se také začne tvořit srážení hydroxidu kovu z iontů železa a hliníku. Tyto precipitáty se spojují do větších částic přirozenými procesy, jako je Brownův pohyb a indukované míchání, někdy označované jako flokulace. Hydroxidy amorfních kovů jsou známé jako "hejno". Hrubé amorfní hydroxidy hliníku a trojmocného železa adsorbují a zachycují částice v suspenzi a usnadňují odstranění částic následnými procesy srážení a filtrace [20] .
Hydroxidy hlinité se tvoří v poměrně úzkém rozmezí pH, typicky od 5,5 do 7,7. Hydroxidy železité se mohou tvořit v širším rozmezí pH, včetně úrovní pH nižších, než jaké jsou účinné pro kamenec, typicky 5,0 až 8,5.
V literatuře existuje mnoho debat a zmatků ohledně používání termínů koagulace a flokulace: kde koagulace končí a flokulace začíná? Úpravny vody obvykle používají vysokoenergetický, rychlý proces míchání (doba zdržení v sekundách), kde se přidávají koagulační chemikálie, následovaný flokulačními nádržemi (doby zdržení se pohybují od 15 do 45 minut), kde se při nízkém energetickém vstupu změní velká lopatka nebo jiné měkké míchací zařízení pro zvýšení tvorby vloček. Ve skutečnosti procesy koagulace a flokulace pokračují po přidání koagulantů solí kovů [21] .
Organické polymery byly vyvinuty v 60. letech 20. století jako pomocná koagulační činidla a v některých případech jako náhrada za koagulanty anorganických solí kovů. Syntetické organické polymery jsou vysokomolekulární sloučeniny, které nesou negativní, pozitivní nebo neutrální náboje. Když se organické polymery přidávají do vody s částicemi, vysokomolekulární sloučeniny se adsorbují na povrchu částic a spojují se s jinými částicemi prostřednictvím mezičásticových můstků za vzniku vloček. PolyDADMAC je oblíbený kationtový (kladně nabitý) organický polymer používaný v úpravnách vody [22] .
Voda opouštějící flokulační nádrž může vstupovat do sedimentační nádrže, nazývané také čiřič nebo usazovací nádrž. Jedná se o velkou nádrž s nízkou rychlostí vody, která umožňuje, aby se vločky usazovaly na dně. Sedimentační nádrž je nejlépe umístěna v blízkosti flokulační nádrže, takže tranzit mezi dvěma procesy neumožňuje usazování nebo rozpad vloček. Sedimentární nádrže mohou být obdélníkové, kde voda protéká od konce ke konci, nebo kruhové, kde proudí od středu ven. Odtok sedimentární pánve většinou prochází hrází, takže vytéká jen tenká vrchní vrstva vody - nejvzdálenější od bahna.
V roce 1904 Allen Hazen ukázal, že účinnost procesu usazování závisí na rychlosti usazování částic, průtoku nádrží a povrchové ploše nádrže. Jímky jsou obvykle navrženy pro rychlosti přetečení 0,5 až 1,0 galonu za minutu na čtvereční stopu (nebo 1,25 až 2,5 litrů na metr čtvereční za hodinu). Obecně platí, že účinnost sedimentační nádrže je nezávislá na retenční době nebo hloubce nádrže. I když hloubka bazénu by měla být dostatečná, aby vodní toky nenarušovaly bahno a nepřispívaly k interakci usazených částic. Jak se koncentrace částic v usazené vodě zvyšuje blízko povrchu sedimentu na dně nádrže, může se rychlost sedimentace zvýšit v důsledku kolizí částic a aglomerace. Typická doba zpoždění sedimentace se pohybuje od 1,5 do 4 hodin a hloubka pánve je od 10 do 15 stop (3 až 4,5 metrů) [20] [21] [22] .
K tradičním čističkám lze přidat šikmé ploché desky nebo trubky, aby se zlepšil výkon odstraňování částic. Nakloněné desky a trubky dramaticky zvětšují povrchovou plochu dostupnou pro odstranění částic, v souladu s původní Hazenovou teorií. Plocha zemského povrchu, kterou zabírá sedimentární pánev s nakloněnými deskami nebo trubkami, může být mnohem menší než v konvenční sedimentární pánvi.
Skladování a likvidace kalůKdyž se částice usazují na dně jímky, tvoří se na dně nádrže vrstva kalu , který je nutné odstranit a zpracovat. Množství vytvořeného kalu je značné, často 3 až 5 procent z celkového objemu vody, která se má čistit. Náklady na zpracování a likvidaci kalů mohou ovlivnit provozní náklady úpravny vody. Jímku je možné vybavit mechanickými čisticími zařízeními, které průběžně čistí dno jímky, nebo je možné bazén periodicky vyřadit z provozu a ručně čistit.
Vločkovací čističePodkategorií sedimentace je odstraňování pevných látek zachycením suspendovaných vloček v loži, když je voda tlačena nahoru. Hlavní výhodou flokulantů čiřičů je, že zabírají méně místa než konvenční čiřiče. Nevýhody spočívají v tom, že účinnost odstraňování částic se může značně lišit v závislosti na změně kvality přiváděné vody a průtoku přiváděné vody.
Když se částice, které mají být odstraněny, snadno neusazují z roztoku, často se používá flotace rozpuštěným vzduchem (DAF). Po koagulačních a flokulačních procesech voda vstupuje do nádrží DAF, kde vzduchové difuzory na dně nádrže vytvářejí malé bublinky, které se přichytí k vločkám a tvoří plovoucí hmotu koncentrovaných vloček. Plovoucí pokrývka vloček je odstraněna z hladiny a vyčištěná voda je odváděna ze dna nádrže DAF. Vodní zdroje, které jsou zvláště citlivé na květy jednobuněčných řas, stejně jako zdroje s nízkým zákalem a vysokým zabarvením, často používají DAF.
Po oddělení většiny vloček se voda v posledním kroku filtruje k odstranění zbývajících suspendovaných částic a neusazených vloček.
Rychlé pískové filtryNejběžnějším typem filtru je rychlý pískový filtr. Voda se pohybuje vertikálně pískem, který má často nad pískem vrstvu aktivního uhlí nebo antracitového uhlí . Vrchní vrstva odstraňuje organické sloučeniny, které přispívají k chuti a vůni. Prostor mezi částicemi písku je větší než nejmenší suspendované částice, takže jednoduchá filtrace nestačí. Většina částic projde povrchovými vrstvami, ale zachytí se v pórech nebo se přilepí na částice písku. Účinná filtrace zasahuje do hloubky filtru. Tato vlastnost filtru je klíčová pro jeho fungování: pokud by vrchní vrstva písku blokovala všechny částice, filtr by se rychle ucpal [23] .
K čištění filtru je voda rychle vytlačována nahoru přes filtr v opačném směru, než je normální směr (tzv. zpětné proplachování), aby se odstranily vložené nebo nežádoucí částice. Před tímto krokem může být stlačený vzduch profouknut spodní částí filtru, aby se rozbilo sbalené filtrační médium, což napomohlo procesu zpětného proplachu; tomu se říká čištění vzduchu. Tato kontaminovaná voda může být odstraněna spolu s kalem z jímky nebo recyklována smícháním se surovou vodou vstupující do závodu, i když je to často považováno za špatný postup, protože do surové vody znovu zavádí zvýšenou koncentraci bakterií.
Některé čistírny odpadních vod používají tlakové filtry. Pracují na stejném principu jako rychlé gravitační filtry, liší se tím, že filtrační médium je uzavřeno v ocelové nádobě a pod tlakem je skrz něj protlačována voda.
výhody:
Pomalé pískové filtry lze použít tam, kde je dostatek půdy a prostoru, protože voda filtry protéká velmi pomalu. Tyto filtry se při své činnosti spoléhají spíše na procesy biologického čištění než na fyzickou filtraci. Jsou pečlivě postaveny s použitím stupňovitých vrstev písku, s nejhrubším pískem spolu s trochou štěrku na dně a nejjemnějším pískem nahoře. Odtoky na základně odvádějí vyčištěnou vodu pro dezinfekci. Filtrace závisí na vytvoření tenké biologické vrstvy zvané zoogleální vrstva na povrchu filtru. Účinný pomalý pískový filtr může zůstat v provozu po mnoho týdnů nebo dokonce měsíců, pokud je předúprava dobře navržena a produkuje vodu s velmi nízkými dostupnými úrovněmi živin, kterých fyzikální úpravy jen zřídka dosahují. Velmi nízké hladiny živin umožňují, aby voda bezpečně procházela distribučními systémy s velmi nízkým obsahem dezinfekčních prostředků, čímž se snižuje obtěžování spotřebitelů agresivními hladinami chlóru a chlórových vedlejších produktů. Pomalé pískové filtry se neproplachují zpět; jsou udržovány tím, že se seškrabává horní vrstva písku, když je tok nakonec zablokován biologickým růstem [24] .
Specifickou „velkoplošnou“ formou pomalého pískového filtru je proces břehové filtrace, který využívá přírodní sediment na břehu řeky k zajištění prvního stupně filtrace znečišťujících látek. Ačkoli obecně není dostatečně čistá pro přímé použití jako pitná voda, voda získaná z vhodných těžebních vrtů je mnohem méně problematická než říční voda odebraná přímo z řeky.
Membránová filtraceMembránové filtry se široce používají k filtraci pitné i odpadní vody . U pitné vody mohou membránové filtry odstranit prakticky všechny částice větší než 0,2 µm, včetně Giardia a Cryptosporidium . Membránové filtry jsou účinnou formou terciárního čištění, když je třeba vodu znovu použít pro průmysl, pro omezené domácí účely nebo před vypuštěním do řeky, kterou využívají města po proudu. Jsou široce používány v průmyslu, zejména pro přípravu nápojů (včetně balené vody ). Žádné množství filtrace však nemůže odstranit látky, které jsou skutečně rozpuštěné ve vodě, jako jsou fosfáty , dusičnany a ionty těžkých kovů .
Ultrafiltrační membrány používají polymerní membrány s chemicky vytvořenými mikroskopickými póry, které lze použít k filtraci rozpuštěných látek a přitom se vyhnout použití koagulantů. Typ membránového média určuje, jaký tlak je potřeba k průchodu vody a jaké velikosti mikroorganismů lze odfiltrovat.
Iontová výměna [25] : Systémy iontové výměny využívají k náhradě nežádoucích iontů kolony s iontoměničovou pryskyřicí nebo zeolitem . Nejčastějším případem je změkčování vody, které spočívá v odstranění iontů Ca2+ a Mg2+ a jejich nahrazení benigními (mýdlovými) ionty Na+ nebo K+ . Iontoměničové pryskyřice se také používají k odstranění toxických iontů, jako jsou dusitany , olovo , rtuť , arsen a mnoho dalších.
Srážkové změkčování: Tvrdá voda (s vysokým obsahem iontů vápníku a hořčíku) je ošetřena vápnem ( oxid vápenatý ) a/nebo sodou ( uhličitan sodný ), aby se z roztoku vysrážel uhličitan vápenatý pomocí běžného iontového efektu.
Elektrodeionizace [25] : Voda prochází mezi kladnou a zápornou elektrodou . Iontoměničové membrány umožňují migraci pouze kladných iontů z vyčištěné vody na zápornou elektrodu a pouze záporných iontů na kladnou elektrodu. Vysoce čistá deionizovaná voda se vyrábí kontinuálně, podobně jako při iontové výměně. Úplné odstranění iontů z vody je možné za správných podmínek. Voda je obvykle předupravena pomocí zařízení s reverzní osmózou (RO), aby se odstranily neiontové organické kontaminanty a membrány pro přenos plynu pro odstranění oxidu uhličitého. Rekuperace vody 99 % je možná, pokud je proud koncentrátu přiváděn do vstupu RO.
Dezinfekce se provádí jak filtrací škodlivých mikroorganismů, tak přidáním dezinfekčních chemikálií. Voda se dezinfikuje, aby se zabily všechny patogeny , které projdou filtry, a aby se poskytla zbytková dávka dezinfekčního prostředku k usmrcení nebo inaktivaci potenciálně škodlivých mikroorganismů ve skladovacích a distribučních systémech. Mezi potenciální patogeny patří viry , bakterie včetně Salmonella , Cholera , Campylobacter a Shigella a prvoci včetně Giardia a dalších kryptosporidií . Po podání jakéhokoli chemického dezinfekčního prostředku je voda obvykle uchovávána v dočasném skladu – často nazývaném kontaktní nádrž nebo čirá studna – aby bylo možné dokončit dezinfekční účinek.
Dezinfekce chlóremNejběžnější metoda dezinfekce zahrnuje nějakou formu chloru nebo jeho sloučenin, jako je chloramin nebo oxid chloričitý . Chlór je silné oxidační činidlo , které rychle zabíjí mnoho škodlivých mikroorganismů. Vzhledem k tomu, že chlor je toxický plyn, existuje riziko úniku spojené s jeho použitím. Tomuto problému se lze vyhnout pomocí chlornanu sodného , což je relativně levné řešení používané v bělidlech pro domácnost, které po rozpuštění ve vodě uvolňuje volný chlór. Roztoky chlóru lze získat na místě elektrolýzou roztoků kuchyňské soli. Pevná forma, chlornan vápenatý , uvolňuje chlór při kontaktu s vodou. Manipulace s pevnými látkami však vyžaduje konvenčnější lidský kontakt prostřednictvím otevírání sáčku a nalévání než použití plynových lahví nebo bělidla, které se snadněji automatizují. Výroba kapalného chlornanu sodného je levná a také bezpečnější než použití plynného nebo pevného chloru. Hladiny chlóru do 4 miligramů na litr (4 části na milion) jsou v pitné vodě považovány za bezpečné [26] .
Všechny formy chloru jsou široce používány navzdory svým nevýhodám. Jednou nevýhodou je, že chlor z jakéhokoli zdroje reaguje s přírodními organickými sloučeninami ve vodě a vytváří potenciálně škodlivé chemické vedlejší produkty. Tyto vedlejší produkty, trihalometany (THM) a kyseliny halooctové (HAA), jsou ve velkém množství karcinogenní a jsou regulovány Agenturou pro ochranu životního prostředí USA (EPA) a Inspektorátem pitné vody ve Spojeném království. Tvorbu THM a halogenoctových kyselin lze minimalizovat účinným odstraněním co největšího množství organické hmoty z vody před přidáním chlóru. Zatímco chlór je účinný při zabíjení bakterií, má omezenou účinnost proti patogenním prvokům, které tvoří cysty ve vodě, jako jsou Giardia a cryptosporidium.
Dezinfekce oxidem chloričitýmOxid chloričitý je rychleji působící dezinfekční prostředek než elementární chlór . Používá se poměrně zřídka, protože v některých případech může tvořit nadměrné množství chloritanu, což je vedlejší produkt regulovaný na nízké přijatelné úrovně ve Spojených státech. Oxid chloričitý může být dodáván jako vodný roztok a přidáván do vody, aby se předešlo problémům s manipulací s plynem; nahromaděný plynný chlordioxid může samovolně explodovat.
ChloracePoužívání chloraminu jako dezinfekčního prostředku je stále běžnější. Chloramin sice není tak silné oxidační činidlo, ale poskytuje delší zbytek než volný chlor díky svému nižšímu redoxnímu potenciálu ve srovnání s volným chlorem. Také snadno netvoří THM nebo halooctové kyseliny (vedlejší produkty dezinfekce).
Je možné převést chlor na chloramin přidáním amoniaku do vody po přidání chloru. Chlor a čpavek reagují za vzniku chloraminu. Vodní rozvody dezinfikované chloraminy mohou projít nitrifikací , protože čpavek je živinou pro růst bakterií a jako vedlejší produkt se tvoří dusičnany.
Dezinfekce ozonemOzón je nestabilní molekula, která snadno daruje jeden atom kyslíku a poskytuje silné oxidační činidlo, které je toxické pro většinu vodních organismů. Je to velmi silný širokospektrální dezinfekční prostředek, který je široce používán v Evropě a v několika obcích ve Spojených státech a Kanadě. Dezinfekce ozónem neboli ozonizace je účinná metoda pro inaktivaci škodlivých cystotvorných prvoků. Působí dobře i proti téměř všem ostatním patogenům [27] . Ozón se tvoří, když kyslík prochází ultrafialovým světlem nebo „studeným“ elektrickým výbojem.
Chcete-li použít ozón jako dezinfekční prostředek, musí být vytvořen na místě a přidán do vody kontaktem s bublinkami. Některé z výhod ozonu zahrnují produkci menšího množství nebezpečných vedlejších produktů a absenci problémů s chutí a zápachem (ve srovnání s chlorací ). Ve vodě nezůstal žádný zbytkový ozón. V nepřítomnosti zbytkového dezinfekčního prostředku ve vodě lze do distribučního systému přidat chlór nebo chloramin, aby se odstranily případné patogeny v distribučním potrubí.
Ozon se v závodech na pitnou vodu používá od roku 1906, kdy byla v Nice ve Francii postavena první komerční ozonizační stanice . Ozón byl prohlášen za bezpečný Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv USA a používá se jako antimikrobiální činidlo při manipulaci s potravinami, skladování a zpracování. Zatímco však ozonizací vzniká méně vedlejších produktů, bylo zjištěno, že ozón reaguje s bromidovými ionty ve vodě za vzniku koncentrací domnělého karcinogen bromičnanu . Bromid lze nalézt ve sladké vodě v dostatečných koncentracích k produkci (po ozonizaci) více než 10 dílů na miliardu (ppb) bromičnanu, což je maximální úroveň znečištění stanovená USEPA [28] . Dezinfekce ozonem je také energeticky náročná.
UV dezinfekceUltrafialové světlo (UV) je velmi účinné při inaktivaci cyst ve vodě s nízkým zákalem. Účinnost dekontaminace ultrafialovým světlem se snižuje se zvyšujícím se zákalem v důsledku absorpce , rozptylu a zastínění způsobeného nerozpuštěnými látkami. Hlavní nevýhodou použití UV záření je, že stejně jako ošetření ozonem nezanechává ve vodě žádné zbytky dezinfekčního prostředku; proto je někdy nutné přidat zbytkový dezinfekční prostředek po procesu primární dezinfekce. To se často provádí přidáním chloraminů, diskutovaných výše jako hlavního dezinfekčního prostředku. Při použití tímto způsobem poskytují chloraminy účinný zbytkový dezinfekční prostředek s velmi malým počtem negativních účinků chlorace.
Více než 2 miliony lidí ve 28 rozvojových zemích denně používají sluneční dezinfekci k čištění pitné vody [29] .
Ionizující zářeníStejně jako UV se ke sterilizaci vody používá ionizující záření (rentgenové, gama a elektronové).
Bromace a jodaceJako dezinfekční prostředky lze použít i brom a jód . Chlór ve vodě je však jako dezinfekční prostředek proti E. coli více než třikrát účinnější než ekvivalentní koncentrace bromu a více než šestkrát účinnější než ekvivalentní koncentrace jódu [30] . Jód se běžně používá k čištění přenosných vod, zatímco brom se používá jako dezinfekční prostředek pro bazény.
Pro dezinfekci a ošetření v nouzových situacích nebo na vzdálených místech jsou k dispozici přenosná zařízení a metody na čištění vody. Dezinfekce je hlavním cílem, protože estetická hlediska jako chuť, vůně, vzhled a stopy chemické kontaminace neovlivňují krátkodobou bezpečnost pitné vody.
Níže jsou uvedeny další oblíbené metody úpravy vody, zejména pro místní soukromé zdroje. V některých zemích se některé z těchto metod používají také pro rozsáhlé komunální dodávky. Zvláště důležité jsou destilace (odsolování mořské vody) a reverzní osmóza.
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|