A vízkezelés (vagy vízkezelés ) a nem kívánt vegyszerek, biológiai szennyeződések, lebegő szilárd anyagok és gázok eltávolításának folyamata, amelyek az édesvizet szennyezik . A tisztítási folyamat végeredménye egy meghatározott célra felhasználható ivóvíz . A vízkezelés céljától függően más kifejezéseket használnak: vízkezelés és szennyvízkezelés . A víz tisztítása és fertőtlenítése a legpontosabban a háztartási felhasználásra ( ivóvíz ) készül. Ezenkívül a vízkezelést más célokra is lehet végezni, amelyek más követelményeknek is megfelelnek, például gyógyászati célokra vagy gyógyszer- , vegyiparban vagy más iparágakban történő felhasználásra . Általában a víz tisztítására használt technológiai eljárás magában foglalja a fizikai módszereket ( szűrés , ülepítés , fordított ozmózis , desztilláció ), biológiai módszereket (szemetevő szervezetek), kémiai módszereket ( pelyhesítés , ioncsere , klórozás , elektromágneses sugárzás alkalmazása ) , például ultraibolya sugárzás ).
Az Egészségügyi Világszervezet jelentése szerint 2007-ben 1,1 milliárd ember nem férhetett hozzá javított vízforrásokhoz , és a 4 milliárd hasmenés 88%-át a nem biztonságos víz, valamint a nem megfelelő higiénia és higiénia okozta . Emellett a WHO szakértői szerint évente 1,8 millió ember hal meg hasmenéses megbetegedésekben, ebből az esetek 94%-ában a hasmenés kialakulása megelőzhető a környezeti feltételek megváltoztatásával, beleértve a biztonságos (tisztított és előkészített) vízhez való hozzáférést [1] .
A háztartási ivóvíz tisztításának és elkészítésének viszonylag egyszerű módszereinek alkalmazása, mint például a klórozás , a vízszűrők használata, a napfény általi fertőtlenítés ( UVR ), valamint az ivóvízkészlet biztonságos tartályokban való tárolása megtakaríthatná a lakosságot. évente hatalmas számú emberélet [2] . Így a fejlődő országok egészségügyi szervezeteinek fő célja az , hogy csökkentsék a rossz minőségű ivóvíz használata által okozott betegségekben elhunytak számát.
A vízszűréssel kapcsolatos első kísérleteket a 17. században végezték. Sir Francis Bacon megpróbálta sótalanítani a tengervizet egy homokszűrőn átvezetve. Bár kísérlete nem járt sikerrel, új érdeklődést kezdett el ezen a területen. A mikroszkópia atyái , Anthony van Leeuwenhoek és Robert Hooke az újonnan feltalált mikroszkóp segítségével először figyelték meg a vízben lebegő kis anyagrészecskéket, megalapozva ezzel a vízben terjedő kórokozók jövőbeli megértését [3] .
A homokszűrők első dokumentált felhasználása víztisztításra 1804-re nyúlik vissza, amikor a skóciai Paisley -ben egy fehérítőgép tulajdonosa , John Gibb kísérleti szűrőt szerelt fel, és eladta a nyilvánosságnak nem kívánt feleslegét [4] . Ezt a módszert a következő két évtizedben a magánvízszolgáltatóknál dolgozó mérnökök tökéletesítették, és a világ első tisztított nyilvános vízellátásában csúcsosodott ki, amelyet James Simpson mérnök telepített a londoni Chelsea Waterworks Company számára 1829-ben, és a hálózat tervezése széles körben zajlott. a következő évtizedekben egész Nagy-Britanniában másolták [5] .
A vízkezelés gyakorlata hamarosan elfogadottá és széles körben elterjedtté vált, és a rendszer érdemeit John Snow orvos kutatásai világossá tették az 1854-es Broad Street kolerajárvány idején . Snow szkeptikus volt az akkor domináns miazma elmélettel szemben, amely szerint a betegségeket a mérgező "rossz levegő" okozza. Bár a betegségek csíraelméletét még nem dolgozták ki, Snow megfigyelései arra késztették, hogy elutasítsa az uralkodó elméletet. 1855-ben írt, „A kolera terjedésének módjáról” című esszéje meggyőzően demonstrálta a vízellátás szerepét a Soho -i kolerajárvány terjedésében [6] [7] egy pontozott elterjedési térkép és statisztikai bizonyítékok segítségével, amelyek illusztrálják a vízforrások minősége és a vízforrások minősége közötti kapcsolatot. kolera előfordulása. Eredményei meggyőzték a helyi tanácsot, hogy kapcsolják ki a vízszivattyút, gyorsan véget vetve a járványnak.
A Metropolitan Water Act először Londonban vezette be a víztársaságok szabályozását , beleértve a minimális vízminőségi előírásokat. A törvény "biztosította a Metropolisz tiszta és egészséges vízellátását", és előírta, hogy 1855. december 31-től minden vizet "hatékonyan szűrjenek". [8] Ezt követte a vízminőség kötelező vizsgálatára vonatkozó jogszabály. Ez a törvény világméretű precedenst teremtett hasonló közegészségügyi beavatkozásokra Európa-szerte. Ezzel egy időben megalakult a Fővárosi Csatornázási Bizottság is, országszerte bevezették a vízszűrést, a Temzén pedig új víznyelőket telepítettek a Teddington-zsilip fölé . 1899-ben Angliában találták fel az automatikus nyomószűrőket, amelyekben a vizet nyomás alatt szállítják egy szűrőrendszeren keresztül.
John Snow volt az első, aki sikeresen használt klórt a vízkészletek fertőtlenítésére Sohóban, ami elősegítette a kolerajárvány terjedését. William Soper 1879-ben klórmeszet is használt a tífuszos betegek által termelt szennyvíz kezelésére .
Egy 1894-ben megjelent cikkében Moritz Traube hivatalosan javasolta mész-klorid ( kalcium-hipoklorit ) hozzáadását a vízhez, hogy az "csíramentes legyen". Két másik kutató megerősítette Traube következtetéseit, és 1895-ben publikálták munkájukat [9] . Az első kísérletek a szennyvíztisztító telepeken történő vízklórozás bevezetésére 1893-ban a németországi Hamburgban történtek , 1897-ben pedig az angliai Maidstone városa volt az első, amely teljes vízkészletét klórral kezelte [10] .
A víz folyamatos klórozása 1905-ben kezdődött, amikor egy hibás, lassú homokszűrő és a szennyezett vízvezeték súlyos tífuszjárványhoz vezetett az angliai Lincolnban [11] . Dr. Alexander Cruikshank Houston vízklórozást használt a járvány megállítására. Berendezése tömény mész-klorid oldatot juttatott a kezelt vízhez. A víz klórozása segített megállítani a járványt, és elővigyázatosságból a klórozás egészen 1911-ig folytatódott, amikor is új vízellátást vezettek be [12] .
A klór első folyamatos felhasználása fertőtlenítésre az Egyesült Államokban 1908-ban történt a Boonton víztározóban (a Rockaway folyón), amely Jersey City ( New Jersey állam ) ellátási forrásaként szolgált [13] . A klórozást híg mész-klorid (kalcium-hipoklorit) oldatok szabályozott hozzáadásával érték el 0,2-0,35 ppm dózisban. A kezelési eljárást Dr. John L. Leal, a klórművet pedig George Warren Fuller tervezte [14] . Az elkövetkező néhány évben világszerte gyorsan bevezették az ivóvízrendszerekbe a mészkloridos klóros fertőtlenítést [15] .
Az ivóvíz sűrített cseppfolyósított klórgázzal történő tisztításának módszerét Vincent B. Nesfield brit indiai orvostiszt dolgozta ki 1903-ban. A beszámolója így szólt:
Eszembe jutott, hogy a klórgáz kielégítőnek tekinthető... ha megfelelő eszközöket találnak a felhasználására.... A következő fontos kérdés az volt, hogyan tegyük hordozhatóvá a gázt. Ezt kétféleképpen lehet megtenni: cseppfolyósítással és ólommal bélelt, nagyon vékony kapilláriscsatornás, csappal vagy csavaros kupakkal ellátott vasedényekben való tárolással. A csapot kinyitják, és a szükséges mennyiségű vizet helyezik a hengerbe. Klórbuborékok, és tíz-tizenöt perc elteltével a víz teljesen biztonságos. Ez a módszer nagy léptékben, valamint szervizvízkocsiknál is hasznos lenne [16] .
Az amerikai hadsereg őrnagya, Carl Rogers Darnall, a Katonai Orvostudományi Iskola kémiaprofesszora ezt először 1910-ben mutatta be a gyakorlatban. Nem sokkal ezután William L. Leister őrnagy, a hadsereg egészségügyi osztályától kalcium-hipoklorit oldatot használt vászonzacskóban a víz kezelésére. Hosszú évtizedekig a Lister-módszer maradt a szabvány az amerikai hadseregben a terepen és a táborokban, amelyet az ismerős Lister táska (más néven Lister táska) formájában valósítottak meg. Ez a munka képezte a modern városi vízkezelő rendszerek alapját.
A tiszta víz pH-értéke közel 7 (nem lúgos és nem savas ). A tengervíz pH-értéke 7,5 és 8,4 között lehet (mérsékelten lúgos). Az édesvíz pH-értéke széles tartományban lehet, a vízgyűjtő vagy a víztartó geológiájától és a szennyezőanyag-bevitel ( savas eső ) hatásától függően. Ha a víz savas (7 alatti), akkor mész , szóda vagy nátrium-hidroxid hozzáadható a pH-érték növeléséhez a víztisztítási folyamat során . A mész hozzáadása növeli a kalciumionok koncentrációját, ezáltal növeli a víz keménységét. Erősen savas vizek esetén a kényszerhuzatú gáztalanítók hatékony módszert jelenthetnek a pH emelésére az oldott szén-dioxid vízből való eltávolításával [18] . A lúgos víz előállítása elősegíti a koagulációs és pelyhesedési folyamatok hatékony működését , és minimalizálja az ólom kioldódásának kockázatát az ólomcsövekből és a csőszerelvényekben lévő ólomforraszból. A megfelelő lúgosság csökkenti a víz korrózióállóságát is a vascsövekkel szemben. Bizonyos esetekben savat ( szénsavat , sósavat vagy kénsavat ) adhatunk a lúgos vizekhez a pH csökkentése érdekében. A lúgos víz (pH 7,0 felett) nem feltétlenül jelenti azt, hogy a vízvezetékrendszerből származó ólom vagy réz nem oldódik fel a vízben. A víz azon képessége, hogy kalcium-karbonátot tud kicsapni a fémfelületek védelmére, és csökkenti a mérgező fémek vízben való oldódásának esélyét, a pH-tól, ásványianyag-tartalomtól, hőmérséklettől, lúgosságtól és kalciumkoncentrációtól függ [19] .
A legtöbb hagyományos vízkezelési eljárás egyik első lépése a vegyszerek hozzáadása a vízben lebegő részecskék eltávolításához. A részecskék lehetnek szervetlenek, például agyag és iszap, vagy szervesek, például algák , baktériumok , vírusok , protozoonok és természetes szerves anyagok . A szervetlen és szerves részecskék hozzájárulnak a víz zavarosságához és színéhez.
Szervetlen koagulánsok, például alumínium-szulfát (vagy timsó ) vagy vas(III)-sók, például vas(III)-klorid hozzáadása több egyidejű kémiai és fizikai kölcsönhatást okoz a részecskéken és azok között. Néhány másodpercen belül a részecskék negatív töltéseit a szervetlen koagulánsok semlegesítik. Emellett néhány másodpercen belül elkezdődik a fém-hidroxid kiválása a vas- és alumíniumionokból. Ezek a csapadékok nagyobb részecskévé egyesülnek olyan természetes folyamatok révén, mint a Brown-mozgás és az indukált keveredés, amelyet néha flokkulációnak is neveznek. Az amorf fém-hidroxidok "nyájka" néven ismertek. A durva amorf alumínium- és vas(III)-hidroxidok adszorbeálják és összegabalyítják a részecskéket a szuszpenzióban, és megkönnyítik a részecskék eltávolítását az ezt követő kicsapási és szűrési folyamatokkal [20] .
Az alumínium-hidroxidok meglehetősen szűk pH-tartományban képződnek, jellemzően 5,5 és 7,7 között. A vas(III)-hidroxidok szélesebb pH-tartományban képződhetnek, beleértve a timsónál hatásos pH-értékeket is, jellemzően 5,0-8,5.
A szakirodalomban sok vita és zűrzavar van a koaguláció és a pelyhesedés kifejezések használatával kapcsolatban: hol végződik a koaguláció és hol kezdődik a pelyhesedés? A víztisztító berendezések általában nagy energiájú, gyors keverési eljárást alkalmaznak (tartási idő másodpercben), ahol koaguláló vegyszereket adnak hozzá, majd flokkulációs tartályokat (a tartási idő 15 és 45 perc között van), ahol az alacsony energiabevitel nagy lapátokat vagy más puhává varázsol. keverőeszközök a pelyhek képződésének fokozására. Valójában a koagulációs és flokkulációs folyamatok a fémsók koagulánsainak hozzáadása után is folytatódnak [21] .
A szerves polimereket az 1960-as években fejlesztették ki koaguláló segédanyagként, és bizonyos esetekben a szervetlen fémsó koagulánsok helyettesítésére. A szintetikus szerves polimerek nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek negatív, pozitív vagy semleges töltést hordoznak. Ha szerves polimereket részecskékkel adunk a vízhez, a nagy molekulatömegű vegyületek adszorbeálódnak a részecskék felületén, és részecskék közötti hidakon keresztül egyesülnek más részecskékkel, pelyheket képezve. A PolyDADMAC egy népszerű kationos (pozitív töltésű) szerves polimer, amelyet víztisztító telepeken használnak [22] .
A flokkulációs medencéből kilépő víz bejuthat egy ülepítőmedencébe, amelyet derítő- vagy ülepítőmedencének is neveznek. Ez egy nagy tartály alacsony vízsebességgel, amely lehetővé teszi a pelyhek leülepedését az aljára. Az ülepítőmedence legjobban a pelyhesítő medence közelében helyezkedik el, így a két folyamat közötti tranzit nem teszi lehetővé a pelyhek leülepedését, felbomlását. Az üledékes medencék lehetnek téglalap alakúak, ahol a víz a végétől a végéig folyik, vagy kör alakúak, ahol az áramlás a középpontból kifelé folyik. Az üledékes medence kifolyása általában a gáton halad át, így csak egy vékony felső vízréteg jön ki - a legtávolabb az iszaptól.
1904-ben Allen Hazen kimutatta, hogy az ülepítési folyamat hatékonysága a részecskék ülepedési sebességétől, a tartályon átáramló áramlástól és a tartály felületétől függ. Az aknákat jellemzően 0,5-1,0 gallon/perc/négyzetláb (vagy 1,25-2,5 liter/négyzetméter/óra) túlfolyási sebességre tervezték. Általános szabály, hogy az ülepítő medence hatékonysága független a retenciós időtől vagy a medence mélységétől. Bár a medence mélységének elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy a vízáramlás ne zavarja az iszapot, és ne járuljon hozzá a leülepedett részecskék kölcsönhatásához. Mivel az ülepedett vízben a részecskék koncentrációja az üledék felszíne közelében, a tartály alján növekszik, a részecskék ütközésének és agglomerációjának következtében az ülepedési sebesség megnőhet. Az ülepedés tipikus késleltetési ideje 1,5-4 óra, a medence mélysége pedig 3-4,5 méter [20] [21] [22] .
A hagyományos derítőkhöz ferde lapos lemezeket vagy csöveket lehet hozzáadni a részecskeeltávolítási teljesítmény javítása érdekében. A ferde lemezek és csövek drámaian megnövelik a részecskeeltávolításhoz rendelkezésre álló felületet, összhangban Hazen eredeti elméletével. A ferde lemezekkel vagy csövekkel rendelkező üledékes medence által elfoglalt terület sokkal kisebb lehet, mint egy hagyományos üledékes medencében.
Iszaptárolás és ártalmatlanításAmint a részecskék leülepednek az olajteknő alján, a tartály alján iszapréteg képződik , amelyet el kell távolítani és kezelni. A képződött iszap mennyisége jelentős, gyakran a kezelendő víz teljes térfogatának 3-5 százaléka. Az iszapkezelési és ártalmatlanítási költségek befolyásolhatják a víztisztító telep üzemeltetési költségeit. Az olajteknő felszerelhető mechanikus tisztítóberendezésekkel, amelyek folyamatosan tisztítják az olajteknő alját, vagy a medence időszakosan kivonható a forgalomból és kézzel tisztítható.
Flokkuláló derítőkAz ülepítés egy alkategóriája a szilárd anyagok eltávolítása a mederben lebegő pelyhek befogásával, amikor a víz felfelé tolódik. A flokkuláló derítők fő előnye, hogy kevesebb helyet foglalnak, mint a hagyományos derítők. Hátránya, hogy a részecskeeltávolítás hatékonysága nagymértékben változhat a betáplált víz minőségének változásától és a betáplált víz áramlási sebességétől függően.
Ha az eltávolítandó részecskék nem könnyen ülepednek ki az oldatból, gyakran alkalmaznak oldott levegő flotációt (DAF). A koagulációs és pelyhesedési folyamatok után a víz a DAF tartályokba kerül, ahol a tartály alján lévő légdiffúzorok kis buborékokat hoznak létre, amelyek a pelyhekhez tapadnak, és tömény pelyhekből lebegő masszát képeznek. A lebegő pehelytakarót eltávolítják a felületről, és a tisztított vizet leeresztik a DAF tartály aljáról. Az egysejtű algák virágzásával szemben különösen érzékeny vízforrások, valamint az alacsony zavarosságú és erősen színeződő vízforrások gyakran használnak DAF-ot.
A pelyhek nagy részének elválasztása után a vizet szűrik, hogy eltávolítsák a megmaradt szuszpendált részecskéket és a nem ülepedett pelyheket.
Gyors homokszűrőkA legelterjedtebb szűrőtípus a gyorshomokszűrő . A víz függőlegesen mozog a homokon keresztül, amelynek a homok felett gyakran aktív szén vagy antracit szénréteg van. A felső réteg eltávolítja a szerves vegyületeket, amelyek hozzájárulnak az ízhez és a szaghoz. A homokszemcsék közötti tér nagyobb, mint a legkisebb lebegő részecskék, ezért az egyszerű szűrés nem elegendő. A részecskék többsége áthalad a felületi rétegeken, de beszorul a pórusterekbe, vagy megtapad a homokszemcsékben. A hatékony szűrés a szűrő mélységéig terjed. A szűrőnek ez a tulajdonsága kulcsfontosságú a működéséhez: ha a felső homokréteg minden részecskét elzárna, a szűrő gyorsan eltömődne [23] .
A szűrő tisztításához a vizet gyorsan felfelé nyomják a szűrőn keresztül, a normál iránnyal ellentétes irányban (úgynevezett visszaöblítés), hogy eltávolítsák a beágyazott vagy nem kívánt részecskéket. E lépés előtt sűrített levegőt fújhatunk át a szűrő alján, hogy széttörjük a csomagolt szűrőanyagot, és ezzel elősegítsük a visszamosási folyamatot; ezt nevezik légtisztításnak. Ez a szennyezett víz az iszappal együtt eltávolítható az aknából, vagy újrahasznosítható az üzembe kerülő nyersvízzel keverve, bár ez gyakran rossz gyakorlatnak számít, mert megnövekedett baktériumkoncentrációt juttat vissza a nyersvízbe.
Egyes szennyvíztisztító telepek nyomásszűrőket használnak. Ugyanazon az elven működnek, mint a gyors gravitációs szűrők, abban különböznek, hogy a szűrőközeget egy acéledénybe zárják, és nyomás alatt a vizet átnyomják rajta.
Előnyök:
A lassú homokszűrőket ott lehet használni, ahol van elegendő terület és hely, mivel a víz nagyon lassan folyik át a szűrőkön. Ezek a szűrők működésük során biológiai tisztítási eljárásokra támaszkodnak, nem pedig fizikai szűrésre. Gondosan építik, osztályozott homokrétegek felhasználásával, a legdurvább homok és némi kavics az alján, és a legfinomabb homok a tetején. Az alján lévő lefolyók tisztított vizet engednek le fertőtlenítés céljából. A szűrés a zoogleális rétegnek nevezett vékony biológiai réteg kialakulásától függ a szűrő felületén. Egy hatékony lassú homokszűrő hetekig vagy akár hónapokig is üzemben maradhat, ha az előkezelés jól megtervezett és nagyon alacsony tápanyagszintű vizet termel, amit a fizikai kezelések ritkán érnek el. A nagyon alacsony tápanyagszint lehetővé teszi a víz biztonságos átjutását az elosztórendszereken keresztül nagyon alacsony szintű fertőtlenítőszerrel, ezáltal csökkentve a fogyasztók bosszúságát az agresszív klórszint és klór-melléktermékek miatt. A lassú homokszűrőket nem öblítik vissza; ezeket a homok felső rétegének lekaparásával tartják fenn, amikor az áramlást végül blokkolja a biológiai növekedés [24] .
A lassú homokszűrő sajátos "nagyléptékű" formája a partszűrési eljárás, amely a folyó partján lévő természetes üledéket használja a szennyezőanyag-szűrés első szakaszának biztosítására. Bár általában nem elég tiszta ahhoz, hogy közvetlenül ivóvízként használják fel, a megfelelő termelő kutakból nyert víz sokkal kevésbé problematikus, mint a közvetlenül a folyóból vett folyóvíz.
MembránszűrésA membránszűrőket széles körben használják mind az ivóvíz, mind a szennyvíz szűrésére . Ivóvíz esetén a membránszűrők gyakorlatilag minden 0,2 µm-nél nagyobb részecskét eltávolítanak, beleértve a Giardiát és a Cryptosporidiumot is . A membránszűrők a harmadlagos kezelés hatékony formáját jelentik, amikor a vizet ipari célokra, korlátozott háztartási célokra kell újra felhasználni, vagy mielőtt egy folyóba engedik, amelyet az alsóbb irányú városok használnak. Széles körben használják az iparban, különösen italok (beleértve a palackozott vizet is ) készítésére. Azonban semmilyen szűrés nem képes eltávolítani a vízben ténylegesen oldott anyagokat, például foszfátokat , nitrátokat és nehézfém-ionokat .
Az ultraszűrő membránok kémiailag kialakított mikroszkopikus pórusokkal rendelkező polimer membránokat használnak, amelyek az oldott anyagok szűrésére használhatók, miközben elkerülik a koagulánsok használatát. A membránközeg típusa határozza meg, hogy mekkora nyomás szükséges a víz áthaladásához, és milyen méretű mikroorganizmusok szűrhetők ki.
Ioncsere [25] : Az ioncserélő rendszerek ioncserélő gyantával vagy zeolittal ellátott oszlopokat használnak a nem kívánt ionok pótlására. A leggyakoribb eset a vízlágyítás, amely abból áll, hogy a Ca2+ és Mg2+ ionokat eltávolítják , jóindulatú (szappanos) Na+ vagy K+ ionokra cserélik . Az ioncserélő gyantákat mérgező ionok, például nitrit , ólom , higany , arzén és sok más eltávolítására is használják.
Csapadéklágyítás: A kemény vizet (magas kalcium- és magnézium-ionokat) mésszel ( kalcium-oxid ) és/vagy szódabikarbónával ( nátrium-karbonát ) kezelnek, hogy a kalcium-karbonátot a közös ionhatás segítségével kicsapják az oldatból.
Elektrodeionizáció [25] : A pozitív és a negatív elektródák között vizet vezetnek át . Az ioncserélő membránok csak pozitív ionokat engednek át a tisztított vízből a negatív elektródára, és csak a negatív ionokat a pozitív elektródára. A nagy tisztaságú ioncserélt vizet folyamatosan állítják elő, hasonlóan az ioncserélő kezeléshez. Megfelelő körülmények között lehetséges az ionok teljes eltávolítása a vízből. A vizet általában fordított ozmózisos (RO) berendezéssel előkezelik a nem ionos szerves szennyeződések eltávolítására, illetve gáztranszfer membránokkal a szén-dioxid eltávolítására. 99%-os vízvisszanyerés lehetséges, ha a koncentrátumáramot az RO bemenethez vezetik.
A fertőtlenítés a káros mikroorganizmusok kiszűrésével és fertőtlenítő vegyszerek hozzáadásával történik. A vizet fertőtlenítik, hogy elpusztítsák a szűrőkön áthaladó kórokozókat , és maradék adag fertőtlenítőszert biztosítsanak a potenciálisan káros mikroorganizmusok elpusztításához vagy inaktiválásához a tároló- és elosztórendszerekben. A lehetséges kórokozók közé tartoznak a vírusok , baktériumok , köztük a Salmonella , a kolera , a Campylobacter és a Shigella , valamint a protozoák , köztük a Giardia és más cryptosporidium . Bármilyen vegyi fertőtlenítőszer beadása után a vizet általában átmeneti tárolóban tartják – gyakran kontakttartálynak vagy átlátszó kútnak nevezik –, hogy a fertőtlenítő hatás befejeződjön.
Klóros fertőtlenítésA legáltalánosabb fertőtlenítési módszer a klór vagy annak vegyületei, például a klóramin vagy a klór-dioxid valamilyen formája . A klór erős oxidálószer, amely gyorsan elpusztítja számos káros mikroorganizmust. Mivel a klór mérgező gáz, a használat során fennáll a felszabadulás veszélye. Ez a probléma elkerülhető a nátrium-hipoklorittal , amely egy viszonylag olcsó háztartási fehérítő oldat, amely vízben oldva szabad klórt szabadít fel. A klóroldatok a helyszínen nyerhetők konyhasó-oldatok elektrolízisével. A szilárd halmazállapotú kalcium -hipoklorit vízzel érintkezve klórt bocsát ki. A szilárd anyagok kezelése azonban hagyományosabb emberi érintkezést igényel a zacskó kinyitása és öntése révén, mint a gázpalackok vagy a fehérítő használata, amelyek könnyebben automatizálhatók. A folyékony nátrium-hipoklorit előállítása olcsó és biztonságosabb is, mint a gáz vagy szilárd klór használata. A legfeljebb 4 milligramm/liter (4 ppm) klórszint biztonságosnak tekinthető az ivóvízben [26] .
A klór minden formáját széles körben alkalmazzák, hátrányai ellenére. Egyik hátránya, hogy a bármilyen forrásból származó klór reakcióba lép a vízben lévő természetes szerves vegyületekkel, potenciálisan káros kémiai melléktermékeket képezve. Ezek a melléktermékek, a trihalogén-metánok (THM-ek) és a halogén-ecetsavak (HAA-k) nagy mennyiségben rákkeltőek , és az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) és az Egyesült Királyság Ivóvízfelügyelete szabályozza őket. A THM-ek és a halogén-ecetsavak képződése minimálisra csökkenthető, ha a klór hozzáadása előtt a lehető legtöbb szerves anyagot eltávolítjuk a vízből. Míg a klór hatékonyan elpusztítja a baktériumokat, korlátozott a hatékonysága a vízben cisztákat képző patogén protozoonokkal, például a giardiával és a cryptosporidiummal szemben.
Fertőtlenítés klór-dioxiddalA klór-dioxid gyorsabban ható fertőtlenítőszer, mint az elemi klór . Viszonylag ritkán használják, mert bizonyos esetekben túlzott mennyiségű kloritot képezhet, amely melléktermék az Egyesült Államokban alacsony elfogadható szintre szabályozva. A klór-dioxid vizes oldatként szállítható és vízhez adható a gázkezelési problémák elkerülése érdekében; a felgyülemlett klór-dioxid spontán felrobbanhat.
KlórozásA klóramin használata fertőtlenítőszerként egyre elterjedtebb. Bár nem olyan erős oxidálószer, a klóramin hosszabb maradékot ad, mint a szabad klór, mivel a szabad klórhoz képest alacsonyabb redoxpotenciálja. Ezenkívül nem képez könnyen THM-eket vagy halogén-ecetsavat (a fertőtlenítés melléktermékeit).
A klór klór-aminná alakítható úgy, hogy a klór hozzáadása után ammóniát adunk a vízhez. A klór és az ammónia reakcióba lépve klóramin keletkezik. A klóraminnal fertőtlenített vízelosztó rendszerek nitrifikáción eshetnek át , mivel az ammónia tápanyag a baktériumok szaporodásához, és melléktermékként nitrát képződik.
Ózonos fertőtlenítésAz ózon egy instabil molekula, amely könnyen lead egy oxigénatomot, és erős oxidálószert biztosít, amely mérgező a legtöbb vízi élőlényre. Ez egy nagyon erős, széles spektrumú fertőtlenítőszer, amelyet széles körben használnak Európában, valamint az Egyesült Államok és Kanada számos településén. Az ózonos fertőtlenítés vagy ózonozás hatékony módszer a káros cisztaképző protozoonok inaktiválására. Szinte minden más kórokozó ellen is jól működik [27] . Az ózon akkor képződik, amikor oxigént bocsátanak át ultraibolya fényen vagy "hideg" elektromos kisülésen.
Az ózon fertőtlenítőszerként való használatához a helyszínen kell előállítani, és buborékokkal érintkezve a vízhez kell adni. Az ózon előnyei közé tartozik, hogy kevesebb veszélyes mellékterméket termel, és nem okoz íz- és szagproblémákat (a klórozáshoz képest ). A vízben nem maradt ózonmaradvány. Ha nincs maradék fertőtlenítőszer a vízben, klór vagy klóramin adagolható az egész elosztórendszerbe, hogy eltávolítsák a potenciális kórokozókat az elosztócsövekből.
Az ózont 1906 óta használják ivóvíz üzemekben, amikor is Nizzában , Franciaországban felépült az első kereskedelmi ózonozó üzem . Az ózont az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala biztonságosnak nyilvánította, és antimikrobiális szerként használják az élelmiszerek kezelésében, tárolásában és feldolgozásában. Míg azonban az ózonozás során kevesebb melléktermék keletkezik, azt találták, hogy az ózon reakcióba lép a vízben lévő bromidionokkal, és így a feltételezett rákkeltő bromát koncentrációját képezi . A bromid elegendő koncentrációban található édesvízben ahhoz, hogy (ózonozás után) több mint 10 ppb (ppb) bromátot termeljen, ami az USEPA által meghatározott maximális szennyezési szint [28] . Az ózonos fertőtlenítés is energiaigényes.
UV fertőtlenítésAz ultraibolya fény (UV) nagyon hatékonyan inaktiválja a cisztákat alacsony zavarosságú vízben. Az ultraibolya fénnyel történő dekontamináció hatékonysága csökken, ahogy a zavarosság növekszik a lebegő szilárd anyagok által okozott abszorpció , szóródás és árnyékolás következtében. Az UV használatának fő hátránya, hogy az ózonos kezeléshez hasonlóan nem hagy fertőtlenítőszer-maradékot a vízben; ezért esetenként szükség van egy maradék fertőtlenítőszer hozzáadására az elsődleges fertőtlenítési folyamat után. Ez gyakran klóraminok hozzáadásával történik, amelyeket fentebb mint fő fertőtlenítőszert tárgyaltunk. Ilyen módon történő felhasználás esetén a klóraminok hatékony maradék fertőtlenítőszert biztosítanak, a klórozásnak nagyon kevés negatív hatása mellett.
28 fejlődő országban több mint 2 millió ember használ napsugárzásos fertőtlenítést az ivóvíz napi tisztítására [29] .
Ionizáló sugárzásAz UV- sugárzáshoz hasonlóan ionizáló sugárzást (röntgen, gamma és elektron) használnak a víz sterilizálására.
Brómozás és jódozásA bróm és a jód fertőtlenítőszerként is használható. A vízben lévő klór azonban több mint háromszor hatékonyabb E. coli fertőtlenítőszerként , mint a bróm ekvivalens koncentrációja, és több mint hatszor hatékonyabb, mint az ekvivalens koncentrációjú jód [30] . A jódot általában hordozható víztisztításra, míg a brómot úszómedencék fertőtlenítésére használják.
Hordozható víztisztító eszközök és módszerek állnak rendelkezésre vészhelyzetekben vagy távoli helyeken történő fertőtlenítéshez és kezeléshez. A fertőtlenítés a fő cél, mert az olyan esztétikai szempontok, mint az íz, szag, megjelenés és a vegyi szennyeződés nyomai nem befolyásolják az ivóvíz rövid távú biztonságát.
Az alábbiakban további népszerű vízkezelési módszerek találhatók, különösen a helyi magánforrások esetében. Egyes országokban ezeknek a módszereknek egy részét nagyméretű önkormányzati szállításoknál is alkalmazzák. Különösen fontos a desztilláció (a tengervíz sótalanítása) és a fordított ozmózis.
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|