Netradiční metody dezinfekce pitné vody
V dnešní době se k dezinfekci pitné vody kromě chloru rovněž využívá ozon a UV záření, při jejichž použití nevznikají vedlejší chlorované produkty. Méně známou možností dezinfekce pitné vody je technologie MIOX, která je využívána především v zahraničí, i když u nás má již své zastoupení.
Úvod
Jedna z moderních a často využívaných metod dezinfekce vody oxidem chloričitým. Generátor OXCL slouží k bezpečné přípravě chlordioxidu (roztoku oxidu chloričitého – ClO₂) a následně k dezinfekci pitné, teplé užitkové, nebo průmyslové vody. Chlordioxid vyniká zvláště při odstranění legionelly, jelikož likviduje také biofilmy, do kterých jiné dezinfekční prostředky neproniknou. Zdroj: Euroclean
Dezinfekce vody neboli hygienické zabezpečení vody je naprosto nezbytnou částí technologického procesu úpravy vody. V této závěrečné fázi technologie dochází k zneškodnění a usmrcení choroboplodných zárodků, jako jsou bakterie a viry, a také k zajištění prevence před jejich výskytem v pitné vodě. Jako dezinfekční prostředky se používají chemické nebo fyzikální postupy při nasazení dezinfekčních činidel a prostředků na bázi chloru nebo bezchlorových.
Nejčastějším způsobem dezinfekce pitné vody v ČR, ale i v zahraničí, je chlorování. Důvodem častého využívání chloru je jeho velká baktericidní účinnost, kterou si zachovává i v malých koncentracích. Další plus je poměrně jednoduché použití i kontrola a rovněž i silné oxidační účinky. Použití chloru v průběhu úpravy vody na pitnou je však možné jen tehdy, když surová voda neobsahuje organické látky, které tvoří s chlorem chlorované sloučeniny, v případě huminových látek trihalogenmethany. V takových případech se pak volí dezinfekce pitné vody pomocí bezchlorových prostředků nebo v kombinaci s nimi.
Z bezchlorových variant hygienického zabezpečení pitné vody je již dobře známa ozonizace či využití UV záření. K netradičním metodám dezinfekce pitné vody pak můžeme zařadit především membránové procesy a technologii směsných oxidantů (MIOX), uváděno je i použití ionizujícího záření či využití kovů s oligodynamickými účinky.
Membránové procesy
Membránové procesy se dělí na mikrofiltraci (MF), ultrafiltraci (UF), nanofiltraci (NF) a reverzní osmózu (RO). Tyto procesy jsou založeny na schopnosti semipermeabilních membrán zachycovat ve vodě přítomné částice určité velikosti. Využití membránových procesů je vhodné zejména pro vody s větším obsahem přírodních solí, jejichž hodnota je vyšší než připouští příslušné směrnice pro jejich použití. Zejména reversní osmóza je vhodná pro odstraňování solí z upravované vody.
Jednou z nejatraktivnějších výhod membránových procesů je prakticky stoprocentní odstranění patogenních organismů odolných dezinfekci chlorem, jakými jsou např. Cryptosporidium a Giardia, jejichž odstranění běžnými postupy je velmi obtížné. Je však třeba sledovat integritu membrány, jelikož i malé defekty mohou potencionálně způsobit průnik značného množství patogenních kontaminantů. [1]
Principem membránových procesů je použití polopropustné membrány jako separačního elementu. Jsou-li od sebe odděleny membránou rozpouštědlo a roztok, dochází vlivem rozdílného potenciálu k přestupu molekul rozpouštědla do roztoku a tím k jeho zřeďování. Tento jev je označován jako přirozená osmóza. Tlakové membránové procesy se využívají ke koncentrování nebo čištění zředěných roztoků a disperzí. Velikost separovaných částic nebo molekul a chemické vlastnosti rozpouštědla jsou určujícími faktory pro výběr vhodného typu membrány. [2]
Membrány se zhotovují buď z látek přírodního původu např. z acetátové celulózy, nebo ze syntetických materiálů např. polyamidů. Vyrábějí se také membrány keramické, a to na bázi Al2O3 a ZrO2. Vynikají mechanickou, chemickou, tepelnou i mikrobiologickou stálostí a snadno se regenerují. Nevýhodou je jejich náročná příprava, značná hmotnost a vyšší cena než membrán syntetických. [3]
Membránové procesy jsou dnes již ekonomicky konkurenceschopné klasickým metodám úpravy vody. Důvodem je na jedné straně klesající cena membránových modulů a na straně druhé zvyšující se náklady na klasické metody úpravy vody, které je třeba vynaložit na zajištění nových požadavků na kvalitu upravené vody. Také provozní trvanlivost membrán je stále lepší.
Tabulka 1 uvádí přehled použitelnosti jednotlivých membránových procesů a jimi dosažitelný stupeň odstranění jednotlivých druhů látek a organismů. Membrány představují absolutní bariéru pro patogenní mikroorganismy, takže se voda dezinfikuje bez použití chemických činidel a bez vzniku vedlejších produktů dezinfekce. [4]
| Odstraňované látky / Membránový proces | MF | NF | UF | RO |
|---|---|---|---|---|
| Suspendované látky | C | C | C | C |
| Prvoci | C | C | C | C |
| Bakterie | C | C | C | C |
| Viry | P | C | C | C |
| Železo, mangan | D | D | C | C |
| Huminové látky (NOM) | – | P | C | C |
| CHSK | – | – | P | C |
| Syntetické org. látky – pestisidy | – | – | P | C |
| Vápník + hořčík | – | – | P | C |
| Dusičnany | – | – | – | C |
| Amoniak | – | – | – | C |
| Pozn.: C – kompletní odstranění, D – v závislosti na chemické formě, P – částečné odstranění | ||||
Výhody membránových procesů lze shrnout do následujících bodů:
- do upravované vody se nedávkují žádné chemikálie,
- v procesu úpravy nevznikají žádné odpady, jako jsou kaly a prací vody,
- odpadá hlídání dávkované chemikálie v závislosti na kvalitě upravované vody,
- nízká energetická náročnost a tím i minimalizace nákladů,
- surová voda je od upravené vody oddělena pevnou přepážkou (membránou) a bez jejího násilného porušení je znemožněn průnik neupravené vody do vody vyčištěné,
- nižší nároky na plochu,
- separace může být prováděna kontinuálně,
- snadná kombinovatelnost membránových procesů s jinými separačními technikami,
- prakticky stoprocentní odstranění patogenních organismů.
Nevýhody membránových procesů jsou:
- nutnost sledovat integritu membrány,
- omezená životnost membrán,
- poměrně nízká selektivita v některých případech,
- snižování efektivity procesu vlivem povrchových jevů na membránách,
- náročnost na předúpravu vody,
- dříve vysoká cena membrán (dnes jsou již ceny příznivější).
Směsné oxidanty (MIOX)
MIOX je zkratka, která vyjadřuje dezinfekci pomocí směsných oxidantů (mixed oxidants). Technologie MIOX využívá pouze sůl, vodu a elektřinu k výrobě velmi zředěného roztoku chloru elektrolýzou koncentrované solanky. Koncentrace roztoku chloru je nižší než 1 %, tedy je pod hranicí nebezpečnosti. Ze zkušeností je patrné, že zařízení MIOX pro výrobu v místě použití se snadno udržuje a obsluhuje.
Technologie MIOX můžeme na trhu nalézt již více než desítku let. Tato technologie je pro použití jako dezinfekční prostředek pitné vody plně akceptována americkou vládní společností pro ochranu životního prostředí a veřejného zdraví U. S. Environmental Protection Agency (US EPA). Mezinárodní organizací NSF International byla technologie MIOX certifikována jako netoxická. Společnost má dnes instalováno přes 1 300 investičních celků ve více než 25 zemích celého světa. Technologie byla schválena SZÚ a dle vyjádření Ministerstva zdravotnictví vyhovuje požadavkům vyhlášky 409/2005 Sb. pro styk technologie s pitnou vodou. [5]
Technologie MIOX je více než rok využívána i v úpravnách vody v České republice, a to v ÚV Vysoká Pec a ÚV Limnice, které zásobují vodou město Nejdek v Karlovarském kraji.
Srovnání různých typů dezinfekce pitné vody s dezinfekcí směsnými oxidanty je patrné z tabulky 2.
| Způsob dezinfekce vody | Plynný chlor | Nakupovaný chlornan sodný | Vyráběný chlornan sodný | Chlordioxid | Ozón | UV záření | Chloraminace | Vyráběné směsné oxidanty |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Účinnost | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano |
| Bezpečnost | Ne | Ne | Ano | Ne | Ne | Ano | Ne | Ano |
| Zbytkový chlor | Ano | Ano | Ano | Ne | Ne | Ne | Ano | Ano |
| Snížení THM/HAAS | Ne | Ne | Ne | Ano | Ano | Ano | Ano | Ano |
| Snížení chloritanů/bromičnanů | Ano | Ano | Ano | Ne | Ne | Ano | Ano | Ano |
| Odstranění biofilmu | Ne | Ne | Ne | Ano | Ne | Ne | Ne | Ano |
| Eliminace řas | Ne | Ne | Ne | Ano | Ano | Ne | Ne | Ano |
| Mikroflokulace | Ne | Ne | Ne | Ano | Ano | Ne | Ne | Ano |
| Vylepšení chuti a pachu | Ne | Ne | Ne | Ne | Ano | Ne | Ne | Ano |
| Snadná údržba | Ano | Ne | Ano | Ne | Ne | Ne | Ne | Ano |
| Náklady životního cyklu | Ano | Ne | Ano | Ne | Ne | Ne | Ne | Ano |
Mezi výhody technologie MIOX patří:
- obsah trihalogenmethanů je v případě použití technologie MIOX o 30–50 % menší než při použití chloru,
- k výrobě nejsou použity a tedy skladovány žádné nebezpečné chemikálie (k výrobě je potřeba jen voda s celkovou tvrdostí 0,7–1,25 mmol/l, sůl a elektrická energie),
- stabilní zbytkový chlor,
- výroba na místě dle aktuální potřeby technologie (vždy čerstvý homogenní roztok),
- snížená tvorba vedlejších produktů dezinfekce,
- výborná inaktivace mikroorganismů, včetně odstranění Legionelly a jiných, běžnými prostředky obtížně inaktivovatelných mikroorganismů,
- zlepšení chutě a pachu vody (voda není cítit po chloru),
- snadnější odstranění manganu a železa při použití technologie MIOX.
Nevýhodou technologie MIOX jsou vyšší investiční náklady než při použití chloru pro dezinfekci upravené vody.
Ionizující záření
Ionizující záření je označení pro záření, jehož energie je schopna ionizovat atomy nebo molekuly ozářené látky. Principiálně lze napsat, že z původně elektricky neutrálních atomů se vytvoří kladné a záporné ionty, tedy iontové páry. Podle typu zářiče lze ionizující záření rozdělit na přímo ionizující a nepřímo ionizující. Záření přímo ionizující je tvořeno nabitými částicemi, jako jsou elektrony, pozitrony, protony, částice alfa a beta ap. Záření, které tvoří nepřímo ionizující záření, vyvolávají částice, jako jsou fotony a neutrony. [2]
Ionizující záření, jako např. záření γ nebo elektronové záření, způsobuje inaktivaci patogenních organismů. Účinnost dezinfekce závisí na citlivosti jednotlivých druhů na ozáření – viry jsou odolnější než bakterie, následují plísně a další organismy. [1]
Kovy s oligodynamickými účinky
Oligodynamický účinek je vlastnost některých kovů bránit růstu a množení bakterií, plísní, řas a virů, nebo je úplně zničit. Tohoto účinku si byli vědomi již naši předci, neboť již Egypťané a Římané využívali měď jako lidový prostředek k potírání celé škály chorob. Stříbro pak bylo v minulosti používáno na výrobu nádob pro uchování čerstvé vody.
Schopnost ničit mikroorganismy, tedy oligodynamický účinek, projevují především stříbro, měď a slitiny mědi, jako je mosaz a bronz. Dezinfekční účinek těchto kovů je pravděpodobně způsobován jejich schopností koagulovat bílkoviny uvnitř bakterií. K dosažení tohoto účinku je však potřebná dlouhá doba kontaktu s vodou (6 až 8 hod) a pH 6–8. [2]
Baktericidního působení stříbra se někdy využívá pro hygienické zabezpečení vody ve studních. Účinné jsou koncentrace stříbra již v desítkách µg.l−1. Například přípravek Sagen je komplexní chlorid stříbrný. [7]
Závěr
V úpravnách vody v České republice je nejrozšířenějším prostředkem k dezinfekci pitné vody chlor a jeho sloučeniny. V současné době je využíván především plynný chlor, oxid chloričitý (chlordioxid) a v menších úpravnách i chlornan sodný. V dnešní době se k dezinfekci pitné vody rovněž využívá ozon a UV záření, při jejichž použití nevznikají vedlejší chlorované produkty. Méně známou možností dezinfekce pitné vody je technologie MIOX, která je využívána především v zahraničí, i když u nás má již své zastoupení. Membránová filtrace je zařazována do technologie úpravy pitné vody hlavně v zahraničí, u nás jsou již malé úpravny, kde se využívá, ne však pouze k dezinfekci pitné vody. Ionizující záření či oligodynamické účinky kovů se k dezinfekci v úpravnách vody zatím nepoužívají.
Poděkování
Příspěvek byl zpracován v rámci řešení grantového projektu specifického výzkumu VUT v Brně s názvem „Odstraňování specifických látek ze zdrojů pitné vody“ (FAST-S-12-36/1713).
Použitá literatura
- BIELA, Renata; BERÁNEK, Josef. Úprava vody a balneotechnika. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2004. 164 s. ISBN 80-214-2563-6.
- ŠOPÍKOVÁ, Lucie. Možnosti hygienického zabezpečení pitné vody. Brno, 2012. 63 s., bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí.
- GRÜNWALD, Alexander. Zdravotně inženýrské stavby 40: Úprava vody. 1. vydání. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2002. 103 s. ISBN 80-01-01658-7.
- BIELA, R.; UHER, M. Nové technologie při úpravě a akumulaci vod. In Městské vody 2012. 1. vydání. Brno: ARDEC, s.r.o., 2012. s. 121–126. ISBN 978-80-86020-75-4.
- Prospekt, MIOX, Výhody aplikace pro pitnou vodu 2009004213lm, r. 2011.
- http://www.aquion.cz/index.php/produkty/dezinfekce-vody/miox-a-pitna-voda
- PITTER, Pavel. Hydrochemie. Praha: VŠCHT, 2009. 592 s. ISBN 978-80-7080-701-9.
The article deals with unconventional methods of drinking water disinfection, as mainly membrane processes and technology of mixed oxidants (MIOX), as well as the use of ionizing radiation and the use of metals with oligodynamic effects.