ODNOWA WODY. Wykład 11 DEZYNFEKCJA CIEKÓW

Transkrypt

1 ODNOWA WODY Wykład 11 DEZYNFEKCJA CIEKÓW

2 Drogi rozprzestrzeniania si chorób pochodzenia wodnego CIEKI WODA GLEBA CZŁOWIEK WODA WARZYWA CZŁOWIEK

3 1. Organizmy chorobotwórcze w wodach powierzchniowych i podziemnych a) saprobowe b) patogenne wirusy bakterie (spory) pierwotniaki (cysty) robaki (jaja) grzyby

4 Mikroorganizmy. Podział na grupy Naley wybra kryterium podziału 1. stopie zorganizowania: wirusy, bakterie, pierwotniaki, grzyby, robaki 2. faza rozwoju: stadium przetrwalnikowe, stadium fizjologicznie aktywne 3. pochodzenie: alochtoniczne, autochtoniczne 4. szkodliwo: patogenne (chorobotwórcze), saprobowe 5. sposób pozyskiwania energii: autotrofy, heterotrofy (zwizki organiczne, zwizki nieorganiczne)

5 2. Główne gatunki mikroorganizmów chorobotwórczych przenoszonych przez wod

6 Organizm typ Infekcja/choroba Salmonella typhi bakteria dur brzuszny Shigella dysenteruae bakteria czerwonka Legionnella bakteria choroba legionistów Polio wirus choroba Heinego-Medina Coxackie A wirus zapalenie opon mózgowych Hepatitis A wirus zapalenie wtroby Entamoeba histotylica wiciowce zespół wtrobowo-trzustkowy Cryptosporidium parvum kokcydia zespół dwunastnicy

7 Choroby zakane przenoszone drog wodn MIKROORGANIZMY CHOROBY WIRUSY -zapalenia wtroby A - zakane zapalenie wtroby -ECHO - letnie przezibienia i biegunki dzieci zapal.spojówek, zakaenia jelit -Coxackie - zapalenie opon mózgowych, zapalenie minia sercowego i ukł.oddechowego BAKTERIE -Singella - czerwonka bakteryjna -Salmonella - zatrucia pokarmowe, dur brzuszny -Vibrio - cholera -Bacillus anthracis - wglik -Mycobacterium tuberculosis - grulica

8 Choroby zakane przenoszone drog wodn -cd. MIKROORGANIZMY CHOROBY BAKTERIE cd. -Lertispira -ółtaczka zakana -Proteus -zakaenie układu moczowego, zapal. płuc, zatrucia pokarmowe, biegunki -Legionella - zapalenie płuc, legioneloza PIERWOTNIAKI -Giardia Lambdia - lamblioza -Entamoeba histolytica - czerwonka pełzakowa -Cryptosporidium - zapalenie błony luzowej ołdka ROBAKI -Przywry(urzsione larwy) -przetoki pcherzowe, marsko wtroby -Glisda ludzka -nudnoci, wymioty

9 3. Mikrobiologiczne badanie czystoci wód 3.1. Organizmy wskanikowe Escherchia coli (CC) Streptococus faecalis (SC) iloraz CC/SC

10

11 9. Place all three Petri dishes upside down in an incubator maintained at 44 C (± 0.5 C). 10. After incubation for 24 h, count the number of yellow colonies, irrespective of size, on each of the three membrane filters (Fig. 23). (Faecal coliform bacteria produce acid from the lactose in membrane lauryl sulfate broth, and the acid changes the colour of the phenol red ph-indicator to yellow.) Calculate the mean of these three colony counts; since these counts are for 5 ml (the volume of sample filtered), multiply this figure by 20 to obtain the faecal coliform count per 100 ml. Fig. 23. After incubation at 44 C for 24 h, the yellow colonies on the membrane filter are counted. Here, the number of colonies was 40; this is the count per 5 ml (the volume filtered), so the corresponding faecal coliform count per 100 ml is 800.

12 Most published methods that involve the use of centrifuges quote centrifuge speed in terms of relative centrifugal force. However, in some papers, speed is expressed in revolutions per minute (rpm). To convert rpm to force, the following formula is used: RCF = r(rpm) 2 /k where RCF = relative centrifugal force (g), r = radius of the centrifuge from the spindle to the centre of the bucket (cm), k = To convert force to rpm: rpm = (k RCF r) 1/2

13 Dopuszczalne skaenie sanitarne osadów ciekowych Ca te go ry Reuse conditions Exposed group Intestinal nematodes b (arithmetic mean no. of eggs per litre c ) Faecal conforms (geometric mean no. per 100 ml c ) Wastewater treatment expected to achieve the required microbiological quality A Irrigation of crops likely to be eaten uncooked, sports fields, public parks Workers, consumers, public d A series of stabilization ponds designed to achieve the microbiological quality indicated, or equivalent treatment

14 Skaenie sanitarne osadów ciekowych

15 Plate II. Ascaris lumbricoides (infertile) Plate I. Ascaris lumbricoides

16 1 2 Oznaczanie NPL E.coli

17 3.2. Wskaniki wskanik coli (CC/100 cm 3 ) najbardziej prawdopodobna liczba bakterii grupy coli (NPL CC/100 cm 3 ) miano coli (najmniejsza objto zawierajca przynajmniej jedn komórk bakterii grupy coli) Miano coli = = 100 wskanik coli 100 NPL

18 4. Zanieczyszczenie wód mikroorganizmami chorobotwórczymi wody powierzchniowe kpieliska i plae wody gruntowe ryby

19 5. Usuwanie mikroorganizmów patogennych 5.1. Czynniki rodowiskowe zawiesina wiatło słoneczne zasolenie współzawodnictwo temperatura i zasoby pokarmowe

20 5.2. Metody eliminacji organizmów patogennych a) metody chemiczne, fizyczne b) dezynfekcja, sterylizacja c) wskaniki eliminacji

21 d) metody chemiczne Cl 2 ClO 2 O 3 e) metody fizyczne uv ultradwiki f) kombinacyjne

22 Spadek wskanika Indeks Coli w procesie oczyszczania cieków i odnowy wody lgcc m Ow Ocz Sw Fil Dez Wod Etap oczyszczania

23 Dezynfekcja - podział metod Mikroorganizmy zbudowane s z komórek, a te z organelli, a te wreszcie z zwizków organicznych (np. białka, kwasy nukleinowe). Zatem zjawiska prowadzce do modyfikacji zwizków organicznych bd niszczyły mikroorganizmy. Metody niszczenia mikroorganizmów w technologii wody dzielimy: 1. Fizyczne (temp.,promieniowanie, cedzenie, u-dwiki) 2. Chemiczne (utlenianie, głównie Cl 2, 0 3 )

24 Fizyczne metody dezynfekcji 1. Gotowanie i pasteryzacja 2. Promieniowanie uv, γ, µ-fale 3. Ultradwiki 4. Cedzenie (ultrafiltracja, odwrócona osmoza)

25 Ultradwiki - generator elektromagnetyczny - kwarcowe płytki piezoelektryczne Uwarunkowania skutecznoci: 1. Natenie dwiku 2. Czstotliwo 3. Czas działania 4. Rodzaj i liczba mikroorganizmów Mechaniczne niszczenie ciany komórkowej na skutek kawitacji W/m 2 v(khz)

26 Ultradwiki 1. Mechanizm działania zjawisko kawitacji powoduj niszczenie (mechaniczne) ciany komórkowej 2. Czynniki warunkujce skuteczno czstotliwo czas działania natenie rodzaj i liczba mikroorganizmów

27 Ultrafiltracja 1. Rozmiary mikroorganizmów (formy przetrwalnikowe?) a) Robaki mm µm b) Grzyby mm - 10 µm c) Pierwotniaki 100 µm - 10 µm d) Bakterie 10 µm - 1 µm e) Wirusy 0,1 µm - 0,01 µm 2. Filtracja / Ultrafiltracja / 00 a) filtracja 1 µm b) ultrafiltracja 0.01 µm c) OO µm

28 2.2. Składniki wód w przyrodzie lg Φ Φ (µm) j.pr. r k k z minerały ilaste kwasy kwasy fulwowe huminowe wirusy j.złoone bakterie krzemionka glony cysty

29 3. Rozmiary składników wód J. nieorg. Makroczst. Koloidy Zawiesiny Wirusy Bakterie Glony Pierwotniaki Oko Mikroskop opt. Mikroskop elek. φ (µm) Filtracja Filt. Membr,µ-filt u-filtr n-filtr OOsmoza

30 2.3. Metody fizyczne rozdzielania lg Φ Φ (µm) filtry n u µ cedzenie RO ED Destyl. u-wir. wirow. filtracja sedymentacja Φ Φ,ς ρ D T, Rozp.

31 ZANIECZYSZCZENIA MECHANICZNEpodział metod usuwania Sedymentacja/Flotacja Filtracja przegrody -kraty -sita -µ-sita -przegrody -membrany -µ-filtracja -u-filtracja -n-filtracja -oo (RO) złoa porowate -liczba warstw -jednowarstwowe -wielowarstwowe -szybkoc filtracji -powolne -szybkie -ciagło pracy -cigłe -okresowe(płukane) -specjalne -odelazianie -wymiana jonowa -adsorpcja złoa namywane -perforowane -siatkowe

32 PROMIENIOWANIE ELEKTOMAGNETYCZNE

33 Energia kwantu promieniowania E = h E - energia (właciwoci) h - stała Plancka - czsto = 1 0,8 < λ < 1,5 µm (promieniowanie podczerwone) 0,4 < λ < 0,8 µm (promieniowanie widzialne) 0,1 < λ < 0,4 µm (promieniowanie nadfioletowe - uv)

34 Promieniowanie uv C B A zakres uv υ(nm) Int. uv Abs DNA Lampy uv -niskoci. rednioci λ(nm)

35

36 Czynniki warunkujce efektywno działania promieniowania uv natenie długo fali czas skład cieków (barwa, zawiesina) jako i ilo mikroorganizmów

37 Praktyka dezynfekcji uv a) ródła promieniowania - lampy rtciowe wysokocinieniowe niskocinieniowe b) umiejscowienie lamp D > 250 t 30 s W s 2 m D = I t D - dawka I - natenie t - czas I 10 W 2 m

38 ABSORPCJA WIATŁA I = I 0 I I0 = e -ax T x - droga optyczna a - liniowy współczynnik absorpcji I - natenie promieniowania po przejciu przez warstw roztworu o gruboci x I - natenie promieniowania padajcego ln T = - ax 1 A = lg = T 0,4343 ax T - transmisja (przepuszczalno) 1 lg - absorbancja (pochłanianie) T 0,4343 a - współczynnik absorbancji (współczynnik ekstynkcji)

39 ZALE NO ABSORBANCJI OD x, a 1 A = lg = 0,4343 ax T A a 1 > a 2 A 1 = f(x) dla λ 1 a 2 > a 2 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 A 2 = f(x) dla λ 2 A 1 = f(x) dla λ 2 0,2x 0,4x 0,6x 0,8x 1,0x

40 WŁACIWY WSPÓŁCZYNNIK ABSORBANCJI T = T - transmisja c - stenie a -? T = 1 lg = A = T e e -a'c ( -ax T = e ) -a"c x 0,4343 a"cx 0,4343a - właciwy współczynnik absoorbancji A -?

41 Metody chemiczne -dodanie do cieków substancji powodujcych dezynfekcj

42 Szybko dezynfekcji dy = dt N = N O K( N) c -Kt y - l. org. zniszczonych N 0 - pocztkowa liczba N - kocowa liczba K = c n t K - współcz. skut. dezynfekcji t - czas n - stała = f (w,d,o)

43 kinetyka dezynfekcji N t = N 0 e -kt N o,t liczba mikroorganizmów t czas k współczynnik szybkoci zaleno od stenia k = k'c n t k stała proporcjonalnoci n współczynnik rozcieczenia t czas niezbdny dla usunicia 99% populacji

44 Szybko dezynfekcji (c.d.) Dezynfektant Warto c n E.coli (b) Polio (w) Entamaeba (c) O ,1 HOCl ,2 ClO ,5 - OCl - 5 0,5 - NHCl 2 1 0,01 -

45 Metody chemiczne dezynfekcji dodawanie do wody silnych utleniaczy O 3 > ClO 2 > Cl 2 > Br 2 > NH 2 Cl O 2 Cl - Cl - Br - Cl - E n 2,07 1,91 1,36 1, En wskazuje na zdolno utleniania innych zwizków zdolno bakteriobójcza zaley od zdolnoci przenikania do komórki i od stabilnoci

46 Schemat instalacji do ozonowaniacieków, 1-filtr do odp. powietrza, 2-sprarka, 3-chłodnica powietrza, 4-osuszanie powietrza, 5-wzownica chło., 6-ozonator, 7-dopływ wody chłodzcej, 8-transformator, 9-reaktor, 10-przewody perf., 11-dopływ cieków, 12-komora boczna, 13-odpływ scieków, 14-odpr.powietrza

47 Ozonator rurowy, 1-rura stalowa, 2-rura szklana, 3-elektrody wysokiego napiecia, 4-dopływ powietrza do ozonatora, 5-odpływ ozonu, 6-dopływ wody chłodzcej, 7-odpływ wody chłodzacej, 8-transformator, 9-przestrze wyładowa elektrycznych

48 Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcja Cl 2 w wodzie (dysproporcjonowanie) Cl 2 + H 2 O H + + HOCl + Cl - H + + OCl -

49 Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcja Cl 2 w wodzie (dysproporcjonowanie) Cl 2 + H 2 O H + + HOCl + Cl - HClO 100% Cl 2 HOCl Skuteczny OCl - H + + OCl - K (HClO) = - K (ClO ) Cl 2 - nieskuteczny OCl - nieskuteczny

50 Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcje w obecnoci NH + 4 NH 4+ + HOCl NH 2 Cl + H 2 O + H + NH 2 Cl + HOCl NHCl 2 + H 2 O NHCl 2 + HOCl NCl 3 + H 2 O 2NCl 3 + 9Cl 2 N Cl - Reakcje w obecnoci reduktorów HOCl + 2Fe 2+ + H + HOCl + C 6 H 5 OH 2Fe 3+ + Cl - + H 2 O ClC 6 H 4 OH + H 2 O

51 Chlor pozostały Chlor pozost. (g Cl 2 /m 3 ) woda destylowana woda destylowana + reduktory 2 Fe 2+; C 6 H 5 OH 3. woda destylowana + reduktory + amoniak 1 Krzywa 1. A B NHCl 2 NH 2 Cl C 2 4 A - niezwłoczne zuycie chloru 6 8 (g Cl 2 /m 3 ) B - tworzenie chloramin C - degradacja chloramin

52 Uproszczony schemat zestawu do chlorowania cieków: 1-woda, 2-butla z chlorem, 3-cieki, 4-inektor, 5-reduktor, 6-zbiornik wyrównawczy, 7-rotametr, 8-manometr, 9-przewód wody chlorowanej

53 Zastosowanie ClO 2 historia zalety: bakteriobójczy, niereaktywny a) amoniak b) fenole c) zwizki organiczne wady a) wybuchowy b) chlorany i chloryny

54 cieki Schemat instalacji do otrzymywania dwutlenku chloru metod chloryn/kwas solny

55 6. Zanieczyszczenia organiczne w ciekach wskaniki: BZT 5, ChZT Cr, ChZT Mn, OWO ilorazy wskaników

56 7. Mikroflora w układach chłodniczych a) typy mikroorganizmów bakterie: siarkowe, elaziste glony: zielenice, sinice b) dezynfekcja utleniacze metale cikie biocydy organiczne

57 Nowe metody dezynfekcji 1. M.d. stosowane dotychczas maj wody Cl 2 UV

58 Nowe metody dezynfekcji (c.d.) 2. Nowe czynniki chemiczne PAA CH 3 C O O-O-H nieszkodliwy degradowalny bardzo silny utleniacz w Europie - testy biocydy zwizki cynoorganiczne atracyny

59 Dezynfekcja - zakres 1.Definicja 2.Mikroorganizmy- podział,-wrodowisku 3.D-m.fizyczne 4.D-m.chemiczne 5.D-opis matematyczny 6.Biocydy

60 Advantages over competitive mercury low pressure and medium pressure UV lamps: High intensity UV lamp with 3-4 times more UV-C output than standard low-pressure lamps Fewer lamps required to disinfect a given flow Smaller equipment size Better penetration of fluids by UV light Lower overall capital, maintenance, and lamp replacement costs Higher operating efficiency versus medium pressure lamps Lower operating costs due to decreased overall power consumption No production of by-products in the water because of narrow UV output spectrum Higher UV-C output stability with varying water temperature (see graph) No loss in performance in high temp. liquid disinfection applications (sugar syrup solutions) Unaffected by seasonal water temperature changes (drinking water) Longer lamp lifetime Up to 25% longer guaranteed lifetime than other low-pressure lamps Up to 100% longer guaranteed lifetime than medium pressure lamps No danger for environment No liquid mercury inside SPEKTROTHERM lamp No pollution to the environment in case of lamp breakage (solid mercury can easily be collected in contrast to liquid mercury) The WEDECO SPEKTROTHERM lamp exhibits a slower aging characteristic than competitive lamps and therefore has a guaranteed design life of 12,000 hours (this guarantee is on a pro-rated basis, the expected lamp life is approx. 15,000 hours). The longer lamp life results in lower overall operating costs for the system due to the lower lamp replacement and consequent maintenance labor costs.

61

62

63

64 Water Treatment Plant Assessments Parameters Raw Water: turbidity, ph, alkalinity, coliforms, major ions, nutrients, known problem substances Coagulation-flocculation-settling: turbidity, ph, residual aluminum, residual acrylamide, coliforms Prefiltration: turbidity, ph, coliforms Sand filtration (rapid/slow): turbidity, ph, coliforms Disinfection: residual (usually chlorine), ph, turbidity, coliforms (thermotolerant and total)