TECHNOLOGIA WODY - WYKŁAD 6 - Dezynfekcja

TECHNOLOGIA WODY - WYKŁAD 6 - Dezynfekcja

Dezynfekcja UV Przygotowane 12.08.05

Dawka promieniowania uv- D D = I t (mw/gm2 s = mj/cm2) I- natenie promieniowania (W/cm2 ) t- czas (s) Całkowita energia promieniowania elektromagnetycznego, w zakresie zabójczym dla drobnoustrojów) docierajaca, z wszystkich kierunków do jednodtkowej powierzchni ZAGADNIENIA Promieniowanie uv? Zakres zabujczy dla drobnoustrojów? Nieruwnocenno promieniowania?

Efektywnoelektryczna (ok..90%) WydajnouvC -niskocisnieniowe -wysokocinieniowe Czas emisji (3000-5000godz) -spadek wydajnoci do ok..80% RED (Reduction Equivalent Dose) -dawka promieniowania niezbdna do zmniejszenia liczebnoci mikroorganizmów o 2 rzdy jednostek (99;log2) -czsto ok..50 mj/cm2 (zaley od natenia przepływu) Prodykty rozpadu (DBP- disinfection by-products))

Cl2 THMy ClO2 chlorany O3 bromiany Dezynfekcja uv - Brak THM - Brak AOC - dla duych dawek uvmoliwa redukcja azotanów do azotynów Czynniki przeszkadzajce -Mtno(do 2 NTU) -Zanieczyszczenie Hg (1g Hg w lampie - 1ppb w wodzie)

8. Woda w przyrodzie cd zawiesiny mikrofauna zw. organiczne wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno Woda w przyrodzie

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

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

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

8. cedzenie filtracja (powolna) sedymentacja zawiesiny dezynfekcja napowietrzanie wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan mikrofauna CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale zw. organiczne sedymentacja filtracja (szybka) CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno koagulacja wizanie chemiczne sorpcja utlenianie

Skuteczno procesów jednostkowych w usuwaniu mikroorganizmów z wody Od czego zaley 1. Rodzaj mikroorganizmu 2. Sposób prowadzenia procesu 3. Iloci wyjciowej mikroorganizmów Przykłady: - bakterie E.coli - filtracja powolna - redukcja 98% - koagul/sedymentacja- redukcja 70% - wirus Polio - filtracja powolna - redukcja 88% - zmikczanie(ph>11) - redukcja 98% - sorpcja na wglu - redukcja 10%

Procesy niszczenia mikroorganizmów 1. Pasteryzacja 2. Sterylizacja 3. Dezynfekcja

Czego dotyczy dezynfekcja? W technologii wody wód skaonych mikroorganizmami 1. Zawsze: wód powierzchniowych 2. Niemal zawsze: płytkich wód podziemnych 3. Niemal nigdy: wód wgłbnych

8. cedzenie filtracja (powolna) sedymentacja zawiesiny dezynfekcja napowietrzanie wirusy bakterie zapach rolinny elazo, mangan mikrofauna CH 4 ; H 2 S H 2 O twardo metale zw. organiczne sedymentacja filtracja (szybka) CO 2 agresywny zapach nadmierny ChZT pestycydy barwa i mtno koagulacja wizanie chemiczne sorpcja utlenianie

Układy technologiczne (c.d.) usuwanie barwy i mtnoci Wz K S F D Wu Wz U K S F D Wu usuwanie zawiesin, barwy i mtnoci Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

TECHNOLOGIA WODY Dezynfekcja

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.

2. 4. 3. 1. Oznaczanie wskanika Coli (CC) -wskanik -index -Coli Count

3 4 5 6 2 1

1 2 Oznaczanie NPL E.coli w osadzie ciekowym

3.2. Parametry wskanikowe 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

3. JAKO WODY Przemysł: normy branowe ruchowe Rolnictwo: stenie mikroorganizmów Ludno: Rozporzdzenie Ministra Zdrowia z dnia 4.09.2000 w sprawie warunków jakim powinna odpowiada woda do picia i na potrzeby gospodarcze (Dziennik Ustaw RP nr 82 z dnia 4.11.2000 r.)

6. WARUNKI BAKTERIOLOGICZNE JAKIM POWINNA ODPOWIADA WODA DO PICIA Wskanik Dopuszczalna Objto liczba bakterii próbki Escherichia coli 0 100 Enterokoki 0 100 Clostridium perfiringes 0 100 Ogólna liczba bakterii (37 C) 20 1

Miejsce dezynfekcji w układach technologicznych uzdatniania wody?

Układy technologiczne usuwanie zawiesin Wz F D Wu Wz S F D Wu Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

Układy technologiczne (c.d.) usuwanie barwy i mtnoci Wz K S F D Wu Wz U K S F D Wu usuwanie zawiesin, barwy i mtnoci Wu - woda uzdatniana Wz - woda zasilajca F - filtracja D- dezynfekcja S - sedymentacja K - koagulacja U - utlenianie

Układy technologiczne (c.d.) Wz K S F A D U U Wu Opcja: utlenianie A- adsorpcja D- dezynfekcja

Miejsce dezynfekcji w układach technologicznych uzdatniania wody Dezynfekcja zawsze ko czy cig procesów jednostkowych niezbdnych do uzdatnienia wody. Dlaczego? 1. Ze wzgldu na moliwo powstawania produktów ubocznych 2. Ze wzgldu na nadmierne zuycie reagentów 3. Ze wzgldu na moliwo wtórnego skaenia wody

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)

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 )

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

Gotowanie i pasteryzacja - odpowiednia temperatura - odpowiedni czas Zniszczenie wszystkich form organizmów Np. b.duru brzusznego 10 min./ 75 o C b.wglika, tca 120 min./100 o C Zastosowanie: gospodarstwa domowe niektóre gałzie przemysłu słuba zdrowia

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) 1 20 10 200 200 500 50000 3000

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

Ultrafiltracja 1. Rozmiary mikroorganizmów (formy przetrwalnikowe?) a) Robaki mm - 100 µm b) Grzyby mm - 10 µm c) Pierwotniaki 100-10 µm d) Bakterie 10-1 µm e) Wirusy 0,1-0,01 µm 2. Filtracja / Ultrafiltracja / 00 a) filtracja 1 µm b) ultrafiltracja 0.01 µm c) OO 0.001 µm

Promieniowanie uv C B A zakres uv 280 315 400 ν(nm) Int. uv Abs DNA Lampy uv -niskoci. rednioci 265 350 v(nm)

Promieniowanie elektromagnetyczne- widmo

PROMIENIOWANIE ELEKTOMAGNETYCZNE E = h E - energia (właciwoci) h - stała Plancka - czsto = 0,8 < λ < 1,5 mm (promieniowanie podczerwone) 0,4 < λ < 0,8 mm (promieniowanie widzialne) 0,1 < λ < 0,4 mm (promieniowanie nadfioletowe - uv) 1

ZALENO ABSORBANCJI OD x, a 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

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

Nadfiolet wiatło widzialne

PROMIENIOWANIE ELEKTOMAGNETYCZNE E = h E - energia (właciwoci) h - stała Plancka - czsto = 0,8 < λ < 1,5 nm (promieniowanie podczerwone- ir) 0,4 < λ < 0,8 nm (promieniowanie widzialne- vis) 0,1 < λ < 0,4 nm (promieniowanie nadfioletowe - uv) 1

ABSORPCJA WIATŁA I = I 0 I I0 = lg T = e 1 A = lg = T -ax T - ax 0,7343 ax x - droga optyczna a - liniowy współczynnik absorpcji I - natenie promieniowania po przejciu przez warstw roztworu o gruboci x I - natenie promieniowania padajcego T - transmisja (przepuszczalno) 1 lg - absorbancja (pochłanianie) T 0,4343 a - współczynnik absorbancji (współczynnik ekstynkcji)

WŁA CIWY 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 0,4343 - właciwy współczynnik absoorbancji A -?

ZALENO ABSORBANCJI OD x, a 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

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

Chemiczne metody dezynfekcji ChMD-dodanie do uzdatnianej wody substancji chemicznych powodujcych obumieranie mikroorganizmów

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 1,09 0.23 En wskazuje na zdolno utleniania innych zwizków zdolno bakteriobójcza zaley od zdolnoci przenikania do komórki i od stabilnoci

Ilociowa charakterystyka ChB a) czynnik CT iloczyn stenia i czasu działania prowadzcego do dezaktywacji 99,9 % cyst, 99,99 % wirusów CT = [st.] x [czas] CT = f(temp., ph, skład) (mg/dm 3 min) b) wartoci CT = 1,4 (O 3 ) 23 (ClO 2 ) 124 (Cl 2 ) 1850 (NH x Cl3 -x )

Ilociowa charakterystyka ChB a) czynnik CT iloczyn stenia i czasu działania prowadzcego do aktywacji 99,9% cyst, 99.99% wirusów CT = [st.]x[czas] CT = f(temp., ph, skład) (mg/dm 3 min) b) wartoci CT = 1,4 (O 3 ) 23 (ClO 2 ) 124 (Cl 2 ) 185 O(NH x Cl 3-x )

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

Szybko dezynfekcji (c.d.) Dezynfektant Warto c n E.coli (b) Polio (w) Entamaeba (c) O 3 2300 920 3,1 HOCl 120 5 0,2 ClO 2 16 2,5 - OCl - 5 0,5 - NHCl 2 1 0,01 -

Szybko dezynfekcji - Podsumowanie Szybko dezynfekcji - czy jest wana Szybko dezynfekcji - uwarunkowanie rodzaj mikroorganizmów stenie i forma aktywna dezyfektanta skład dezynfekowanej wody warunki prowadzenia dezynfekcji (temp., mieszanie) W praktyce stosuje si: O 2, ClO 2, Cl 2

Chlorowanie historia chlor (właciwoci) substancje zawierajce chlor aktywny ClO 2, NaOCl, Ca(OCl) 2, Cl 2

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

Chlorowanie - Reakcje chemiczne Reakcja Cl 2 w wodzie (dysproporcjonowanie) Cl 2 + H 2 O H + + HOCl + Cl - HClO 100% 80 60 40 20 Cl 2 HOCl OCl - H + + OCl - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cl 2 - nieskuteczny K (HClO) = 80 - K (ClO )

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 2 + 24Cl - 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

Chlor pozostały Chlor pozost. (g Cl 2 /m 3 ) 3 2 woda destylowana woda destylowana + reduktory woda destylowana + reduktory + amoniak 1 A B C 2 4 A - niezwłoczne zuycie chloru 6 8 (g Cl 2 /m 3 ) B - tworzenie chloramin C - degradacja chloramin

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

Siła dezynfekcji zwizków chloru zwizek K E.coli ClO 2 2,6 HClO 1 OCl - 0,12 NHCl 2 0,02

Dechloracja wody nadmiar chloru usuwa si a) metodami chemicznymi Na 2 SO 3 + H 2 O + Cl 2 Na 2 SO 4 + 2 HCl SO 2 + H 2 O + Cl 2 H 2 SO 4 + 2 HCl NH 3 + Cl 2 NH 2 Cl + HCl b) wgiel aktywny

Ozonowanie wody historia właciwoci ozonu reakcje OH - + O 3 HO 2 + O - 2 HO 2 == H + + O - 2 HO - + O 3 HO 2 + O 2 -

Ozonowanie wody (c.d.) okres półtrwania wynosi kilkanacie do kilkudziesiciu sekund (zaley od t, HCO 3 -, zw.org.) działanie O R C = C R 1 3 R COH + HOC R 1 skuteczno dawki

Kryteria doboru metod dezynfekcji Kryterium Cl 2 O 3 ClO 2 uv Wydajno + + ~ ~ Niezawodno + + + + Łatwo obsługi ~ + ~ ~ Skuteczno dez. + ~ + ~ Bakteriobójczo + + + + Wirusobójczo ~ + + + Produkty uboczne - ~ ~ + Czas kontaktu k k NH 4 - + + + ph - wpływ - + + + Kontrola procesu + + + +

Biocydy -definicja -przykład

Dezynfekcja-podsumowanie Mikroorganizmy-charakterystyka Dezynfekcja- definicja Metody dezynfekcji- lista, charakterystyka Chlorowanie wody- formy akt.chloru, chlor pozostały, reakcje, ClO 2,,dechloracja Metody dezynfekcji- porównanie