Com desinfectar l'aigua de l'aixeta

Com desinfectar l'aigua de l'aixeta?

Els humans rebutgen instintivament beure aigua impura. Però abans dels temps moderns, els humans només podien confiar en els seus propis sentits de la vista, l'olfacte i el gust per jutjar "impura", de manera que creien que l'aigua tèrbol o pudent era impura. Aquestes percepcions primitives també van conduir directament a l'aplicació generalitzada de la filtració com a unitat de tractament d'aigua important en el tractament modern d'aigua.

Després de la Revolució Industrial, a causa del ràpid augment de la població urbana i del desenvolupament del comerç mundial, una varietat de malalties infeccioses com el còlera, el tifoide i la disenteria es van fer freqüents i prevalents a Europa. En el passat, la gent creia que aquestes malalties infeccioses es transmetien entre les persones a través del "miasma". No va ser fins l'any 1854 que el doctor John Snow va observar i analitzar la malaltia del còlera en una comunitat de Londres i va trobar que la propagació de la malaltia estava relacionada amb beure la mateixa aigua de pou contaminada pels pacients. Va ser la primera vegada que l'aigua potable no segura s'associava amb microorganismes patògens a l'aigua. Durant els propers 30 anys més o menys, amb l'ajuda de mètodes d'observació microscòpica i de cultiu bacterian, els científics també van descobrir patògens bacterians com Vibrio cholerae que causa el còlera i Salmonella typhi que causa la tifoide. El descobriment de virus que són més petits que els bacteris va arribar una mica més tard.

La promoció i aplicació de la filtració ha reduït molt el risc de microorganismes patògens a l'aigua i l'abast i l'abast de la prevalença de malalties infeccioses transmeses per l'aigua. Això es deu al fet que la filtració elimina la majoria dels microorganismes patògens de l'aigua alhora que elimina la terbolesa i les partícules de l'aigua. Tanmateix, ja a principis del segle XX, els científics van descobrir que tot i que el procés de tractament de l'aigua que consisteix en "coagulació → floculació → sedimentació → filtració" pot reduir la terbolesa a un nivell molt baix (com ara<0.3 NTU), it is still not enough to completely eliminate the risk of pathogenic microorganisms in the water. This requires disinfection of the filtered water, that is, inactivation of residual microorganisms, and maintaining a certain concentration of disinfectant residue in the pipe network water. In other words, filtration and disinfection are the dual cores of surface water source drinking water treatment technology, and both are indispensable.

El clor ha estat el desinfectant d'aigua potable més utilitzat al món des de 1902, quan l'hipoclorit de calci es va utilitzar per primera vegada per desinfectar l'aigua bruta a la planta d'aigua municipal de Middelkerke, Bèlgica. Primer es va utilitzar hipoclorit de calci sòlid, seguit de clor líquid, i ara s'utilitza més solució d'hipoclorit de sodi. Aquests desinfectants es coneixen col·lectivament com a clor lliure o clor lliure, perquè existeixen en forma de molècules d'àcid hipoclorós (HClO) o ions hipoclorit (ClO-) a l'aigua. Els avantatges dels desinfectants amb clor són que són fàcils de produir, emmagatzemar, transportar i afegir, tenen un baix cost d'ús i tenen un ampli espectre d'efectes de desinfecció, especialment per als patògens virals.

El desavantatge de la desinfecció amb clor és que reacciona fàcilment amb la matèria orgànica natural (NOM) present habitualment a l'aigua per produir subproductes de desinfecció com ara trihalometans i àcids haloacètics. A més, si la concentració de clor o cloramina a l'aigua potable és massa alta, irritarà els ulls i el nas en contacte, i pot causar molèsties estomacals o anèmia en beure. A més, el clor lliure també és fàcil de reaccionar amb l'amoníac de l'aigua per formar cloramines, també conegudes com a clor combinat, que poden donar a l'aigua una olor desagradable com ara clor o desinfectant, afectant el gust de l'aigua potable. Per tant, països d'arreu del món han establert límits a la concentració de clor residual de l'aigua de fàbrica. el meu país estipula que la concentració de clor lliure no ha de superar els 2 mg/L i la concentració total de clor lliure i clor combinat no ha de superar els 3 mg/L. El Reglament Nacional d'Aigua Potable dels Estats Units (NPDWR) estableix que la concentració màxima de clor lliure i clor total a l'aigua potable no ha de superar els 4 mg/L. Des del punt de vista de la salut, l'Organització Mundial de la Salut (OMS) recomana que la concentració de clor lliure a l'aigua potable no superi els 5 mg/L, i la concentració de monocloramina, el component principal de la cloramina, no superi els 3 mg/L. Atès que tant el clor com la cloramina són volàtils, bullir l'aigua de l'aixeta abans de beure pot reduir considerablement el sabor a clor de l'aigua potable. L'ús de columnes de filtre de carbó activat per promoure la descomposició del clor i la cloramina també és una bona opció.

Per controlar la generació de subproductes de desinfecció, algunes plantes d'aigua poden reduir la dosi de desinfectants amb clor. Des de la perspectiva de la desinfecció, aquesta és una pràctica molt poc recomanable. Per a una planta d'aigua, el temps de contacte real (valor T) entre el desinfectant i l'aigua és bàsicament un valor fix. La reducció de la dosi de desinfectant reduirà definitivament el residu de desinfectant (valor C) i, per tant, definitivament reduirà el valor CT, debilitant així l'efecte d'inactivació sobre els microorganismes patògens.

Els diferents tipus de microorganismes tenen una tolerància molt diferent al clor lliure (figura 2). Entre els patògens comuns de l'aigua, Cryptosporidium és un microorganisme extremadament resistent al clor. El valor CT necessari per a una inactivació del 99% (és a dir, 2 log) en condicions normals de temperatura i pH de l'aigua és tan alt com milers de mg/L‧min. En altres paraules, suposant que el temps de contacte de la desinfecció és de 60 min, el residu de clor lliure requerit és tan alt com centenars de mg/L, que és centenars de vegades més gran que el residu de clor lliure habitual (~1 mg/L) d'aigua. plantes. Això és evidentment irreal. Entre els patògens bacterians, els microorganismes resistents al clor inclouen determinades espècies de micobacteris i legionel·la, i el valor CT necessari per a una inactivació del 99% (és a dir, 2 log) és de l'ordre de 100 a 1000 mg/L‧min. En comparació, la majoria dels tipus de virus són molt intolerants al clor lliure i s'aconsegueix fàcilment el valor CT de clor lliure necessari per a la inactivació.

Per inactivar un determinat tipus de microorganisme, s'utilitzen diferents desinfectants, i els valors de CT requerits també són molt diferents (figura 2). Això està estretament relacionat amb el mecanisme de desinfecció del desinfectant, com ara la capacitat d'oxidació i la permeabilitat de la membrana cel·lular. El clor lliure pot inactivar fàcilment l'adenovirus, però la cloramina és més difícil; El clor lliure pot aconseguir un cert grau d'inactivació de Giardia lamblia, però la cloramina gairebé no té cap efecte. Per tant, les plantes d'aigua han d'intentar evitar l'ús de la cloramina com a principal mètode de desinfecció i desinfecció. Encara que el temps de contacte de la desinfecció amb cloramina s'ampliï a diverses hores, és difícil garantir la seva inactivació efectiva de Giardia lamblia, micobacteris i Legionel·la. Quan l'aigua crua conté una alta concentració (nivell de mg/L) d'amoníac, ja que l'amoníac reacciona fàcilment amb el clor lliure per formar cloramina, en realitat es tracta de desinfecció amb cloramina en lloc de desinfecció amb clor lliure, i l'efecte de desinfecció és difícil de garantir. A més, com s'ha esmentat anteriorment, la generació de dicloroamoníac i tricloroamoníac augmentarà significativament el "gust a clor" de l'aigua. En aquest cas, l'amoníac s'ha d'eliminar abans de la desinfecció o altres mètodes de desinfecció d'alta eficiència. Quan la concentració d'amoníac és baixa, la cloració del punt d'interrupció també és una opció.

L'ozó (O3) té un bon efecte de desinfecció i inactivació en la majoria de microorganismes patògens, i el valor CT requerit per a una taxa d'inactivació del 99% és generalment inferior a 10 mg/L‧min. La llum ultraviolada (UV) té un bon efecte de desinfecció i inactivació sobre Cryptosporidium i Giardia lamblia ("dos cucs"). Per tant, quan l'aigua crua conté una alta concentració de "dos cucs", legionel·la i altres microorganismes resistents al clor, d'una banda, cal reduir encara més el nivell de terbolesa de l'aigua filtrada (com ara<0.1 NTU), and on the other hand, ozone or ultraviolet light can be used as a disinfection method in combination with chlorine or chloramines in the water plant. Since neither ultraviolet light nor ozone can maintain the continuous disinfection effect of the pipeline network, the water outlet should contain a certain concentration of free chlorine or chloramine before entering the pipeline network to meet the requirements of the "National Standard" to maintain continuous disinfection of the pipeline network water and ensure the microbial safety of the water at the end of the pipeline network. The advantage of chloramine is that it is stable and not easy to decay, and the residual chlorine concentration is easy to maintain; the disadvantage is that the disinfection ability is weaker than that of free chlorine, and if it is not properly operated, it is easy to cause nitrification reaction, generate nitrite, and consume residual chlorine. According to the treatment capacity, more than 30% of surface water plants in my country have adopted ozone-activated carbon deep treatment process, with pre-ozone and main ozone contact tanks. Although its main function is to enhance the removal of organic matter, ammonia nitrogen and odor substances, it actually plays a role in enhancing disinfection. However, due to the strong reaction ability of ozone, the concentration in the ozone contact tank decays quickly, and its actual disinfection effect depends on the water quality, especially the organic matter concentration and pH.

Whether chlorine, ozone or ultraviolet disinfection is used, the design of the disinfection tank/device is crucial, and the effective contact time of the disinfectant in it (i.e., T in the CT value) needs to be increased. Since there are generally short-flow, dead zone and diffusion phenomena in the disinfection tank/device, it is not an ideal plug flow reactor, and the effective contact time between the disinfectant and water must be shorter than the hydraulic retention time (HRT). Setting a partition wall (baffle) in the disinfection tank/device to increase the aspect ratio, setting a flower wall at the entrance, and setting a diversion wall at the bend can effectively increase the effective contact time. Strictly speaking, it is to increase the ratio of effective contact time to hydraulic retention time (to 0.8 or above) (Figure 3). Increasing the effective contact time of the disinfectant is particularly important for ultra-efficient inactivation of microorganisms (such as >99,99%, és a dir, 4 log). Tanmateix, en enginyeria, confiar únicament en la desinfecció per eliminar el risc de microorganismes patògens no és econòmicament viable ni fiable. El procés de barrera multietapa del tractament de l'aigua que consisteix en "coagulació → floculació → sedimentació → filtració → desinfecció" és més científic i econòmic: el procés convencional redueix la terbolesa i la concentració microbiana, la unitat de desinfecció posterior inactiva efectivament els microorganismes residuals i la canonada. La xarxa i altres sistemes de distribució d'aigua mantenen una certa concentració de clor residual per evitar el creixement i la reproducció de microorganismes. Per tal de garantir la seguretat microbiana de l'aigua al final de la xarxa de canonades, es recomana que el clor residual de l'aigua al final de la xarxa de canonades no sigui inferior a 0,2 mg/L .

El clor residual es refereix al clor efectiu que queda a l'aigua després de desinfectar l'aigua amb clor i en contacte durant un període de temps determinat. L'aigua de la planta d'aigua ha de passar per una llarga xarxa de distribució d'aigua abans de poder ser transportada a milers de llars. Durant el procés de transport, la qualitat de l'aigua es veurà contaminada inevitablement per bacteris i altres microorganismes. En el transport de canonades de llarga distància, per garantir contínuament la seguretat microbiana de l'aigua de l'aixeta, l'aigua de l'aixeta ha de contenir una certa quantitat de clor residual quan surt de la fàbrica (si s'ingereix una gran quantitat de clor, tindrà una certa toxicitat). al cos humà, i el contingut de clor residual a l'aigua de l'aixeta s'ha de controlar estrictament.