Čištění vody má uvést všechny parametry charakterizující její kvalitu na standardní hodnoty. Je významný rozdíl mezi čištěním vody pro potřeby pitné, pro technologické účely (jak z povrchových vod, tak podzemních vod) a čištěním odpadních vod.
Navíc pro průmyslové odpadní vody vypouštěné do vodních útvarů nebo na zem a vypouštěné do kanalizačního systému jsou normy a požadavky na čištění odlišné. A neustále přitvrzují. Předpokládá se, že celkové náklady na čištění odpadních vod v moderních podnicích dosahují v průměru 15 až 40 % jejich celkových nákladů.
Metody čištění vody se vší jejich rozmanitostí lze rozdělit do tří skupin: mechanické, fyzikálně-chemické a biologické.
Mechanické čištění Používá se především pro separaci pevných a suspendovaných látek. Nejtypičtějšími metodami v této skupině jsou filtrace, usazování, inerciální separace, filtrace a regenerace oleje (jako typ usazování).
Napínání – primární stupeň čištění odpadních vod – voda je vedena přes speciální kovové rošty s roztečí 5-25 mm, instalované šikmo. Jsou pravidelně čištěny od usazenin pomocí speciálních rotačních zařízení.
usazování se vyskytuje ve speciálních nádobách, které se podle směru pohybu vody dělí na horizontální, vertikální, radiální a kombinované. Společné je vypouštění vyčištěné vody v horní části usazovací nádrže a gravitační princip sedimentace částic, které se shromažďují na dně. Typ usazovací nádrže jsou lapače písku, které se používají k oddělování částic písku v odpadních vodách sléváren a vodního kamene – v odpadních vodách kováren a válcoven. Doba zdržení vody v lapačích písku je zpravidla mnohem kratší než v usazovacích nádržích, kde dosahuje 1,5 hodiny (u odpadních vod).
Inerciální separace se provádí v hydrocyklonech, jejichž princip činnosti je podobný jako u cyklonů pro čištění plynu. Existují otevřené a tlakové hydrocyklony a ty první mají vysokou produktivitu a nízké tlakové ztráty, ale ztrácí účinnost čištění (zejména od malých částic).
Filtrace provádí nejčastěji přes porézní vázané nebo nevázané materiály. Filtry zpravidla čistí vodu od jemně rozptýlených nečistot již při nízkých koncentracích. Filtrační materiály jsou velmi rozmanité: křemenný písek, štěrk, antracit, kovové částice atd. Pískové filtry jsou hlavními čističi při úpravě vody. Lapače oleje ve své nejjednodušší podobě jsou to usazovací nádrže, ve kterých vyčištěná voda vystupuje zespodu a olejový film se shromažďuje shora.
Fyzikálně-chemické čištění zajišťuje separaci pevných i suspendovaných částic a rozpuštěných nečistot. Zahrnuje mnoho různých metod, z nichž nejdůležitější jsou metody extrakce, flotace, neutralizace, oxidace, sorpce, koagulace a iontové výměny.
Extrakce – proces oddělování nečistot ve směsi dvou nerozpustných kapalin (extrakt a odpadní voda). Například ve speciálních kolonách (dutých nebo naplněných tryskami) se odpadní voda mísí s extrakčním činidlem, které odstraňuje škodlivé látky: takto se odstraňuje fenol s benzenem.
Flotace – proces vyplavování nečistot (nejčastěji ropných produktů), kdy jsou obaleny vzduchovými bublinami přiváděnými do odpadních vod. V některých případech dochází k reakci mezi bublinkami a nečistotami. Variantou metody je elektroflotace, při které se voda dodatečně dezinfikuje díky redoxním procesům na elektrodách.
Neutralizace – úprava vody zásadami nebo kyselinami, vápnem, sodou, čpavkem atd. za účelem zajištění dané hodnoty pH. Nejjednodušší způsob, jak neutralizovat odpadní vodu, je smíchat kyselou a alkalickou odpadní vodu, pokud je v podniku k dispozici.
Oxidace – používá se jak při úpravě vody, tak při čištění odpadních vod k dezinfekci vody a ničení toxických biologických nečistot. Nejběžnější metoda – chlorace – je plná, jak již bylo zmíněno, s výskytem dioxinů (zejména s nuceným zvýšením dávky chloru v létě nebo při povodních, tzv. hyperchlorace). Postupně je nutné přejít na jiné metody, například na kombinaci ozonizace a chlorace. Ozonizace je drahá a má kratší dobu působení, ale je slibnější. V současné době se testují kombinace činidel s úpravou vody ultrafialovým zářením.
sorpce, stejně jako při zpracování emisí plynů je schopen zajistit účinné čištění vody od solí těžkých kovů, nenasycených uhlovodíků a částic barviva. Nejlepším sorbentem je zde aktivní uhlí, to platí i pro různé minerály (šungit, zeolit atd.), speciálně upravené piliny, saze, částice titanu atd. Na tyto sorbenty funguje mnoho domácích vodních filtrů: “Rodnichok”, “Rosa” “
Koagulace – úprava vody speciálními činidly k odstranění nežádoucích rozpuštěných nečistot. Široce používané při úpravě vody. Zpracování se provádí se sloučeninami hliníku nebo železa, čímž vznikají pevné nerozpustné nečistoty, které se oddělují konvenčními metodami. U odpadních vod je široce používána elektrokoagulace, při které se v blízkosti elektrod tvoří ionty (výsledek anodického rozpouštění materiálu elektrody), které reagují s nečistotami. Takto se oddělují těžké kovy, kyanidy atd.
Metody iontové výměny Jsou docela účinné pro čištění od mnoha roztoků a dokonce i od těžkých kovů. Čištění se provádí pomocí syntetické iontoměničové pryskyřice a pokud předchází mechanické čištění, umožňuje získat kovy izolované z vody ve formě relativně čistých koncentrovaných solí.
V poslední době se v zahraničí (zejména na úpravu vody) používají instalace reverzní osmózy. V nich je voda pod vysokým tlakem (až 30 MPa) protlačována přes sadu speciálních mikrofilmů. Tyto jednotky jsou mimořádně účinné jako konečné fáze (tj. pro jemné čištění). Jsou ale dost drahé a energeticky náročné.
Biologická léčba možné v přírodních podmínkách i v umělých strukturách. V obou případech jsou organické nečistoty zpracovány rozkladači (bakterie, prvoci, řasy) a přeměněny na minerály. V přírodních podmínkách se čištění provádí na filtračních nebo zavlažovacích polích (přes půdu) nebo v biologických rybnících. Ten může být se vstřikováním vzduchu (s umělým provzdušňováním). Jako umělé struktury lze použít aerotanky, oxytanky, metatanky a biofiltry. V nádržích (aero – s přívodem vzduchu; oxy – s přívodem kyslíku; meta – bez přístupu vzduchu) jsou odpadní vody čištěny mikroorganismy. Ale pro jejich normální fungování jsou nutné určité podmínky, pokud jde o teplotu, pH a nepřítomnost mnoha solí. Odrůdy těchto konstrukcí se proto nejčastěji používají na těch čistírnách odpadních vod, kde neproudí průmyslový odpad. U průmyslových čistíren se častěji používají biofiltry, ve kterých se na speciální zátěži (struska, keramzit, štěrk) tvoří aktivní biologické médium. Toto biologické médium (film) je méně citlivé na výkyvy parametrů prostředí a odpadních vod. Aktivita biofilmu se zvyšuje při vhánění vzduchu, obvykle přiváděného protiproudým způsobem.
Volba metod čištění a dezinfekce vody závisí na mnoha parametrech a požadavcích, z nichž nejdůležitější jsou: požadovaný stupeň čištění a počáteční kontaminace vody, požadované náklady a doba čištění, dostupnost čističek a energie a samozřejmě ekonomické příležitosti. U všech metod čištění je však třeba věnovat pozornost otázce likvidace sedimentů vzniklých při čištění vody (zejména toxických průmyslových odpadů). Kal se zpravidla odvodňuje a odváží na speciální skládky k likvidaci. Nebo zpracovávány v biologických zařízeních. Některé rostliny, jako jsou hyacinty a rákos, jsou docela účinné pro zpracování usazenin (včetně toxických). Existují speciální pece na spalování toxických odpadů s velmi vysokou účinností spalování (vzhledem k vytvoření zavěšené vrstvy spalovacího materiálu, tangenciální přívod paliva) a čtyřstupňové čištění plynných emisí (pece kanadsko-americké firmy Professor Ormston ). Existuje také domácí vývoj pro spalování tohoto kalu v metalurgických, speciálně vybavených pecích pro výrobu relativně neškodného stavebního materiálu.
Dezinfekce (dezinfekce) pitné vody se provádí za účelem zajištění epidemické bezpečnosti pitné vody a zabránění přenosu původců infekčních chorob vodou. Dezinfekce je zaměřena na zničení patogenních a oportunních mikroorganismů. Používá se k dezinfekci činidlo (chemické) a bez činidla (fyzikální) metody.
Reagenční metody jsou založeny na použití silných oxidačních činidel (chlór, látky obsahující chlor, ozón), iontů stříbra a dalších látek.
Mezi nereagenční metody patří: ultrafialové ozáření, vystavení ultrazvuku, vakuu, radioaktivnímu záření, to znamená fyzikální metody, jakož i tepelné zpracování. Ve vodovodních systémech se voda obvykle dezinfikuje v posledním stupni jejího čištění před vstupem do nádrží čisté vody a rozvodné vodovodní sítě. Volba konkrétního způsobu dezinfekce závisí na kvalitě a množství zdrojové vody, způsobech jejího předběžného čištění, podmínkách dodávky činidel a dalších faktorech.
Chlorace — úprava pitné vody vodným roztokem chloru za účelem její dezinfekce. Tato metoda se stala nejrozšířenější ze všech metod dezinfekce vody. To je způsobeno relativní levností chlóru, jednoduchostí použitého zařízení a spolehlivostí dezinfekčního účinku.
Za normálních teplot a tlaků je chlor žlutozelený plyn se silným specifickým zápachem. Dráždí sliznice a oči, je klasifikován jako vysoce toxická látka a po uvolnění do ovzduší může způsobit otravu člověka.
Chlór lze použít k dezinfekci vody v různých objektech – od důlní studny až po velký vodovodní systém. Pro dezinfekci vody lze použít plynný chlór (dodávaný v tekutých lahvích), bělidlo, chlornan vápenatý, chloraminy, oxid chloričitý a další látky obsahující chlor.
Hlavní podmínky působení chlóru jsou: důkladné odstranění nerozpuštěných látek z vody, dostatečná dávka chlóru, úplné a rychlé promíchání chlóru s celým objemem vody, která má být dezinfikována a kontakt chlóru s vodou po dobu minimálně 30- 60 minut času nezbytného pro projevení baktericidního účinku. Aby byla zajištěna spolehlivá dezinfekce, je nutné zavést takové množství, aby pokrylo celou kapacitu absorpce chloru vody a získal nějaký přebytek volného aktivního chloru. Úspěšnost chlorace vody se posuzuje podle zbytkového aktivního chloru. Bylo zjištěno, že dávky chloru ve vodě 1-3 mg/l obvykle poskytují dostatečný baktericidní účinek. Zároveň obsah zbytkový volný chlór ve vodě po nádrži na čistou vodu by měly být uvnitř 0,3-0,5 mg/l. Taková chlorace se nazývá konvenční nebo chlorace s ohledem na spotřebu chloru.
Absorpce chlóru vodou – množství chlóru, které se při chloraci 1 litru vody spotřebuje na oxidaci organických snadno oxidovatelných anorganických látek a dezinfekci bakterií během 30 minut.
Potřeba chlóru ve vodě – celkové množství chlóru potřebné k uspokojení absorpční kapacity vody a poskytnutí požadovaného množství zbytkového chlóru.
Druhy chlorace
Druhy chlorace na vodovodních systémech jsou dvojitá chlorace a superchlorace (přechlorace).
na dvojitá chlorace chlór je do vody zaváděn dvakrát: poprvé do směšovače před usazovacími nádržemi a podruhé za filtry, používá se např. v případě použití říční vody s vysokou bakteriální kontaminací pro zásobování pitnou vodou.
Superchlorace — chlorace vody nadměrnými dávkami chloru (5-20 mg/l) se zbytkovým obsahem aktivní látky: do 1-5 mg/l. Dočasně se používá při prudkých výkyvech bakteriální kontaminace vody, při zvláštní epidemické situaci a při nemožnosti zajistit dostatečný kontakt vody s chlórem.
Při vysokém obsahu zbytkového chlóru je voda považována za nevhodnou k přímé spotřebě a vyžaduje následnou dechloraci chemikáliemi (hyposulfit nebo oxid siřičitý) nebo sorpční metodou (aktivní uhlí).
Jedním ze způsobů dezinfekce vody je čpavek (chlorace s předamonizací), ve kterém se do vody postupně zavádí amoniak a poté chlor. Chlorace s preamonizací se používá k zamezení vzniku specifických pachů v případě chlorace vody obsahující fenol nebo benzen, dále k potlačení tvorby karcinogenních látek (chloroform apod.) při chloraci vody za přítomnosti huminových a další látky v něm obsažené.
Navzdory pozitivním aspektům používání chlóru k dezinfekci pitné vody byly v posledních letech identifikovány negativní důsledky chlorace vody pro veřejné zdraví.
V důsledku reakce chloru s huminovými sloučeninami nacházejícími se ve vodě, odpadními produkty některých organismů a látkami umělého původu mohou ve vodě vznikat vysoce toxické, karcinogenní a mutagenní látky. Patří sem: trihalomethany (THM), včetně chloroformu, bromoform, dibromchlormethan a další.
Je třeba počítat s tím, že některé škodliviny vznikající ve vodě se do organismu dostávají nejen při konzumaci vody a potravinářských výrobků (enterálně), ale i neporušenou kůží při sprchování, koupání a plavání v bazénu. Důležitým směrem při řešení naléhavého problému je proto použití jiných, k chloraci alternativních metod dezinfekce pitné vody.
Ozonace — úprava vody ozonem pro zničení mikroorganismů a odstranění nepříjemných pachů.
Ozon (O3) je namodralý plyn se specifickým zápachem, velmi dobře rozpustný ve vodě. Má vysokou oxidační schopnost, díky čemuž je baktericidní. Působí na protoplazmu mikroorganismů, ničí viry (zejména obrnu).
Ozonizér – zařízení (generátor) na výrobu ozónu sloužící k dezinfekci vody
Ozonizace ve srovnání s chlorací má následující Hlavní výhody:
spolehlivá dezinfekce je dosažena během několika minut, přičemž ozón je při dezinfekci vody od spór bakterií a patogenů virových infekcí účinnější než chlór;
ozon, stejně jako produkty jeho kombinace s látkami ve vodě, jsou bez chuti a zápachu;
voda se zabarví a dříve existující pachy různého původu jsou odstraněny;
přebytek ozónu se po několika minutách mění na kyslík, který se uvolňuje do atmosférického vzduchu, a proto nemá na lidský organismus žádný vliv;
přitom vzniká výrazně méně nových toxických látek než při chloraci;
proces ozonizace závisí méně na pH, zákalu, teplotě a dalších vlastnostech vody než chlorace;
Výroba ozonu na místě eliminuje potřebu přepravy a skladování činidel.
Nevýhody ozonizace. Ozon je výbušné a toxické činidlo, je to dražší metoda ve srovnání s chlorací. Rychlý rozklad v odpadní vodě (za 20-30 minut) omezuje její využití, po ozonizaci je často pozorován výrazný nárůst mikroflóry v důsledku reaktivace bakterií a sekundárního znečištění. Ani vysoké dávky ozónu (20 mg/l) a dlouhá expozice (1,5-2 hodiny) nezajistí plně účinnou dezinfekci proti bakteriálním sporám. Při úpravě vody ozonem mohou vznikat toxické vedlejší produkty: bromičnany, aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny a další sloučeniny. Tyto produkty mohou způsobit mutagenní a jiné nepříznivé účinky.
Dezinfekce vody ionty stříbra založené na oligodynamickém působení tohoto kovu. Stříbro má tu vlastnost, že uchovává vodu po dlouhou dobu. Podle publikovaných údajů si voda upravená stříbrem v koncentraci 0,1 mg/l udržuje vysoké hygienické a hygienické ukazatele po dobu jednoho roku i déle.
Dezinfekce stříbrem se provádí přímo přivedením vody do kontaktu s kovovým povrchem nebo rozpuštěním solí stříbra ve vodě pomocí elektrolytické metody. Ve druhém případě se používají ionizátory pro zajištění rozpuštění stříbra pod vlivem stejnosměrného elektrického proudu.
Ionátory se používají k dezinfekci vody na velkých lodích. Kosmonauti velmi chválili vodu upravenou stříbrem. Praxe ukázala, že úprava palubních zásob pitné vody stříbrem zajišťuje zachování jejích organoleptických a hygienických vlastností při různě dlouhých vesmírných letech. Stříbro se také ukázalo jako výborný konzervant minerální vody. Proto se v prestižních podnicích na výrobu nealkoholických nápojů minerální voda dezinfikuje stříbrem.
Navzdory množství informací o antimikrobiálních vlastnostech stříbra však jeho širokému zavedení do vodárenské praxe brání různé důvody, včetně nedostatečných informací o jeho toxicitě.
UV expozice. Baktericidní účinek ultrafialových (UV) paprsků je široce známý a byl opakovaně experimentálně prokázán. UV paprsky pronikají 25 cm vrstvou čiré a bezbarvé vody. Vlivem UV záření dochází v buňkách mikroorganismů ve vodě k nevratným procesům způsobujícím narušení molekulárních a mezimolekulárních vazeb. To vede k denaturaci (zničení) proteinů protoplazmatických buněk, zejména k poškození DNA, RNA, buněčných membrán a v důsledku toho ke smrti mikroorganismů. Krátkodobé molekuly ozonu, atomární kyslík, volné radikály a hydroxylové skupiny vzniklé vlivem UV záření navíc ovlivňují mikroorganismy ve vodě.
Metoda UV dezinfekce nemění chemické složení a organoleptické vlastnosti vody. Výhodou metody je také rychlost dezinfekce (několik sekund) a absence zápachu a chuti při použití ultrafialových paprsků. Paprsky působí škodlivě nejen na vegetativní formy patogenních bakterií, které po ozáření do 1-2 minut odumírají, ale také na chlór-rezistentní spory, viry a vajíčka helmintů. Četné studie prokázaly absenci škodlivých účinků i při dávkách UV záření mnohem vyšších, než je prakticky nutné. Na rozdíl od technologie chlorace a ozonizace tedy zásadně nehrozí předávkování UV zářením. Zároveň je zde informace, že při správné volbě dávky UV záření není pozorována aktivace mikroorganismů, což umožňuje použití UV dezinfekce bez následného zavádění konzervačních dávek chlóru.
Technologie dezinfekce vody UV zářením je nejjednodušší na implementaci a údržbu. Dezinfekce vody UV zářením se vyznačuje nevýznamnými náklady na energii (3-5x nižší než u ozonizace) a není potřeba drahých činidel.
Pro dezinfekci vody se používají instalace s vysokotlakými rtuťovými výbojkami a nízkotlakými argon-rtuťovými výbojkami. Lampy jsou umístěny nad proudem ozářené vody nebo ve vodě samotné. V prvním případě jsou vybaveny reflektorem pro směrové ozařování, ve druhém se paprsky šíří po kruhu do všech stran.
Instalace UV dezinfekce pitné vody
Navzdory mnoha pozitivním aspektům použití ultrafialového záření k dezinfekci pitné vody je třeba vzít v úvahu, že zvýšený zákal, barva a soli železa snižují propustnost vody pro baktericidní UV záření. K dezinfekci UV zářením je proto vhodnější voda z podzemních zdrojů s obsahem železa nejvýše 0,3 mg/l, nízkým zákalem a barvou. Je-li nutná UV dezinfekce vody z povrchových a některých podzemních zdrojů, je nutné její předběžné čištění (čiření, odbarvování, odželezňování atd.).
Ultrazvuková dezinfekce vody. Baktericidní účinek ultrazvuku se vysvětluje především mechanickou destrukcí buněčné membrány bakterií v ultrazvukovém poli. V tomto případě je baktericidní účinek spojen s intenzitou ultrazvukových vibrací a nezávisí na zákalu (až 50 mg/l) a barvě. Dezinfekční účinek se rozšiřuje nejen na vegetativní, ale i na sporové formy mikroorganismů.
K získání ultrazvukových vibrací nezbytných pro dezinfekci vody se používají piezoelektrické a magnetostrikční přístroje. Délka dezinfekčního účinku ultrazvuku trvá sekund.
Vakuová dezinfekce vody zajišťuje dezinfekci bakterií a virů sníženým tlakem. V tomto případě lze plného baktericidního účinku dosáhnout za 15-20 minut.
Radiační dezinfekce vody. Ionizující (pronikající) záření je krátkovlnné rentgenové záření a γ-záření, proud vysokoenergetických nabitých částic (elektronů, protonů, deuteronů, α-částic a zpětných jader), jakož i rychlých neutronů (částic, které nemají žádné poplatky). Interakcí s elektronickými obaly atomů a molekul média na ně přenášejí část své energie, čímž dochází k ionizaci molekul. Elektrony uvolněné v tomto případě mají zpravidla významnou energii, která se vynakládá na ionizaci několika dalších molekul vody.
Ionizující záření je silný nereagenční faktor, jehož působením dochází k odumírání patogenních mikroorganismů přítomných v ozařované vodě a její dezinfekci. Primární produkty radiolýzy vody narušují metabolismus v bakteriální buňce.
Radiační čištění a dezinfekce vody má ve srovnání s tradičními metodami úpravy následující výhody:
všestrannost, to znamená schopnost neutralizovat mnoho organických a jakýchkoli mikrobiálních polutantů;
vysoký stupeň dezinfekce a čištění;
vysoká rychlost zpracování a možnost plné automatizace.
Vzhledem ke kontaminaci vodních útvarů specifickými technogenními látkami i z dalších důvodů se však v praxi rozšiřují kombinované metody, kdy se radiační úprava vody používá ve spojení s tradičními dezinfekčními metodami (chlorace nebo ozonizace).
Dezinfekce termální vodou Používá se především k dezinfekci malého množství vody v dětských zařízeních (školy, školky, pionýrské a letní tábory), sanatoriích, nemocnicích, na lodích i doma.
Bylo zjištěno, že úplné dezinfekce módy (zničení všech typů a forem patogenních mikroorganismů) je dosaženo pouze vařením vody po dobu 5-10 minut. Je však třeba vzít v úvahu, že převařená voda je zbavena nejen patogenních, ale i saprofytických, pro člověka neškodných nebo dokonce prospěšných mikroorganismů. V takové vodě se snadno množí mikroorganismy, které se do ní dostaly po převaření a vychladnutí, což vede k rychlému zhoršení její kvality. Převařená voda by proto měla být skladována v těsně uzavřených nádobách na chladném místě nejdéle 24 hodin.
