Vattenbehandling (eller vattenbehandling ) är processen att ta bort oönskade kemikalier, biologiska föroreningar, suspenderade fasta ämnen och gaser som förorenar sötvatten . Slutresultatet av reningsprocessen är dricksvatten lämpligt för användning för ett specifikt ändamål. Beroende på syftet med vattenrening används andra termer: vattenrening och avloppsrening . Vatten rengörs och desinficeras noggrant som förberedelse för mänsklig användning för hushållsbehov ( dricksvatten ). Dessutom kan vattenrening utföras för andra ändamål som uppfyller andra krav, till exempel för medicinska ändamål eller för användning inom läkemedels- , kemisk- eller annan industri . I allmänhet inkluderar den tekniska processen som används för att rena vatten fysikaliska metoder ( filtrering , sedimentering , omvänd osmos , destillation ), biologiska metoder (sopätande organismer), kemiska metoder ( flockning , jonbyte , klorering och användning av elektromagnetisk strålning , såsom ultraviolett strålning ).
Enligt en rapport från Världshälsoorganisationen , 2007, hade 1,1 miljarder människor inte tillgång till förbättrade vattenkällor , och av 4 miljarder fall av diarré orsakades 88% av osäkert vatten och otillräcklig sanitet och hygien . Dessutom, enligt WHO :s experter, dör årligen 1,8 miljoner människor av diarrésjukdomar, varav i 94 % av fallen kan utvecklingen av diarré förhindras genom förändrade miljöförhållanden, inklusive tillgång till säkert (renat och förberett) vatten [1] .
Användningen av relativt enkla metoder för rening och beredning av dricksvatten för hushållsbruk, såsom klorering , användning av vattenfilter, desinfektion med solljus ( UVR ), samt lagring av dricksvattenförråd i säkra behållare, skulle kunna spara en ett stort antal människoliv varje år [2] . Det huvudsakliga målet för hälsoorganisationer i utvecklingsländer är alltså att minska antalet dödsfall i sjukdomar orsakade av användning av dricksvatten av dålig kvalitet.
De första experimenten med vattenfiltrering gjordes på 1600-talet. Sir Francis Bacon försökte avsalta havsvatten genom att föra det genom ett sandfilter. Även om hans experiment inte var framgångsrikt började han ett nytt intresse för detta område. Mikroskopins fäder , Anthony van Leeuwenhoek och Robert Hooke , använde det nyuppfunna mikroskopet för att för första gången observera små materialpartiklar som låg suspenderade i vatten, vilket lade grunden för framtida förståelse av vattenburna patogener [3] .
Den första dokumenterade användningen av sandfilter för vattenrening går tillbaka till 1804, när ägaren till en läktare i Paisley , Skottland , John Gibb, installerade ett experimentellt filter och sålde sitt oönskade överskott till allmänheten [4] . Denna metod fulländades under de kommande två decennierna av ingenjörer som arbetade för privata vattenföretag och kulminerade i världens första renade offentliga vattenförsörjning, installerad av ingenjör James Simpson för Chelsea Waterworks Company i London 1829, och utformningen av nätverket var allmänt kopierade över hela Storbritannien under de följande decennierna [5] .
Utövningen av vattenbehandling blev snart accepterad och utbredd, och fördelarna med systemet gjordes mycket tydligt av läkaren John Snows forskning under Broad Street-kolerautbrottet 1854 . Snow var skeptisk till den då dominerande miasma -teorin , som ansåg att sjukdomar orsakades av giftig "dålig luft". Även om bakterieteorin om sjukdomar ännu inte hade utvecklats, ledde Snows observationer till att han förkastade den rådande teorin. Hans essä "On the Mode of Transmission of Cholera" från 1855 visade på ett övertygande sätt vattenförsörjningens roll i spridningen av koleraepidemin i Soho [6] [7] med hjälp av en prickad distributionskarta och statistiska bevis för att illustrera sambandet mellan vattenkällans kvalitet och kolera förekomst. Hans upptäckter övertygade kommunen om att stänga av vattenpumpen, vilket snabbt avslutade utbrottet.
Metropolitan Water Act införde först reglering av vattenbolag i London , inklusive minimikrav för vattenkvalitet. Lagen "sedde för tillhandahållande av rent och hälsosamt vatten till Metropolis" och krävde att allt vatten skulle "effektivt filtreras" från den 31 december 1855. [8] Detta följdes av lagstiftning för obligatorisk testning av vattenkvaliteten , inklusive omfattande kemiska analyser, 1858. Denna lag satte ett världsomspännande prejudikat för liknande folkhälsoinsatser över hela Europa. Metropolitan Sewers Commission bildades också samtidigt, vattenfiltrering antogs i hela landet och nya vattenintag på Themsen installerades ovanför Teddington Lock . Automatiska tryckfilter, i vilka vatten tillförs under tryck genom ett filtreringssystem, uppfanns 1899 i England.
John Snow var den första som framgångsrikt använde klor för att desinficera vattenförråd i Soho, vilket hjälpte till att sprida kolerautbrottet. William Soper använde också klorerad kalk för att behandla avloppsvatten som producerades av tyfuspatienter 1879.
I en artikel publicerad 1894 föreslog Moritz Traube officiellt att tillsätta klorid av kalk ( kalciumhypoklorit ) till vatten för att göra det "bakterifritt". Två andra forskare bekräftade Traubes slutsatser och publicerade sitt arbete 1895 [9] . De första försöken att införa vattenklorering i avloppsreningsverk gjordes 1893 i Hamburg , Tyskland , och 1897 var staden Maidstone , England , först med att behandla hela sin vattenförsörjning med klor [10] .
Den ständiga kloreringen av vatten började 1905, när ett felaktigt, långsamt sandfilter och förorenade rörledningar ledde till en allvarlig tyfusepidemi i Lincoln, England [11] . Dr Alexander Cruikshank Houston använde vattenklorering för att stoppa epidemin. Hans installation tillförde en koncentrerad lösning av kalkklorid till det behandlade vattnet. Vattenklorering bidrog till att stoppa epidemin, och som en försiktighetsåtgärd fortsatte kloreringen fram till 1911, då en ny vattenförsörjning infördes [12] .
Den första kontinuerliga användningen av klor i USA för desinfektion ägde rum 1908 vid Boonton Reservoir (vid Rockaway River), som fungerade som försörjningskälla för Jersey City , New Jersey [13] . Klorering uppnåddes genom kontrollerade tillsatser av utspädda lösningar av kalkklorid (kalciumhypoklorit) i doser från 0,2 till 0,35 ppm. Behandlingsprocessen skapades av Dr John L. Leal och kloranläggningen designades av George Warren Fuller [14] . Under de närmaste åren introducerades klordesinfektion med klorid av kalk snabbt i dricksvattensystem runt om i världen [15] .
Metoden att rena dricksvatten med hjälp av komprimerad flytande klorgas utvecklades av den brittiska indiska läkaren Vincent B. Nesfield 1903. Hans konto sa:
Det slog mig att klorgas kunde anses vara tillfredsställande... om lämpliga medel kunde hittas för dess användning... Nästa viktiga fråga var hur man gör gasen bärbar. Detta kunde göras på två sätt: Genom att göra det flytande och förvara det i järnkärl fodrade med bly, ha en stråle med en mycket tunn kapillärkanal och utrustad med kran eller skruvlock. Kranen öppnas och den erforderliga mängden vatten placeras i cylindern. Klor bubblar, och efter tio till femton minuter är vattnet helt säkert. Denna metod skulle vara användbar i stor skala, såväl som för servicevattenvagnar [16] .
Den amerikanska arméns major Carl Rogers Darnall, professor i kemi vid Military Medical School, visade detta först i praktiken 1910. Kort därefter använde major William L. Leister från Army Medical Department en kalciumhypokloritlösning i en linnepåse för att behandla vattnet. Under många decennier förblev Lister-metoden standarden för den amerikanska armén i fält och i läger, implementerad i form av den välbekanta Lister-väskan (även stavat Lister-väskan). Detta arbete utgjorde grunden för moderna urbana vattenreningssystem.
Rent vatten har ett pH nära 7 (varken alkaliskt eller surt ). Havsvatten kan ha pH-värden från 7,5 till 8,4 (måttligt alkaliskt). Färskvatten kan ha ett brett spektrum av pH-värden beroende på avrinningsområdets eller akvifärens geologi och påverkan av föroreningar ( surt regn ). Om vattnet är surt (under 7) kan kalk , soda eller natriumhydroxid tillsättas för att höja pH i vattenreningsprocessen . Tillsatsen av kalk ökar koncentrationen av kalciumjoner och ökar därmed vattnets hårdhet. För mycket sura vatten kan tvångsavgasare vara ett effektivt sätt att höja pH genom att ta bort löst koldioxid från vattnet [18] . Att göra alkaliskt vatten hjälper koagulerings- och flockningsprocesserna att fungera effektivt och hjälper till att minimera risken för upplösning av bly från blyrör och blylod i rörkopplingar. Tillräcklig alkalinitet minskar också korrosionsbeständigheten hos vatten till järnrör. Syra ( kolsyra , saltsyra eller svavelsyra ) kan i vissa fall tillsättas till alkaliska vatten för att sänka pH. Alkaliskt vatten (över pH 7,0) betyder inte nödvändigtvis att bly eller koppar från VVS-systemet inte kommer att lösas i vattnet. Vattnets förmåga att fälla ut kalciumkarbonat för att skydda metallytor och minska chansen att lösa upp giftiga metaller i vatten beror på pH, mineralinnehåll, temperatur, alkalinitet och kalciumkoncentration [19] .
Ett av de första stegen i de flesta traditionella vattenbehandlingsprocesser är tillsatsen av kemikalier för att avlägsna partiklar som suspenderats i vattnet. Partiklarna kan vara oorganiska såsom lera och silt eller organiska såsom alger , bakterier , virus , protozoer och naturligt organiskt material . Oorganiska och organiska partiklar bidrar till vattnets grumlighet och färg.
Tillsatsen av oorganiska koagulanter såsom aluminiumsulfat (eller alun ) eller järn(III)salter såsom järn(III)klorid orsakar flera samtidiga kemiska och fysikaliska interaktioner på och mellan partiklar. Inom några sekunder neutraliseras de negativa laddningarna på partiklarna av oorganiska koagulanter. Inom några sekunder börjar också utfällning av metallhydroxid från järn- och aluminiumjoner bildas. Dessa fällningar smälter samman till större partiklar genom naturliga processer såsom Brownsk rörelse och inducerad blandning, ibland kallad flockning. Amorfa metallhydroxider är kända som "flock". Grova amorfa aluminium- och järn(III)hydroxider adsorberar och trasslar in partiklar i suspension och underlättar avlägsnandet av partiklar genom efterföljande utfällnings- och filtreringsprocesser [20] .
Aluminiumhydroxider bildas i ett ganska snävt pH-område, typiskt från 5,5 till 7,7. Järn(III)hydroxider kan bildas över ett bredare pH-område, inklusive pH-nivåer lägre än de som är effektiva för alun, vanligtvis 5,0 till 8,5.
Det råder mycket debatt och förvirring i litteraturen om användningen av termerna koagulering och flockning: var slutar koagulation och börjar flockning? Vattenreningsverk använder vanligtvis en högenergi, snabb blandningsprocess (hålltid i sekunder) där koaguleringskemikalier tillsätts, följt av flockningstankar (hålltider varierar från 15 till 45 minuter), där låg energitillförsel gör stora skovlar eller andra mjuka blandningsanordningar för att förbättra bildningen av flingor. Faktum är att processerna för koagulering och flockning fortsätter efter tillsats av koaguleringsmedel av metallsalter [21] .
Organiska polymerer utvecklades på 1960-talet som koaguleringshjälpmedel och i vissa fall som ersättning för oorganiska metallsaltkoagulanter. Syntetiska organiska polymerer är föreningar med hög molekylvikt som bär negativa, positiva eller neutrala laddningar. När organiska polymerer tillsätts vatten med partiklar, adsorberas föreningar med hög molekylvikt på partiklarnas yta och smälter samman med andra partiklar genom interpartikelbryggor och bildar flockar. PolyDADMAC är en populär katjonisk (positivt laddad) organisk polymer som används i vattenreningsverk [22] .
Vatten som lämnar flockningsbassängen kan komma in i en sedimentationsbassäng, även kallad klarnare eller sedimenteringsbassäng. Detta är en stor tank med låga vattenhastigheter, vilket gör att flingorna kan lägga sig till botten. Sedimentationsbassängen är bäst placerad nära flockningsbassängen, så transiteringen mellan de två processerna tillåter inte sedimentering eller uppdelning av flockar. Sedimentbassänger kan vara rektangulära, där vattnet rinner från ände till ände, eller cirkulära, där flödet sker från mitten och ut. Utflödet av den sedimentära bassängen går vanligtvis genom dammen, så det kommer bara ett tunt toppskikt av vatten ut - längst bort från silt.
1904 visade Allen Hazen att sedimenteringsprocessens effektivitet beror på sedimenteringshastigheten för partiklarna, flödet genom tanken och tankens yta. Sumpar är typiskt utformade för överflödeshastigheter på 0,5 till 1,0 gallon per minut per kvadratfot (eller 1,25 till 2,5 liter per kvadratmeter per timme). Som en allmän regel är effektiviteten hos en sedimentationsbassäng oberoende av retentionstid eller djup av poolen. Även om djupet på bassängen bör vara tillräckligt så att vattenflöden inte stör silt och inte bidrar till samverkan mellan sedimenterade partiklar. När koncentrationen av partiklar i det sedimenterade vattnet ökar nära ytan av sedimentet i botten av tanken, kan sedimentationshastigheten öka på grund av partikelkollisioner och agglomeration. Typisk fördröjningstid för sedimentation sträcker sig från 1,5 till 4 timmar, och bassängens djup är från 10 till 15 fot (3 till 4,5 meter) [20] [21] [22] .
Lutande platta plattor eller rör kan läggas till traditionella klarare för att förbättra partikelavlägsnandet. De lutande plattorna och rören ökar dramatiskt ytarean som är tillgänglig för partikelborttagning, i linje med Hazens ursprungliga teori. Landytan som upptas av en sedimentbassäng med lutande plattor eller rör kan vara mycket mindre än i en konventionell sedimentbassäng.
Slamlagring och bortskaffandeNär partiklar sedimenterar till botten av sumpen, bildas ett lager av slam i botten av tanken , som måste avlägsnas och behandlas. Mängden slam som bildas är betydande, ofta 3 till 5 procent av den totala volymen vatten som ska behandlas. Kostnader för rening och bortskaffande av slam kan påverka driftskostnaderna för ett vattenreningsverk. Sumpen kan utrustas med mekaniska rengöringsanordningar som kontinuerligt rengör botten av sumpen, eller så kan poolen tas ur drift regelbundet och rengöras manuellt.
FlockningsmedelsklarareEn underkategori av sedimentering är avlägsnandet av fasta ämnen genom att fånga upp suspenderade flockar i bädden när vattnet trycks uppåt. Den största fördelen med flockningsmedelsklarare är att de tar mindre plats än konventionella klarare. Nackdelarna är att effektiviteten i partikelavlägsnandet kan variera mycket beroende på förändringen i kvaliteten på tilloppsvattnet och flödeshastigheten på tilloppsvattnet.
När partiklarna som ska avlägsnas inte lätt sedimenterar ur lösningen används ofta upplöst luftflotation (DAF). Efter koagulerings- och flockningsprocesserna kommer vattnet in i DAF-tankarna, där luftdiffusorer i botten av tanken skapar små bubblor som fäster på flingorna och bildar en flytande massa av koncentrerade flingor. Den flytande flingfilten tas bort från ytan och det klarnade vattnet dräneras från botten av DAF-tanken. Vattenkällor som är särskilt känsliga för encelliga algblomningar, samt källor med låg grumlighet och hög färgning, använder ofta DAF.
Efter att ha separerat de flesta flockarna, filtreras vattnet som ett sista steg för att avlägsna de återstående suspenderade partiklarna och icke-sedimenterade flockarna.
Snabba sandfilterDen vanligaste typen av filter är snabbsandfiltret . Vattnet rör sig vertikalt genom sanden, som ofta har ett lager av aktivt kol eller antracitkol ovanför sanden. Det översta lagret tar bort organiska föreningar som bidrar till smak och lukt. Utrymmet mellan sandpartiklarna är större än de minsta suspenderade partiklarna, så enkel filtrering räcker inte. De flesta av partiklarna passerar genom ytskikten men fångas i porutrymmena eller fastnar på sandpartiklarna. Effektiv filtrering sträcker sig in i filtrets djup. Denna egenskap hos filtret är nyckeln till dess funktion: om det översta lagret av sand skulle blockera alla partiklar, skulle filtret snabbt bli igensatt [23] .
För att rengöra filtret tvingas vatten snabbt uppåt genom filtret, i motsatt riktning mot den normala riktningen (kallad backspolning), för att avlägsna inbäddade eller oönskade partiklar. Innan detta steg kan tryckluft blåsas genom botten av filtret för att bryta upp det packade filtermediet för att hjälpa backspolningsprocessen; detta kallas luftrening. Detta förorenade vatten kan avlägsnas tillsammans med slammet från sumpen eller återvinnas genom att blandas med det råvatten som kommer in i anläggningen, även om detta ofta anses vara dålig praxis eftersom det återinför en ökad koncentration av bakterier i råvattnet.
Vissa avloppsreningsverk använder tryckfilter. De fungerar enligt samma princip som snabba gravitationsfilter, skiljer sig åt genom att filtermediet är inneslutet i ett stålkärl och vatten pressas genom det under tryck.
Fördelar:
Långsamma sandfilter kan användas där det finns tillräckligt med mark och utrymme, eftersom vattnet rinner mycket långsamt genom filtren. Dessa filter är beroende av biologiska reningsprocesser för sin funktion snarare än fysisk filtrering. De är noggrant byggda med graderade lager av sand, med den grövre sanden tillsammans med lite grus i botten och den finaste sanden på toppen. Avlopp vid botten dränerar renat vatten för desinfektion. Filtrering beror på utvecklingen av ett tunt biologiskt skikt som kallas zooglealskiktet på filtrets yta. Ett effektivt långsamt sandfilter kan förbli i drift i många veckor eller till och med månader om förbehandlingen är väl utformad och producerar vatten med mycket låga tillgängliga näringsnivåer, vilket fysiska behandlingar sällan uppnår. Mycket låga näringshalter gör att vatten kan passera säkert genom distributionssystem med mycket låga nivåer av desinfektionsmedel, vilket minskar konsumenternas irritation med aggressiva nivåer av klor och klorbiprodukter. Långsamma sandfilter spolas inte tillbaka; de upprätthålls genom att det översta lagret av sand skrapas bort när flödet så småningom blockeras av biologisk tillväxt [24] .
En specifik "storskalig" form av långsamt sandfilter är bankfiltreringsprocessen, som använder naturligt sediment på stranden av en flod för att tillhandahålla det första steget av föroreningsfiltrering. Även om det i allmänhet inte är tillräckligt rent för direkt användning som dricksvatten, är vatten som erhålls från lämpliga produktionsbrunnar mycket mindre problematiskt än flodvatten som tas direkt från en flod.
MembranfiltreringMembranfilter används ofta för att filtrera både dricksvatten och avloppsvatten . För dricksvatten kan membranfilter ta bort praktiskt taget alla partiklar större än 0,2 µm, inklusive Giardia och Cryptosporidium . Membranfilter är en effektiv form av tertiär rening när vatten behöver återanvändas för industrin, för begränsade hushållsändamål eller innan det släpps ut i en flod som används av nedströms städer. De används ofta inom industrin, särskilt för beredning av drycker (inklusive vatten på flaska ). Men ingen mängd filtrering kan ta bort ämnen som faktiskt är lösta i vatten, såsom fosfater , nitrater och tungmetalljoner .
Ultrafiltreringsmembran använder polymermembran med kemiskt formade mikroskopiska porer som kan användas för att filtrera lösta ämnen samtidigt som man undviker användningen av koagulanter. Typen av membranmedium avgör hur mycket tryck som behövs för att passera vattnet och vilka storlekar av mikroorganismer som kan filtreras bort.
Jonbyte [25] : Jonbytessystem använder kolonner med jonbytarharts eller zeolit för att ersätta oönskade joner. Det vanligaste fallet är vattenavhärdning, som består i att ta bort Ca2+- och Mg2+ -joner och ersätta dem med godartade (tvålaktiga) Na+- eller K+ -joner . Jonbytarhartser används också för att ta bort giftiga joner som nitrit , bly , kvicksilver , arsenik och många andra.
Nederbördsmjukning: Hårt vatten (högt kalcium- och magnesiumjoner) behandlas med kalk ( kalciumoxid ) och/eller soda ( natriumkarbonat ) för att fälla ut kalciumkarbonat ur lösningen med den vanliga joneffekten.
Elektrodejonisering [25] : Vatten passerar mellan de positiva och negativa elektroderna . Jonbytarmembran tillåter endast positiva joner att migrera från renat vatten till den negativa elektroden och endast negativa joner till den positiva elektroden. Avjoniserat vatten med hög renhet produceras kontinuerligt, liknande jonbytesbehandling. Fullständigt avlägsnande av joner från vatten är möjligt under rätt förhållanden. Vattnet är vanligtvis förbehandlat med en anläggning för omvänd osmos (RO) för att avlägsna icke-joniska organiska föroreningar och gasöverföringsmembran för att avlägsna koldioxid. Vattenåtervinning på 99 % är möjlig om koncentratflödet matas till RO-inloppet.
Desinfektion utförs både genom att filtrera skadliga mikroorganismer och genom att tillsätta desinficerande kemikalier. Vatten desinficeras för att döda alla patogener som passerar genom filtren och för att ge en restdos av desinfektionsmedel för att döda eller inaktivera potentiellt skadliga mikroorganismer i lagrings- och distributionssystem. Potentiella patogener inkluderar virus , bakterier inklusive Salmonella , Kolera , Campylobacter och Shigella , och protozoer inklusive Giardia och andra kryptosporidium . Efter administrering av något kemiskt desinfektionsmedel hålls vatten vanligtvis i tillfällig förvaring – ofta kallad en kontakttank eller ren brunn – för att tillåta desinfektionsåtgärden att slutföra.
Klor desinfektionDen vanligaste desinfektionsmetoden involverar någon form av klor eller dess föreningar som kloramin eller klordioxid . Klor är ett starkt oxidationsmedel som snabbt dödar många skadliga mikroorganismer. Eftersom klor är en giftig gas finns det en risk för utsläpp i samband med dess användning. Detta problem kan undvikas med natriumhypoklorit , som är en relativt billig lösning som används i hushållsblekmedel som frigör fritt klor när det löses i vatten. Klorlösningar kan erhållas på plats genom elektrolys av vanliga saltlösningar. Den fasta formen, kalciumhypoklorit , frigör klor vid kontakt med vatten. Men hantering av fasta ämnen kräver mer konventionell mänsklig kontakt genom påsöppning och hällning än användning av gasflaskor eller blekmedel, som är lättare att automatisera. Att producera flytande natriumhypoklorit är billigt och även säkrare än att använda gas eller fast klor. Klorhalter upp till 4 milligram per liter (4 miljondelar) anses vara säkra i dricksvatten [26] .
Alla former av klor används i stor utsträckning trots sina respektive nackdelar. En nackdel är att klor från vilken källa som helst kommer att reagera med naturliga organiska föreningar i vattnet och bilda potentiellt skadliga kemiska biprodukter. Dessa biprodukter, trihalometaner (THM) och haloättiksyror (HAA), är cancerframkallande i stora mängder och regleras av US Environmental Protection Agency (EPA) och Drinking Water Inspectorate i Storbritannien. Bildandet av THM och haloättiksyror kan minimeras genom att effektivt avlägsna så mycket organiskt material som möjligt från vattnet innan klor tillsätts. Medan klor är effektivt för att döda bakterier, har det begränsad effektivitet mot patogena protozoer som bildar cystor i vattnet, såsom giardia och cryptosporidium.
Desinfektion med klordioxidKlordioxid är ett snabbare verkande desinfektionsmedel än elementärt klor . Det används relativt sällan eftersom det i vissa fall kan bilda alltför stora mängder klorit, vilket är en biprodukt som regleras till låga acceptabla nivåer i USA. Klordioxid kan tillföras som en vattenlösning och tillsättas till vatten för att undvika gashanteringsproblem; ansamlingar av klordioxidgas kan spontant detonera.
KloreringAnvändningen av kloramin blir allt vanligare som desinfektionsmedel. Även om det inte är ett lika starkt oxidationsmedel, ger kloramin en längre rest än fritt klor på grund av dess lägre redoxpotential jämfört med fritt klor. Det bildar inte heller lätt THM eller haloättiksyror (biprodukter från desinfektion).
Det är möjligt att omvandla klor till kloramin genom att tillsätta ammoniak till vatten efter tillsats av klor. Klor och ammoniak reagerar och bildar kloramin. Vattendistributionssystem desinficerade med kloraminer kan genomgå nitrifikation , eftersom ammoniak är ett näringsämne för bakterietillväxt och nitrat bildas som en biprodukt.
OzondesinfektionOzon är en instabil molekyl som enkelt donerar en syreatom, vilket ger ett kraftfullt oxidationsmedel som är giftigt för de flesta vattenlevande organismer. Det är ett mycket starkt brett spektrum desinfektionsmedel som används flitigt i Europa och i flera kommuner i USA och Kanada. Ozondesinfektion, eller ozonering, är en effektiv metod för att inaktivera skadliga cystbildande protozoer. Det fungerar också bra mot nästan alla andra patogener [27] . Ozon bildas när syre passerar genom ultraviolett ljus eller en "kall" elektrisk urladdning.
För att använda ozon som desinfektionsmedel måste det skapas på plats och tillsättas vatten genom kontakt med bubblor. Några av fördelarna med ozon inkluderar produktionen av färre farliga biprodukter och frånvaron av smak- och luktproblem (jämfört med klorering ). Det finns inget ozonrester kvar i vattnet. I avsaknad av resterande desinfektionsmedel i vattnet kan klor eller kloramin tillsättas i hela distributionssystemet för att avlägsna eventuella patogener i distributionsrören.
Ozon har använts i dricksvattenanläggningar sedan 1906, då den första kommersiella ozoneringsanläggningen byggdes i Nice , Frankrike . Ozon har förklarats säkert av US Food and Drug Administration och används som ett antimikrobiellt medel vid hantering, lagring och bearbetning av livsmedel. Men även om färre biprodukter produceras genom ozonering, har ozon visat sig reagera med bromidjoner i vatten för att bilda koncentrationer av det förmodade cancerframkallande ämnet bromat . Bromid kan hittas i sötvatten i tillräckliga koncentrationer för att producera (efter ozonisering) över 10 delar per miljard (ppb) bromat, den maximala föroreningsnivån som fastställts av USEPA [28] . Ozondesinfektion är också energikrävande.
UV-desinfektionUltraviolett ljus (UV) är mycket effektivt för att inaktivera cystor i vatten med låg grumlighet. Effektiviteten av dekontaminering med ultraviolett ljus minskar när grumligheten ökar som ett resultat av absorption , spridning och skuggning orsakad av suspenderade fasta ämnen. Den största nackdelen med att använda UV är att det, precis som ozonbehandling, inte lämnar några rester av desinfektionsmedel i vattnet; Därför är det ibland nödvändigt att tillsätta ett resterande desinfektionsmedel efter den primära desinfektionsprocessen. Detta görs ofta genom att tillsätta kloraminer, som diskuterats ovan som det huvudsakliga desinfektionsmedlet. När de används på detta sätt ger kloraminer ett effektivt restdesinfektionsmedel med mycket få negativa effekter av klorering.
Mer än 2 miljoner människor i 28 utvecklingsländer använder solcellsdesinfektion för att rengöra sitt dricksvatten dagligen [29] .
Joniserande strålningLiksom UV används joniserande strålning (röntgen, gamma och elektron) för att sterilisera vatten.
Bromering och joderingBrom och jod kan också användas som desinfektionsmedel. Klor i vatten är dock mer än tre gånger effektivare som E. coli -desinfektionsmedel än motsvarande koncentration av brom, och mer än sex gånger effektivare än motsvarande koncentration av jod [30] . Jod används vanligtvis för bärbar vattenrening, medan brom används som desinfektionsmedel för simbassänger.
Bärbara vattenreningsanordningar och metoder finns tillgängliga för desinfektion och behandling i nödsituationer eller avlägsna platser. Desinfektion är huvudmålet eftersom estetiska hänsyn som smak, lukt, utseende och spår av kemisk förorening inte påverkar dricksvattnets kortsiktiga säkerhet.
Nedan listas andra populära vattenbehandlingsmetoder, särskilt för lokala privata källor. I vissa länder används vissa av dessa metoder även för storskaliga kommunala leveranser. Särskilt viktiga är destillation (avsaltning av havsvatten) och omvänd osmos.
Ordböcker och uppslagsverk |
| |||
---|---|---|---|---|
|