FERTŐTLENÍTÉS.

Az előadások a következő témára: "FERTŐTLENÍTÉS."— Előadás másolata:

1 FERTŐTLENÍTÉS

2 Fertőtlenítés Feladata: a vízben található mikroorganizmusok egyedszámának csökkentése az érvényes előírásoknak megfelelő szintre. Fentiek értelmében pl. a kórokozó mikroorganizmusok egyedszáma az ivóvízben nem haladhatja meg egy adott térfogatban a zérus értéket. Nem-kórokozó mikroorganizmusok esetében zérusnál nagyobb egyedszámok is megengedhetőek. A fertőtlenítést az esetek többségében kémiai úton, tehát megfelelő vegyszerek adagolásával valósítjuk meg. Ezek a vegyszerek erős oxidálószerek. Az erős oxidálószerek veszélyesek az élő szervezetekre, lényegében mérgező hatást fejtenek ki, ezért alkalmasak fertőtlenítésre. Alkalmazásuk fokozott figyelmet és elővigyázatosságot igényel.

3 Cryptosporidium parvum
Fertőtlenítés Célja: vízben élő patogének számának csökkentése baktériumok, vírusok, protozoák Vibrio Cholerae Giardia lamblia Cryptosporidium parvum 1910-től klór alkalmazása (olcsó, hatékony) 1970-es évek: klór káros melléktermékeinek felfedezése egyéb fertőtlenítőszerek vizsgálata

4 Példák az utóbbi évek vízjárványaiból…
Bergen, Norvégia (2004) – Giardia (laboratóriumi vizsgálatok alapján 1300 beteg, de az összes megbetegedések száma becslések alapján ) – felszíni vízkivétel, több hétig tartó intenzív csapadék  szennyvíz-eredetű szennyezés a vízbázisban Milwaukee, USA (1993) – Cryptosporidium ( megbetegedés, legalább 104 haláleset a fertőzéshez kapcsolódóan) Miskolc (2006) – a 76 km2-es vízgyűjtő területre május 23. és június 6. között 215,88 mm csapadék hullott le (16,8 millió m3 víz) – 3673 megbetegedés (ebből 161-en kórházi ápolásra szorultak) – illegális bekötések a szennyvízhálózaton (forrás: Kiss Zoltánné és mtsai, 2008)

5 Vegyszereket alkalmazó fertőtlenítési eljárások
Fertőtlenítőszerek Klórtartalmú fertőtlenítőszerek A klór és származékai Klór-dioxid Mono-klóramin Egyéb fertőtlenítőszerek Ózon Kálium-permanganát Vegyszereket nem alkalmazó fertőtlenítési eljárások UV sugárzás Membrántechnológiák

6 Klór és alkalmazási formái
Klórgáz Klóros víz Nátrium-hypoklorit (Hypo) Klórmész

7 Klóros víz Klórgáz és víz reakciójaként keletkezik a következők szerint: Cl2 + H2O  HOCl + HCl A hypoklórossav (HOCl) is képes a disszociációra, de annak mértéke a pH függvénye: HOCl  H+ + OCl- Savas közegben a hypoklórossav, míg lúgos közegben a hypoklorit ion stabil. Erősebb fertőtlenítő hatása a hypoklórossavnak van, tehát annak jelenléte fontos.

8 A hatékony fertőtlenítés szempontjából az enyhén savas
közeg lenne a legkedvezőbb (5,0 < pH < 6,0), de a fellépő korrózió miatt a nagyon enyhén lúgos közeg (7,0 < pH < 7,5) alkalmazása célszerű. A klórgáz és a víz reakciójával előállított klóros víz adagolása biztonságos és jól szabályozható. A klóros víz előállítása azonban felügyeletet és gyakori beavatkozást igényel.

9 Klór, hipoklórossav és hipoklorit ion egyensúlya
a pH függvényében OCl- = [OCl-] C T Cl Cl2 = [Cl2] C T Cl 1,0 HOCl = [HOCl] C T Cl 0,5 -2 2 4 6 8 10 [Cl-] = 10-3 M, C T Cl = [Cl2] + [HOCl] + [OCl-]

10 Fertőtlenítés klórgázzal
A klór rendkívűl erős oxidáló és mérgező hatású gáz. Biztonsági okokból a klórgáz direkt használatát az ivóvizek klórozásánál hosszú ideig nem alkalmazták (a ’60-as évekig). Jelenlegi széleskörű alkalmazását az tette lehetővé, hogy biztonságos adagoló-szabályozó eszközt dolgoztak ki, mely alkalmas a klórgáz vízbe történő közvetlen adagolására. Magyarországon a ’70-es évek közepétől gyártják az Advance típusú klórgáz adagoló berendezéseket. A klórgázt tartalmazó tartályból (mely lehet 150 bar nyomású palack, vagy bar nyomású 0,5 t vagy 1,0 t gázt tartalmazó „hordó”) vákuum létrehozásával „veszik ki” a klórgázt. A légritkítást a fertőtlenítésre kerülő víz áramlása hozza létre (Bernoulli tv.).

11 Advance klórozó

12 Ha a víz áramlása leáll, megszűnik a vákuum,
automatikusan leáll a klórgáz adagolása. A klór „reális gáz”, azaz a nagynyomású tároló tartályt elhagyva térfogata megnő. Ez a folyamat energiaigényes, és erősen lehűti a környezetet. Télen feltétlenül gondoskodni kell a tartály környezetének fűtéséről, hogy az adagoló rendszer ne fagyjon be.

13 A klór alkalmazásának előnyei:
Könnyen előállítható Nagy mennyiségben rendelkezésre áll Olcsó Biztonságosan szállítható, tárolható Adagolása jól szabályozható, biztonságos Erős fertőtlenítőszer Fertőtlenítő hatását hosszú ideig, a vízelosztó hálózatban is megtartja

14 A klór alkalmazásának hátrányai:
Reakcióba lép a jelen lévő ammónium ionokkal, és a kevésbé hatékony mono-klóramin, majd a fertőtlenítés szempontjából hatástalan di-, és tri-klóramin képződik A természetes eredetű szerves anyagokkal reakcióba lépve rákkeltő tri-halo-metánok képződnek Szerves anyagokkal mutagén hatású rövid szénláncú klórozott szén-hidrogének alakulnak ki Fenolokkal már a néhány μg/L koncentráció tartományban rendkívül erős íz- és szag- hatást okozó klór-fenolok képződésére kerül sor AOX képződés

15 Reakció az ammónium ionokkal
NH4+ + HOCl  NH2Cl + HOH + H+ Ha a hipoklórossav feleslegben van, reakcióba lép a korábban képződött monoklór-aminnal, és diklór-amin képződik, mely a hipoklóros-sav további feleslege esetén triklór-aminná alakul. NH2Cl + HOCl  NHCl2 + HOH NHCl2 + HOCl  NCl3 + HOH

16 A klór (valójában a hipoklóros-sav) az emberi tevékenység
következtében a felszíni, vagy felszínalatti befogadókba jutott szerves szennyezőanyagok, valamint a természetes eredetű szerves anyagok egyes csoportjaival reakcióba léphet daganatos megbetegedést is okozó THM (trihalo-metán) vegyületek képződését eredményezve. Ezek legjellegzetesebb képviselője a kloroform (CHCl3). Meg kell azonban említeni a diklór-bróm-metánt (CHCl2Br) és a dibróm-klór metánt (CHClBr2) is, melyek lényegesen kisebb mennyiségben keletkeznek, mint a kloroform, de a klórozáskor mindig jelen vannak. A THM vegyületek képződésének elsősorban azokban a vizekben nagy a valószínűsége, melyek néhány mg/L koncentrációban természetes eredetű humin, fulvin, illetve lignin anyagokat tartalmaznak.

17 A vízbe fertőtlenítési céllal adagolt klór egyéb szerves
anyagokkal, pl. az ipari szennyvizekkel kibocsátott fenolokkal, fenolszármazékokkal is reagál, a néhány μg/L koncentrációban már kellemetlen szagot okozó klór-fenolok képződése közben. A szerves anyagok és a vízbe adagolt klór reakciója során olyan klórozott szerves vegyületek is képződhetnek, melyek mutagén tulajdonsággal rendelkeznek, azaz a sejtekben az átöröklés folyamatát módosíthatják. A klórt, mint fertőtlenítőszert nagy körültekintéssel kell alkalmazni. A fertőtlenítésre kerülő víz minősége alapvetően befolyásolja, hogy milyen kockázati tényezővel alkalmazhatjuk a klórt. Elsősorban viszonylag nagy mennyiségű ammónium iont, illetve szerves anyagot tartalmazó vizek kezelésénél kell nagy figyelmet fordítani a fertőtlenítés körülményeire.

18 Klórozási melléktermékként keletkezik (hasonlóan a THM- hez)
AOX (Adsorbable Organic Halogenids - Adszorbeálható Halogénezett Szerves Vegyületek) Bevezetés Klórozási melléktermékként keletkezik (hasonlóan a THM- hez) Mutagén, karcinogén Gyűjtőparaméter (szemben a THM-mel, ami jól definiált) Mérési nehézségek Határértékek: Európai Unió 98/86 (1998) ivóvizes direktíva – nincs előírás WHO Guidelines for Drinking-water Quality (2004) – nincs ajánlás 201/2001-es Kormányrendelet – nincs előírás (Forrás: László B.)

19 Nincs ugyan határérték, de a helyi ÁNTSZ előírhat ajánlott értéket
Bevezetés Nincs ugyan határérték, de a helyi ÁNTSZ előírhat ajánlott értéket „a technológia során, a klórozási melléktermékként képződő AOX vegyületek mennyisége a tisztított vízben legalább az egészségügyi szempontból még tolerálható 50 µgCl/L-re csökkenjen. Az üzemelés során törekedni kell az egészségügyi kockázat szempontjából elfogadható 25 µgCl/L irányérték elérésére. -A képződő AOX vegyületek eltávolítása legalább 30%-os hatásfokot érjen el úgy, hogy a fenti érték folyamatosan biztosított legyen.” ÁNTSZ Dél-dunántúli Regionális Intézete

20 Nátrium-hypoklorit Jól ismert vegyület, csak oldat formájában használjuk, lúgos kémhatású. Adagolása egyszerű, biztonságos, jól szabályozható. Hosszú ideig a „klórozást” Na-hypoklorit adagolással valósították meg. A Na-hypoklorit vízbe adagolva gyorsan és jól disszociál a következők szerint: NaOCl  Na+ + OCl- A fertőtlenítést a hypoklorit (OCl-) anion biztosítja. A Na-hypoklorit disszociációja növeli a víz pH értékét, de ez a növekedés nem számottevő.

21 Klórmész Bizonytalan kémiai összetételű szürkésfehér szilárd anyag. Vízben mérsékelten oldódik. Ivóvízfertőtlenítésre ma már ritkán alkalmazzák. Ca(OCl)2  Ca2+ + 2OCl-

22 Klórdioxid A klórdioxid mint fertőtlenítőszer a hetvenes évek második felétől került a vízkezeléssel foglalkozó szakemberek érdeklődésének középpontjába. Ennek oka abban keresendő, hogy ez az anyag a vízben előforduló szerves vegyületekkel nem képez THM vegyületeket, és nem reagál az ammónium ionokkal sem. Klórdioxid jelenlétében azonban klórozott aromás vegyületek képződhetnek, és a fertőtlenítés során klorát, illetve klorit ionok képződnek. Közülük a klorit iont az ivóvízben egészségre ártalmas anyagnak minősítették mérgező hatása miatt. Ez az oka annak, hogy a WHO 1993-ban kiadott ajánlásában μg/L-ben határozta meg az ivóvízben maximálisan megengedhető klorit ion koncentrációt (ez megszabja a maximálisan adagolható klór-dioxid mennyiségét is)

23 Klór-dioxid előállítása
A klór-dioxidot a felhasználás helyszínén állítják elő nátrium-kloritból (NaClO2), ugyanis a klór-dioxid a robbanásveszélyessége miatt nem szállítható A nátrium-kloritot savval reagáltatva klór-dioxid képződik a következő egyenlet szerint: 5 NaClO2 + 4 HCl  4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O (forrás: Öllős, 1987; egyéb előállítási módok: ld. Víztisztítás jegyzet)

24 Klór-dioxid előállítása
5 NaClO2 + 4 HCl  4 ClO2 + 5 NaCl + 2 H2O Klorit Sav

25 A klórdioxidot a felhasználás helyén kell előállítani, ugyanis nem
célszerű szállítani robbanásveszélyessége miatt. „Por formában” is kapható, pl. TWINOXIDE néven (ebben az esetben nem szükséges klór-dioxid generátor beszerzése)

26 Ózon alkalmazása az ivóvízkezelésben
fertőtlenítő hatás felismerése Kezdeti alkalmazások fertőtlenítés íz- és szaganyagok eltávolítása új alkalmazások vas- és mangán eltávolítás színanyagok eltávolítása a koaguláció-flokkuláció hatékonyabbá tétele mikroszennyezők eltávolítása alga eltávolítás

27 Ózon Az ózon rendkívül erős oxidálószer, már kis koncentrációban is veszélyes az élő szervezetekre, beleértve a magasabbrendű élőlényeket, így az embert is. Előállítása a levegő oxigénjéből, vagy oxigén gázból történik nagyfeszültségű elektromos kisülések alkalmazásával: 3O2 + E  2O3 Az ózon rendkívül erős oxidáló hatása a felszabaduló nasscens oxigénnek köszönhető. O3  O2 + ,O’

28 Ha ez a nasscens oxigén nem talál oxidálandó anyagot, egy
másik nasscens oxigénnel azonnal átalakul viszonylag gyenge oxidációs hatást kifejtő kétatomos oxigén-molekulává. ,O’ + ,O’  O2 Ezek a folyamatok az okai annak, hogy az ózon (vízbe adagolásától számítva) hosszú ideig nem tudja erőteljes oxidációs tulajdonságát kifejteni.

29 Az ózon fertőtlenítő hatása függ a víz aktuális pH értékétől.
8,0-nál nagyobb pH értékeken nagyon nagy reakcióképességű hidroxil- és szerves- gyökök képződhetnek a vízben ózon és szerves anyagok jelenlétében. Ezek a nagy reakcióképességű hidroxil- és szerves- gyökök katalizálják az ózon bomlását, és a szerves anyagok oxidációját, reprodukálva önmagukat. Enyhén savas közegben az ózon viszonylag lassan, de szelektív módon oxidál. A mikroorganizmusok elpusztítása szempontjából az enyhén savas közegben lejátszódó oxidáció a kedvezőbb. A vízkezelésre leggyakrabban alkalmazott pH tartományban (7,0 ≤ pH ≤ 8,0) viszont az ózon spontán bomlása és a szerves anyagok nem-szelektív oxidációja kerül előtérbe.

30 Láncreakciót kezdeményező anyagok Láncreakciót elősegítő anyagok Láncreakciót akadályozó anyagok

31 Oxidáció az .OH gyökök által
Oxidációs lehetőségek M Mox Oxidáció az ózon által O3 OH- M M’ox Oxidáció az .OH gyökök által .OH

32 terelőfalak  kedvezőbb hidraulika
kontaktidő biztosítása ózon bevezetés

33

34 Ózondús gáz Ózonmentes víz Ózondús víz

35 Klóramin A mono-klóramin jelentős fertőtlenítő hatással rendelkezik, de a közvetlen mikroorganizmus pusztító képessége nem közelíti meg a korábban említett fertőtlenítőszerekét. Ez is az egyik oka annak, hogy a klórral történő fertőtlenítés jelentősen veszít hatékonyságából ammónium ionok jelenlétében, azaz a klóraminok képződése során. A mono-klóramin enyhe, de kellemesnek nem mondható szagot kölcsönöz a víznek. Fenntartó fertőtlenítésre jól felhasználható.

36 Ultraibolya sugárzás Meghatározott hullámhossz tartományban az ultraibolya sugárzás erős fertőtlenítő hatással rendelkezik. A fertőtlenítés hatékonysága nem függ a kezelésre kerülő víz pH értékétől. Az UV sugárzással történő fertőtlenítés során nem képződnek egészségre ártalmas melléktermékek, a kezelés hatékonyságát az ammónium, vagy egyéb ionok jelenléte nem befolyásolja.

37 fizikai úton hatástalanítja a mikroorganizmusokat
UV sugárzás – fizikai úton hatástalanítja a mikroorganizmusokat DNS Nitrogén tartalmú szerves bázisok: adenin, timin, citozin, guanin (a bázissorrend határozza meg az információt) UV 253,7 nm T G A C KETTŐS KÖTÉS KIALAKULÁSA  SEJTOSZTÓDÁS GÁTLÁSA

38

39 Ultraibolya sugárzás Az ultraibolya sugárzás azonban csak néhány centiméteres vízrétegben tudja fertőtlenítő hatását a kívánt mértékben kifejteni. A sugárzás fertőtlenítő hatását csak a sugárzás időtartama alatt tudja kifejteni. Az ózonhoz hasonlóan vezetékes ivóvíz- ellátásban fertőtlenítőszerként csak más anyagokkal kombinálva alkalmazható.

40 Korlátozott hatástalanítás
Részleges áthatolás UV fény szóródás Árnyékolás Korlátozott hatástalanítás Teljes áthatolás UV lámpa

41 UV sugárzás – előnyök és hátrányok
fizikai úton hatástalanítja a mikroorganizmusokat egészségre ártalmas fertőtlenítési melléktermékek nem keletkeznek Hátrányok maradék fertőtlenítőszer hiánya vízminőség hatása a fertőtlenítés hatékonyságára vas, magnézium, kálcium lerakódás biofilm képződés fényelnyelés, részecskék hatása

42 Biofilm képződés Ózonnal kezelt Fertőtlenítés nélkül
g/m2 belső csőfelület Ózonnal kezelt Fertőtlenítés nélkül UV sugárzással kezelt Klórral kezelt (Lund et al.)

43 Membrántechnológiák Megfelelő pórusméretű membránon (a pórusméret nanométer nagyságrendű!) nagy nyomás alkalmazásával az oldatokból kis méretű molekulák – vizes oldatokból értelemszerűen vízmolekulák – átpréselhetők a membránon, míg a nagy molekulák (azaz az oldott anyagok) eredeti helyükön maradnak. Ezzel az eljárással lényegében molekula-szeparáció biztosítható. Tekintettel arra, hogy a mikroorganizmusok mérete lényegesen meghaladja az oldott anyagok molekuláinak méretét, a membrántechnológiák a molekula-szeparáció mellett a mikroorganizmusokat is eredeti helyükön tartják, azaz nem jutnak át a tisztított vízzel a membránon.

44 Egyéb eljárások Ezüst – házi víztisztítók KMnO4 H2O2