1 Wykład 7 DEZYNFEKCJA Procesy Oczyszczania Cieczy 2

2 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Ścieki i wody są skażone biologicznie i przed ich odprowadzeniem do odbiorników ścieków lub użyciem jako woda pitna wymagają zniszczenia bakterii i ich form przetrwalnikowych, wirusów oraz innych mikroorganizmów patogennych. Proces ten to DEZYNFEKCJA Procesy Oczyszczania Cieczy 2

3 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Mechaniczne procesy oczyszczania usuwają ok. 20% ogólnej liczby bakterii. Procesy utleniania biologicznego mają efektywność usuwania bakterii na poziomie 90 – 98 %. Oznacza to, że np. tak oczyszczane ścieki zawierają od 102 do 104 bakterii grupy coli /cm3. Prawdopodobieństwo zachorowania występuję gdy jest 1 bakteria w 1 m3 wody…. fizyczne Metody dezynfekcji : chemiczne Procesy Oczyszczania Cieczy 2

4 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Głównymi mechanizmami niszczenia mikroorganizmów są: destrukcja błony komórkowej po w niknięciu do komórki doprowadzenie do denaturacji białek zakłócenie syntezy białek uniemożliwienie replikacji kwasów nukleinowych ( zakłócenie biosyntezy i wzrostu) METODY FIZYCZNE: temperatura promieniowanie UV ultradźwięki promieniowanie jonizujące filtracja membranowa Procesy Oczyszczania Cieczy 2

5 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Dezynfekcja termiczna to proces gotowania lub pasteryzacji. Stosowana jest w małej skali, ( nie da się podgrzać strumieni ścieków…) . Podgrzewa się natomiast (pasteryzuje) poprzez podgrzanie do temp. 65 – 90 C przez czas od 5 do 30 minut osady ściekowe. Termicznym procesem dezynfekcji stosowanym zwłaszcza w mleczarstwie jest proces UHT (Ultra – High – Temperature Processing ) polegający na poddaniu mleka działaniu wysokiej temperatury od 135 do 150 C przez 1 – 2 sekundy. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

6 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Promieniowanie ultrafioletowe. Bakteriobójcze działanie UV polega na doprowadzeniu do cieczy takiej ilości energii, aby zniszczyć bakterie chorobotwórcze czyli ok. 300 J/m2. W widmie promieniowania elektromagnetycznego biologicznie czynne są promienie UV o długości falli z zakresu 200 – 300 nm. Największą skuteczność wykazują fale o długości 253, 7 nm. Promieniowanie wnika do wnętrza komórek gdzie jest adsorbowane przez RNA i DNA . Zachodzą reakcje fotochemiczne prowadzące do zmian w tych kwasach uniemożliwiających proces replikacji komórek. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

7 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA zalety: 1) brak zmiany składu chemicznego oczyszczanej cieczy – nic nie dodajemy… 2) skuteczność nie zależy od pH 3) obecność różnorakich związków chemicznych nie ma wpływu na skuteczność działania 4) efekt dezynfekcji regulujemy dawką promieniowania i czasem naświetlania ( <1min) Wada: UV dezynfekuje tylko podczas naświetlania i nie zapobiega ponownemu rozwojowi bakterii po zaprzestaniu naświetlania. Skuteczność działania zależy od mętności wody czyli od obecności koloidalnych cząstek stałych … Źródłem promieniowania są lampy rtęciowe. Miarą ich skuteczności jest procentowy udział energii oddawanej w postaci promieniowania o długości 253,7 nm w stosunku do energii pobranej przez lampę. Wielkośc ta wynosi ok. 20 – 30 %. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

8 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Urządzenia do dezynfekcji UV składają się z rury i umieszczonej wewnątrz niej lampy, którą omywa woda poddawana naświetlaniu. W innych rozwiązaniach lampy umieszczane są nad powierzchnią wody. Moc bakteriobójcza konieczna do osiągnięcia efektu dezynfekcyjnego zależy od: strumienia wody [m3/h] energii niezbędnej od zniszczenia danej grupy mikroorganizmów EB [J/m2] współczynnika pochłaniania promieniowania UV – α [1/cm] współczynnika wykorzystania UV -η Procesy Oczyszczania Cieczy 2

9 Rodzaj mikroorganizmówWykład 7 – DEZYNFEKCJA Energia niezbędna do niszczenia różnych mikroorganizmów: Rodzaj mikroorganizmów Energia EB [J/m2] Bakterie Wirusy Grzyby Bakterie Coli 26-66 Współczynnik pochłaniania α zależy od stopnia zanieczyszczenia wody i wynosi: wody powierzchniowe – 0,3 [1/cm] wody gruntowe – 0,15 [1/cm] Procesy Oczyszczania Cieczy 2

10 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Indeks coli podaje liczbę bakterii coli w 1 dm³. Moc obliczeniową NB [W] urządzenia do dezynfekcji określa się ze wzoru: indeksy koli przed i po dezynfekcji Indeks Coli po dezynfekcji wody wynosi: P<=10 w wodociągach obsługujących ponad 50 tys. mieszkańców P<=20 w wodociągach mniejszych Liczbę lamp rtęciowych niezbędnych w urządzeniu dezynfekującym określa się ze wzoru moc bakteriobójcza podawana przez producenta o. 14 – 35 W Procesy Oczyszczania Cieczy 2

11 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA ULTRADŹWIĘKISą to drgania sprężyste o częstotliwości od 20 kHz do 1 GHz generowane: 1) mechanicznie w układach strunowych, płytek sprężystych lub gwizdków 2) elektromechanicznie 3) piezoelektrycznie – drgania płytki kwarcu Bakterie giną gdy drgania powodują kawitację prowadzącą do rozerwania błony komórkowej. Skuteczność dezynfekcji zależy od: natężenia ultradźwięków [W/m2] częstości [Hz] czasu działania [s] rodzaju i liczby mikroorganizmów Wykazują działanie dezynfekcyjne tyko podczas generowania. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

12 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Promieniowanie jonizacyjneDezynfekcja radiacyjna, polega na użyciu wiązek przyspieszonych elektronów, promieni X i promieniowania gamma. Źródłami są liniowe akceleratory elektronów oraz izotopy promieniotwórcze przede wszystkim Co60 Cs137 Zalety: 1) krótki czas dezynfekcji 2) brak pozostałości toksycznych w sterylizowanym materiale. Wada: wysokie koszty i konieczność zachowanie bezpieczeństwa. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

13 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Chemiczne metody dezynfekcjiPolegają na wprowadzeniu do oczyszczanych ścieków lub wody silnych utleniaczy: Ozon Chlor i jego związki Kwas nadoctowy brom, jod i srebro Siła bakteriobójcza nie odpowiada potencjałowi redoks bo liczy się tez możliwość penetracji przez błonę komórkową. Zdolność dezynfekcyjna: O3 > ClO2 > Cl2 > chloraminy Procesy Oczyszczania Cieczy 2

14 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA OZONOWANIEOzon niszczy bakterie dwukrotnie szybciej niż chlor. Niszczy też wirusy, drożdże i zarodniki grzybów. Działa bo dokonuje się ozonoliza nienasyconych kwasów tłuszczowych w lipidach błony komórkowej. Wnikając do cytoplazmy ozon niszczy kwasy nukleinowe. Pierwszy raz użyto w Holandii w 1893 r. W 1906 w Nicei ropoczeto ciągła eksploatacje instalacji uzdatniania wody. Dawki ozonu w przypadku ścieków biologicznie oczyszczonych zawierają się w przedziale 15 do 30 mg O3/dm3 z czas kontaktu z ozonem to 15 – 20 min. Procesy Oczyszczania Cieczy 2

15 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA CHLOROWANIEPo raz pierwszy Chloru uzyto do dezynfekcji wody w Anglii w 1905 r. W zależności od odporności na chlor mikroorganizmy można podzielić na 4 grupy: Bakterie wegetatywne Bakterie zarodnikujące (cysty) Wirusy Pierwotniaki W celu zniszczenia 99% bakterii wegetatywnych w ciągu 2 min, stężenie chloru powinno wynosić 0,05 mg/dm3. Dla wirusów i pierwotniaków czas ten powinien wynosić 20 min a stężenie 10 mg/dm3 Zalety: silne właściwości bakteriobójcze, duża trwałość, łatwość w zastosowaniu i kontroli, niski koszt Wady: pogorszenie smaku i zapachu wody możliwość powstania chlorofenoli Procesy Oczyszczania Cieczy 2

16 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Kwas nadoctowySilny środek utleniający o potencjale oksydacyjnym większym od chloru i dwutlenku chloru. Stosowany na skale przemysłową w oczyszczalniach ścieków. Zalety: 1) wysoka efektywność niszczenia bakterii i wirusów; 2) niski poziom powstawania produktów ubocznych 3) rak wpływu pH na efektywność procesu 4) krótki czas kontaktu Produktem rozkładu kwasu nadoctowego jest kwas octowy łatwo ulegający biodegradacji Procesy Oczyszczania Cieczy 2

17 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Inne środki dezynfekcyjne:Brom – stosowany bardzo rzadko Jod – stosowany na basenach i pływalniach. Jest drogi i barwi wodę. Srebro – W postaci jonowej przejawia tzw. Oligodynamiczne działanie bakteriobójcze. ( prawdopodobnie dochodzi od adsorbowania się Ag+ na powierzchni bakterii. Zalety : brak zmiany smaku barwy i zapachu wody. Wady: koszt. ( Przepływ przez wypełnienie stałe pokryte srebrem) Procesy Oczyszczania Cieczy 2

18 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Kinetyka procesuNiszczenie bakterii można opisać zgodnie z kinetyką reakcji I rzędu. Dla początkowej liczby bakterii n0 ich liczba po czasie t wynosi: K- stała szybkości niszczenia bakterii, zależna od oporności mikroorganizmów na działanie reagentów i od pH roztworu. Skuteczność dezynfekcji zależy od rodzaju środka dezynfekującego wprowadza się więc, współczynnik siły dezynfekującej A : C – dawka środka dezynfekującego , n – stała zależna od pH ( ok. 1) Procesy Oczyszczania Cieczy 2

19 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Stąd dostajemy rów. Zwane prawem Chicka (1908) : Procesy Oczyszczania Cieczy 2

20 Wykład 7 – DEZYNFEKCJA Dla bakterii typu Coli równaniem opisującym proces dezynfekcji jest równanie empiryczne Sellecka: C – stężenie chloru pozostałego [mg/dm3] T – czas kontaktu [min] Procesy Oczyszczania Cieczy 2