Como higienizar a água da torneira

Como higienizar a água da torneira?

Os humanos rejeitam instintivamente beber água suja. Mas antes dos tempos modernos, os humanos só podiam confiar nos seus próprios sentidos de visão, olfato e paladar para julgar "impura", por isso acreditavam que a água turva ou fedorenta era impura. Essas percepções primitivas também levaram diretamente à aplicação generalizada da filtração como uma importante unidade de tratamento de água no tratamento moderno de água.

Após a Revolução Industrial, devido ao rápido aumento da população urbana e ao desenvolvimento do comércio mundial, uma variedade de doenças infecciosas, como a cólera, a febre tifóide e a disenteria, tornaram-se frequentes e prevalentes na Europa. No passado, as pessoas acreditavam que essas doenças infecciosas se espalhavam entre as pessoas através do “miasma”. Somente em 1854 o Dr. John Snow observou e analisou a doença da cólera em uma comunidade de Londres e descobriu que a propagação da doença estava relacionada ao consumo da mesma água de poço contaminada pelos pacientes. Foi a primeira vez que água potável imprópria foi associada a microrganismos patogênicos na água. Nos 30 anos seguintes, com a ajuda da observação microscópica e de métodos de cultura bacteriana, os cientistas também descobriram patógenos bacterianos como o Vibrio cholerae, que causa a cólera, e a Salmonella typhi, que causa a febre tifóide. A descoberta de vírus menores que bactérias veio um pouco mais tarde.

A promoção e aplicação da filtração reduziu enormemente o risco de microrganismos patogénicos na água e o âmbito e extensão da prevalência de doenças infecciosas transmitidas pela água. Isso ocorre porque a filtração remove a maioria dos microorganismos patogênicos da água, ao mesmo tempo que remove a turbidez e o material particulado da água. No entanto, já no início do século XX, os cientistas descobriram que embora o processo de tratamento da água que consiste em "coagulação → floculação → sedimentação → filtração" possa reduzir a turbidez a um nível muito baixo (como<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.

O cloro tem sido o desinfetante de água potável mais utilizado no mundo desde 1902, quando o hipoclorito de cálcio foi usado pela primeira vez para desinfetar água bruta na estação municipal de água de Middelkerke, na Bélgica. O hipoclorito de cálcio sólido foi usado primeiro, seguido pelo cloro líquido, e agora é usada mais solução de hipoclorito de sódio. Esses desinfetantes são chamados coletivamente de cloro livre ou cloro livre, porque existem na forma de moléculas de ácido hipocloroso (HClO) ou íons hipoclorito (ClO-) na água. As vantagens dos desinfetantes à base de cloro são a facilidade de produção, armazenamento, transporte e adição, o baixo custo de uso e o amplo espectro de efeitos de desinfecção, especialmente para patógenos virais.

A desvantagem da desinfecção com cloro é que ele reage facilmente com a matéria orgânica natural (MON) comumente presente na água para produzir subprodutos da desinfecção, como trihalometanos e ácidos haloacéticos. Além disso, se a concentração de cloro ou cloramina na água potável for muito alta, irritará os olhos e o nariz quando em contato e poderá causar desconforto estomacal ou anemia ao beber. Além disso, o cloro livre também reage facilmente com a amônia na água para formar cloraminas, também conhecidas como cloro combinado, que podem dar à água um odor desagradável, como cloro ou desinfetante, afetando o sabor da água potável. Portanto, países ao redor do mundo estabeleceram limites para a concentração residual de cloro na água das fábricas. meu país estipula que a concentração de cloro livre não deve exceder 2 mg/L, e a concentração total de cloro livre e cloro combinado não deve exceder 3 mg/L. Os Regulamentos Nacionais de Água Potável (NPDWR) federais dos EUA estipulam que a concentração máxima de cloro livre e cloro total na água potável não deve exceder 4 mg/L. Do ponto de vista da saúde, a Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda que a concentração de cloro livre na água potável não deve exceder 5 mg/L, e a concentração de monocloramina, principal componente da cloramina, não deve exceder 3 mg/L. Como tanto o cloro quanto a cloramina são voláteis, ferver a água da torneira antes de beber pode reduzir bastante o sabor do cloro na água potável. Usar colunas de filtro de carvão ativado para promover a decomposição de cloro e cloramina também é uma boa escolha.

Para controlar a geração de subprodutos da desinfecção, algumas estações de tratamento de água podem reduzir a dosagem de desinfetantes à base de cloro. Do ponto de vista da desinfecção, esta é uma prática altamente não recomendada. Para uma estação de tratamento de água, o tempo real de contato (valor T) entre o desinfetante e a água é basicamente um valor fixo. A redução da dosagem do desinfetante reduzirá definitivamente o resíduo do desinfetante (valor C) e, portanto, reduzirá definitivamente o valor CT, enfraquecendo assim o efeito de inativação sobre os microrganismos patogênicos.

Diferentes tipos de microrganismos têm tolerâncias muito diferentes ao cloro livre (Figura 2). Entre os patógenos comuns da água, o Cryptosporidium é um microrganismo extremamente resistente ao cloro. O valor CT necessário para uma inativação de 99% (ou seja, 2 log) sob condições normais de temperatura e pH da água chega a milhares de mg/L‧min. Em outras palavras, assumindo que o tempo de contato da desinfecção é de 60 minutos, o cloro livre residual necessário chega a centenas de mg/L, o que é centenas de vezes maior do que o cloro livre residual usual (~1 mg/L) de água. plantas. Isto é obviamente irrealista. Entre os agentes patogénicos bacterianos, os microrganismos resistentes ao cloro incluem certas espécies de micobactérias e Legionella, e o valor CT necessário para uma inactivação de 99% (ou seja, 2 log) é da ordem de 100 a 1000 mg/L‧min. Em comparação, a maioria dos tipos de vírus são muito intolerantes ao cloro livre, e o valor CT do cloro livre necessário para a inativação é facilmente alcançado.

Para inativar um determinado tipo de microrganismo são utilizados diferentes desinfetantes, e os valores de CT necessários também são muito diferentes (Figura 2). Isto está intimamente relacionado ao mecanismo de desinfecção do desinfetante, como a capacidade de oxidação e a permeabilidade da membrana celular. O cloro livre pode inativar facilmente o adenovírus, mas a cloramina é mais difícil; o cloro livre pode atingir um certo grau de inativação de Giardia lamblia, mas a cloramina quase não tem efeito. Portanto, as estações aquáticas devem tentar evitar o uso de cloramina como principal desinfetante e método de desinfecção. Mesmo que o tempo de contacto da desinfecção com cloramina seja prolongado para várias horas, é difícil garantir a sua inactivação eficaz de Giardia lamblia, micobactérias e Legionella. Quando a água bruta contém uma alta concentração (nível mg/L) de amônia, uma vez que a amônia reage facilmente com o cloro livre para formar cloramina, na verdade é desinfecção com cloramina em vez de desinfecção com cloro livre, e o efeito de desinfecção é difícil de garantir. Além disso, como mencionado acima, a geração de dicloroamônia e tricloroamônia aumentará significativamente o “gosto de cloro” da água. Neste caso, a amônia deve ser removida antes da desinfecção ou outros métodos de desinfecção de alta eficiência devem ser usados. Quando a concentração de amônia é baixa, a cloração breakpoint também é uma opção.

O ozônio (O3) tem um bom efeito de desinfecção e inativação na maioria dos microrganismos patogênicos, e o valor CT necessário para uma taxa de inativação de 99% é geralmente inferior a 10 mg/L‧min. A luz ultravioleta (UV) tem um bom efeito de desinfecção e inativação em Cryptosporidium e Giardia lamblia ("dois vermes"). Portanto, quando a água bruta contém alta concentração de “dois vermes”, Legionella e outros microrganismos resistentes ao cloro, por um lado, é necessário reduzir ainda mais o nível de turbidez da água filtrada (como<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%, ou seja, 4 log). No entanto, na engenharia, confiar apenas na desinfecção para eliminar o risco de microrganismos patogénicos não é economicamente viável ou fiável. O processo de barreira multiestágio de tratamento de água que consiste em "coagulação → floculação → sedimentação → filtração → desinfecção" é mais científico e econômico: o processo convencional reduz a turbidez e a concentração microbiana, a unidade de desinfecção subsequente inativa efetivamente os microrganismos residuais e o tubo A rede e outros sistemas de distribuição de água mantêm uma certa concentração de cloro residual para evitar o crescimento e reprodução de microrganismos. Para garantir a segurança microbiana da água no final da rede de tubulação, recomenda-se que o cloro residual da água no final da rede de tubulação não seja inferior a 0,2 mg/L .

O cloro residual refere-se ao cloro efetivo que permanece na água após a água ser desinfetada com cloro e em contato por um determinado período de tempo. A água da estação de tratamento de água precisa de passar através de uma longa rede de distribuição de água antes de poder ser transportada para milhares de famílias. Durante o processo de transporte, a qualidade da água será inevitavelmente contaminada por bactérias e outros microorganismos. No transporte por dutos de longa distância, a fim de garantir continuamente a segurança microbiana da água da torneira, a água da torneira deve conter uma certa quantidade de cloro residual ao sair da fábrica (se uma grande quantidade de cloro for ingerida, terá uma certa toxicidade ao corpo humano, e o teor residual de cloro na água da torneira precisa ser rigorosamente controlado.