Ugrás a tartalomhoz

Vízellátás és szennyvízkezelés

Dr. Török Sándor (2011)

Szent István Egyetem

6.3. Fertőtlenítés

6.3. Fertőtlenítés

A fertőtlenítés célja a mikroorganizmusok egyedszámának adott határérték alá csökkentése. Tehát nem azonos a sterilizálással, mivel nem cél az összes mikroorganizmus elpusztítása.

A víz fertőzése leggyakrabban az emberi és állati fekáliából származik. A víz fertőzöttségének megállapítására a Coli-baktériumok jelenlétét használjuk fel.

A Coli- baktériumoknak az ellenálló képessége gyakorlatilag megegyezik a fertőző baktériumok ellenálló képességével. Láthattuk az első fejezetben, hogy az egészséges emberi szervezet naponta átlag 200 billió (200·1012)Coli baktériumot ürít. Ezért a szennyvízben mindig nagy mennyiségben megtalálhatók. Tehát a vízben lévő Coli baktériumok jelenlétéből joggal arra következtethetünk, hogy a vizet fertőzés érte.

Bakteriológiailag a vizet a következő három értékkel jellemzik:

  • Coli-szám [db/100 cm3],

  • Coli-titer [cm3/db] és

  • Baktériumszám [db/cm3].

A Coli-szám a 100cm3 vízben található Coli- baktériumok száma.

A Coli-titer az a legkisebb vízmennyiség cm3-ben, amiből a Coli baktérium kitenyészthető.

A baktériumszám az 1cm3 vízben található összes baktérium száma.

Fertőtlenítési eljárások:

  • Melegítés,

  • Klórozás,

  • Fertőtlenítés ózonnal és

  • Egyéb fertőtlenítő eljárások.

Melegítés

Tökéletes csírátlanítás érhető el 30 perces forralással, de már 15 perces melegítés 60 °C-on is elpusztítja a baktériumok nagy részét. Ez az eljárás vízellátási és ipari célokra nem alkalmas, mivel nagyon költséges lenne.

Klórozás

Hazánkban az ivóvízkezelés során leggyakrabban használt fertőtlenítőszer a klór, amelyet a következő formákban alkalmaznak:

  • Klórgáz (Cl2),

  • Klóros víz,

  • Hypó (NaOCl oldata) és

  • Klórmész.

A klórozás elterjedését annak köszönheti, hogy megbízható, üzembiztos és gazdaságos.

A vízbe adagolt klór a fertőtlenítő hatást azáltal fejti ki, hogy a vízből elemi oxigént szabadít fel, ami oxidálja a baktériumsejteket.

A vízbe adagolt klórgáz a következő egyenlet szerint reagál a vízzel, miközben hypoklórossav és sósav képződik:

Cl2 + H2O ↔ HOCl + HCl

A hipoklórossavból felszabadulhat az oxigén:

HOCl = HCl + O

Emellett a hipoklórossav a vízben hidrogénionra és hipokloritionra is disszociálhat:

HOCl ↔ H+ + OCl

A hipokloritból ugyanúgy szabadul fel az oxigén, mint a hipoklórossavból:

H+ + OCl = HCl + O

A keletkező sósavat a víz karbonát keménysége köti le:

Ca(HCO3)2 + 2 HCl = CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2

A reakcióegyenletekben Cl2 a gázalakú klór, HOCl a hipoklórossav, OCl a hipoklorit ion. Ezen három, baktericid hatású oxidálószer egymáshoz viszonyított mennyisége az oldat pH-jától függ (32. ábra).

32. ábra: A hipoklórossav és a hipoklorit aránya a vízben

Amennyiben a pH megnő, azaz a H+ ionok koncentrációja csökken, a rendszer több hidrogéniont szeretne termelni, tehát a disszociáció irányába tolódik el a folyamat (egyre több hypoklórossav molekula alakul át hypoklorit ionná). A mikroorganizmusokkal szemben a disszociálatlan hypoklórossav erősebb hatást fejt ki, tehát érdekünk, hogy a fertőtlenítés során kisebb pH értékeket alkalmazzunk.

A pH csökkentésének határt szab az a tény, hogy 7 alatti pH értékek esetén a korrózió veszélye megnő, és épp ezért 7-nél alacsonyabb pH-jú víz nem is vezethető a hálózatba. Így tehát a klóros fertőtlenítés során alkalmazandó pH tartomány a 7 és 7,5 közötti pH tartomány. 7,5-ös pH felett már jelentős mennyiségben képződik hypoklorit ion, ezáltal csökken a fertőtlenítés hatékonysága (Öllős, 1987).

A víz klórmegkötő képessége, klórozás „töréspontig”

A vízbe adagolt klórnak csak egy része használódik el fertőtlenítésre, más részét a szervetlen (vas, mangán) és szerves (pl. fenolok) anyagok kötik le (33. ábra). A töréspontban hirtelen lezajlik az oxidáció. A görbe töréspontjánál lehet leolvasni víz maximális klórszükségletét, klórmegkötő képességét. A klór megkötődéséhez bizonyos időre van szükség. Ez általában 30 perc a gyakorlatban.

33. ábra: A víz klórmegkötő képessége

A fertőtlenítéshez szükséges klór mennyiségét úgy határozzák meg, hogy a kezelendő víz egy mintáját túlklórozzák, és egy bizonyos idő múlva meghatározzák a feleslegben levő klór mennyiségét. A kettő különbsége megadja a szükséges klór mennyiséget. E meghatározást nagyon pontosan kell elvégezni, hogy a víz tökéletes fertőtlenítését biztosító klór mennyiségét használhassák, de ugyanakkor minél kevesebb klór maradjon feleslegben, mivel ez erősen korrózív, tehát semlegesíteni kell vagy el kell távolítani, ami aránylag költséges folyamat.

A klór a vízben található szerves anyagok egyes csoportjaival reakcióba léphet, és daganatos megbetegedést is okozó THM (trihalo-metán) vegyületek képződését eredményezheti. Mivel a THM vegyületek rákkeltő hatásúak, ezért a szabvány rögzíti az ivóvízben megengedhető maximális koncentrációjukat. A jelenleg érvényes szabályozás szerint a megengedett összes THM szint: 50 μg/l.

Klórgáz adagolásához elterjedtek az Advance típusú vákuumos klórgázadagolók (34. ábra). Az adagoló és a bekeverés helye (injektor) közötti klórvezeték szívott, e vezeték sérülésekor a klór áramlása megszűnik, a berendezés levegőt szív és kever be a vízbe. A klórvezeték szívását és a klór bekeverését a külön nyomásfokozó szivattyúval üzemeltetett injektor biztosítja (Mészáros G., 1998).

34. ábra: Vákuumos klórgázadagoló

Fertőtlenítés ózonnal

Az ózon rendkívül erős oxidálószer, már kis koncentrációban is veszélyes az élő szervezetekre, beleértve a magasabbrendű élőlényeket, így az embert is.

Fertőtlenítő hatásának felfedezése 1886-ra tehető. Ettől kezdve kutatók tanulmányozták az ózon alkalmazási lehetőségeit, azonban az olcsó és hatékony klór használata háttérbe szorította az ózon felhasználását és megakadályozta széles körű elterjedését (Langlais et al, 1991).

Az ózon rendkívül erős oxidáló hatása a felszabaduló egyatomos (nasscens) oxigénnek köszönhető:

O3 → O2 + ,O’

Ezek a folyamatok az okai annak, hogy az ózon (vízbe adagolásától számítva) hosszú ideig nem tudja erőteljes oxidációs tulajdonságát kifejteni. Ezért az ózon alkalmazása esetén a víz hálózatba juttatása előtt klórral vagy klórdioxiddal történő fertőtlenítésre van szükség.

Az ózonfejlesztők lehetnek lemezes vagy csöves kialakításúak. A 35. ábrán látható csöves ózonfejlesztőnél a hűtővíz egyben az egyik elektróda is.

35. ábra: Csöves ózonfejlesztő

Egyéb fertőtlenítő eljárások

UV (ultraibolya) sugárzás

Meghatározott hullámhossz tartományban az ultraibolya sugárzás erős fertőtlenítő hatással rendelkezik. Ez a fajta fertőtlenítés nem kémiai, hanem fizikai úton hatástalanítja a mikroorganizmusokat. Az UV fényt a sejtek DNS-e nyeli el, miáltal a DNS-ben egyes bázispárok közötti kötések módosulnak (Varga és Lugosi).

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, a hálózatbeli mikroorganizmus-elszaporodást nem tudja megakadályozni. Ezért az ózonhoz hasonlóan vezetékes ivóvíz-ellátásban fertőtlenítőszerként csak más anyagokkal kombinálva alkalmazható.

Az egyéb eljárások közé sorolható az ezüst ionokkal történő fertőtlenítés (az ezüstion baktérium pusztító hatással rendelkezik, házi víztisztító berendezésekben alkalmazott anyag), illetve a kálium-permanganát (KMnO4) alkalmazása is.

Összefoglalás

Ebben a tanulási egységben a vízkezelés alapműveletei közül megismerkedtünk a derítés, a szűrés és a fertőtlenítés elméletével, technológiájával, valamint berendezéseivel.

Ezek a vízkezelési műveletek meghatározóak az ivóvíz ellátásban. A kolloid méretű szemcséket csak derítéssel tudjuk eltávolítani. Majd ezt követően szűrést alkalmazunk. Vezetékes ivóvíz hálózat estén fertőtlenítést mindig végzünk.

Önellenőrző kérdések

  1. Miért van szükség derítésre?

  2. Ismertesse a derítés fogalmát!

  3. Ismertesse a koagulálás fogalmát!

  4. Ismertesse a flokkulálás fogalmát!

  5. Melyek a leggyakrabban alkalmazott koaguláló vegyszerek?

  6. Írja le a koagulációval végbemenő kémiai reakciókat!

  7. Hogyan csoportosíthatók a derítőberendezések?

  8. Rajzolja le és ismertesse a fölös iszap eltávolítását a lebegő iszapfelhőből!

  9. Rajzolja le és ismertesse a szűrőellenállás fogalmát!

  10. A szűrőellenállás nagysága milyen paraméterektől függ?

  11. Rajzolja le és ismertesse a szűrőfej (szűrőgyertya) működését!

  12. Csoportosítsa és jellemezze a szűrőberendezéseket!

  13. Miért nem szabad vízöblítéssel tisztítani a lassúszűrőket?

  14. Rajzolja le és ismertesse a lassúszűrő medence kialakítását!

  15. Rajzolja le és ismertesse az emelkedő vízszintű, nyitott gyorsszűrőt!

  16. Rajzolja le és ismertesse az állandó vízszintű, nyitott gyorsszűrőt!

  17. Rajzolja le és ismertesse a zárt gyorsszűrőt!

  18. Miért a Coli-baktériumok jelenlétéhez kötjük a víz fertőzésének tényét?

  19. Ismertesse a víz bakteriológiai jellemzőit!

  20. Csoportosítsa és jellemezze a fertőtlenítési eljárásokat!

  21. A klórt milyen formában lehet fertőtlenítésre használni?

  22. Ismertesse a vízbe adagolt klórgáz reakcióegyenleteit!

  23. Ismertesse a hipoklórossav és a hipoklorit arányát a vízben (a pH függvényében)!

  24. Ismertesse a víz klórmegkötő képességét!

  25. A gyakorlatban hogyan határozzák meg a fertőtlenítéshez szükséges klór mennyiségét?

  26. Ismertesse a vákuumos klórgázadagolót!

  27. Ismertesse az ózonnal történő fertőtlenítést!

  28. Ismertesse a csöves ózonfejlesztőt!

  29. Sorolja fel és jellemezze az egyéb fertőtlenítő eljárásokat!