So desinfizieren Sie Leitungswasser

Wie desinfiziert man Leitungswasser?

Menschen lehnen es instinktiv ab, unreines Wasser zu trinken. Aber vor der Neuzeit konnten sich die Menschen nur auf ihre eigenen Seh-, Geruchs- und Geschmackssinne verlassen, um „unrein“ zu beurteilen, und so glaubten sie, dass trübes oder stinkendes Wasser unrein sei. Diese primitiven Vorstellungen führten auch direkt zur weit verbreiteten Anwendung der Filtration als wichtige Wasseraufbereitungseinheit in der modernen Wasseraufbereitung.

Nach der Industriellen Revolution kam es in Europa aufgrund des raschen Bevölkerungswachstums in den Städten und der Entwicklung des Welthandels zu einer häufigen Verbreitung verschiedener Infektionskrankheiten wie Cholera, Typhus und Ruhr. Früher glaubte man, dass diese Infektionskrankheiten durch „Miasma“ unter den Menschen verbreitet würden. Erst 1854 beobachtete und analysierte Dr. John Snow die Cholera-Krankheit in einer Gemeinde in London und stellte fest, dass die Ausbreitung der Krankheit mit dem Trinken desselben von Patienten verunreinigten Brunnenwassers zusammenhängt. Es war das erste Mal, dass unsicheres Trinkwasser mit pathogenen Mikroorganismen im Wasser in Verbindung gebracht wurde. In den nächsten etwa 30 Jahren entdeckten Wissenschaftler mithilfe mikroskopischer Beobachtungen und bakterieller Kulturmethoden auch bakterielle Krankheitserreger wie Vibrio cholerae, der Cholera verursacht, und Salmonella typhi, der Typhus verursacht. Die Entdeckung von Viren, die kleiner als Bakterien sind, erfolgte etwas später.

Die Förderung und Anwendung der Filterung hat das Risiko pathogener Mikroorganismen im Wasser sowie das Ausmaß und die Prävalenz von durch Wasser übertragenen Infektionskrankheiten erheblich reduziert. Dies liegt daran, dass die Filtration die meisten pathogenen Mikroorganismen im Wasser entfernt und gleichzeitig Trübungen und Partikel im Wasser entfernt. Allerdings entdeckten Wissenschaftler bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts, dass der Wasseraufbereitungsprozess, bestehend aus „Koagulation → Flockung → Sedimentation → Filtration“, die Trübung auf ein sehr niedriges Niveau reduzieren kann (z. B<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.

Seit 1902, als Calciumhypochlorit erstmals zur Desinfektion von Rohwasser im städtischen Wasserwerk von Middelkerke, Belgien, eingesetzt wurde, ist Chlor das weltweit am häufigsten verwendete Trinkwasserdesinfektionsmittel. Zuerst wurde festes Calciumhypochlorit verwendet, gefolgt von flüssigem Chlor, und jetzt wird mehr Natriumhypochloritlösung verwendet. Diese Desinfektionsmittel werden zusammenfassend als freies Chlor oder freies Chlor bezeichnet, da sie in Form von unterchlorigen Säuremolekülen (HClO) oder Hypochloritionen (ClO-) im Wasser vorliegen. Die Vorteile von Chlor-Desinfektionsmitteln bestehen darin, dass sie einfach herzustellen, zu lagern, zu transportieren und zuzugeben sind, geringe Kosten in der Anwendung haben und ein breites Spektrum an Desinfektionswirkungen, insbesondere bei viralen Krankheitserregern, aufweisen.

Der Nachteil der Chlordesinfektion besteht darin, dass sie leicht mit natürlicher organischer Substanz (NOM) reagiert, die üblicherweise im Wasser vorhanden ist, und Desinfektionsnebenprodukte wie Trihalomethane und Halogenessigsäuren entstehen. Darüber hinaus führt eine zu hohe Konzentration von Chlor oder Chloramin im Trinkwasser bei Kontakt zu Augen- und Nasenreizungen und kann beim Trinken zu Magenbeschwerden oder Blutarmut führen. Darüber hinaus reagiert freies Chlor auch leicht mit Ammoniak im Wasser und bildet Chloramine, auch gebundenes Chlor genannt, die dem Wasser einen unangenehmen Geruch wie Chlor oder Desinfektionsmittel verleihen und den Geschmack des Trinkwassers beeinträchtigen können. Daher haben Länder auf der ganzen Welt Grenzwerte für die Restchlorkonzentration im Fabrikwasser festgelegt. Mein Land schreibt vor, dass die Konzentration an freiem Chlor 2 mg/L nicht überschreiten darf und die Gesamtkonzentration an freiem Chlor und gebundenem Chlor 3 mg/L nicht überschreiten darf. Die National Drinking Water Regulations (NPDWR) der USA schreiben vor, dass die maximale Konzentration an freiem Chlor und Gesamtchlor im Trinkwasser 4 mg/L nicht überschreiten darf. Aus gesundheitlicher Sicht empfiehlt die Weltgesundheitsorganisation (WHO), dass die Konzentration an freiem Chlor im Trinkwasser 5 mg/L und die Konzentration von Monochloramin, dem Hauptbestandteil von Chloramin, 3 mg/L nicht überschreiten sollte. Da sowohl Chlor als auch Chloramin flüchtig sind, kann das Abkochen von Leitungswasser vor dem Trinken den Chlorgeschmack des Trinkwassers erheblich reduzieren. Auch der Einsatz von Aktivkohlefiltersäulen zur Förderung des Abbaus von Chlor und Chloramin ist eine gute Wahl.

Um die Entstehung von Desinfektionsnebenprodukten zu kontrollieren, reduzieren einige Wasserwerke möglicherweise die Dosierung von Chlordesinfektionsmitteln. Aus Sicht der Desinfektion ist dies eine höchst nicht empfehlenswerte Vorgehensweise. Bei einer Wasseranlage ist die tatsächliche Kontaktzeit (T-Wert) zwischen Desinfektionsmittel und Wasser grundsätzlich ein fester Wert. Eine Reduzierung der Desinfektionsmitteldosis führt definitiv zu einer Verringerung des Desinfektionsmittelrückstands (C-Wert) und damit definitiv zu einer Verringerung des CT-Werts, wodurch die Inaktivierungswirkung auf pathogene Mikroorganismen abgeschwächt wird.

Verschiedene Arten von Mikroorganismen haben eine sehr unterschiedliche Toleranz gegenüber freiem Chlor (Abbildung 2). Unter den häufigsten Wasserpathogenen ist Cryptosporidium ein äußerst chlorresistenter Mikroorganismus. Der CT-Wert, der für eine Inaktivierung von 99 % (dh 2 log) unter normalen Wassertemperatur- und pH-Bedingungen erforderlich ist, liegt bei mehreren Tausend mg/L‧min. Mit anderen Worten: Unter der Annahme, dass die Desinfektionskontaktzeit 60 Minuten beträgt, beträgt der erforderliche Restgehalt an freiem Chlor Hunderte von mg/L, was ein Hundertfaches höher ist als der übliche Restgehalt an freiem Chlor (~1 mg/L) in Wasser Pflanzen. Das ist offensichtlich unrealistisch. Unter den bakteriellen Krankheitserregern zählen bestimmte Arten von Mykobakterien und Legionellen zu den chlorresistenten Mikroorganismen, und der für eine 99-prozentige Inaktivierung (d. h. 2 log) erforderliche CT-Wert liegt in der Größenordnung von 100 bis 1000 mg/L‧min. Im Vergleich dazu sind die meisten Virenarten gegenüber freiem Chlor sehr intolerant und der für die Inaktivierung erforderliche CT-Wert für freies Chlor wird problemlos erreicht.

Um eine bestimmte Art von Mikroorganismen zu inaktivieren, werden unterschiedliche Desinfektionsmittel eingesetzt und auch die erforderlichen CT-Werte sind sehr unterschiedlich (Abbildung 2). Dies hängt eng mit dem Desinfektionsmechanismus des Desinfektionsmittels zusammen, beispielsweise der Oxidationsfähigkeit und der Zellmembranpermeabilität. Freies Chlor kann Adenoviren leicht inaktivieren, Chloramin ist jedoch schwieriger; freies Chlor kann einen gewissen Grad der Inaktivierung von Giardia lamblia erreichen, Chloramin hat jedoch fast keine Wirkung. Daher sollten Wasserpflanzen versuchen, den Einsatz von Chloramin als Hauptdesinfektionsmittel und Desinfektionsmethode zu vermeiden. Selbst wenn die Einwirkzeit der Chloramin-Desinfektion auf mehrere Stunden verlängert wird, ist es schwierig, eine wirksame Inaktivierung von Giardia lamblia, Mykobakterien und Legionellen zu gewährleisten. Wenn das Rohwasser eine hohe Ammoniakkonzentration (mg/l-Gehalt) enthält, handelt es sich tatsächlich um eine Chloramin-Desinfektion und nicht um eine Desinfektion mit freiem Chlor, da Ammoniak leicht mit freiem Chlor unter Bildung von Chloramin reagiert und die Desinfektionswirkung schwer zu garantieren ist. Darüber hinaus wird, wie oben erwähnt, durch die Entstehung von Dichlorammoniak und Trichlorammoniak der „Chlorgeschmack“ des Wassers deutlich verstärkt. In diesem Fall sollte Ammoniak vor der Desinfektion entfernt oder andere hochwirksame Desinfektionsmethoden eingesetzt werden. Bei niedrigen Ammoniakkonzentrationen ist auch die Breakpoint-Chlorierung eine Option.

Ozon (O3) hat eine gute Desinfektions- und Inaktivierungswirkung auf die meisten pathogenen Mikroorganismen, und der für eine Inaktivierungsrate von 99 % erforderliche CT-Wert liegt im Allgemeinen unter 10 mg/L‧min. Ultraviolettes Licht (UV) hat eine gute Desinfektions- und Inaktivierungswirkung auf Cryptosporidium und Giardia lamblia („zwei Würmer“). Wenn das Rohwasser daher einerseits eine hohe Konzentration an „zwei Würmern“, Legionellen und anderen chlorresistenten Mikroorganismen, enthält, ist es notwendig, den Trübungsgrad des gefilterten Wassers weiter zu reduzieren (z. B<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 %, also 4 log). Im Maschinenbau ist es jedoch weder wirtschaftlich machbar noch zuverlässig, sich ausschließlich auf die Desinfektion zu verlassen, um das Risiko pathogener Mikroorganismen zu eliminieren. Das mehrstufige Barriereverfahren der Wasseraufbereitung bestehend aus „Koagulation → Flockung → Sedimentation → Filtration → Desinfektion“ ist wissenschaftlicher und wirtschaftlicher: Das herkömmliche Verfahren reduziert Trübung und Keimkonzentration, die anschließende Desinfektionseinheit inaktiviert effektiv die restlichen Mikroorganismen und das Rohr Netzwerke und andere Wasserverteilungssysteme halten eine bestimmte Konzentration an Restchlor aufrecht, um das Wachstum und die Vermehrung von Mikroorganismen zu verhindern. Um die mikrobielle Sicherheit des Wassers am Ende des Rohrnetzes zu gewährleisten, wird empfohlen, dass der Restchlorgehalt des Wassers am Ende des Rohrnetzes nicht weniger als 0,2 mg/L betragen sollte .

Unter Restchlor versteht man das wirksame Chlor, das im Wasser verbleibt, nachdem das Wasser mit Chlor desinfiziert wurde und über einen bestimmten Zeitraum in Kontakt war. Das Wasser in der Wasseranlage muss ein langes Wasserverteilungsnetz durchlaufen, bevor es zu Tausenden von Haushalten transportiert werden kann. Während des Transportprozesses wird die Wasserqualität zwangsläufig durch Bakterien und andere Mikroorganismen verunreinigt. Um die mikrobielle Sicherheit des Leitungswassers beim Transport über große Entfernungen kontinuierlich zu gewährleisten, muss Leitungswasser beim Verlassen der Fabrik eine bestimmte Menge an Restchlor enthalten (wenn eine große Menge Chlor aufgenommen wird, weist es eine gewisse Toxizität auf). für den menschlichen Körper und der Restchlorgehalt im Leitungswasser muss streng kontrolliert werden.