روش های گندزدایی از آب

میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا یا «پاتوژن‌ها» در آب‌ها عمدتاً شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها و تک یاخته‌ها هستند. این پاتوژن‌ها تهدیدی جدی برای سلامت انسان هستند؛ زیرا تأثیر آنها بر بدن می‌تواند تقریباً فوری باشد. ممکن است هرازگاهی نمونه‌هایی از شیوع جدی بیماری‌های منتقله از آب را در رسانه‌های خبری دیده باشید. به‌عنوان‌مثال، بر اساس گزارش مرکز کنترل بیماری (CDC) و سیستم پیشگیری از بیماری‌های منتقله از آب و نظارت بر شیوع بیماری، از سال 2011 تا 2012، 32 شیوع بیماری مرتبط با میکروب در آب آشامیدنی در ایالات متحده گزارش شده است که حداقل 431 مورد بیماری را شامل می‌شود. 102 بستری و 14 فوتی.

شایع‌ترین دلیل شناسایی شده برای این همه گیری‌ها، انتشار باکتری لژیونلا از داخل سیستم‌های لوله کشی ساختمان (که 66 درصد موارد ذکر شده را تشکیل می‌دهد) و آب‌های زیرزمینی تصفیه نشده (13 درصد موارد) است؛ بنابراین، ضدعفونی برای محافظت از سلامت انسان در اکثر سیستم‌های تصفیه آب مهم تلقی می‌شود. این مقاله  اطلاعاتی را در مورد گزینه‌های مختلف ضد عفونی که قبل از خرید تجهیزات ضد عفونی باید در نظر بگیرید به ترتیب زیر ارائه می‌دهد:

• کلرزنی
• اشعه ماورای‌بنفش
• ازن زنی
• پاستوریزاسیون
• تقطیر
• تجهیزات ضد عفونی

قبل از اجرای این فرایندها، آب خود را آزمایش کنید و با کمک یک متخصص آب، مشخص کنید که آیا مشکل کیفیت آب دارید که باید با نصب یک سیستم تصفیه آب مناسب برطرف شود.

کلرزنی

یک روش رایج و نسبتاً ارزان برای ضدعفونی آب، کلرزنی است که در آن محلول کلر یا هیپوکلریت به آب اضافه می‌شود. این روش میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا از جمله باکتری‌ها و ویروس‌های خاص را از بین می‌برد، اما تک یاخته‌های کریپتوسپوریدیوم، ژیاردیا و برخی دیگر را از بین نمی‌برد. این فرایند همچنین برخی از بوی بد را از بین می‌برد.

آب را می‌توان به دو روش کلر کرد:

1. کلرزنی شوک زمانی است که یک محلول کلر قوی به یک چاه اضافه می‌شود یا از طریق سیستم لوله کشی پمپ می‌شود تا میکروارگانیسم ها را به صورت یک بار از بین ببرد. معمولاً هنگامی که چاهی ساخته می‌شود، تعمیر می‌شود یا پمپ جدیدی برای کشتن باکتری هایی که ممکن است روی لوله ها یا تجهیزات نصب وجود داشته باشند، نصب شود، کلرزنی شوک توصیه می‌شود. همچنین در صورت آلوده بودن چاه به دلیل معیوب بودن درپوش چاه یا درزگیر توصیه می‌شود.
2. کلرزنی مداوم فرآیندی است که در آن کلر به طور مداوم از طریق پمپ تغذیه شیمیایی به آب اضافه می‌شود. این سیستم زمانی مورد نیاز است که منبع باکتری در آب قابل حذف نباشد و آلودگی باکتریایی مکرر حتی پس از چندین عملیات کلرزنی شوک مشاهده شود. کلرزنی مداوم یک روش تصفیه نقطه ورود است که می‌تواند ضدعفونی باقیمانده را در سراسر سیستم توزیع آب ارائه دهد. تقریباً تمام سیستم‌های آب عمومی از این سیستم اغلب در ترکیب با سایر سیستم‌ها استفاده می‌کنند.

آلاینده‌های حذف شده: باکتری‌ها، برخی ویروس‌ها، آهن، منگنز و سولفید هیدروژن

کلرزنی چگونه کار می کند؟

کلر در غلظت‌های مناسب و تحت زمان تماس کافی با آب، یک ضدعفونی کننده عالی برای باکتری‌ها و ویروس‌های خاص است. زمان تماس، زمان موجود برای تکمیل واکنش بین کلر و آب تصفیه نشده است. زمان تماس طولانی‌تر باعث ضدعفونی مؤثرتر می‌شود. به‌عنوان‌مثال، غلظت کلر بالاتر به زمان تماس کمتری نیاز دارد و بالعکس. با این حال، حتی با غلظت و زمان تماس کافی، اثربخشی کلرزنی به عوامل مختلف دیگری از جمله دمای آب، PH آب و کدورت آب یا تیرگی ناشی از ذرات معلق در آب بستگی دارد. کلرزنی در دمای بالا و pH 4.0-7.0 مؤثرتر است. به ازای هر 18 درجه فارنهایت کاهش دمای آب، می‌تواند تا 50 درصد کاهش در اثر ضد عفونی‌سازی داشته باشد که زمان تماس مورد نیاز را دو برابر می‌کند؛ بنابراین، با غلظت معین کلر، برای ضدعفونی‌کردن آب به زمان تماس طولانی‌تری در زمستان نسبت به تابستان نیاز دارید.

ذرات معلق موجود در آب، اثربخشی کلرزنی را کاهش می‌دهد، زیرا میکروارگانیسم‌ها ممکن است در پشت ذرات “پنهان شوند” و از ضدعفونی اجتناب کنند. همچنین، کلر به راحتی با سایر اجزای محلول در آب، از جمله آهن، منگنز، سولفید هیدروژن، مواد آلی، آمونیاک و رنگ آلی مانند پیت ماس  در حال پوسیدگی ترکیب می‌شود که ممکن است اثر ضد عفونی را کاهش دهد. برای غلبه بر این مسئله، اضافه کردن کلر کافی برای پاسخگویی به نیاز کلر و ایجاد گندزدایی باقیمانده مهم است.

تجهیزات کلر زنی

انواع مختلفی از دستگاه‌ها و پمپ‌های تزریق برای کلرزنی یک منبع آب خصوصی، مانند آب از یک چاه خصوصی، در دسترس هستند. دستگاه تزریق باید تنها زمانی کار کند که پمپ آب روشن است و در صورت از کار افتادن کلرساز یا تمام شدن منبع کلر، پمپ آب باید خاموش شود.

دو فرمول کلر برای کلرزنی موجود است: پودر خشک (هیپوکلریت کلسیم)  و  مایع (هیپوکلریت سدیم). محلول‌های کلر از پودرها نباید در مقادیر زیاد در یک زمان برای استفاده طولانی مدت آماده شوند. در صورت نیاز باید آن را  در همان زمان تهیه کرد؛ زیرا قدرت محلول پس از اختلاط به تدریج کاهش می‌یابد. برای جلوگیری از رسوب سختی روی تجهیزات، سازندگان توصیه می کنند هنگام مخلوط کردن محلول‌های کلر از آب نرم شده یا مقطر استفاده کنید. اثربخشی کلرزنی به مقدار کلر مصرفی بستگی دارد. مقدار با تنظیم تجهیزات یا با تغییر مقدار کلر اضافه شده برای ضدعفونی دسته‌ای کنترل می‌شود.

نور ماورای بنفش  (UV)

بیش از 75 سال است که از اشعه ماوراء بنفش (UV) برای ضدعفونی کردن منابع آب استفاده می‌شود، اما سیستم‌های UV خانگی نسبتاً اخیراً در دسترس قرار گرفته اند. این نوع تصفیه آب از یک لامپ قوس جیوه ای کم فشار استفاده می کند که نور UV را ساطع می کند تا عوامل بیماری زا را در آب از بین ببرد. مزیت اصلی درمان UV این است که آب را بدون استفاده از مواد شیمیایی ضد عفونی می کند. علاوه بر این، برخی از میکروارگانیسم های عامل بیماری‌های ناشی از آب در برابر کلر مقاوم هستند. این میکروارگانیسم‌های مقاوم به کلر شامل ویروس‌ها، انگل‌ها و باکتری‌هایی هستند که می‌توانند باعث هپاتیت، گاستروانتریت، کریپتوسپوریدیوز و بیماری لژیونر شوند. درمان اشعه ماوراء بنفش به ویژه در این زمینه مفید است.

اگرچه درمان با اشعه ماورای بنفش یک ضدعفونی‌کننده مؤثر است، ضدعفونی فقط در داخل واحد انجام می‌شود. ضدعفونی فراتر از واحد درمان برای کشتن میکروارگانیسم‌هایی که زنده مانده‌اند یا پس از درمان UV وارد سیستم شده‌اند، انجام نمی‌شود. اگر گندزدایی باقیمانده لازم باشد، کلرزنی ممکن است علاوه بر یا به عنوان جایگزینی برای درمان UV ضروری باشد.

یک دستگاه معمولی درمان UV شامل یک لامپ جیوه کم فشار است که در یک محفظه استوانه‌ای قرار دارد که اغلب با استفاده از طول موج 254 نانومتر نور UV تولید می کند. طول لامپ‌ها از 12 تا 48 اینچ متفاوت است و بنابراین در تولید انرژی متفاوت است. این لامپ در یک محفظه شیشه‌ای کوارتز قرار گرفته است تا از تماس آب با لامپ جلوگیری کند. این محفظه کوارتز همچنین به نگه داشتن لامپ در دمای کاری ایده آل 104 درجه فارنهایت کمک می کند. تقریباً 95٪ از نور UV از این شیشه عبور می کند و به آب تصفیه نشده می‌رسد. آب تصفیه نشده یا در یک لایه نازک روی شیشه جریان می‌یابد، یا از طریق لوله شیشه‌ای کوارتز که به دور لامپ می‌چرخد، جریان می‌یابد. طراحی مارپیچ اجازه می‌دهد تا زمان تماس طولانی‌تری بین نور UV و آب تصفیه نشده وجود داشته باشد.

مطلب پیشنهادی: سختی گیر

سیستم UV چگونه کار می کند؟

یک دستگاه معمولی درمان UV شامل یک لامپ جیوه کم فشار است که در یک محفظه استوانه‌ای قرار دارد که اغلب با استفاده از طول موج 254 نانومتر نور UV تولید می کند. طول لامپ‌ها از 12 تا 48 اینچ متفاوت است و بنابراین در تولید انرژی متفاوت است. آبی که باید تصفیه شود در معرض نور UV قرار می‌گیرد. اشعه ماورای بنفش با از بین بردن DNA پاتوژن‌ها را می‌کشد یا غیرفعال می کند. باکتری‌ها با تابش نسبتاً کم 20 mJ/cm2 از بین می‌روند، اما ویروس‌ها معمولاً برای از بین بردن 45 mJ/cm2 نیاز دارند، در حالی که کیست‌ها و کرم‌ها تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند. این نور برای میکروارگانیسم‌ها مخرب است، اما برای انسان بی‌خطر است، اگرچه نباید مستقیماً به لامپ‌های UV نگاه کنید، زیرا انجام این کار می‌تواند باعث آسیب چشم شود. برای مؤثر بودن، سیستم معمولاً فقط به چند ثانیه نوردهی نیاز دارد و هیچ طعم یا بویی به آب تصفیه شده اضافه نمی‌کند. عمق نفوذ نور به آب بیش از 2 تا 3 اینچ نیست.

اشعه ماورای بنفش باکتری‌ها، ویروس‌ها و برخی کیست‌ها را از بین می‌برد. ارگانیسم‌های خاصی مانند کیست‌های ژیاردیا لامبلیا یا اووسیست‌های کریپتوسپوریدیوم پارووم را که باید با فیلتراسیون یا تقطیر حذف شوند، از بین نمی‌برد. اگر محتوای کلیفرم آب تصفیه نشده بیش از 1000 کلیفرم کل یا 100 کلیفرم مدفوعی در هر 100 میلی لیتر باشد، UV توصیه نمی‌شود.

ازن زنی

ازن گازی است که به طور طبیعی در جو وجود دارد. با ضدعفونی‌کردن آب از طریق ازن زنی، ازن الکتریکی تولید شده باکتری‌ها و برخی عوامل بیماری زا را از بین می‌برد. نصب ژنراتورهای ازن نسبتاً گران است. ازن زنی برخلاف کلر زنی اثر ضدعفونی باقیمانده در آب ندارد.

 این روش در برابر ارگانیسم‌های بیماری زا، از جمله باکتری‌ها و ویروس‌ها، اکثر کیست‌های آمیب و ترکیبات آلی معطر (همچنین به عنوان فنل‌ها شناخته می‌شوند)، برخی مشکلات رنگ، طعم و بو، آهن و منگنز، گوگرد و کدورت  مؤثر است. برای کیست‌های بزرگ و برخی ارگانیسم‌های بزرگ دیگر (کرم‌ها)، مواد شیمیایی معدنی و فلزات سنگین، ازن زنی مؤثر نیست.

روش ازن درمانی چگونه کار می کند؟

ازن یک عامل اکسید کننده قوی مانند کلر است و باکتری‌های عامل بیماری، ویروس‌ها و اکثر کیست‌های آمیب موجود در آب را به روشی مشابه از بین می‌برد. ازن ممکن است کیست‌های بزرگ و برخی ارگانیسم‌های بزرگ دیگر مانند کرم‌ها را از بین نبرد، بنابراین باید قبل از درمان ازن با فیلتر کردن یا سایر روش‌ها از بین بروند. در ترکیب با کربن فعال یا فیلتر مکانیکی، ازن زنی اکسید شده و آهن، گوگرد و منگنز را رسوب می‌دهد. ازن همچنین در از بین بردن یا کنترل مشکلات رنگ، طعم و بو مؤثر است. به طور معمول، دوز ازن بین 1 تا 2 میلی گرم در لیتر برای از بین بردن بیشتر باکتری‌ها و کنترل طعم و بو کافی است.

واحدهای تصفیه ازن به عنوان سیستم تصفیه POU یا POE نصب می‌شوند. آب خام وارد یک دهانه می‌شود و آب تصفیه شده از دهانه دیگر خارج می‌شود. در داخل واحد تصفیه، ازن توسط تخلیه الکتریکی یا تابش اشعه ماورای‌بنفش هوای خشک یا اکسیژن تولید می‌شود.

حلالیت ازن در آب تصفیه نشده نیز بر درمان تأثیر می‌گذارد. هر چه دمای آب کمتر باشد، ازن بیشتری در آب حل می‌شود. ازن در محدوده وسیعی از pH کار می‌کند، اما اثربخشی آن در pH کمی بالاتر از 7 است. تقاضای ازن به سطح آلودگی آب مربوط می‌شود، زیرا سایر مواد موجود در آب تصفیه‌نشده نیز با ازن واکنش می‌دهند و بخشی از آب را مصرف می‌کنند. برای ضدعفونی مناسب، آبی که باید تصفیه شود باید رنگ و کدورت ناچیزی داشته باشد. یک سیستم تصفیه ازن نیز می‌تواند بسیار مصرف کننده انرژی باشد.

در مقابل کلرزنی، مزایای عمده ازن زنی عبارتند از:

هیچ طعم و بویی به آب اضافه نمی‌کند.

این ماده به عنوان یک ضدعفونی‌کننده در محدوده وسیعی از pH و دما مؤثر است.

عموماً به زمان تماس کمتری برای باکتری‌ها و ویروس‌ها نیاز دارد.

با این حال، غیرفعال سازی ژیاردیا و کریپتوسپوریدیوم به زمان تماس طولانی‌تری نیاز دارد.

محدودیت عمده ازن زنی این است که می‌تواند محصولات جانبی مضر در آب آشامیدنی تولید کند. به‌عنوان‌مثال، اگر برمید در آب خام وجود داشته باشد، ازن با آن واکنش می‌دهد و برومات تشکیل می‌دهد که نشان می‌دهد در موش‌ها باعث سرطان می‌شود.

پاستوریزاسیون

آب آلوده به میکروارگانیسم‌ها (باکتری‌ها، تک یاخته‌ها و ویروس‌ها) برای از بین بردن میکروارگانیسم‌ها و بی خطر کردن آن برای نوشیدن نیازی به جوشاندن ندارد، فقط باید به دمایی برسد که برای از بین بردن همه موجودات بیماری‌زا کافی باشد. چنین ضد عفونی در دمای پایین‌تر به عنوان پاستوریزه آب شناخته می‌شود. بیشتر باکتری‌ها، تک یاخته‌ها و ویروس‌های موجود در آب به غیرفعال شدن در دمای ۱۶۲ درجه فارنهایت (یا ۷۲ درجه سانتی‌گراد) حساس هستند، که بسیار کمتر از دمای جوش آب ۲۱۲ درجه فارنهایت (یا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) است. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که رایج‌ترین پاتوژن‌های موجود در آب به سرعت از بین می‌روند، بنابراین حداقل 99.999٪ (کاهش 5 log) میکروب‌ها در پنج دقیقه در دمای معین غیرفعال می‌شوند.

این فیلتراسیون را می‌توان به دو روش مختلف انجام داد:

پاستوریزاسیون فلاش از دمای بالای 162 درجه فارنهایت (یا 72 درجه سانتیگراد) برای مدت کوتاهی (15 ثانیه) استفاده می کند.

این روش در دمای پایین از دمای کمتر 145 درجه فارنهایت (یا 63 درجه سانتیگراد) برای مدت طولانی تری (10 دقیقه) استفاده می کند.

سیستم پاستوریزاسیون باعث صرفه جویی زیادی در مصرف انرژی در مقایسه با جوش می‌شود؛ زیرا دمای پاستوریزاسیون بسیار کمتر از دمای جوش است.

تقطیر

تقطیر یکی از قدیمی‌ترین فرایندهای تصفیه آب است. علاوه بر حذف انواع مواد محلول و معلق، تقطیر یکی دیگر از گزینه‌های ضدعفونی آب است. واحدهای تقطیر آب را می‌جوشانند و بخار تولید می کنند که متراکم شده و به عنوان آب تصفیه شده جمع‌آوری می‌شود. به‌طورکلی تقطیر برای تأمین آب فقط برای مصارف شرب یا خاص استفاده می‌شود.

مؤثر بر علیه: باکتری‌ها، ویروس‌ها، انگل‌ها، فلزات سنگین، نمک‌های محلول مانند کلرید، فلوراید، نیترات، سولفات و کربنات سدیم، سدیم، پتاسیم و منیزیم، سایر مواد جامد محلول و معلق و برخی مواد شیمیایی آلی سمی.

مؤثر در برابر: اکثر ترکیبات آلی فرار و نیمه‌فرار (VOCs)

مزیت اصلی تقطیر این است که این تصفیه واحد تضمین می کند که آب تصفیه شده تقریباً آب خالص و نسبتاً عاری از بسیاری از آلاینده‌ها است. تقطیر مزیت خاصی برای استفاده در منابع آبی دارد که کلر نشده‌اند؛ زیرا ضدعفونی در هنگام جوشاندن اتفاق می‌افتد. تولید گرما از دستگاه تقطیر ممکن است در زمستان مفید باشد، اما در تابستان یک نقطه‌ضعف است.

بااین‌حال، سیستم تقطیر از محدودیت‌های زیر رنج می‌برد:

در برخی از دستگاه‌های تقطیر، آلاینده‌های آلی که نقطه جوش آن‌ها کمتر از آب است (مثلاً برخی آفت‌کش‌ها و حلال‌های فرار) تبخیر شده و به داخل محفظه تراکم منتقل می‌شوند و با آب مقطر متراکم می‌شوند، یعنی در آب تصفیه شده باقی می‌مانند. کلروفرم، فنل و تری کلرو اتیلن در آب مقطر یافت شده است. برخی دیگر دارای یک دریچه گاز فرار هستند که این آلودگی‌های تبخیر شده را به اتمسفر آزاد می کند.

مخازن تقطیر، اگر به‌درستی مورداستفاده قرار نگیرند و نگهداری نشوند، می‌توانند به دلیل وجود آب گرم، به پرورش‌دهنده‌های  باکتری‌ها تبدیل شوند.

هنگام ازبین‌بردن آلاینده‌ها، دستگاه‌های تقطیر مواد معدنی مفید را نیز حذف می کنند و طعم آب را صاف یا ملایم می کنند.

آب‌های مقطر معمولاً اسیدی‌تر از محدوده pH توصیه شده توسط EPA از 6.5 تا 8.5 برای آب آشامیدنی هستند.

هزینه تولید آب مقطر به اندازه دستگاه و نرخ برق محلی بستگی دارد. مصرف برق واحدهای تقطیر از 3 تا 5 کیلووات ساعت برق به ازای هر گالن آب مقطر تولید شده متغیر است. به طور کلی، هزینه‌های برق آب مقطر می‌تواند بالا باشد.

فرآیند تقطیر بسیار کند است. ظرفیت روزانه معمولاً از سه تا دوازده گالن متغیر است.

تقریباً پنج گالن آب لوله کشی برای تولید یک گالن آب مقطر مورد نیاز است که باعث هدر رفتن آب می‌شود.

 نتیجه گیری

قبل از خرید دستگاه تصفیه آب، آب خود را برای تعیین آلاینده‌های موجود، بیولوژیکی، آلی یا معدنی آزمایش کنید.

آزمایش آب به شما کمک می کند تا تعیین کنید که آیا سیستم تصفیه مورد نظر یک روش درمانی مؤثر برای وضعیت شما است یا خیر. همچنین مهم است که با یک متخصص در این زمینه مشورت کنید.