Srovnání dezinfekcí. Jakou použít pro váš provoz?
Různé formy dezinfekce vody používali již staří egypťané. Postupem času se techniky, jimiž se dosahovalo antimikrobiálního účinku, neustále vylepšovaly. Na konci 18. století se ve francouzském průmyslu začal používat roztok alkalických chlornanů (dnešní SAVO) nejdříve jako bělidlo.
V 19. století i jako dezinfekce v nemocnicích a především k dezinfekci pitné vody během epidemie cholery v roce 1850, což zachránilo mnoho lidských životů.
Dnes je dezinfekce vody neodmyslitelnou součástí výroby a distribuce pitné vody. My se nyní podíváme na několik základních metod dezinfekce vody, rozebereme jejich efektivitu, výhody, nevýhody i náklady.
Chlorace
Nejpoužívanější dezinfekcí je vzhledem ke své relativně nízké ceně chlorace. Pro pitnou vodu se používá kontinuální dávkování o dávce až 0,3 mg/l volného chlóru (dáno vyhláškou č. 252/2004 sb.), v akutních případech šoková dezinfekce o dávce cca 4 mg/l po dobu několika málo hodin. Chlór nevyžaduje pro dávkování žádná složitá zařízení, používá se i u vody v bazénech a v rámci dezinfekční fáze čištění odpadních vod.
Dezinfekce vody chlórem přináší bohužel i nevýhody včetně rizika tvorby toxických Trihalomethanů (THM) (wikipedia.org/wiki/Trihalomethany) a halogenoctových kyselin (HAA). Chlór může dále být v plaveckých bazénech příčinou svědění kůže, pálení v očích a způsobuje známý a nepříjemný zápach.
Účinnost chlorace je bohužel mimořádně závislá na pH dezinfikované vody. Při použití chlorových přípravků:
- plyn – Cl2 – Chlór
- tekutina NAClO – Chlornan sodný
- pevné skupenství – C3Cl2N3NaO3 – Dichlorisokyanurát sodný
ve vodě vždy vzniká kyselina chlorná – HClO. Ta je účinnou dezinfekční látkou oxidující anorganické i organické látky a nejlépe funguje v rozmezí pH 7,2 – 7,8. Při nižším pH vody se uvolňuje plynný chlór, při vyšším pH dochází k rozkladu na kationty vodíku a anionty chlornanu, které dezinfekční účinky již nemají.
Velkou nevýhodou chlóru je jeho neschopnost efektivně pronikat do biofilmů. A jsou to právě ony, ve kterých řada mikroorganismů přežívá a množí se. Biofilmy jsou schopny odolat dávkám chlóru i nad 50 mg/l.
Samotnému chlóru poměrně dobře odolává i řada prvoků (Cryptosporidium spp., Cyclospora cayetanensis, Toxoplasma gondii, Naegleria fowleri). Největším rizikem je rozšířená bakterie Legionella, pro kterou je lepší volit ozon či oxid chloričitý.
Ozonifikace
Ozon (O3) je nejsilnější z oxidantů používaných pro dezinfekci vody. Vysoký účinek je zaručen nehledě na pH vody podobně jako u chlordioxidu. Jelikož je ozon nestabilní plyn a ve vodě se samovolně rozpadá na kyslík, není možné jeho dlouhodobé skladování a je nutné ho vyrábět v místě spotřeby.
Ozon lze vyrobit přímo ve vodě pomocí elektrolýzy, UV zářením nebo vysokým výbojem v atmosféře čistého kyslíku za použití generátoru ozonu, což je v současnosti nejobvyklejší metoda. Energie výboje rozbije část molekul kyslíku na atomární kyslík (O), který se dále slučuje s molekulou kyslíku (O2) a vytváří molekulu ozonu O3.
Hlavní výhoda ozonu spočívá v jeho síle. Na bakterie a spóry účinkuje cca 300x efektivněji než chlór. I při malých dávkách inaktivuje parazitické prvoky a oxiduje organické látky, aniž by docházelo k tvorbě karcinogenních trihalomethanů (THM), které vznikají například při oxidaci organických látek ve vodě sloučeninami chlóru.
Oblíbenosti na ozonifikaci vody přidává i to, že díky svému mikroflokulačnímu efektu vytváří krásně průzračnou čistou vody. Organické látky oxidované ozonem na polárnější sloučeniny váží kationty železa, vápníku, hořčíku a manganu, přičemž vznikají sloučeniny s nízkou rozpustností, které je možné odstranit filtrací.
Ozon má však i své nevýhody. Po použití v rozvodech vody nevykazuje reziduální účinky a rychle se rozkládá. Nepůsobí tak v odlehlejších místech sítě, pro která je nutná kombinace ozonu s jiným dezinfekčním přípravkem (např. chlordioxid).
V upravované vodě se mohou formovat i potenciálně nebezpečné karcinogenní látky – organické epoxidy, alkylační činidla a zejména bromičnany, navíc je ozon uniklý do ovzduší například v případě havárie pro člověka akutně toxický.
Při vdechnutí může dojít k poškození plic, k jejich krvácení a v extrémních případech i ke smrti. Kromě náročnější údržby jsou zde i vyšší pořizovací náklady. Ideální použití ozonu pro dezinfekci vody je např. pro její předúpravu (preozonizaci). V další fázi procesu se pak počítá s použitím ještě dalších chemikálií (chlor, chlordioxid) s reziduálními účinky, které ozon postrádá.
Oxid chloričitý (chlordioxid)
Chlordioxid se rozmohl v 90.tých letech minulého století a ve spoustě aplikací v současné době stále častěji nahrazuje chlór. Je možné ho dávkovat do studené i teplé vody a vykazuje podobně jako ozon velmi silné oxidační účinky. Při vysokých koncentracích prudce reaguje s redukčními činidly, proto se ve většině případech vyrábí, také podobně jako ozon, až v místě spotřeby.
Příprava probíhá v generátoru chlordioxidu reakcí chloritanu sodného (NaClO2) s chlorem, nebo nejčastěji s kyselinou chlorovodíkovou HCl.
Oxid chloričitý není tak reaktivní jako chlor či ozon a interaguje jen s určitými látkami ve vodě. Díky tomu je pro získání aktivního zbytkového dezinfekčního prostředku zapotřebí menší počáteční dávka. Lze ho tak použít i v případě většího organického znečištění, aniž by vytvářel vedlejší toxické produkty jako to dělá chlór (THM a HAA). Potenciálním rizikem může být nárůst anorganických vedlejších produktů např. chloritanů (ClO2-), jejichž limit ve vodě 0,2 mg/l upravuje Vyhláška č. 252/2004 Sb.. V případě vyšší koncentrace se do systému přidává nějaký typ filtrace, nejčastěji filtry s aktivním uhlím.
Chlordioxid ničí bakterie, viry i parazity. Speciálně proti virům je účinnější než chlór i ozon.
Mezi hlavní výhody chlordioxidu patří i jeho schopnost pronikat do biofilmů, které poskytují ochranu řadě patogenů a proto se velmi často úspěšně nasazuje v místech, kde byla zjištěna přítomnost legionell. Má dlouhotrvající reziduální účinek a tak velmi dobře působí i v odlehlých a rizikových částech systému. Účinnost dezinfekce není navíc oproti použití chloru závislá na pH vody.
Možnosti dezinfekce vody s chlordioxidem jsou široké. Uplatnění najde na komunálních úpravnách vody a v čistírnách vod, v hotelech a nemocnicích, kde dominuje v odstraňování legionell z rozvodů i při dezinfekci vody ve ventilačních systémech chladicích věží.
Rozšířený je i v průmyslu pro dezinfekci procesních vod. Oblíbený je zejména v potravinářství (bělení mouky, dezinfekce oplachové vody). Generátory chlordioxidu často najdete i v komerčních budovách či bytových domech.
Ag/Cu ionizace
Tato metoda využívá schopnost těžkých kovů bránit růstu a množení mikroorganismů (oligodynamický účinek). Tohoto efektu si byli vědomi již naši předci Egypťané a Římané, kteří používali měď pro léčbu řady nemocí a stříbro pro přímou sterilizaci vody.
Stříbro působí spíše na syntézu enzymů a proteinů v buňce, měď zase ovlivňuje propustnost buněčné membrány.
Mezi nevýhody této metody patří, že při nižších koncentracích se biofilmy působení Ag a Cu dokáží přizpůsobit a po ukončení ionizace se původní kontaminace zcela obnoví.
Pro optimální účinek je potřebná poměrně dlouhá doba kontaktu s vodou (min 6h) a efekt dezinfekce je také závislý na pH. Nejlépe funguje v rozmezí pH 6 – 8.
V praxi se nejvíce používá pro dezinfekci vody v menších bazénech. Pro distribuci pitné vody a průmysl příliš uplatnění nemá.
UV dezinfekce
Dezinfekce vody ultrafialovým zářením (UV) je léty ověřená metoda úpravy vody používaná přibližně od roku 1950 zejména v Rakousku a Švýcarsku. Biocidní účinky UV záření byly známy od doby, kdy bylo zjištěno, že krátkovlnné UV je zodpovědné za mikrobiální rozklad.
UV záření zpravidla dělíme na UV A (vlnová délka 315 – 400 nm), UV B (280 – 315 nm) a UV C (100 – 280 nm). UV záření o vlnové délce 200 až 300 nm ničí bakterie i jejich spóry a
nejvyššího germicidního účinku je dosahováno v UV C (maximum je konkrétně na hodnotě 253,7 nm).
K emisi UV záření se nejčastěji používají křemenné lampy vybavené rtuťovými výbojkami.
Hlavní buněčnou složku, kterou UV záření při působení na mikroorganismy narušuje jsou nukleové kyseliny (genetická informace mikroorganismů). Patogeny s poškozeným DNA pak ztrácí schopnost se množit a dochází k jejich kompletní inaktivaci.
Hlavní výhodou UV dezinfekce je skutečnost, že nemění složení ani vlastnosti upravované vody, protože k procesu nejsou zapotřebí žádné chemické látky. Dezinfekce probíhá okamžitě ihned po zapnutí UV lampy a oproti některým chemickým dezinfekcím, není závislá na pH vody. UV lampy obnášejí spíše velké počáteční investice, na provoz jsou ale dále nenáročné a nenákladné.
Mezi hlavní nevýhody patří, že působí pouze v místě ozáření a nemají tedy žádné reziduální účinky. Dezinfekce končí vypnutím UV lampy. Dalším problémem může být také zákal ve vodě, který snižuje její prostupnost pro UV záření a tak i jeho účinnost.
V některých případech může po aplikaci UV záření docházet díky působení opravných enzymů k reaktivaci choroboplodných mikroorganismů, tedy procesu obnovy buněk poškozených UV zářením (týká se to zejména enterobakterií, streptokoků, mikrokoků či plísní). Rozsah reaktivace se odvíjí od různých faktorů (světlo, teplota, pH, obsah enzymů, přítomnost organických látek) a lze mu předejít dodržováním běžných provozních zásad v rozvodné síti pitné vody. Za určitých spíše krajních podmínek může vlivem UV záření docházet k přeměně dusičnanů na dusitany, které mohou být pro člověka (zejména pro kojence) nebezpečné.
UV dezinfekce se nejvíce hodí do potravinářství či farmacie. Uplatnění ale nachází i v hotelech, lázních, bazénech nebo při výrobě umělého sněhu.
Závěrem
Žádná z výše uvedených metod dezinfekce vody není univerzálně použitelná pro všechny provozní podmínky a výběr vždy musí odpovídat individuálním požadavkům dané aplikace. Pro zajištění hygienického zabezpečení vody je vhodné vybrat takový způsob dezinfekce, aby byl zachován optimální poměr mikrobiálního zajištění vody a rizika vzniku vedlejších produktů.
Z pohledu ceny si nejlépe stojí chlór, který ale nevyniká efektivitou. Velmi účinná je dezinfekce ozonem, která je ale dražší a může zde docházet k tvorbě toxických vedlejších produktů. UV záření je oblíbená bezchemická metoda dezinfekce, která je ale zcela bez reziduálních účinků a patogenní organismy nacházející se v biofilmu v odlehlejších částech systému zůstávají zcela nepoškozeny.
Nejspíše ve světle výše zmíněných výhod/nevýhod ostatních způsobů dezinfekce nabývá na popularitě právě chlordioxid vyráběný generátory chlordioxidu, který perfektně funguje zejména na legionellu, která žije převážně v biofilmu a v odlehlejších místech, kde dochází ke stagnaci vody.
Autor: Michal Třeška, EuroClean s.r.o.
Obchodní manažer
