Напомню, что существуют три технологии, используемые для очистки воды: флокуляция - коагуляция, фильтрация и дезинфекция.
Две первых мы рассмотрели в предыдущей статье. Сейчас остановимся на третьей технологии, которая является важным звеном в эффективном процессе обработки питьевой воды.
Дезинфекция (обеззараживание)
В отличие от двух вышеупомянутых технологий, в которых микроорганизмы удаляются из воды, дезинфекция приводит к инактивации или гибели микроорганизмов. Из-за различных микроорганизмов, которые потенциально существуют в источнике воды, тип дезинфицирующего средства и время дозирования / воздействия отличаются друг от друга. Кроме того, разные дезинфицирующие средства имеют разные механизмы инактивации / уничтожения микроорганизмов.
Солнечная дезинфекция (SoDis)
Солнечная дезинфекция (SoDis) - это недорогой эффективный дезинфекционный POU, который включает длительное воздействие воды в полиэтилентерефталате (ПЭТ) или стеклянной бутылке под воздействием солнечного света, позволяя ультрафиолетовому излучению проникать в воду. Длительное воздействие также повышает температуру воды в бутылке. Патогенные микроорганизмы инактивируются как ультрафиолетовым излучением солнца, так и повышением температуры воды.
Нанотехнологии
Обширные исследования в области нанотехнологий за последние 2 десятилетия открыли новые возможности для разработки методов очистки воды. Наночастицы с размерами от 1 до 100 нм обладают различными характеристиками и имеют более высокую удельную поверхность, чем их обычные макромасштабные аналоги. Это делает наночастицы более эффективными при очистке воды. Наночастицы были применены в различных областях, таких как адсорбция, развитие мембран и прогрессивные процессы окисления. Например, разработка пропитанного железом углеродного нановолокна показала потенциал удаления мышьяка посредством адсорбции, в то время как наноматериалы добавили новые функциональные возможности и преимущества в мембрану. Нанотехнологии были применены и в технологии POU, а именно TiO 2 и наночастицы Ag.
Наночастицы диоксида титана
Диоксид титана является широко используемым фотокатализом; он применяется во многих продуктах и является наиболее производимой наночастицей. При воздействии ультрафиолетового и видимого света TiO 2 генерирует радикалы OH, H 2 O 2 , O 2 - и O 2 , которые могут окислять органические вещества и инактивировать микроорганизмы. Во время процесса TiO 2 регенерируется, что делает его доступным для дальнейшего образования активных форм кислорода. Это фотокаталитическое свойство позволяет применять TiO 2 в различных процессах очистки воды. Исследования показали, что TiO 2 может усиливать эффект SoDis. TiO 2, иммобилизованный в системе очистки воды, способен снижать концентрацию кишечной палочки до уровня ниже предела обнаружения в течение 4 часов, тогда как система без покрытия занимала более 5 часов. Однако удержание взвешенного TiO 2 и отделение его от очищенной воды оказалось сложной задачей.
Наночастицы серебра
Наночастицы серебра (AgNP) - еще одна нанотехнология, широко используемая в потребительских товарах. Это общеизвестный факт, что серебро токсично для микроорганизмов. Однако бактерицидный эффект AgNP отличается от ионов серебра. Наночастицы серебра, прикрепленные к бактериальной клеточной мембране электростатически, нарушают ее проницаемость и повреждение. Они также может проникать и биоаккумулироваться в бактериальной клетке и взаимодействовать с ее ДНК, повреждая клетку. Наночастицы серебра используются в системе очистки воды в развивающихся странах.
Недостатки нанотехнологии
Как TiO 2, так и наночастицы серебра показали большой потенциал в продвинутых процессах окисления и дезинфекции. Тем не менее, долгосрочный эффект наночастиц в значительной степени неизвестен. Неправильная утилизация и выщелачивание могут привести к попаданию наночастиц в окружающую среду. Наночастицы также могут попадать в организм водоплавующих животных при проглатывании, через жабры или кожу. TiO 2 и AgNP в повышенной концентрации токсичны для морских обитателей. Следовательно, надлежащий метод утилизации должен быть включен в системы, уменьшая выброс наночастиц в окружающую среду.
Кроме того, хотя нет никаких руководящих принципов по концентрации наночастиц в питьевой воде, выщелачивание наночастиц в очищенную питьевую воду следует систематически исследовать.
Перспективы существующих технологий очистки воды
Все, рассмотренные нами технологии, внедренные в системы POU, эффективны в удалении патогенных микроорганизмов и успешно снижают количество случаев кишечных заболеваний.
- Системы просты в использовании с минимальным обслуживанием.
- Исследования в BSF позволили оптимизировать глубину и скорость фильтрации в BSF.
- Развитие мембранных технологий позволило сделать процесс фильтрации воды независимым от сетки.
- Нанотехнологии открыли новые возможности для развития систем POU.
Тем не менее, чтобы успешно обеспечить удаление патогенных микроорганизмов, необходимо применять многобарьерный подход. Пользователи могут сочетать фильтрацию с дезинфекцией, такой как BSF, с SoDis, чтобы минимизировать риск бактериальной инфекции. Кроме того, использование внешнего хранилища может привести к повторному загрязнению, как показано в примерах развертывания BSF. Пользователи должны иметь, прежде всего, чистый сосуд, который в основном используется для хранения питьевой воды.
Для вышеупомянутых технологий все еще необходимо решить ряд проблем.
- Во-первых, неорганические коагулянты и флокулянты оказались восстанавливаемыми и пригодными для повторного использования при обработке питьевой воды, что снижает эксплуатационные расходы. Однако в процессе восстановления используются высокие концентрации щелочи и кислоты, что приводит к высокой стоимости. Следовательно, стабильность восстановленного коагулянта и количество его повторного использования должны быть дополнительно исследованы и оптимизированы.
- Во-вторых, анаэробный BSF с двухвалентным железом показал способность удалять мышьяк. Это пролило новый свет на удаление тяжелых металлов по технологии BSF. Отравление мышьяком является серьезной проблемой, встречающейся во всем мире. Улучшенное удаление мышьяка может быть достигнуто путем изменения содержания двухвалентного железа, добавления уксусной кислоты или рабочих параметров системы BSF. Тем не менее, механизм удаления мышьяка системой BSF до сих пор неизвестен. Это открытие может потенциально расширить его применение в обработке богатых мышьяком подземных вод.
- Кроме того, биочар может быть включен в BSF для улучшения удаления патогенов и загрязнений. Хотя биочар необходимо периодически заменять, он может быть изготовлен с использованием материалов из местных источников.
- Долгосрочное влияние наночастиц на окружающую среду и здоровье человека в сельской местности не подвергалось тщательному мониторингу и оценке. Неправильная утилизация может привести к выбросу наночастиц в окружающую среду. Поставщики и дистрибьюторы должны информировать пользователей о правильной утилизации продуктов из наночастиц.
- Кроме того, экологическая судьба наночастиц в развивающихся сообществах должна быть изучена.
- Наконец, хотя технологии фильтрации и дезинфекции способны удалять патогенные микроорганизмы из водных источников, они не способны эффективно удалять растворенные загрязнители, такие как мышьяк и хром. Эти растворенные загрязнители вызывают хронические проблемы со здоровьем при употреблении.
Таким образом, перед использованием воды из источника необходима предварительная или последующая обработка, такая как адсорбция, коагуляция и ионный обмен, для уменьшения и удаления присутствующих в воде вредных загрязнителей.
