5.1. Дезинфекция на водата

По-голямата част от патогенните микроорганизми в питейната вода се отстраняват чрез методите за пречистване на вода, като коагулация, флокулация, утаяване и филтрация. Дезинфекция се прилага като краен етап от пречистването за подобряване на безопасността на питейната вода.

Дезинфекцията безспорно има значение за доставянето на безопасна вода за питейни нужди. Под деизнфекция на водата се разбира отстраняването, дезактивирането или убиването на патогенните микроорганизми. При този процес микроорганизмите се унищожават или дезактивират, при което се преустановяват техният растеж и възпроизвеждане. Ако микробите не бъдат отстранени от питейната вода, тя ще предизвика болести у хората. Дезинфекцията е процес, близък до стерилизирането, и по време на нея се убививат всички присъстващи микроорганзими, както вредните, така и безвредните. Може да се осъществява чрез физична или химична дезинфекция. Дезинфектантите отстраняват от водата и органичните замърсявания, които се използват от микроорганизмите за хранителни вещества или убежища. Трябва не само да убиват микроорганизмите, но и да имат остатъчно действие, което означава, че следва да запазват активността си във водата след дезинфекцията. Трябва да предотвратяват растежа на патогенни микроорганизми в тръбопроводите след дезинфекция, като водят до деконтаминация на водата.

За химична дезинфекция на вода се използват следните дезинфектанти:

• хлор (Cl₂);
• хлорен диоскид (ClO₂);
• хипохлорит (OCl^-);
• озон (O₃);
• халогени: бром (Br₂), йод (I);
• бромен хлорид (BrCl);
• метали: мед (Cu²⁺), сребро (Ag⁺);
• калиев перманганат (KMnO₄);
• феноли;
• алкохоли;
• сапуни и детергенти;
• четвъртични амониеви соли;
• водороден пероксид;
• някои киселини и основи.

За физична дезинфекция на вода се прилагат, както следва:

• ултравиолетова (УВ) светлина;
• електронно облъчване;
• гама-лъчи;
• звук;
• нагряване.

5.2. Механизъм на действие на дезинфекцията

Широко разпространено е отстраняването на микробиологичното замърсяване в природни или непречистени води чрез химична инактивация, което се явява един от крайните етапи за намаляване на патогенната микрофлора в питейната вода. Съчетанието от няколко етапа на пречистване на водата (окисление, коагулация, утаяване, дезинфекция и филтрация) прави (питейната) вода безопасна след производство. С цел предпазване на водата от микробиологично замърсяване в много страни се прилага още една допълнителна мярка на края на пречиствателния процес. Това е втори етап на дезинфекция с цел предпазване на водата от микробиологично замърсяване във водоразпределителната система. При тази вторична дезинфекция обикновено се използва различен вид дезинфектант от прилагания в ранните етапи на процеса. Така се гарантира, че микроорганизмите няма да се размножат във водата по време на преноса ѝ във водоразпределителната система. Възможно е те да останат във водата след първия етап на дезинфекция или да се озоват в нея при обратен ток на замърсена вода (която може да съдържа микроорганизми от подпочвени води поради наличие на пукнатини в тръбопровода).

Дезинфекцията обикновено протича в резултат от разрушителния ефект върху микробната клетъчна стена или от предизвикани промени в проницаемостта на клетките, протоплазмата или ензимната активност (поради структурни промени в ензимите). Всички тези смущения на клетъчната активност водят до намаляване или прекратяване на размножаването на микроорганизмите и до тяхното елиминиране от системата. Окисляващите дезинфектанти разрушават и органиката във водата, в резултат на което липсват хранителни вещества.

Има няколко различни дезинфектанта, които или убиват, или дезактивират патогенните микроорганизми. Дезинфектанти са например съдържащите хлор съединения, пероксид, бром, сребро-мед, озон и УВ. Всяко средство за дезинфекция на вода има своите предимства и недостатъци и е приложимо при различни обстоятелства.

Освен питейната вода на дезинфекция се подлага и водата в плувните басейни и охладителните кули. Дезинфекцията на водата е много важен фактор за тези приложения.

Плувните басейни съдържат голямо разнообразие от замърсители, произхождащи основно от плуващите. Контаминацията включва микроорганизми наред с други неща.

За предпазване на плуващите от патогенни микроорганизми водата в басейните трябва да се дезинфекцира. Тя обикновено циркулира. Пречиства се преди да бъде върната в плувния басейн. Пречистването включва дезинфекция.

Охладителните кули служат за охлаждане на технологична вода. След това тя може да бъде използвана повторно. Условията в тях са идеални за разтеж и размножаване на микроорганизми. Главен проблем е образуването на биофилм, защото стимулира корозията и блокира системата.

Друг проблем с охладителните кули, както и с вентилационните системи, е развитието на легионелни бактерии. Тези микроби се разпространяват с аерозолите и могат да причиняват легионерска болест. Това е много сериозно заболяване, което наподобява пневмония. В редица страни днес са въведени законодателни стандарти, постановяващи, че развитието на легионелни бактерии в охладителните кули трябва да се предотвратява чрез дезинфекция на охлажданата вода.

В началото на 70-те години на миналия век се установява, че химичните дезинфектанти могат да образуват специфични вторични продукти. След това откритие започват изследвания за определяне на техния ефект върху здравето. Днес съществуват законодателни стандарти, посочващи максималните нива на вторични продукти от дезинфекцията в питейната вода. Правени са проучвания и за създаване на методи за намаляване на концентрацията на такива продукти в питейната вода.

5.3.Фактори, влияещи на дезинфекцията на водата

• Това е мярка за времето за контакт между дезинфектанта и микроорганизмите и концентрацията на дезинфектанта. CT служи за изчисляване на концентрацията дезинфектант, необходима за задоволително дезинфекциране на водата. C е крайната остатъчна концентрация на даден химичен дезинфектант в mg/L. T е минималното време за контакт (в минути) на материала, подлежащ на дезинфекция, с дезинфектанта. Оттук следва, че мерните единици на CT се изразяват като mg·min/L.

CT = концентрация на дезинфектанта × време за контакт = C mg/L × T минути

• При прилагане на даден дезинфектант във вода, той не реагира единствено с патогенните микроорганизми. Същевременно влиза в реакция и с други нечистотии, като разтворени метали, частици органика и други микроорганизми. Използването на даден дезинфектант за реагиране с всички тези субстанции дава информация за нуждите от дезинфекция на водата. Когато се посрещнат тези основни нужди от дезинфекция, може да се установи остатъчната концентрация дезинфектант. Концентрацията дезинфектант, която трябва да бъде внесена във водата, се определя от сумата от нуждата от дезинфекция и остатъчната концентрация дезинфектант. Веднъж получена, остатъчната концентрация дезинфектант трябва да бъде поддържана през цялото време за контакт, необходимо за убиване на патогенните микроорганизми. Следователно за задоволително дезинфекциране на водата е необходимо да се внесе по-висока концентрация дезинфектант от необходимата за убиване на патогенните микроорганизми.
• Обикновено необходимата дозировка на хлор е 12–20 mg/L за получаване на 6–8 mg/L остатъчна концентрация свободен хлор. Необходимото време за инактивиране на даден микроорганизъм намалява с увеличаване на концентрацията дезинфектант (mg/L). Провеждат се лабораторни тестове за определяне на най-ефективното време за контакт.
• Стойността на CT се използва традиционно за оценка на ефекта на даден дезинфектант срещу определен микроорганизъм при конкретни условия. Химичните средства за дезинфекция имат различен относителен ефект срещу различни микроороганзими. Обикновено към стойността на CT се добавя определено ниво, например 99%. Това означава, че 99% от микроорганизмите се инактивират от дезинфектанта. CT се използва за съпоставяне на ефекта на различни дезинфектанти спрямо микроорганизмите (Таблица 1).
• Съгласно Таблица 1 озонът е най-ефективният дезинфектант; неговата стойност на CT е много ниска. Най-слабо ефективни са хлорамините и не могат да се прилагат срещу Giardia lambia. Хлорът действа срещу бактерията E. coli и вируса на полиомиелита. За хлора стойността на CT, която се прилага срещу Giardia lambia, е много по-висока от тази, използвана срещу E. coli и вируса на полиомиелита.

Таблица 1. Сравнение на стойностите на CT за 99% инактивация на микроорганизми при 5°C

5.4.Важни особености за определяне на CT

5.4.1. Тип микроорганизми

Дезинфектантите ефективно убиват патогенните микроорганизми (бактерии, вируси и паразити). Някои микроорганизми са резистентни. Такъв пример са бактериите E. coli, които са по-устойчиви към дезинфектанти от останалите бактерии, и затова се използват като индикаторни организми. Някои вируси обаче са дори по-резистентни от тях и липсата на E. coli не означава, че водата е безопасна. Много устойчиви към хлор са и протозойните паразити, като Cryptosporidium и Giardia.

5.4.2. Възраст на микроорганизмите

Ефектът от дезинфекционното действие на даден дезинфектант зависи и от възрастта на микроорганизмите. Младите микробни популации са по-податливи на убиване от дезинфектантите. В по-старите популации различни резервни метаболити, отложени като полизахаридна обвивка върху клетъчната стена, ги правят по-устойчиви към дезинфектантите. Ако се използва 2.0 mg/L хлор, времето за контакт, необходимо за инактивиране на бактерии на възраст 10 дена е 30 минути. За същия вид бактерии, но на възраст 1 ден, е достатъчна 1 минута за контакт. Бактериалните спори са много устойчви и болшинството дезинфектанти не са ефективни срещу тях.

5.4.3. Природа на водата

Природата на водата, изискваща пречистване, оказва своето влияние върху дезинфекцията. В много случаи материалите във водата, например желязо, манган, сероводород и нитрати, реагират с дезинфектантите, което нарушава процеса на дезинфекция. Мътността на водата също намалява ефективността на дезинфекцията. Мътността защитава микроорганизмите от дезинфекцията.

5.4.4. Температура

Температурата също оказва влияние върху ефективността на дезинфекцията. С повишаване на температурата обикновено се увеличава скоростта на дезинфекционните реакции. Възможно е обаче повишаването на температурата и да ограничи дезинфекцията поради разпадане или изпаряване на дезинфектанта.

5.5. Стандарти за прилагане на дезинфекция на водата

5.5.1. Стандартизация на дезинфекцията на питейната вода

Вече десетилетия наред хлорът играе съществена роля при пречистването на водата. Той е най-широко използваният дезинфектант. Предимството му се състои в това, че е лесен за произвеждане и сравнително евтин. Хлорът ефективно убива патогените. Допринася за надеждността на питейната вода, получена от повърхностни води. За дезинфекция на вода на места, където не се практикува съвкупно пречистване на питейната вода, се използват хлорни таблетки. След откриването на хлорираните вторични продукти нараства употребата на алтернативни дезинфектанти.

5.5.2. Стандарти за дезинфекция на питейната вода в ЕС

Повечето европейски страни провеждат дезинфекция на питейната вода от края на деветнадесети или началото на двадесети век. За целта често е използван хлор.

Най-ранното известно прилагане на дезинфекция на питейната вода в Европа е добавянето на хлорирана белина в Миделкерке (Белгия). През 1905 г. Лондонският столичен борд по водите въвежда дезинфекцията на питейната вода след проучвания върху механизма на дезинфекция с хлор при пречистване на водите. Според въпросната организация дезинфекцията с хлор е била считана за подходяща алтернатива за продължително съхранение на непреработена вода. В процеса на съхранение патогенните бактерии умирали по естествен път.

5.5.3. Европейска Директива 98/83/EО за питейната вода

Политиките на Европейския съюз по отношение на питейната вода имат над 30-годишна история. През 1998 г. е издадена директива (98/83/EО), която постановява минимални стандарти за водата, предназначена за ползване от човека. Директивата включва норми за дезинфектантите и техните вторични продукти, подобно на препоръчаните от СЗО. Тя гарантира, че водата, предназначена за позлзване от човека, е безопасна и безвредна. Главните цели на тази директива са:

• да обезпечава контрола на качеството на питейната вода чрез прилагане на последните научни постижения;
• да осигурява ефективен мониторинг и оценка на качеството на питейната вода;
• своевременно да предоставя достатъчна и вярна информация на потребителите;
• за допринася за по-широките политики на ЕС за водите и здравето.

Директивата на ЕС за питейната вода (98/83/EО) се прилага за:

• всички разпределителни системи, обслужващи над 50 души или предоставящи над 10 кубически метра на ден;
• питейна вода от цистерни;
• питейна вода в бутилки или контейнери;
• водата, използвана в хранително-преработвателната промишленост.

Директивата за питейна вода обаче не се прилага за:

• природните минерални води;
• водите, които са лекарствени продукти.

Общо 48 микробиологични, химични и индикаторни параметъра се покриват от Директивата и са предмет на редовен мониторинг и изпитване. При прилагане на Директивата за питейна вода в своето национално законодателство държавите – членки на Европейския съюз, могат да включват допълнителни изисквания, напр. регулиране на допълнителни вещества, които са от значение в рамките на тяхната територия, или да поставят по-високи стандарти. Държавите членки обаче нямат право да поставят занижени стандарти.

Във връзка с предписанията на Директивата за питейна вода в Европа болшинството компании за производство на питейна вода използват хлор за дезинфектант. Въвежда се във водата като газообразен хлор, калциев хипохлорит или натриев хипохлорит. Озон се добавя за контролиране на вкуса и мириса. За приготвяне на питейна вода от повърхностни източници като главен дезинфектант в повечето случаи се използва хлор. За пречистване на подпочвени води, което е по-опростен процес на обработка, често хлорът се явява единственият подобаващ дезинфектант.

В Европа се прилагат също и алтернативни дезинфектанти за питайна вода (Фиг. 1). Франция например използва предимно озон, като това започва през 1906 г. Италия и Германия прилагат озон или хлорен диоксид като главен окислител и дезинфектант. Хлор се добавя за остатъчна дезинфекция. Великобритания е една от малкото европейски страни, които ползват хлорамини за остатъчна дезинфекция в разпределителната мрежа и за отстраняване на вторични продукти от дезинфекцията. Финландия, Испания и Швеция в отделни случаи прилагат хлорамини за дезинфекция.

Фиг. 1. Приложение на дезинфектанти в някои държави – членки на ЕС (Lenntech: http://www.lenntech.com/applications/drinking/drinking_water.htm)

5.5.4. Насоки за биоцидните продукти

През 1998 г. е въведена и Директивата за биоцидите. При това, на 22-ри май 2012 г. бе приет Регламентът за биоцидите (BPR, Регламент (ЕС) 528/2012), който отменя Директивата за биоцидите (Директива 98/8/ЕО). Последният касае пускането на пазара и употребата на биоциди, които се използват за защита на хората, животните, материали или изделия срещу вредни организми, като вредители или бактерии, посредством действието на активните вещества, съдържащи се в бицидния продукт. Този регламент цели да подобри функционирането на пазара за биоциди в ЕС, като същевременно се гарантира висока степен на защита за хората и околната среда. Има за цел да хармонизира пазара на ниво ЕС; да опрости процедурите по одобряване на активни вещества и издаване на разрешителни за биоциди.

Според този Регламент биоцидът е активно вещество или препарат, съдържащ активно вещество, чието предназначение е да убива или инактивира вредни или нежелани микроорганизми с биологични или химични средства. Химичните дезинфектанти за води също се класифицират като биоциди.

Ако даден биоцид се употрабява неправилно, може да причини вреди за здравето на човека, животните или растенията или за околната среда. Държавите от Европейския съюз определят дали дадено вещество може да бъде използвано за определени цели. Когато някоя компания се нуждае от разрешително за употреба на даден биоцид, то следва да бъде потърсено от правителството на съответната държава. Искане трябва да бъде отправено и до европейското правителство. Правителствата на отделните държави вземат решения основно за това дали дадено вещество е разрешено. В резултат дадено вещество може да бъде разрешено в една европейска държава, но да е ограничено в Европейския съюз и обратното.

Използвана литература

1. Council Directive 98/83/EC of 3 November 1998 on the Quality of water intended for human consumption. OJ L 330, 5.12.1998, p. 32–54
2. Synthesis Report on the Quality of Drinking Water in the EU examining the Member States' reports for the period 2008-2010 under Directive 98/83/EC. REPORT FROM THE COMMISSION COM(2014).
3. The consolidated version of the Regulation (EU) No 528/2012 of the European Parliament and of the Council of 22 May 2012 concerning the making available on the market and use of biocidal products (BPR), http://eur-lex.europa.eu/legal-content/
4. NSF Guide to the European Standards for Drinking Water Treatment Units, 2009 (http://www.nsf.org/newsroom_pdf/)
5. EU's drinking water standards, LENNTECH,http://www.lenntech.com/
6. Design of Water Resources Systems. P. Purcell (ed.). Thomas Telford Limited, Bristol 2003.
7. Guidelines for Drinking Water Quality. 2011. World Health Organization http://apps.who.int/iris/bitstream/