Porovnanie dezinfekcií. Akú použiť pre vašu prevádzku?

Rôzne formy dezinfekcie vody používali už starí egypťania. Postupom času sa techniky, ktorými sa dosahovalo antimikrobiálny účinok, neustále vylepšovali. Na konci 18. storočia sa vo francúzskom priemysle začal používať roztok alkalických chlórnanov (dnešné SAVO) najskôr ako bielidlo.

V 19. storočí aj ako dezinfekcia v nemocniciach a predovšetkým na dezinfekciu pitnej vody počas epidémie cholery v roku 1850, čo zachránilo mnoho ľudských životov.

Dnes je dezinfekcia vody neodmysliteľnou súčasťou výroby a distribúcie pitnej vody. My sa teraz pozrieme na niekoľko základných metód dezinfekcie vody, rozoberieme ich efektivitu, výhody, nevýhody aj náklady.

• Chlórácia
• Ozonifikácia
• Oxid chloričitý
• Ag/Cu ionizácia
• UV dezinfekce
• Záver

Chlórácia

Najpoužívanejšou dezinfekciou je vzhľadom na svoju relatívne nízku cenu chlorácie. Pre pitnú vodu sa používa kontinuálne dávkovanie s dávkou až 0,3 mg/l voľného chlóru (dané vyhláškou 91/2023), v akútnych prípadoch šoková dezinfekcia o dávke cca 4 mg/l počas niekoľkých málo hodín. Chlór nevyžaduje pre dávkovanie žiadne zložité zariadenia, používa sa aj pri vode v bazénoch av rámci dezinfekčnej fázy čistenie odpadových vôd.

Dezinfekcia vody chlórom prináša bohužiaľ aj nevýhody vrátane rizika tvorby toxických Trihalometánov (THM) a halogenoctových kyselín (HAA). Chlór môže ďalej byť v plaveckých bazénoch príčinou svrbenia kože, pálenia v očiach a spôsobuje známy a nepríjemný zápach.

Účinnosť chlorácie je bohužiaľ mimoriadne závislá od pH dezinfikovanej vody. Pri použití chlórových prípravkov:

• plyn – Cl₂ – Chlór
• tekutina NAClO – Chlórnan sodný
• pevné skupenstvo – C₃Cl₂N₃NaO₃ – Dichlorisokyanurát sodný

vo vode vždy vzniká kyselina chlórna – HClO. Tá je účinnou dezinfekčnou látkou oxidujúcou anorganické aj organické látky a najlepšie funguje v rozmedzí pH 7,2 – 7,8. Pri nižšom pH vody sa uvoľňuje plynný chlór, pri vyššom pH dochádza k rozkladu na katióny vodíka a anióny chlórnanu, ktoré dezinfekčné účinky už nemajú.

Veľkou nevýhodou chlóru je jeho neschopnosť efektívne prenikať do biofilmov. A sú to práve ony, v ktorých mnoho mikroorganizmov prežíva a množia sa. Biofilmy sú schopné odolať dávkam chlóru aj nad 50 mg/l.

Samotnému chlóru pomerne dobre odoláva aj mnoho prvokov (Cryptosporidium spp., Cyclospora cayetanensis, Toxoplasma gondii, Naegleria fowleri). Najväčším rizikom je rozšírená baktérie Legionella, pre ktorú je lepšie voliť ozón alebo oxid chloričitý.

Ozonifikácia

Ozón (O₃) je najsilnejší z oxidantov používaných na dezinfekciu vody. Vysoký účinok je zaručený bez ohľadu na pH vody podobne ako pri chlórdioxide. Keďže je ozón nestabilný plyn a vo vode sa samovoľne rozpadá na kyslík, nie je možné jeho dlhodobé skladovanie a je nutné ho vyrábať v mieste spotreby.

Ozón je možné vyrobiť priamo vo vode pomocou elektrolýzy, UV žiarením alebo vysokým výbojom v atmosfére čistého kyslíka za použitia generátora ozónu, čo je v súčasnosti najobvyklejšia metóda. Energia výboja rozbije časť molekúl kyslíka na atomárny kyslík (O), ktorý sa ďalej zlučuje s molekulou kyslíka (O₂) a vytvára molekulu ozónu O₃.

Hlavná výhoda ozónu spočíva v jeho sile. Na baktérie a spóry účinkuje cca 300x efektívnejšie ako chlór. Aj pri malých dávkach inaktivuje parazitické prvoky a oxiduje organické látky bez toho, aby dochádzalo k tvorbe karcinogénnych trihalometánov (THM), ktoré vznikajú napríklad pri oxidácii organických látok vo vode zlúčeninami chlóru.

Obľúbenosti na ozonifikáciu vody pridáva aj to, že vďaka svojmu mikroflokulačnému efektu vytvára krásne priezračnú čistú vodu. Organické látky oxidované ozónom na polárnejšie zlúčeniny vážia katióny železa, vápnika, horčíka a mangánu, pričom vznikajú zlúčeniny s nízkou rozpustnosťou, ktoré je možné odstrániť filtráciou.

Ozón má však aj svoje nevýhody. Po použití v rozvodoch vody nevykazuje reziduálne účinky a rýchlo sa rozkladá. Nepôsobí tak v odľahlejších miestach siete, pre ktoré je nutná kombinácia ozónu s iným dezinfekčným prípravkom (napr. chlórdioxid).

V upravovanej vode sa môžu formovať aj potenciálne nebezpečné karcinogénne látky – organické epoxidy, alkylačné činidlá a najmä bromičnany, navyše je ozón uniknutý do ovzdušia napríklad v prípade havárie pre človeka akútne toxický.

Pri vdýchnutí môže dôjsť k poškodeniu pľúc, k ich krvácaniu av extrémnych prípadoch aj k smrti. Okrem náročnejšej údržby sú tu aj vyššie obstarávacie náklady. Ideálne použitie ozónu na dezinfekciu vody je napr. pre jej predúpravu (preozonizáciu). V ďalšej fáze procesu sa potom počíta s použitím ešte ďalších chemikálií (chlór, chlórdioxid) s reziduálnymi účinkami, ktoré ozón postráda.

Oxid chloričitý (chlórdioxid)

Chlórdioxid sa rozmohol v 90. rokoch minulého storočia av mnohých aplikáciách v súčasnej dobe stále častejšie nahrádza chlór. Je možné ho dávkovať do studenej aj teplej vody a vykazuje podobne ako ozón veľmi silné oxidačné účinky. Pri vysokých koncentráciách prudko reaguje s redukčnými činidlami, preto sa vo väčšine prípadoch vyrába, aj podobne ako ozón, až v mieste spotreby.

Príprava prebieha v generátoru chlórdioxidu reakciou chloritanu sodného (NaClO₂) s chlórom, alebo najčastejšie s kyselinou chlorovodíkovou HCl.

Oxid chloričitý nie je taký reaktívny ako chlór či ozón a interaguje len s určitými látkami vo vode. Vďaka tomu je na získanie aktívneho zvyškového dezinfekčného prostriedku potrebná menšia počiatočná dávka. Možno ho tak použiť aj v prípade väčšieho organického znečistenia bez toho, aby vytváral vedľajšie toxické produkty ako to robí chlór (THM a HAA). Potenciálnym rizikom môže byť nárast anorganických vedľajších produktov napr. chloritanov (ClO₂-), ktorých limit vo vode 0,2 mg/l upravuje Vyhláška č. 91/2023. V prípade vyššej koncentrácie sa do systému pridáva nejaký typ filtrácie, najčastejšie filtre s aktívnym uhlím.

Chlórdioxid ničí baktérie, vírusy aj parazity. Špeciálne proti vírusom je účinnejší ako chlór aj ozón.

Medzi hlavné výhody chlórdioxidu patrí aj jeho schopnosť prenikať do biofilmov, ktoré poskytujú ochranu radu patogénov a preto sa veľmi často úspešne nasadzuje v miestach, kde bola zistená prítomnosť legionell. Má dlhotrvajúci reziduálny účinok a tak veľmi dobre pôsobí aj v odľahlých a rizikových častiach systému. Účinnosť dezinfekcie nie je navyše oproti použitiu chlóru závislá od pH vody.

Možnosti dezinfekcie vody s chlórdioxidom sú široké. Uplatnenie nájde na komunálnych úpravniach vody a v čistiarňach vôd, v hoteloch a nemocniciach, kde dominuje v odstraňovaní legionell z rozvodov aj pri dezinfekcii vody vo ventilačných systémoch chladiacich veží.

Rozšírený je aj v priemysle na dezinfekciu procesných vôd. Obľúbený je najmä v potravinárstve (bielenie múky, dezinfekcia oplachovej vody). Generátory chlórdioxidu často nájdete aj v komerčných budovách či bytových domoch.

Ag/Cu ionizácia

Táto metóda využíva schopnosť ťažkých kovov brániť rastu a množeniu mikroorganizmov (oligodynamický účinok). Tohto efektu si boli vedomí už naši predkovia Egypťania a Rimania, ktorí používali meď na liečbu mnohých chorôb a striebro na priamu sterilizáciu vody.

Striebro pôsobí skôr na syntézu enzýmov a proteínov v bunke, meď zase ovplyvňuje priepustnosť bunkovej membrány.

Medzi nevýhody tejto metódy patrí, že pri nižších koncentráciách sa biofilmy pôsobenia Ag a Cu dokážu prispôsobiť a po ukončení ionizácie sa pôvodná kontaminácia úplne obnoví.

Pre optimálny účinok je potrebná pomerne dlhá doba kontaktu s vodou (min 6h) a efekt dezinfekcie je tiež závislý od pH. Najlepšie funguje v rozmedzí pH 6 – 8.

V praxi sa najviac používa na dezinfekciu vody v menších bazénoch. Na distribúciu pitnej vody a priemysel príliš uplatnenie nemá.

UV dezinfekcia

Dezinfekcia vody ultrafialovým žiarením (UV) je rokmi overená metóda úpravy vody používaná približne od roku 1950 najmä v Rakúsku a Švajčiarsku. Biocídne účinky UV žiarenia boli známe od doby, kedy sa zistilo, že krátkovlnné UV je zodpovedné za mikrobiálny rozklad.

UV žiarenie spravidla delíme na UV A (vlnová dĺžka 315 – 400 nm), UV B (280 – 315 nm) a UV C (100 – 280 nm). UV žiarenie s vlnovou dĺžkou 200 až 300 nm ničí baktérie aj ich spóry a
najvyšší germicídny účinok je dosahovaný v UV C (maximum je konkrétne na hodnote 253,7 nm).

K emisii UV žiarenia sa najčastejšie používajú kremenné lampy vybavené ortuťovými výbojkami.

Hlavnú bunkovú zložku, ktorú UV žiarenie pri pôsobení na mikroorganizmy narúša sú nukleové kyseliny (genetická informácia mikroorganizmov). Patogény s poškodeným DNA potom strácajú schopnosť sa množiť a dochádza k ich kompletnej inaktivácii.

Hlavnou výhodou UV dezinfekcie je skutočnosť, že nemení zloženie ani vlastnosti upravovanej vody, pretože k procesu nie sú potrebné žiadne chemické látky. Dezinfekcia prebieha okamžite ihneď po zapnutí UV lampy a oproti niektorým chemickým dezinfekciám, nie je závislá na pH vody. UV lampy obnášajú skôr veľké počiatočné investície, na prevádzku sú ale ďalej nenáročné a nenákladné.

Medzi hlavné nevýhody patrí, že pôsobia iba v mieste ožiarenia a nemajú teda žiadne reziduálne účinky. Dezinfekcia končí vypnutím UV lampy. Ďalším problémom môže byť aj zákal vo vode, ktorý znižuje jej priestupnosť pre UV žiarenie a tak aj jeho účinnosť.

V niektorých prípadoch môže po aplikácii UV žiarenia dochádzať vďaka pôsobeniu opravných enzýmov k reaktivácii choroboplodných mikroorganizmov, teda procesu obnovy buniek poškodených UV žiarením (týka sa to najmä enterobaktérií, streptokokov, mikrokokov či plesní). Rozsah reaktivácie sa odvíja od rôznych faktorov (svetlo, teplota, pH, obsah enzýmov, prítomnosť organických látok) a možno mu predísť dodržiavaním bežných prevádzkových zásad v rozvodnej sieti pitnej vody. Za určitých skôr krajných podmienok môže vplyvom UV žiarenia dochádzať k premene dusičnanov na dusitany, ktoré môžu byť pre človeka (najmä pre dojčatá) nebezpečné.

UV dezinfekcia sa najviac hodí do potravinárstva či farmácie. Uplatnenie ale nachádza aj v hoteloch, kúpeľoch, bazénoch alebo pri výrobe umelého snehu.

Záverom

Žiadna z vyššie uvedených metód dezinfekcie vody nie je univerzálne použiteľná pre všetky prevádzkové podmienky a výber vždy musí zodpovedať individuálnym požiadavkám danej aplikácie. Na zaistenie hygienického zabezpečenia vody je vhodné vybrať taký spôsob dezinfekcie, aby bol zachovaný optimálny pomer mikrobiálneho zaistenia vody a rizika vzniku vedľajších produktov.

Z pohľadu ceny si najlepšie stojí chlór, ktorý ale nevyniká efektivitou. Veľmi účinná je dezinfekcia ozónom, ktorá je ale drahšia a môže tu dochádzať k tvorbe toxických vedľajších produktov. UV žiarenie je obľúbená bezchemická metóda dezinfekcie, ktorá je ale úplne bez reziduálnych účinkov a patogénne organizmy nachádzajúce sa v biofilme v odľahlejších častiach systému zostávajú úplne nepoškodené.

Najskôr vo svetle vyššie spomenutých výhod/nevýhod ostatných spôsobov dezinfekcie nadobúda na popularite práve chlórdioxid vyrábaný generátormi chlórdioxidu, ktorý perfektne funguje najmä na legionelle, ktorá žije prevažne v biofilme av odľahlejších miestach, kde dochádza k stagnácii vody.