Prawa autorskie zastrzeżone. Wykorzystując poniższy materiał uprzejmie prosimy o podanie niniejszego źródła pochodzenia w brzmieniu: „www.uv-eko.pl”

1. WSTĘP.

1.1 Potrzeba dezynfekcji.

Potrzeba dezynfekcji zakaźnych ścieków szpitalnych wynika z wymagań Ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (Dz. U.2001 nr 72 poz. 747 oraz późniejsze nowelizacje) i jest oczywista z poniższych powodów:
  • Umożliwia zdecydowaną poprawę stanu sanitarnego ścieków odpływających ze szpitala zakaźnego.
  • Zmniejsza zagrożenie epidemiologiczne pracowników obsługi sieci kanalizacyjnej i oczyszczalni ścieków oraz ich rodzin i bliskich.
  • Ogranicza możliwości skażenia drobnoustrojami chorobotwórczymi odbiornika ścieków oczyszczonych. Ma to duże znaczenie dla ochrony naturalnego środowiska wód i ziemi.
  • Znanej, dużej odporności i przeżywalność niektórych drobnoustrojów, szczególnie silnie chorobotwórczych oraz związanego z tym zagrożenia dla życia i zdrowia, które one powodują.
Literatura z zakresu techniki sanitarnej podaje orientacyjną przeżywalność niektórych bakterii w ściekach [1.]:
  • bakterie czerwonki - od 24 godzin do 3 tygodni
  • bakterie duru - od 4 do 6 tygodni a nawet do kilku miesięcy
  • bakterie wąglika - mogą przeżyć nawet kilka lat
  • bakterie gruźlicy - do 3 miesięcy
Odporność i przeżywalność mikroorganizmów jest zróżnicowana i zależy od cech środowiska, w którym żyją: zasobności otoczenia wodnego w składniki pokarmowe, temperatury otoczenia wodnego, nasłonecznienia i warunków tlenowych.

W miejscu zrzutu ścieków komunalnych zmieszanych ze ściekami szpitalnymi (nawet po ich oczyszczeniu) może występować duże skażenie mikrobiologiczne. Zanieczyszczenie mikrobiologiczne akwenów wodnych poniżej odpływów z oczyszczalni może nieść potencjalne zagrożenie wystąpienia zachorowań na choroby zakaźne, ponieważ przeżywalność niektórych mikroorganizmów w wodzie a szczególnie w osadach dennych, jest potwierdzona badaniami. [3.]

1.2 Przepisy prawne dotyczące dezynfekcji ścieków szpitalnych.

Przepisy prawne zawsze nakazywały wykonywanie dezynfekcji ścieków z miejsc gdzie leczeni są chorzy na choroby zakaźne.
Aktualnie obowiązują przepisy ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzeniu ścieków z dnia 7 czerwca 2001 roku, ogłoszone w Dzienniku Ustaw Nr 72, poz. 747). Artykuł 9 tej ustawy, punkt 2 podpunkt 6 ma następującą treść: „Zabrania się wprowadzania do urządzeń kanalizacyjnych niezdezynfekowanych ścieków ze szpitali i sanatoriów gdzie leczeni są chorzy na choroby zakaźne.”

Ustawa powyższa realizuje postanowienia zawarte w Prawie Wodnym (jednolity tekst Dz. U. Nr 239/2005 poz. 2019, z późniejszymi zmianami). Art. 41 punkt 1 postanawia: „ścieki wprowadzane do wód lub do ziemi w ramach zwykłego albo szczególnego korzystania z wód powinny być oczyszczone w stopniu wymaganym przepisami ustawy i nie mogą zawierać chorobotwórczych drobnoustrojów pochodzących z obiektów, w których leczeni są chorzy na choroby zakaźne;”

Maksymalna ilość bakterii, wynosząca 1000/100 ml, wymagana jest przez polskie przepisy dla wód wykorzystywanych do celów rekreacyjnych oraz zalecana jest przez WHO dla ścieków oczyszczonych.

2. CHARAKTERYSTYKA ISTNIEJĄCYCH METOD DEZYNFEKCJI ŚCIEKÓW.

Unieszkodliwienie i dezynfekcja ścieków ze szpitalnych oddziałów zakaźnych powinna:
  • zapewnić skuteczne zniszczenie mikroorganizmów chorobotwórczych,
  • nie dopuścić do wytworzenia produktów toksycznych,
  • zmniejszyć do minimum ujemny wpływ na odbiornik czynników fizycznych (np.: temperatury), czynników chemicznych (np.: odczynu pH ) lub substancji użytych do dezynfekcji (np. chloru).
Ogólnie dezynfekcję można prowadzić metodami:
  • fizycznymi – podwyższona temperatura, pasteryzacja, naświetlanie promieniami ultrafioletowymi, zastosowanie ultradźwięków.
  • chemicznymi – przez zastosowanie silnych utleniaczy takich jak: chlor gazowy, podchloryn sodowy, wapno chlorowane, dwutlenek chloru, ozon, kwas nadoctowy itp.
  • chemicznymi – przez dodanie wapna w celu podniesienia odczynu pH do 12.
Z pośród wielu metod i substancji działających bakteriobójczo, praktyczne i techniczne zastosowanie w dezynfekcji ścieków mają metody z zastosowaniem ultrafioletu, ozonu i chloru.
Ze względów praktycznych i ekonomicznych , nie dezynfekuje się ścieków ze średniego szpitala (80 m3/dobę) przy pomocy np. alkoholu etylowego.

2.1 Fizyczne metody dezynfekcji.

Z fizycznych metod dezynfekcji, promieniowanie ultrafioletowe ma zasadnicze znaczenie. Posiada ono właściwości niszczące dla mikroorganizmów. Realizowane jest to przez uszkodzenie informacji genetycznej zawartej w DNA.
Do dezynfekcji ścieków po oczyszczalni mechanicznej i biologicznej najczęściej stosuje się niskociśnieniowe lampy rtęciowe UV emitujące światło z zakresu ultrafioletu UV-C, o długości fali
λ = 254 nm.
Praktyczna dawka UV do zniszczenia drobnoustrojów w wodzie i ściekach powinna być na poziomie 400 J/m2 , lub więcej.
Zastosowanie ultrafioletu nie niesie niebezpieczeństwa przedawkowania środka dezynfekcyjnego oraz powstania ubocznych produktów dezynfekcji, gdyż zastosowana dawka UV jest mniejsza od dawki potrzebnej do przebiegu reakcji fotochemicznych.

Poważnym ograniczeniem dla zastosowań UV jest mętność cieczy, zawiesina i skład fizykochemiczny cieczy. Transmitancja T10 jest wskaźnikiem przejrzystości cieczy dla światła UV o długości fali 254 nm (patrz punkty 4.1- 4.2).
W przypadku stosowania dotychczas znanych urządzeń UV stawiane są poniższe wymagania:
  • Ścieki powinny być oczyszczone mechanicznie i biologicznie
  • Zawiesina ścieków przeznaczonych do dezynfekcji nie może być wyższa niż 30 – 40 mg/dm3.
  • Transmitancja ścieków powinna być większa niż T10 = 40%.
Powyższe wymagania praktycznie nie pozwalają na dezynfekcję surowych ścieków przy zastosowaniu znanych obecnie urządzeń UV.
W punkcie 3 niniejszego opracowania przedstawiamy nowatorskie rozwiązanie techniczne i technologiczne pozwalające na skuteczną dezynfekcje ścieków surowych z pokonaniem wyżej opisanych barier technologicznych.

2.2 Chemiczne metody dezynfekcji.

Dezynfekcja ścieków metodami chemicznymi, polega na silnych własnościach utleniających dozowanych substancji. Utleniane są związki organiczne wchodzące w skład błony komórkowej mikroorganizmów, następnie następuje zniszczenie komórki poprzez dalsze utlenianie struktur wewnątrzkomórkowych.
Wartości normalnych potencjałów redoks (Eh) pozwalają uszeregować dezynfektanty chemiczne według malejącej siły utleniania [1.]:

O3 > ClO2 > Cl2 > Br2 >(ClO2) > I2

Zdolność dezynfekcyjna względem bakterii i wirusów zmienia się zgodnie z niżej podanym szeregiem [1.]:

Ozon > dwutlenek chloru > wolny chlor > chloraminy.

Dodawane do ścieków dezynfektanty chemiczne zużywane są równocześnie na:
  • cel główny – unieszkodliwienie drobnoustrojów chorobotwórczych,
  • utlenienie innych substancji zawartych w ściekach.
Na utlenianie innych składników ścieków, zużywa się większą część dodawanego dezynfektanta.
Wskaźnikiem ilości substancji zawartych w ściekach jest chemiczne zapotrzebowanie tlenu do całkowitego utlenienia – w skrócie - CHZT.
Wszystkie dezynfektanty chemiczne utleniają zarówno substancje oznaczone wskaźnikiem CHZT jak i mikroorganizmy zawarte w ściekach. Ma to znaczenie ekonomiczne, ponieważ trzeba dozować chemikalia, nie tylko do zniszczenia mikroorganizmów. Poza tym chlor tworzy, wraz z zanieczyszczeniami zawartymi w ściekach, szereg substancji szkodliwych dla środowiska wodnego.

Ozon [ O3 ] – gaz trujący o najlepszych własnościach utleniających i dezynfekcyjnych. Wytwarzany jest w specjalnych generatorach. Stosuje się go w przypadku, gdy wymagania odbiornika nie dopuszczają obecności w odpływie ścieków chloru resztkowego. Stosowanie ozonu jest w miarę bezpieczne. Najlepszą efektywność ekonomiczną i najlepszą skuteczność dezynfekcyjną osiąga w ściekach oczyszczonych.

Dwutlenek chloru [ ClO2 ] – to gaz dobrze rozpuszczalny w wodzie, przy większych stężeniach jest silnie toksyczny. Ma silne właściwości wybuchowe, które wymagają zastosowania drogich urządzeń technicznych.

Chlor gazowy [ Cl2] - dodawany jest do ścieków w postaci wody chlorowej, która powstaje w chloratorze. Jest to gaz toksyczny i tworzący toksyczne związki chemiczne w ściekach. Aby zapewnić wysoką skuteczność dezynfekcyjną dodaje się go w nadmiarze, który może być szkodliwy po przepłynięciu do odbiornika ścieków.

Podchloryn sodowy [ NaOCl·5H2O lub NaOCl·2,5H2O ] – to biała, nietrwała, uwodniona sól, łatwo rozpuszczalna w wodzie. Do dezynfekcji stosuje się rozcieńczone wodne roztwory, przygotowywane w innego rodzaju chloratorze niż dla chloru gazowego. Stosuje się wtedy, gdy nie można zapewnić strefy ochrony sanitarnej przy zastosowaniu chloru gazowego. Znana jest niska skuteczność dezynfekcyjna podchlorynu sodowego, szczególnie wobec drobnoustrojów chorobotwórczych.

Wapno chlorowane [ Ca(ClO)Cl ] – jest mieszaniną podchlorynu i chlorku wapniowego o właściwościach żrąco-trujących. Jest związkiem nietrwałym i na powietrzu rozkłada się wydzielając wolny chlor. Unieszkodliwianie osadów i skratek najczęściej wykonywane jest przez dodawanie wapna chlorowanego.

Kwas nadoctowy [ CH3COOOH ] - Kwas nadoctowy jest preparatem żrącym, o właściwościach silnie utleniających i toksycznych. Wykazuje aktywność w stosunku do drobnoustrojów, form wegetatywnych i przetrwalników. W kontakcie z materiałami zapalnymi może spowodować pożar. Drażni oczy i system oddechowy. Może ulegać rozkładowi pod wpływem ciepła, podgrzania oraz w kontakcie z niektórymi metalami np. ze stalą zwykła, miedzią. W roztworach wodnych łatwo rozkłada się do tlenu i kwasu octowego.
Po użyciu preparatu po kilku godzinach ulega on samorozkładowi nie pozostawiając substancji szkodliwych.
Dla potrzeb dezynfekcji stosuje się roztwory 0,5 - 3,5%.
Preparaty dezynfekcyjne na bazie kwasu nadoctowego są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym (np. w systemie CIP), przemyśle piwowarskim, do dezynfekcji maszyn , urządzeń i powierzchni, w basenach kąpielowych, w przemyśle kosmetycznym itd. Istnieją na rynku pod różnymi nazwami handlowymi np. Steridal, Sterinox, Renalina. Kwas nadoctowy i jego preparaty praktycznie nie sprawdziły się w procesie dezynfekcji ścieków z uwagi swoje właściwości, na duże koszty eksploatacyjne oraz ograniczoną skuteczność dezynfekcyjną.

3.NOWA IDEA SPOSOBU DEZYNFEKCJI.

Ideą rozwiązania, którego zastosowanie proponuje firma UV – EKO, jest dezynfekcja ścieków surowych, z głównego kolektora odpływowego, przez ich naświetlenie promieniami UV w specjalnym urządzeniu o nazwie UV-hosp.
Jest to metoda odmienna od dotychczasowej praktyki i istniejących sposobów dezynfekcji, które polegają na dodawaniu do ścieków silnych utleniaczy ( takich jak ozon, związki chloru ) lub oczyszczaniu ścieków w oczyszczalni mechaniczno-biologicznej i zastosowaniu promieni ultrafioletowych na końcu takiego ciągu technologicznego.

Poszukiwania nowych rozwiązań technicznych i technologicznych dezynfekcji ścieków podyktowane są poniższymi uwarunkowaniami:
  • Dezynfekcja ozonem jest droga z powodu dużej energochłonności i dużych kosztów zakupu i eksploatacji takich urządzeń.
  • Preparaty chlorowe nie są skuteczne w stosunku do wielu drobnoustrojów, szczególnie chorobotwórczych. Ponadto zastosowanie chloru gazowego jest niebezpieczne.
  • Preparaty na bazie kwasu nadoctowego są drogie w eksploatacji i mają ograniczoną skuteczność dezynfekcyjną.
  • Teren przyszpitalny nie jest miejscem odpowiednim do wykonania i eksploatacji tradycyjnej oczyszczani ścieków, która wymagana jest przy zastosowaniu tradycyjnych, znanych obecnie urządzeń UV.
  • W przypadku zainstalowania tradycyjnej oczyszczani ścieków na terenie szpitala, pojawia się problem dużej ilości osadów, które są odpadami niebezpiecznymi o numerze 18 01 03.
Firma UV – EKO na podstawie wieloletnich doświadczeń, prób technicznych i badań mikrobiologicznych , opracowała oraz zgłosiła do Urzędu Patentowego urządzenie UV-hosp., które służy do dezynfekcji cieczy mętnych, cieczy zawierających zawiesiny, czyli cieczy o składzie jakościowym takim jakim charakteryzują się surowe ścieki.

To nowatorskie rozwiązanie wymagało przeprowadzenia prób skuteczności dezynfekcyjnej urządzenia modelowego w skali technicznej Badania modelowe potwierdziły wysoką skuteczność dezynfekcyjną tej metody i doprowadziły do określenia optymalnych parametrów urządzenia dla rzeczywistych potrzeb szpitala Pomorskiego Centrum Chorób Zakaźnych i Gruźlicy w Gdańsku.
Dzięki przeprowadzonym badaniom modelowym:
  • Wyeliminowano ryzyko finansowe inwestycji, związane z poprawną i skuteczną pracą urządzenia
  • Wykazano zwiększony stopień zagrożenia bakteriologicznego odprowadzanych ścieków, związanego z wyższą o 2 – 5 stopni logarytmicznych ilością bakterii wskaźnikowych w porównaniu z typowymi ściekami komunalnymi
Praktycznie potwierdzona została celowość wykonania urządzenia UV-hosp. dla potrzeb Pomorskiego Centrum Chorób Zakaźnych i Gruźlicy w Gdańsku.

Druga Stacja UV została wykonana na zlecenie Aresztu Śledczego w Gdańsku do dezynfekcji ścieków z istniejącego tam szpitala zakaźnego. Badania skuteczności dezynfekcyjnej w tym obiekcie potwierdziły praktyczną skuteczność dezynfekcyjną Stacji na poziomie 99,9%.

NIEKTÓRE DANE DOTYCZĄCE ULTRAFIOLETU.

4.1 Natura promieniowania.

Ultrafiolet jest promieniowaniem elektromagnetycznym o długości fali 100 - 400 nm. Jest to zakres niewidzialny składający się z trzech przedziałów: UV-A, UV-B, UV-C. Przedział UV-C o zakresie od 200 do 280 nm, jest odpowiedzialny za bakteriobójcze oddziaływanie ultrafioletu na drobnoustroje. Najsilniejsze właściwości bakteriobójcze wykazuje promieniowanie UV-C o długości fal 260 - 265 nm. Przedstawiona charakterystyka widmowa pokazuje miejsce ultrafioletu względem światła widzialnego:




4.2 Pomiar transmitancji T10.

Pomiar wykonywany jest w kuwecie kwarcowej o grubości słupa cieczy równej 10 mm wg poniższego schematu:


Źródłem światła jest lampa monochromatyczna emitująca linię 254 nm.
Io - oznacza wzorcowy strumień światła
I - oznacza strumień światła po przejściu przez słup cieczy umieszczonej w kuwecie o szerokości 10 mm. Strumień I jest mierzony przez wskaźnik analogowy lub cyfrowy.

Transmisja T10 jest parametrem technicznym charakteryzującym właściwości fizykochemiczne dezynfekowanych cieczy. Informacja o wartości transmisji jest istotnym parametrem przy doborze urządzeń przeznaczonych do dezynfekcji określonego rodzaju cieczy.
Wartość T10 podaje się w procentach.
W celu przybliżenia jej wielkości podano poniżej kilka przykładów:

woda pitna najczęściej spotykana w Polsce - 80% - 95%
woda w browarach - 88% - 99%
oczyszczone ścieki - 30% - 60%
surowe ścieki - 0% - 20%

Pomiar T10 surowych ścieków skażonych mikrobiologicznie wymagał zachowania szczególnej ostrożności i procedur.

4.2 Skuteczność dezynfekcji.

Działanie bakteriobójcze ultrafioletu polega na absorbowaniu promieniowania UV-C przez strukturę DNA drobnoustrojów. Stosując odpowiednio dobrane natężenie promieniowania UV oraz czas ekspozycji można zniszczyć bakterie i inne drobnoustroje poprzez destrukcję ich DNA.
Poszczególne drobnoustroje posiadają różną odporność na działanie ultrafioletu.
Miarą odporności drobnoustrojów na ultrafiolet jest dawka promieniowania, jaką może zaabsorbować DNA drobnoustroju do chwili jego zniszczenia. Dawkę stanowi iloczyn natężenia promieniowania i czasu jego działania.

D = I t

Gdzie:

I – natężenie promieniowania,
t – czas działania promieniowania

Miarą emitowanej dawki promieniowania jest J/m2.
Do zastosowań technicznych stosuje się wielkość D10 (D10) wskazującą dawkę promieniowania, mierzoną w J/m2, przy której śmiertelność określonych drobnoustrojów wynosi 90 %.

Poniżej podano przykładowe wartości D10 dla wybranych drobnoustrojów:

Escherichia Coli: 50 - 60 J/m2
Legionella pneumophilia: 20 - 50 J/m2
Pseudomonas aeruginosa: 50 – 60 J/m2
Salmonella typhi: 10 – 40 J/m2
Tuberculosis bacillus: 100 J/m2
Clostridium perfringens: 120-130 J/m2
Wirusy: do 750 J/m2
Pleśnie: do 2000 J/m2
Drożdże: do 350 J/m2
Pierwotniaki: do 1100 J/m2
Glony: do 6000 J/m2

Praktyczna dawka UV do zniszczenia drobnoustrojów powinna być na poziomie 400 J/m2 , lub więcej np. 600 -700 J/m2 dla Clostridium perfringens. Znana jest bardzo wysoka skuteczność ultrafioletu w niszczeniu Clostridium, E.Coli, Legionelli, Cryptosporidium itp.

4.3 Bakterie wskaźnikowe.

Mnogość wszelkiego rodzaju drobnoustrojów doprowadziła do wyselekcjonowania kilku gatunków, których badanie jest stosunkowo łatwe a wyniki analiz ich przeżywalności mogą świadczyć o środowisku i jego zanieczyszczeniach. Grupa drobnoustrojów wyselekcjonowanych to bakterie wskaźnikowe:
  • bakterie Coli ( Escherichia Coli)
  • bakterie Coli typu kałowego
  • paciorkowce kałowe ( enterokoki)
  • beztlenowe pałeczki redukujące siarczyny ( Clostridium perfringens).
Uznaje się, że redukcja ilości bakterii wskaźnikowych zmierzona przed i po zastosowaniu środka dezynfekcyjnego jest miarą skuteczności dezynfekcyjnej tego środka.

4.4 Liczbowa miara skuteczności dezynfekcyjnej.

Skuteczność usuwania mikroorganizmów wynosząca 90%, odpowiada jednemu stopniowi logarytmicznemu obliczonemu według wzoru:
,
Gdzie:
No - oznacza NPL bakterii przed dezynfekcją
N - oznacza NPL bakterii po dezynfekcji.

Relacja między redukcją bakterii przedstawioną w procentach oraz stosunkiem redukcji przedstawionym w stopniach logarytmicznych jest następująca:

skuteczność 90% - odpowiada 1 stopniowi logarytmicznemu
99% to 2 stopnie logarytmiczne
99,9% to 3 stopnie logarytmiczne itd.

5. Uzdatnianie wody do picia.

Jednym z ważniejszych procesów uzdatniania wody do picia jest jej dezynfekcja. Dezynfekcja promieniami UV-C jest tutaj szczególnie efektywna z czterech powodów:
  • skutecznie eliminuje mikroorganizmy zawarte w surowej wodzie do picia,
  • nie zmienia smaku i zapachu wody,
  • nie niesie niebezpieczeństwa przedawkowania środka dezynfekcyjnego,
  • jest bezpieczna w stosowaniu.
Wszędzie tam, gdzie zastosowano dezynfekcję UV konsumenci wysoko oceniają walory smakowe wody, nie dezynfekowanej chemicznie lub jedynie wspieranej dezynfekcją chemiczną w sposób bardzo ograniczony.
Odpowiedni system uzdatniania wody podawanej do sieci wodociągowej i poprawna jej eksploatacja pozwalają na uniknięcie ponownego wzrostu drobnoustrojów i zakażenia wtórnego w tej sieci.

6. Podsumowanie.

Najistotniejszym celem zastosowania ultrafioletu jest wyeliminowanie lub zdecydowane ograniczenie dezynfekcji chemicznej. Szczególnie jest to ważne w procesie dezynfekcji wody do picia. Efektem jest smaczna i zdrowa woda w sieci wodociągowej i u odbiorców.
Wśród wielu aplikacji warto zwrócić uwagę na praktyczne zastosowanie ultrafioletu do dezynfekcji ścieków, zarówno oczyszczonych jak i surowych, jako metody skutecznej i przyjaznej dla człowieka i środowiska naturalnego.

7. Wymienione w tekście publikacje.

1.Andrzej J. Królikowski (1989) Oczyszczanie ścieków szpitalnych i sanatoryjnych. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej.
2.K. Olańczuk-Neyman, H. Stosik-Fleszar, S Mikołajski, Ocena wskaźnika usuwania bakterii w procesach uzdatniania ścieków..
3.K. Olańczuk-Neyman, Mikrobiologiczne aspekty odprowadzania ścieków do przybrzeżnych wód morskich. Inżynieria Morska i Geotechnika nr 2/2003..