NOI TEHNOLOGII DE TRATARE A APEI DIN PISCINE Coordonator stiintific Prof.Dr.Ing.Predescu Cristian Absolvent Cărigă Ion Codruț Cuprins Introducere… [304633]

LUCRARE DE LICENTA

NOI TEHNOLOGII DE TRATARE A APEI DIN PISCINE

Coordonator stiintific

Prof.Dr.Ing.Predescu Cristian

Absolvent: [anonimizat]

1.1 Riscuri biologice

1.2 Riscuri chimice

Cap. II Tehnologii de tratare a apelor pentru bazinele de inot

2.1 Treapta de recirculare

2.2 Filtrarea

Cap. III Procedee de dezinfectie

3.1 Prezentare generala

3.2 Dezinfectia cu clor

3.3 Dezinfectia cu dioxid de clor

3.4 [anonimizat] (Ioni de Cupru/Argint)

3.5 Dezinfectia cu ajutorul radiatiilor ultraviolete (UV)

3.6 Dezinfectia cu ozon

Cap. IV Strategii in vederea minimizarii riscurilor la utilizarea pisicinelor

4.1 Strategii si bune practici in domeniul dezinfectiei apei din piscine

4.2 Tehnologii combinate de oxidare avansata si dezinfectie

4.3 Aspecte legislative

Cap. V Instalatia de recirculare si tratare a apei aferenta complexului de natatie a [anonimizat]

5.1 Bazinul olimpic descoperit

5.2 Bazinul olimpic acoperit

Concluzii

Biblografie

Cap I. Necesitatea tratarii apelor din bazinele de inot.

Riscurile generate in urma contaminarii apei din bazinele de inot pentru confortul sau sanatatea utilizatorilor poate lua doua aspecte distincte : riscuri de contaminare microbiologica si riscuri de contaminare chimica. [anonimizat]: in principal publicul care frecventeaza aceste bazine. Contaminarea chimica poate sa apara si din alta sursa majora: metodele de tratare a apei in vederea dezinfectiei si/[anonimizat]. In general se presupune ca apa de alimentare pentru bazinele de inot provine dintr-o sursa de apa potabila (retea), [anonimizat].

Contaminarea microbiologica introdusa de inotatori se datoreaza in special contactului direct intre derma si apa si de asemenea aportului de saliva .

[anonimizat].

Conform [8] in transpiratie si urina se regasesc urmatorii compusi ai azotului :

Tabelul 1. Compusi ai azotului regasiti in transpiratie si urina

1.1. Riscuri biologice

Riscurile biologice provin in urma inghitirii apei din bazin dar si a contactului acesteia cu pielea si mucoasele de catre utilizatori. Dupa unii autori se pare ca 20% din maladiile cauzate de frecventarea bazinelor de inot sunt maladii gastrointestinale, 30 % [anonimizat] 50% sunt maladii ce intereseaza sfera ORL.

Factorii care pot produce maladii asociate cu frecventarea bazinelor de inot sunt:

A. Bacteriile -[anonimizat]: incalzirea, aerul conditionat sau auprafetele umede;

B. Virusii- provin in general de la utilizatori;

C. Ciupercile- provin de la utilizatori.

Tabelulul 2. a) Contaminarea microbiologica fecala si hirdrica

Tabelulul 2. b) Contaminarea microbiologica nefecala

Ciupercile . Infectiile micotice care provin in urma vizitelor la piscine sunt in special asociate prezentei speciei Epidermatophyton flocosum si reprezentantelor genului Trichopyton. Acesti agenti micotici produc leziuni superficiale la nivelul zonelor acoperite cu par, a unghiilor si a pielii in general. Aceste infectii sunt transmise in mare masura prin contact direct. In cazul piscinelor acestea se transmit prin contactul cu suprafata contaminata cu fragmente descuamate.

Parametri indicatori. Verificarea gradului de contaminare biologica

Depistarea si determinarea gradului de contaminare biologica este aproape imposibila in timp real, aceasta implicand descoperirea tuturor tipurilor de microorganisme si determinarea populatiilor acestora. In acest scop sunt necesare metode delicate, care consuma mult timp si sunt costisitoare. Totusi, pentru a urmari gradul de contaminare microbiologica se aleg asa numitele microorganisme indicatoare.

Alegerea microorganismelor indicatoare se face in baza mai multor ratiuni de ordin practic.

Astfel:

Comportamentul asemanator al unor microorganisme in raport cu anumite procedee de dezinfectie. De exemplu, multa veme germenii coliformi au fost considerati testul de rezistenta in raport cu tratamentele de dezinfectie cu clor. Actualmente se tinde inlocuirea cu streptococii sau stafilococii care au o rezistenta mai ridicata la aceste tratamente.

Comportamentul asemanator in raport cu o contaminare de alt tip. De exemplu, prezenta lui E.coli sau a streptococilor fecali denota o contaminare cu materii fecale, ceea ce ne permite sa afirmam ca ne aflam in prezenta unui risc crescut de contaminare cu enterovirusi.

1.2. Riscuri chimice

Apa bazinelor de inot contine compusi chimici care au o dubla provenienta: o parte este reprezentata de compusii utilizati la tratarea apei, cealalta parte provine de la produsii de reactie ai acestora cu alte substante prezente in apa. Factorii care permit formarea acestor subprodusi sunt:

natura apei brute de inlocuire (pH, duritate, temperatura, concentratia de cloruri , bromuri, , amoniac);

conditiile de tratare: dozele de dezinfectanti, timpul de contact, concentratia substantelor organice in amonte de punctul de dezinfectie.

Actiunea dezinfectantilor asupra apei din bazinele de inot conduc la aparitia produselor secundare de reactie care au un nivel de concentratii comparativ cu cel al apei de alimentare din retea, apa care vine si ea cu o concentratie de produsi secundari. Cunoscandu-se ca cea mai mare parte din apa din bazine este recirculata , concentratia acestor produsi secundari nu poate decat sa creasca.

Modalitati de contaminare pentru utilizatorii bazinelor de inot:

Inhalarea compusilor volatili si ai aerosolilor. Concentratia compusilor din apa si din aer influenteaza expunerea prin inhalare , de proprietatile de transfer intre faza lichida si faza gazoasa, durata de expunere si tipul de activitate , care implica un anumit ritm respirator. Respiratia inotatorilor se face in imediata vecinatate a luciului de apa, volumul de gaze inhalate fiind in functie de intensitatea efortului depus si de volumul respirator al acestora. Acest mod de inhalare constituie calea de baza de acces a trihalometanilor in organism si a unor substante volatile. Pentru alti compusi, inhalarea este mult mai putin importanta decat absorbtia cutanata sau prin ingestie.

Contactul direct cu pielea si mucoasele. Prin contactul dermic expunerea se face in functie de suprafata corpului, de timpul petrecut in bazin , de concentratia produsilor in apa si de permeabilitatea pielii.

Ingestia directa a apei din bazin. Absorbtia unor compusi volatili si a unor substante organice in organism se produce cel mai des prin aceasta modalitate. Cantitatea de compusi absorbita depinde direct de cantitatea apei ingerate si de concentratia substantelor in apa. Se estimeaza ca volumul de apa ingerat in cazul unei sedinte normale de inot este de 50 ml. In cazul unei ore de natatie intensiva, acest volum ingerat poate ajunge la 225 ml . [8]

Cap II. Tehnologii de tratare a apei pentru bazinele de inot.

Tratare apei din bazinele de inot genereaza cateva trepte, privite prin prisma efectelor pe care acestea trebuie sa le aiba asupra unor factori de baza ai apei.

Apa din bazinele de inot datorita susceptibilitatii de a fi ingerata in orice moment , trebuie sa atinga calitatea apei potabile. Indiferent de normele utilizate, putem defini ca apa potabila, acea apa care prin consum nu modifica in nici un fel starea de sanatate a individului. Aceasta nu trebuie sa contina germeni patogeni (bacterii, virusi, paraziti) si nici agenti chimici indezirabili sau toxici susceptibili de a provoca injurii pe termen mai scurt sau mai lung.

Apa utilizata pentru umplerea bazinelor de inot poate fi initial potabila insa, aceasta este contaminata pe parcus foarte rapid, atat la nivel microbiologic cat si la nivel chimic. O solutia ar fi inlocuirea permanenta a apei din bazine cu apa potabila proaspata. Insa aceasta solutie nu este aplicabila din ratiuni de costuri materiale si energetice ridicate, din acest motiv circuitul de tratare a apei din bazinele de inot trebui sa fie un circuit inchis. Totusi , facand exceptie de sistemul de tratare existent , este necesar un aport suplimentar de apa proaspata care sa compenseze inclusiv pierderile prin evaporare si scurgerea prin preaplin. Acest aport se recomanda a fi in jur de 30 l/zi/inotator [14].

Principalele obiective pentru tratarea apelor din bazinele de inot:

A. Asigurarea unei bune calitati microbiologice a apei prin eliminarea microorganismelor pe masura ce acestea apar in apa.

Asigurarea securitatii utilizatorilor prin mentinerea transparentei apei utilizand tehnologii de filtrare eficiente si adaptive.

Eliminarea riscurilor de contaminare datorate stratului de suprafata al apei, utilizand procese de admisie si inlocuire a minimum 30 % din apa de la suprafata bazinului.

Diminuarea riscurilor chimice si cresterea confortului utilizatorilor eliminand pe cat posibil caracterul iritant al apei prin gestionarea adecvata a sistemului de tratare.

Atingerea obiectivelor enumerate mai sus necesita etape diverse de tratare fizica si chimica, rezultatele obtinute depinzand in mare masura de alternarea acestora si de buna lor dozare.

Treptele principale de tratare a apei utilizate pentru apa din bazinele de inot:

Treapta de circulare-recirculare

Treapta de filtrare;

Treapta de dezinfectie.

Treapta de incalzire a apei nu prezinta obiectul studiului meu de cercetare. Voi face o scurta trecere in revista a acestor etape, cu accent pe treapta de dezinfectie.

2.1. Treapta de circulare-recirculare

Indiferent de tipul de piscina aceasta treapta este necesara, demonstrata din urmatoarele considerente:

economice: consum mic de apa si energie:

de igiena: mentinerea calitatii apei din bazin;

tehnice: permite procesul de reancalzire al apei.

Sistemele de admisie si de evacuare a apei trebuie sa fie organizate astfel incat sa poata fi respectate urmatoarele :

reamprospatarea apei sa fie uniforma in tot bazinul , difuzia dezinfectatilor sa fie rapida si omogena;

corpurile straine si poluantii situati in pelicula de la suprafata apei trebuie prompt evacuati ;

sa nu existe riscuri de formare a depunerilor.

2.2. Filtrarea

Filtrarea este absolut necesara inaintea oricarei dezinfectii eficace, fiind un proces de baza in tratarea apei . Scopul principal al filtrarii este de a reda transparenta apei astfel incat fundul bazinului sa fie vizibil indiferent de adancimea acestuia. Pentru reducerea necesarului de substante dezinfectante trebuie eliminata o parte din materia organica, acest lucru contribuind la confortul si siguranta utilizatorilor. Pentru mentinerea unei calitati corespunzatoare este necesar ca filtrarea sa fie facuta continuu, 24 de h din 24.

Putem clasifica etapa de filtrare in trei subetape:

– prefiltrarea

– coagulare-floculare

– filtrarea propriu zisa.

2.2.2. Prefiltrarea

Etapa de prefiltrare se afla intre sistemul de admisie al apei si pompele de recirculare. Prefiltrarea se face de obicei pe un sistem de site care poate fi inlocuit sau curatat, pentru retinerea reziduurilor grosiere.

2.2.3. Coagulare-floculare

Materia organica in apa din piscina se gaseste in general prezenta sub forma unor suspensii fine cat si sub forma unei suspensii coloidale. Fara aportul unui sistem de coagulare nu poate fi obtinuta o apa perfect limpede, indiferent daca coagularea este facuta chimic sau prin sisteme electro-fizice. Injectarea coagulantului se face in mare parte in conducta de admisie , in aval de pompele de recirculare , pentru a beneficia de turbulentele aparute in aceasta zona. Aceasta floculare poate fi realizata si in amonte de filtre, cat mai departe de acestea , pentru a asigura un timp de contact suficent inainte de filtrare. In cazul filtrelor rapide cu nisip coagularea nu se practica, care datorita vitezei crescute de filtrarea fac ca si coagularea sa aiba loc nu in filtru, ci in volumul bazinului , ceea ce duce la o opalescenta crescuta a apei si la formarea de depozite in zonele moarte. Coagulantul trebuie sa fie un produs omologat pentru apa potabila. Dintre coagulantii de baza utilizati pentru piscine amintim:

Sulfatul de aluminiu. Acesta este folosit sub forma pulverulenta, fiind introdus in solutie inainte de injectare . In procesul de dizolvare, datorita hidrolizei, degaja cantitati mici de acid sulfuric ceea ce duce la o scadere usoara a pH-ului solutiei. Cu cat pH-ul apei este mai ridicat, cu atat procesul de coagulare se realizeaza mai dificil. Domeniul ideal de pH este situat intre 6,9 si 7,2. De o mare importanta este adaptarea dozei de sulfat de aluminiu la viteza de filtrare: cu cat viteza de filtrare este mai crescuta, cu atat doza de coagulant trebuie sa scada. De exemplu, pentru filtrele lente se recomanda o doza cuprinsa intre 0,1 si 1 g/m3, pe cand pentru filtrele semilente o doza cuprinsa intre 0,2 si 0,5 g/m3. Se prefera in general utilizarea sulfatului de aluminiu datorita pretului scazut.

Clorhidratul de aluminiu. Acesta este folosit sub forma unei solutii ce permite o coagulare rapida si eficace. Este aproximativ putin sensibil la variatiile pHului si ale temperaturii apei, neinfluentand pH-ul final al acesteia. Cantitatea utilizata in mod obisnuit este cuprinsa intre 3-4 ml/m3. Aceasta cantitate trebuie adaptata si functie de concentratia solutiei disponibile. Pretul este mai mare decat in cazul sulfatului de aluminiu.

2.2.4. Filtrare propriu-zisa

Durata unui ciclu de filtrare/spalare si performantele unui filtru depind de mai multi parametri, dintre care: viteza de filtrare, granulometria materialului filtrant, grosimea stratului filtrant si calitatea apei la intrare. Indiferent de utilizarea oricarui tip de filtru, stratul filtrant indeparteaza din apa materiile in suspensie, sfarsind prin a fi colmatat. Colmatarea duce la o cresterea a caderii de presiune pe acesta si la o scadere a debitului de recirculare. De obicei un ciclu de spalare/decolmatare trebuie sa inceapa atunci cand debitul prin filtru scade la 70% din valoarea normala .

O spalare/decolmatare facuta incorect poate fi recunoscuta prin:

turbiditatea anormala a apei la iesirea din filtru;

continutul ridicat in substante organice;

cresterea presiunii pe filtru;

scurtarea duratei intre cicluri.

Functionare in conditii bune a pompelor de recirculare in perioadele de utilizare intensiva se poate face prin cresterea frecventei de spalare/decolmatare a filtrelor.

Principalele tipuri de filtre sunt prezentate in Tabelul 3.

Tabelul 3. Tipuri principale de filtre

Din punct de vedere al performantelor cele trei tipuri principale de filtre au avantaje si dezavantaje .

Filtre cu nisip

– Avantaje: functionare in regim uniform, fiabilitate, interventii manuale rare.

-Dezavantaje: masive, se colmateaza usor, spalarea necesita cantitati importante de apa, necesita perioada de amorsare, pentru filtrare fina necesita floculant, performante nesigure pentru filtre rapide.

Filtre cu diatomita

– Avantaje: colmatare redusa, filtrare optima imediata, nu necesita amorsare, consum redus de apa de spalare.

-Dezavantaje: necesita interventie manuala, cost de exploatare ridicat, fragilitate constructiva.

Filtre cu cartus

– Avantaje: colmatare redusa, cost redus al investitiei, consum redus de apa de spalare.

-Dezavantaje: fragilitatea cartuselor, manopera multa necesara intretinerii, necesitatea schimbarii frecvente a cartuselor, improprii pentru piscine colective.

Fig.1. Sistem de filtrare pentru piscine

Cap III. Procedee de dezinfectie

3.1. PREZENTARE GENERALA

Pentru a obtine o apa lipsita de riscuri pentru utilizatori nu sunt suficiente metodele mecanice de tratare . Apa, chiar daca este clara si limpede poate sa contina germeni patogeni. Din acest motiv utilizarea unor procedee de dezinfectie este necesara. O simpla dezinfectie punctuala nu este suficienta, dezinfectia fiind necesara in toate etapele in care pot sa apara agenti patogeni, din acest motiv actiunea dezinfectanta trebuie mentinuta permanent. Pentru dezinfectia apei din bazinele de inot exista mai multe metode. In Tab 4. voi prezenta cateva dintre procedeele cele mai utilizate.

Tabelul 4. Metode de dezinfectie

Unele din metodele de dezinfectie enumerate mai sus, cum ar fi bromul, clorul dau remanenta. Aceasta remanenta asigura o protectie si in volumul bazinului impotriva organismelor patogene, insa conduce si la o expunere a utilizatorilor la aceste substante. Alte metode, cum ar fi radiatiile UV sau ozonul sunt deosebit de eficace in tratamentul punctual, pe fluxul de recirculare, insa neprezentand remanenta trebuie insotite, in general si de alte substante. Din punct de vedere al remanentei o clasificare este prezentata in Tab 5.

Tabelul 5. Clasificarea metodelor de dezinfectie din punct de vedere al remanentei

Alegerea metodei de dezinfectie depinde si in functie de tipul bazinului de inot (acoperit sau nu), de volumul apei ce trebuie tratata, de felul in care este utilizat bazinul, frecventa de utilizare si, nu in ultimul rand, de constrangerile bugetare.

In Tab. 6. [ 8] sunt prezentate concentratiile reziduale ale diferitor tipuri de dezinfectanti recomandate de diferite standarde.

Tabelul 6. Concentratii reziduale de dezinfectanti recomandate de normative

3.2.DEZINFECTIA CU CLOR

3.2.1. Clorul. Proprietati si utilizare

Clorul face parte din grupa halogenilor, dezinfectantii care folosesc substantele pe baza de clor bazandu-se pe capacitatea lui oxidanta. Acesta actioneaza prin transfer electronic asupra enzimelor din microorganisme, provocand moartea acestora. Indiferente de forma sub care se utilizeaza ca dezinfectant, dupa introducerea acestuia in apa , duce la formarea acidului hipocloros (HOCL).

Reactii de discociere si formare a acidului hipocloros:

– Hipoclorit de sodiu: NaOCl + H2O → HOCl + NaOH

– Clor gazos: Cl2 + H2O → HOCl + HCl

– Hipoclorit de calciu: Ca(ClO)2 +2H2O → Ca(OH)2 +2HClO

– Acid hipocloros: HOCl ↔ H + + OCl−

Gradul de disociere depinde de pH , astfel pentru un pH mai mare de 8,5 disocierea este aproape totala, iar pentru un pH mai mic de 6 disocierea este slaba. Aceasta mai poate depinde si intr-o mica masura de temperatura. Proportia dintre acidul hipocloros si ionii hipoclorit este fixa doar in cazul unor parametri dati de pH si temperatura. Suma acidului hipocloros si a ionilor de hipoclorit constituie asa- numitul clor liber care poate fi masurat.Acidul hipocloros constituie forma activa a clorului, ionul hipoclorit fiind mai putin activ. Acest lucru se poate explica prin faptul ca molecula de acid hipocloros este neutra si poate traversa in proportie mai mare membranele celulare ale microorganismelor.

In umra disocierii in apa, compusii clorului rezultati sunt oxidanti puternici care reactioneaza rapid cu un anumit numar de substante minerale si organice prezente in apa. Aceste reactii pot fi reactii biochimice, reactii de oxidare sau reactii de clorare.

Reactiile biochimice permite clorului sa distruga anumiti virusi, bacteriile si sa inhibe formarea alegelor.

Reactiile de oxidare au loc cu cationi ( fierul, manganul, etc) sau cu anioni ( cianurile, nitritii si sulfurile). Cantitatile reduse de compusi halogenati iau nastere din reactia clorului cu substantele organice neazotate, cel mai cunoscut fiind cloroformul. Cantitatea compusilor halogenati formata depinde de:

compusul dezinfectant utilizat;

pH: creste o data cu cresterea pH-ului;

cantitatea de materie organica prezenta in apa: o cantitate ridicata din aceste substante favorizeaza formarea compusilor halogenati;

concentratia de clor: concentratiile ridicate de clor favorizeaza cresterea concentratiei compusilor halogenati.

Reactiile de clorare cu amoniacul (NH4OH), ureea sau aminociazii liberi din apa datorati transpiratiei sau urinei duc la formarea clorului combinat organic. In prezenta unui exces de clor, acesti compusi se descompun dand nastere cloraminelor minerale , stabile. Cele mai intalnite dintre cloramine sunt:

Monocloramina: fara miros, iritanta HOCl + NH4OH → NH2Cl +2H2O

Dicloramina:miros puternic, iritanta HOCl + NH2Cl → NHCl2 + H2O

Tricloramina: miros intepator, iritant HOCl + NHCl2 → NCl3 + 2H2O

Dezvoltarea acestor reactii depinde de raportul dintre reactivi (in practica de raportul clor/azot), de pH si de posibilitatea aparitiei reactiei de hidroliza si de reactiile intre produsii initiali de reactie . Daca pH-ul este mai mare de 7, prima reactie este preponderenta, iar daca nu avem clor in exces, monocloramina va fi singurul subprodus prezent. Daca avem clor in exces, exista o reactie lenta care conduce la formarea dicloraminei, relativ instabila. Cea de-a treia reactie care duce la formarea tricloraminei devine importanta atunci cand pH-ul este scazut. Formarea tricloraminei este minima atunci cand pH-ul se situeaza intre 7,5 si 8. Din acest motiv este recomandata ca valorile acestuia sa fie mentinute in plaja 7,2 si 7,6. Pentru optimizarea procesului de clorinare su utilizeaza asa numitul procedeu de supraclorinare in ˝punctul de ruptura˝. Acest procedeu permite mentinerea concentratiei de clor liber la un nivel suficient de ridicat pentru a permite conversia cloraminelor si a compusilor organici azotati in azot gazos.

Fig.2. Diagrama clorului

In diagrama din Fig.2. deosebim patru zone. Astfel:

Zona 1. Este zona initiala, in care pe masura ce clorul este introdus in apa, el este distrus de catre substantele reducatoare prezente.

Zona 2. Reprezinta un palier de crestere a concentratiei de clor, in special pe seama cresterii concentratiei de clor combinat organic (in special pe seama cresterii concentratiei de monocloramina). Aceasta concentratie creste pana la nivelul atingerii unui maxim local, moment in care toti compusii azotati au reactionat cu clorul.

Zona 3. Adaugarea unei cantitati suplimentare de clor nu duce, asa cum ne-am fi asteptat la cresterea concentratiei de clor liber , ci la diminuarea acesteia. Clorul adaugat este implicat, cu prioritate, in reactiile de oxidare a monocloraminei in dicloramina, si a dicloraminei in tricloramina.

Zona 4. Plecand din punctul B, singurii compusi prezenti sunt cei organoclorurati azotati stabili. Acest punct, denumit ˝punct de ruptura (brakpoint)˝ toata cantitatea de clor adaugata se regaseste in concentratia de clor liber.

Tabelul 7. Metode de tratare cu clor. Caracteristici comparative

3.3. DEZINFECTIA CU DIOXID DE CLOR

Dioxidul de clor are un miros comparabil cu cel al clorului si este un gaz de culoare verde-galbui. Acest gaz (ClO2) este instabil si se descompune dand nastere la clor gazos si oxigen molecular. Cu toate acestea, dioxidul de clor este stabil in solutie apoasa atat timp cat solutia este protejata de lumina si tinuta la temperatura joasa. Datorita instabilitatii sale acesta nu poate fi stocat si transportat, fiind necesara producerea lui in locatia de utilizare.

3.3.1. Producerea dioxidului de clor [10].

Cl2 + 2NaClO2 → ClO2 + 2NaCl – prin reactia dintre clor si clorit de sodiu;

4HCl +5NaClO2 → 4ClO2 +5NaCl + 2H2O – prin reactia dintre acidul

clorhidric si cloritul de sodiu.

Cel mai utilizat dintre procedee este primul, fiind si mai putin costisitor. Dioxidul de clor (ClO2) este un gaz iritant, mai greu decat aerul (densitate relativa 2,4) . Daca in amestec cu aerul presiunea partiala a dioxidului de clor depaseste pragul de 300 mm coloana de Hg , poate avea loc o descompunere exploziva. Aceasta deflagratie poate fi initiata in prezenta unor anumite substante organice. Sistemele de producere care implica un reactor si un sistem de stocare a solutiei de dioxid de clor trebuie sa fie supuse unui program riguros de supraveghere si mentenanta. De exemplu o solutie de 1 % (10g/l) de ClO2 poate fi pastrata mai multe luni la o temperatura de 5 oC, la adapost de lumina. Nu este permisa aparitia unui spatiu liber deasupra solutiei concentrate pentru a evita acumularea dioxidului de clor gazos potential explozibil.

3.3.2. Reactiile produse de dioxidul de clor. Proprietati.

Dioxidul de clor are o mare solubilitate in apa in mediu neutru.[11,12]

2ClO2 + 2H2O → HClO2 + HClO3

Daca pH-ul este alcalin este favorizata aparitia ionilor clorit si clorat.

2ClO2 + 2OH − → ClO2− +ClO3−

Dioxidul de clor de la concentratii de 0,1 mg/l este eficace, fiind un dezinfectant puternic pentru o gama larga de pH.

Din punct de vedere al actiunii asupra microorganismelor , dioxidul de clor traverseaza membranele celulare reactionand cu aminoacizii prezenti in citoplasma. Este de asemenea un bun virucid.

Subprodusii de dezinfectie ai dioxidului de clor sunt in general ionii clorit si clorat, negenerand direct substante organoclorurate, astfel incat principalii subprodusi de dezinfectie ai acestuia provin direct din descompunerea sa si nu dintr-o reactie cu alte substante.

AVANTAJE (ClO2) :

– Este un oxidant puternic care nu duce direct la formarea THM, in plus, oxideaza o mare parte dintre precursorii acestora;

Exista metode de masura pe teren pentru concentratiile de dioxid de clor, clor total si clor liber;

– Nu modifica gustul apei;

– Are o foarte buna remanenta;

– In plaja de pH=6-10 are o buna putere biocida.

DEZAVANTAJE (ClO2) :

– Produs foarte reactiv , transportul acestuia este interzis;

– Productia si stocarea acestuia trebuie facuta cu maxima prudenta, necesitand personal calificat;

– Puterea lui de oxidare este foarte redusa in raport cu numerosi compusi organici naturali si ai amoniacului;

– Este incompatibil cu ozonul;

– Utilizarea continua poate duce la acumularea in apa a ionului clorit.

3.4. PROCEDEE ELECTRO-FIZICE (IONI DE

CUPRU/ARGINT)

3.4.1. Principiul de dezinfectie [16]

Producerea unui proces de floculare si de dezinfectie consta in utilizarea ionilor de Cu2+ si Ag+ , reprezentand procedeul electrofizic . In urma unei microfloculari generate de catre ionii de cupru urmata de retinerea microflocoanelor pe o masa filtranta rezulta apa limpezita. Dezinfectia este asigurata de actiunea ionilor de Cu2+ ramasi dupa procesul de microfloculare si de actiunea ionilor de Ag+ in aval de filtre.

Aceste doua tipuri de ioni au in solutie apoasa proprietati algicide si bactericide , fiecare, insa aceste proprietati sunt potentate de actiunea lor sinergica.

Ionii sunt produsi prin electroliza la tensiune joasa, ceea ce nu implica nici un pericol pentru om.

3.4.1.1.Producerea ionilor de cupru bivalenti.

Reactiile care au loc la electrozi sunt urmatoarele:

ANOD Cu → Cu2+ + 2e−

Ionii Cu2+ reactioneaza cu apa printr-un dublu fenomen de hidratare si de reactie acid-baza:

Cu2+ + 2H2O → Cu(OH)2 + 2H +

O data cu aparitia Cu2+ la catod, are loc producerea ionilor hidroxil OH-:

2H2O + 2e− → H2 + 2OH −

CATOD sau

1/2O2 + H2O + 2e− → 2OH −

Aparitia ionului hidroxil duce la neutralizarea ionului de hidrogen care apare in urma reactiilor de la anod.

In prezenta apei, ionii de Cu2+ pot forma compusi aposi ai ionului decupru, cu precaderea in prezenta unor carbonati sau compusi ai fosforului. Ionul fosfat poate reactiona cu ionul de Cu2+ putand forma fosfatul de cupru Cu3(PO4)2 care este o forma insolubila. Toate aceste reactii duc la diminuarea concentratiei de ioni cu proprietati biocide.

Cuprul poate de asemenea reactiona cu NH4+/NH3 si forma diversi complecsi, insa doar in cazul prezentei unor concentratii ridicate de NH4+/NH3.

In conditiile specifice apelor de piscina, (pH=7-8) se stabileste un echilibru intre concentratia ionilor de Cu2+ si a difsritor alti compusi, in particular cu formele insolubile , cum ar fi de exemplu hidroxidul cupric Cu(OH)2 care favorizeaza flocularea .

3.4.1.2.Aparitia flocularii

Aparitia fenomenului de floculare este data de aparitia floculantului, in speta hidroxidul cupric Cu(OH)2 care antreneaza substantele coloidale aflate in suspensie.

Aceasta forma de coagulare prezinta o caracteristica deosebit de importanta: eficacitatea acesteia este independenta de proportia relativa a partenerilor prezenti in proces. Poate fi introdusa in sistem o cantitate constanta de floculant fara a tine cont de volumul coloidal prezent. Din acest motiv sistemul nu necesita reglaje si sisteme de control complicate. Dozajul reactivului influenteaza doar marimea flocoanelor formate, filtrele trebuind a fi adaptat in consecinta.

3.4.1.3.Producerea ionilor de Ag +

Ionii de Ag+ sunt produsi tot prin intermediul fenomenului de electroliza in vecinatatea anodului metalic. Electroliza Ag+ are aceleasi reguli si aceeasi schema care conduce la formarea ionilor de Cu2+ . Diferenta de baza este ca ionii de Ag+ nu precipita sub forma de hidroxid cum este cazul celor de Cu2+.

3.4.2. Proprietatile biocide ale cuprului si argintului [17,18]

Ionii de Cu2+ si Ag+ au fost utilizati de-a lungul secolelor pentru dezinfectia apei. Proprietatile biocide ale acestor ioni metalici afecteaza in principal procariotele care au o structura a membranei celulare deosebit de simpla. Membrana celulara constituie o frontiera cu permeabilitate selectiva , permitand trecerea nutrientilor si a ionilor metalici. Enzimele implicate in metabolismul energetic sunt situate tot in zona membranei celulare. Cu2+ are capacitatea de a traversa membrana celulara si a distruge echilibrul enzimatic. Ag+ interfera in productia AND-ului.

Actiunea sinergica a celor doi ioni poate determina:

blocarea functiilor enzimatice;

blocarea sintezei proteinelor;

distorsionarea informatiei genetice;

afectarea mecanismelor de transfer energetic.

Majoritatea studiilor efectuate releva o actiune biocida mult mai lenta decat in cazul clorului.

Fig.3. Schema a instalatiei de tratare cu ioni de cupru si argint.

3.5. Dezinfectia cu ajutorul radiatiilor ultraviolete (UV)

Efectul bactericid al radiatiei solare a fost semnalat pentru prima data in 1877 de catre Downes si Blunt.. Primele aplicatii au aparut la inceputul secolului al XX-lea, insa marea majoritate au fost abandonate la sfarsitul anilor ’30, in principal datorita unor motive legate de cost, slaba fiabilitate a lampilor si, nu in ultimul rand, datorita avantului luat de catre tehnologiile de clorinare. In cursul anilor ’50 aceste tehnici au cunoscut o revigorare, marea majoritate a aplicatiilor din Europa cuprinzand sfera apelor potabile, iar cele din Canada si SUA se refera in special la apele uzate. Tehnologiile de tratare cu radiatie UV se aplica atat ca tehnologii unice, cat si in combinatie cu tehnologii de ozonizare sau in combinatie cu peroxidul de hidrogen.

3.5.1. Principiul dezinfectiei cu radiatie UV

Actiunea radiatiei electromagnetice provoaca in mod direct transformari chimice si biochimice. Domeniul radiatiilor UV este situat intre lungimile de unda cuprinse intre 400 si 100 nm. Acest domeniu, din punct de vedere al aplicatiilor utile este divizat in trei subdomenii:

UV-A: λ =400-315 nm;

UV-B: λ =315-280 nm;

UV-C: λ =280-200 nm;- domeniul germicid , luat in considerare pentru dezinfectie.

S-a constatat ca domeniul lungimilor de unda situat intre 250 si 260 de nm are cea mai pregnanta actiune germicida.

Modul de actiune: Radiatia UV actioneaza direct la nivelul AND-ului si ARN-ului la nivelul bazelor piridimice, care absorb lungimile de unda de 254 nm are pot provoca dimerizarea timinei si antrenarea unei modificari a structurii ADN.

Proteinele absorb radiatia UV situata in domeniul lungimilor de unda de 180300 nm. In functie de lungimea de unda, radiatia UV poate afecta peretele celular al virusilor sau activitatea enzimelor.

In functie de lungimea de unda si de intensitatea energetica, radiatiile UV-C pot sa aiba:

Efect bacteriostatic. In acest caz radiatia afecteaza acidul nucleic , organismul putand supravietui fara insa a se reproduce.

Efect bactericid. In acest caz, doza de radiatie receptata de catre microorganism antreneaza distrugerea sa.

Anumite specii de bacterii au capacitatea limitata de a restaura modificarile induse de radiatia electromagnetica asupra AND-ului propriu. Aceste fenomene sunt favorizate de prezenta domeniului albastru din spectrul vizibil care stimuleaza o enzima ce preia rolul de reconstructie. Acest lucru nu a fost semnalat pentru apa din reteaua publica unde concentratia de carbon organic dizolvata este inferioara valorii de 1 mg/l.

Intensitatea radiatiei care actioneaza asuppra unei suprafete este atenuata de catre mediul in care aceasta radiatie actioneaza. Aceasta intensitate energetica se poate exprima atat in J/m2 cat si in mW.s/m2. Relatia de transformare este:

1 J/m2= 0,1 mW.s/m2

3.5.2. Caracteristici ale sistemelor de desinfectie cu radiatie UV

Dezinfectia se desfasoara dupa o lege de ordinul 1, N = N0 *exp(−Kt) unde

N si N0 reprezinta numarul final si initial de germeni dintr-un volum de 100 ml de apa, iar K este viteza de inactivare a microorganismelor in timpul t de expunere.

Mecanismul primar de actiune a radiatiei ultraviolete , cu lungimea de unda de 185…380 nm, in neutralizarea microoganismelor, este distrugerea acizilor nucleici celulari, in special acidul dezoxiribonucleic, in urma acestiu proces rezultand incapacitatea acestora de a se inmulti, ceea ce duce la moartea acestora. Pentru fiecare tip de microorganism prezent in apa se defineste o viteza specifica de inactivare .Energia fotonilor emisi de lampile UV este de 4,88 electroni-Volt, energie superioara celei eliberate de majoritatea compusilor chimici utilizati in procesele de tratarea apelor.

Lampile cu vapori de mercur de presiune scazuta emit circa 98% din spectrul UV, pe lungimea de unda de 254 nm, ceea ce reprezinta 25…27% din puterea electrica absorbita de catre acestea.

Fie η randamentul de emisie a lămpii in banda de UV și cu P puterea electrică a lămpii ,vom avea următoarele notații (vezi figura 4 -schema de principiu a sterilizatorului ).

Figura 4. Schema de principiu a sterilizatorului apei cu lumină ultravioletă

R1-raza exterioară a tubului din quartz

R2-raza interioară a corpului de sterilizare

Q-debitul de apă supus sterilizării

I-intensitatea radiatiilor UV

K-viteza de reacție pentru un anumit tip de germene (bacterie sau virus ) ά-coeficientul de absorție a radiației UV în apa(depinde de turbiditatea apei )

N0-numărul de germeni inițiali din apă din unitatea de voum

N-numărul de germeni rezultați după procesul de sterilizare

L-lungimea corpului de sterilizare

Intensitatea radiației ultraviolete la suprafața lămpii se calculează cu relația :

I0 = ηP

2πR1L

iar calculul acesteia în diferite sectoare ale sterilizatorului în funcție de distanța față de lampă se face cu relația:

I0R12 exp(−α(Rj − R1))

I j = 2 Rj

De asemenea intensitatea depinde si de turbiditatea apei.Timpul cat apa este expusa luminii ultraviolete depinde de debitul de apa ce trece prin echipament. Numărul (N) de germeni biologici de un anumit fel, (k-doza de reducere), rămași după tratarea apei cu lumină ultravioletă este dat de relația :

N =∑N0 exp(−kI jt j )

tj-este timpul cat apa străbate sectorul “j” din corpul sterilizatorului

Pentru a obtine o intensitate maxima si constanta in timpul duratei de viata a lampilor de UV, acestea sunt alimentate de catre un invertor destinat acestui scop numit pe mai departe droser electronic, cu frecventa de 35 kHz.

Dozele de inactivare a unor microorganisme mentionate in literatura de specialitate sunt redata in tabelul 8. Aceaste doze sunt exprimate in μW *sec/cm2

Tabelul 8. Dozele de inactivare pentru diferiti germeni

Factorii care influenteaza eficienta :

Dezvoltarea unor filme chimice sau biologice pe suprafata lampilor UV;

Prezenta materiei organice si anorganice dizolvate;

Aglutinarea microorganismelor;

Turbiditatea apei;

– Culoarea apei:

Tipuri de lampi:

A. Lampi cu mercur de joasa presiune;

B. Lampi cu mercur de medie presiune;

C. Lampi cu spectru larg.

Lampile cu mercur de joasa presiune. Aceste lampi emit 85 % din radiatie la o lungime de unda de 253,7 nm si 8 % din radiatie la lungimea de unda de 185 nm. Primul domeniu corespunde domeniului germicid datorita actiunii directe asupra AND-ului. A doua lungime de unda, de 185 nm nu are o actiune directa asupra microorganismelor , insa produce disocierea oxigenului din apa si poate promova reactii secundare de oxidare, in speta oxidarea fotochimica a substantelor organice. Lampile de mercur la joasa presiune functioneaza optim la o temperatura a corpului exterior de 40oC, ceea ce implica inserarea acestora intr-o teaca din sticla de cuart, avand in vedere ca temperatura apei tratate este in general inferioara acestei temperaturi. Aceste lampi sufera si un proces de imbatranire: dupa primele 100-200 de ore de functionare randamentul acestora scade incet, dar sigur, insa timpul lor de viata poate sa se ridice pana la un an eexprimat in ore de functionare.

Lampi cu mercur de medie presiune. Aceste lampi emit in gama de lungimi de unda de 200-360 nm, 40-50% din radiatie fiind emisa pe lungimea de unda de 260 nm. Intensitatea lor energetica de emisie este mai mare decat in cazul lampilor de joasa presiune, actionand direct asupra structurii proteinelor si enzimelor.

In cazul apelor de piscina emisia radiatiei UV pe un spectru mai larg permite disocierea partiala a cloraminelor si favorizeaza oxidarea unei parti din materia organica . In cazul in care clorul este utilizat drept dezinfectant secundar, acest fenomen permite reducerea cantitatii de subprodusi de reactie ai clorului.

Aceste lampi functioneaza la temperaturi ridivcate (400-800 oC) si sunt alimentate la inalta tensiune (3-5 kV), avand nevoie de o protectie speciala. Durata lor de viata este in jurul a 4000 de ore de functionare (166 zile) continua.

Lampi cu spectru larg. Acest tip de lampi prezinta un dopaj al gazului de descarcare cu anumite elemente (indiu, neon, xenon, etc. ) . In aceste cazuri emisia poate fi facuta pe un spectru mai larg, sau dimpotriva pe anumite lungimi de unda bine definite.

AVANTAJE (UV):

– Actiune virucida eficace;

– Nu sunt prezente modificari fizicochimice ale apei;

– Lipsa sau nivelul foarte scazut al unor produsi secundari de reactie;

– Nu exista riscul de supradozaj;

– Utilizarea si intretinerea sunt relativ simple.

DEZAVANTAJE (UV):

– Procedeul nu prezinta remanenta si trebuie ciombinat cu alt procedeu ce prezinta aceasta caracteristica;

– Asocierea a doua procedee de dezinfectie implica un cost de exploatare mai ridicat;

– Nu poate fi utilizat pentru o apa cu

turbiditate ridicata;

– In cazul apelor cu duritate ridicata poate avea loc opacizarea sistemului UV;

– Nu exista o modalitate rapida pe teren de a evalua eficienta actiunii radiatiei UV.

3.6. DEZINFECTIA CU OZON

3.6.1. Principiul tratamentului cu ozon

Ozonul reprezinta una dintre cele doua forme alotropice ale oxigenului. Moleculele de ozon sunt formate din o legatura sigma si o legatura dubla pi (π). Este o molecula simetrica care contine trei atomi de oxigen. Structura moleculelor de ozon a fost stabilita prin metoda difractiei electronilor si mai tarziu prin metoda spectroscropiei RAMAN.[10]

Molecula ozonului are o structura angulara cu distanta O-O de 1,230Å si unghiul dintre acestea de 126°49’.

Proprietatile fizice ale ozonului

Ozonul se intalneste sub forma gazoasa la temperatura obisnuita. Ozonul lichid nu se amesteca in orice proportie cu oxigenul lichid. Un amestec de oxigen si ozon se lichefiaza la racire in ozon lichid formand doua faze lichide; cea superioara, colorata albastru deschis contine cca 30% ozon, iar cea inferioara colorata in albastru inchis contine 75% ozon. Acesta faza din urma explodeaza usor.

Punctul de fierbere al ozonului este de –122,5°C,iar punctul de topire este de 251,4°C,densitatea=1,78(la p.f.).

Chiar in stare gazoasa ozonul are culoarea slab albastra (absoarbe in regiunea galbena a spectrului). El mai absoarbe in ultraviolet (la 2450 A) si in infrarosu. In stare solida are aparenta unor cristale de culoare indigo.

Ozonul e putin solubil in apa, dar se dizolva in lichide organice, de preferinta neinflamabile, cum ar fi freonul CF2 Cl2 la -25°C.

Mirosul caracteristic al ozonului este perceput la dilutii foarte mari (o parte la un milion parti aer), si poate fi comparat cu al fosforului si al bioxidului de sulf.

Pentru exprimarile uzuale ale concentratiei de ozon relatia de conversie este :

1 mg O2/m3 = 0.5 ppm (volume).

Putem da mai jos o scala a concentratiilor de ozon si a efectelor de perceptie (Fig. 5):

Figura 5. Scala concentratiilor de ozon si efecte de perceptie

Tabelul 9. Concentratiile maxim admisibile de ozon

Relatia concentratie- timp de expunere-efecte

Daca oxigenul sau aerul trecut printr-o descarcare electrica sau expus la o radiatie ultravioleta,o parte din oxigen este polimerizat si se produce ozonul dupa reactia:

3O2 ⇔2O3 69Kcal

Aceasta se poate imagina pt. ca moleculele de oxigen disociaza in O2 atomic:

O2 → O· + O·

Coliziunea dubla si tripla a atomilor duce la formarea ozonului .In plus coliziunile intre atomi si moleculele de oxigen pot de asemenea produce ozon.

O parte din moleculele de ozon deja formate, se pot de asemenea distruge. Dupa legile probabilitatii, mecanismul de producere permite numai la o parte din oxigenul existent in gazul expus la curgere sa fie transformat in ozon.

Prin variatele metode de obtinere a ozonului, producerea electrica este singura practicata economic, utilizata la scara larga, procesul implica trecerea aerului sau a oxigenului printre electrozi, care sunt mentinuti la un potential alternativ mare.

Descarcarea uniforma de culoare albastru-violet stralucitor este mentinuta in totalitatea gazului. Descarcarea stralucitoare este creata de strapungerea materialului dielectric (sticla) dintre electrozi, care cauzeaza raspandirea stralucirii uniforme si impiedica continuarea si descarcarea sub forma de arc.

Aerul care trece prin electrozi trebuie sa fie filtrat pt. a se asigura absenta prafului.In principal,racirea aerului este de dorit,dar pt. ca are caldura specifica mica aerul va capata repede temperatura de suprafata a electrozilor.Pt. producerea eficienta a ozonului, prezenta apei in aer trebuie indepartata si se realizeaza prin uscare si purificare.Pentru o functionare buna,agentul de lucru (aerul) trebuie uscat la un punct de roua de minim -50°C.

Pentru utilizari industriale ozonul este produs din aerul atmosferic uscat la o temperatura a punctului de roua de -40° C sau din oxigen prin trecerea acestuia printr-un sistem de descarcare corona in geometrie coaxiala. Fluxul general de producere si utilizare a ozonului este prezentat in Fig. 6

Fig. 6 Fluxul general de producere si utilizare a ozonului

Solubilitatea ozonului in apa

Gazul nu reactioneaza cu apa si astfel se formeaza o solutie fizica (Horvath si altii 1985). Gazele dizolvate sunt partial solubile in apa ( ex. ozonul ); urmand legea lui Henry care spune ca, cantitatea de gaz din solutie la o anumita temperatura este proportionala cu presiunea gazului. Concentratia de saturatie ( Cs ) a ozonului dizolvat in conditii termodinamice se bazeaza pe urmatoarea ecuatie:

Cs = βM x Py

unde: Cs : kg O3/m3 apa;

β ( coeficientul de absorbtie ): volumul de ozon dizolvat pe unitatea de volum de solutie la echilibru la presiunea standard de 1 atmosfera.

M : densitatea masica a ozonului [kg/m3] in conditii normale de temperatura

[2,14 kg/m3];

Py : presiunea partiala a ozonului in faza de gaz.

Solubilitatea gazelor poate fi comparata daca valorile coeficientilor de activitate â sunt cunoscute. Solubilitatea in apa este buna pentru ozon, azot si oxigen; valorile sunt: 0,64; 0,0235; 0,049. Ozonul este mai putin solubil in apa decat CO2-ul ( β = 1,71) si clorul ( β = 4,54 ).

Dizolvarea ozonului in apa poate fi exprimata intr-un termen mai practic prin rata

solubilitatii ( Sr ) :

mg

Sr = l O3in _ apa

mg l O3in _ faza _ gazoasa

Rata solubilitatii ozonului creste odata cu scaderea temperaturii apei .Se arata o relatie logaritmica negativa intre Sr si temperatura apei in intervalul de 0,50 C pana la 430C.

Presiunea si temperatura afecteaza solubilitatea dar si alti parametrii. Cand o solutie se prepara prin barbotarea ozonului in apa, rezulta bule de dimensiuni mici pe suprafete mari care duc la cresterea solubilitatii O dizolvare optima a ozonului in apa se produce cand bulele au intre 1 si 3 mm in diametru. Rata de curgere a ozonului debitul si timpul de contact afecteaza transferul gazului in apa. Turbulenta duce la cresterea solubilitatii.

Puritatea si pH-ul apei afecteaza solubilitatea ozonului. J.G Kim (1998) a barbotat ozon in apa dublu distilata.Ozonul gazos se dizolva mai repede in apa deionizata si distilata decat in apa de la robinet, solubilitatea ozonului crescand direct proportional cu puritatea apei.

Stabilitatea ozonului

Ozonul este relativ instabil in solutii apoase. Se descompune continuu, dar lent in oxigen conform unui pseudiechilibru de ordin intai.. Perioada de injumatatirea concentratiei ozonului in apa distilata la 200C este considerata a fi de 20 ÷ 30 min. Unii autori au determinat ca ozonul are un timp de injumatatire de 165 min in apa distilata la 200C . Altii au inregistrat un timp mai mic de injumatatire (2 ÷ 4min) in solutie apoasa la o valoare a pH-lui de 7.0 si 25 C. Wickramanayake (1984) a atribuit aceasta schimbare agitarii mecanice, care a pastrat continutul reactorului complet amestecat.

PH-lui afecteaza in mod dramatic stabilitatea ozonului in solutii apoase.J-G. Kim (1998) a adaugat apa ozonata avand diferita concentratii, in solutii tampon de fosfat (0.01M) cu pH 5 ÷9 a amestecat 15 s si a masurat concentratia de ozon folosind metoda indigo. Stabilitatea ozonului in solutie a fost cea mai mare cand pH-ul a fost 5.0. Ea a scazut odata cu cresterea valorii pH-lui , iar in solutiile tampon avand pH-ul

9.0 nu a fost detectat ozonul.

Descompunerea ozonului respecta prima regula a cineticii cu privire la molecula de ozon si ionul hidroxid:

− d[O3]dt = k[O3][OH].

Dupa cum au afirmat Staehelin si Hoine (1985) , descompunerea ozonului cuprinde trei faze: initiala, intermediara si finala conform figurii de mai jos.

(1) Faza initiala este treapta cu viteza de reactie limitata care conduce la formarea a trei radicali; acestia sunt ionul radical superoxid (O2) si forma sa hidrogenata, radicalul hyperoxid (HO2).

Reactivitatea ozonului

Aproape in toate reactiile in care participa, ozonul prezinta caracter electrofil, deficitul de electroni fiind determinat de existenta unui atom de oxigen terminal cu numai sase electroni pe ultimul strat.

Ozonul este unul dintre cei mai puternici oxidanti, ocupand locul al 4-lea in scara potentialelor redox, dupa F 2 ,F2 O si O2 . Dintre agentii de oxidare folositi in procesele de tratare a apelor reziduale (apa oxigenata, permanganatul de potasiu, clor) ozonul prezinta cel mai ridicat potential redox.[13,14]

O3 + 2H+ + 2e− → O2 + H2O E0 =2.07 V

H2 O2 + 2H+ +2e− → 2H2 O E0 =1,77 V

MnO4 + 4H+ +4e− →MnO2 + 2H2 O E0 =1,695V

Cl2 + 2e− → 2Cl− E0 =1,36 V

Ozonul este un agent de oxidare suficient de puternic pentru a rupe unele legaturi C-C,chiar si cele din nucleele aromatice.

Caracterul de reactant electrofil al ozonului este raspunzator pentru capacitatea lui de a reactiona cu o mare parte din substantele aflate in apele uzate. Oxidarea se poate realiza prin actiunea directa a ozonului asupra substantelor dizolvate (M), fie indirect prin intermediul speciilor active formate in mediul de reactie. Reactia de oxidare directa, este in general destul de selectiva (dupa unii contori chiar inalt selectiva) si relativ lenta.

M+O3→Moxid

Viteza cu care substantele dizolvate reactioneaza cu ozonul creste proportional cu concentratia ozonului si a substantelor dizolvate.

3.6.2. Efectele ozonului asupra microorganismelor

Factorii care afecteaza reactivitatea si eficienta antimicrobiana

Un factor cum ar fi temperatura afecteaza stabilitatea, solubilitatea si reactivitatea ozonului in mod diferit. In consecinta, in aplicatiile reale este dificil de prevazut influenta acestor factori asupra eficientei utilizarii ozonului. Factorii care afecteaza acesti parametri sunt:

Temperatura Rata distrugerii microoorganismelor de catre un dezinfectant creste in general odata cu cresterea temperaturii. Conform teoriei lui Hoff-Arrhenius (Fair si colectiv 1968), temperatura determina partial viteza cu care dezinfectantul se raspandeste pe suprafata microorganismului si viteza de reactie cu substratul. La o concentratie constanta a reactivului, crescand temperatura cu 100C creste viteza de reactie de doua sau trei ori. In cazul ozonului , odata cu cresterea temperaturii acesta devine mai putin solubil si mai putin stabil, dar viteza de reactie cu substratul creste.

pH – ul La valori constante ale concentratiilor de ozon gradul de inactivare microbiana ramane efectiv neschimbat pentru valori ale pH-lui cuprinse intre 5.7 ÷

10.1 (Farroq si colectiv 1997). Oricum, eficienta ozonului se pare ca scade la pH alcalin .Ozonul se descompune la valori mai mari ale pH-lui si radicalii rezultati contribuie la eficienta lui. Importanta acestor doua mecanisme de inactivare poate varia in functie de tipul de microorganism si conditiile de tratare .

Substantele consumatoare de ozon Prezenta subtantelor organice cu un grad ridicat de reactivitate la ozon poate concura cu microorganismele in ceea ce priveste necesarul de ozon.Virusii si bacteriile asociate cu celule si resturi organice sunt mai rezistente la ozon, dar virusii purificati sunt usor innactivati (Emerson si colectiv 1982). Din acest motiv, prezenta substantelor organice in apa folosita in asociere cu ozonul pentru prepararea mancarii este de nedorit. Mai mult, produsii secundari nedoriti rezultati din actiunea ozonului asupra compusilor organici pot scurta timpul de viata a produselor neprelucrate, pot schimba calitatea organoleptica sau pot compromite siguranta produsului final.

Determinarea concentratiilor de ozon Pentru determinarea ozonului au fost folosite metode fizice, fizico-chimice si chimice. Metodele fizice masoara absorbtia directa in UV, in regiunea vizibila , sau infrarosu a spectrului. Metodele fizico-chimice sunt dependente de efectele caldurii si chemiluminescentei cauzate de reactie. Metodele chimice masoara produsii rezultati cand ozonul reactioneaza cu un agent chimic cum ar fi iodura de potasiu.

Metoda iodometrica a fost aprobata de Asociatia Internationala a Ozonului (Gordon si Grunwell, 1983 .

Cativa producatori executa instrumente care masoara ozonul prin determinarea gradului de absorbtie a UV. Ozonul gazos este absorbit la lungimi de unde UV cu un maxim de absorbtie la 253.7 nm si coeficientul de absorbtie a fazei gazoase de 3000 ÷ 30 mol cm la 2730K si 1atm (Gordon si Grunwell 1983). Metodele calorimetrice de masurare a ozonului depind de descompunerea ozonului in prezenta catalizatorului care produce caldura. Instrumentele care folosesc metodele ampermetrice pentru masurarea oxido-reducerii posibila a ozonului sunt disponibile in comert.

Cinetica inactivarii microbiene cu ozon

Ozonul este un puternic agent antimicrobian care este activ impotriva bacteriilor, virusilor si fungilor.

Determinarea cineticii inactivarii microbiene intr-un tratament continuu poate fi simplificat prin masurarea dozei de ozon ca si valoare C•T. Bazandu-se pe acest concept, C•T reprezinta masura concentratiei dezinfectante (C) multiplicata cu timpul (T) care trebuie sa indeplineasca un nivel dat de inactivare a microorganismelor.Este accentuata importanta unei concentratii de dezinfectie constante pe parcursul timpului de contact. Chiar daca C•T ofera un concept excelent de masurare a dozei de ozon, determinarea acestei valori este dificila in cazul ozonului datorita instabilitatii. Pentru a depasi aceasta problema unii autori folosesc concentratia de ozon rezidual la sfarsitul perioadei de contact.

Mecanismul de distrugere a microbilor

Inactivarea bacteriilor prin ozon este un proces complex pentru ca ozonul ataca numerosi constituenti celulari incluzand proteinele, lipide nesaturate si enzimele din celule, enzime si acid nucleic din citoplasma, etc.

Unii autori au ajuns la concluzia ca ozonul molecular este principalul inactivant al microorganismelor, in timp ce altii accentueaza activitatea antimicrobiana a produsilor de descompunere a ozonului cum ar fi :OH, O-2, HO3.

Invelisuri celulare

Ozonul poate oxida mai multe componente ale invelisului celular i incluzand acizii grasi polisaturati, enzime; cand dubla legatura dintre lipidele nesaturate si a grupurilor sulfhidrice ale enzimelor sunt oxidate de ozon, duce la ruperea activitatii celulare normale incluzand permeabilitatea celulara si moartea rapida a tesuturilor.

Invelisurile sporilor

Invelisurile sporilor reprezinta o bariera primara de protectie impotriva ozonului, totusi acesta le poate rupe .

Enzimele

Cativa autori se refera la inactivarea enzimelor ca un mecanism important prin care ozonul omoara celulele. Sykes (1965) spune ca clorul distruge in mod selectiv anumite enzime ozonul actionand in schimb ca un oxidant protoplasmatic.

Materialul nucleic

Reactia dintre ozonul apos si acidul nucleic in vitro poate deteriora materialul nucleic din celule. Studiind E. coli, Herault si Chung (1984) au descoperit ca ozonul poate induce mutatii

Eficienta ozonului

Eficienta ozonului este demonstrata mai clar atunci cand microorganismele sunt tratate in apa pura decat in sisteme complexe cum ar fi mancarea. Ozonul poate fi comparat cu alti agenti de dezinfectie doar atunci cand experimentele sunt facute in medii simple de tratare.

Tabelul 10. Inactivarea bacteriei gram-pozitive cu ozon in apa pura

– solutie tampon de fosfat

– la suta celule atacate

Tabelul 11. Inactivarea bacteriei gram-negativ cu ozon in apa

a – necesarul de ozon pentru apa pura

b – solutie tampon de fosfat

Au fost publicate un numar redus de studii despre inactivarea virusilor cu ajutorul ozonului (tabel 3). Cercetatorii au testat concentratii de ozon de la 0,1-15,9μg/mL, pe 8 specii diferite producand distrugeri de la 0 la 7 log- 10 unitati. Acest lucru indica faptul ca virusurile sunt compararbile cu bacteriile in ceea ce priveste sensibilitatea la ozon.

Combinatii de tratamente pentru cresterea eficientei proceselor de oxidare

Procese de oxidare avansate – aceste procese sunt combinate astfel incat sa produca un numar mare de intermediari activi si in particular radicalul hidroxid (OH)- pentru tratarea compusilor rezistenti la oxidare.

Dintre acestea mentionam – ozonizare la pH mare, combinare H2O2 /O3 , fotoliza H2O2 cu UV.

Peroxidul de hidrogen in solutii apoase disociaza in particular anioni de hidroperoxid (HO2- ) care este extrem de reactiv cu ozonul .

H2O2 + H2O ↔ HO2- + H3O+

Ionii hidroperoxid consumati de ozon sunt inlocuiti rapid, astfel echilibrul reactiei se indreapta spre dreapta, deci cantitati foarte mici de H2O2 vor duce la descompunerea ozonului.

Eficienta metodelor combinate de oxidare difera relativ. Arselon si colaboratorii (1999) a descoperit ca ozonul la un pH de 11,5 este mai eficient decat o combinatie de H2O2/O3 la pH 7,5 – pentru indepartarea compusilor organici dizolvati. Combinatia O3 in prezenta unui catalizator este mai eficienta decat O3 pentru eliminarea clorbenzenului – produs toxic nonbiodegradabil – din ape reziduale industriale. Unii cercetatori sustin ca ozonul singur este mult mai eficient decat combinatia UV/H2O2.

Ozon-Clor

Ozonul pare sa aiba o activitate care seamana cu cea a clorului, alterand permeabilitatea membranei. Gyarek si altii (1996) au descoperit ca actiunea clorului liber nu este eficienta impotriva Cryptosporidium parvum decat daca este precedat de doze mici de ozon. Ei presupun ca preozonizarea altereaza permeabilitatea astfel permitand clorului liber sa penetreze si sa cauzeze o inactivare semnificativa.

Ozon-Camp electric pulsatoriu

Unal si altii (2001) au studiat inactivarea E. coli 0157:H7; Listeria monocytogenes si Lactobacillus leichmani prin combinarea ozonului si campul electric pulsat (PEF). Celulele au fost tratate cu 0,25 pana la 1,00μgO3/mL de celule in suspensie, PEF la 10 pana la 30KV/cm sau combinatii selectate de ozon si PEF. Tratarea L. leichmanii cu PEF (20KV/cm) dupa expunerea la 0,75 si 1,00μg/mL ozon inactiveaza 7,1 si 7,2 log10CFU/mL; totusi ozonul la 0,75 si 1,00μg/mL si PEF la 20kV/cm inactiveaza 2,2; 3,6 si 1,3 log10CFU/mL. cand E. coli 0157:H7 si L monocytogenes au fost tratate cu

O3 si PEF s-au observat mai putine efecte bacteriologice

Ohshima si altii (1997) au descoperit ca ozonul si PEF combinati au o actiune aditiva.

Ozonul rezidual si eficienta proceselor

Pe parcursul tratarii ozonul se poate descompune, desolubiliza sau reactiona cu constituenti din produsele supuse tratarii. Reactia rapida si degradarea ozonului diminueaza cantitatea de ozon rezidual . Lipsa acestui ozon rezidual poate limita abilitatile procesatorului in testarea eficientei tratarii; acesta este unul dintre dezavantajele utilizarii ozonului ca dezinfectant. Stalder si Kloster Koetter (1976) ilustreaza aceasta problema – ei au observat ca 1,5 μg/mL tratament cu ozon a pastrat apa sterila timp de o luna fara a fi detectat ozon rezidual. Totusi, circulatia apei pe retea ( 12m lungime de conducta ) duce la recontaminare . Lipsa ozonului rezidual din apa este in acest caz un real dezavantaj.

3.6.3. Produsi secundari de reactie ai ozonului

Ozonul poate fi considerat agentul oxidant si biocid cel mai eficace existent. Pe de alta parte , datorita caracteristicilor sale iritante nu poate fi utilizat ca si dezinfectant remanent. Din acest motiv este necesara integrarea unei etape de dezinfectie complementare (clor, brom) in lantul de tratare. Din acest motiv putemintalni produsi secundari de racte provenind atat de la actiunea ozonului cat si de la actiunea dezinfectantilor complementari.

Ozonul poate actiona direct sau indirect cu bromurile pentru a forma produsi secundari bromati , printre care ionul bromat BrO3-. In prezenta materiei organice naturale, se pot forma in timpul ozonizarii aldehide, acizi cetonici si acizi carboxilici. Daca bromurile si materiile organice naturale sunt prezente simultan , ozonizarea duce la formarea acidului hipobromos (HOBr), cer, la randul sau duce la formarea trihalometanilor , in speta a bromoformului.

Concentratia de bromuri si concentratia de ozon constituie cei mai buni indicatori privind probabilitatea de formare a bromatilor in cursul ozonizarii. Se considera ca un procent de 50 % de conversie a bromurilor in bromati. Aceasta converie a bromurilor in bromati datorita ozonizarii depinde intre altele si de concentratia substantelor organice naturale, de pH si de temperatura.

Totusi se considera ca produsii secundari ai bromului rezultati in urma ozonizarii apar totusi in cantitati reduse.

In general ozonul se asociaza in lantul de tratare cu clorul. In acest caz cloraminele sunt oxidate de catre ozon in nitrati si cloruri. Pe de alta parte, unii dintre precursorii produsilor secundari de reacti sunt distrusi, rezultand o scadere dramatica a concentratiei THM si a altor compusi organoclorurati. De notat ca utilizarea dioxidului de clor nu este recomandata intrucat acesta este oxidat de catre ozon in inul clorat si devine inactiv pentru dezinfectie.

Ozonul poate fi asociat si cu bromul. Aplicarea acestui sistem implica mentinerea la aproximativ 15 mg/l a concentratiei ionului bromura ( din bromura de sodiu) in circuitul de tratare al apei. In timpul ozonizarii , ionul bromura este oxidat la brom liber care asigura dezinfectia.

Excesul de ioni bromurati poate sa conduca la aparitia unei cantitati din ce in ce mai mari de brom liber si sa diminueze cantitatea ozonului disponibil necesara oxidarii contaminantilor si inactivarii germenilor. Din acest motiv, concentratia bromurilor trebuie controlata in permnenta si mentinuta intre valori de 15-20 mg/l.

AVANTAJE:

– Este un oxidant deosebit de puternic. Elimina in cea mai mare parte cloraminele si precursorii THM, reduce drastic cantitatea produsilor secundari;

– In absenta bromurii nu se formeaza nici un compus halogenat;

– Prezinta o putere de dezinfectie remarcabila, mult mai eficace decat clorul in raport cu virusii si parazitii;

– In cazul descompunerii ozonului pur, singurul produs secundar este oxigenul;

– Puterea biocida nu este influentata de catre pH;

– Este posibila masurarea continua a concentratiei de ozon in apa pe cale fotometrica;

– Este posibila de asemenea masurarea concentratiei de ozon din aer.

DEZAVANTAJE:

– Ozonul este un gaz toxic si deosebit de coroziv, apa dupa ozonizare trebuie sa sufere un proces de degazare;

– Ozonul trebuie eliminat in totalitate din bazinul de inot, avand in vedere ca nu prezinta remanenta trebuie sa actioneze cu alt agent complementar de dezinfectie;

– Prezenta bromurii si a aldehidei poate da nastere la formarea de produsi secundari bromati;

– Echipamentele de tratare pot fi voluminoase;

– Investitie initiala ridicata;

– Asocierea a doi dezinfectanti implica costuri de functionare mai ridicatre decat in cazul unui singur;

– Trebuie asigurata o buna ventilatie a zonei in care functioneaza instalatiile tehnologice.

Cap IV. Strategii si relementari

4.1. Strategii si bune practici in domeniul dezinfectiei apei din piscine

Securitatea practicarii inotului in bazinele publice nu va putea fi niciodata absoluta. Cu toat acestea, mai multe strategii pot fi adoptate pentru a minimiza riscurile pentru utilizatori. Putem vorbi de doua tipuri de strategii: strategii legate respectarea unor bune practici in utilizare si educarea utilizatorilor si strategii legate de logistica intrinseca a pastrarii unui mediu acvatic nenociv din punct de vedere fizic, chimic si microbiologic.

A. Strategii legate de respectarea unor bune practici in utilizare:

Conceptia riguroasa a bazinelor si a accesoriilor (vestiare, Sali de dus, etc.);

Stabilirea unui plan riguros de gestiune si mentenanta (cuprinde inclusiv calificarea factorului uman);

Continua informare si educare a publicului utilizator;

Reglementarea unor bune practici (certificarea utilajelor , accesoriilor, produselor utilizate pentru tratarea apei).

B Strategii legate de logistica pastrarii unui mediu acvatic nenociv:

Elaborarea unei tehnologii de tratare potrivite scopului piscinei si a calitatii apei;

Alegerea tehnologiilor de dezinfectie eficiente si cu un impact cat mai mic asupra utilizatorilor;

Elaborarea unor strategii alternative in caz de hazard si accidente tehnologice.

Prezentul raport de cercetare a facut un studiu comparativ al tehnologiilor utilizate in dezinfectia apei din bazinele de inot. Au fost abordate urmatoarele tehnologii de dezinfectie:

Dezinfectia cu clor si derivati ai acestuia;

Dezinfectia cu dioxid de clor;

Dezinfectia cu compusi ai bromului;

Procedee electrofizice de dezinfectie (ioni de Cu2+ si Ag+)

Procedee de dezinfectie prin separare cu ajutorul membranelor;

Procedee de dezinfectie cu PHMB (Polihexametilen biguanida) ;

Procedee de dezinfectie cu ajutorul radiatiilor ultraviolete (UV);

Procedee de dezinfectie cu ozon;

Fiecare din aceste tehnologii au facut obiectul unui subcapitol separat in care au fost descrise principiile procedeelor, eventualele reactii chimice induse prin participarea contaminantilor , avantaje si dezavantaje.

Alegerea unui procedeu de dezinfectie

Diferitele procedee si tehnologii de dezinfectie prezinta unele puncte comune, dintre care amintim:

Fiecare dintre procedee ofera in acelasi timp, pe langa un numar cert

de avantaje si dezavantaje notabile;

Indiferent de procedeul de dezinfectie utilizat, doar o gestiune

riguroasa a intregului flux de tratare poate duce la obtinerea unei ape de buna calitate;

Punctele slabe ale fiecarui dintre procedeele de dezinfectie utilizate

pot fi contrabalansate prin gestionarea optima a unor alti parametri din sistem (pH, debit de inlocuire, etc.);

In demersul de alegere a unui procedeu de dezinfectie , sau a unei combinatii de procedee trebuie tinut cont de mai multi factori:

Securitatea si confortul utilizatorilor;

Tipul si dimensiunile bazinului;

Gradul de frecventare si tipul de activitate a utilizatorilor bazinului;

Caracteristicile apei de umplere;

Usurinta in gestionarea sistemului:

Lipsa de pericol pentru personalul de deservire;

Factorul economic si posibilitatile de aprovizionare.

Indiferent de modul in care este ales unul sau o combinatie de procedee de dezinfectie, acestea trebuie sa raspunda unor cerinte ca cele de mai jos:

Inactivarea rapida si eficienta a germenilor patogeni;

Oxidarea continua a materiilor organice introduse prin intermediul utilizatorilor;

Pastrarea unui palier cat mai larg intre concentratiile in care dezinfectantul are efectul biocid urmarit si concentratia la care acesta poate avea efecte nefaste asupra sanatatii utilizatorilor;

Posibilitatea utilizarii unor teste simple pentru controlul concentratiei dezinfectantului in bazin;

Posibilitatea automatizarii sistemului de dezinfectie.

Tabelele 12, 13 si 14 prezinta o sinteza asupra tehnologiilor de dezinfectie luate in discutie.

Tab 12. Tehnologii de dezinfectie

Tab 13. Tehnologii de dezinfectie

Tab 14. Tehnologii de dezinfectie

Avand in vedere cele prezentate mai sus, reiese ca cele mai potrivite tehnologii de dezinfectie pentru piscinele publice par sa fie acele tehnologii combinate care reduc la minim riscul de contaminare cu subprodusi de reactie , ofera o dezinfectie puternica a apei si elimina disconfortul utilizatorilor. Combinatia ideala de trepte tehnologice utilizate in dezinfectie , luand in calcul toate avantajele si dezavantajele acestora pare sa fie combinatia OZON + RADIATIE UV + CLOR.

4.2. Tehnologii combinate de oxidare avansata si dezinfectie

Exista doua tipuri de tehnologii de baza utilizate in ozonizarea apei, indiferent daca scopul este obtinerea apei potabile sau recircularea si dezinfectia apei din bazinele de inot: ozonizarea in turn de reactie cu nivel liber si ozonizarea sub presiune cu sistem ejector. In ultimii ani cea de a a doua varianta constitue varianta de electie, datorita eficientei ridicate si a volumului redus ocupat de instalatiile tehnologice.

Aceasta tehnologie este aplicata de companii mari, cu experienta in tratarea apelor prin ozonizare. Amintim printre acestea :Ozonair (SUA), DEL (SUA), Degremont (Franta), Astral Pools (SPANIA). Una din variantele de tratare utilizate este cea a tratarii in flux partial (slipstream) care are drept scop tratarea cu ozon doar a unui procent din apa recirculata (6-20 %) cu o doza de ozon de max. 1 g ozon/m3. In Figura 11 este prezentata schematic un astfel de tip de instalatie. Fluxul de apa prelevat din circuitul de recirculare prin intermediul circuitului A este vehiculat cu ajutorul pompei de ridicare a presiunii (9) prin ejectorul de ozon (6) si transferat in vasul de contactare si reactie (18). In acest vas de reactie este asigurat timpul de contact necesar initierii reactiilor de oxidare. Ozonul in exces este este eliminat prin intermediul supapei automate , prin distrugatorul de ozon (17) in atmosfera. Apa ozonata este reintrodusa apoi in fluxul principal .

Ozonul, considerat gaz toxic , nu are voie sa se regaseasaca in atmosfera bazinului de intot. In aceste conditii, ozonul care nu a reactionat in apa, ozonul rezidual, trebuie inlaturat. Exista doua metode de baza: utilizarea unui filtru cu carbune activ , care va converti prin oxidare ozonul in dioxid de carbon, si metoda unui reactor UV, care va potenta actiunea ozonului si il va reconverti in oxigen. Cea de a doua metoda este de preferat, avand in vedere formarea unui sistem de oxidare cu radiatie UV are loc chiar in vasul de reactie si degazar.

4.3. Aspecte legislative legate de calitatea apei din bazinele de inot.

Calitatea apei din bazinele de inot este reglementata prin diverse acte si normative, care difera de la zona geografica si stat. Marea majoritatea a acestor normative statuteaza apa din bazinele de inot ca trebuind sa aiba calitate de apa potabila. In Statele Unite, de exemplu, calitatea apei potabile a fost stabilita prin intermediul asa zisului SDWA- Safe Drinking Water Act in 1974. In 1998 a fost completat cu valori referitoare la concentratiile maxim admisibile referitoare la substantele utilizate pentru dezinfectie si la prousii secundari ai acestora. Conform acesttui normativ, concentratia nmaxima a cloraminelor nu trebuie sa depaseasca valoarea de 4 ppm, iar a trihalometanilor totali valoarea de 40 ppb. Concentratia de clor nu trebuie sa fie mai mica de 0,5 mg/l, insa nu trebuie sa depaseasaca valoarea de 1,5 mg/l.

In ceea ce priveste Uniunea Europeana, in 1998 a fost abrobata directiva Drinking Water Directive 98/93/EC care se refera la parametrii pe care trebuie sa-i indeplineasca apa potabila. In ceea ce priveste tehnologiile de dezinfectie aplicate in Uniunea Europaena, Tabelul 15 prezinta o sinteza a gradului de utilizare a acestora.

Observam o utilizare intensiva a ozonului in cazul Olandei, de asemenea in Portugalia si Grecia este utilizat pe scara larga clorul.

In Australia calitatea apei din piscinele publice este reglementata prin intermediul standardului australian SAA HB65-1998. Acesta prevede concentratii maxime de clor liber de 1,5 mg/l, si concentratii nulke de ozon rezidual.

In Romania calitatea apei din bazinele de inot. Este stipulata prin Ordinul Ministerului Sanatatii 536/1997. Conform acestui ordin se stipuleaza ca , din punct de vedere microbiologic, numarul total de germeni coliformi sa fie situat sub 10.000 germeni/100 ml apa , a coliformilor fecali sub 100 germeni/100 ml de apa , a streptococilor fecali sub 20 germeni/100 ml de apa, iar bacteriile patogene absente. De asemenea se prevede obligativitatea clorinarii apei pentru pastrarea caracterului dezinfectant. Urmatoarele standarde reglementeaza calitatea apei din bazinele de inot si reglementeaza tehnologiile utilizate.

Standarde europene

[1] EN 170, Protection individuelle de l’oell – Filtres pour l’ultraviolet – Specifications de transmission et utilisation recomandee.

[2] EN 938, Produits chimiques utilises pour le traitement de l’eau destinee a la consommation humaine – Chlorite de sodium; [3] EN 939, Produits chimiques utilises pour le traitement de l’eau destinee a la consommation humaine – Acide chlorhydrique.

Directive UE

[4] 76/160/CEE, Directive du Conseil du 8 decembre 1975 concernant la qualite des eaux de baignade. Journal Officiel L31.8 (1975). Modifiee par la Directive 91/692/CEE du 23 decembre 1991.

Cerinte nationale

Austria

[5] ONORM M 5873-1, Anlangen zur Desinfection von Wasser mittels Ultraviolet – Strahlen – Anfordeungen und Prufing – Anlagen mit Quecksiberdampf – Niededruckstrahlern.

[6] ONORM M 5878, Anfoderungen en Ozonungsanlagen zur Wasseraufbareitung.

[7] ONORM M 5879-1, Anforderungen en Chlorungsanlagen zur Wasserbehandlung. Chlorgaz-Anlangen.

[8] ONORM M 5879-2, Anforderungen en Chlorungsanlagen zur Wasserbehandlung; Anlangen zur Desinfection und Oxidation durch Chorvebindungen und deren Losungen.

[9] ONORM M 5879-3, Anforderungen en Chlorungsanlagen zur Wasserbehhandlung – Chlorgaz – Anlagen.

Germania

[10] DIN 19606, Chlorinators for water treatement; equipment, instalation and operation.

[11] DIN 19627, Ozone-plants for water treatement.

[12] ATV M 205, Desinfection von biologich gereingtem Abwasser; (1998) 1)

[13] DVGW W 224, Chlorine dioxide in water treatement. 2)

[14] DVGW W 293, UV-systems for the desinfection of drinking-water (10/94). 2) ______________________

1) Disponibil la: Gesellschaft zur Forderung der Abwassertechnik e. V. (GFA), 1165, 53758 Hennef.

2) Disponibil la : Wirtchafts-und VerlagsgesellschaftGaz und Wasser MbH.

[15] DVGW W 294, UV-systems for the desinfection of drinking-water-Requirements and testing. 2)

[16] DVGW W 623, Dosage-Installation for desinfectant and oxidizing agent; dosage-installation for chlorine. 2)

[17] DVGW W 624, Feeders for desinfectants and oxidation agents-Feeders for chlorine dioxide. 2)

[18] DVGW W 625, Plants for the production and dosage of ozone. 2)

[19] ZH 1/474, Richtlinlen fur die verwendung von Ozon zur Wasseraufbereitung.

[20] Pfelfer, W.; Ultraviolet desinfection tehnology and assessment; European Water Management, Vol. 2, No. 1 (1998)-special issue on parasites and pathgens.

[21]Bernhardt et al, Desinfektion aufbereiteter Oberflachenwasser mit UV-Strahienerste Ergebrisse des forschunhsberns, gwf-Wasser-Abwasser 133. (1992), Nr. 12, S, 632-643.

[22] Safert et al, Membranfiltration zur Keim-und P-Elimination im Ablauf kommunaler Klaranagen. In: Rautenbach et al, Moglichkeiten und Perspektiven der Membrantechnik bei der kommunalen Abwasserbehandlung und Trinkwasseraufbereitung, A8, 1-14, Aachen (1997).

Franta

[23] Fascicule 81, titre II: Fascicule inrerministeriel applicabile aux marches publics de travaux de genie civil (CCTG)-Conception et execution des installations d’epuration d’eaux usees.

Statele Unite ale Americii

[24] EPA , Ultraviolet Disinfection Technology Assessment, EPA, 832-R-92-004, Etats-Units, (1992). [25] EPA, Design Manual-Municipal Wastewater Disinfection, EPA/625/1-86/021, Etats-Units, (1986).

Cap V. Instalatia de recirculare si tratare a apei aferenta complexului de natatie a Universitatii Tehnice din Cluj-Napoca

Complexul Olimpic se afla in exploatarea Universitatii Tehnice ClujNapoca ,situata pe str. C. Daicoviciu, nr 15. Amplasarea complexului este in municipiul Cluj-Napoca, str. Pandurilor, nr2.

Complexul se compune din doua bazine de inot:

– bazinul descoperit avind dimensiunile : lungime 50m , latime 25m si adincime de 2m

– bazinul acoperit avind dimensiunile : lungime 50m , latime 18m si adincime de 2m

Bazinele au sisteme independente de recirculare, filtrare, incalzire si tratare a apei (clorinare si reglaj pH).

5.1. BAZINUL OLIMPIC DESCOPERIT

Bazinul exterior existent are dimensiunile in plan de 50m x 25m. Adincimea bazinului este de 2m.

Apa pentru recirculare se preia de la suprafata bazinului prin rigolele perimetrale dispuse pe laturile bazinului. Avantajul acestei solutii rezida din faptul ca prin circulatia de suprafata se elimina din bazin pelicula superioara cu cea mai mare incarcatura poluanta. Apa este condusa printr-o conducta de PVC Dn 315 la vasul tampon deschis (VT) circulind gravitational. Vasul tampon se compune din doua dezervoare construite din beton, comunicind intre ele cuprintr-o conducta din PVC Dn 140, care asigura un nivel constant de apa.

Deasemenea VT este prevazut cu sistem de golire.

Apa este pompata din vasul tampon in sistemul de filtrare. Exista doua sisteme de pompare-filtrare montate in paralel,ce pot functiona singular sau impreuna, in functie de numarul de inotatori din bazin. Cuplarea sistemului de pompare-filtrare se face automat, semnalul de punere in functiune a celui de al doilea sistem pompare-filtrare este dat de un senzor de nivel ce se afla montat pe peretele vasului tampon VT. Pina la un anumit nivel, dat de volumul de apa dizlocata de suma volumelor inotatorilor din bazin, functioneaza un grup de pompare-filtrare. Cind nivelul apei in vasul tampon VT creste peste o valoare prescrisa, nivel determinat de intrarea in bazin a unui numar mai mare de inotatori, intra in functiune si al doilea sistem de pompare-filtrare.

Sistemul pompare-filtrare se compune din doua pompe de recirculare P1(Q=125mc/h,H=10mca)

dispuse in paralel ce pompeaza apa in doua filtre FL(filtre sub presiune cu nisip).

In momentul ,cand filtrul este incarcat cu materii in suspensie peste nivelul de functionare normala ,creste pierderea de sarcina in filtru(acest lucru putind fi observat pe tabloul de verificare presiune diferentiala datorita celor doua manometre amplasate pe intrare si iesire apa din filtru) filtru trebuia spalat.Pentru spalarea filtrului se realizeaza un circuit invers a apei pe filtru si apoi golirea apei murdare in conducta de golire a bazinului exterior existenta.

In concluzie debitul de recirculare este de 250 sau 500mc/h.

Apa filtrata va fi condusa prin trei schimbatoare de caldura SCH, ce lucreaza in paralel, fiecare schimbator avind o putere de 300 Kw.

Dupa incalzirea acesteia (aproximativ 28°C) apa se introduce in bazin prin intermediul unei conductei de PVC-U cu De=315mm si a insuflatoarelor IS dispuse la fundul bazinului.Agentul termic primar pentru incalzirea apei este apa calda la 60°C-80°C produsa de centrala termica existenta ,care are capacitatea de a furniza energie termica pentru incalzirea apei din toate bazinele existente.

Pe traseul spre bazin apa este adusa la parametrii prescrisi de Sistemul de masurare si dozare automata PH, Cl.

Tinind cont de Ordinului M.S 536/1997 Art. 66 /e (ANEXA) ce stipuleaza ca :

„in zonele de scaldat trebuie sa se asigure un minim de 2,5 mp luciu de apa, pentru fiecare persoana care se scalda in zone cu adincimea apei sub 1,2 m, si cel putin 6,25 mp luciu de apa pentru fiecare persoana care se scalda in zonele in care adincimea apei este mai mare de 1,2m” s-a calcula ca numarul maxim de inotatori din bazin este de 200 persoane .

5.2. BAZINUL OLIMPIC ACOPERIT

Bazinul olimpic acoperit are dimensiunile in plan de 50m x 18m. Adincimea bazinului este de 2m.

Apa pentru recirculare se preia de la suprafata bazinului prin rigolele perimetrale dispuse pe laturile bazinului ( aprox. 40%) si de la fundul bazinului. In tehnologia de tratare nu exista vas tampon, apa din bazinul de inot curge liber in bazinul de filtrare cu diatomita

care se afla la acelasi nivel cu apa din bazinul de inot. Exista doua linii de filtrare-pompare identice montate in paralel, ce pot lucra singular sau impreuna, in functie de numarul de inotatori din bazin. Apa filtrata este pompata din filtrul cu diatomita FD,filtru ce da o apa foarte clara, de o pompa de recirculare PR

ce asigura un debit de 160mc/h. La intrarea in functiune a celor doua linii de filtrare-pompare se asigura un debit de recirculare de 320 mc/h. Pe traseul spre bazin apa este adusa la parametrii prescrisi de Sistemul de masurare

si dozare automata PH, Cl.

Tinind cont de Ordinului M.S 536/1997 Art. 66 /e ” (ANEXA)s-a calcula ca numarul maxim de inotatori din bazin este de 145 persoane

Punerea in functiune a bazinelor a fost autorizata de AUTORITATEA DE SANATATE PUBLICA CLUJ-NAPOCA, in urma efectuarii de probe de apa si in urma verificarii tehnologiei de tratare. La baza autorizatiei de functionare a stat respectarea parametrilor ceruti prin ORDINUL MINISTERULUI SANATATII 536 23/06/1997 si a STAS 12585-87 privitoare la APA DIN BAZINELE DE INOT SI DIN ZONE NATURALE AMENAJATE PENTRU INOT.

AUTORITATEA DE SANATATE PUBLICA CLUJ-NAPOCA efectueaza controale lunar si de cite ori considera necesar verificind incadrarea apei din bazine in parametrii prescrisi prin normative emitind un buletin de analiza.

Calitatea apei in piscina este verificata de 2-3 ori pe saptamina de personalul calificat ce deserveste piscina olimpica, citirile aparatului de clorinare si reglaj pH efectuindu-se de mai multe ori pe zi.

Deasemenea firma care a instalat sistemul de clorinare si reglaj PH efectueaza lunar probe de apa si analizeaza concordanta intre valorile citite si cele masurate.

Probele de apa se iau din mai multe puncte din bazin.

Avand in vedere actuala situatie, pentru imbunatatirea confortului utilizatorilor si cresterea sigurantei, se doreste elaborarea unei solutii tehnice, cuprinsa in etapa urmatoare, care sa prevada introducerea unei trepte ecologice de oxidare avansata cu ozon /UV in vederea reducerii cantitatii de clor utilizate, a eliminarii cloraminelor si trihalometanilor din apa tratata.

Concluzii

Prezenta etapa si-a propus realizarea unui studiu documentar privind tehnologiile de tratare si dezinfectie a apei din piscinele publice. Au fost analizate comparativ opt tehnologii de dezinfectie utilizate pe plan mondial si european. In analiza acestor tehnologii au fost urmariti cativa parametri de baza, printre care amintim:

Eficienta de dezinfectie a tehnologiei;

Usurinta in exploatare;

Impactul asupra mediului;

Impactul asupra utilizatorului uman;

Gradul de aparitie a produsilor secundari de reactie;

Costurile de exploatare.

Fiecare din tehnologiile analizate au fost abordate pe larg, cuprinzand aspecte teoretice, aspecte tehnice si practice. In urma analizei efectuate , consideram ca , in cazul concret a unor piscine de interes public o tehnologie eficienta de dezinfectie trebuie sa indeplineasca urmatoarele criterii:

Grad ridicat de eficienta;

Manipularea si depozitarea unor cantitati cat mai mici de substante chimice, agentul dezinfectant de baza sa fie produs, pe cat posibil , la locul aplicatiei;

Evitarea formarii de subprodusi de reactie cu efect nociv asupra utilizatorilor;

Tehnologia de dezinfectie sa fie etapa complementara treptei de filtrare si recirculare;

Sa permita realizarea unui grad inalt de automatizare a procesului.

Avand in vedere cele de mai sus, consideram tehnologiile de oxidare avansata cu ozon si tratare cu radiatie UV ca fiind tehnologiile care indeplinesc in cea mai mare masura criteriile de mai sus. Astfel, atat ozonul cat si tratamentul cu radiatie UV nu implica utilizarea unor agenti chimici suplimentari de tratare, fiind produsi la fata locului. Procesele avansate de oxidare nu numai ca ofera o dezinfectie excelenta , ci elimina in mare parte substantele organice indezirabile, precursori ai unor produsi secundari nedoriti (cloramine, trihalometani) . Aceste procese permit integrarea intr-un sistem de control automat, minimizand posibilele riscuri ce pot sa apara pe parcursul operarii. Luand in considerare toate aceste aspecte, consideram ca prezenta etapa si-a atins obiectivele, putand aborda in continuare etapa de elaborarea a unei solutii tehnologice noi de recirculare si tratare a apei din piscinele olimpice.

BIBLIOGRAFIE

1. C. Feofanovici Pavlov, P.Grigorevici Romankov, A. Alecseevici Noskov – Procese si aparate in ingineria chimica – Editura Tehnica Bucuresti, 1981

2. J. Florea, D. Robescu, T. Petrovici , D. Stamatoiu – Dinamica fluidelor polifazice si aplicatiile ei tehnice – Editura Tehnica Bucuresti, 1987

3. D. Niculae Robescu, S. Lanyi, L. Diana Robescu, I. Constantinescu – Fluide polifazate –Editura Tehnica, 2000

4. Echipamente moderne pentru instalatiile de aerare din treapta biologica a statiilor de epurare industriale si orasenesti – contract ICPE Bistrita SA 049- C / 2001

5. Ozonotehnologie de dezinfectat și oxigenat apa din bazinele piscicole cu scopul creșterii eficienței economice a reproducerii artificiale a peștilor, contract ICPE

Bistrita SA- 133 /2002

6. Statie autonoma de tratare a apei prin tehnologii ecologice, in vederea potabilizarii in zone izolate, calamitate sau contaminate, contract ICPE Bistrita SA – 1578 /2001

7. Adrian-Gabriel Ghiauș, Robert Gavriliuc – Modelarea matematică a curgerii gazelor în separatoare cu șicane, Buletinul științific al UTCB, nr. 2/2004

8. World Health Organization, 2000, ”Guidlines for safe recreational water environments”, Vol.2., Final draft, chapter 4;

9. Piscines, Hygiène et Santé, DRASS (France):s.d. ISBN 2-11-086141-X;

10. Dioxyde de chlore: http//pravarini.free.fr/desinfectants.html;

11. F.Edeline,” Le dioxide de chlore pour la maîtrise de la qualité de eaux”, Tribune de l’eau, 2001, no. 5, vol 54, 613-614;

12. Efectivness of Chlorine Dioxide in Disinfection, www.clo2.com/reading/drinking/cake/cake.html;

13. What is bromine ?

www.epoolandspa.com/info/online_water_testing/information/bromine.html;

14. ”Bromine Disinfection of swimming pool, spa pool, hydrotherapy pool „ , South

Australian Health Comission Code;

15. Michael Moore, Minister for health and community Care, Australian capital territory Public Health Act 1997, Instrument no 260 of 1999, „Determination of code of practice”;

16. A. Legros et al., „Traiment des eaux de piscine par la procédé électro-physique”,

T.S.M., -L’eau, iun. 1986, pag. 301-306;

17. Yahya M.T., Landeen L.K, et al. ,”Disinfection of bacteria in water systems by using electrolytically generated copper, silver and reduced level of free chlorine”,

Can. J. Microbiol., 36, 109-116, 1990;

18. Yahya M.T., Kutz S.M., „Swiming pool disinfection . An evaluation of the efficacy of copper:silver ions”, Journ. Environ.Health, 228-285, 1990;