Woda pitna to czysta woda, która nadaje się do bezpośredniego spożycia (bez zagrożenia dla zdrowia). Powinna zawierać odpowiednią ilość soli mineralnych i być pozbawiona zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych. Wodociągi dostarczające wodę do kranu w wielu rejonach Polski, korzystają z wód głębinowych (taka woda jest najlepszej jakości), które niemal nie wymagają uzdatniania. Często się je dodatkowo napowietrza i filtruje, aby usunąć nadmiar manganu i żelaza. Najczęściej jednak sieci wodociągowe są zasilane z płytkich pokładów wód gruntowych pod wodami powierzchniowymi, np. pod rzekami. W tym celu wykorzystuje się ujęcia infiltracyjne, które doprowadzają wodę spod dna lub ze specjalnie dostosowanych stawów. Taka woda ulega wstępnemu naturalnemu oczyszczaniu, przepływając przez kilkumetrową warstwę kamieni i piasku, a następnie uzdatniana jest w stacjach wodociągowych.

Praca domowa

Jak w przyrodzie oczyszcza się woda? – filtracjafiltracjafiltracja wody przez kolumnę warstw mineralnych.

Przygotuj:

• żwir;

• piasek gruboziarnisty;

• piasek drobnoziarnisty;

• węgiel aktywny (można wykorzystać także inne sorbenty, np. montmorylonit, zeolity);

• filtr do kawy/ sączek;

• woda, ok. 500 ${\mathrm{cm}}^3$ wymieszana z dwoma łyżkami ziemi do kwiatów;

• butelka PET z odciętą dolną częścią.

RUJUZKIo2b8Xq

Ilustracja przedstawia plastikową butelkę z odciętą dolną częścią. Od dołu - od strony szyjki butelki - znajdują się w niej następujące elementy i warstwy: filtr do kawy, drobny piasek, węgiel, piasek gruboziarnisty, żwir, węgiel, piasek gruboziarnisty, żwir. Do butelki wlewamy wodę z dwiema łyżkami na przykład ziemi do kwiatków.

Butelkę o pojemności 1,5 ${\mathrm{dm}}^3$ ucinamy u podstawy i odwracamy do góry dnem, umieszczając ją w zlewce lub w szklance (tak, by pomieściła się wyciekająca woda). W miejsce przy nakrętce wkładamy filtr do kawy lub złożony sączek. Do butelki wsypujemy kolejne warstwy mineralne: drobnoziarnisty piasek, węgiel aktywny, piasek gruboziarnisty i żwir – możesz testować ilość warstw i ich kolejność.  Pozostaw ok. 3‑4 cm wolnego miejsca u góry butelki. Około 500 ${\mathrm{cm}}^3$ wody wymieszaj z czymś, co ją zanieczyści, np. z dwoma łyżkami ziemi do kwiatów. Tak przygotowaną mieszaninę przelej powoli do swojej kolumny filtracyjnej. Obserwuj, co się dzieje.

Woda pitna, zanim trafi do sieci wodociągowej i naszych kranów, najczęściej zostaje odpowiednio przygotowana w stacji uzdatniania wody i musi spełniać wymagania określone w rozporządzeniu (kliknij w poniższy załącznik i zobacz, jak wygląda taki dokument).

Woda pitna jest najważniejszym zasobem na naszej planecie. Niestety, nie wszystkie wody nadają się do spożycia przez ludzi. Oprócz zanieczyszczeń występują w niej często o wiele bardziej niebezpieczne wirusy, bakterie, pasożyty lub mikrozanieczyszczenia, których usunięcie za pomocą prostych technologii filtrowania jest niemożliwe.

Najtańszą i najbardziej popularną metodą dezynfekcji wody jest chlorowanie. Do wody dodaje się chloru gazowego, chloranu(I) sodu lub chloranu(I) wapnia. Proces dezynfekcji wody tą metodą powinien trwać min. 20 minut, a jego skuteczność uzależniona jest w głównej mierze od wartości pH wody. Chlorowanie jest pewnym sposobem oczyszczania wody, jednak efektem tego jest gorszy smak i specyficzny zapach. Dlatego czasami wykonuje się jeszcze dechlorację wody na węglu aktywnym.

R1AW7y9VGcwmy

Zdjęcie przedstawia basen z wydzielonymi torami do pływania.

Ozonowanie jest także sposobem oczyszczania wody pitnej m.in. z drobnoustrojów, czyli dezynfekcji wody. Metoda ta polega na przepuszczaniu przez wodę powietrza nasyconego ${\text{O}}_3$. Ozon wytwarzany jest w specjalnych urządzeniach zwanych generatorami ozonu (ozonatorami). Jego produkcja oparta jest na zasadzie elektrycznych wyładowań w zmiennym polu wysokiego napięcia, które oddziałuje na strumień czystego suchego tlenu lub powietrza z otoczenia.

Stacja ozonowania wody składa się zazwyczaj z urządzeń do wytwarzania ozonu i zbiorników kontaktowych, służących do wprowadzania ozonu do dezynfekowanej wody. Mieszanie ozonu z poddawaną czyszczeniu wodzie wykonuje się w zbiorniku absorpcyjnym. Żeby uzyskać najwyższy stopień dezynfekcji wody pitnej, zużycie ozonu powinno wynosić 0,6–4 $\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{m}}^3}$, a czas kontaktu z wodą ok. 10 min.

Ozon jest jednym z najsilniejszych utleniaczy i bardzo dobrze nadaje się do uzdatniania wody oraz oczyszczania ścieków (w tym odcieków przemysłowych, kopalnianych czy spod wysypisk śmieci). Warto podkreślić, że stosowanie ozonu jest ekologiczne, ponieważ zanieczyszczenia, barwa, zapachy i mikroorganizmy redukowane są bez powstania szkodliwych produktów ubocznych. Ozon ulega biodegradacji do czystego tlenu, a więc nie pozostawia po sobie toksycznych półproduktów rozpadu. Nie skaża środowiska ani nie odkłada się w tkankach żywych organizmów, a sam proces wytwarzania ozonu nie wymaga dużego zużycia energii.

Ozon wykazuje silne i szybkie działanie na bakterie chorobotwórcze, jak: Salmonella spp., E. Coli sp., Clostridium spp., Cryptosporidium spp., a także wykazuje duże zdolności unieszkodliwiania: spor, cyst i wielu innych mikroorganizmów.

R1YHCMNFFs6VT

Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawia laseczki Salmonelli. Występują nielicznie pomiędzy wybarwionymi na żółto strukturami.

R1Biq62crComz

Zdjęcie ze skaningowego mikroskopu elektronowego przedstawia Escherichię coli. Bakterie mają pałeczkowaty kształt. Układają się jedna na drugiej i pną się w górę, tworząc stos o nieregularnym kształcie.

RDeWyLsfgZIud

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia pojedynczą pałeczkę z końcami opadającymi nieco w dół. Dookoła pałeczki przyczepione są liczne nici.

W przeciwieństwie do innych środków chemicznych, ozon działa niszcząco nie tylko na żywe mikroorganizmy, ale również na wirusy. Atakując i utleniając ściany komórkowe mikroorganizmów, wchodzi w reakcję z mikroskopijnymi organizmami bakterii, wirusów i grzybów, powodując ich unicestwienie. Ponadto usuwa również opary substancji organicznych, takich jak: rozpuszczalniki, benzyny, lakiery, farby, oleje naturalne oraz syntetyczne i wiele innych.

Jego aktywność przeciwdrobnoustrojowa przewyższa aktywność chloru ok. 50‑krotnie. W badaniach porównawczych aktywności ozonu i chloranu (I) sodu wobec bakterii występujących w ściekach szpitalnych (głównie z rodzaju Enterococcus spp.) wykazano znacznie wyższą skuteczność bakteriobójczą ozonu, nawet wobec enterokoków opornych na wankomycynę (bardzo silny antybiotyk stosowany przy ciężkich zakażeniach bakteriami obojętnymi na inne leki przeciwbakteryjne).

RAm2FlgZPuRHb

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia owalne struktury, tworzące skupiska.

Dodatkową zaletą ozonu jest znacznie krótszy czas działania, w porównaniu z czasem biobójczego działania chloranu(I) sodu. Obok działania bakteriobójczego, ozon wykazuje również ważną cechę w przypadku zapewnienia czystości wody – zdolność ograniczania liczebności glonów i pierwotniaków oraz pleśni i innych grzybów.

RI265O5sCFDY1

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia jednokomórkową strukturę o zielonej barwie i kulistym lub elipsoidalnym kształcie. Większość chlorelli styka się ze sobą. Niektóre występują pojedynczo.

R3kCKhzjoRfK0

Zdjęcie mikroskopowe ukazuje pantofelka. Ma wydłużony, owalny kształt. Ciało z zewnątrz pokryte jest rzędami rzęsek. Wnętrze ciała wypełniają zielone, kuliste struktury.

R1O2hgwCRBDRV

Zdjęcie przedstawia pleśń w formie kulek na powierzchni cieczy. Powierzchnia kulek pokryta jest drobnymi włoskami, pędzelkami w kolorach białym na zewnątrz i zielonym na środku.

Jednak w trakcie procesu ozonowania cząsteczka ozonu ulega rozpadowi, tworząc tlen cząsteczkowy. Po rozpadzie, w oczyszczanej wodzie nie ma już kolejnych cząsteczek wolnego ozonu, który chroniłby ją przed wtórnym skażeniem. Dlatego ozonowana woda nie jest tak odporna na przesyłanie rurociągami, jak woda chlorowana. Z tego powodu nie da się całkowicie wyeliminować chloru z procesu uzdatniania wody, jednak można go w istotny sposób ograniczyć do ilości wystarczającej, by utrzymać sterylność sieci wodociągowej po przejściu wody przez Stację Uzdatniania. Zabieg taki wyraźnie poprawia właściwości organoleptyczne spożywanej wody (brak wyczuwalnego zapachu i smaku chloru oraz mętnego zabarwienia).

Słownik

Bibliografia:

Białoszewski D., Bocian E., Tyski S., Postępy Mikrobiologii, „Polskie towarzystwo Mikrobiologów” 2012, t. 51, 3, s. 177–184.

Bilińska L., Wrębiak J., Ledakowicz S., Ozonowanie jako etap technologii oczyszczania ścieków włókienniczych, „Inż. Ap. Chem.” 2015, t. 54, 4, s. 146‑147.

Biń A. K., Zastosowanie ozonowania oraz procesów pogłebionego utleniania do uzdatniania wody pitnej i oczyszczania ścieków w Polsce, „Rocznik Ochrona Środowiska” 1999, t.1, s. 7‑25.

Michalski R., Łyko A., Uboczne nieorganiczne produkty dezynfekcji wody. Problemy i wyzwania, „Inżynieria i Ochrona Środowiska” 2012, t. 15, 4, s. 353‑364.

Rakocz K., Rosińska A., Wpływ utleniania chemicznego na zmiany zawartości substancji organicznych w wodzie, „Proceedings of ECOpole” 2017, t. 11, 1, s. 269‑277.

Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, Dziennik Ustaw Rzeczypospolitej Polskiej, Warszawa 2017.