Реферат современные методы очистки воды: works.doklad.ru — Учебные материалы

Содержание

Помощь с учёбой от преподавателя Натальи Брильёновой

Обо мне

Здравствуйте, я, Брильёнова Наталья Валерьевна, бывший преподаватель кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института. С 2014 года занимаюсь онлайн образованием. У меня работает большая команда бывших преподавателей с огромным опытом и квалификацией.

Мы за этот месяц выполнили:заказов.

Мы помогаем с предметами любого уровня сложности из разных учебных заведений: средняя школа, колледж или университет. Независимо от темы, объёма – задание в одну формулу или большая расчётная работа от 80 страниц, я и моя команда всегда выполняем высококачественно. Каждый день я и моя команда преподавателей помогаем ученикам и студентам учиться лучше.

Мы всегда соблюдаем сроки. Наша цель – чтобы вы учились на хорошие оценки! Нет времени, но хотите хорошую оценку? Попросите меня вам помочь! Согласуем с вами требования и сроки и через 1-4 дня всё будет на «отлично».

Мои особенности

Любой срок — любой предмет:

Я и моя профессиональная команда поможем с любым предметом, независимо от темы или сложности.

Whatsapp чат 24/7:

Общайтесь со мной в любое время чтобы обсудить детали заказа и т. д.

Оригинальность:

У меня разработан эффективный алгоритм проверки на плагиат. Я проверяю каждую работу через различные инструменты обнаружения плагиата для получения оригинального текста. Оригинальность наших работ от 88%.

Доступные цены:

Я предлагаю самую лучшую цену. У меня есть скидки от 20% для тех, кто сделает больше пяти заказов.

Как заказать?

Напишите мне в whatsapp и прикрепите своё задание и методические материалы (лекции) и укажите сроки выполнения.

Я изучу ваш заказ и рассчитаю стоимость.

Как только вы оплатите свой заказ, я и моя команда преподавателей его выполняем.

В указанную вами дату или, возможно, раньше получаете свой заказ!

Помощь с учёбой от преподавателя Натальи Брильёновой

Обо мне

Мы за этот месяц выполнили:заказов.

Мои особенности

Любой срок — любой предмет:

Я и моя профессиональная команда поможем с любым предметом, независимо от темы или сложности.

Whatsapp чат 24/7:

Общайтесь со мной в любое время чтобы обсудить детали заказа и т. д.

Оригинальность:

У меня разработан эффективный алгоритм проверки на плагиат. Я проверяю каждую работу через различные инструменты обнаружения плагиата для получения оригинального текста. Оригинальность наших работ от 88%.

Доступные цены:

Я предлагаю самую лучшую цену. У меня есть скидки от 20% для тех, кто сделает больше пяти заказов.

Как заказать?

Напишите мне в whatsapp и прикрепите своё задание и методические материалы (лекции) и укажите сроки выполнения.

Я изучу ваш заказ и рассчитаю стоимость.

Как только вы оплатите свой заказ, я и моя команда преподавателей его выполняем.

В указанную вами дату или, возможно, раньше получаете свой заказ!

Помощь с учёбой от преподавателя Натальи Брильёновой

Обо мне

Мы за этот месяц выполнили:заказов.

Мои особенности

Любой срок — любой предмет:

Я и моя профессиональная команда поможем с любым предметом, независимо от темы или сложности.

Whatsapp чат 24/7:

Общайтесь со мной в любое время чтобы обсудить детали заказа и т. д.

Оригинальность:

У меня разработан эффективный алгоритм проверки на плагиат. Я проверяю каждую работу через различные инструменты обнаружения плагиата для получения оригинального текста. Оригинальность наших работ от 88%.

Доступные цены:

Я предлагаю самую лучшую цену. У меня есть скидки от 20% для тех, кто сделает больше пяти заказов.

Как заказать?

Напишите мне в whatsapp и прикрепите своё задание и методические материалы (лекции) и укажите сроки выполнения.

Я изучу ваш заказ и рассчитаю стоимость.

Как только вы оплатите свой заказ, я и моя команда преподавателей его выполняем.

В указанную вами дату или, возможно, раньше получаете свой заказ!

Методы очистки воды реферат по экологии

Методы очистки сточной жидкости. Очистка бытовой сточной жидкости производится механическими, биологическими и химическими методами. Производственные сточные воды очищают физико-химическими и химическими методами, из которых наиболее часто применяют нейтрализацию, экстракцию и эвапарацию. При механической очистке из сточной жидкости удаляют загрязнения, находящиеся в ней в нерастворенном и частично коллоидальном состоянии. Содержащиеся в сточной жидкости отбросы (бумаги, тряпки, кости, очистки от овощей, различные производственные отходы) предварительно задерживаются решетками. Загрязнения минерального происхождения (песок, шлак и др.) осаждаются в сооружениях, называемых песколовками. Основную массу загрязнения органического происхождения, находящихся во взвешенном состоянии, осаждают из сточной жидкости в отстойниках, которые по своей конструкции и по характеру движения в них сточной жидкости бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные. Выпадающие в отстойниках нерастворенные вещества (осадок) периодически удаляют для последующей обработки. Для очистки малых (до 25м/сут) количеств сточной жидкости применяют также гнилостные резервуары (септики), представляющие собой горизонтальные отстойники, в которых выпадающий осадок накапливается в течение длительного периода и перегнивает. Кроме того, применяют двухъярусные отстойники, являющиеся комбинацией горизонтального отстойника (верхняя часть) и гнилостной камеры для сбраживания выпадающего осадка (нижняя часть). Осадок из горизонтальных, вертикальных и радиальных отстойников с преобладающим содержанием веществ органического происхождения подвергается сбраживанию (разложению) в специальных сооружениях, называемых метантенками. После сбраживания осадок из септиков, двухъярусных отстойников и метантенков подвергается обезвоживанию, которое осуществляется путем естественной сушки осадка на открытом воздухе на специальных иловых площадках или искусственными методами – вакуум- фильтрацией, термической сушкой. После отделения воды (обезвоживания) сброженный осадок можно использовать как удобрение. Механический метод позволяет выделить из сточной жидкости 60 – 80% нерастворенных загрязнений. Типовые схемы сооружений для механической очистки сточной жидкости приведены на рис. На схеме 1 изображены септик, иловые площадки, обеззараживание; на схеме 2 – двухъярусные отстойники, иловые площадки, обеззараживание; на схеме 3 – отстойники, метантенки, иловые площадки, обеззараживание. Двухъярусные отстойники целесообразно применять для очистки сточных вод небольших и средних населенных мест при количестве сточной жидкости до 10 тыс. м³/сут. При биологической очистке удаляют из сточной жидкости наиболее мелкие взвешенные вещества, оставшиеся после механической очистки, и основную часть коллоидальных и растворенных веществ. В результате аэробных биохимических процессов, протекающих при биологических методах очистки, органическая часть указанных веществ минерализуется. В итоге полной биологической очистки получается незагнивающая жидкость, содержащая растворенный кислород и нитраты. Биологическую очистку ведут либо в условиях, близких к естественным, либо в искусственно созданных. В первом случае естественная биологическая очистка сточной жидкости происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах. Во втором случае искусственная биологическая очистка производится на таких сооружениях, как биологические фильтры и аэротенки. Осветленную сточную жидкость, получающуюся в процессе очистки, выпускают в водоем (реку, озеро и пр.) после ее обеззараживания посредством хлорирования. В процессе биологической очистки, так же как и механической, получаются большие количества осадка (ила), который направляется в метантенк для сбраживания. Для естественной биологической очистки отводят и специально оборудуют поля орошения или поля фильтрации (схема 1). Очистные станции с биофильтрами ( схема 2) сооружают для средних и малых населенных пунктов. Очистные станции аэрации с аэротенками (схема 3) строят для отчистки сточных вод крупных городах. Обработку осадка из первичных и вторичных отстойников производят в метантенках; затем осадок обезвоживают, т. е. Подсушивают на иловых площадках или в ваккум – фильтрах. При химическом методе очистки в сточные воды вводят реагент, способствующий коагуляции и увеличивающий процент задержания нерастворенных веществ. Применяют также нейтрализацию и флотацию. При флотации в сточную жидкость добавляют флотореагенты и воздух, способствующие всплыванию загрязнений. Схема 1 Выпуск Хлора – торная Контактный резервуар Отстойники (септики) Иловые площадки Схема 2 Хлора – торная Контактный резервуар Выпуск сточные воды содержат в основном минеральные примеси, биологическую – при наличии примесей органического происхождения. Если указанные методы не эффективны, прибегают к химическим или физико- химическим методам очистки. Химические методы очистки сточной жидкости. Химические методы очистки заключаются в выделении загрязнений путем химических реакций между загрязнениями сточных вод и реагентами. К таким реакциям относятся: реакции окисления и восстановления, в результате которых происходит перевод загрязнений в новые соединения, обладающие способностью выпадать в осадок, выделяться в виде газов. Наиболее часто применяют нейтрализацию, иногда в сочетании с коагуляцией. Процесс коагулирования состоит в добавлении к сточной жидкости реагента, способствующего быстрому выделению из нее мелких взвешенных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагент (коагулянт) обычно добавляют в сточную жидкость до ее направления в отстойники. В качестве коагулянта применяют полиакриламид, железный купорос FeSO4, сернокислый глинозем Al2(SO4)3. Коагулянт вводят в виде раствора крепостью 6-10%. Сточная жидкость, смешанная с раствором коагулянта в смесителе ершового или перегородчатого типа, направляется в отстойник, в котором происходит осаждение взвешенных веществ. В качестве стимулятора процессов коагуляции применяют полиакриламид. Нейтрализация сточной жидкости происходит при ее химическом взаимодействии с веществами, при дающими воде нейтральную реакцию. Производственные сточные жидкости от шахт, химических, машиностроительных, металлургических, нефтеобрабатывающих и других заводов содержат повышенное количество кислот или щелочей. Спускать эти жидкости в водоемы разрешается при условии снижений кислотных или щелочных загрязнений до допустимых концентраций водородных ионов рH. При нейтральной реакции рH = 7, при кислотной рH ≤ 7, и щелочной рH > 7. При нейтрализации производственных сточных вод следует учитывать количество взаимно нейтрализующих кислот и щелочей, а также щелочной резерв или водоемов, в которые эти воды сбрасываются. Нейтрализацию кислых или щелочных вод можно осуществлять следующими способами: 1)смешиванием кислых и щелочных сточных вод перед спуском их в канализационные сети; 2)смешиванием сточных вод с реагентом в пропорциях, необходимых для нейтрализации; 3)фильтрацией сточных жидкостей через нейтрализующие материалы; 4)использованием активной реакции городских сточных жидкостей или водоемов. Если нейтрализацию жидкостей производят путем фильтрации, то в качестве фильтрующего материала применяют известняк, мрамор и доломит. Обычно этот способ используют для нейтрализации солянокислых и азотнокислых, а также сернокислых вод при содержании в сточной жидкости не более 5 г/л серной кислоты. Для перемешивания кислых и щелочных сточных жидкостей строят специальные резервуары – усреднители, в которых происходит взаимная нейтрализация сточных жидкостей. В качестве усреднителей могут быть использованы пруды, рассчитанные не менее чем на суточное пребывание в них сточной жидкости. Нейтрализацию путем добавления реагента производят тогда, когда смешивание сточных жидкостей и использование активной щелочности водоема не приводят к необходимым результатам, т. е. сточная жидкость остается кислой или щелочной. В этом случае окончательную нейтрализацию осуществляют путем добавление реагента. Контакт реагента со сточной жидкостью, необходимый для завершения реакции, осуществляется в специальных камерах реакции – нейтрализаторах. Нейтрализатор может быть совмещен с отстойником. Физико-химические методы очистки сточной жидкости К физико-химическим методам очистки сточной жидкости относятся: экстракция, сорбция, эвапорация, кристаллизация, флотация, ионный обмен, электролиз, электродиализ, использование гидроэлектрического эффекта и т. д. При экстракции сточную жидкость смешивают с растворителем, в котором данный вид загрязнения растворяется в большей степени (например, для удаления фенола из сточной жидкости в нее вводят бензол). Растворитель подают снизу. Вследствие того, что его удельный вес меньше удельного веса сточной жидкости, растворитель поднимается вверх. Загрязненная вода, которую подводят сверху, встречает на своем пути растворитель и отдает ему загрязняющие вещества. Очищенная вода отводится снизу, загрязненный растворитель поднимается вверх. При сорбции загрязняющие сточную жидкость вещества либо поглащаются телами твердых веществ (абсорбция), либо осаждаются на его активно развитой поверхности (адсорбция). В третьем случае (химсорбция) происходит химическое взаимодействие загрязненного вещества с твердым телом. Для очистки производственной сточной жидкости чаще всего пользуются адсорбцией. Для этого к очищаемой сточной жидкости добавляют сорбент (твердое тело) в размельченном виде и перемешивают их. Сорбент, насыщенный загрязнениями, отделяют путем отстаивания или фильтрации. В качестве сорбента применяют золу, торф, каолин, коксовую мелочь, активированный уголь и др. Эвапорацией называют отгонку водяным паром летучих веществ, которые загрязняют сточную жидкость. Эвапорация производит в периодически действующем аппарате или в непрерывно действующих дистилляционных колонках. Сточная жидкость, нагретая в теплообменнике, поступает в колонну, через которую навстречу движению сточной жидкости пропускают острый пар. Летучие загрязнения сточной жидкости переходят в пар. Насыщенный загрязнениями пар поступает в поглотительную колонну, где он очищает от загрязнений. Если сточную жидкость нужно очистить от фенола, то пар освобождают от него пропускаем через нагретый до 100º раствор щелочи. При флотации происходит процесс, основанный на всплывании дисперсных частиц вместе с пузырьками воздуха. Всплывание происходит за счет создание пены, обволакивающей частички примесей и удаляемой из воды вместе с ними. Для создания пены воду насыщают пузырьками мелкодиспергированного воздуха. Твердые частицы взаимодействуют с пузырьками воздуха на границе раздела трех фаз: частица-воздух, частица-вода, вода-воздух. Частицы, содержащиеся в сточной воде, прилипают к поверхности раздела вода-пузырек воздуха и всплывают на поверхность воды. При кристаллизации производственные сточные воды очищают путем выделения из нее загрязнений в виде кристаллов. Кристаллизация обычно происходит в естественных прудах и водоемах выпариванием, так как процесс возможен при повышенной концентрации загрязнений. Механическая очистка производственных сточных вод При механической очистке сточных вод из них выделяют нерастворимые и частично коллоидные примеси. К механической очистке относят следующие методы: процеживание, отстаивание, фильтрование, удаление нерастворенных примесей гидроциклонами и в центрефугах. Процеживание воды производят на ситах или решетках в зависимости от величины и гидравлических свойств выделяемых частиц. Крупные вещества задерживаются при помощи решеток, более мелкие – при помощи сит. Процеживанием выделяют из сточных вод плавающие вещества, в основном волокнистые загрязнения. Для удаления из сточной жидкости микроскопических твердых частиц применяют микропроцеживатели. В этом случае обычно требуется предварительная очистка сточных вод. Способом отстаивания из производственных сточных вод выделяют нерастворенные и частично коллоидальные загрязнения минерального и органического происхождения. Для очистки вод от нерастворенных примесей используют отстойники специального назначения: шламоотстойники, нефтеловушки, смолоуловители, сгустители и др. Отстаивание целесообразно применять в рудной, углеобогатительной, химической, металлургической промышленности для осветления сточных вод при использовании их в системе оборотного водоснабжения. Для отстаивания сооружают преимущественно горизонтальные и радиальные отстойники с механизированным удалением осадка. Для очистки сточных вод, содержащих всплывающие примеси (нефть, смолы, жиры и др.) также применяют отстаивание. Для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, используют нефтеловушки; при большом количестве жиров для их удаления устраивают жироловки. В сточных водах коксохимических заводов и газогенераторных станциях содержат смолы и различные смолообразователи. Грубодиспергированные смолы выделяют из вод путем простого отстаивания; тонкодиспегированные же смолы – отстаиванием с коагулированием и фильтрованием. Способом фильтрования задерживают нерастворенные примеси, не осевшие при отстаивании. Для этой цели используют песчаные, диатомитовые и сетчатые фильтры с фильтрующим слоем. Песчаные фильтры применяют при очистке производствнных сточных вод в тех случаях, когда отстаивание не дает нужного эффекта. Иногда используют двухслойные фильтры: в нижнем слое загружается песок, в верхнем – антранцитовая крошка. На предприятиях бумажной промышленности для улавливания волокон применяют сетчатые и вакуумные фильтры. Центрифуги и гидроциклоны используют для осветления производственных сточных вод и сгущения осадка. Гидроциклон представляет собой металлический сосуд конической формы. Под влиянием центробежной силы при вращательном

Реферат на тему Очистка воды – системы очистки воды, фильтры для воды, водоподготовка. Реферат на тему Очистка воды – системы очистки воды, фильтры для. Очистка воды системы очистки воды, фильтры для воды, водоподготовка

Подборка по базе: Понятие вычислительной системы.pdf, Процесс демократизации политической системы республики Казахстан, Анализаторные системы.docx, Лекция Системы оздоровления организма ссылки Word.docx, Вычислительной массу воды,которую нужно выпарить из 200г 12 раст, формирование системы межбанковских расчетов.docx, 7 АНАЛИЗ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ.doc, Инерциальные системы отсчета.docx, 1реферат-Описание системы регулирования уровня воды.docx, Инженерные системы.docx

Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова.

Кафедра общей гигиены.

Реферат на тему:

«Очистка воды – системы очистки воды, фильтры для воды, водоподготовка.»

Исполнитель: Линок А.В.

Студент 3 курса МПФ

5 группы

Преподаватель: Бирюкова Н.А.

Москва 2007 год.

План:

Вступление
Гигиеническая характеристика источников водоснабжения
Очистка воды от железа
Очистка воды от солей жесткости
Очистка воды обеззараживанием

Введение.
Проблема качества питьевой воды затрагивает многие стороны жизни человеческого общества. Словосочетание «питьевая вода» появилось относительно недавно и, несмотря на это, уже превратилось в термин, который встречается в законах и правовых актах, посвященных питьевому водоснабжению. В настоящее время питьевая вода — это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, инженерная, экономическая.

Питьевая вода — вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки воды, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой продукции.

В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия качественно изменился химический состав не только поверхностных, но и подземных вод. Даже на бытовом уровне человек сталкивается с такими проблемами как:

-вода имеет неприятный запах и привкус;

-вода мутная или желтого цвета;

-водонагревательные приборы покрыты густым желтым или белым налетом;

-при использовании воды возникает зуд на кожных покровах.

Для того, чтобы устранить подобные проблемы или свести их к минимуму необходима качественная очистка воды. Прежде чем приступать к системе очистки воды необходимо сделать ее анализ. По результатам анализа оценивается состав воды по технологическим и токсикологическим показателям и выдаются рекомендации по корректировке состава воды с учетом концентрации компонентов и технологии очистки.
Очистка воды – технологические процессы, применяемые для осветления и обесцвечивания воды.

Водоподготовка – технологические процессы обработки природной воды для приведения ее качкства в соответствие с требованиями водопотребителей. Водоподготовка включает следующие стадии: осветление воды, обеззараживание воды, обезжелезивание воды, умягчение воды, озонирование воды, деминерализация воды, дегазация воды, добавление некоторых компонентов: фторирование и пр.
Гигиеническая характеристика источников водоснабжения
Пресную воду можно получать из трёх природных водоисточников: атмосферных осадков, открытых водоёмов и подземных вод. Эти источники значительно различаются как по количеству получаемой из них воды (дебиту), так и по качественному её составу.

Вода, собираемая из атмосферных осадков (дождевая, снеговая), отличается очень низкой степенью минерализации и приближается к дистиллированной; поэтому она рекомендуется для хозяйственных и технических нужд. Мыло хорошо растворяется и пенится в такой воде, при её использовании в нагревательных котлах образуется мало накипи. Однако низкое содержание минеральных солей не даёт возможности систематически использовать эту воду для питья. При длительном употреблении такой воды возникают желудочно-кишечные расстройства в силу нарушения осмотического давления в кишечнике. Постоянное употребление такой воды может вызвать и различные нарушения обменных процессов в организме, так как вода обычно является поставщиком многих необходимых организму химических элементов, которые в атмосферных водах отсутствуют. Кроме того, использование атмосферных осадков в качестве постоянного источника водоснабжения чрезвычайно затруднено из-за непостоянства дебита воды. Невозможно заранее предугадать, когда и в каком количестве выпадут атмосферные осадки. Использование атмосферных осадков в качестве источника водоснабжения осложняется из-за громоздкости сооружений для сбора воды: чтобы собрать большое количество атмосферной воды, требуется сооружение водосборников, имеющих очень большую горизонтальную поверхность.

Степень чистоты атмосферных осадков может резко меняться в зависимости от состояния атмосферы, степени загрязнённости воздуха в той местности, где выпадают осадки, силы и направления ветра, длительности выпадения осадков, их интенсивности и других факторов. Известны случаи, когда атмосферные осадки содержали значительное количество всевозможных загрязнений, которые были подняты в воздух с земли вихревыми потоками или в результате извержения вулканической пыли (так называемые кровавые дожди, содержащие примеси красной породы и пр.). Как правило, первые порции воды, выпадающей в виде атмосферных осадков, больше загрязнены по сравнению с последующими. Наиболее чистыми являются последние порции. Естественно, что микробная загрязнённость атмосферных осадков также непостоянна и зависит от перечисленных факторов. Следует учитывать, что чистота собираемой атмосферной воды зависит также от состояния водосборников и резервуаров для хранения: степень их загрязнения при длительных перерывах между выпадением осадков может быть значительной. В связи с изложенным воду из атмосферных осадков в обычных условиях используют лишь эпизодически для хозяйственных нужд (стирка, мытьё). Целесообразно использование этой воды для технических надобностей. Однако в местностях, где получение пресной воды из других источников затруднено, необходимо максимально использовать все возможности для сбора и сохранения воды из атмосферных осадков. Для питья такую воду можно использовать только после обеззараживания. Из методов обеззараживания при централизованном сборе воды и водоснабжении наиболее доступно хлорирование, причём необходимую дозу хлора нужно устанавливать после каждого сбора воды. В индивидуальном хозяйстве такую воду следует употреблять после кипячения. Необходимо также помнить, что при длительном использовании атмосферной воды для питья в неё необходимо добавлять определённое количество минеральных солей. Состав и количество минерально-солевых смесей для этих целей регламентированы техническими условиями. Комплекты этих солей выпускаются промышленностью.

Вторая группа источников водоснабжения — открытые водоёмы (ручьи, реки, озёра, пруды и др.) — отличается более постоянным дебитом воды и средней степенью минерализации, что позволяет с успехом использовать воду из этих источников как для хозяйственных и технических, так и для питьевых целей.

Однако открытые водоёмы, как правило, подвержены значительному загрязнению извне (пылью из воздуха, непосредственно людьми и животными и особенно разнообразными стоками с поверхности почвы). Поэтому вода из открытых источников может использоваться в питьевых целях только после специальной обработки (очистки и обеззараживания). Необходимость предварительной обработки воды, получаемой из открытых водоёмов, затрудняет использование её в индивидуальном порядке. Поэтому открытые водоёмы обычно служат источником централизованного водоснабжения, что даёт возможность провести централизованную обработку воды и тем самым в значительной степени гарантировать население от возникновения инфекционных заболеваний, распространяющихся через воду.

Как количество воды в открытых водоёмах, так и степень её минерализации и загрязнённости подвержены значительным колебаниям. После выпадения осадков степень минерализации воды в водоёмах снижается, количество её (а, следовательно, дебит источника) увеличивается; при этом резко возрастает загрязнённость воды в результате обильных стоков в водоём с поверхности земли. При длительном отсутствии осадков уменьшается количество воды, увеличивается степень её минерализации в результате испарения и впитывания в почву, снижается загрязнённость благодаря процессам самоочищения, которые постоянно протекают в водоёмах (естественное отстаивание, окисление и минерализация органических веществ и т.д.). Однако по сравнению с атмосферными водами как количественные, так и качественные показатели воды меньше подвержены колебаниям. В водохранилищах, устраиваемых для централизованного водоснабжения крупных населённых мест, свойства воды благодаря её большому количеству меняются в зависимости от выпадения атмосферных осадков ещё меньше.

В некоторых случаях население всё же пользуется водой из открытых водоёмов в индивидуальном порядке. Такая вода загрязнена, опасна в эпидемиологическом отношении и её употребление для питья, мытья посуды и т.д. без обработки может явиться причиной возникновения и распространения желудочно-кишечных инфекций и инвазий.

Подземные воды вытекают на поверхность естественным путём (родники) либо их добывают посредством сооружения различного рода колодцев.

Подземные воды располагаются послойно, пропитывая рыхлые (водоносные) породы земли, которые располагаются между водоупорными слоями, состоящими из плотных пород (глина, камень, известняк).

Просачиваясь через слои земных пород, вода постепенно очищается от взвешенных в ней частиц, в том числе и от микроорганизмов, и растворяет содержащиеся в породах минеральные соли. Поэтому такая вода содержит очень мало взвешенных примесей, т.е. является наиболее чистой по сравнению с водой, получаемых из других источников, но отличается более высокой степенью минерализации. Подземные источники характеризуются также большим постоянством дебита воды, что даёт возможность довольно точно планировать водоснабжение.

Атмосферные осадки оказывают значительно меньшее влияние на количество и свойства воды в подземных источниках по сравнению с открытыми водоёмами, причём степень изменения свойств воды в подземных источниках зависит от глубины залегания водоносного слоя.

В первом, наиболее поверхностном, водоносном слое вода, как правило, ещё значительно загрязнена, и поэтому без специальной обработки пользоваться ею для питья не рекомендуется. Количество и свойства воды в этом слое могут значительно изменяться при выпадении атмосферных осадков. Вода из средних слоёв (второго, третьего) довольно чистая и характеризуется средней степенью минерализации. Поэтому её можно использовать как в качестве питьевой, так и для хозяйственных нужд (плохо моет, образует большое количество накипи и т.д.). Для питья такую воду можно использовать, так как количество взвешенных примесей и микроорганизмов в ней незначительно.

Подземные воды, за исключением самых поверхностных (из первого водоносного слоя), при правильном устройстве и содержании водозаборных сооружений, как правило, могут быть использованы для питья без дополнительной обработки. Они обладают хорошими органолептическими и физико-химическими свойствами, содержат незначительное количество микроорганизмов, среди которых патогенные обычно не обнаруживаются.

Поскольку добыча большого количества воды из подземных источников является делом дорогостоящим и затруднительным, для централизованного снабжения водой крупных населённых пунктов обычно используют открытые водоёмы. В таких случаях на водопроводных станциях перед подачей воды в сеть производят специальную её обработку. Обработку воды необходимо производить также при временном водоснабжении в полевых условиях и в любых других случаях, когда нельзя гарантировать чистоту и безопасность потребляемой воды.

Наиболее распространённые методы обработки воды — очистка (освобождение от взвешенных частиц) и обеззараживание (уничтожение патогенной микрофлоры).

Очистка воды чаще всего производится путём отстаивания её и фильтрации через песчаные фильтры.

Принцип отстаивания заключается в значительном замедлении тока воды и выпадении взвешенных частиц в осадок. Поскольку само по себе отстаивание является малоэффективным методом, оно применяется обычно в сочетании с другими (коагуляцией и фильтрацией).

Фильтрация воды может быть проведена путём применения скорых или медленных песчаных фильтров (реже применяются специальные виды фильтрации).

Принцип устройства песчаных фильтров примерно одинаков: на поддерживающем решётчатом основании размещаются крупнозернистые слои фильтра (гравий), которые, в свою очередь, являются поддерживающими слоями для песка. Собственно фильтрующий слой промытого мелкозернистого песка толщиной около 1,5-2 метра. Фильтрация через такой фильтр неполностью обеспечивает задержку всех взвешенных частиц, наиболее мелкие частицы и значительное количество микроорганизмов могут проходить через него. Для повышения эффективности скорых фильтров воду перед пропусканием через них предварительно подвергают коагуляции.

Метод коагуляции заключается в том, что при добавлении в воду раствора коагулянта последний вступает в соединение с двууглекислыми солями, растворёнными в воде, в результате чего образуется нерастворимое соединение, выпадающее в осадок. Этот осадок в виде студенистых хлопьев выпадает во всём объёме воды и имеет электрический заряд, противоположный по знаку заряду взвешенных в воде механических примесей. Выпадающие в осадок хлопья коагулянта в силу противоположности электрических зарядов сорбируют на себе мельчайшие частицы загрязнений, в результате чего последние укрупняются, лучше оседают при отстаивании и хорошо задерживаются при последующей фильтрации. В качестве коагулянта наиболее часто используют сернокислый алюминий Al₂(SO₄)₃, который при реагировании с солями, растворёнными в воде, образует нерастворимые хлопья гидрата окиси алюминия Al(OH)₃.

Применение коагулянта перед фильтрацией воды через скорые фильтры приводит к тому, что поры фильтрующего слоя песка быстро забиваются и скорость фильтрации резко падает. Поэтому эксплуатация скорых фильтров предусматривает их периодическую промывку, которая производится посредством обратного тока воды. При этом напор промывающей воды регулируют таким образом, чтобы верхний, фильтрующий, слой песка взмучивался. В результате промывки загрязнения, приставшие к песчинкам фильтра, отмываются и уносятся с промывными водами. После прекращения промывки отмытый песок вновь оседает на поддерживающие слои гравия, и фильтрация может быть возобновлена. Периодичность промывки фильтров 12-24 часов.

При фильтрации через медленные фильтры предварительную коагуляцию не производят, а воду, полученную после фильтрации, в течение нескольких дней после ввода фильтра в действие не используют. На поверхности фильтра через несколько дней эксплуатации оседают взвешенные в воде животные и растительные организмы (биопланктон), которые образуют в поверхностном слое фильтра так называемую биологическую плёнку. Эта плёнка имеет мелкопористую структуру и обладает сильными сорбирующими свойствами. Скорость тока воды через фильтры, покрытые плёнкой, весьма невелика (10-20 см/ч), а эффективность задержки загрязнений значительна. Несмотря на отсутствие предварительной коагуляции, при фильтрации воды через медленные фильтры на них задерживаются самые мелкие коллоидные частицы и даже бактерии. Очистка воды достигает высокой степени.

Как правило, после фильтрации через медленные фильтры последующего обеззараживания воды не требуется. Уход за медленными фильтрами заключается в периодическом удалении поверхностного слоя песка вместе с биологической плёнкой. Простота устройства и обслуживания медленных фильтров (исключение процесса коагуляции воды и последующего обеззараживания, отсутствие специальных приспособлений для промывки фильтра и др.) создаёт возможности для сооружения их в местах, где затруднено техническое обслуживание водопроводов, а водопотребление невелико (в сельской местности).

На практике медленные фильтры в настоящее время используются редко, так как небольшое количество воды, необходимое для снабжения населения в мелких населённых пунктах, удаётся обычно получить из подземных источников, а такая вода не требует специальной обработки. В крупных же населённых пунктах с большим водопотреблением медленные фильтры нельзя использовать из-за их низкой производительности. Полезно помнить, что при необходимости длительного использования воды из открытых водоёмов, требующей специальной обработки, можно устроить простые и надёжные очистные сооружения — медленные фильтры.

В случае необходимости очистки воды во временных, полевых условиях можно осуществлять фильтрацию загрязнённой воды через самодельные фильтры. Такой фильтр лучше всего сооружать из деревянной бочки с одним дном или другой подобной ёмкости. В её дне просверливают несколько дырок и ставят над водосборником. Внутрь бочки на дно кладут хорошо выстиранную грубую ткань (мешковину), а затем насыпают промытый речной песок. Пропускаемая через такой фильтр вода будет в значительной степени очищаться взвешенной мути. Однако следует иметь в виду, что такая очистка является лишь подсобным методом обработки воды и после неё воду необходимо обеззараживать.

Если есть возможность выбирать водоисточник для питьевого водоснабжения, необходимо всегда отдавать предпочтение подземным водам, подвергшимся естественной фильтрации, и только при невозможности получения такой воды следует использовать другие источники при условии обязательной обработки полученной из них воды.
Очистка воды от железа
Наличие железа можно определить и на вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характерный неприятный металлический привкус. Игнорирование проблемы железа в воде оканчивается плохо и стоит дорого: потеря «белизны» ванн, отказы в работе импортной бытовой техники, систем отопления и нагрева воды. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение. Что уж тут говорить о вреде для здоровья человека!

Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести:

-Аэрирование – окисление кислородом воздуха с последующим осаждением и фильтрацией. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет около 30 л/м3. Это традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Реакция окисления железа требует довольно длительного времени и больших резервуаров, поэтому этот способ используется только на крупных муниципальных системах.

-Каталитическое окисление с последующей фильтрацией. Наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца (MnO2). Железо в присутствии диоксида марганца быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители.

Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца имеют большой удельный вес и требуют больших расходов воды при обратной промывке. Тем не менее, именно применение этого метода представляется наиболее перспективным направлением в деле борьбы с железом и марганцем в воде.

Очистка воды от солей жесткости

С жесткой водой сталкивался каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки. В ней хуже пенится стиральный порошок и мыло. Высокая жесткость воды делает её непригодной и для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15%, а слой толщиной 10 мм – уже на 50%. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения.

Наиболее эффективным способом борьбы с высокой жесткостью является применение автоматических фильтров – умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде жесткие соли заменяются на мягкие, которые не образуют твердых отложений.

Автоматический умягчитель представляет собой пластиковый корпус с управляющим блоком (клапаном) и баком для приготовления и хранения регенерирующего раствора. Жесткая вода, поступая в фильтр, проходит через слой засыпки из высококачественной ионообменной смолы. При этом происходит изменение химического состава растворенных солей за счет замены ионов кальция и магния на ионы натрия, которые химически связаны со смолой. Когда поглощающая способность смолы снижается до определенного уровня, блок управления автоматически начинает цикл регенерации. Восстановление свойств ионообменной смолы осуществляется при подаче в фильтр водного раствора высокоочищенной поваренной соли (NaCl) за счет обратного замещения накопленных в смоле ионов кальция и магния на ионы натрия. Затем все загрязнения вымываются из фильтра в дренаж, а смола, обогащенная натрием, становится вновь готовой к работе.

Современные синтетические смолы чрезвычайно надежны и долговечны, позволяют работать на высоких скоростях потоков, благодаря чему находят применение в системах с высокой производительностью. Срок службы смолы может достигать 6-8 лет в зависимости от качества исходной воды. В настоящее время благодаря большому разнообразию смол фильтры-умягчители могут быть использованы также для удаления из воды железа и марганца, тяжелых металлов, органических соединений.

Очистка воды обеззараживанием

Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания. Обычными методами при очистке воды являются:

— Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция.

— Озонирование. При применении озона для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие свойства озона.

Ультрафиолетовое облучение. Используется энергия ультрафиолетового излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2.

Обеззараживание питьевой воды, современные методы обеззараживания воды физические и химические

Обеззараживание питьевой воды является важным заключительным этапом общей очистки воды. Питьевая вода непосредственно потребляется человеком и должна соответствовать самым жестким гигиеническим нормативам.

Обеззараживание используется на городских станциях водоочистки, в пищевой промышленности, при очистке сточных вод и т.д. В последние годы системы обеззараживания воды также стали востребованы в сфере индивидуального загородного строительства.

Способы очистки и обеззараживания воды постоянно совершенствуются. В зависимости от исходных условий и поставленной задачи к Вашим услугам различные методы очистки воды от болезнетворных микроорганизмов.

Современные методы обеззараживания воды: физические и химические

Современные методы обеззараживания воды подразделяются на несколько типов. По своей эффективности лидируют физические методы обеззараживания воды и химические методы обеззараживания воды.

Химические методы обеззараживания воды

Всем хорошо знакомо традиционное обеззараживание воды хлором или хлорсодержащими соединениями — например, гипохлоритом натрия. Метод дешевый и достаточно эффективный. Однако, хлорирование имеет серьезные недостатки:

Не гарантируется полное уничтожение всех болезнетворных микроорганизмов

Высокое остаточное содержание хлора после проведения обеззараживания

В результате чего требуется дополнительная очистка воды от соединений хлора. Без доочистки длительное пользование хлорированной водой может нанести вред здоровью.

Развитие технологий очистки воды не стоит на месте. Сегодня промышленность, коммунальные службы и частный пользователь имеют возможность применять современные, более совершенные виды обеззараживания воды.

Обеззараживание озоном

Озон — это трехатомная модификация молекулы кислорода. Мощное бактерицидное действие озона объясняются его высокими окислительными свойствами. Параллельно с обеззараживанием озонирование может восстановить органолептические свойства воды — убрать цветность, запах, привкус. Недостаток метода — производство озона дорого. Требуются специальные коррозионно стойкие материалы, так как остаточный озон разрушает металлические трубы и оборудование. Кроме этого из-за высокой химической активности при взаимодействии озона с некоторыми веществами образуются вредные химические соединения.

Дезинфекция воды марганцовкой (перманганатом калия)

Применение данного химического соединения в концентрации 0,01-0,1% для человека безопасно. Например, слабым раствором марганцовки полощут горло, промывают раны и желудок, обрабатывают семена растений. Туристы кипятят на костре воду, бросив в нее несколько кристалликов марганцовки (описанный способ дезинфекции рассчитан на очистку небольшого количества воды в полевых условиях). Бактерицидный эффект основан на высоких окислительных свойствах перманганата калия.

Физические методы обеззараживания воды

Обеззараживание ультразвуком

Бактерицидное действие основано на механическом разрушении клеточных оболочек бактерий в поле звуковой волны. Ультразвук производится специальным генератором — пьезоэлектрическим или магнитострикционным. Для эффективного обеззараживания воды используется частота звука 48 000 Гц. Об эффективности воздействия звуковых колебаний с частотой больше 20 000 Гц на физические объекты говорит тот факт, что с помощью ультразвука можно резать металл и обрабатывать алмазы.

Ультрафиолет

Ультрафиолетовое излучение без натяжек можно определить как самое совершенное на сегодня средство для обеззараживания воды. Ультрафиолетовые лучи относятся к невидимой коротковолновой части спектра. При обработке воды уф-лучами полностью отсутствуют какие-либо негативные последствия. Для увеличения эффективности уф-обеззараживания достаточно увеличить мощность излучателя. Срок службы бактерицидной лампы составляет несколько тысяч часов. Монтаж и техническое обслуживание уф-обеззараживателя не представляет никаких сложностей.

Современные методы обеззараживания питьевой воды

Современные методы обеззараживания питьевой воды.

Ключевые слова:

Вода
Обеззараживание
Дезинфекция
Человек

Аннотация:

Среди отраслей, направленных на улучшение жизни общества и человека, благоустройства сел и городов и развития промышленности, водоснабжение занимает одно из первых мест. Сейчас обеспечение граждан Н2О хорошего качества стало проблематичным. Проблема затрагивает все сферы жизни людей за все время их существования. Основные требования к качеству питьевой воды (ПВ): эпидемиологическая и радиационная, химическая безопасность, обладающая положительными органолептическими свойствами.

Очистка h3O, включающая в себя осветление и обесцвечивание, является 1-й стадией в подготовке ПВ. В процессе очистки h3O удаляет взвешенные вещества, яйца гельминтов и микробов. Для создания препятствий для возможной передачи через h3O кишечных инфекций и других опасных заболеваний люди используют его дезинфекцию, т. е. уничтожение живых бактерий и вирусов.

Хлорирование.

Наиболее распространен и эффективный способ дезинфекции h3O начальным хлорированием. Сегодня этим методом обеззараживают 98,6% Н2О. Причина этого заключается в повышении эффективности дезинфекции h3O и эффективности технологического процесса по сравнению с другими методами. Хлорирование позволяет очистить h3O от негативных органических и биологических загрязнений и уничтожить все растворенные соли Fe и Mn. В настоящее время предельно допустимые концентрации установлены в развитых странах в пределах от 0,06 до 0,2 мг/л и соответствуют современным научным представлениям о степени их опасности для человека.

Для Н2O применяют хлорирование Cl (жидкое или газообразное), диоксид Cl и другие соединения хлора.

Хлор.

Cl-это самая распространенная из всех веществ, применяемых для дезинфекции РО. Это объясняется высокой эффективностью, простотой использования технологического оборудования, дешевизной используемых реагентов — жидкий или газообразный CL и относительно простое техническое обслуживание. Однако Cl является токсичным веществом, требующим соблюдения мер по обеспечению безопасности при перевозке, хранении и использовании; мер по предотвращению последствий в чрезвычайных ситуациях. Так это непрекращающийся поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющий недостатков.

Диоксид хлора.

Теперь для дезинфекции, в ПВ также предлагается применение диоксида хлора, который имеет ряд положительных признаков, таких как: более высокий бактерицидный и дезодорирующий эффект, отсутствие продуктов обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических свойств Н2O, отсутствие необходимости транспортировки жидкого Cl. Однако диоксид Cl дорогостоящий и должен производиться на месте по высокоразвитой технологии. Его применение перспективно для установок с относительно низкой производительностью.

Ограничивающим фактором при использовании диоксида хлора, до недавнего времени, была повышенная взрывоопасность, усложняющая ее производство, транспортировку и хранение. Тем не менее, современные технологии могут устранить этот недостаток путем производства диоксида Cl непосредственно на месте применения.

Гипохлорит натрия.

Использование гипохлорита Na основано на его способности распадаться в h3O с образованием диоксида Cl. Применение концентрированного гипохлорита Na 1/3 уменьшает вторичное загрязнение по сравнению с использованием газообразного Cl. Кроме того, транспортировка и хранение концентрированного раствора NaClO достаточно просты и не требуют повышенных мер безопасности. Электролитический метод характеризуется низкими затратами и безопасностью, реагент легко дозируется, что позволяет автоматизировать процесс дезинфекции h3O.

Сравнительный обзор традиционных и современных методов очистки воды

Кендра Ю. Различные источники воды. Наука; 2018.
Доступно: https://sciencing.com/different-sources water-7624072.html

Loge FJ, Thompson DE, Douglas RC. ПЦР-определение конкретных патогенов в воде: анализ на основе рисков. Журнал экологической науки и технологий. 2002; 36: 2754-2759.
DOI: 10.1021 / es015777m

Wisner B, Adams J, ВОЗ. Гигиена окружающей среды при чрезвычайных ситуациях и бедствиях: Практическое руководство.Женева: конференция Всемирной организации здравоохранения; 2002.
Доступно: http://www.who.int/iris/handle/10665/42561

Штробл Р., Робиллард Д. Проект сети для мониторинга качества воды в поверхностных пресных водах: обзор. Журнал экологического менеджмента. 2008; 87: 639-648.

Петля CM, белая WB. Концептуальная модель переноса DNAPL в бассейнах карстовых подземных вод. Интернет-библиотека Wiley; 2005. Доступно: https://doi.org/10.1111/j.1745-6584.2001.tb00357.x

Лилия К. Технология очистки воды в Замбии.Проектная работа, гимназия Кунгсхольменс, Беатрис Холлмарк EN3A; 2011.

Виньесваран С., Сундаравадивель М. Традиционные и бытовые методы очистки воды в сельских общинах в развивающихся странах. Рециркуляция, повторное использование и рекультивация сточных вод. 2009; 2: 84-96.

Али Сайед, Макдональд Морган, Джинси Дж., Сампат К., Винотини Дж., Филип, Лиджи Холл. Эффективность соответствующих мероприятий по очистке воды в местах потребления для общин с низкими доходами в Индии с использованием моринги масличной, фильтрации сари-тканью и дезинфекции солнечным УФ-излучением.Журнал «Вода, санитария и гигиена для развития». 2011; 1: 112-123.

Нгаи, Томми, Рошан, Расол, Дангол, Бипин, Махарджан, Махан, Меркотт С. Дизайн для устойчивого развития — бытовой фильтр для питьевой воды для лечения мышьяка и патогенов в Непале. Журнал экологической науки и здоровья. Часть A, Токсичные / опасные вещества и экологическая инженерия. 2007; 42: 1879-88.

Сантош Гулабрао Чавхан. Критический обзор аюрведических и современных методов очистки питьевой воды.Международный аюрведический медицинский журнал. 2015; 3 (3).
ISSN: 2320 5091.

Шарма С., Бхаттачарья А. Методы загрязнения и очистки питьевой воды. Прикладная наука о воде. 2017; 7: 1043–1067.

Варки А.Дж. и Дламини MD. Очистка воды в местах потребления с использованием фильтров для воды из глиняных горшков и медной сетки. Вода SA ?? 2012; 38.

Mohamed S. Процессы биологической и химической очистки сточных вод, Технология очистки сточных вод; 2015.
DOI: 10.5772 / 61250

Различные методы очистки питьевой воды

Очистка или фильтрация воды удаляет нежелательные химические вещества, физические загрязнители и взвешенные твердые частицы из сырой воды, чтобы сделать воду безопасной для питья.Короче говоря, очистка воды гарантирует, что вода, которую вы пьете, не содержит загрязняющих веществ и пригодна для употребления. Вода в наши дома поступает из разных источников и не пригодна для потребления. Без надлежащей очистки вы можете быть подвержены вредным заболеваниям, передаваемым через воду. Такие процессы очистки, как фильтрация, осаждение и дистилляция, помогают очищать неочищенную воду, чтобы она стала пригодной для употребления.

Биологические процессы, такие как использование медленных песочных фильтров или фильтров с активированным углем, также помогают в удалении примесей из воды.Химические процессы фильтрации, такие как флокуляция и хлорирование, также используются для эффективного удаления примесей. В дополнение к этому, электромагнитное излучение, такое как ультрафиолетовое излучение, также используется для дезинфекции микроорганизмов и делает воду полностью чистой для питья. Конечная цель всех этих процессов — уменьшить количество бактерий, вирусов, грибков и других взвешенных частиц и очистить воду от примесей. Однако большинство из этих процессов нельзя использовать дома, что более или менее не служит цели.В результате возникает необходимость в процессе очистки, который поможет вам получить очищенную воду в домашних условиях без каких-либо проблем. В блоге обсуждаются некоторые из распространенных процессов очистки, которые использовались на протяжении многих лет, и их преимущества.

Традиционные методы очистки воды

Традиционный метод очистки воды

Подобно здоровому питанию, питьевая безопасная и чистая вода важна для сохранения здоровья и предотвращения болезней. С первых дней люди использовали обычные методы очистки / очистки воды.Сельские общины использовали элементарные средства очистки воды для удовлетворения индивидуальных и домашних нужд. Эти методики удаляют из воды примеси, болезнетворные микроорганизмы и крупные частицы, чтобы сделать ее безопасной для питья. Традиционные методики очень просты, и они могут удалять невидимые примеси, тем самым делая воду безопасной для питья.

Традиционные методики очень просты и позволяют удалять невидимые примеси, делая воду безопасной для питья.

Также прочтите: Насколько чиста ваша кипящая вода

Традиционные методы, используемые для фильтрации воды

Фильтрация в глиняном сосуде: Методика заключается в заливке воды в глиняный сосуд с подходящим размером пор. Вода оседает в глиняном сосуде и проходит через поры глины. Очищенная вода собирается в кувшине на дне глиняного сосуда.
Фильтрация через ткань: Это еще один распространенный метод фильтрации, который использовался в первые годы.Процесс фильтрации удаляет загрязнения, такие как мусор, насекомых, частицы пыли и другие взвешенные элементы. Вода проходит через тонкую белую ткань, которая удаляет загрязнения, присутствующие в воде.
Фильтрация осуществляется через просеивающее сито: В процессе фильтрации удаляются крупные частицы и другие физические примеси, присутствующие в воде. Сырая вода проходит через сито для веялки, которое фильтрует все примеси, собирая свежую воду, безопасную для питья.

Это некоторые из традиционных процедур, которые удаляют загрязнители воды и делают воду безопасной для употребления.В дополнение к этим традиционным методам очистки воды существуют и другие процессы, которые включают гравийные фильтры, фильтры из кокосового волокна, двухступенчатый фильтр, фильтр для воды с восходящим / нисходящим потоком, метод фильтрации с использованием прыгающих камней и т. Д. За прошедшие годы были значительно усовершенствованы методы очистки воды, которые удаляют все примеси, присутствующие в воде. Давайте обсудим передовые методы очистки воды, которые используются сегодня.

Здесь: Новые разработки в области водоподготовки

Технологически передовые методы очистки воды:

Источник: KENT RO

Согласно отчету Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), примерно 1.1 миллиард человек не имеют доступа к чистой питьевой воде. Из 4 миллионов ежегодных случаев диарейных заболеваний 88% являются результатом зараженной воды. Это одна из причин, по которой 1,8 миллиона человек ежегодно умирают от диарейных заболеваний. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, примерно 94% этих проблем можно предотвратить с помощью чистой воды. Кроме того, в последнем отчете также говорится, что 91% населения мира в настоящее время получает улучшенный источник питьевой воды, и теперь они свободны от болезней, передаваемых через воду.Учитывая этот фактор, важно использовать передовые технологии фильтрации воды для удаления примесей и сделать воду безопасной для употребления.

С развитием технологий был введен ряд инновационных способов очистки воды и обеспечения ее безопасности для питья. Люди используют высококачественные очистители воды в своих домах и офисах, чтобы питьевая вода была на 100% чистой и безопасной. Традиционный метод кипячения воды небезопасен, так как не удаляет бактерии, цисты, вирусы, которые приводят к заболеваниям, передающимся через воду.Именно здесь очистители воды на основе обратного осмоса, ультрафиолетового или ультрафиолетового излучения могут оказать большую помощь, поскольку они удаляют все типы примесей, присутствующие в воде.

Это возможно благодаря правильному процессу очистки воды и использованию передовых методов очистки. Некоторые из наиболее часто используемых методов очистки упомянуты ниже:

Процесс фильтрации обратного осмоса (RO):

Обратный осмос (RO) — один из самых современных методов очистки воды. В очистителях воды обратного осмоса используется полупроницаемая мембрана, которая удаляет ионы, молекулы и физические частицы из воды, что делает ее безопасной для питья.Процесс очистки обратным осмосом легко удаляет различные типы как растворенных, так и взвешенных примесей. Процесс очистки обратным осмосом собирает физические примеси с одной стороны и не позволяет им переходить на другую сторону. Точнее, обратная мембрана не позволяет крупным молекулам проходить через поры.

Короче говоря, очистка воды обратным осмосом пропускает воду через полупроницаемую мембрану, которая легко фильтруется. Чтобы облегчить вам выбор лучшего очистителя воды обратным осмосом в Индии, мы перечислили два лучших очистителя воды обратным осмосом , из которых вы можете выбрать, чтобы оставаться здоровыми и безопасными.

КЕНТ ТУС

KENT Ace — Лучший очиститель воды обратного осмоса

KENT ACE — это компактный очиститель воды, в котором используется технология двойной очистки. В водоочистителе используется комбинация обратного осмоса + УФ / УФ на разных этапах для удаления примесей и обеспечения 100% безопасной воды. Очиститель поставляется с контроллером TDS, который помогает удерживать важные минералы, присутствующие в очищенной воде. Благодаря превосходному дизайну очиститель воды идеально подходит для индийских кухонь. Некоторые из уникальных особенностей водоочистителя:

Настенное исполнение и исполнение на столешнице
Процесс двойной очистки с контроллером TDS
Вместимость 7 литров воды
Очищает воду из всех источников
Ультрафиолетовая лампа мощностью 11 Вт для дезактивации микроорганизмов
Работа с компьютерным управлением (неисправность УФ-излучения и сигнализация замены фильтра)
Встроенный импульсный источник питания для поддержки широкого диапазона входного напряжения
Корпус изготовлен из АБС-пластика

Livpure Pep Star

Очиститель воды Livpure Pep Star

Следующим в списке идет Livpure Pep Start с элегантным дизайном.В очистителе используется несколько стадий процесса очистки от примесей. Система очистки работает с RO + UV + UF и усилителем вкуса, обеспечивая чистую и здоровую воду. Модель удаляет из воды все загрязнения и другие примеси, тем самым выводя безопасную воду из употребления. Некоторые технические характеристики этой модели перечислены ниже:

Вместимость 7 литров
Очищает поступающую воду из всех источников
Материал корпуса АБС-пластик
Работает при напряжении 24 В постоянного тока
Удаляет бактерии и вирусы

Узнайте больше о: Что такое очистка обратным осмосом

Процесс очистки ультрафильтрацией (УФ):

Ультрафильтрация — это один из тех методов очистки воды, который отделяет от воды примеси / вещества, чтобы сделать ее безопасной.В процессе фильтрации удаляются бактерии и другие микроорганизмы, поэтому вы получаете безопасную питьевую воду. Очистители воды UF поставляются с половолоконными мембранами, которые питают поток воды. Вода поступает либо внутрь оболочки, либо проходит через мембрану (в зависимости от конструкции). Мембрана задерживает взвешенные твердые частицы и попадают примеси с высокой молекулярной массой. Чистая вода, не содержащая загрязняющих веществ, проходит через мембрану.

UF идеально подходит для удаления примесей, таких как коллоиды, бактерии и макромолекулы, размер которых превышает размер пор мембраны.Самое приятное то, что в процессе фильтрации для очистки воды не используются химические вещества или электричество. Кроме того, он может удалить из воды 90-100% болезнетворных микроорганизмов и сделать ее безопасной для питья. Есть две лучшие и предпочтительные модели Gravity Water Purifier в этом жанре, и они упомянуты ниже:

KENT Gold Plus:

KET Gold Plus — Гравитационный водоочиститель на основе ультрафильтрации

KENT Gold Plus — один из самых известных ультрафиолетовых водоочистителей на основе ультрафильтрации, имеющий элегантный настольный дизайн.Это в значительной степени соответствует потребностям индийских домов. Он имеет конфигурацию «бак в баке», и это гарантирует, что вода не вытечет из бака при заливке сырой воды. В нем используются надлежащие методы очистки воды и используются самые современные технологии. Модель легко удаляет все вредные микроорганизмы и другие загрязнения. Некоторые из технических характеристик моделей:

Гравитационный очиститель ультрафильтрации
Неэлектрические и безхимические методы очистки воды
Конфигурация бак в баке
Модель лучше всего работает при низком уровне TDS
Емкость для хранения воды 20 литров (10 литров для сырой воды и 10 литров для очищенной воды)
Спин-сварная УФ мембрана
Конструкция из пищевого пластика
Удаляет такие микроорганизмы, как пыль, песок, бактерии и цисты

KENT Gold Optima:

KENT Gold Optima

Следующей моделью с этой технологией очистки является KENT Gold Optima, которая пользуется широким признанием клиентов за ее превосходный дизайн и инновационные технологии.Модель наилучшим образом соответствует потребностям индийского дома благодаря своей компактной конструкции. Для его работы не требуется электричество. Он использует методы очистки воды ультрафильтрацией, которая удаляет все вредные микроорганизмы. Это сделает воду безопасной для употребления. Кроме того, в водоочистителе не используются химические вещества для очистки поступающей воды. Некоторые характеристики этой модели указаны ниже:

Гравитационный ультрафильтрационный очиститель воды
Удаляет загрязнения, такие как бактерии, цисты и другие вещества
Неэлектрический очиститель без химикатов
Емкость 10 литров (5 литров сырой воды и 5 литров очищенной воды)
Гидрофильная УФ мембрана
УФ мембрана, сваренная методом центрифугирования
Пищевая конструкция из прочного пластика

Найдите здесь: 10 лучших очистителей воды для дома в Индии

Процесс очистки ультрафиолетом (УФ):

Ультрафиолетовая очистка воды — еще один эффективный метод очистки воды.Этот процесс дезинфицирует воду от бактерий и делает ее идеальной для питья. Водоочистители оснащены ультрафиолетовой лампой высокой мощности, которая убивает из воды вредные патогены. Кроме того, УФ-лучи также устраняют способность микроорганизмов к размножению. В результате вы полностью защищены от болезней и болезней, передаваемых через воду, вызванных микроорганизмами. Процесс очень эффективен и экологически безопасен. Он уничтожает 99,99% вредных микроорганизмов из воды и делает ее на 100% чистой и безопасной для употребления.Во время процесса очистки химикаты не добавляются, и это еще одно дополнительное преимущество методов очистки воды УФ-излучением. Некоторые преимущества УФ-очистителя:

Эффективно удаляет бактерии и вирусы
Экологически чистая и не требует применения химикатов
Сохраняет запах и вкус воды
Автоматический режим
Легко дезинфицирует микроорганизмы

В этой линейке УФ-очистителей воды одними из лучших и наиболее предпочтительных моделей являются KENT Maxx и Aquaguard Reviva.Технические характеристики этих моделей указаны ниже:

KENT Maxx:

KENT Maxx — Лучший УФ-очиститель воды

УФ-очиститель воды KENT Maxx подходит для настенного и настольного монтажа. Водоочиститель имеет прозрачный съемный резервуар для хранения, который легко снимается для очистки без помощи техника. Водоочиститель работает по лучшим технологиям очистки воды, то есть двойной очистке (УФ и УФ). Это гарантирует, что не останется никаких примесей, а вода, которую вы пьете, безопасна и не содержит всех видов примесей.Это модель, которая также может удалять мертвые бактерии, вирусы и цисты, не позволяя им проходить через тонкие поры УФ мембраны из полых волокон. Это гарантирует, что вода, которую вы пьете, на 100% безопасна и не содержит загрязняющих веществ.

Некоторые из технических характеристик:

Емкость 7 литров
Съемный накопительный бак
Простая очистка на месте
УФ и УФ технология очистки
Как настенный, так и настольный
Подходит для воды с низким TDS
Работа с компьютерным управлением
УФ-лампа 11 Вт
УФ мембрана, сваренная центрифугированием
Пищевой неразрушимый пластик

Eureka Forbes Aquaguard Reviva:

Eureka Forbes Aquaguard Reviva

Eureka Forbes Aquaguard Reviva — еще один очиститель воды на основе ультрафиолетового излучения, который очищает сырую воду, делая ее на 100% безопасной для употребления.В модели используются лучшие методы очистки воды, и она идеально подходит для районов, которые получают воду с низким уровнем TDS. Очиститель воды оснащен уникальной технологией электронного кипячения +, которая удаляет бактерии, вирусы и простейшие и помогает защитить вас от болезней, передаваемых через воду. Модель может удалять микроорганизмы, и это гарантирует, что каждая выпитая вами капля воды будет чистой и безопасной. Некоторые из технических характеристик модели:

Накопительный бак 8 литров
Настольный и настенный монтаж
4 стадии процесса очистки
Удаляет загрязнения и делает воду безопасной
Работа мощностью 16 Вт

Вывод:

Это были некоторые из традиционных и современных методов очистки воды.Методы очистки воды удаляют различные виды примесей, чтобы сделать воду безопасной для употребления и сохранить ваше здоровье. Однако по сравнению с традиционными методами очистки воды современные методы очень эффективны. Современные методы очистки позволяют удалить из воды все примеси и сделать воду полностью безопасной для питья. Лучшее в этом отношении — это то, что вы полностью избежите болезней, передающихся через воду. Итак, если вы хотите пить безопасную и 100% чистую воду, установите водоочиститель сегодня и будьте здоровы.

Как технологии очистки воды используются в развивающихся странах и какие из них наиболее эффективны? Значение для улучшения глобального здоровья — Зинн

Справочная информация

Загрязнение воды является серьезной проблемой для общественного здравоохранения во всем мире, даже в развитых странах. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), улучшение питьевой воды, санитарии, гигиены и управления водными ресурсами может снизить глобальное бремя болезней на 10% (1).Одна из целей в области развития, сформулированных в Декларации тысячелетия, — децентрализовать питьевую воду (2), сделав ее доступной во всем мире, тем самым снизив риск осложнений для здоровья и заболеваемости во всем мире. В развивающихся странах наиболее распространенной формой загрязнения является вода, которая хранилась в плохих условиях (3), что требует более эффективных технологий очистки воды. Крайне важно очищать воду от бактерий и других химических / микробных компонентов, которые могут поставить под угрозу безопасность общественного здоровья.Продолжается разработка передовых и доступных технологий очистки воды для оказания помощи тем, кто не может позволить себе чистую воду. Стратегии профилактики, такие как очистка воды, ознакомление с инструкциями по безопасному хранению питьевой воды и применение улучшенных методов санитарии, могут значительно снизить риск смертельных заболеваний, передаваемых через воду.

Одной из распространенных профилактических мер при очистке воды является хлорирование. Метод хлорирования требует, чтобы люди добавляли одну полную крышку бутылки с раствором гипохлорита натрия в чистую воду или две крышки для мутной воды в контейнер стандартного размера, тщательно перемешивая и ожидая примерно 30 минут перед употреблением (4).Этот метод эффективно инактивирует большинство бактерий и вирусов, вызывающих диарейные заболевания, однако он не так эффективен при удалении простейших, таких как Cryptosporidium (4). Хлорирование стоит недорого, обычно его легко использовать и поддерживать, однако в мутной воде эффективность дезинфекции ниже, и оно может иметь долгосрочные последствия для здоровья, например, при некоторых видах рака, например, ободочной и прямой кишки (4,5). Этот метод очистки воды также был бесплатно распространен в ряде районов стихийных бедствий, включая Индонезию, Индию и Мьянму.

Одна из широко используемых профилактических стратегий для очистки воды, солнечная дезинфекция воды (SODIS), представляет собой безопасный и простой способ убить патогены в воде, делая ее безопасной для питья (6). Результаты показали, что выдержка наполненной бутылки с водой на солнце в течение не менее 6 часов снижает количество патогенов в воде и, таким образом, значительно снижает риск осложнений для здоровья (например, диареи) (7). SODIS использует ультрафиолетовое излучение солнца для улучшения качества воды. Это недорогой и простой способ улучшить качество питьевой воды в домашнем хозяйстве.В исследованиях также изучались недорогие бытовые устройства на основе SODIS в местах использования (POU) в Пакистане (7). В исследовании сделан вывод, что SODIS успешно справляется с очисткой загрязненной воды и может использоваться людьми, живущими в крупных городах, испытывающих нехватку питьевой воды (7).

Другими известными профилактическими стратегиями являются керамические фильтры и фильтры для воды из биопеска (BSF). Биопесчаная фильтрация — это медленный песочный фильтр, адаптированный для использования в домашних условиях. Самая распространенная версия BSF — это бетонный контейнер примерно 0.9 метров высотой и 0,3 квадратных метра засыпаны песком. Уровень воды поддерживается на уровне 5–6 сантиметров над слоем песка, чтобы расти на поверхности песка, что, в свою очередь, помогает уменьшить количество болезнетворных организмов. Поверх песка кладется пластина с отверстиями для предотвращения разрушения биоактивного слоя при добавлении воды в систему. Фильтры могут быть эффективными ПМ благодаря своей универсальности и возможности простого использования в домашних условиях. Таким образом, эти технологии облегчают людям хранение санитарной воды в собственном доме (8).Исследования также показали, что керамические фильтры в 3–6 раз более рентабельны, чем централизованная система водоснабжения, для снижения заболеваний, передаваемых через воду (например, диарейных заболеваний) среди детей до пяти лет (9). Известно, что фильтры безвредны для окружающей среды с точки зрения низкого энергопотребления, расхода воды и выбросов твердых частиц (9,10).

Медленная фильтрация через песок (SSF) — еще один простой метод удаления патогенов и частиц из питьевой воды (11). Увеличение площади поверхности песка приводит к увеличению возможных адсорбционных пространств на песке и биопленке, прикрепленной к песчинкам.Сообщалось, что увеличение от 0,25 до 0,63 мм фильтрующего песка размером d 10 привело к снижению общего удаления бактерий группы кишечной палочки с 98,6% до 96%, что свидетельствует о высокой эффективности (11).

Мембранные фильтры обычно производятся в виде плоских листов или полых волокон, которые затем формируются в мембранные модули. Модули обычно включают заливку или герметизацию мембранного материала в сборку, которая рассчитана на длительное использование. Некоторые примеры используемых модулей включают модули из полых волокон и модули со спиральной намоткой.

В этом исследовании мы исследуем сильные и слабые стороны различных технологий очистки воды. Наше исследование будет основано на опубликованных рецензируемых журнальных статьях, а также на наших наблюдениях за тенденциями в индустрии питьевой воды. Отмечается, что наше исследование специально разработано для приложений в развивающихся странах. Мы также предоставим рекомендации по продвижению руководств и предложений по технологиям очистки питьевой воды, чтобы многие люди в развивающихся странах могли получить доступ к безопасной питьевой воде.Мы уверены, что эта работа будет полезна для местных сообществ в развивающихся странах, инженеров без границ (EWB) и других заинтересованных сторон, которым необходимо глубокое понимание имеющихся технологий очистки воды для принятия обоснованных решений.

Методы

Мы провели поиск литературы через PubMed, Google Scholars и Medline (EBSCO), используя ключевые слова «технология очистки воды», «мир», «болезнь», «питьевая вода», «общественное здравоохранение и питьевая вода», «общественное здравоохранение, питьевая вода». вода и болезни ».Первоначально мы отобрали 56 статей, однако после их рассмотрения только 38 были рассмотрены для этого исследования (, вставка 1, ).

Вставка 1 Поиск литературы по очистке воды в развивающихся странах
Полная таблица

Эти статьи были выбраны на основании множества факторов, включая обсуждение различных методов очистки воды, их влияния на здоровье людей в мире, сильных и слабых сторон конкретных технологий очистки воды, а также уровня фильтрации или мощности очистки.Мы решили проанализировать документы, в которых говорилось, действительно ли конкретное лечение эффективно инактивировало патогены и удаляло химические вещества, такие как мышьяк, или они только фильтровали патогены. Каждый документ был проанализирован по стоимости, согласованности / надежности производительности / эффективности фильтрации, доступности фильтрации, культурной интеграции техники фильтрации, простоте использования, выполнимости инструкций по эксплуатации и управлению и общей эффективности фильтрации.

Мы собрали информацию о каждом методе очистки воды и объединили эту информацию в матрицу.Собранная информация включала в себя: стоимость, техническое обслуживание, установку, материалы, работу, эффективность системы, убивающую микробы или фильтрующую вещества, такие как химические вещества, необходимое обучение, сильные и слабые стороны, требования к работе (например, экологические требования), использование метода фильтрации. в развивающихся странах и комментарии «Риски, отношения, нормы, способности и саморегулирование» (RANAS) относительно метода фильтрации. Ключевые слова для поиска по литературе включали «очистка воды в домашних условиях» ИЛИ «развивающиеся страны» ИЛИ «РАНАС» за период 2000–2018 гг.

Результаты

Характеристики исследования

Таблица 1 показывает характеристики статей, использованных в обзоре (n = 24), который проводился в обширном регионе, включая Китай, Бангладеш, Камерун и несколько других стран (12–16). Общий размер выборки из всех исследований не может быть рассмотрен, поскольку несколько исследований были сосредоточены только на эффективности удаления загрязняющих веществ, в то время как другие были сосредоточены на их использовании в развивающихся странах.Во всех исследованиях, посвященных удалению определенного загрязнителя, представлены конкретные реализации.

Таблица 1 Сильные и слабые стороны технологий водоподготовки
Полная таблица

Качество отчетности

Только 11 из 24 исследований дали размер выборки. 13 из них, которые не предоставили размер выборки, были сосредоточены на эффективности удаления конкретного загрязнителя.Исследования, которые включали размер выборки, часто фокусировались на том, как очистка воды была интегрирована в сообщество. Источники предвзятости, а также то, как методологические усилия снижают предвзятость, обсуждались редко.

Результаты поиска литературы по методам очистки воды, таким как хлорирование и SODIS, различались, и каждый метод имел свои преимущества и недостатки. Согласно собранной информации, SODIS оказался наиболее эффективным методом очистки воды из-за его низкой стоимости, простоты использования, способности убивать большинство вирусов и бактерий, а также отсутствия установки / обслуживания.Другие методы обработки, такие как хлорирование, также эффективны и могут быть предпочтительнее SODIS из-за непосредственного доступа к чистой воде. Мембранная фильтрация, такая как обратный осмос, не часто используется в развивающихся странах из-за их сложности, однако мембранная фильтрация может использоваться чаще в будущем из-за эффективности конкретной системы фильтрации. Далее представлены основные обзоры для каждой технологии лечения (, таблицы 2-5, ).

Таблица 2 Стоимость — установка, материалы, операции и обслуживание
Полная таблица

Таблица 3 Каковы требования для использования этих методов лечения?
Полный стол

Таблица 4 Какая в целом известная сила?
Полный стол

SODIS (солнечная дезинфекция)

Как упоминалось ранее, SODIS — это простой и недорогой метод, который доказал свою эффективность в удалении патогенов и бактерий из загрязненной воды.В исследовании, проведенном в Камеруне, были представлены обследования с двумя поперечными сечениями и вмешательства в отношении SODIS (23). До вмешательства диарея встречалась у 34,3% детей. После вмешательства риск диареи снизился на 42,5% (23). Другое исследование в Пакистане состояло из 24 экспериментов, в которых использовались 1,5-литровые бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ), наполненные водой из источников в Карачи, Пакистан (23). В этих экспериментах было показано, что SODIS снижает количество патогенов на 100% при правильном использовании.Чтобы оптимизировать производительность, необходимо использовать определенные типы подложек для бутылок, чтобы добиться положительных результатов. Подложки, которые были впитывающими и отражающими, могли показать, что бактерии снова растут после недели выдерживания бутылок при комнатной температуре (7,23). Другое исследование, проведенное в Индонезии, представило эпизод обучения 144 деревням, 70 начальным школам и в общей сложности 130 000 человек в течение 14 месяцев тому, как пользоваться SODIS. За счет интеграции гигиенического просвещения и SODIS в жизнь сообщества бактериальное заражение питьевой воды в домашних условиях было уменьшено на 97% (23).Однако одним из недостатков SODIS является ограниченная способность отфильтровывать только патогены, а не химические компоненты.

Мембранная фильтрация

Основным преимуществом мембранной фильтрации является ее универсальность. Такая обработка воды может быть произведена и адаптирована для фильтрации практически любых веществ, начиная от патогенов, бактерий, мышьяка и других вредных химических загрязнителей (27,33). Он также не требует химикатов, требует минимального обслуживания и имеет длительный срок службы (33).Однако это не всегда подходит для использования в развивающихся странах из-за затрат. Большинство доступных на рынке мембран относительно дороги по сравнению с другими вариантами обработки, такими как солнечная дезинфекция. Однако многие исследователи / ученые работают над созданием мембран по более низкой цене (34). Другой недостаток систем мембранной фильтрации заключается в том, что они могут расходовать много воды в виде рассола, от которого бывает трудно избавиться (33).

Биопесок фильтрации

Biosand — одна из самых простых в использовании систем фильтрации, поскольку для ее подготовки / установки / использования не требуется больших знаний.Единственные требования — периодически менять верхний слой песка и знать, как поливать песок водой. Продукты, необходимые для фильтрации биопеска, можно производить на месте по низкой цене и с длительным сроком службы (11). Фильтрация биопеска отфильтровывает не только патогены, такие как бактерии и простейшие, но также может отфильтровывать неорганические материалы, которые могут сделать воду мутной (35). В среднем отфильтровывается около 81–100% бактерий и простейших (23). Главный недостаток фильтрации биопеска заключается в том, что он требует постоянного обслуживания, поскольку песок необходимо часто менять.Если не заменить песок в верхней части фильтра, фильтрация не только будет неэффективной, но и вода, которая фильтруется, может стать еще более загрязненной (23,25,26).

Керамические фильтры

Керамические фильтры для воды (CWF) зарекомендовали себя как один из наиболее эффективных и устойчивых методов улучшения качества воды в домашних условиях с целью снижения болезней, передаваемых через воду, и связанных с ними смертей. Эти фильтры широко используются в развивающихся странах, где качество воды оставляет желать лучшего.Он может удалять помутнение, органические вещества и микробы (14). Другие преимущества включают простую очистку, улучшенные экологические характеристики с точки зрения использования энергии, возможность воздействия на глобальное потепление, мутность и выбросы твердых частиц. Керамические фильтры в 3–6 раз экономичнее централизованной системы водоснабжения (9). Блоки фильтров могут служить в течение длительного времени, но из-за поломки потребуются запасные части. Основным недостатком керамических фильтров является неэффективность удаления вирусов, поскольку вирусы меньше пористых размеров CWF и, следовательно, не могут быть эффективно удалены из воды (14).Было показано, что использование коагуляции хитозана в качестве предварительной обработки для керамической фильтрации увеличивает сокращение вирусов и бактерий (14).

Хлорирование

Хлорирование в настоящее время является широко используемым эффективным методом удаления бактерий и вирусов из питьевой воды. Многочисленные исследования показали полное удаление бактерий из питьевой воды. В семи рандомизированных контролируемых исследованиях хлорирование привело к снижению заболеваемости диарейными заболеваниями среди пользователей в диапазоне от 22 до 84% (4).Эти исследования проводились в городских и сельских регионах и охватывали широкий круг пользователей, как взрослых, так и детей, живущих в бедных регионах, и пользователей, пьющих сильно мутную и загрязненную воду (4). Бутылка раствора гипохлорита для обработки 1000 литров воды обычно стоит примерно 10 центов при использовании многоразовых бутылок и 11–50 центов для одноразовых бутылок (4). Цена на бутылки с водой может увеличиться, поэтому рекомендуется использовать многоразовые бутылки. Основным недостатком этого метода является риск потенциальных долгосрочных проблем со здоровьем, таких как колоректальный рак (5), а также более низкая эффективность дезинфекции мутной воды и более низкая защита от простейших.

Обработка мышьяка

Во многих частях развивающихся стран загрязнение мышьяком становится серьезной и возникающей критической проблемой. Чтобы решить эту проблему, мы проанализировали различные методы, касающиеся технологий удаления мышьяка (36). Одна из технологий, предназначенная для удаления мышьяка из питьевой воды, окислительная фильтрация, удаляет мышьяк из железо и марганецсодержащих подземных вод (16). Этот процесс требует меньше инвестиций и имеет низкие эксплуатационные расходы, поэтому эта технология широко применяется в развивающихся странах (16).Однако другие методы, такие как осаждение / соосаждение, которые используются для очистки как питьевой воды, так и сточных вод, имеют более высокую стоимость, но очень эффективны при очистке от мышьяка и других загрязнителей (16). Существуют и другие недорогие технологии, такие как ионный обмен, фильтрация и адсорбция, а также биоремедиация, которые требуют подготовки и обучения для надлежащего обслуживания и эксплуатации (16).

Обсуждение

SODIS можно использовать в любых развивающихся странах или регионах при условии постоянного доступа к солнечному свету.Поскольку с помощью этого метода можно лечить только болезнетворные микроорганизмы, передающиеся через воду, на территориях с высоким уровнем химического загрязнения нельзя будет использовать SODIS. Основываясь на опыте авторов, некоторые из основных областей, в которых может применяться SODIS, включают, помимо прочего, Чад, Кению, Бангладеш, Ботсвану и Пакистан. Этот метод можно использовать практически везде, от сельской местности до городских центров. Его также можно использовать во время наводнений и засух для хранения и очистки воды. В целом SODIS — недорогой и эффективный метод, который постоянно доступен для развивающихся стран.По-прежнему существует необходимость в предварительной обработке воды, которая кажется мутной. Кроме того, этот метод менее приемлем для пользователей из-за ограниченного количества воды, которую можно обрабатывать за один раз, особенно когда климатические условия не подходят для работы метода. SODIS также требует большой запас неповрежденных, чистых пластиковых бутылок с водой подходящего размера. Понятно, что SODIS можно использовать в странах Азии и Африки, где достаточно солнечного света и где нехватка воды является проблемой (16).

Biosand может работать с мутной водой, однако он дороже, чем SODIS, и требует, чтобы кто-то присутствовал поблизости, чтобы регулярно менять верхний слой песка. Улучшает микробиологическое качество питьевой воды. При лабораторных испытаниях этот метод стабильно снижает количество бактерий примерно на 81–100 процентов и простейших на 99,98–100 процентов. Он удаляет менее 90 процентов индикаторных вирусов (23). Биопесок может представлять угрозу дальнейшего заражения, если песок не менять регулярно.Возможно, это не идеальный метод очистки воды, поскольку вода может стать более загрязненной, что приведет к увеличению числа осложнений для здоровья и смертей.

Из-за высокой стоимости мембранную технологию может быть трудно интегрировать в культурную среду в развивающихся странах, даже несмотря на то, что их эффективность в лечении доказана. Однако керамическая фильтрация имеет преимущество перед SODIS и мембранной технологией в том, что она может быть интегрирована с культурными аспектами многих стран.Лабораторные испытания показали, что бактерии в основном фильтруются через мелкие поры фильтра, однако коллоидное серебро необходимо для 100-процентной инактивации бактерий (28). Однако неизвестно, деактивирует ли фильтр вирусы или удаляет их. Например, керамические горшки уже используются в Чаде, где керамические фильтры хорошо вписываются в культуру. Керамические фильтры в среднем стоят больше, чем SODIS, но со временем эта стоимость может снизиться. Эти керамические фильтры могут также иметь потенциал для местного производства, что может обеспечить и стимулировать местное сообщество к снижению стоимости.

Медленные песочные фильтры не могут полностью удалить (могут удалить 99% бактерий) все вызывающие инфекцию бактерии в загрязненной воде, но они часто удаляют достаточно патогенов до уровня, который является достаточно безопасным для питья и терпимым (28) .

Хотя хлорирование обычно используется для фильтрации питьевой воды, оно может иметь потенциальные долгосрочные последствия для здоровья из-за побочных продуктов хлорирования (например, тригалогенметана). Некоторые недостатки этого метода включают более низкую защиту от простейших, более низкую эффективность дезинфекции в мутной воде, потенциальные проблемы со вкусом и запахом и обеспечение контроля качества раствора гипохлорита (37).Некоторые преимущества включают доказанное сокращение большинства бактерий и вирусов в воде, остаточную защиту от повторного заражения, общую простоту использования и приемлемость, доказанное снижение заболеваемости диарейными заболеваниями, и это экономичный метод. Несмотря на то, что хлорирование обычно является наиболее распространенным методом очистки питьевой воды, это, возможно, не самый идеальный метод из-за других осложнений, таких как стоимость одноразовых бутылок для воды, риск чрезмерного хлорирования воды и риск потенциально длительного длительного использования. -временные последствия для здоровья.

Загрязнение мышьяком — хорошо известная проблема во многих развивающихся странах. Не во всех этих странах есть централизованная система водоснабжения для очистки мышьяка, поэтому другие меры, такие как ионный обмен и адсорбция, необходимо разъяснять на местном уровне. Эти страны могут использовать основные и социальные сети для обучения своих граждан. Это также может быть не идеальным методом для очистки воды из-за количества необходимых тренировок и конкретных рекомендаций, которые необходимо соблюдать для обеспечения правильного использования.

В развивающихся странах бюджет, безусловно, является ограничивающим фактором для внедрения конкретных методов очистки воды. Например, мембранная фильтрация может быть универсальным фильтром, но мембранная фильтрация может быть довольно дорогой. Один из способов сделать мембранную фильтрацию более рентабельной — создать мембрану с использованием местных ресурсов, имеющихся в этом районе (38). Это может значительно снизить стоимость мембран, поскольку их не нужно будет производить / импортировать из другой страны.В настоящее время SODIS представляется наиболее практичным методом очистки воды, однако мембранная фильтрация становится более практичным методом, чем SODIS. Со временем мембранная фильтрация, вероятно, станет наиболее эффективным средством фильтрации воды. Мембраны могут быть сконструированы так, чтобы фильтровать не только патогенные микроорганизмы, передающиеся через воду, но также мышьяк, фторид и другие химические вещества. Знания, необходимые для дешевого создания мембран, являются основным препятствием, сдерживающим распространение мембранной фильтрации.Мембранная фильтрация, вероятно, станет более распространенной в странах третьего мира, если мембраны будут создаваться с меньшими затратами и будут распространяться знания о влиянии, которое она окажет на улучшение здоровья.

Выводы

Болезни, передаваемые через воду, являются одной из главных проблем общественного здравоохранения / безопасности, вызывая необходимость в передовых и доступных технологиях очистки воды в развивающихся странах. Существует несколько технологий очистки воды, таких как фильтрация биопеска, мембранная фильтрация, хлорирование, SODIS и керамическая фильтрация.Каждый из этих методов, как и многие другие, оказал положительное влияние на очистку воды и уменьшил количество осложнений для здоровья, однако у них есть и недостатки. Основываясь на нашем обзоре, наиболее универсальным и экономичным методом очистки воды в настоящее время является SODIS. Для работы требуется немного технических знаний, и его легко использовать. Это также очень рентабельно, поскольку требуются только пластиковые бутылки. SODIS также имеет долгий срок службы благодаря природе пластиковых бутылок.В настоящее время SODIS, как и хлорирование, широко распространены, поэтому дальнейшее использование предотвращает необходимость перераспределения нового типа фильтрации. Однако со временем мембранная фильтрация, вероятно, станет наиболее эффективным средством фильтрации воды. Мембраны могут быть разработаны для фильтрации не только патогенов, переносимых водой, но также мышьяка, фторида и других химических веществ, что является атрибутом, которого может достичь SODIS, поскольку он фильтрует только патогены, а не химические вещества. Все обсуждаемые технологии очистки воды влияют на улучшение здоровья населения во всем мире.Мы должны продолжать совершенствовать эти технологии очистки воды, чтобы каждый имел доступ к чистой воде. Это окажет серьезное влияние на сокращение числа людей во всем мире, страдающих болезнями и заболеваемостью, передаваемыми через воду.

Благодарности

Нет.

Конфликт интересов : У авторов нет конфликта интересов, о котором следует заявлять.

Список литературы

Prüss-Üstün A, Bos R, Gore F, et al.Более безопасная вода, лучшее здоровье: затраты, преимущества и устойчивость мероприятий по защите и укреплению здоровья. Женева, Швейцария, 2008 г.
ООН, 2006. Отчет о целях в области развития на тысячелетие, 2006. Департамент ООН по экономическим и социальным вопросам, ДЭСВ.
ВОЗ. Глобальная оценка водоснабжения и санитарии. Всемирная организация здравоохранения. Женева, 2000 г.
CDC. Система безопасной воды. Доступно в Интернете: https: // www.cdc.gov/safewater/chlorination.html, последний доступ 18.09.2018.
Эль-Тавиль AM. Колоректальный рак и хлорированная вода. World J Gastrointest Oncol 2016; 8: 402-9. [Crossref] [PubMed]
Gómez-Couso H, Fontan-Sainz M, Navntoft C и др. Сравнение различных солнечных реакторов для дезинфекции питьевой воды в домашних условиях в развивающихся странах: оценка их эффективности по отношению к водному энтеропатогену Cryptosporidium parvum.Trans R Soc Trop Med Hyg 2012; 106: 645-52. [Crossref] [PubMed]
Мустафа А., Шольц М., Хан С. и др. Применение солнечной дезинфекции для очистки загрязненного водоснабжения в развивающейся стране: полевые наблюдения. Журнал Water Health 2013; 11: 135-45. [Crossref] [PubMed]
Sobsey MD, Stauber CE, Casanova LM, et al. Фильтрация питьевой воды в домашних условиях: практичное и эффективное решение для обеспечения постоянного доступа к безопасной питьевой воде в развивающихся странах.Environ Sci Technol 2008; 42: 4261-7. [Crossref] [PubMed]
Ren D, Colosi LM, Smith JA. Оценка устойчивости керамических фильтров для очистки питьевой воды в местах потребления. Environ Sci Technol 2013; 47: 11206-13. [Crossref] [PubMed]
Salvinelli C, Elmore AC, Reidmeyer MR, et al. Характеристика взаимосвязи между производительностью воды керамического фильтра и мутностью исходной воды. Water Res 2016; 104: 28-33. [Crossref] [PubMed]
Langenbach K, Kuschk P, Horn H и др.Медленная песчаная фильтрация стоков вторичного отстойника для повторного использования сточных вод. Environ Sci Technol 2009; 43: 5896-901. [Crossref] [PubMed]
Jiang JQ, Ashekuzzaman SM, Jiang A, et al. Подземные воды, загрязненные мышьяком, и варианты их очистки в Бангладеш. Int J Environ Res Public Health 2012; 10: 18-46. [Crossref] [PubMed]
Малик А.Х., Хан З.М., Махмуд К. и др. Перспективы недорогостоящего восстановления питьевой воды мышьяком в Пакистане и других странах.J Hazard Mater 2009; 168: 1-12. [Crossref] [PubMed]
Abebe LS, Chen X, Sobsey MD. Коагуляция хитозана для улучшения удаления микробов и мутности с помощью керамической фильтрации воды для очистки питьевой воды в домашних условиях. Int J Environ Res Public Health 2016; 13. [Crossref] [PubMed]
Ци В., Зингер Х., Берг М. и др. Устранение полярных микрозагрязнителей и антропогенных маркеров путем очистки сточных вод в Пекине, Китай. Chemosphere 2015; 119: 1054-61.[Crossref] [PubMed]
Graf J, Zebaze Togouet S, Kemka N и др. Выгоды для здоровья от солнечной дезинфекции воды (SODIS): оценка мероприятий по обеспечению качества воды в Яунде, Камерун. J Water Health 2010; 8: 779-96. [Crossref] [PubMed]
Wilhelm N, Kaufmann A, Blanton E, et al. Дозировка гипохлорита натрия для бытовой и экстренной очистки воды: обновленные рекомендации. J Здоровье воды. 2018; 16: 112-25. [Crossref] [PubMed]
Класен Т.Очистка воды в домашних условиях и безопасное хранение для предотвращения диарейных заболеваний в развивающихся странах. Curr Environ Health Rep 2015; 2: 69-74. [Crossref] [PubMed]
Xu J, Huang C, Shi X и др. Роль биопленок питьевой воды в распаде остаточного хлора и образовании тригалометана: экспериментальное и модельное исследование. Sci Total Environ 2018; 642: 516-25. [Crossref] [PubMed]
Ши П, Цзя С.Ю., Чжан XX и др. Метагеномные сведения о влиянии хлорирования на устойчивость микробов к антибиотикам в питьевой воде.Вода Res 2013; 47: 111-20. [Crossref] [PubMed]
Miranda AC, Lepretti M, Rizzo L и др. Обеззараживание поверхностных вод с помощью процессов хлорирования и усовершенствованного окисления: инактивация устойчивого к антибиотикам штамма E-coli и оценка цитотоксичности. Sci Total Environ 2016; 554-555: 1-6. [Crossref] [PubMed]
Sobsey MD, Handzel T, Venczel L. Хлорирование и безопасное хранение питьевой воды в домашних условиях в развивающихся странах для снижения заболеваний, передаваемых через воду.Water Sci Technol. 2003; 47: 221-8. [Crossref] [PubMed]
Lantagne SD, Quick R, Mintz ED. Очистка воды в домашних условиях и варианты безопасного хранения в развивающихся странах: обзор текущей практики внедрения. Доступно в Интернете: https://www.wilsoncenter.org/sites/default/files/WaterStoriesHousehold.pdf, последний доступ 18.09.2018.
Иманиши М., Квеза П.Ф., Слейтон Р.Б. и др. Использование систем очистки воды в домашних условиях во время ответных мер общественного здравоохранения на крупную вспышку брюшного тифа в Хараре, Зимбабве.Am J Trop Med Hyg 2014; 90: 945-54. [Crossref] [PubMed]
Mosler HJ, Kraemer SM, Johnston RB. Достижение долгосрочного использования солнечной дезинфекции воды в Зимбабве. Общественное здравоохранение 2013; 127: 92-8. [Crossref] [PubMed]
Lea M. Биологические песочные фильтры: недорогой метод биоремедиации для производства чистой питьевой воды. Curr Protoc Microbiol 2014; 33: 1G.1.1-26.
Clark PA, Pinedo CA, Fadus M, et al. Фильтр для воды с медленным песком: проектирование, реализация, доступность и устойчивость в развивающихся странах.Med Sci Monit 2012; 18: RA105-17. [Crossref] [PubMed]
Д’Алессио М., Йонеяма Б., Кирс М. и др. Фармацевтически активные соединения: их удаление при медленной фильтрации через песок и их влияние на удаление бактерий при медленной фильтрации через песок. Sci Total Environ 2015; 524-525: 124-35. [Crossref] [PubMed]
US41A. Медленные песочные фильтры. Доступно на сайте: https://patents.google.com/patent/US41A/en, последний доступ 18.09.2018.
Хослетт Дж., Массара Т.М., Маламис С. и др.Фильтрация поверхностных вод с использованием гранулированных сред и мембран: обзор. Sci Total Environ 2018; 639: 1268-82. [Crossref] [PubMed]
Мембранная фильтрация. Доступно на сайте: https://www.mrwa.com/WaterWorksMnl/Chapter%2019%20Membrane%20Filtration.pdf, последнее обращение 18.09.2018.
Оуэн Дж., Банди М., Хауэлл Дж. А. и др. Экономическая оценка мембранных процессов очистки воды и сточных вод. J. Membrane Sci. 1995; 102: 77-91. [Crossref]
Frimmel FH.Химия воды: наука и технологии (Ред .: Фриц Х. Фриммель) Часть III: Терапия водных систем, когда им нужна помощь: Водные технологии для конкретного водопользования. Environ Sci Pollut Res 2003; 10: 408-13.
Минакши, Махешвари RC. Фторид в питьевой воде и его удаление. J Hazard Mater 2006; 137: 456-63. [Crossref]
Chaidez C, Ibarra-Rodriguez JR, Valdez-Torres JB, et al. Установка в точке использования, основанная на гравитационной ультрафильтрации, удаляет переносимые с водой желудочно-кишечные патогены из неочищенных источников воды в сельских общинах.Wilderness Environ Med 2016; 27: 379-85. [Crossref] [PubMed]
Арчер А.Р., Элмор А.С., Белл Э. и др. Полевые исследования мышьяка в питьевой воде, обработанной фильтром для керамических горшков. Water Sci Technol 2011; 63: 2193-8. [Crossref] [PubMed]
Наир Дж., Гиббс Р., Мэтью К. и др. Пригодность метода h3S для тестирования источников неочищенной и хлорированной воды. Water Sci Technol 2001; 44: 119-26. [Crossref] [PubMed]
Петер-Варбанец М., Зурбруг С, Шварц С и др.Децентрализованные системы питьевой воды и потенциал мембранных технологий. Water Res 2009; 43: 245-65. [Crossref] [PubMed]

doi: 10.21037 / jphe.2018.06.02
Цитируйте эту статью как: Zinn C, Bailey R, Barkley N, Walsh MR, Hynes A, Coleman T, Savic G, Soltis K, Прим С., Хак У. Как технологии очистки воды используются в развивающихся странах и какие из них наиболее эффективны? Значение для улучшения глобального здоровья. J Emerg общественного здравоохранения 2018; 2:25.

Очистка, хранение и транспортировка воды в домашних условиях | Центр гидротехники и развития

Очистка, хранение и обработка воды в домашних условиях

Автор: Кристин ван Вейк, сентябрь 2005 г.

Соавтор: Trea Christoffers

Гарантия качества: Thomas Clasen

Аннотация

После ознакомления с проблемами, связанными с качеством воды в домашних условиях, этот информационный бюллетень представляет собой обзор вариантов очистки воды на месте использования и способов обеспечения безопасного хранения и обращения с водой.Читатели также найдут ключевые документы и контакты. Он частично перекликается с техническими записками, подготовленными Скиннером, Шоу и Хибером. В первом брифинге приводятся данные об эффективности, но не рассматривается участие. Вторая записка посвящена бытовому обращению в случае химического загрязнения

Введение

Многие домохозяйства по-прежнему испытывают недостаток в чистой питьевой воде. Они используют небезопасную питьевую воду, потому что либо они еще не обеспечены адекватным водоснабжением, либо не могут позволить себе плату за подключение или тариф.Наличие источника воды или точки водоснабжения рядом с домом не обязательно означает, что вода безопасна для питья. Может случиться так, что вода вообще не обрабатывается или обрабатывается недостаточно хорошо (например, прерывистое или нерегулярное хлорирование) или что источник не является бактериологически безопасным из-за загрязнения грунтовых вод. И даже если вода у источника безопасна, она может (повторно) загрязниться во время транспортировки, хранения и розлива в домашних условиях. Во всех этих случаях более безопасное обращение с питьевой водой на бытовом уровне может иметь большое значение.(Альмедон и др., 1996; Дрангерт и Лундквист, 1990; Генте и Сигер, 1998; Грабов и др., 1997). Следует отметить, что этот информационный бюллетень касается только обращения с водой в домашних условиях в целях бактериологической безопасности, а не химической безопасности (например, от загрязнения мышьяком или фтором).

Варианты очистки воды на месте использования

Обработка воды в месте использования может привести к снижению заболеваемости диарейными инфекциями на 35% при условии, что вода не будет повторно загрязнена во время хранения и розлива (Clasen, 2005).Для такого лечения существуют различные методы:

Трехпоточная система

Это применение принципов, согласно которым уровни бактериологического заражения снижаются с течением времени и в результате оседания. В первую кастрюлю наливают воду, если хотите, через кусок сложенной кисейной ткани; Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что также отфильтровывает цисты дракункулеза. Воду дают отстояться столько часов, сколько возможно. Хранение воды всего один день может привести к гибели более 50% большинства бактерий.Более длительные сроки хранения приведут к дальнейшему сокращению до 90%. Затем эту воду наливают во вторую кастрюлю, и эта процедура повторяется для третьей кастрюли, из которой берется питьевая вода.

Рисунок 1: Трехкамерная система обработки

Источник: Скиннер и Шоу, 2003 г.

Как и для большинства вариантов очистки и хранения воды в домашних условиях, трехкамерная система:

находится в ведении пользователей, семейство
не требует сложной инфраструктуры
подходит для сельских и пригородных домовладений
прост в использовании и обслуживании
доступен по цене
— хорошее решение с точки зрения эффективности, рентабельности, окупаемости и устойчивости

Ограничения:

некоторые бактерии и другие микроорганизмы могут оставаться в воде после обработки

Кипячение

Это один из самых известных методов.Вода должна кипеть не менее 10 минут в режиме «непрерывного кипения», что просто означает, что домовладельцы действительно могут сказать, что вода достигла достаточно высокой температуры. Достижение 100 ° C на несколько мгновений убьет большинство болезнетворных микроорганизмов — большинство из них уже погибает при гораздо более низких температурах. Пастеризация эффективна, когда вода нагревается до 70 ° C.

(Берч и Томас, 1998).

Ограничения:

Кипячение воды требует много времени и энергии, поэтому более бедным домохозяйствам может быть трудно ее применить.Кипячение воды расходует топливо. Сбор или покупка дров, древесного угля или других видов топлива имеет экономическую цену.
кипяченой воде нужно время, чтобы остыть, и ей нужно безопасное место для охлаждения
кипяченая вода должна храниться отдельно от некипяченой воды, поэтому нужны отдельные емкости
не должно быть риска повторного загрязнения во время хранения и рисования (см. Следующий раздел)
кипячение влияет на вкус воды, хотя увеличение содержания воздуха за счет интенсивного перемешивания воды или встряхивания ее в бутылке после охлаждения улучшит вкус.

Пакеты для домашнего хлорирования или CFD (коагуляция-флокуляция-дезинфекция)

Домохозяйства также могут покупать и растворять таблетки хлора или 1% раствор гипохлорита натрия или смешивать свою питьевую воду с содержимым саше с сульфатом железа в качестве коагулянта и гипохлоритом кальция в качестве дезинфицирующего средства. Последний превосходит один только хлор, поскольку он также снижает мутность и снижает содержание органических веществ, пестицидов и тяжелых металлов. Он очень эффективен для визуальной очистки грязной воды и приводит к эффективному удалению бактерий (> 99.99999%), вирусов (> 99,99%) и паразитов (> 99,9%).

Ограничения:

CFD относительно дорого (затраты в пределах 0,01 доллара за литр)
доза должна соответствовать количеству использованной воды
Рядом с домами должна быть надежная круглогодичная поставка химикатов.
не удаляет химические загрязнения

Бытовые фильтры из биопеска / медленного песка

Биопесочная фильтрация — это простой, дешевый и эффективный способ удаления болезнетворных микроорганизмов из загрязненной воды.Медленные песочные фильтры содержат очень мелкий песок и обычно работают без предварительной химической обработки, такой как хлорирование или флокуляция. Наличие вредных бактерий, паразитов и других микроорганизмов значительно сокращается с помощью «биопленки». Это биологически активный слой в верхней части песка, который создает среду, в которой большинство патогенов (болезнетворных организмов) не могут выжить. Микроорганизмы в биопленке поглощают болезнетворные микроорганизмы по мере того, как они задерживаются на поверхности песка и на ней; другие механизмы фильтрации способствуют повышению качества.Медленные песочные фильтры обычно очищаются соскабливанием биопленки и / или верхнего слоя песка. Как правило, песочные фильтры с медленной скоростью имеют скорость фильтрации до 0,4 м / час.

Рисунок 2: Биопесчаный фильтр

Источник: http://www.biosandfilter.org/biosandfilter/index.php/item/229

Биопесчаный фильтр:

имеет средний уровень удаления фекалий / кишечной палочки около 90%
стоит 10-50 долларов за штуку
недостаточно улучшает качество химически загрязненной воды

Керамический фильтр с серебряной пропиткой

Эти фильтры представляют собой глиняные горшки местного обжига, внутренняя часть которых покрыта жидкостью коллоидного серебра.Керамический фильтрующий элемент делают пористым путем смешивания глины с материалом, сгоревшим во время обжига, например, опилками или рисовой шелухой. Элемент пропитан оллоидным серебром c , который представляет собой бактериостатический ингредиент , который оседает на стенках пор керамического материала и действует как магнит на бактерии. Элемент помещается в пластиковую емкость с краном и закрывается крышкой. «Неочищенная» вода заливается в фильтрующий элемент объемом 8 литров, затем просачивается через поры, производя питьевую воду со скоростью от 2 до 3 литров в час.При 3 наполнении в день можно производить более 20 литров. Очистка осуществляется путем протирания керамического элемента при закупорке пор. В то же время емкость следует очистить, чтобы предотвратить рост бактерий.

Рисунок 3: Фильтры, пропитанные керамическим серебром

Характеристики CSF:

недостатком является уязвимость к поломке
стоимость покрытия составляет 0,10 доллара за фильтр — сами фильтры стоят 7 долларов.50 штук
керамические фильтры не очищают химические загрязнения

Солнечная дезинфекция

Прозрачные пластиковые бутылки, наполненные загрязненной, но не мутной водой, подвергаются воздействию полного солнечного света в течение 6 часов (также подойдут прозрачные нецветные стеклянные бутылки). Эта техника работает за счет комбинации ультрафиолетового света и нагрева. В сезон дождей бутылки могут оставаться незащищенными в течение двух или более дней. Домовладельцы должны знать это и приспособиться к климатическим условиям и высоте над уровнем моря.Мутная вода требует предварительной обработки.

Характеристики этого метода:

дешево
температура воды может подниматься выше 50ºC
очень эффективен, количество фекальных колиформ уменьшается на 99,9% — 99,99%
зная, была ли вода выдержана на солнце
не подходит для всех климатических регионов

Безопасное хранение и обращение

После того, как питьевая вода станет безопасной, ее необходимо хранить и забирать безопасным способом, иначе вода может быть снова загрязнена.Последнее часто случается, когда на крышке (закрытой) емкости для хранения стоит общая поилка. Если вы хотите выпить, взрослые и дети в семье окунут эту чашку в воду, а затем могут прикоснуться к воде грязными руками, например от анального очищения. Таким образом, многие кишечные палочки могут попасть в воду, которой изначально могло быть очень мало и которую можно было бы оценить как достаточно безопасную для питья.

Есть несколько способов безопасного хранения воды и розлива:

горшки для хранения закрыты, и в них больше не окунаются общие чашки.Все члены семьи набирают воду из кастрюли только с помощью черпака с ручкой, местного производства или покупного, и избегают касания пальцами воды. Сами емкости для хранения всегда хорошо очищаются перед повторным наполнением.
открытый бак для хранения заменяется закрытой системой, из которой вода забирается путем наливания или крана на дне. Эти более безопасные емкости для хранения могут быть чем угодно, от банки с узким горлышком до канистры или кастрюли / фильтра с небольшим краном на дне. Бутылки SODIS также защищены от прикосновения.Однако все эти устройства необходимо тщательно очистить перед повторным наполнением. Это довольно сложно с орудиями, которые трудно вычистить изнутри, например, с канистрами. В таких случаях домашним хозяйствам рекомендуется производить очистку путем встряхивания с галькой, мыльным раствором или дезинфицирующим средством в виде раствора.

Информированное принятие решений

Первым условием для домашних хозяйств принять новые методы обращения с питьевой водой и ее хранения является информирование о различных вариантах.Это можно сделать с помощью различных средств массовой информации, от государственных средств массовой информации, таких как телевидение, радио и пресса, до местных средств массовой информации, таких как местные плакаты, баннеры и раздаточные материалы.

Для принятия обоснованных решений более эффективным является личное общение с методами планирования PLA (совместное обучение и действия) в небольших группах. Для этих обсуждений очень эффективно сделать простые черно-белые рисунки различных вариантов на листах формата A4, которые можно легко размножить путем ксерокопирования.Рисунки помещены в пластиковые карманы для защиты от грязи.

Фасилитатор группы может сначала изучить знания и взгляды групп на безопасность питьевой воды. Один из способов сделать это — попросить группу нарисовать причинно-следственный рисунок, записав причины и следствия, например, употребления небезопасной воды, либо словами (если в группе один или несколько грамотных членов), либо символы (когда они неграмотны). В последнем случае также можно использовать символы жизни для обозначения эффектов, например, палку и монету для покупки дров или бутылку с лекарством для оплаты медицинских расходов.

Когда группа определила и проанализировала последствия небезопасной воды, она может перейти к определению действий по решению проблемы. С этой целью фасилитатор раскладывает чертежи (часто это делается на полу) и просит группу посмотреть на них, обработать их, задать вопросы, поделиться информацией и т. Д. Таким образом, передается информация о том, что представляет собой каждое устройство. , что он может и что не может делать, сколько это стоит и т. д. Наличие чертежей одного и того же устройства, сделанных из разных местных материалов или с разным дизайном, помогает побудить участников задуматься об изменениях, таких как варианты более низкой стоимости или местные изменения дизайна для удовлетворения местные потребности и практики.Затем они часто придумывают свои вариации для дальнейшего обсуждения.

Гендерное и социальное равенство

При планировании, тестировании и проведении информационных кампаний и сессий по принятию информированных решений необходимо учитывать гендерные аспекты и аспекты бедности. Мужчины и женщины из разных социально-экономических групп могут использовать разные каналы информации и иметь разные информационные потребности. Также они обычно различаются по уровню грамотности. Пожилые люди и женщины менее грамотны, чем молодые люди и мужчины, но также может случиться так, что девочки-подростки и молодые женщины грамотны, а молодые мужчины — нет, например, в рыбацких общинах, где мальчики уходят в море, а девочки остаются в домой, и некоторые или все в настоящее время могут ходить в школу.Таким образом, очень важно тщательно сегментировать целевую аудиторию по полу, классу и возрасту и найти подходящие места, время и координаторов для работы с ними.

Координаторы также должны знать, как эффективно управлять процессом. В противном случае менее влиятельные категории (женщины и девушки, бедные, молодежь) могут оказаться в маргинальном положении. Если они могут присутствовать и действительно присутствуют, но нет хорошей помощи, они часто сидят сзади, не могут должным образом видеть и не могут говорить, рисовать или иным образом участвовать и влиять на процесс.Тогда часто требуется разделение на подгруппы или отдельные встречи с этими группами в их собственном месте и в определенное время.

Гендер и аспекты бедности также учитываются при приобретении устройств. Поскольку у мужчин и женщин часто разные задачи и обязанности, важно обсудить, каковы будут обязанности разных типов участников (отцов, матерей, бабушек и дедушек, старших братьев и сестер и т. Д.) В отношении разделения работы, финансирования. , быть образцом для подражания и т. д.Учет гендерных аспектов и аспектов социальной справедливости особенно важен при разработке стратегий, а также при выборе и обучении координаторов.

Детское образование

Наконец, необходимо обучать маленьких детей безопасному обращению с питьевой водой дома и в школе. Роли различных членов семьи в обучении детей и установлении для них ролевых моделей могут быть частью групповых обсуждений, упомянутых выше. В школе можно проводить совместные учебные мероприятия, используя материалы и методы, которые либо не связаны с какими-либо материальными затратами, либо могут быть выполнены с использованием уже имеющихся материалов, таких как грифельные доски, классная доска и мел, а также таких предметов, как ведра и стаканы.

Библиография и ссылки

Альмедом, А., Анила Кумари, К., Франсия, К.А., Мэтью, К., Лалачан, П.В., Пол, Л., Манохаран, Б., Нагеш, К.К., Ниша, К., Ремадеви, О.Т., Суреш Бабу, К.Н. и Виджаялакшми Аммал, С. (1996). Исследование гигиены штата Керала . Тривандрам, Индия, Управление водных ресурсов Кералы, Социально-экономические подразделения.
Burch, J and K.E. Thomas (1998) Обзор дезинфекции воды в развивающихся странах и потенциал солнечной термальной пастеризации воды «, Вашингтон Д.C., США, Министерство энергетики США, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии
Класен, Томас (2005). Бытовая очистка воды. WELL Factsheet, Лафборо, Великобритания. http://www.lboro.ac.uk/well/resources/fact-sheets/fact-sheets-htm/hwt.htm
Дрангерт, Дж. О. и Лундквист, Дж. (1990) «Бытовая вода и здоровье: вопросы качества, количества, обращения и затрат». В: Nordberg, E. и Finder, D. (1990). Общество, окружающая среда и здоровье в странах с низкими доходами. Стокгольм, Швеция, Каролинский институт.
Genthe, B. и Seager, KJ. (1996). Влияние подачи, обработки и использования воды на качество воды по отношению к показателям здоровья в развивающихся странах . (Отчет ВКР № 562/1/96). Претория, Южная Африка, Комиссия по исследованию водных ресурсов.
Grabow, W.O.K., Jagais, P. и Williams, E. (1997). «Влияние качества подаваемой воды на здоровье человека в городской застройке с ограниченными основными средствами существования». В Water SA, т.23, №4, с.373-378
Хебер, Дж.(без даты). Очистка воды в домашних условиях 2. Техническая записка № 59 Лафборо, Великобритания: WEDC. http://www.lboro.ac.uk/well/resources/technical-briefs/59-household-water-treatment-2.pdf
Скиннер, Брайан и Шоу, Род (без даты). Очистка воды в домашних условиях 1. Техническая записка № 58, Лафборо, Великобритания: WEDC. http://www.lboro.ac.uk/well/resources/technical-briefs/58-household-water-treatment-1.pdf
Крамп, Дж. А., Окот, Г. О., Слускер, Л., Огая, Д. О., Кесвик, Б. Х. и Луби, С.П. (2004). Влияние дезинфекции на месте использования, флокуляции и комбинированной флокуляции-дезинфекции на качество питьевой воды в Западной Кении.Журнал прикладной микробиологии, том 97, выпуск 1, стр.225-231. http://www.blackwell-synergy.com/links/doi/10.1111/j.1365-2672.2004.02309.x/abs/

Дополнительную информацию о способах хранения и обращения в домашних условиях можно найти по адресу:

http://www.who.int/docstore/water_sanitation_health/healthyvil/html/ch05.htm#bm3-.3%20Household%20water%20treatment

www.practicafoundation.nl

www.sandec.nl (SODIS)

www.cawst.org (фильтры из биопеска)

http: // www.biosandfilter.org/biosandfilter/index.php/item/229 (фильтры из биопеска)

http://www.healthgoods.com/Education/healthy_home_information/water_quality/bacteria_household_water.htm (о загрязнении и дезинфекции питьевой воды в домашних условиях)

http://www.cdc.gov/safewater/manual1_toc.htm (справочник)

http://www.irc.nl/page/4480 (обучение детей)

Томас Ф. Класен, Джозеф Браун, Саймон Колин, Оскар Сунтура и Сэнди Кэрнкросс, 2004. Снижение диареи за счет использования керамических фильтров для воды в домашних условиях: рандомизированное контролируемое испытание в сельских районах Боливии.Американский журнал тропической медицины и гигиены, 70 (6), 2004 г., стр. 651-657

Mintz ED, Reiff FM, Tauxe RV., 1995. Безопасная очистка и хранение воды в домашних условиях. Практическая новая стратегия предотвращения болезней, передаваемых через воду. Журнал Американской медицинской ассоциации 273 (12): 948-53.

Собси, Марк Д., 2005. Управление водой в доме: ускорение улучшения здоровья за счет улучшенного водоснабжения. Женева, Швейцария: Всемирная организация здравоохранения. http://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/wsh0207/en/

Смет, Джо и Кристин ван Вейк, редакторы (2002) Малые коммунальные системы водоснабжения: технологии, люди и партнерство.Технический документ № 40. Делфт, Нидерланды: IRC

http://www.ncbi.nlm.gov/entrez/query.fcgi?db=pubmed&cmd=Display&dopt=pubmed_pubmed&from_uid-7884954 (семь страниц избранных статей по обеспечению безопасности питьевой воды в домашних условиях)

Влияние структуры пузырькового потока воздуха на скорость очистки воды методом пузырьково-пленочной экстракции | Водоснабжение

При решении актуальных урбанистических задач, в том числе связанных с вторичным загрязнением воды в сетях централизованного водоснабжения, очисткой бытовых сточных вод для их повторного использования в частных владениях, кондиционированием дождевой воды и т. Д., знания очень важны для того, чтобы при их практическом использовании не нанести ущерба природе. Начали создаваться новые технологии, которые более полно удовлетворяют требованиям экологического императива (Rouse 2015; Fujii & Managi 2017; Cruz-Salomón et al. 2018; Kyzas & Matis 2019).

Одним из подходящих средств для удаления различных примесей из загрязненной воды являются устройства, принцип действия которых основан на взаимосвязанной усовершенствованной пузырьковой флотации (экстракция пузырьковой пленкой) и биологической фильтрации.(Гевод 2018).

Пузырьковая пленка — это усовершенствованный метод флотации, который работает без гидродинамического возврата продукта флотации в субфазу и приводит к снижению концентрации поверхностно-активных примесей в очищенной воде до уровня нескольких микрограммов на кубический дециметр. Эта концентрация во много раз ниже, чем достигается при регулярной флотации (пеноотделении). Это отличительная особенность используемого метода по сравнению с обычной флотацией (пеноотделение).

Биологический фильтр и экстрактор пузырьковой пленки объединены в замкнутый контур, надежно очищая воду от эндогенных и экзогенных примесей. Процесс не требует расходных материалов и обеспечивает экономию природных ресурсов. Однако скорость извлечения пузырьковой пленки зависит от структуры используемого потока пузырьков воздуха. Эта структура влияет как на полноту адсорбции поверхностно-активных веществ каждым пузырьком, так и на их способность высвобождать адсорбированные поверхностно-активные вещества внутри экстрактора пузырьковой пленки.

В статье рассмотрены особенности процесса экстракции пузырьковой пленки с позиций равновесия и динамики адсорбции поверхностно-активных веществ (ПАВ) на пузырьках воздуха разного размера и их последующего слияния внутри экстрактора пузырьковой пленки. с образованием флотоконцентрата. Впервые показано, что при определенном соотношении количества и размеров пузырьков воздуха в своих потоках, переносящих ПАВ из объема воды в экстрактор пузырьковой пленки, производительность процесса экстракции пузырьковой пленки увеличивается во много раз.

Термодинамика адсорбции описывается теорией Гиббса, которая дает взаимосвязь между избытком поверхностно-активного вещества на границах раздела, их объемной концентрацией и поверхностным натяжением. Ленгмюр исследовал мономолекулярную адсорбцию различных веществ на твердых и жидких поверхностях. Его уравнения изотерм адсорбции адекватно отражают суть явлений и широко используются в инженерных расчетах.

Равновесие и кинетика адсорбции поверхностно-активного вещества пузырьками воздуха в воде обсуждаются здесь на основе идеи Ленгмюра о том, что любая поверхность имеет конечное число центров (участков), доступных для адсорбции. Каждое равновесное состояние адсорбции характеризуется определенной степенью заполнения поверхности молекулами ПАВ (Moelwyn-Hughes 1961).

Математическое выражение для изотермы адсорбции Ленгмюра имеет вид: (1) где:

Г — равновесная адсорбция ПАВ на границе воздух – вода;
Γ _∞ — предельная адсорбция;
C — концентрация поверхностно-активного вещества в пространстве (субфазе), из которого происходит адсорбция;
— емкость адсорбционного слоя толщиной х , выраженная через объемную концентрацию ПАВ в его пространстве;
— константа скорости адсорбции ПАВ;
— константа скорости десорбции ПАВ;

или: (2)

Уравнение (2) позволяет рассчитать значения равновесных констант адсорбции (, исходя из значений C , γ , Г, ⁠.Их величины связаны между собой соотношением Гиббса: (3) где:

— поверхностное натяжение раствора ПАВ с концентрацией C ;
R — универсальная газовая постоянная;
T — абсолютная температура;
n — коэффициент, зависящий от типа адсорбирующего вещества.

При адсорбции неионизированных молекул ПАВ значение n принимается равным 1, а при адсорбции ионизированного ПАВ принимается равным 2.

Что касается кинетики достижения равновесного состояния адсорбции, то соответствующее уравнение получается, если описывать этот процесс как обратимую реакцию первого порядка, т.е.e.:(4) где [ A ] и [ B ] — концентрации адсорбента в субфазе [ A ] и в адсорбционном слое [ B ], а τ — время.

Первоначально все адсорбирующее вещество находится в субфазе, и его концентрация составляет [ A ₀]. Во время процесса адсорбции поверхностно-активное вещество накапливается на границе раздела, и его количество уменьшается в субфазе, как показано ниже: (5) Тогда уравнение (4) можно записать в форме: (6) где: (7) и (8)

Интегрирование уравнения (6) дает: (9) и (10)

В уравнении (10) значение соответствует равновесной адсорбции поверхностно-активного вещества ( Γ _экв.) на поверхности субфазы.Величина представляет собой разницу между значениями равновесной адсорбции и текущей адсорбции, т. Е..

Раскладывая в уравнении (13) выражение для, окончательно получаем: (14)

Из уравнения (14) следует, что когда и ⁠, то выражение для упрощается до: (15) где h — толщина адсорбционного слоя.

Адсорбция в указанных условиях завершается практически мгновенно. Не требуется значительного времени для достижения состояния равновесного распределения молекул поверхностно-активного вещества между субфазой и поверхностью адсорбции. Быстрая адсорбция характерна для небольших молекул ПАВ, неорганических ионов и газов.

В уравнении (16) величина K _τ имеет размерность длины в единицу времени.Это уравнение отражает динамику адсорбции ПАВ согласно модели Хенреса. Эта модель применима для анализа явлений адсорбции в очень разбавленных растворах поверхностно-активных веществ.

Значение Г _τ по сравнению с τ и время достижения равновесной адсорбции увеличивается, когда величина и продукт принимает такие величины, что обратная экспонента с этим показателем приближается к нулю.Физически это соответствует процессам адсорбции с участием высокомолекулярных соединений (полипептидов, белков и т. Д.). Эти вещества имеют низкие коэффициенты диффузии своих молекул.

Формирование адсорбционного монослоя из белковых молекул требует значительной энергии для преодоления стерических препятствий и потенциальных барьеров. Адсорбция высокомолекулярных веществ достигает равновесия в течение длительного времени.

Сказанное выше остается в силе и в тех случаях, когда рассматриваются умеренно концентрированные растворы, т.е. когда адсорбционное равновесие описывается не уравнением Генри, а уравнением Ленгмюра: Это связано с тем, что интервалы времени, необходимые для достижения равновесное состояние адсорбции предопределяется только экспоненциальным членом в уравнении (14). Уравнение (14) позволяет анализировать процессы флотации поверхностно-активных примесей из объема воды с использованием потока пузырьков диспергированного воздуха или другого подходящего газа.

Таким образом, скорость пузырьковой флотации ПАВ будет зависеть в первую очередь от особенностей адсорбции этих веществ на границе раздела вода – воздух.

Общая площадь адсорбционной поверхности на всех пузырьках воздуха в их восходящем потоке в объеме воды является следующим очень важным фактором.

Третьим критическим фактором является скорость всплытия пузырьков воздуха под действием архимедовой силы и интенсивность гидродинамических возмущений в зоне накопления флотоконцентрата.

И, наконец, метод удаления продуктов флотации имеет большое значение при низкой концентрации ПАВ в воде.

Если струя диспергированного воздуха состоит из пузырьков примерно одинакового размера и адсорбция поверхностно-активных примесей воды на поверхности этих пузырьков за время их всплытия в воде достигает значения Г _τ , то Аэроиндуцированный перенос (dG / d τ ) ПАВ из объема воды к границе раздела (граница с атмосферой) описывается уравнением: (17) где:

— элементарный массоперенос ПАВ пузырьковым потоком;
Г _τ — накопление (адсорбция) ПАВ на поверхности пузырьков воздуха за время их всплытия в воде;
выпуск воздуха для барботирования;
r — радиус пузырьков воздуха;
dτ — элементарное время.

Уравнение (18) показывает, что при указанных условиях значение dG / d τ зависит от концентрации поверхностно-активного вещества в объеме воды ( C ), константы адсорбционного равновесия (⁠⁠), расход воздуха на барботаж (⁠⁠) и радиус ( r ) воздушных пузырьков. Время жизни пузырьков воздуха в объеме воды не влияет на значение dG / d τ в этом случае, поскольку адсорбционное равновесие достигается очень быстро.

Однако, если высокомолекулярные поверхностно-активные вещества адсорбируются на пузырьках воздуха (коэффициенты диффузии которых малы), то уравнение (14) принимает вид: (19) где: — время жизни пузырьков воздуха в основная масса воды (с момента их появления на глубине л и подъема со скоростью до выхода на поверхность воды). Остальные символы имеют те же обозначения, что и в (14).

В уравнении (19) выражение в фигурных скобках вносит поправку в скорость процесса адсорбции. Видно, что в этом случае на аэроиндуцированный перенос ПАВ влияют концентрация ПАВ в воде ( C ), константа адсорбционного равновесия (⁠⁠), расход воздуха на барботаж (), радиус ( r ) пузырьков воздуха, время жизни пузырьков в объеме воды) и сумма констант скорости адсорбции и десорбции ().

При заданном расходе воздуха на барботаж (⁠⁠) значение увеличивается обратно пропорционально радиусу ( r ) пузырьков воздуха. Это приводит к увеличению значения dG / dτ . Но с уменьшением радиуса пузырьков воздуха увеличивается и продолжительность их всплытия в водном пространстве (Guet & Ooms, 2006). Скорость подъема пузырьков воздуха в зависимости от их диаметра показана на рисунке 1.В результате происходит дополнительная адсорбция на поверхности мелких пузырьков тех поверхностно-активных молекул, коэффициенты диффузии которых имеют низкие значения. Следовательно, dG / dτ дополнительно увеличивается за счет роста множителя. Увеличение суммы констант скоростей адсорбции-десорбции, т.е. ( K ↑ + K ↓), также влияет на dG / dτ .

Рисунок 1

Влияние диаметра пузырьков воздуха на скорость их подъема в толще воды (Guet & Ooms 2006).

Рисунок 1

Влияние диаметра пузырьков воздуха на скорость их подъема в толще воды (Guet & Ooms 2006).

При применении метода пузырьковой флотации на практике невозможно оперировать значениями без изменения исходного ионно-солевого состава воды. Только параметры ( l ), (⁠⁠) и ( r ) допускают преднамеренное изменение dG / d τ .

Параметр ( i ) следует выбирать таким, чтобы адсорбция ПАВ пузырьками воздуха достигала максимума за время их всплытия в объеме воды. Что касается расхода воздуха на барботаж (⁠⁠) и радиуса ( r ) пузырьков воздуха, то вступает в силу ограничение, связанное со спецификой сбора и удаления продуктов флотации.

Если размер пузырьков воздуха в воде соответствует скорости их всплытия в диапазоне 25–35 см / с (см. Рис. 1), то интенсивность гидродинамических возмущений в поверхностном слое субфазы увеличивается пропорционально расход воздуха на барботаж. Это делает невозможным накопление флотационного концентрата на поверхности воды при низких концентрациях примесей ПАВ в его объеме (Drenckhan & Saint-Jalmes 2015).

Если расход воздуха на барботаж увеличивается при микроскопических размерах пузырьков воздуха, скорость всплытия которых составляет 0,1–1 см / сек, то все водное пространство заполняется циркулирующей водовоздушной эмульсией. Эта эмульсия практически не выделяет продукт флотации при низкой концентрации поверхностно-активных веществ в воде (Khuntia et al. 2012). Более того, при низких концентрациях поверхностно-активных веществ в воде поток пузырьков воздуха не образует устойчивых слоев пены, даже если радиусы пузырьков находятся в диапазоне 0.1–1,0 мм (их скорость подъема 1–20 см / сек).

Эти обстоятельства ограничивают возможность применения регулярной пузырьковой флотации (пеноотделения) для очистки воды от ее поверхностно-активных примесей. Регулярная флотация (пеноотделение) позволяет снизить концентрацию ПАВ в воде только до уровня 1-2 мг / дм ³, поскольку пенообразование прекращается, когда концентрация этих веществ в воде становится ниже заявленной.

В статьях Gevod (2009) и Gevod & Reshetnyak (2015) было показано, что экстракция пузырьковых пленок как усовершенствованный метод флотации обеспечивает гораздо более глубокую очистку воды от примесей поверхностно-активных веществ, чем обычная флотация. При применении метода экстракции пузырьковой пленкой концентрация поверхностно-активных веществ в воде может быть снижена до уровня микрограммов на кубический дециметр. Принцип действия экстракции пузырьковой пленки показан на рисунке 2.

Рисунок 2

Принцип экстракции пузырьковой пленки. (а) Адсорбция поверхностно-активных примесей потоком пузырьков воздуха и появление мономолекулярного слоя ПАВ на поверхности воды. (б) Образование начальной пены. Возникшие полусферические оболочки с обеих сторон покрыты адсорбционными монослоями ПАВ. (c) Процесс внутри экстрактора пузырьковой пленки с оптимальными размерами.Из струи пузырьков воздуха с адсорбированными на их поверхности поверхностно-активными веществами образуется струя плоских жидких пленок концентрата удаляемых загрязнений. Структура пленок показана на выбранном фрагменте. (d) и (e) Процессы внутри цилиндрических пространств с неоптимальными размерами. В случае (d) пузырьковые сферы схлопываются, не образуя воздушно-пленочный поток концентрата удаленных загрязняющих веществ, и в случае (e) проявляется тривиальное явление эрлифта.

Рисунок 2

Принцип экстракции пузырьковой пленки.(а) Адсорбция поверхностно-активных примесей потоком пузырьков воздуха и появление мономолекулярного слоя ПАВ на поверхности воды. (б) Образование начальной пены. Возникшие полусферические оболочки с обеих сторон покрыты адсорбционными монослоями ПАВ. (c) Процесс внутри экстрактора пузырьковой пленки с оптимальными размерами. Из струи пузырьков воздуха с адсорбированными на их поверхности поверхностно-активными веществами образуется струя плоских жидких пленок концентрата удаляемых загрязнений.Структура пленок показана на выбранном фрагменте. (d) и (e) Процессы внутри цилиндрических пространств с неоптимальными размерами. В случае (d) пузырьковые сферы схлопываются, не образуя воздушно-пленочный поток концентрата удаленных загрязняющих веществ, и в случае (e) проявляется тривиальное явление эрлифта.

Когда происходит экстракция пузырьковой пленки, флотационный концентрат выходит из объема воды через канал (трубу) с коническим сужением на выходе и раструб (захватная воронка) у основания (см. Рисунок 2 (c)).В патрубке пузырьки воздуха с адсорбированными ПАВ образуют зону критического газового наполнения и сливаются, а, перемещаясь в пространство разрядного канала, трансформируются в поток плоских пленок жидкости. Каждая плоская пленка жидкости состоит из насыщенного раствора ПАВ и направляется в сборник отходов через верхнюю коническую часть выпускного канала. (Эта часть выпускного канала не изображена на Рисунке 2 (c).)

Плоские жидкие пленки разделены воздушными зазорами, как показано на выбранном фрагменте рисунка 2 (c).Давление внутри воздушных зазоров немного выше атмосферного и снижается от основания нагнетательного канала к его выходу. Объем воздуха в зазорах зависит от размера всплывающих пузырьков и адсорбции ПАВ (Г _τ ) на их поверхности в момент попадания в гнездо. Взаимосвязь жесткая, поскольку каждая плоская жидкая пленка концентрата загрязнений и каждый воздушный зазор появляются в канале выброса в результате выброса определенного количества поверхностно-активного вещества и определенного объема воздуха из соответствующего количества сросшихся пузырьков воздуха.Поскольку все пузырьки диспергируемого воздуха собираются патрубком, поток плоской пленки жидкости и разделяющие воздушные зазоры движутся внутри выпускного канала со скоростью: (20) где:

В соответствии с уравнением (17) поток поверхностно-активного вещества, вызванный аэрацией, прямо пропорционален выбросу воздуха и обратно пропорционален радиусу пузырьков воздуха. Исходя из этого, можно было ожидать, что увеличение выпуска воздуха и уменьшение размера образующихся пузырьков воздуха обеспечат повышение производительности экстракции пузырьковой пленки.Но при уменьшении размера пузырьков воздуха до десятых долей миллиметра и менее (Khuntia et al. 2012; Cantat et al. 2013) скорость их слияния даже при критическом газовом наполнении резко снижается. . В результате небольшой пузырьковый континуум заполняет все пространство разрядного канала в экстракторе пузырьковой пленки и движется по нему с большим количеством захваченной воды. Схематично этот процесс изображен на рисунке 2 (е).

Но если поток пузырьков воздуха, попадающий в патрубок нагнетательного канала, оказывается составленным (по объему подаваемого воздуха) на 60–80% из пузырьков диаметром 2–4 мм и на 20–40% из пузырьков диаметром существенно меньше 1 мм, ситуация существенно меняется.В этом случае в зоне раструба образуется газожидкостная смесь, в которой пространство между крупными пузырьками (диаметром 2–4 мм) заполняется мелкими пузырьками (образуется газожидкостная система вложенного типа, как показано на рисунке). схематично на рисунке 3 (г)). В такой системе реакция сил поверхностного натяжения на разрыв больших пузырьков преодолевает барьер электростатического отталкивания между соседними пузырьками воздуха и вызывает цепную реакцию коалесценции.

Рисунок 3

Фотографии монодисперсных потоков пузырьков воздуха (a) — (c) и иллюстрация фрагмента полидисперсного потока (d), образующего встроенную структуру внутри собирающей воронки экстрактора пузырьковой пленки.

Рисунок 3

Двойные электрические слои существуют на любых границах раздела, и они играют важную роль в обеспечении стабильности водных пленок между пузырьками воздуха (Яминский и др. 2010 г.). В пузырьковой колонне, ограниченной стенками экстрактора пузырьковой пленки, заряды противоположных знаков локализуются на оболочках пузырьков и в пространстве водяных менисков соответственно. При истончении менисков двойные электрические слои перекрывают друг друга, и их электростатическое отталкивание предотвращает слияние пузырьков воздуха. Как следствие, происходит перераспределение ионов внутри менисков. Увеличение концентрации ионов в менисках за счет перекрытия двойных электрических слоев создает локальное осмотическое давление, и вода устремляется внутрь менисков, дополнительно противодействуя их истончению.Таким образом, осмотическая составляющая давления расщепления добавляется к силам кулоновского отталкивания.

Теория электростатического отталкивания двойных электрических слоев была разработана в середине прошлого века Б. В. Дерягиным, Л. Д. Ландау, Э. Фервей (Э. Вервей) и Я. Овербеком (ДЛФО). Эти авторы показали, что при взаимодействии плоскопараллельных объектов с низкими значениями их поверхностного потенциала ( φ _о) величина кулоновской составляющей давления расщепления определяется уравнением: (21) где:

z — заряд противоионов;
e — заряд электрона;
кТ — энергия теплового движения;
æ — параметр, характеризующий толщину ионной атмосферы;
δ = 1/ ч — размер зазора между плоскостями локализации поверхностных зарядов;
n _o — концентрация ионов в зазоре.

Согласно уравнению (21) давление расщепления Π _e при указанных условиях пропорционально квадрату поверхностного потенциала ( φ ).

Для сильно заряженных поверхностей, когда поверхностный потенциал равен φ _о> 4 kT / ze , величина электростатического давления расщепления не зависит от φ _о и получается из следующего выражения : (22)

При более строгом подходе к анализу электростатического отталкивания между двойными электрическими слоями в жидкой пленке, согласно теории DLFO, получается следующее соотношение: (23)

Первый член в уравнении (23) представляет осмотическое давление в зоне адгезии пузырьков, а второй учитывает осмотическое давление в мениске.На практике раздельное определение этих двух составляющих невозможно.

Сказанное выше описывает отталкивание пузырьков воздуха, когда поверхность покрыта адсорбционными слоями ионогенных поверхностно-активных веществ. Как правило, многие поверхностно-активные вещества изменяют степень ионизации при изменении pH и ионной силы в технологической воде. Очень часто отталкивание заряженных пузырьков воздуха в воде настолько велико, что предотвращает их слияние даже при плотном контакте.Чтобы преодолеть это отталкивание, требуется мощный толчок. Такой толчок возникает при самопроизвольном лопании каких-то пузырей в тесном ансамбле.

Особенность коллективного поведения ансамблей больших и малых пузырьков воздуха внутри зоны их накопления в экстракторе пузырьков-пленок состоит в том, что крупные пузырьки, лопаясь, стимулируют процесс коллективного разрушения мелких пузырьков.Это связано с тем, что разрыв пузырьков воздуха при их переходе из воды в атмосферу сопровождается мощными гидродинамическими и аэродинамическими возмущениями (Collins 2010; Ghabache et al. 2014). Экспериментальные и теоретические исследования этих явлений были выполнены Duchemin et al. (2002), Nguyen et al. (2013), Ghabache et al. (2014) и Brasz et al. (2018). Эти авторы показали, что акт лопания пузырьков сопровождается мощными капиллярными волнами и появлением быстро растущего жидкого конуса (струи).При определенных размерах лопающихся пузырьков одна или несколько микроскопических капель воды вылетают с большой скоростью (до 10 м / с) из верхушки струи в окружающее пространство. Капли, в зависимости от их размера и начальной скорости, либо возвращаются в воду, либо образуют аэрозоль в воздухе (Brasz et al. 2018).

Капиллярные волны, сопровождающие лопание крупных пузырьков воздуха в верхней части критической зоны газонаполнения внутри воронки экстрактора пузырьковой пленки, передают импульсы его силы мелким пузырькам встроенной конструкции.Эти импульсы преодолевают электростатическое отталкивание в ограниченных менисках соприкасающихся пузырьков и тем самым инициируют их слияние с высвобождением адсорбированных поверхностно-активных веществ в ту часть экстрактора пузырьковой пленки, где появляется поток воздушно-жидкостной пленки флотационного концентрата. Уравнение, описывающее вызванный аэрацией поток ПАВ, который трансформируется в воздушно-пленочный поток флотоконцентрата, имеет вид: (24) где:

Но поскольку конвективный поток, сопровождающий всплытие больших пузырьков, захватывает в себя маленькие пузырьки, то, если большие и маленькие пузырьки образуются в воде на одинаковом расстоянии от воронки экстрактора пузырьковой пленки, оба типа пузырьков приобретают одинаковую скорость всплытия. , а поток ПАВ, вызванный аэрацией, описывается уравнением: (25)

В этой связи следует отметить, что когда большие пузырьки образуются на небольшом расстоянии от основания экстрактора пузырьковой пленки, а маленькие пузырьки — на большом расстоянии, значение dG / d τ составляет определяется в основном адсорбцией и переносом поверхностно-активного вещества в потоке мелких пузырьков, то есть: (26) где — расстояние от основания экстрактора пузырьковой пленки, на котором в воде образуются небольшие пузырьки воздуха.И если на пузырьках воздуха адсорбируются только ПАВ с высокими коэффициентами диффузии в воде, то (24) переходит к виду: (27) где:

Уравнение (27) описывает вызванную аэрацией доставку поверхностно-активных примесей воды в гнездо экстрактора пузырьковой пленки в зависимости от количества и размера больших и малых пузырьков воздуха в их потоке.В частности, если доля воздуха в больших и маленьких пузырьках составляет соответственно 70% и 30% от общего выброса, а радиусы больших и маленьких пузырьков составляют 10: 1, по сравнению со случаем, когда весь воздух расходуется только для образования больших пузырей получаем увеличение dG / d τ в 3,7 раза, так как: (28) где:

1 — α = 0,7 — доля диспергированного воздуха в крупных пузырьках;
α = 0.3 — доля диспергированного воздуха в мелких пузырьках;
= 10: 1 — это отношение радиуса больших пузырей к радиусу маленьких пузырей.

Следовательно, (27) будет иметь следующий вид: (29) где:

Но при переносе ПАВ из объема воды на ее поверхность концентрация ПАВ ( C ) в субфазе уменьшается.Уравнение баланса следующее: (30) где V — объем воды, подвергнутой флотационной обработке.

Комбинируя уравнения (24) и (30) и группируя постоянные значения в этих уравнениях в обобщенную константу скорости процесса экстракции пузырьковой пленки, для случая низкой концентрации поверхностно-активного вещества получаем: (31) где:

И, наконец: (32)

Комбинируя также уравнения (29) и (30) с выполнением тех же условий и процедур, указанных выше, можно получить: (33) где поправочный коэффициент из-за действия маленьких пузырьков.

Уравнение (33) показывает динамику процесса извлечения поверхностно-активных веществ из пузырьковой пленки из заданного объема воды, когда в этом процессе используется поток пузырьков воздуха с существенно разными размерами.

На рис. 4 показаны результаты расчетов C / C ₀ и τ , полученные по уравнениям (32) и (33), а также данные стендового эксперимента.Линия с короткими штрихами отображает расчетную динамику выноса ПАВ воздушным потоком, состоящим из крупных пузырьков ( r ₁ = 2 × 10 ⁻³ м). Линия с длинными штрихами изображает динамику удаления ПАВ под действием потока воздуха, состоящего из смеси крупных и мелких пузырьков ( r ₁ = 2 × 10 ⁻³ м, и r ₂ = 2 × 10 ⁻⁴ м, соотношение 7/3). При проведении расчетов значение принималось равным 1, а время процесса считалось часами.Сплошная линия отображает экспериментально наблюдаемое изменение скорости извлечения пузырьковой пленки ( C / C ₀ в зависимости от времени) в результате замены 1/3 воздуха, израсходованного на образование больших пузырьков, на то, что было потрачено на образование маленьких пузырьков, как показано выше. ( r ₁/ r ₂ = 10/1). Момент переключения структуры воздушного потока, используемого для экстракции пузырьковой пленки, показан стрелкой. Стендовый эксперимент проводился с использованием раствора гидрохлорида полигексаметиленгуанидина (Mm = 5,000–10,000, C ₀ = 1.5 мг / дм ³) в водопроводной воде. Объем обрабатываемого раствора составлял 3 дм ³, расход воздуха на барботирование — 1 дм ³ / мин, продолжительность процесса экстракции пузырьковой пленки от начала до конца около 2,5 часов. Текущая концентрация поверхностно-активного вещества измерялась, как описано в Gevod & Reshetnyak (2015). Концентрацию полигексаметиленгуанидина можно измерить также, как описано в другом месте (Chmilenko et al. 2011).

Оценка существующих общепринятых традиционных методов очистки воды

Т.Идика Н. Одугбеми
Ф. Т. Огунсола

Абстрактные

Классические методы очистки воды включают кипячение, фильтрацию, облучение и использование химикатов, в то время как традиционные методы очистки воды включают кипячение, фильтрацию, осаждение, длительное хранение и солнечное излучение. Болезни, передаваемые через воду, более распространены в сельских общинах, где доступ к питьевой воде обычно невысок.Таким образом, это исследование было разработано для оценки и изменения существующих методов очистки воды, используемых в сельских общинах, с целью поощрения их регулярного использования.
Пробы воды, собранные из различных источников, обслуживающих шесть сельских общин в районах местного самоуправления Агеге, Эпе и Икороду штата Лагос, были очищены с использованием каждого из традиционных методов. Подсчет жизнеспособности проводился на каждой пробе воды до и после процесса очистки. Загрязнение проб воды известными патогенами также было включено в тест.Метод кипячения был наиболее эффективным, обеспечивая 100% обеззараживание после трех минут непрерывного кипячения. Солнечный метод обеспечивает различную степень обеззараживания проб воды (42-100%) в зависимости от мутности воды и типа контейнера, используемого для испытания. Метод длительного хранения и методы тканевой фильтрации обеззараживали воду на (0,6-4,2%) и 41% соответственно.
Следует поощрять использование солнечной энергии для очистки воды. Пробы мутной воды следует фильтровать тканью перед выходом на солнце для максимальной эффективности.

(Af. J. of Clinical and Experimental Microbiology: 2002 3 (1): 41-44)

Авторское право на статьи, опубликованные в этом журнале, сохраняется за журналом.

границ | Сообщества микробов, сформированные процессами очистки на водоочистных сооружениях, и их вклад и угроза безопасности питьевой воды

Введение

Бактерии играют важную роль в очистке воды.С одной стороны, бактерии из неочищенной воды могут использовать органические и неорганические вещества в качестве субстратов для роста, что приводит к повышению биологической стабильности и снижению уровня микрозагрязнителей в воде (Lautenschlager et al., 2013; Hedegaard and Albrechtsen, 2014). С другой стороны, некоторые из них могут быть потенциальными патогенами человека, например, некоторые виды Legionella (Berjeaud et al., 2016) и Mycobacterium (Vaerewijck et al., 2005). Таким образом, полное использование бактериального биоразложения и борьба с патогенами являются двумя основными целями при очистке питьевой воды.

Биофильтрация, один из старейших методов очистки воды, разработан для стимулирования роста бактерий на гранулированных материалах для обеспечения биоразложения (Proctor and Hammes, 2015). Процессы биофильтрации (например, быстрый песок, гранулированный активированный уголь (GAC) и медленная фильтрация через песок) классифицируются в соответствии с их вспомогательными материалами и режимами работы. Песочная фильтрация и фильтрация GAC являются наиболее популярными методами и считаются традиционными и современными методами очистки соответственно. Эффективность биофильтрации зависит от стабильных структур бактериального сообщества и высокой микробной активности (Fonseca et al., 2001; Kim et al., 2014), но процессы обработки и их конфигурации обычно вызывают изменения в бактериальном сообществе (Zeng et al., 2013; Perst et al., 2016). Бактериальные сообщества, присутствующие в системах очистки, в основном были занесены из исходной воды (Yang et al., 2011). В общем, первые две обработки, применяемые к исходной воде, — это флокуляция и седиментация, которые существенно не меняют структуру микробного сообщества (Lin et al., 2014). Далее следует фильтрация через песок.Бактериальное сообщество, обнаруженное в песочных фильтрах, регулируется бактериями, присутствующими в сточных водах седиментации (Xu et al., 2017). Затем обычно идет фильтрация GAC, в большинстве случаев в сочетании с озоном, который представляет собой процесс обработки озоно-биологическим активированным углем (O ₃ -BAC). Озон окисляет природные органические вещества, образуя легко биоразлагаемые низкомолекулярные побочные продукты, и увеличивает концентрацию растворенного кислорода (DO). Таким образом, озон положительно коррелирует с ростом микроорганизмов на GAC (Yang et al., 2016). Однако озон, как мощный окислитель, также может эффективно инактивировать бактерии (Hunt and Marinas, 1999). Таким образом, влияние озонирования на бактериальные сообщества заслуживает дальнейшего исследования, которое облегчит оценку влияния озонирования на фильтрацию БАХ.

Биофильтрация эффективно удаляет биоразлагаемые соединения. Однако биопленки, колонизированные на фильтрующих материалах, могут отслаиваться, формируя последующее бактериальное сообщество (Pinto et al., 2012; Lautenschlager et al., 2014) и увеличение бактериальных популяций в сточных водах (Stewart et al., 1990; Zhang et al., 2015). Бактерии, выделяемые из фильтров BAC, чрезвычайно устойчивы к дезинфекции (Camper et al., 1986; Yu et al., 2014). Дезинфекция, заключительный этап обработки воды, имеет решающее значение для контроля микробиома, высвобождаемого в очищенную воду, и подавления роста микробов во время распределения. Однако дезинфекция не может полностью уничтожить микробиом на очистных сооружениях и, таким образом, потенциально действует как стрессовое селективное давление (Gomez-Alvarez et al., 2012; Holinger et al., 2014; Wang et al., 2014). Следует уделять больше внимания бактериям, отобранным дезинфицирующими средствами.

Было описано, что несколько физико-химических параметров воды, таких как pH, температура, растворенный органический углерод и т. Д., Влияют на динамику бактериального сообщества (Lindstrom, 2000; Li et al., 2010; Pinto et al., 2012; Kim et al., 2014; Стейли и др., 2015). Понимание взаимосвязи между параметрами качества воды и бактериальными сообществами может помочь отслеживать изменения в микробиоме путем мониторинга параметров качества воды.Сезонные изменения вызывают большие колебания показателей качества воды (Li et al., 2014; Feng et al., 2016). Однако лишь в нескольких исследованиях изучалась структура бактериального сообщества на водоочистной станции в течение четырех сезонов (Pinto et al., 2012). Для изучения структуры и разнообразия микробиома независимые от культуры методы позволяют проводить более глубокий анализ, чем методы, зависящие от культуры. Преимущество его длинных считываний однажды привело к тому, что пиросеквенирование 454 стало широко использоваться на образцах питьевой воды (Pinto et al., 2012; Цзэн и др., 2013; Ким и др., 2014; Лаутеншлагер и др., 2014; Lin et al., 2014). Однако пиросеквенирование 454 имеет более высокую частоту ошибок на основание и подвержено ошибкам с отступом в гомополимерных участках (Loman et al., 2012). Таким образом, пиросеквенирование 454 было прекращено с развитием секвенирования следующего поколения (NGS) (Tan et al., 2015). Технология Illumina MiSeq становится все более популярной из-за ее преимуществ, заключающихся в более низкой стоимости, большей пропускной способности и более высокой точности (Hirai et al., 2017). Однако применение секвенирования Illumina MiSeq для питьевой воды по-прежнему ограничено (LaPara et al., 2015). Поскольку разные платформы секвенирования обычно не совпадают (Smith and Peay, 2014; Sinclair et al., 2015), внедрение новых платформ секвенирования для проб питьевой воды имеет первостепенное значение. Кроме того, филогенетическое исследование сообществ путем реконструкции ненаблюдаемых состояний (PICRUSt), новый вычислительный подход, позволяет прогнозировать функциональный состав бактериальных сообществ, используя последовательности маркерного гена 16S рРНК (Langille et al., 2013). В отличие от качественного анализа высокопроизводительного секвенирования, количественная полимеразная цепная реакция в реальном времени (КПЦР) является полезным инструментом для количественного отслеживания конкретных бактериальных штаммов (Brinkman et al., 2003). Таким образом, интеграция высокопроизводительного секвенирования с КПЦР полезна для оценки состава микробных сообществ, особенно для обнаружения конкретных бактерий.

Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы проанализировать различия в бактериальных сообществах и функциональных профилях во время процессов очистки, чтобы определить роль бактерий в очистке воды.Секвенирование Illumina MiSeq было применено для идентификации и характеристики бактериальных сообществ на водоочистных сооружениях, где используются традиционные и современные процессы биофильтрации. Для выяснения сезонного влияния на структуру бактериального сообщества отбор проб проводился на каждом этапе процесса в течение одного года. Полученные данные 16S обрабатывали с помощью программы PICRUSt 1.0.0 для прогнозирования функций микробных сообществ. Бактерии из родов Mycobacterium и Legionella , которые включают патогены человека, были количественно определены с помощью количественной ПЦР.Кроме того, параметры качества воды были измерены в течение года отбора проб, чтобы оценить их влияние на бактериальные сообщества. Правильная настройка параметров качества воды позволит лучше контролировать и управлять структурами бактериального сообщества в системах очистки питьевой воды.

Материалы и методы

Процессы очистки питьевой воды

Станция очистки питьевой воды расположена в районе Уцзян, Сучжоу, провинция Цзянсу, Китай (31.11 ° с.ш., 120,62 ° в.д.). Источником воды является восточное озеро Тайху, третье по величине пресноводное озеро в Китае. Озеро Тайху уже несколько десятилетий испытывает проблемы с эвтрофикацией. Среднее качество воды в озере Тайху оценивается как класс IV (класс I-V, от лучшего к худшему) согласно Стандарту качества окружающей среды для поверхностных вод Китая. Пробы были взяты из восточной части озера Тайху, где качество воды лучшее в озере. Этот завод производит около 300 000 м3 ³ питьевой воды в сутки.Исходная вода была последовательно обработана предварительным озонированием, флокуляцией, седиментацией, фильтрацией через песок, пост-озонированием, фильтрацией БАХ и дезинфекцией хлором (рис. 1). Соответствующие количества свободного хлора были добавлены в сток БАХ для обеспечения уровней свободного остаточного хлора выше 0,4 мг / л через 30 мин времени контакта. На этапе предварительного озонирования добавляют 0,5 мг / л озона со временем контакта 5 минут, а озон 1 мг / л добавляют с временем контакта 12 минут для пост-озонирования.

Рисунок 1 .Принципиальная схема установки очистки питьевой воды (ПАВ, сульфат полиалюминия).

Отбор проб, обработка проб и физико-химический анализ

Выборочная кампания проводилась в течение 4 месяцев (ноябрь, январь, май и июль) с 2015 по 2016 год. Каждый из 4 месяцев относился к разному времени года (осень, зима, весна и лето соответственно). Пробы воды отбирали в трех экземплярах с каждой стадии обработки воды в стерильные бутыли емкостью 1 л. БАХ и песчаные среды собирали из верхней и средней частей фильтровальных пластин в стерильные пробирки объемом 5 мл.Каждый раз, когда отбирались фильтры, случайным образом выбирались три точки отбора проб. Образцы верхней биопленки отбирали с поверхности фильтров. Образцы средней биопленки отбирали на глубине 0,5–0,8 м. Все образцы были доставлены на льду в лабораторию и обработаны в течение 12 ч. Каждый образец воды был тщательно объединен с тремя повторностями. Затем 0,5 л поверхностной воды, 2 л обеззараженной воды и по 1 л каждого из оставшихся проб воды были отфильтрованы через 0.Нитроцеллюлозные мембраны 22 мкм (диаметр 50 мм, Millipore, США). Тщательно объединяли три повторяющихся образца биопленки из каждой части фильтров. Мембраны фильтров и смешанные биопленочные среды хранили при -80 ° C перед экстракцией ДНК.

Температура, pH и DO были измерены сразу после отбора проб воды на каждом участке отбора проб с помощью портативного многопараметрического анализатора качества воды HQ30d (Hach, США). Аммиачный азот, нитриты и нитраты анализировались согласно стандартным протоколам (APHA, 2011).Мутность определяли с помощью анализатора мутности 2100N (HACH, США). Общий органический углерод (TOC) измеряли с помощью анализатора TOC Aurora 1030W (OI, США).

Экстракция ДНК, ПЦР-амплификация и секвенирование

Отфильтрованные мембраны с собранной биомассой разрезали на кусочки стерилизованными ножницами, и тотальную ДНК экстрагировали с использованием набора E.Z.N.ATM Mag-Bind Soil DNA Kit (OMEGA, США) в соответствии с протоколом производителя. Соответствующие образцы биопленки (0,5 г образцов BAC и 2 г образцов песка) были подвергнуты экстракции ДНК с использованием этого набора.Бактериальную область V3-V4 гена 16S рРНК амплифицировали с использованием прямого праймера 341F (5′-CCCTACACGACGCTCTTCCGATCTG-3 ‘) и обратного праймера 805R (5′-GACTGGAGTTCCTTGGCACCCGAGAATTCCA-3’). ПЦР-амплификацию проводили с помощью термоциклера T100 ™ (BIO-RAD, США). Все реакции ПЦР проводили в трех экземплярах с 20 мкл конечной реакционной смеси, которая содержала 4 мкл 5 × Fast Pfu Buffer, 2 мкл 2,5 мМ dNTP, 0,8 мкл каждого праймера (5 мкМ), 0,4 мкл ДНК-полимеразы Taq. (Thermo Scientific, США), 0.2 мкл BSA и 10 нг матричной ДНК. Условия термоциклирования были следующими: этап начальной денатурации при 95 ° C в течение 3 минут и 28 циклов при 95 ° C в течение 30 секунд, 55 ° C в течение 30 секунд и 72 ° C в течение 45 секунд, с последующим заключительным этапом. удлинение при 72 ° C в течение 10 мин (Shu et al., 2016). Сначала продукты ПЦР подвергали скринингу с использованием 2% агарозных гелей и очищали с использованием Agencourt AMPure XP (Beckman, США) в соответствии с инструкциями. Очищенные продукты ПЦР секвенировали по парным концам на платформе Illumina MiSeq (Illumina, США) при длине считывания 2 × 300 п.н.Всего в компании Sangon Biotech (Shanghai) Co. Ltd.

было секвенировано 44 образца.

Последовательности гена 16S рРНК были депонированы в архиве считывания последовательностей NCBI под регистрационным номером SRP106506.

Количественный анализ ПЦР в реальном времени для выявления потенциальных патогенов и общего количества бактерий

Legionella spp. Mycobacterium spp. и общее количество бактерий подсчитывали с помощью кПЦР с использованием системы ПЦР в реальном времени ABI7500 (Life Technologies, США). Для Legionella spp.была разработана стратегия ПЦР для амплификации гена 23S рРНК, специфичного к роду Legionella , с использованием прямого праймера 5′-CCCATGAAGCCCGTTGAA-3 ‘и обратного праймера 5′-ACAATCAGCCAATTAGTACGAGTTAGC-3′ с 5’-HEXACTAGCCACACTC -TAMRA-3 ‘зонд TaqMan (Назарян и др., 2008). Программа ПЦР была следующей: 95 ° C в течение 30 секунд и 40 циклов при 95 ° C в течение 5 секунд и 58,5 ° C в течение 34 секунд.

Mycobacterium spp. были количественно определены путем нацеливания на ген 16S рРНК с использованием прямого праймера (5′-CCTGGGAAACTGGGTCTAAT-3 ‘), обратного праймера (5′-CGCACGCTCACAGTTA-3′) и зонда (5’-FAM-TTTCACGAACAACGCGACAAACT-TAMRAoms-3 ‘) (Radomski-3’) и другие., 2010). Программа ПЦР была следующей: 95 ° C в течение 30 секунд и 45 циклов при 95 ° C в течение 5 секунд, 55 ° C в течение 15 секунд и 72 ° C в течение 34 секунд. Общее количество бактерий определяли с использованием прямого праймера (1369F: CGGTGAATACGTTCYCGG) и обратного праймера (1492R: GGWTACCTTGTTACGACTT) при температуре отжига 55 ° C (Suzuki et al., 2000).

реакций qPCR проводили в трех повторах с каждой реакционной смесью по 10 мкл, содержащей 5 мкл 2 × Premix Ex Taq, 200 нМ каждого праймера, 100 нМ зонда, 0,1 мкл 50 × ROX в качестве эталонного красителя и 1 мкл ДНК-матрицы.Контрольные реакции содержали те же смеси, но с 1 мкл стерильной воды вместо матрицы ДНК. Стандартную ДНК готовили и прогоняли во время каждой кПЦР для создания стандартных кривых ( r ²> 0,99). Эффективность амплификации контролировалась, и стандарты амплифицировались с аналогичной эффективностью (91–99%, в зависимости от анализа).

Обработка последовательностей и анализ данных

Данные последовательности были обработаны для обрезки считываний с оценкой Q _phred ниже 20 с использованием QIIME (Caporaso et al., 2010). Адаптеры были удалены с помощью программы cutadapt (Chen et al., 2014). Обрезанные считывания с парного конца были объединены с максимальной частотой несоответствия 1 несоответствие в 10 базах с использованием PEAR (Unno, 2015). Затем последовательности были демультиплексированы с помощью QIIME. И качественная фильтрация была выполнена с использованием Prinseq (Schmieder and Edwards, 2011) для удаления гомополимеров длиной более 8 пар оснований и последовательностей менее 200 пар оснований, показывающих неоднозначное основание «N» или со средним показателем качества основы менее 20. Для этого использовалось программное обеспечение UCHIME. выявлять и удалять химеры (Эдгар и др., 2011). Все образцы были нормализованы для обеспечения равного количества последовательностей в каждом образце путем случайной подвыборки для дальнейшего анализа. Оперативные таксономические единицы (OTU) были сгруппированы с отсечкой сходства 97% с использованием Usearch (Edgar, 2010) и классифицированы по набору данных Ribosomal Database Project (RDP) с отсечкой уровня достоверности 80% (Cole et al., 2009). Последовательности, помеченные как хлоропласты, митохондрии или эукариоты (составляющие 1,8% от всех последовательностей), были исключены. Mothur ver. 1.30.1 (Schloss et al., 2009) использовался для расчета индексов бактериального разнообразия (Шеннон, Симпсон, оценка охвата на основе численности (ACE), Chao1 и охват). Тепловая карта реализована с помощью тепловой карты пакетов R (http://www.r-projet.org/) (Lin et al., 2014). Пакет R vegan использовался для оценки взвешенной метрики UniFrac и для выполнения анализа главных координат (PCoA) (Noyce et al., 2016). Анализ избыточности (RDA) был использован для изучения взаимосвязи между факторами окружающей среды и бактериальными сообществами.Тесты однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) проводили для оценки статистически значимой разницы показателей разнообразия между выборками. Различия считались достоверными при p <0,05. Диаграммы Венна были построены с использованием онлайн-инструмента «Нарисовать диаграмму Венна» (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn) для анализа перекрывающихся и уникальных ОТЕ в процессе лечения. Односторонний пермутационный дисперсионный анализ (PERMANOVA) был выполнен с использованием пакета R vegan для оценки статистически значимого воздействия процессов лечения на бактериальные сообщества (Anderson and Walsh, 2013).

Прогнозирование функциональных профилей

Для прогнозирования функционального состава PICRUSt-совместимые таблицы OTU были построены с использованием стратегии выбора OTU с закрытыми ссылками (pick_closed_ referencefence _otus. Py, отсечка сходства uclust на уровне 0,97, Greengene v13_8) в QIIME 1.8.0 (Langille et al., 2013 ). Полученная таблица OTU была загружена в PICRUSt 1.0.0 на сервере Galaxy (http://huttenhower.sph.harvard.edu/galaxy/). Функциональная информация была аннотирована в соответствии с базой данных Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG).Значения индекса ближайшего упорядоченного таксона (NSTI) для всех образцов были между 0,10 и 0,24, что указывает на относительно точные прогнозы. График неметрического многомерного масштабирования (NMDS) был построен с использованием пакета R vegan на основе анализа PICRUSt.

Результаты и обсуждение

Физико-химические свойства воды

Параметры качества исходной и очищенной воды в каждый момент отбора проб показаны в таблице 1. Все параметры качества воды варьировались, но очищенная вода всегда соответствовала стандарту качества воды (GB5749-2006).Скорость удаления TOC во время процессов обработки показана на рисунке 2A. Флокуляция-осаждение, фильтрация через песок и фильтрация БАУ были важными процессами для удаления ТОС, и их степень удаления ТОС относительно стабилизировалась на уровне 10–15%, 20% и более 20%, соответственно. Скорости помутнения и удаления аммиачного азота в каждом процессе обработки показаны на рисунке 2B. С помощью флокуляции-осаждения было удалено более 90% мутности. Мутность всех образцов после флокуляции-осаждения была ниже 1 NTU.Затем с помощью песочной фильтрации и фильтрации ВАС было удалено примерно 60 и 20% мутности соответственно. Все процессы обработки, за исключением пост-озонирования, способствовали удалению аммиачного азота. После озонирования концентрация аммиачного азота увеличилась примерно на 30%, что может быть связано с продуктами разложения азотистых органических веществ (LeLacheur and Glaze, 1996). Дезинфекция хлором имела самый высокий уровень (47–66%) удаления аммиачного азота из-за реакции хлора и аммиачного азота (Hayes-Larson and Mitch, 2010).Скорость удаления всех параметров существенно не различалась между разными сезонными образцами ( p > 0,05).

Таблица 1 . Параметры качества исходной и очищенной воды в каждый момент отбора проб.

Рисунок 2 . Вариации скорости удаления TOC (A) , мутности (левая ось, гистограмма) и аммиачного азота (правая ось, линейный график) (B) в процессе обработки в разное время.Стрелки на рисунке указывают соответствующие вертикальные координаты различных данных.

Влияние процессов лечения на бактериальные сообщества

Индексы богатства и разнообразия сообществ на каждом этапе обработки во время сезонной выборки показаны в Таблице 2. С граничным значением сходства 97%, 22 522, 10 142, 12 345 и 17 132 OTU были получены в ноябре, январе, мае и июле, соответственно. После озонирования индексы Chao1 и Shannon соответственно увеличились с 1335–3133 до 1428–4258 и с 3.От 74–4,59 до 4,54–6,37 ( p, > 0,05). Дезинфекция хлором снизила индексы богатства и разнообразия (индексы Chao1 и Шеннона) с 2 469–5231 до 1300–4 237 и с 5,62–6,91 до 4,15–6,13 ( p > 0,05) соответственно. Влияние лечебных процессов на богатство и разнообразие бактериального сообщества было незначительным. Богатство и разнообразие бактериального сообщества менялось на каждом этапе процесса в зависимости от времени отбора проб. Однако связи между этими переменными обнаружено не было.

Таблица 2 . Индексы богатства и разнообразия бактериального сообщества на каждом этапе обработки и в четыре этапа отбора проб.

Влияние основных этапов процесса обработки на бактериальные сообщества было исследовано с использованием диаграмм Венна (Рисунок S1). В общей сложности 54–193 ОТЕ повсеместно присутствовали от сырой воды до обеззараженной воды в разное время отбора проб. Процент от общего количества OTU, которые часто встречаются в процессе лечения, составлял 1.5, 1,1, 1,0 и 1,1% в ноябре, январе, мае и июле соответственно, что указывает на то, что на общие OTU приходится очень небольшая часть обнаруженных OTU. Образцы с каждого основного этапа, а именно фильтрации песка, пост-озонирования, фильтрации БАХ и дезинфекции хлором, содержали 22–67% уникальных ОТЕ (рис. S1). Процент уникальных OTU был наибольшим в стоках фильтра BAC и дезинфицированной воде (40–53% и 36–67%, соответственно), что указывает на то, что фильтрация и дезинфекция BAC имеют силу для формирования микробиома.В сточных водах от фильтрации через песок была самая низкая доля уникальных OTU (22–27%), что означает, что фильтрация через песок оказывает более слабое влияние на бактериальное сообщество, чем другие основные этапы процесса.

PERMANOVA выявило отсутствие значительных различий между структурами бактериального сообщества на двух последовательных участках отбора проб, а именно в неочищенной воде и в стоках для предварительного озонирования ( F = 0,32, P = 0,836), в стоках для предварительного озонирования и седиментации ( F = 2.03, P = 0,069), отстойники от седиментации и фильтрации через песок ( F = 0,44, P = 0,791), стоки после фильтрации через песок и после озонирования ( F = 1,16, P = 0,296) и стоки после озонирования и фильтрации БАХ ( F = 1,26, P = 0,163). Точно так же различия структур бактериальных сообществ между предварительным озонированием и фильтрацией песка, а также между седиментацией и пост-озонированием не были значительными ( P > 0.05). За исключением упомянутого выше, различия между структурами бактериального сообщества двух случайных выборок были значительными ( P <0,05). Для последовательных проб воды только сточные воды БАХ и дезинфицированная вода показали значительную разницу ( F = 1,73, P = 0,027), что указывает на то, что все индивидуальные процессы обработки, кроме дезинфекции, не оказали значительного воздействия на бактериальное сообщество. Напротив, бактериальное сообщество было сформировано комбинацией многоступенчатых процессов.

Вариации в составе бактериального сообщества в процессе лечения

20 наиболее распространенных типов бактериального сообщества, обнаруженных в 11 точках отбора проб и четырех случаях отбора проб, показаны на Рисунке 3A. Состав бактериального сообщества в неочищенной воде, стоках после озонирования, стоках седиментации, стоках фильтрации через песок и пробах биопленки оставался относительно стабильным, несмотря на колебания в пропорциях Proteobacteria и Actinobacteria во время сезонного отбора проб.Однако состав бактериального сообщества в пробах после озонирования, фильтрации БАХ и дезинфицированной воды варьировался в разное время отбора проб. Преобладающие типы, кроме Proteobacteria (38,54–64,96%), в образцах после озонирования различались в разных сезонных образцах. Это были Firmicutes (5,73%), Planctomycetes (5,29%) и Acidobacteria (4,7%) в ноябре, Proteobacteria (38,54%), Actinobacteria (11.46%) и Cyanobacteria (34,14%) в январе, Actinobacteria (32,26%) в мае и Actinobacteria (9,64%), Firmicutes (7,44%) и Bacteroidetes (5,73%) в июле. Преобладающие бактерии в сточных водах после фильтрации БАХ также варьировались и составляли Firmicutes (8,38%) и Bacteroidetes (7,66%) в ноябре; цианобактерий (18,65%) и актинобактерий (9,08%) в январе; Актинобактерии (11.47%) и Bacteroidetes (4,87%) в мае и Acidobacteria (5,13%) и Actinobacteria (4,64%) в июле, в дополнение к наиболее преобладающему типу в целом ( Proteobacteria , 47,64–64,01%) . По сравнению с группами в сточных водах после озонирования и фильтрации BAC, преобладающие бактериальные группы в дезинфицированной воде были относительно постоянными ( Proteobacteria при 32,19–55,3%, Firmicutes при 14,07–34,56%), за исключением высокого уровня Deinococcus-Thermus (11.71%) в мае и Actinobacteria (30,14%) в июле.

Рисунок 3 . Относительная численность бактериального типа (A) и классов (B) на каждом этапе обработки. Показаны 20 самых распространенных типов или классов. Сокращения такие же, как в таблице 2.

Proteobacteria, Actinobacteria и Firmicutes преобладали в разных образцах. Актинобактерии и Протеобактерии преобладали в сырой воде, составляя 37.7–61,4% и 17,3–34,9% от общего числа последовательностей соответственно. Доля Actinobacteria постепенно снижалась на последовательных этапах предварительного озонирования, флокуляции, осаждения и фильтрации через песок, в то время как доля Proteobacteria соответственно увеличивалась. После озонирования численность актинобактерий резко снизилась с 14,3–52,7% до 3,4–32,3%, что привело к абсолютному преобладанию протеобактерий . В отличие от актинобактерий , протеобактерии доминировали во всех образцах, включая образцы воды и биопленок.Дезинфекция хлором снизила долю Proteobacteria с 47,6–64,0% до 32,19–55,3%. Напротив, доля Firmicutes увеличилась с 3,4–8,4% до 14,1–34,6% после дезинфекции.

20 самых распространенных классов бактериального сообщества во всех местах отбора проб представлены на Рисунке 3B. Подобно вариациям в типах, бактериальный состав на уровне класса пост-озонирования, фильтрационных стоков БАХ и дезинфицированной воды различается в зависимости от сезона. Proteobacteria состоит из пяти подклассов: Alpha-, Beta-, Gamma-, Delta- и Epsilonproteobacteria . Alphaproteobacteria был наиболее преобладающим подклассом в пределах Proteobacteria во всех образцах (составляя примерно 50% от Proteobacteria ), за которым следовало Betaproteobacteria (примерно 30%), за исключением дезинфицированной воды. В дезинфицированной воде доля Gammaproteobacteria (~ 30%) в составе Proteobacteria приближалась к доле Alphaproteobacteria (~ 35%) в мае и июле и была в шесть-семь раз выше, чем доля Alphaproteobacteria (~ 15%). ) в ноябре и январе.Помимо гаммапротеобактерий , в дезинфицированной воде преобладали Bacilli и Clostridia . Оба они принадлежат к группе Firmicutes , и на них приходятся аналогичные доли (5,75–24,15% и 5,32–28,18%, соответственно) классов бактерий в дезинфицированной воде.

Протеобактерии , доминирующий тип во всех пробах, являются наиболее распространенными бактериями в пресноводных озерах. Из пяти подклассов Proteobacteria преобладает Alphaproteobacteria из-за его конкурентных преимуществ в условиях низкой доступности питательных веществ и его способности разлагать сложные органические соединения (Eiler et al., 2003; Hutalle-Schmelzer et al., 2010). Напротив, бетапротеобактерии предпочитают размножаться в богатых питательными веществами средах (Newton et al., 2011), что приводит к их слабой конкурентоспособности в олиготрофных средах. Хотя Gammaproteobacteria было в изобилии только в дезинфицированной воде, ему следует уделять больше внимания из-за его увеличения после дезинфекции хлором. Доминирование Gammaproteobacteria в обеззараженной воде, возможно, было связано с его высокой устойчивостью к хлору (Mi et al., 2015; Белила и др., 2016; Pang et al., 2016; Станиш и др., 2016).

Актинобактерии обычно встречаются и часто имеют численное значение в различных пресноводных средах обитания (Glöckner et al., 2000; Zwart et al., 2002). Актинобактерии составляли наибольшую долю бактериальных типов в сырой воде. Однако в процессе лечения они уменьшались, что свидетельствует об их уязвимости для лечения (Servais et al., 1994). Напротив, Bacteroidetes поддерживается на постоянном уровне во всех образцах, что отражает его устойчивость к процессам обработки.Доля Firmicutes увеличилась после дезинфекции хлором, что может быть связано с большей устойчивостью грамположительных бактерий ( Firmicutes ), чем грамотрицательных бактерий ( Proteobacteria ) к хлору (Mir et al., 1997).

Характеристики бактериальных сообществ из воды и различных фильтров

Показатели видового богатства в образцах воды и биопленок не различались (табл. 2). Оценки бактериального разнообразия биопленок БАХ были выше, чем у песчаных биопленок во время отбора проб, с большим количеством OTU (914–2167) и более высокими значениями индексов Chao1 (1427–3375) и Шеннона (4.44–6,04) в биопленках БАХ, чем в биопленках песка [641–1185 OTU, индексы Chao1 (1047–2245) и индексы Шеннона (4,09–5,01)] (таблица 2). Однако различия не были достоверными ( p > 0,05). И песок, и биопленки БАХ имеют больше OTU с соответствующими сточными водами (28,6–56,3% и 25,6–59,4% образцов биопленки, соответственно), чем с их соответствующими притоками (13,4–32% и 16,8–47,3% образцов биопленок, соответственно) ( данные за ноябрь и май, показанные на рисунке 4, и данные за январь и июль, показанные на рисунке S2), что подразумевает, что фильтрующая среда, выбранная для поверхностно-ассоциированных бактерий и влияющая на последующий поток, несмотря на то, что была засеяна притоком (Dang and Lovell, 2016).

Рисунок 4 . Диаграммы Венна, показывающие количество общих OTU между фильтрующими биопленками и их соответствующими притоками и стоками в ноябре (A) и мае (B) . Сокращения такие же, как в таблице 2.

Структуры бактериальных сообществ образцов биопленок достоверно отличались от таковых в образцах воды (ПЕРМАНОВА, P <0,05). Состав бактериального сообщества был сходным в верхней и средней частях каждого типа фильтра (песочный фильтр, PERMANOVA, F = 0.20, P = 0,823; Фильтр ВАС, ПЕРМАНОВА, F = 0,37, P = 0,877). Однако наблюдалась значительная разница в бактериальных сообществах между биопленками песка и БАХ (верхняя часть, PERMANOVA, F = 5,37, P = 0,029; средняя часть, PERMANOVA, F = 5,30, P = 0,024). . Популяция актинобактерий , которая доминировала в воде, стала второстепенной группой в биопленках (менее 8%) (рис. 3А). Точно так же численность Cyanobacteria была выше в воде (1–15%), чем в биопленках (<0.1–2%). Их низкое содержание на фильтрующих материалах указывает на то, что они не склонны к образованию биопленок (Парфенова и др., 2013). Напротив, Acidobacteria и Planctomycetes , которые присутствовали в небольших количествах в воде (не более 7% каждый), были относительно многочисленны в биопленках. Acidobacteria составляли 4,4–14,4% и 12,2–30,0% типов в биопленках песка и БАХ, соответственно, в то время как доля Planctomycetes составляла 6,4–27,3% и 2.8–12,1%. В пределах Acidobacteria, Acidobacteria_Gp4 (59,8–95,8% от Acidobacteria ) преобладали в биопленках BAC, в то время как Acidobacteria_Gp3 (54,2–69,8% из Acidobacteria ) преобладали в биопленках песка (рис. 3B). Преобладание Acidobacteria и Planctomycetes в биопленках может быть связано с их физиологическими и генетическими особенностями, связанными с жизнью на поверхности (Dang and Lovell, 2016), и они широко распространены в биопленках питьевой воды (Schmeisser et al., 2003; Мартини и др., 2005; Qin et al., 2007). Напротив, численность Bacteroidetes мало различалась между планктонными и сидячими формами, составляя 2,3–7,3%.

Количественный анализ

Mycobacterium spp. и Legionella spp.

Род Mycobacterium , хорошо известный своей устойчивостью к дезинфицирующим средствам (Simoes and Simoes, 2013), присутствовал в большей пропорции (7,24%) после озонирования в мае и в дезинфицированной воде (8.30%) в январе (рисунок S3A). Однако доля Mycobacterium spp. учитываемые в обеззараженной воде значительно варьировались с сезонными изменениями ( p <0,05). Оба Mycobacterium spp. и Legionella spp. в биопленках было больше копий генов, чем в воде (рис. 5). Однако Mycobacterium spp. составляла довольно небольшую долю в биопленках по сравнению с водой (Рисунок S3A). Напротив, Legionella spp. представили накопление на фильтрах BAC (рис. S3B), что привело к увеличению их выбросов в сточных водах BAC, что представляет потенциальную угрозу для потребителей.К счастью, дезинфекция хлором эффективно уничтожила Legionella spp. ( p <0,05).

Рисунок 5 . Результаты QPCR для Mycobacterium spp. (A) и Legionella spp. (B) на каждом этапе обработки во время сезонного отбора проб. Аббревиатуры образцов такие же, как в таблице 2.

Озон считается более сильным дезинфицирующим средством, чем свободный хлор и диоксид хлора, из-за его самого высокого окислительного потенциала, равного 2.07 V (Тейлор и др., 2000; Чо и др., 2010). Однако исследователи обнаружили, что двухслойные грамположительные бактерии, такие как Mycobacterium , выжили и стали преобладающими после озонирования (Lee and Deininger, 2000). В нашем исследовании количество копий и пропорций генов Mycobacterium и Legionella увеличилось после озонирования (Рисунок 5 и Рисунок S3). Следовательно, необходимо количественно определить потенциальные патогены с помощью КПЦР, особенно в дезинфицированной воде. Кроме того, следует использовать более эффективные методы инактивации, чтобы гарантировать безопасность питьевой воды.

Временная и пространственная динамика микробных сообществ

Динамика структур сообществ во всех точках отбора проб и во всех временных точках проиллюстрирована на рисунке 6. Основная ось 1 и главная ось 2 для PCoA представляют 39,4 и 16,1% вариации между выборками, соответственно. Образцы биопленки и воды занимали разные позиции. Пробы воды сгруппировались перед озонированием, а затем отчетливо разделились во время сезонного отбора проб после озонирования. Сезонные пробы после озонирования показали дисперсное распределение.Результаты PERMANOVA показали, что пробы без существенных различий в двух местах отбора проб включали неочищенную воду и стоки до озонирования, стоки после озонирования и осаждения, стоки от седиментации и песчаной фильтрации, стоки после песчаной фильтрации и стоки после озонирования, стоки после озонирования и BAC и BAC. сточные воды и дезинфицированная вода ( P > 0,05). Все эти образцы без существенной разницы имели черту, по крайней мере, по одному образцу из каждого места отбора образцов, сгруппированных близко (рис. 6).По словам ПЕРМАНОВОЙ, дезинфекция была единственным этапом индивидуальной обработки, который существенно повлиял на бактериальное сообщество ( P <0,05) (Kim et al., 2013). Таким образом, динамика проб обеззараженной воды отличалась от динамики других проб воды (Рисунок 6). В качестве альтернативы биопленки BAC отделились от биопленок песка, но каждая из них сгруппировалась, несмотря на разную глубину и время отбора проб. Эта динамика биопленки показала, что бактериальные сообщества биопленок были однородными от поверхности до средней части каждого фильтра с высокой стабильностью между разными временами отбора проб.

Рисунок 6 . Анализ основных координат (PCoA) образцов с использованием взвешенных показателей UniFrac. Аббревиатуры образцов такие же, как в таблице 2.

Структура бактериального сообщества на каждом этапе обработки (за исключением сточных вод после озонирования и фильтрации БАХ) была относительно стабильной во время сезонного отбора проб. Разумным объяснением было то, что структура сообщества определялась более широкими условиями окружающей среды, чем только температура (Kim et al., 2013; Zwirglmaier et al., 2015). На динамику микробных сообществ в основном повлияли процессы обработки, а не сезонные изменения. Предыдущее исследование также показало, что сообщества активного ила были сформированы процессами обработки (Lee et al., 2015). Восприимчивость бактериального сообщества в сточных водах после озонирования к сезонным изменениям может быть связана с сильным влиянием температуры на растворимость и распад озона (Gardoni et al., 2012). По сравнению с изменениями качества воды из-за высокой дозировки озона после озонирования (1 мг / л), предварительного озонирования (при более низкой дозировке 0.5 мг / л) мало изменили качество воды, что привело к тому, что бактериальное сообщество в сточных водах после озонирования стало более стабильным по отношению к сезонным изменениям. Группирование проб перед озонированием продемонстрировало незначительное влияние предварительного озонирования, флокуляции, седиментации и фильтрации через песок на смещение микробиома (Li et al., 2017; Xu et al., 2017). Образцы перед фильтрацией BAC отделились от образцов после фильтрации BAC, что согласуется с предыдущим открытием, что фильтрация формирует бактериальное сообщество в соответствующем стоке (Lautenschlager et al., 2014).

Варианты функций разложения загрязнителей в процессе обработки

Результаты анализа образцов с помощью NMDS, основанного на прогностических функциональных генах, показаны на рисунке 7. Образцы воды рассредоточились без явной кластеризации. Эти функциональные профили не имеют сезонных ассоциаций. Функции образцов биопленки были более стабильными, чем функции образцов воды. Кроме того, кластеризация биопленок из песка и БАХ предполагала их сходство по функциям, несмотря на их несоответствие в составе сообщества, что может быть связано с функциональной избыточностью внутри сообществ (Allison and Martiny, 2008). ).

Рисунок 7 . Анализ NMDS, основанный на прогностических функциональных генах. Аббревиатуры образцов такие же, как в таблице 2.

Функциональные профили, связанные с путём KEGG, которые были предсказаны с помощью PICRUSt, можно разделить на несколько функциональных групп, включая метаболизм, обработку генетической информации, клеточные процессы и обработку информации об окружающей среде. Некоторые функции, относящиеся к разложению загрязнителей, такие как разложение атразина, разложение бисфенола и разложение нафталина, были идентифицированы в профилях разложения ксенобиотиков и метаболизма образцов.Вариации функций разложения загрязняющих веществ в процессе обработки в ноябре и мае показаны на Рисунке 8. Количество последовательностей, отнесенных к разложению загрязняющих веществ, было наименьшим и наибольшим в ноябре и мае, соответственно. Способность разлагать каждый тип загрязняющих веществ различалась в большом количестве. Высокий процент последовательностей был отнесен к разложению аминобензоата, бензоата, капролактама, хлоралкана и нафталина, тогда как низкий процент последовательностей был отнесен к разложению 2,2-бис (4-хлорфенил) -1,1,1-трихлорэтана (ДДТ).Количество генов, участвующих в биоразложении загрязнителей, обычно снижалось во время процессов обработки. Эти функциональные профили, за исключением разложения ДДТ, были наиболее распространены на песчаном фильтре. Эти результаты показали, что микробы в процессах обработки, возможно, участвовали в разложении различных органических загрязнителей и что роль фильтрации через песок в разложении загрязнителей может быть недооценена. Предыдущее исследование показало, что токсичные химические вещества увеличивают количество метаболических ферментов и метаболических путей микробов (Lu et al., 2017). Корреляция между функциями разложения загрязнителей и концентрацией соответствующих загрязнителей требует дальнейшего исследования.

Рисунок 8 . Тепловая карта функциональных генов, относящихся к деградации загрязняющих веществ, прогнозируемая с помощью PICRUSt во время процессов обработки в ноябре и мае. Относительное количество каждого функционального гена указано интенсивностью цвета с легендой вверху. Верхняя и левая панели показывают иерархическую кластеризацию. Аббревиатуры образцов такие же, как в таблице 2.ДДТ является сокращением от 2,2-бис (4-хлорфенил) -1,1,1-трихлорэтана.

Взаимосвязь между бактериальными сообществами и параметрами качества воды

RDA был использован для анализа взаимосвязей между параметрами окружающей среды и структурой бактериального сообщества (рис. 9). RDA показало, что мутность, аммиачный азот и TOC оказали значительное влияние на профили сообщества ( p <0,01). Азот аммиака и TOC были связаны с условиями питания (Zhang et al., 2009; Liao et al., 2013). Мутность скорректировала пропорции ассоциированных с частицами и свободноживущих микробных сообществ (Dang and Lovell, 2016). Структуры бактериального сообщества в пробах сырой воды и сточных вод после озонирования положительно коррелировали с pH, мутностью, аммиачным азотом и TOC с сезонными изменениями. Сила корреляции сточных вод после озонирования особенно изменялась во время сезонного отбора проб. Бактериальное сообщество в продезинфицированной воде положительно коррелировало с DO.

Рисунок 9 .Анализ избыточности (RDA) основных типов бактерий и параметров окружающей среды. Аббревиатуры образцов такие же, как в таблице 2.

Таблица 3 показывает, что относительная численность типов бактерий и классов протеобактерий коррелировала с параметрами качества воды. Более высокие температуры были более благоприятными для Alphaproteobacteria, Nitrospirae и Gemmatimonadetes ( p <0,05 или 0,01), но более вредными для Cyanobacteria ( p <0.01). Относительная численность актинобактерий, цианобактерий и планктомицетов положительно коррелировала со значениями pH ( p <0,05), тогда как численность гаммапротеобактерий , дельтапротеобактерий, фирмикутов, ацидобактерий, Nitrospirae, 90mmatiury999 и 90mmatiury9 E1999 ( p <0,05). Actinobacteria, Planctomycetes и Verrucomicrobia были сильными конкурентами в сильно мутной воде ( p <0.05), но Alphaproteobacteria — нет ( p <0,05). Actinobacteria, Planctomycetes и Verrucomicrobia положительно коррелировали с аммиачным азотом ( p <0,05). Напротив, Firmicutes, Gammaproteobacteria, Deltaproteobacteria и Euryarchaeota отрицательно коррелировали с аммиачным азотом ( p <0,05). Высокие уровни DO способствовали росту Cyanobacteria ( p <0.01), но ингибировал Actinobacteria и Gemmatimonadetes . Actinobacteria и Verrucomicrobia присутствовали в более высоких относительных количествах в средах с высоким TOC ( p <0,01), тогда как Firmicutes, Euryarchaeota, Gammaproteobacteria и Deltaproteobacteria были более конкурентоспособными в средах с низким TOC ( p <0,01). <0,05).

Таблица 3 . Корреляция между параметрами качества воды и относительной численностью преобладающих типов бактерий и классов протеобактерий.

Alphaproteobacteria были относительно более многочисленными при высоких температурах и низкой мутности. Более высокий ТОС и мутность в сырой воде благоприятствовали актинобактериям (Glöckner et al., 2000; Wu et al., 2007), что привело к большему количеству Actinobacteria , чем Alphaproteobacteria . Снижение ТОС и мутности во время обработки уменьшило популяцию актинобактерий . Точно так же Verrucomicrobia было относительно много в сырой воде и фильтре ВАС, где концентрации ТОС были выше.Напротив, Firmicutes, Euryarchaeota, Gammaproteobacteria и Deltaproteobacteria адаптировались к средам с низким TOC, становясь очень распространенными в очищенной воде. Кроме того, низкие температуры способствовали росту цианобактерий , что противоречит предыдущим сообщениям о потеплении озера, стимулирующем рост цианобактерий (Thomas and Litchman, 2016). Несоответствие может быть результатом различий в оптимальных температурах роста различных цианобактерий (Lurling et al., 2013).

Выводы

В процессах очистки питьевой воды обитает большое количество бактерий. Proteobacteria, Actinobacteria, Acidobacteria, Planctomycetes и Firmicutes были доминирующими бактериальными типами. Дезинфекция значительно повлияла на структуру бактериального сообщества, в то время как другие процессы обработки синергии с их последовательными процессами повлияли на сообщества. Состав бактериального сообщества в сточных водах после озонирования, сточных водах БАХ и дезинфицированной воде менялся в зависимости от сезона.Бактериальные сообщества в воде и биопленках различались, причем последние в основном зависели от фильтрующих материалов. Напротив, биопленки на разных фильтрах имеют схожий функциональный состав и одинаково высокую стабильность. Хотя параметры качества исходной воды сильно различались в разные сезоны, качество очищенной воды оставалось относительно стабильным. Фильтрация через песок и БАХ эффективно удаляет растворенные органические вещества. Анализ PICRUSt показал, что функциональные гены, связанные с деградацией некоторых загрязняющих веществ, были широко распространены во всех процессах обработки, особенно на песочных фильтрах и фильтрах BAC.Два рода, Mycobacterium и Legionella , были количественно определены в процессах обработки. Хлор эффективен в удалении большинства бактерий, включая некоторые потенциальные патогены, за исключением Mycobacterium . Бактериальный состав определялся взаимодействием всех параметров качества воды, среди которых наиболее важными факторами были мутность, аммиачный азот и TOC. Это исследование представляло собой всестороннее исследование изменений микробных сообществ на заводе по очистке питьевой воды в течение четырех репрезентативных месяцев.В целом, бактерии в процессах очистки составляли относительно стабильную структуру бактериального сообщества, которая способствовала очистке воды. Однако потенциальные патогены, особенно устойчивые к дезинфицирующим средствам, представляют угрозу для здоровья населения.

Авторские взносы

SY и LL разработали и руководили исследованием. QL и GL разработали эксперименты. QL, ZG и YY проводили эксперименты. QL, ZL и GL проанализировали данные. QL написал статью. LR, QX и ML отредактировали документ.

Финансирование

Эта работа финансировалась Национальным крупным проектом Министерства науки и технологий Китая (№ 2012ZX07403-001).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить компанию Huayan за помощь в отборе проб.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.02465/full#supplementary-material

Сокращения

BAC, Биологический активированный уголь; КПЦР, количественная полимеразная цепная реакция; RDA, анализ избыточности; TOC, общий органический углерод; O ₃-ВАС, Озонобиологический активированный уголь; DO, растворенный кислород; NGS, секвенирование следующего поколения; PICRUSt, Филогенетическое исследование сообществ путем реконструкции ненаблюдаемых состояний; OTU, операционные таксономические единицы; ACE, Оценка охвата на основе изобилия; PCoA, анализ главных координат; ANOVA, дисперсионный анализ; KEGG, Киотская энциклопедия генов и геномов; NSTI — индекс ближайшего упорядоченного таксона; NMDS, Неметрическое многомерное масштабирование; ПЕРМАНОВА, Перестановочный многомерный дисперсионный анализ.

Список литературы

Эллисон, С. Д., Мартини, Дж. Б. (2008). Устойчивость, устойчивость и избыточность микробных сообществ. Proc. Natl. Акад. Sci. США 105 (Приложение 1), 11512–11519. DOI: 10.1073 / pnas.0801925105

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андерсон, М. Дж., И Уолш, Д. К. И. (2013). ПЕРМАНОВА, ANOSIM и тест Мантеля перед лицом неоднородных дисперсий: какую нулевую гипотезу вы проверяете? Ecol.Моногр . 83, 557–574. DOI: 10.1890 / 12-2010.1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

APHA (2011). Стандартные методы исследования воды и сточных вод . Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация общественного здравоохранения.

Белила, А., Эль-Чахтоура, Дж., Отайби, Н., Муйзер, Г., Гонсалес-Гил, Г., Сайкали, П. Э. и др. (2016). Структура бактериального сообщества и вариации в полномасштабной установке по опреснению морской воды для производства питьевой воды. Водостойкость .94, 62–72. DOI: 10.1016 / j.watres.2016.02.039

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бержео, Дж. М., Шевалье, С., Шлуссельхубер, М., Портье, Э., Луазо, К., Ошер, В., и др. (2016). Legionella pneumophila : парадокс высокочувствительного условно-патогенного микроорганизма, передающегося через воду, способного сохраняться в окружающей среде. Перед. Microbiol. 7: 486. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.00486.

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бринкман, Н.Э., Хаугланд Р. А., Ваймер Л. Дж., Бьяппанахалли М., Уитмен Р. Л. и Веспер С. Дж. (2003). Оценка быстрого количественного метода ПЦР в реальном времени для подсчета патогенных клеток Candida в воде. Заявл. Environ. Микробиол . 69, 1775–1782. DOI: 10.1128 / AEM.69.3.1775-1782.2003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кампер, А.К., ЛеШевалье, М., Бродавей, С., и Макфетерс, Г. (1986). Бактерии, связанные с гранулированными частицами активированного угля в питьевой воде. Заявл. Environ. Микробиол . 52, 434–438.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Caporaso, J. G., Kuczynski, J., Stombaugh, J., Bittinger, K., Bushman, F. D., Costello, E. K., et al. (2010). QIIME позволяет анализировать данные секвенирования сообщества с высокой пропускной способностью. Нат. Методы 7, 335–336. DOI: 10.1038 / nmeth.f.303

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, C., Khaleel, S. S., Huang, H., and Wu, C.H. (2014).Программное обеспечение для предварительной обработки коротких последовательностей чтения Illumina нового поколения. Исходный код Biol. Мед . 9: 8. DOI: 10.1186 / 1751-0473-9-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чо, М., Ким, Дж., Ким, Дж. Ю., Юн, Дж., И Ким, Дж. Х. (2010). Механизмы инактивации кишечной палочки некоторыми дезинфицирующими средствами. Water Res. 44, 3410–3418. DOI: 10.1016 / j.watres.2010.03.017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коул, Дж.R., Wang, Q., Cardenas, E., Fish, J., Chai, B., Farris, R.J., et al. (2009). Проект базы данных рибосом: улучшенное выравнивание и новые инструменты для анализа рРНК. Nucleic Acids Res . 37, D141 – D145. DOI: 10.1093 / nar / gkn879

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Данг, Х. Ю., Ловелл, К. Р. (2016). Колонизация микробной поверхности и развитие биопленок в морской среде. Microbiol. Мол. Биол. Ред. . 80, 91–138. DOI: 10,1128 / ммбр.00037-15

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эдгар Р. К., Хаас Б. Дж., Клементе Дж. К., Айва К. и Найт Р. (2011). UCHIME улучшает чувствительность и скорость обнаружения химер. Биоинформатика 27, 2194–2200. DOI: 10.1093 / биоинформатика / btr381

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эйлер А., Лангенхедер С., Бертилссон С. и Транвик Л. Дж. (2003). Эффективность роста гетеротрофных бактерий и структура сообщества при различных концентрациях природного органического углерода. Заявл. Environ. Микробиол . 69, 3701–3709. DOI: 10.1128 / aem.69.7.3701-3709.2003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фэн Л., Лю С., Ву В., Ма, Дж., Ли, П., Сюй, Х. и др. (2016). Доминирующие роды цианобактерий в озере Тайху и их связь с факторами окружающей среды. J. Microbiol . 54, 468–476. DOI: 10.1007 / s12275-016-6037-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фонсека, А.К., Саммерс, Р. С., и Эрнандес, М. Т. (2001). Сравнительные измерения микробной активности в биофильтрах питьевой воды. Водостойкость . 35, 3817–3824. DOI: 10.1016 / s0043-1354 (01) 00104-x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гардони Д., Вайлати А. и Канциани Р. (2012). Распад озона в воде: обзор. Ozone Sci. Eng . 34, 233–242. DOI: 10.1080 / 01

2.2012.686354

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Глёкнер, Ф.О., Зайчиков, Е., Белкова, Н., Денисова, Л., Пернталер, Дж., Пернталер, А. и др. (2000). Сравнительный анализ 16S рРНК бактериопланктона озера выявляет глобально распределенные филогенетические кластеры, включая многочисленную группу актинобактерий. Заявл. Environ. Микробиол . 66, 5053–5065. DOI: 10.1128 / aem.66.11.5053-5065.2000

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гомес-Альварес, В., Реветта, Р. П., и Доминго, Дж. У. С. (2012). Метагеномный анализ питьевой воды, прошедшей различные виды дезинфекции. Заявл. Environ. Микробиол . 78, 6095–6102. DOI: 10.1128 / aem.01018-12

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хейс-Ларсон, Э. Л., Митч, В. А. (2010). Влияние способа добавления реагента на образование дихлорацетонитрила при хлораминировании. Environ. Sci. Технол . 44, 700–706. DOI: 10.1021 / es

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хедегаард, М. Дж., И Альбрехтсен, Х.J. (2014). Удаление микробных пестицидов в быстрых песчаных фильтрах для очистки питьевой воды — потенциал и кинетика. Водостойкость . 48, 71–81. DOI: 10.1016 / j.watres.2013.09.024

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хираи, Дж., Нагаи, С., Хидака, К. (2017). Оценка анализа метагенетического сообщества планктонных копепод с использованием Illumina MiSeq: сравнение с морфологической классификацией и метагенетический анализ с использованием Roche 454. PLoS ONE 12: e0181452.DOI: 10.1371 / journal.pone.0181452

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Холинджер, Э. П., Росс, К. А., Робертсон, К. Э., Стивенс, М. Дж., Харрис, Дж. К., и Пейс, Н. Р. (2014). Молекулярный анализ микробиологии питьевой воды в местах потребления. Водостойкость . 49, 225–235. DOI: 10.1016 / j.watres.2013.11.027

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хант, Н. К., и Маринас, Б. Дж. (1999). Инактивация Escherichia coli озоном: химическая и кинетика инактивации. Водостойкость . 33, 2633–2641. DOI: 10.1016 / s0043-1354 (99) 00115-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуталле-Шмельцер, К. М., Цвирнманн, Э., Крюгер, А., и Гроссарт, Х. П. (2010). Обогащение и культивирование пелагических бактерий из гуминового озера с добавлением фенола и гуминовых веществ. FEMS Microbiol. Экол . 72, 58–73. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2009.00831.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким, Т.Г., Юн, Дж., Хонг, С. Х., Чо, К. С. (2014). Влияние температуры воды и обратной промывки на бактериальную популяцию и сообщество в процессе биологического активирования угля на водоочистной станции. Заявл. Microbiol. Биотехнология . 98, 1417–1427. DOI: 10.1007 / s00253-013-5057-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ким Т. С., Чон Дж. Ю., Уэллс Г. Ф. и Парк Х. Д. (2013). Общие и редкие бактериальные таксоны, демонстрирующие различные временные динамические модели в биореакторе с активным илом. Заявл. Microbiol. Биотехнология . 97, 1755–1765. DOI: 10.1007 / s00253-012-4002-7

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лангилл, М.Г., Заневельд, Дж., Капорасо, Дж. Дж., Макдональд, Д., Найтс, Д., Рейес, Дж. А. и др. (2013). Прогнозирующее функциональное профилирование микробных сообществ с использованием последовательностей маркерного гена 16S рРНК. Нат. Биотехнология . 31, 814–821. DOI: 10.1038 / NBT.2676

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

ЛаПара, Т.М., Уилкинсон, К., Стрейт, Дж. М., Хозальский, Р. М., Садоукси, М. Дж., И Гамильтон, М. Дж. (2015). Бактериальные сообщества полноразмерных биологически активных фильтров с гранулированным активированным углем стабильны и разнообразны и потенциально содержат новые микроорганизмы, окисляющие аммиак. Заявл. Environ. Микробиол . 81, 6864–6872. DOI: 10.1128 / aem.01692-15

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лаутеншлагер, К., Хван, К., Линг, Ф., Лю, В. Т., Бун, Н., Köster, O., et al. (2014). Численность и состав аборигенных бактериальных сообществ на установке по очистке питьевой воды на основе многоступенчатой биофильтрации. Водостойкость . 62, 40–52. DOI: 10.1016 / j.watres.2014.05.035

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лаутеншлагер К., Хванг К., Лю В. Т., Бун Н., Кёстер О., Фроувенвельдер Х. и др. (2013). Основанный на микробиологии многопараметрический подход к оценке биологической стабильности в сетях распределения питьевой воды. Водостойкость . 47, 3015–3025. DOI: 10.1016 / j.watres.2013.03.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Дж. И Дейнингер Р. А. (2000). Выживаемость бактерий после озонирования. Ozone Sci. Eng . 22, 65–75. DOI: 10.1080 / 01

0008547229

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С. Х., Кан, Х. Дж., И Парк, Х. Д. (2015). Влияние сообществ поступающих сточных вод на изменение сообществ активного ила во времени. Водостойкость . 73, 132–144. DOI: 10.1016 / j.watres.2015.01.014

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

ЛеЛашер, Р. М., и Глейз, В. Х. (1996). Реакции озона и гидроксильных радикалов с серином. Environ. Sci. Технол . 30, 1072–1080. DOI: 10.1021 / es940544z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли К., Линг Ф., Чжан М., Лю В. Т., Ли Ю. и Лю В. (2017). Характеристика динамики бактериального сообщества на заводе по очистке питьевой воды. J. Environ. Sci . 51, 21–30. DOI: 10.1016 / j.jes.2016.05.042

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, X., Упадхьяя, G., Yuen, W., Brown, J., Morgenroth, E., and Raskin, L. (2010). Изменение структуры и функции микробных сообществ в биореакторах очистки питьевой воды при добавлении фосфора. Заявл. Environ. Микробиол . 76, 7473–7481. DOI: 10.1128 / aem.01232-10.

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю.П., Тан, К. Ю., Ю, З. Б., и Ачарья, К. (2014). Корреляция между водорослями и качеством воды: факторы, способствующие эвтрофикации в озере Тайху, Китай. Внутр. J. Environ. Sci. Технол . 11, 169–182. DOI: 10.1007 / s13762-013-0436-4.

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Liao, X., Chen, C., Wang, Z., Wan, R., Chang, C.-H., Zhang, X., et al. (2013). Пиросеквенирующий анализ бактериальных сообществ в биофильтрах питьевой воды, получающих притоки разных типов. Процесс Биохим . 48, 703–707. DOI: 10.1016 / j.procbio.2013.02.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лин, В., Ю, З., Чжан, Х., Томпсон, И. П. (2014). Разнообразие и динамика микробных сообществ на каждой ступени очистных сооружений для производства питьевой воды. Водостойкость . 52, 218–230. DOI: 10.1016 / j.watres.2013.10.071

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ломан, Н. Дж., Мисра, Р. В., Даллман, Т.J., Constantinidou, C., Gharbia, S.E., Wain, J., et al. (2012). Сравнение производительности настольных высокопроизводительных платформ секвенирования. Нат. Биотехнология . 30, 434–439. DOI: 10.1038 / NBT.2198

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу, X. М., Чен, К., и Чжэн, Т. Л. (2017). Метагеномное понимание влияния химических загрязнителей на состав и функцию микробного сообщества в эстуарных отложениях, получающих загрязненную речную воду. Microb.Экол . 73, 791–800. DOI: 10.1007 / s00248-016-0868-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лурлинг, М., Эшету, Ф., Фаассен, Э. Дж., Костен, С., и Хусар, В. Л. М. (2013). Сравнение скорости роста цианобактерий и зеленых водорослей при разных температурах. Freshw. Биол . 58, 552–559. DOI: 10.1111 / j.1365-2427.2012.02866.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартини, А.С., Альбрехтсен, Х.Дж., Арвин, Э., и Молин, С.(2005). Идентификация бактерий в биопленках и объемных пробах воды из нехлорированной модельной системы распределения питьевой воды: обнаружение большой нитрит-окисляющей популяции, связанной с Nitrospira spp. Заявл. Environ. Микробиол . 71, 8611–8617. DOI: 10.1128 / aem.71.12.8611-8617.2005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mi, Z., Dai, Y., Xie, S., Chen, C., и Zhang, X. (2015). Влияние дезинфекции на бактериальное сообщество биопленок питьевой воды. J. Environ. Sci . 37, 200–205. DOI: 10.1016 / j.jes.2015.04.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Назарян, Э. Дж., Бопп, Д. Дж., Сэйлорс, А., Лимбергер, Р. Дж., И Массер, К. А. (2008). Разработка и внедрение протокола обнаружения легионелл в клинических пробах и пробах окружающей среды. Диагн. Microbiol. Заразить. Дис . 62, 125–132. DOI: 10.1016 / j.diagmicrobio.2008.05.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ньютон, Р.Дж., Джонс, С. Е., Эйлер, А., МакМахон, К. Д., и Бертилссон, С. (2011). Справочник по естественной истории пресноводных озерных бактерий. Microbiol. Мол. Биол. Ред. . 75, 14–49. DOI: 10.1128 / mmbr.00028-10

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нойс, Г. Л., Фулторп, Р., Горголевски, А., Хазлет, П., Хунги, Т., и Басилико, Н. (2016). Реакция почвенных микробов на добавление древесной золы и лесные пожары в управляемых лесах Онтарио. Заявл. Почва Экол .107, 368–380. DOI: 10.1016 / j.apsoil.2016.07.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панг, Ю. К., Си, Дж. Ю., Сюй, Ю., Хо, З. Ю., и Ху, Г. Ю. (2016). Сдвиги живого бактериального сообщества во вторичных сточных водах в результате дезинфекции хлором, выявленные с помощью высокопроизводительного секвенирования Miseq в сочетании с обработкой моноазидом пропидия. Заявл. Microbiol. Биотехнология . 100, 6435–6446. DOI: 10.1007 / s00253-016-7452-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парфенова, В.В., Гладких А.С., Белых О.И. (2013). Сравнительный анализ биоразнообразия планктонных и биопленочных бактериальных сообществ озера Байкал. Микробиология 82, 91–101. DOI: 10.1134 / s0026261713010128

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пинто, А. Дж., Си, К., и Раскин, Л. (2012). Структура бактериального сообщества в микробиоме питьевой воды определяется процессами фильтрации. Environ. Sci. Технол . 46, 8851–8859. DOI: 10.1021 / es302042t

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Perst, E.И., Хаммес, Ф., ван Лосдрехт, М. К., и Фроувенвельдер, Дж. С. (2016). Биологическая стабильность питьевой воды: контролирующие факторы, методы и проблемы. Перед. Microbiol. 7:45. DOI: 10.3389 / fmicb.2016.00045

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цинь, Ю. Ю., Ли, Д. Т., и Ян, Х. (2007). Исследование общего состава бактериального и аммиачно-окисляющего бактериального сообщества в полномасштабном аэрируемом погружном биопленочном реакторе для предварительной обработки питьевой воды в Китае. FEMS Microbiol. Lett . 268, 126–134. DOI: 10.1111 / j.1574-6968.2006.00571.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Радомски, Н., Лукас, Ф. С., Муайлерон, Р., Камбау, Э., Хэнн, С., и Мулен, Л. (2010). Разработка метода количественной ПЦР в реальном времени для обнаружения и подсчета Mycobacterium spp. в поверхностных водах. Заявл. Environ. Микробиол . 76, 7348–7351. DOI: 10.1128 / AEM.00942-10

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schloss, P.Д., Весткотт, С. Л., Рябин, Т., Холл, Дж. Р., Хартманн, М., Холлистер, Э. Б. и др. (2009). Представляем mothur: программное обеспечение с открытым исходным кодом, независимое от платформы, поддерживаемое сообществом для описания и сравнения сообществ микробов. Заявл. Environ. Микробиол . 75, 7537–7541. DOI: 10.1128 / aem.01541-09

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schmeisser, C., Stöckigt, C., Raasch, C., Wingender, J., Timmis, K. N., Wenderoth, D. F., et al. (2003). Метагеномное исследование биопленок в сетях питьевого водоснабжения. Заявл. Environ. Микробиол . 69, 7298–7309. DOI: 10.1128 / aem.69.12.7298-7309.2003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Серве П., Биллен Г. и Буйо П. (1994). Биологическая колонизация фильтров с гранулированным активированным углем при очистке питьевой воды. J. Environ. Англ. 120, 888–899. DOI: 10.1061 / (восхождение) 0733-9372 (1994) 120: 4 (888)

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шу Д., Хе Ю., Юэ Х. и Ван К.(2016). Метагеномное и количественное понимание микробных сообществ и функциональных генов круговорота азота и железа в двенадцати системах очистки сточных вод. Chem. Англ. J . 290, 21–30. DOI: 10.1016 / j.cej.2016.01.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Simoes, L.C., and Simoes, M. (2013). Биопленки в питьевой воде: проблемы и решения. RSC Adv . 3, 2520–2533. DOI: 10.1039 / c2ra22243d

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Синклер, Л., Осман, О. А., Бертилссон, С., Эйлер, А. (2015). Формирование и разнообразие микробного сообщества через ампликоны гена 16S рРНК: оценка платформы Illumina. PLoS ONE 10: 116955. DOI: 10.1371 / journal.pone.0116955

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит Д. П. и Пи К. Г. (2014). Глубина последовательности, а не репликация ПЦР, улучшает экологический вывод на основе секвенирования ДНК следующего поколения. PLoS ONE 9:

. DOI: 10,1371 / журнал.pone.00

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стейли К., Гулд Т. Дж., Ван П., Филлипс Дж., Котнер Дж. Б. и Садовски М. Дж. (2015). Сортировка видов и сезонная динамика в первую очередь формируют бактериальные сообщества в верховьях реки Миссисипи. Sci. Всего Окружающая среда . 505, 435–445. DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2014.10.012

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Станиш, Л. Ф., Халл, Н. М., Робертсон, К. Э., Харрис, Дж.К., Стивенс, М. Дж., Спир, Дж. Р. и др. (2016). Факторы, влияющие на разнообразие бактерий и состав населения муниципальных питьевых вод в бассейне реки Огайо, США. PLoS ONE 11: e157966. DOI: 10.1371 / journal.pone.0157966

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стюарт, М. Х., Вулф, Р. Л., и Минс, Э. Г. (1990). Оценка бактериологической активности, связанной с очисткой питьевой воды гранулированным активированным углем. Заявл.Environ. Микробиол . 56, 3822–3829.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Сузуки, М. Т., Тейлор, Л. Т., и Делонг, Э. Ф. (2000). Количественный анализ генов малых субъединиц рРНК в смешанных микробных популяциях с помощью 5′-нуклеазных анализов. Заявл. Environ. Микробиол . 66, 4605–4614. DOI: 10.1128 / aem.66.11.4605-4614.2000

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, Б., Нг, К., Ншимйимана, Дж. П., Ло, Л. Л., Гин, К. Ю.Х., Томпсон Дж. Р. (2015). Секвенирование следующего поколения (NGS) для оценки микробиологического качества воды: текущий прогресс, проблемы и будущие возможности. Перед. Microbiol. 6: 1027. DOI: 10.3389 / fmicb.2015.01027

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тейлор, Р. Х., Фалькинхам, Дж. О., Нортон, К. Д., и ЛеШевалье, М. В. (2000). Чувствительность к хлору, хлораму, диоксиду хлора и озону Mycobacterium avium . Заявл. Environ.Микробиол . 66, 1702–1705. DOI: 10.1128 / aem.66.4.1702-1705.2000

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томас, М. К., Личман, Э. (2016). Влияние температуры и доступности азота на рост инвазивных и местных цианобактерий. Hydrobiologia 763, 357–369. DOI: 10.1007 / s10750-015-2390-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vaerewijck, M.J., Huys, G., Palomino, J.C., Swings, J., and Portaels, F.(2005). Микобактерии в системах распределения питьевой воды: экология и значение для здоровья человека. Fems Microbiol. Ред. . 29, 911–934. DOI: 10.1016 / j.femsre.2005.02.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван Х., Мастерс С., Эдвардс М. А., Фолкинхам Дж. О. III. И Пруден А. (2014). Влияние дезинфицирующих средств, возраста воды и материалов труб на структуру бактериального и эукариотического сообщества в биопленке питьевой воды. Environ. Sci.Технол . 48, 1426–1435. DOI: 10.1021 / es402636u

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Wu, X., Xi, W. Y., Ye, W. J., and Yang, H. (2007). Состав бактериального сообщества мелкого гипертрофированного пресноводного озера в Китае, выявленный последовательностями гена 16S рРНК. FEMS Microbiol. Экол . 61, 85–96. DOI: 10.1111 / j.1574-6941.2007.00326.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сюй, Дж., Тан, В., Ма, Дж., и Ван Х. (2017). Сравнение изменений микробного сообщества в двух параллельных многоступенчатых процессах очистки питьевой воды. Заявл. Microbiol. Биотехнология . 101, 5531–5541. DOI: 10.1007 / s00253-017-8258-9

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, Б. М., Лю, Дж. К., Чиен, К. К., Сурампалли, Р. Ю., и Као, К. М. (2011). Вариации АОС и микробного разнообразия на водоочистной станции. Дж. Гидрол . 409, 225–235. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2011.08.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ян, Дж. Х., Ма, Дж., Сонг, Д., Чжай, Х. Д., и Конг, Х. Дж. (2016). Влияние предварительного озонирования на биоактивность и биоразнообразие последующих биофильтров в условиях низких температур — пилотное исследование. Перед. Env. Sci. Eng . 10: 5. DOI: 10.1007 / s11783-016-0844-z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю. С., Линь Т. и Чен В. (2014). Фотокаталитическая инактивация ассоциированной с частицами Escherichia coli с использованием УФ / TiO ₂. RSC Adv . 4, 31370–31377. DOI: 10.1039 / C4RA04061A

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цзэн Д. Н., Фань, З. Ю., Чи, Л., Ван, X., Цюй, В. Д., и Цюань, З. X. (2013). Анализ бактериальных сообществ, связанных с различными процессами очистки питьевой воды. World J. Microbiol. Биотехнология . 29, 1573–1584. DOI: 10.1007 / s11274-013-1321-5

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан, Ю., Ли, П., и Чжоу, Л. (2015). Изучение высвобождения HPC и частиц в процессах озонирования и биологического активированного угля. Chem. Англ. J . 276, 37–43. DOI: 10.1016 / j.cej.2015.04.062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан Ю., Лав Н. и Эдвардс М. (2009). Нитрификация в системах питьевой воды. Крит. Rev. Environ. Sci. Технол . 39, 153–208. DOI: 10.1080 / 10643380701631739

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цварт, Г., Крамп, Б.С., Агтервельд, М., Хаген, Ф., и Хан, С.К. (2002). Типичные пресноводные бактерии: анализ доступных последовательностей гена 16S рРНК из планктона озер и рек. Aquat.