Vedenpuhdistus

Tyypilliset juomaveden käsittelyprosessit

Tavoitteet

Käsittelyn tavoitteina on poistaa vedestä ei-toivottuja ainesosia ja tehdä vedestä turvallista juotavaksi tai se soveltuu tiettyyn käyttötarkoitukseen teollisuudessa tai lääkinnällisissä sovelluksissa. Saasteiden, kuten hienojakoisen kiintoaineen, mikro-organismien ja joidenkin liuenneiden epäorgaanisten ja orgaanisten aineiden tai ympäristöstä peräisin olevien hitaasti hajoavien farmaseuttisten epäpuhtauksien poistamiseksi on käytettävissä hyvin erilaisia tekniikoita. Menetelmän valinta riippuu käsiteltävän veden laadusta, käsittelyprosessin kustannuksista ja käsitellylle vedelle asetettavista laatuvaatimuksista.

Alla olevat prosessit ovat vedenpuhdistuslaitoksissa yleisesti käytettyjä. Joitakin tai useimpia niistä ei välttämättä käytetä riippuen laitoksen laajuudesta ja raakaveden (lähdeveden) laadusta.

Peruskäsittely

1. Pumppaus ja säiliö – Suurin osa vedestä on pumpattava lähteestään tai ohjattava putkiin tai säiliöihin. Jotta vältetään epäpuhtauksien lisääminen veteen, tämä fyysinen infrastruktuuri on valmistettava asianmukaisista materiaaleista ja rakennettava siten, että vahingossa tapahtuvaa saastumista ei tapahdu.
2. Siivilöinti (ks. myös siiviläsuodatin) – Pintaveden puhdistuksen ensimmäinen vaihe on poistaa suuret roskat, kuten kepit, lehdet, roskat ja muut suuret hiukkaset, jotka voivat haitata myöhempiä puhdistusvaiheita. Suurinta osaa syvistä pohjavesistä ei tarvitse seuloa ennen muita puhdistusvaiheita.
3. Varastointi – Jokien vettä voidaan myös varastoida ranta-altaisiin muutamista päivistä moniin kuukausiin, jotta luonnollinen biologinen puhdistus voi tapahtua. Tämä on erityisen tärkeää, jos käsittely tapahtuu hitailla hiekkasuodattimilla. Varastosäiliöt toimivat myös puskurina lyhyitä kuivuuskausia vastaan tai mahdollistavat veden saannin ylläpitämisen lähdejoen ohimenevien pilaantumistapahtumien aikana.
4. Ekoklooraus – Monissa laitoksissa tuleva vesi kloorattiin, jotta putkistoissa ja säiliöissä olevien likaantumisorganismien kasvu olisi mahdollisimman vähäistä. Mahdollisten epäsuotuisten laatuvaikutusten vuoksi (ks. kloori jäljempänä) tästä on suurelta osin luovuttu.

pH-säätö

Puhtaan veden pH on lähellä 7 (ei emäksinen eikä hapan). Meriveden pH-arvo voi vaihdella välillä 7,5-8,4 (kohtalaisen emäksinen). Makean veden pH-arvot voivat vaihdella suuresti riippuen valuma-alueen tai pohjavesialueen geologiasta ja epäpuhtauksien (happamat sateet) vaikutuksesta. Jos vesi on hapanta (alle 7), pH:n nostamiseksi voidaan lisätä kalkkia, soodaa tai natriumhydroksidia vedenpuhdistusprosessien aikana. Kalkin lisääminen lisää kalsiumionien pitoisuutta, mikä nostaa veden kovuutta. Erittäin happamien vesien kohdalla pakotetut kaasunpoistolaitteet voivat olla tehokas tapa nostaa pH:ta poistamalla vedestä liuennutta hiilidioksidia. Veden muuttaminen emäksiseksi auttaa koagulaatio- ja flokkulaatioprosesseja toimimaan tehokkaasti ja auttaa myös minimoimaan lyijyn liukenemisriskin lyijyputkista ja putkien liitososien lyijyjuotteista. Riittävä alkalisuus vähentää myös veden syövyttävyyttä rautaputkille. Happoa (hiilihappoa, suolahappoa tai rikkihappoa) voidaan joissakin tapauksissa lisätä emäksiseen veteen pH:n alentamiseksi. Emäksinen vesi (yli pH 7,0) ei välttämättä tarkoita, että putkistosta peräisin oleva lyijy tai kupari ei liukene veteen. Veden kyky saostaa kalsiumkarbonaattia suojaamaan metallipintoja ja vähentämään myrkyllisten metallien liukenemisen todennäköisyyttä veteen riippuu pH:sta, mineraalipitoisuudesta, lämpötilasta, emäksisyydestä ja kalsiumpitoisuudesta.

Koagulaatio ja flokkulaatio

Yksi ensimmäisistä vaiheista useimmissa tavanomaisissa vedenpuhdistusprosesseissa on kemikaalien lisääminen auttamaan veteen suspendoituneiden hiukkasten poistamisessa. Hiukkaset voivat olla epäorgaanisia, kuten savi ja siltti, tai orgaanisia, kuten levät, bakteerit, virukset, alkueläimet ja luonnollinen orgaaninen aines. Epäorgaaniset ja orgaaniset hiukkaset vaikuttavat veden sameuteen ja väriin.

Epäorgaanisten koagulanttien, kuten alumiinisulfaatin (tai alunan) tai rauta(III)suolojen, kuten rauta(III)kloridin, lisääminen aiheuttaa useita samanaikaisia kemiallisia ja fysikaalisia vuorovaikutussuhteita hiukkasissa ja niiden välillä. Epäorgaaniset koagulantit neutraloivat hiukkasten negatiiviset varaukset muutamassa sekunnissa. Myös rauta- ja alumiiniionien metallihydroksidisaostumat alkavat muodostua sekunneissa. Nämä saostumat yhdistyvät suuremmiksi hiukkasiksi luonnollisten prosessien, kuten Brownin liikkeen ja indusoidun sekoittumisen avulla, jota kutsutaan joskus flokkulaatioksi. Amorfisia metallihydroksideja kutsutaan ”flokiksi”. Suuret, amorfiset alumiini- ja rauta(III)-hydroksidit adsorboituvat ja kietoutuvat suspensiossa oleviin hiukkasiin ja helpottavat hiukkasten poistamista myöhemmillä sedimentaatio- ja suodatusprosesseilla.:8.2-8.3

Alumiinihydroksidit muodostuvat melko kapealla pH-alueella, tyypillisesti: 5,5 – noin 7,7. Rauta(III)-hydroksidit voivat muodostua laajemmalla pH-alueella, mukaan lukien pH-tasot, jotka ovat alhaisemmat kuin alunan kannalta tehokkaat, tyypillisesti: 5,0-8,5.:679

Kirjallisuudessa käydään paljon keskustelua ja hämmennystä termien koagulaatio ja flokkulaatio käytöstä: Mihin koagulaatio päättyy ja flokkulaatio alkaa? Vedenpuhdistuslaitoksissa on yleensä käytössä suurienerginen, nopean sekoituksen yksikköprosessi (viipymäaika sekunneissa), jossa koagulanttikemikaalit lisätään, ja sen jälkeen flokkulaatioaltaat (viipymäajat vaihtelevat 15-45 minuuttiin), joissa pienenergiset panokset kääntävät suuria meloja tai muita hellävaraisia sekoituslaitteita flokin muodostumisen tehostamiseksi. Itse asiassa koagulaatio- ja flokkulaatioprosessit ovat käynnissä, kun metallisuolakoagulantit on lisätty.:74-5

Orgaanisia polymeerejä kehitettiin 1960-luvulla koagulanttien apuaineiksi ja joissakin tapauksissa epäorgaanisten metallisuolakoagulanttien korvaajiksi. Synteettiset orgaaniset polymeerit ovat korkean molekyylipainon yhdisteitä, joilla on negatiivinen, positiivinen tai neutraali varaus. Kun orgaanisia polymeerejä lisätään veteen, jossa on hiukkasia, suuren molekyylipainon yhdisteet adsorboituvat hiukkasten pinnoille ja sulautuvat hiukkasten välisten siltojen avulla muiden hiukkasten kanssa muodostaen flokkeja. PolyDADMAC on suosittu kationinen (positiivisesti varautunut) orgaaninen polymeeri, jota käytetään vedenpuhdistuslaitoksissa.:667-8

Sedimentaatio

Vedet, jotka poistuvat flokkulaatioaltaasta, voivat päästä sedimentaatioaltaaseen, jota kutsutaan myös selkeyttimeksi tai laskeutusaltaaksi. Se on suuri allas, jossa veden nopeus on alhainen, jolloin flokki laskeutuu pohjalle. Laskeutusallas kannattaa sijoittaa flokkausaltaan läheisyyteen, jotta näiden kahden prosessin välinen siirtyminen ei estä laskeutumista tai flokin hajoamista. Laskeutusaltaat voivat olla suorakulmaisia, jolloin vesi virtaa päästä päähän, tai pyöreitä, jolloin virtaus tapahtuu keskeltä ulospäin. Sedimentointialtaiden ulosvirtaus tapahtuu tyypillisesti padon yli, joten vain ohut päällimmäinen vesikerros, joka on kauimpana lietteestä, poistuu.

Allen Hazen osoitti vuonna 1904, että sedimentointiprosessin tehokkuus on hiukkasten laskeutumisnopeuden, altaan läpi kulkevan virtauksen ja altaan pinta-alan funktio. Laskeutusaltaat suunnitellaan tyypillisesti ylivirtausnopeusalueelle, joka on 0,5-1,0 gallonaa minuutissa neliöjalkaa kohti (tai 1,25-2,5 litraa neliömetriä kohti tunnissa). Yleensä laskeutusaltaiden tehokkuus ei riipu viipymäajasta tai altaan syvyydestä. Altaan syvyyden on kuitenkin oltava riittävä, jotta veden virtaukset eivät häiritse lietettä ja jotta laskeutuneiden hiukkasten vuorovaikutus edistyy. Kun hiukkaspitoisuudet laskeutuvassa vedessä kasvavat lähellä lietteen pintaa altaan pohjalla, laskeutumisnopeudet voivat kasvaa hiukkasten törmäysten ja agglomeroitumisen vuoksi. Tyypilliset viipymäajat laskeutuksessa vaihtelevat 1,5 tunnista 4 tuntiin, ja altaan syvyys vaihtelee 3 metristä 4,5 metriin. 9.39-9.40:790-1:140-2, 171

Perinteisiin laskeutusaltaisiin voidaan lisätä kallistettuja litteitä levyjä tai putkia hiukkasten poistotehon parantamiseksi. Kallistetut levyt ja putket lisäävät huomattavasti poistettavien hiukkasten käytettävissä olevaa pinta-alaa Hazenin alkuperäisen teorian mukaisesti. Kallistetuilla levyillä tai putkilla varustetun laskeutusaltaan viemä maapinta-ala voi olla paljon pienempi kuin perinteisen laskeutusaltaan.

Lietteen varastointi ja poisto

Kun hiukkaset laskeutuvat laskeutusaltaan pohjalle, säiliön pohjalle muodostuu lietekerros, joka on poistettava ja käsiteltävä. Syntyvän lietteen määrä on merkittävä, usein 3-5 prosenttia käsiteltävän veden kokonaismäärästä. Lietteen käsittelyn ja hävittämisen kustannukset voivat vaikuttaa vedenpuhdistamon käyttökustannuksiin. Laskeutusallas voidaan varustaa mekaanisilla puhdistuslaitteilla, jotka puhdistavat sen pohjan jatkuvasti, tai allas voidaan ottaa määräajoin pois käytöstä ja puhdistaa manuaalisesti.

Flokkipeitteiset selkeyttimet

Saostuksen alaluokka on hiukkasten poistaminen sulkeutumalla suspendoituneen flokin kerrokseen veden pakottaessa sitä ylöspäin. Flokkipeitteisten selkeyttimien suurimpana etuna on, että ne vievät vähemmän tilaa kuin perinteinen laskeutus. Huonona puolena on se, että hiukkasten poistotehokkuus voi vaihdella suuresti riippuen tuloveden laadun ja virtausnopeuden muutoksista.:835-6

Liuotusilmastointi

Kun poistettavat hiukkaset eivät laskeudu liuoksesta helposti, käytetään usein liuotusilmastointia (DAF). Koagulaatio- ja flokkulaatioprosessien jälkeen vesi virtaa DAF-säiliöihin, joissa säiliön pohjalla olevat ilmadiffuusorit luovat hienoja kuplia, jotka kiinnittyvät flokkiin, jolloin syntyy kelluva massa väkevää flokkia. Kelluva flokkipeite poistetaan pinnalta ja kirkastunut vesi poistetaan DAF-säiliön pohjasta.Vedenjakelussa, joka on erityisen altis yksisoluisille leväkukinnoille, sekä vedenjakelussa, jossa on alhainen sameus ja korkea väriluku, käytetään usein DAF:ää.:9.46

Suodatus

Kun suurin osa flokista on erotettu, vesi suodatetaan viimeisenä vaiheena jäljellä olevien suspendoituneiden hiukkasten ja laskeutumattoman flokin poistamiseksi.

Pikahiekkasuodattimet

Leikkauskuva tyypillisestä pikahiekkasuodattimesta

Yleisimmin käytössä on pikahiekkasuodatintyyppi. Vesi liikkuu pystysuoraan hiekan läpi, jonka yläpuolella on usein kerros aktiivihiiltä tai antrasiittihiiltä. Ylin kerros poistaa orgaanisia yhdisteitä, jotka vaikuttavat makuun ja hajuun. Hiekkahiukkasten välinen tila on suurempi kuin pienimpien suspendoituneiden hiukkasten, joten pelkkä suodatus ei riitä. Useimmat hiukkaset läpäisevät pintakerrokset, mutta jäävät kiinni huokostiloihin tai tarttuvat hiekkahiukkasiin. Tehokas suodatus ulottuu suodattimen syvyyteen. Tämä suodattimen ominaisuus on avainasemassa sen toiminnan kannalta: jos ylin hiekkakerros tukkisi kaikki hiukkaset, suodatin tukkeutuisi nopeasti.

Suodattimen puhdistamiseksi vesi johdetaan nopeasti ylöspäin suodattimen läpi vastakkaiseen suuntaan (tätä kutsutaan takaisinhuuhteluksi tai backflushingiksi), jolloin suodattimeen uponneita tai ei-toivottuja hiukkasia poistetaan. Ennen tätä vaihetta voidaan puhaltaa paineilmaa suodattimen pohjan läpi suodattimen tiivistyneen suodatinmateriaalin hajottamiseksi, mikä helpottaa takaisinhuuhtelua; tätä kutsutaan ilmahuuhteluksi. Saastunut vesi voidaan hävittää laskeutusaltaan lietteen mukana, tai se voidaan kierrättää sekoittamalla se laitokselle tulevaan raakaveteen, vaikka tätä pidetäänkin usein huonona käytäntönä, koska näin raakaveden bakteeripitoisuus nousee uudelleen.

Joissakin vedenpuhdistuslaitoksissa käytetään painesuodattimia. Ne toimivat samalla periaatteella kuin nopeat painovoimasuodattimet, mutta eroavat toisistaan siten, että suodatusaine on suljettu teräsastiaan ja vesi pakotetaan sen läpi paineen alaisena.

Edut:

• Suodattaa pois paljon pienempiä hiukkasia kuin paperi- ja hiekkasuodattimet voivat.
• Suodattaa pois käytännössä kaikki hiukkaset, jotka ovat suurempia kuin niiden määritetty huokoskoko.
• Ne ovat melko ohuita, joten nesteet virtaavat niiden läpi melko nopeasti.
• Ne ovat kohtuullisen vahvoja, joten ne kestävät niiden poikki kulkevia paine-eroja, jotka ovat tyypillisesti 2-5 ilmakehää.
• Ne voidaan puhdistaa (huuhdella takaisin) ja käyttää uudelleen.

Hidas hiekkasuodatin

Hidas ”keinotekoinen” suodatus (penkkisuodatuksen muunnelma) maahan vedenpuhdistuslaitoksessa Káraný, Tšekki

Hitaassa hiekkasuodattimessa käytetyn hiekkasuodatinlaitoksen käyttämä profiili kerrostumista sorasta, hiekasta ja hienosta hiekasta.

Hidas hiekkasuodatin voidaan käyttää, jos maata ja tilaa on riittävästi, sillä vesi virtaa suodattimien läpi hyvin hitaasti. Näiden suodattimien toiminta perustuu biologisiin käsittelyprosesseihin eikä niinkään fysikaaliseen suodatukseen. Ne rakennetaan huolellisesti käyttäen lajiteltuja hiekkakerroksia, joissa karkein hiekka ja hieman soraa on alhaalla ja hienoin hiekka ylhäällä. Pohjalla olevat viemärit johtavat käsitellyn veden pois desinfiointia varten. Suodatus perustuu siihen, että suodattimen pinnalle muodostuu ohut biologinen kerros, jota kutsutaan zoogleal-kerrokseksi tai Schmutzdecke-kerrokseksi. Tehokas hidashiekkasuodatin voi olla käytössä useita viikkoja tai jopa kuukausia, jos esikäsittely on suunniteltu hyvin, ja se tuottaa vettä, jonka ravinnepitoisuus on hyvin alhainen, mihin fysikaalisilla käsittelymenetelmillä harvoin päästään. Hyvin alhaiset ravinnepitoisuudet mahdollistavat sen, että vesi voidaan turvallisesti lähettää jakelujärjestelmien läpi hyvin alhaisilla desinfiointiainepitoisuuksilla, mikä vähentää kuluttajien ärsytystä kloorin ja kloorin sivutuotteiden häiritsevistä pitoisuuksista. Hitaita hiekkasuodattimia ei huuhdota, vaan niitä ylläpidetään raaputtamalla hiekan pintakerros pois, kun biologinen kasvu lopulta estää virtauksen.

Hitaan hiekkasuodattimen erityinen ”laajamittainen” muoto on penkereiden suodatusprosessi, jossa joen rantojen luontaisia sedimenttejä käytetään epäpuhtauksien suodatuksen ensimmäisen vaiheen aikaansaamiseksi. Vaikka vesi ei tyypillisesti ole riittävän puhdasta käytettäväksi suoraan juomavetenä, siihen liittyvistä louhintakaivoista saatu vesi on paljon vähemmän ongelmallista kuin suoraan joesta otettu jokivesi.

Membraanisuodatus

Membraanisuodattimia käytetään laajalti sekä juoma- että jäteveden suodattamiseen. Juomaveden osalta kalvosuodattimet voivat poistaa käytännössä kaikki yli 0,2 μm:n kokoiset hiukkaset – myös giardian ja kryptosporidiumin. Kalvosuodattimet ovat tehokas tertiäärikäsittelyn muoto, kun vettä halutaan käyttää uudelleen teollisuudessa, rajoitettuihin kotitaloustarkoituksiin tai ennen veden johtamista jokeen, jota alajuoksulla sijaitsevat kaupungit käyttävät. Niitä käytetään laajalti teollisuudessa, erityisesti juomien valmistuksessa (mukaan lukien pullotettu vesi). Suodatuksella ei kuitenkaan voida poistaa veteen varsinaisesti liuenneita aineita, kuten fosfaatteja, nitraatteja ja raskasmetalli-ioneja.

Ionien ja muiden liuenneitten aineiden poisto

Ultrasuodatuskalvoissa käytetään polymeerikalvoja, joissa on kemiallisesti muodostettuja mikroskooppisia huokosia, joiden avulla voidaan suodattaa liuenneita aineita välttäen koagulanttiaineiden käyttöä. Kalvoväliaineen tyyppi määrittää, kuinka paljon painetta tarvitaan veden läpivientiin ja minkä kokoisia mikro-organismeja voidaan suodattaa pois.

Ioninvaihto: Ioninvaihtojärjestelmissä käytetään ioninvaihtohartsilla tai zeoliittipakkauksella varustettuja kolonnia ei-toivottujen ionien korvaamiseen. Yleisin tapaus on veden pehmennys, jossa Ca2+- ja Mg2+-ionit poistetaan ja korvataan hyvänlaatuisilla (saippuaystävällisillä) Na+- tai K+-ioneilla. Ioninvaihtohartseja käytetään myös myrkyllisten ionien, kuten nitriitin, lyijyn, elohopean, arseenin ja monien muiden, poistamiseen.

Saosteen pehmennys::13.12-13.58 Kovuudeltaan (kalsium- ja magnesiumioneja) runsaasti sisältävä vesi käsitellään kalkilla (kalsiumoksidilla) ja/tai soodasoodalla (natriumkarbonaatilla) kalsiumkarbonaatin saostamiseksi liuoksessa yhteisten ioneiden vaikutuksen avulla.

Sähködeionisaatio: Vesi johdetaan positiivisen elektrodin ja negatiivisen elektrodin väliin. Ioninvaihtokalvot sallivat vain positiivisten ionien siirtymisen käsitellystä vedestä kohti negatiivista elektrodia ja vain negatiivisten ionien siirtymisen kohti positiivista elektrodia. Erittäin puhdasta deionisoitua vettä tuotetaan jatkuvasti, samoin kuin ioninvaihtokäsittelyssä. Ionien täydellinen poistaminen vedestä on mahdollista, jos oikeat olosuhteet täyttyvät. Vesi esikäsitellään yleensä käänteisosmoosilaitteella ionittomien orgaanisten epäpuhtauksien poistamiseksi ja kaasunsiirtokalvoilla hiilidioksidin poistamiseksi. Veden 99 %:n talteenotto on mahdollista, jos konsentraattivirta johdetaan RO-syöttöön.

Desinfiointi

Pumpuilla lisätään vedenpuhdistuslaitoksessa kirkkaaseen veteen tarvittava määrä kemikaaleja ennen jakelua. Vasemmalta oikealle: natriumhypokloriitti desinfiointiin, sinkkiortofosfaatti korroosionestoaineena, natriumhydroksidi pH:n säätöön ja fluoridi hampaiden reikiintymisen ehkäisyyn.

Desinfiointi toteutetaan sekä suodattamalla haitalliset mikro-organismit pois että lisäämällä desinfioivia kemikaaleja. Vesi desinfioidaan suodattimien läpi kulkeutuvien taudinaiheuttajien tappamiseksi ja desinfiointiaineen jäännösannoksen aikaansaamiseksi, jotta mahdolliset haitalliset mikro-organismit voidaan tappaa tai inaktivoida varastointi- ja jakelujärjestelmissä. Mahdollisia taudinaiheuttajia ovat virukset, bakteerit, kuten salmonella, kolera, kampylobakteeri ja shigella, sekä alkueläimet, kuten Giardia lamblia ja muut kryptosporidiat. Minkä tahansa kemiallisen desinfiointiaineen käyttöönoton jälkeen vettä pidetään yleensä tilapäisessä varastossa – jota kutsutaan usein kontaktisäiliöksi tai kirkkaaksi kaivoksi – jotta desinfiointitoiminta saadaan suoritettua loppuun.

Klooridesinfiointi

Yleisin desinfiointimenetelmä sisältää jonkinlaista klooria tai sen yhdisteitä, kuten kloramiinia tai klooridioksidia. Kloori on voimakas hapetin, joka tappaa nopeasti monia haitallisia mikro-organismeja. Koska kloori on myrkyllinen kaasu, sen käyttöön liittyy päästövaara. Tämä ongelma vältetään käyttämällä natriumhypokloriittia, joka on kotitalouksien valkaisuaineissa käytetty suhteellisen edullinen liuos, joka vapauttaa vapaata klooria veteen liuetessaan. Klooriliuoksia voidaan tuottaa paikan päällä elektrolysoimalla tavallisia suolaliuoksia. Kiinteä muoto, kalsiumhypokloriitti, vapauttaa klooria joutuessaan kosketuksiin veden kanssa. Kiinteän aineen käsittely vaatii kuitenkin enemmän rutiininomaista ihmiskontaktia pusseja avaamalla ja kaatamalla kuin kaasupullojen tai valkaisuaineen käyttö, joka on helpompi automatisoida. Nestemäisen natriumhypokloriitin tuottaminen on edullista ja myös turvallisempaa kuin kaasun tai kiinteän kloorin käyttö. Jopa 4 milligrammaa litrassa (4 miljoonasosaa) olevaa klooripitoisuutta pidetään turvallisena juomavedessä.

Kaikki kloorin muodot ovat laajalti käytössä, niiden haittapuolista huolimatta. Yksi haittapuoli on, että mistä tahansa lähteestä peräisin oleva kloori reagoi vedessä olevien luonnollisten orgaanisten yhdisteiden kanssa muodostaen mahdollisesti haitallisia kemiallisia sivutuotteita. Nämä sivutuotteet, trihalometaanit (THM:t) ja haloetikkahapot (HAA:t), ovat kumpikin suurina määrinä syöpää aiheuttavia, ja niitä sääntelevät Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (EPA) ja Ison-Britannian juomaveden tarkastusvirasto. THM:ien ja haloetikkahappojen muodostuminen voidaan minimoida poistamalla vedestä tehokkaasti mahdollisimman paljon orgaanisia aineita ennen kloorin lisäämistä. Vaikka kloori tappaa tehokkaasti bakteereja, sen teho on rajallinen vedessä kystoja muodostavia patogeenisiä alkueläimiä, kuten Giardia lamblia ja Cryptosporidium, vastaan.

Klooridioksididesinfiointi

Klooridioksidi on nopeammin vaikuttava desinfiointiaine kuin alkuainekloori. Sitä käytetään suhteellisen harvoin, koska se voi joissakin olosuhteissa tuottaa liikaa kloriittia, joka on sivutuote, jonka sallitut pitoisuudet on säännelty Yhdysvalloissa alhaisiksi. Klooridioksidi voidaan toimittaa vesiliuoksena ja lisätä veteen kaasunkäsittelyongelmien välttämiseksi; klooridioksidikaasun kertymät voivat spontaanisti räjähtää.

Kloorinpoisto

Kloramiinin käyttö on yleistymässä desinfiointiaineena. Vaikka kloramiini ei ole yhtä voimakas hapetin, sillä saadaan pidempikestoinen jäännös kuin vapaalla kloorilla, koska sen redox-potentiaali on alhaisempi vapaaseen klooriin verrattuna. Se ei myöskään muodosta helposti THM:iä tai haloetikkahappoja (desinfioinnin sivutuotteita).

Kloori on mahdollista muuntaa klooriksi kloramiiniksi lisäämällä veteen ammoniakkia kloorin lisäämisen jälkeen. Kloori ja ammoniakki reagoivat muodostaen kloramiinia. Kloramiinilla desinfioiduissa vedenjakelujärjestelmissä voi esiintyä nitrifikaatiota, koska ammoniakki on bakteerien kasvun ravintoaine, jolloin sivutuotteena syntyy nitraatteja.

Otsonidesinfektio

Otsoni on epästabiili molekyyli, joka luopuu helposti yhdestä happiatomista, mikä antaa voimakkaan hapetusaineen, joka on myrkyllinen useimmille vedessä eläville organismeille. Se on erittäin voimakas, laajakirjoinen desinfiointiaine, jota käytetään laajalti Euroopassa ja muutamissa kunnissa Yhdysvalloissa ja Kanadassa. Otsonidesinfiointi eli otsonointi on tehokas menetelmä inaktivoida haitallisia alkueläimiä, jotka muodostavat kystia. Se toimii hyvin myös lähes kaikkia muita taudinaiheuttajia vastaan. Otsonia valmistetaan johtamalla happea ultraviolettivalon tai ”kylmän” sähköpurkauksen läpi. Jotta otsonia voidaan käyttää desinfiointiaineena, se on tuotettava paikan päällä ja lisättävä veteen kuplakosketuksella. Otsonin etuja ovat muun muassa se, että se tuottaa vähemmän vaarallisia sivutuotteita ja että maku- ja hajuhaittoja ei esiinny (verrattuna kloorausmenetelmään). Veteen ei jää otsonijäämiä. Jos veteen ei jää desinfiointiainetta, klooria tai kloramiinia voidaan lisätä koko jakelujärjestelmään mahdollisten taudinaiheuttajien poistamiseksi jakeluputkistosta.

Ozonia on käytetty juomavesilaitoksissa vuodesta 1906 lähtien, jolloin ensimmäinen teollinen otsonointilaitos rakennettiin Nizzaan, Ranskaan. Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto on hyväksynyt otsonin turvalliseksi, ja sitä käytetään antimikrobiologisena aineena elintarvikkeiden käsittelyssä, varastoinnissa ja jalostuksessa. Vaikka otsonoinnissa muodostuu vähemmän sivutuotteita, on kuitenkin havaittu, että otsoni reagoi vedessä olevien bromidi-ionien kanssa tuottaen pitoisuuksia syöpää aiheuttavaksi epäiltyä bromaattia. Bromidia voi esiintyä makeassa vedessä sellaisina pitoisuuksina, että bromaattia muodostuu (otsonoinnin jälkeen) yli 10 ppb (parts per billion), mikä on Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (USEPA) määrittelemä saastumisen enimmäistaso. Otsonidesinfiointi on myös energiaintensiivistä.

Ultraviolettidesinfiointi

Ultraviolettivalo (UV) inaktivoi erittäin tehokkaasti kystat, matalan sameuden vedessä. UV-valon desinfiointitehokkuus vähenee sameuden kasvaessa, mikä johtuu suspendoituneen kiintoaineen aiheuttamasta absorptiosta, sironnasta ja varjostuksesta. UV-säteilyn käytön suurin haittapuoli on se, että otsonikäsittelyn tavoin se ei jätä veteen desinfiointiainejäämiä, joten joskus on tarpeen lisätä desinfiointiainejäämiä primäärisen desinfiointiprosessin jälkeen. Tämä tehdään usein lisäämällä kloramiineja, joita käsiteltiin edellä ensisijaisena desinfiointiaineena. Kun kloramiineja käytetään tällä tavoin, ne muodostavat tehokkaan jäännösdesinfiointiaineen, jolla on hyvin vähän kloorauksen kielteisiä vaikutuksia.

Yli 2 miljoonaa ihmistä 28 kehitysmaassa käyttää aurinkodesinfiointia päivittäiseen juomaveden käsittelyyn.

Ionisoiva säteily

Kuten UV-säteilyä, myös ionisoivaa säteilyä (röntgen-, gamma- ja elektronisäteilyä) on käytetty veden sterilointiin.

Bromaus ja jodaus

Bromia ja jodia voidaan myös käyttää desinfiointiaineina. Vedessä oleva kloori on kuitenkin yli kolme kertaa tehokkaampi desinfiointiaine Escherichia coli -bakteeria vastaan kuin vastaava bromipitoisuus ja yli kuusi kertaa tehokkaampi kuin vastaava jodipitoisuus. Jodia käytetään yleisesti kannettavassa vedenpuhdistuksessa, ja bromia käytetään yleisesti uima-altaiden desinfiointiaineena.

Kannettava vedenpuhdistus

Kannettavia vedenpuhdistuslaitteita ja -menetelmiä on saatavilla desinfiointiin ja käsittelyyn hätätilanteissa tai syrjäisissä paikoissa. Desinfiointi on ensisijainen tavoite, sillä esteettiset näkökohdat, kuten maku, haju, ulkonäkö ja kemialliset epäpuhtaudet, eivät vaikuta juomaveden turvallisuuteen lyhyellä aikavälillä.

Lisäkäsittelyvaihtoehdot

1. Veden fluoraaminen: Monilla alueilla veteen lisätään fluoria hampaiden reikiintymisen ehkäisemiseksi. Fluori lisätään yleensä desinfioinnin jälkeen. Yhdysvalloissa fluoraus toteutetaan yleensä lisäämällä veteen heksafluororiilihappoa, joka hajoaa vedessä ja tuottaa fluoridi-ioneja.
2. Veden käsittely: Tämä on menetelmä kovan veden vaikutusten vähentämiseksi. Kuumeneviin vesijärjestelmiin voi kertyä kovuussuoloja, kun bikarbonaatti-ionien hajoaminen tuottaa karbonaatti-ioneja, jotka saostuvat liuoksesta. Vettä, jossa on korkeita kovuussuolapitoisuuksia, voidaan käsitellä soodalla (natriumkarbonaatilla), joka saostaa ylimääräiset suolat pois yhteisten ionien vaikutuksesta ja tuottaa erittäin puhdasta kalsiumkarbonaattia. Saostunut kalsiumkarbonaatti myydään perinteisesti hammastahnan valmistajille. Useiden muiden teollisuuden ja kotitalouksien vedenkäsittelymenetelmien väitetään (ilman yleistä tieteellistä hyväksyntää) sisältävän magneetti- ja/tai sähkökenttien käytön, joka vähentää kovan veden vaikutuksia.
3. Plumbosolvenssin vähentäminen: Alueilla, joilla on luonnostaan hapanta vettä, jonka sähkönjohtavuus on alhainen (esim. pintasateet vuoriston ylänköalueilla, joissa on magmakiviä), vesi voi olla omiaan liuottamaan lyijyä mahdollisista lyijyputkista, joissa se kulkee. Pienten fosfaatti-ionimäärien lisääminen ja pH:n nostaminen hieman auttavat molemmat vähentämään huomattavasti lyijyn liukenemista luomalla liukenemattomia lyijysuoloja putkien sisäpinnoille.
4. Radiumin poisto: Jotkin pohjavesilähteet sisältävät radiumia, joka on radioaktiivinen kemiallinen alkuaine. Tyypillisiä lähteitä ovat monet pohjavesilähteet Illinoisjoen pohjoispuolella Illinoisissa, Yhdysvalloissa. Radium voidaan poistaa ioninvaihdolla tai vedenkäsittelyllä. Syntyvä jälkihuuhtelu tai liete on kuitenkin matala-aktiivista radioaktiivista jätettä.
5. Fluoridin poisto: Vaikka fluoridia lisätään veteen monilla alueilla, joillakin maailman alueilla lähdeveden luonnollisen fluoridin määrä on liian suuri. Liian suuret määrät voivat olla myrkyllisiä tai aiheuttaa ei-toivottuja kosmeettisia vaikutuksia, kuten hampaiden värjäytymistä. Fluoridipitoisuuksia voidaan vähentää käsittelemällä vettä aktivoidun alumiinioksidin ja luuhiilen suodatusaineilla.