Some major problems faced in water treatment for drinking purposes

The main problems of drinking water treatment and selected micropollutants removal are presented. The paper gives an account of tie available methods and new technological trends securing the drinking water standards. It should be noted,however, that the application of efficient and safe water treatment methods, enabling elimination of polluting species which are difficult to remove, are often concomitant with troublesome modifications of the treatment trains, thus raising the overall treatment cost

Lack of Biological Stability and the Implication it has for Tap Water Quality

Omówiono parametry składu wody oraz procesy oczyszczania współdecydujące o jej biologicznej stabilności. Wykazano, że brak stabilności biologicznej wody wprowadzanej do sieci wodociągowej jest jedną z głównych przyczyn wtórnego fizyczno-chemicznego i bakteriologicznego zanieczyszczenia wody wodociągowej podczas jej transportu do odbiorców. Wykazano, że w wodzie niestabilnej biologicznie przebiegają takie zjawiska, jak wtórny rozwój mikroorganizmów unoszonych z wodą lub zasiedlających wewnętrzne powierzchnie przewodów wodociągowych (tzw. biofilm), biokorozja intensyfikująca korozję elektrochemiczną metali, hamowanie powstawania powłok antykorozyjnych, bądź ich rozpuszczanie, zwiększone zużycie środków dezynfekcyjnych i uwalnianie produktów korozji metali do wody. Zjawiska te są powodem wtórnego zanieczyszczenia wody podczas jej przebywania w systemie wodociągowym.The parameters of the water composition and the treatment processes contributing to its biological stability are specified. It has been shown that the lack of biological stability of the water entering the pipe network is one the major factors responsible for the recontamination (both physicochemical and bacteriological) of the tap water during transport to the users. Biologically unstable water favours the occurrence of the following phenomena: regrowth of microorganisms floating in the water or colonizing the pipe interior (biofilm), biocorrosion enhancing the electrochemical corrosion of metals, inhibition of anticorrosive film formation, solubilization of anticorrosive films, release of metal corrosion products into the water, etc. They all are contributions to the recontamination of water during residence in the water supply system

Factors in the potential of biofilm formation and growth in water distribution systems

Dokonano przeglądu problematyki powstawania biofilmu na wewnętrznej powierzchni rurociągów i instalacji wodociągowych. Omówiono przyczyny i skutki braku stabilności chemicznej i biologicznej wody w systemie wodociągowym. Podkreślono, że biofilm stwarza problemy techniczne i ekonomiczne, a przede wszystkim stanowi poważne zagrożenie jakości sanitarnej wody dostarczanej odbiorcom. Wykazano, że przyczyn współdecydujących o obecności i rozwoju biofilmu w systemach dystrybucji wody jest wiele. Związane są one nie tylko z jakością wody wprowadzanej do sieci wodociągowej, ale również z właściwościami materiałów instalacyjnych, warunkami hydraulicznymi panującymi podczas transportu wody do odbiorców, stanem technicznym i sanitarnym wszystkich elementów systemu dystrybucji oraz zachodzącymi w nim zjawiskami. Z uwagi na interakcje tych uwarunkowań, a przede wszystkim na najczęściej niemożliwą całkowitą ich eliminację, niezbędna jest skuteczna kontrola rozwoju biofilmu. Jest ona równoznaczna z zapewnieniem w całym systemie dystrybucji obecności środka dezynfekcyjnego, którego rodzaj i wymagana ilość mogą być różne w poszczególnych systemach dystrybucji wody. Spełnienie tego wymogu jest szczególnie trudne w przypadku rozległych i wyeksploatowanych systemach wodociągowych oraz tych, w których powstały już obrosty biologiczne.The paper gives an account of the problems associated with the formation and growth of a biofilm on the internal surfaces of water pipes and water supply systems. Consideration is given to the causes and implications of chemical and biological instability of the water in the distribution system. Biofilms not only create technological and economic problems, but also pose a serious risk of deteriorating the quality of the water supplied to the user. The causes underlying the occurrence and growth of the biofilm in the water distribution system are manifold. Apart from those pertaining to the quality of the water entering the distribution system, they include the properties of the materials from which particular installations have been constructed, the hydraulic conditions that occur during water transport to the user, the technical and sanitary condition of all elements being part of the water distribution system, as well as any of the phenomena involved. Considering all the concomitant interactions - as well as the fact that in most instances they are difficult to eliminate to the extent desired (if at all) - a viable control of the biofilm's growth becomes a must. To efficiently control biofilm growth, it is necessary to provide the water distribution systems with continuous supply of disinfectants. (The type and quantity of the disinfectant may vary from one water distribution system to another.) Such requirement is difficult to fulfil specifically in the case of spacious, obsolete water-supply systems

Threats associated with the presence of biofilm in drinking water distribution systems

Przedstawiono główne problemy wynikające z obecności biofilmu w elementach systemu dystrybucji wody wodociągowej. Omówiono zagadnienie zwiększonego zapotrzebowania wody na środki dezynfekcyjne, niezbędne do kontroli rozwoju obrostów biologicznych w sieci wodociągowej. Scharakteryzowano zjawiska intensyfikacji korozyjnego niszczenia materiałów instalacyjnych przez biofilm, wtórnego zanieczyszczenia wody wodociągowej oraz problemy eksploatacyjne jej dystrybucji i niszczenia obrostów biologicznych. Wykazano, że powstawanie i rozwój biofilmu na wewnętrznych powierzchniach elementów systemu wodociągowego nie tylko zwiększa koszty dystrybucji wody, ale przede wszystkim stanowi zagrożenie zdrowia jej konsumentów na skutek obecności w wodzie mikroorganizmów tworzących biofilm oraz produktów ich aktywności życiowej.The paper addresses some major issues linked with biofilm development in drinking water distribution systems. Consideration is given to the increased demand of water for disinfectants, as they have become an indispensable part of biofilm growth control in water-pipe networks. Upward trends are observed in biofilm-induced corrosive damage of plumbings and pipes, and also in tap water recontamination. Both the phenomena give rise to serious operating problems concomitant with the degradation of the biofilm formed and, consequently, with safe water supply to the user. Biofilm formation and development on the internal surfaces of the water distribution system is becoming a matter of growing concern not only because of the continuing rise in the cost of tap water distribution. Far more alarming are the threats to public health emerging from the presence of microorganisms colonizing the biofilm and from the products of microbial activity in the water supplied to the users

Efficiency of surface water treatment processes at removing biodegradable organic substances

Przedstawiono zmianę zawartości frakcji substancji organicznych w wodzie w kolejnych procesach jednostkowych oraz całym układzie technologicznym. Wykazano, że biodegradowalny rozpuszczony węgiel organiczny (BRWO) oraz jego przyswajalna frakcja (PWO) były najskuteczniej usuwane podczas koagulacji objętościowej oraz sorpcji na biologicznie aktywnych złożach węglowych. Nie stwierdzono natomiast wpływu filtracji pospiesznej (przez złoża piaskowe) oraz dezynfekcji chlorem na zawartość substancji organicznych w wodzie. W procesie ozonowania nastąpił wzrost zawartości zarówno BRWO, jak i PWO, które skutecznie były usuwane w następującej po ozonowaniu sorpcji na biologicznie aktywnych złożach węglowych. Przeprowadzona analiza skuteczności oczyszczania wody wykazała, że zastosowany układ oczyszczania nie zapewnił jednak wystarczającego stopnia usunięcia substancji organicznych do zapewnienia stabilności biologicznej wody w sieci wodociągowej.The focus of this work is on changes in the biodegradable organic matter content of surface water during particular unit processes and in the entire treatment train. It has been found that volume coagulation and sorption on biologically active carbon beds provided the highest removal of biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) and its assimilable fraction (AOC). Rapid sand filtration and disinfection with chlorine had no influence on the organic matter content of the water. The ozonation process brought about an increase in the concentrations of both BDOC and AOC, which were efficiently removed by sorption on the biologically active carbon bed following the ozonation process. Analysis of the experimental results shows that the organic matter removal obtained with the treatment train applied is insufficiently high to provide biostable tap water

Changes of organic substances concentration in water during chemical oxidation

Omówiono wyniki badań przeprowadzonych w skali technicznej. Celem eksperymentów było określenie wpływu procesu utleniania chlorem wolnym (Cl2w) i dwutlenkiem chloru (zachodzącego w dwóch fazach) na usuwanie z wody substancji organicznych oraz transformacje frakcji ogólnego węgla organicznego. Analiza wyników badań wykazała istotne różnice w zmianach zawartości OWO i jego frakcji oraz w zużyciu utleniaczy chemicznych w poszczególnych fazach procesu. Dla większości próbek wody (15 z 22) zużycie Cl2w było większe w I fazie procesu, a odwrotną prawidłowość stwierdzono w przypadku ClO2. Eliminacja OWO, RWO, NWO i NBRWO (gC/m3) generalnie zależała od ich stężenia początkowego i była również większa w pierwszej fazie procesu - łącznie z 22 próbek wody wynosiła odpowiednio 12,42; 9,89; 2,53; 13,92 gC/m3. Mimo że we wszystkich próbkach wody stężenie BRWO w II fazie uległo zmniejszeniu, to po omawianym procesie w większości z nich (w 17 z 22) było ono większe niż w wodzie przed procesem utleniania, a w 77,3% próbek przekraczało 200 mgC/m3, tj. wartość graniczną dla wody biologicznie stabilnej.The influence of the free chlorine and chlorine dioxide on the removal and transformation of organic substances is presented in this paper. The investigations were carried out in the technical scale. In the exploited water treatment train the chemical oxidation process ran in two phases; the first (I) in pipeline between the contact-settlers and rapid sand filters, the second (II) in filter beds. In consideration of the different chemical oxidants concentrations and their contact times with organic substances the concentration of TOC, DOC, BDOC, undissolved organic carbon (UDOC) and refractory DOC (rDOC) were determined before and after the following phases of the process. The analysis of obtained results showed the substantial differences in changes of TOC and its fractions concentrations as well in the chemical oxidants consumptions during the individual phases of the process. The free chlorine consumption was greater in the first phase and the inverse regularity was ascertained in case of ClO2. Elimination of TOC, DOC, UDOC and rDOC generally was dependent on their initial concentrations. It was greater in the first phase of process and for all samples of water was equal properly 12.42; 9.89; 2.53; 13.92 gC/m3. The higher decreasing of rDOC content than DOC quantity (in all samples of water) was caused by transformation rDOC to the BDOC. The result of the second phase was oxidation about twice smaller quantity of TOC, DOC and UDOC and about 4.5 times lower decreasing of rDOC concentration. In the course of the second phase removal of BDOC was stated but its residual concentrations in 77.3% samples were higher than before the chemical oxidation process. At the same time the content of rDOC increased in 27.3% samples

Minimizing the adverse effects of alum coagulation

The objective of the study was to investigate the potentiality of minimizing the undiserable effects concomitant with the coagulation process, such as residual aluminium and water corrosivity. The experiments involved two types of riverine water samples (from the Odra and from its tributary, the Oława) which differed in pollution level. The samples were treated with aluminium-based salts varying in basicity. The experimental results showed that residual aluminium concentration and water corrosivity depended on the kind and dose of the coagulant, as well as on the pH and temperature of the water, but primarily on the basicity of the coagulant used. The substitution of polyaluminium chlorides for alum not only decreased residual aluminium concentration and water corrosivity but also improved the efficiency of water treatment

Removal of nitrates from agueous solutions by ion exchange

The objektiwe of the study was to analyze the of a strongly alkaline anion exchanger (Imac HP-555 ) in removing nitrates from model solutions. The efficiency ( and course) of the deanionization process was related to initial NO3- concentration,hydraulic loading of the bed, and to the presence of sulfates.The presence of sulfates was found to contribute to the course of ion exchange.This contribution depended on the ratio of initial SO4 to initial NO3.The study substantiated the selectivity of the anion exchanger with respect to nitrate ions and showed that deanionization on the Imac HP-555 anion exchanger might be of utility in removing nitrates from sulfate-containing aqueous solutions

Causes underlying the free chlorine in the water distribution system

Omówiono czynniki wpływające na zużycie chloru wolnego w systemie dystrybucji wody, takie jak dezaktywacja mikroorganizmów, utlenianie organicznych i nieorganicznych substancji zredukowanych obecnych w wodzie i osadach (biofilm), jonizacja korodujących materiałów instalacyjnych i utlenianie produktów korozji, a także chlorowanie związków organicznych. Do opisu zmian zawartości chloru wolnego w systemie dystrybucji najczęściej stosuje się równanie kinetyczne reakcji pierwszego rzędu, a stała szybkości całkowitego zużycia chloru wolnego jest sumą stałych szybkości zużycia tego utleniacza w strumieniu wody oraz na powierzchni przewodów wodociągowych. Omówiono wpływ jakości wody wprowadzanej do sieci wodociągowej, rodzaju materiałów instalacyjnych i ich stanu technicznego i sanitarnego oraz warunków hydraulicznych panujących w systemie dystrybucji wody na zmniejszenie zawartości chloru wolnego w wodzie podczas jej transportu w sieci wodociągowej.The factors that affect the free chlorine decay in the water distribution system are diverse. In this paper consideration is given to the deactivation of microorganisms, oxidation of organic and inorganic reduced substances that are present in the water and biofilm, ionization of corroding structural materials, oxidation of corrosion products, and chlorination of organic compounds. To describe the variations in the content of free chlorine in the water distribution system, use is made predominantly of the kinetic equation for a first-order reaction, and the rate constant of the total consumption of free chlorine is the sum of the rate constants of the consumption of this disinfectant in the water stream and on the pipe walls. The paper also addresses the problem of how the quality of the water entering the pipeline, the type and condition (both technical and sanitary) of the structural materials, and the hydraulic conditions in the water distribution system contribute to the decrease in the content of free chlorine in the water during transport in the pipeline