Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Оценка эффективности обеззараживания воды для хозяйственно-питьевых целей различными реагентами

М. Г. Новиков, заместитель генерального директора НПО «Эко-Мир», Москва

О. А. Продоус, генеральный директор ООО «ИНКО-эксперт», Санкт-Петербург

Дана оценка эффективности обеззараживания питьевой воды различными реагентами. Показано, что получение питьевой воды, безопасной в эпидемиологическом отношении, возможно при использовании реагентов на основе ПГМГ ГХ.

Ключевые слова: химический состав воды, безопасность, качество питьевой воды, реагенты для обеззараживания, эффективность обеззараживания.

К основным критериям качества питьевой воды относятся: ее безопасность в эпидемическом отношении, безвредность по химическому составу и обладание благоприятными органолептическими свойствами. На основании этих критериев в различных странах разработаны соответствующие нормативные документы, регламентирующие качество питьевой воды, в том числе по микробиологическим и паразитологическим показателям [1].

Изучение степени риска здоровью населения в зависимости от величины загрязнений в потребляемой воде убедительно показало, что опасность заболеваний от указанных выше показателей во множество раз выше, чем от загрязнения воды химическими соединениями.

Именно по этой причине в мировой практике почти повсеместно в процессах очистки воды ее подвергают хлорированию — методу, не только характеризующемуся достаточно широким спектром антимикробного действия, но и обладающему обеззараживающим последействием.

По мнению ряда крупных гигиенистов, хлорирование воды явилось наиболее эффективным прорывом в медицине XX века, позволившим остановить распространение большинства передаваемых водным путем эпидемий, в том числе обусловленных заболеваемостью брюшным тифом, холерой и дизентерией. Вместе с тем нормируемые ПДК хлора перед подачей в распределительную сеть (остаточного свободного в пределах 0,3–0,5 мг/л; остаточного связанного в пределах 0,8–1,2 мг/л) являются малоэффективными по отношению к энтеровирусам и простейшим.

Так, по данным НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина, для обеззараживания воды от энтеровирусов необходима продолжительность контакта от 30 минут до 4 часов, и концентрация остаточного хлора должна быть не менее 1,0–2,07 мг/л. Для обеззараживания воды от цист лямблей при продолжительности контакта 30–60 минут необходима концентрация остаточного свободного хлора 2–5 мг/л, или 1—3 часа при остаточном связанном хлоре 5–20 мг/л. В свою очередь вирус гепатита. А (ВГА) обладает высокой устойчивостью и при режиме хлорирования со связанным остаточном хлором 0,8–1,2 мг/л, который используется на станциях водоподготовки, практически не инактивируется, и т. д. [2].

Приведенное выше свидетельствует о том, что хлорирование хотя и приводит к сокращению инфекций, передающихся с питьевой водой, но, к сожалению, полностью решить данную проблему не способно.

Кроме того, уже в 70–80-х гг. прошлого столетия были получены убедительные данные в отношении того, что хлорирование способствует образованию в воде, содержащей органические вещества (природного или промышленного происхождения), галогенсодержащих соединений (ГСС), к наиболее опасным из которых с носятся:

•        хлороформ — обладающий канцерогенной активностью;
•        дихлорбромметан, хлоридбромметан, трибромметан — обладающие мутагенными свойствами;
• 2,4,6-трихлорфенол, 2-хлорфенол, дихлорацетонитрил, хлорпиредин, полихлорированные бифенилы — являющиеся иммунотоксичными канцерогенными веществами;
•         тригалогенметаны — канцерогенные соединения и т. д.

За последние годы американскими учеными в хлорированной воде было идентифицировано более 260 ГСС. С учетом данных о канцерогенности и мутагенности большинства из них во многих развитых странах были введены государственные нормативы, ограничивающие содержание ГСС в питьевой воде. При этом имеет место тенденция к непрерывному снижению их ПДК, а в нормативных документах ряда стран в качестве перспективной цели рассматриваются мероприятия, направленные на предотвращение образования ГСС в питьевой воде.

Для полноты картины следует отметить, что негативное воздействие на организм человека вызывает не только питьевая вода, содержащая ГСС, но и вода, попадающая через кожу во время приема ванн или посещения бассейна. При этом, по имеющимся данным, часовое купание в бассейне с хлорированной водой равноценно нескольким литрам выпитой хлорированной воды [3].

Однако это только одна сторона вопроса. Другой является то обстоятельство, что затраты, связанные с обеспечением безопасности (при хранении, транспортировании и использовании) жидкого хлора во множество раз превышают затраты на осуществление процесса хлорирования. Более того, из-за возможных террористических актов дальнейшее применение на водоочистных станциях жидкого хлора, являющегося, помимо прочего, опасным химическим веществом, становится просто недопустимым.

В этом плане в мировой практике в большинстве  случаев отказ (уход) от опасного жидкого хлора осуществляется за счет обеззараживания воды менее токсичным и более простым в эксплуатации гипохлоритом натрия, получаемым в том числе на месте потребления путем электролиза раствора поваренной соли. Вместе с тем использование гипохлорита натрия в свою очередь связано с рядом весьма существенных недостатков:

• при введении гипохлорита натрия в воду одновременно в нее попадает достаточно большое количество хлорид-ионов, что при обеззараживании относительно мягких вод неизбежно приводит к интенсификации коррозионных процессов внутренней поверхности стенок стальных и чугунных трубопроводов, по которым очищенная и обеззараженная вода транспортируется к потребителю;
• применение гипохлорита натрия для обеззараживания воды (при прочих равных условиях) не только не снижает количество образующихся ГСС (в частности, тригалометанов), но в ряде случаев способствует их значительному увеличению;
• гипохлорит натрия обладает меньшей бактерицидной активностью по сравнению с жидким хлором, в связи с чем для обеспечения с последним одинакового эффекта обеззараживания воды требует существенного увеличения времени контакта [4].

Тем не менее следует иметь в виду, что, несмотря на приведенные выше недостатки жидкого хлора и гипохлорита натрия, отказ от них (без замены на какой-либо разрешенный для применения в питьевом водоснабжении реагент) напрямую приводит к неизбежным кишечным заболеваниям, в то время как их применение связано с отдаленным риском заболеваний, в том числе — онкологических.

С целью снижения негативных моментов, связанных с возникновением при обеззараживании воды жидким хлором или гипохлоритом натрия ГСС, в последнее десятилетие в практике обеззараживания воды все шире применяется метод предварительного аммонирования, в результате чего образуются хлорамины (связанный хлор) — вещества с гораздо меньшим окислительным потенциалом.

Такой прием, позволяющий существенно (до десятка раз) снизить количество образующихся ГСС, приводит к тому, что одновременно уменьшается активность обеззараживания. Кроме того, хлорамины характеризуются достаточно сильным аллергенным действием, что представляет опасность при ряде заболеваний [5].

Приведенные данные свидетельствуют, что рассмотренные выше наиболее широко применяемые для обеззараживания воды реагенты являются далеко не оптимальными, что явилось причиной появления ряда аналогичных по назначению реагентов, способных если не устранить, то в какой-то степени уменьшить негативные моменты от использования традиционных.

В табл. 1 приводится анализ некоторых из таких реагентов, применяемых для обеззараживания воды.

   Таблица 1.

Анализ разных обеззараживающих реагентов

Приведенный анализ убедительно показал, что из рассмотренных выше реагентов, только реагенты на основе ПГМГ-ГХ, с одной стороны, не образуют (поскольку не являются окислителями) в воде новых токсичных продуктов при использовании, а с другой, обладают не только биоцидными, но и флокулирующими свойствами, что при коагуляционной водоочистке с их применением позволяет более эффективно удалять сорбируемые на флокулах загрязнения, в том числе соли тяжелых металлов и органические соединения [15, 16].

Флокулирующие и биоцидные свойства новых реагентов, обоснованы структурой ПГМГ-ГХ, в которой объединено в одной  полимерной цепи множество гуанидовых группировок, придающих всей макромолекуле полимера большой положительный заряд и обуславливающих его способность вступать в электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными частицами различной природы, в частности, с микроорганизмами, несущими в своем большинстве электроотрицательный заряд.

Это обеспечивает сорбцию положительно заряженного вещества на поверхности микробной клетки, что приводит к разрушению цитоплазматической мембраны микроорганизма, проникновению вещества вглубь клетки и в конечном итоге к его гибели [13].

С 2011 года на водоочистной станции № 3 г. Череповца производительностью 100 тыс. м³/сут. в реагентной схеме очистки вместо ранее использовавшихся для обеззараживания воды (аммиачной воды + хлор) применяются реагенты на основе ПГМГ-ГХ.

Сравнительные показатели качества воды по данным схемам приведены в табл. 2.

  Таблица 2.

Показатели качества питьевой воды при различных технологических схемах

Как видно из таблицы, использование в процессах очистки воды реагентов на основе ПГМГ-ГХ обеспечило в г. Череповце возможность получения питьевой воды, безопасной в эпидемиологическом отношении и безвредной по химическому составу.

Что касается ингибирующего действия реагентов, то буквально через несколько месяцев их применения даже в тупиковых участках сетей население получало прозрачную воду с содержанием железа в зимний период, не превышающим 0,1 мг/л, а в летний — 0,15 мг/л, что свидетельствует практически о полном предотвращении вторичного загрязнения воды при ее транспортировке.

Одновременно за счет ингибирующего действия реагентов процент утечек воды из водопроводной сети г. Череповца снизился до 11%, что является одним из наиболее низких показателей в системах централизованного водоснабжения России [13].

Помимо указанного, удалось достичь значительного снижения содержания продуктов хлороорганики в воде, поставляемой населению. При этом в период с октября по апрель было полностью исключено использование хлора, а в остальные месяцы года во время интенсивного развития сине-зеленых водорослей дополнительно для обеззараживания воды перед фильтрами вводилось небольшое количество гипохлорита натрия. В результате в зимний период содержание хлороформа в очищенной воде было ниже предела обнаружения, а в летний составляло 0,01–0,02 мг/л (при ПДК 0,06 мг/л) [13].

Вследствие уменьшения концентрации в воде хлороформа, по данным ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Вологодской области», произошло снижение канцерогенного риска для здоровья населения г. Череповца в 2,5 раза [13].

Следует так же отметить, что внедрение реагентов неокислительного действия на водоканале г. Череповца не потребовало дополнительных затрат, а, напротив, переход на эти реагенты позволил сократить расходы на водоподготовку. Стоимость воды, отпускаемой населению, составляет в настоящее время 22,7 руб./м³, что является одним из самых низких показателей стоимости хозяйственно-питьевой воды в России, получаемой из поверхностных водоисточников [13].

Таким образом, использование реагентов неокислительного действия в технологии водоподготовки г. Череповец позволило обеспечить население качественной питьевой водой, отвечающей всем требованиям нового СанПиН 1.2.3685-21 еще задолго до его ввода в действие.

ЛИТЕРАТУРА

1. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения (СанПин 2.1.4.1074-01). Минздрав России, М. 2002.
2. Е. Е. Лимаренко, М. Г. Новиков. К вопросу хлорирования воды для питьевых и хозяйственно-питьевых целей // Водные ресурсы и водопользование, 2014, № 1(120), с. 10–11.
3. Желдакова З. И., Харченкова Н. В. и др. Экспериментальная оценка и прогноз образования хлорорганических соединений при хлорировании воды, содержащей промышленные загрязнения // Гигиена и санитария, 2002, № 3, с. 26–29.
4. Селезнев Г. М., Лыков С. М. и др. Новые технологии и оборудование для дезинфекции воды — альтернатива хлору // Безопасность труда в промышленности, 2007, № 2, с. 64–66.
5. Dan Kroll, Security of National Water Supply, The American Society for Microbiology and ASM Biodefense and Emerging Disease Meeting, Washington D.C.Watch, 2007.
6. Желдакова З. И., Тульская Е. А. Сравнение реакционной способности дезинфицирующих агентов по отношению к ароматическим химическим соединениям в воде//Журнал «Водоснабжение и санитарная техника», 2010, № 4, с. 37–41.
7. Бахир В. М. Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения // Питьевая вода, 2003, № 1, с. 17–34.
8. Бахир В. М. Дезинфекция питьевой воды: анализ и перспективы // Журнал «Питьевая вода», 2007, № 3, с. 17–19.
9. LeChevallier,Mark W and Au,Kwok-Keung 2004, Water Treatment and Pathogen Control. Process Efficiency in Achieving Safe Drinking Water: Printed by TJ International (Ltd), Padstow, Cornwall, UK. — Published on behalf of the World Health Organization by IWA Publishing, Alliance House, 12 Caxton Street, London SW1H 0QS, UK, 136
10. Прокопов В. О. Канцерогенний ризик для здоров’я тригалометанів — побічних продуктів хлорування питної води / В. О. Прокопов, Г. В. Чичковська // Довкілля та здоров’я. — Київ, 2002. — № 4(23). — С. 20–24.
11. Загороднюк Ю. В. Закономірності утворення хлорорганічних сполук у процесах очищення та транспортування питної води (на прикладі водоочисних споруд міста Нікополь) / Ю. В. Загороднюк, С. Т. Омельчук, К. Ю. Загороднюк, М. І. Василиненко // Медичні перспективи (науковий журнал Дніпропетровської державної медичної академії). — Дніпропетровськ, 2011. — Том XVI, № 2. — С. 110–117.
12. Zagorodniuk, K., Bardov, V., Omelchuk, S., Zagorodnyuk, Yu., Pelo, I., 2015, Ukraine’s population water supply: nowadays realities and ecologically-hygienic assessment of possible ways of branch’s development: International scientific periodical journal «The unity of science». — Vienna, Austria, pp. 193–
13. Плитман С. И., Фигурина Т. И. и др. Гигиенические и санитарно-технические аспекты применения в водопроводной практике реагентов на основе ПГМГ-ГХ» // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение, 2016, № 2(98), с. 70–74.
14. Воинцева И. И. Полигексаметилен гуанидин гидрохлорид — реагент комплексного неокислительного действия для очистки и обеззараживания воды. Материалы шестой конференции, посвященной Международному дню воды и Дню работников ЖКХ // Современные технологии в системах водоснабжения и водоотведения. Вологда, 2015, с. 30–43.
15. Ильин С. Н. Использование инновационных технологий в области водоподготовки на комплексе водоочистных сооружений МУП «Водоканал» г. Череповца. Материалы шестой конференции, посвященной Международному дню воды и Дню работников ЖКХ. Вологда, 2015. С. 13–23.
16. Макарова Н., Конкина Л. и др. Практика применения дезинфицирующих средств на основе полигексаметилен-гидрохлорида и порошкообразных угольных сорбентов на водоочистной станции МУП «Водоканал» г. Череповца // Вода Magazin, 2014, № 12, с. 42–48.

Скачать PDF-версию статьи «Оценка эффективности обеззараживания воды для хозяйственно-питьевых целей различными реагентами»