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

Сравнительная оценка эффективности обеззараживания воды различными реагентами для хозяйственно-питьевых целей

Авторы:

М. Г. Новиков, советник генерального директора АО «Ленводоканалпроект»

О. А. Продоус, генеральный директор ООО «ОПСВ-ИНЖИНИРИНГ»

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. Однако нормируемые величины 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.

По данным НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина, для обеззараживания воды от энтеровирусов необходима продолжительность контакта от 30 мин до 4 часов и концентрация остаточного хлора должна быть не менее чем 1,0–2,07 мг/л. Для обеззараживания воды от цист лямблей при продолжительности контакта 30–60 мин 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].

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

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 относятся:

— 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.

В 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.

Следует отметить также, 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].

Это только одна сторона проблемы, другой является то, что затраты, связанные с обеспечением безопасности (при хранении, транспортировании и использовании) жидкого хлора, во множество раз превышают затраты на осуществление процесса хлорирования. Из-за возможных террористических актов дальнейшее применение на водоочистных станциях жидкого хлора становится просто недопустимым, так как он является крайне опасным химическим веществом.

В преобладающем 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. Однако гипохлорит натрия, в свою очередь, имеет ряд 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 одинакового эффекта обеззараживания воды требует существенного увеличения времени контакта [4].

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, приводит к неизбежным кишечным заболеваниям, в то время как их применение связано с отдаленным риском заболеваний, в том числе онкологических.

В последнее десятилетие в отечественной практике все шире применяется метод их 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, однако приводит к тому, что одновременно уменьшается активность обеззараживания. Кроме того, хлорамины характеризуются достаточно сильным аллергенным действием, что представляет опасность возникновения ряда заболеваний [5].

Приведенные данные свидетельствуют о том, что рассмотренные и широко применяемые для обеззараживания воды реагенты являются далеко не оптимальными. Об этом свидетельствует появление на отечественном и зарубежном рынках ряда аналогичных по назначению реагентов, способных уменьшить негативные моменты от использования традиционных.

В табл. 1 приводится сравнительный анализ достоинств и недостатков некоторых реагентов, применяемых для обеззараживания воды.

Таблица 1. Сравнительный анализ достоинств и недостатков некоторых реагентов, применяемых для обеззараживания воды

Приведенный выше анализ эффективности обеззараживания воды различными средствами показал, что только реагенты на основе ПГМГ-ГХ (поскольку они не являются окислителями) при использовании не образуют в воде новые токсичные продукты.

Реагенты на основе ПГМГ-ГХ 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].

Флокулирующие и биоцидные свойства реагентов, содержащих ПГМГ-ГХ, обоснованы его структурой. Так, объединение в одной полимерной цепи множества гуанидовых группировок придает всей макромолекуле полимера большой положительный заряд и обуславливает его способность вступать в электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными частицами различной природы. В результате микроорганизмы, несущие в своем большинстве электроотрицательный заряд, обеспечивают сорбцию положительно заряженного вещества на поверхности микробной клетки. Это приводит к разрушению цитоплазматической мембраны, вещество проникает вглубь клетки, нарушает обмен веществ, воспроизводящую способность нуклеиновых кислот и белков, угнетает дыхательную систему, что приводит к гибели микроорганизма [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) применяется реагент на основе ПГМГ-ГХ.

Сравнение показателей качества воды по данным схемам приведено в табл. 2.

В процессе работы с новым реагентом ПГМГ-ГХ в МУП «Водоканал» г. Череповца была отработана оптимальная схема его ввода. При его введении в трубопровод речной воды перед рециркуляторами-осветлителями оно выполняет свою основную функцию по обеззараживанию воды, а также улучшает процесс коагуляции, поскольку сочетает в себе свойства дезинфектанта и флокулянта. Введение реагента перед скорыми фильтрами позволяет обеспечить санитарное состояние песчаной загрузки, что особенно актуально при повышении температуры воды и увеличении содержания фитопланктона. Ввод реагента перед подачей в разводящую сеть (в трубопровод подачи в РЧВ) позволяет гарантировать качество воды по микробиологическим показателям при транспортировке по городской трубопроводной системе, протяженностью около 500 км. Количество точек ввода выбирается в зависимости от сезона года и бактериального состояния водоисточника [16].

Таблица 2.

Показатели качества питьевой воды при различных технологических схемах

Таким образом, использование в процессах очистки воды реагентов на основе ПГМГ-ГХ гарантированно способствует возможности получения питьевой воды, безопасной в эпидемическом отношении, безвредной по химическому составу и обладающей благоприятными органолептическими свойствами.

Вместе с тем перед практическим внедрением данной серии реагентов необходимо предварительное проведение лабораторных и опытно-производственных испытаний с целью отработки технологии и возможных доз их применения.

Литература

1. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения (СанПин 2.1.4.1074-01). Минздрав России. — М., 2002. — С. 2–8.
2. Е. Е. Лимаренко, М. Г. Новиков. «К вопросу хлорирования воды для питьевых и хозяйственно-питьевых целей». Ж. «Водные ресурсы и водопользование». — 2014. —№ 1 (120). — С. 10–11.
3. Жалдакова З. И., Харченкова Н. В. и др. «Экспериментальная оценка и прогноз образования хлорорганических соединений при хлорировании воды, содержащей промышленные загрязнения». Ж. «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». Ж. «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». — 2010. — № 4. — С. 37–41.
7. Бахир В.М., «Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения». Ж. «Питьевая вода». — 2003. — № 1. — С. 17–34.
8. Бахир В.М. «Дезинфекция питьевой воды: анализ и перспективы». Ж. «Питьевая вода». — 2007. — № 3. — С. 17–19.
9. Le Chevallier, Mark W and Au, Kwok-Keung 2004, Water Treatment and Pathogen Control. Process Efficiency in Achieving Safe Drinking Water: Printedby TJ International (Ltd), Padstow, Cornwall, UK. — Publishe don behalf of the World Health Organization by IWA Publishing, Alliance House, 12 Caxton Street, London SW1H 0QS, UK, 136 p.

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 waters upply: nowadays realities and ecologically-hygienic assessment of possible ways of branch’s development: International scientific periodical journal “Theunityofscience”. — Vienna, Austria, pp. 193–202.
13. Плитман С. И., Фигурина Т. И. и др. «Гигиенические и санитарно-технические аспекты применения в водопроводной практике реагентов на основе ПГМГ-ГХ», Ж. «Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение». — 2016. — № 2 (98). — С. 70–74.
14. Воинцева И. И. «Полигексаметиленгуанидин 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. Череповец. 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». Ж. «Вода Magazin». — 2014. — № 12. — С. 42–48.

Скачать статью  в pdf-формате: Сравнительная оценка эффективности обеззараживания воды различными реагентами для хозяйственно-питьевых целей