Научная статья на тему 'ДИОКСИД ХЛОРА КАК СРЕДСТВО ОПТИМИЗАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПОДГОТОВКИ (обзор литературы и собственные исследования)'

ДИОКСИД ХЛОРА КАК СРЕДСТВО ОПТИМИЗАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПОДГОТОВКИ (обзор литературы и собственные исследования) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
139
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Ю А. Рахманин, Н Ф. Петренко, А В. Мокиенко, А И. Гоженко

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The paper deals with the important urgent problem in the provision of epidemiological drinking water. It considers the chemical, biological, toxicological, technological, environmental, and economic aspects of the use of chlorine dioxide as a highly effective disinfecting and oxidizing agent in water purification and decontamination processes. The authors present the results of their own studies. They conclude that chlorine dioxide is an epidemiologically, ecologically, and toxicologically safe and technologically adequate and economically acceptable agent for water treatment in the domestic water supply systems of localities.

Текст научной работы на тему «ДИОКСИД ХЛОРА КАК СРЕДСТВО ОПТИМИЗАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПОДГОТОВКИ (обзор литературы и собственные исследования)»

Гигиена окружающей среды и населенных мест

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2007 УДК 613.31:628.162.84

Ю. А. Рахманин, Н. Ф. Петренко, А. В. Мокиенко, А. И. Гоженко

ДИОКСИД ХЛОРА КАК СРЕДСТВО ОПТИМИЗАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОПОДГОТОВКИ (обзор литературы и собственные исследования)

ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сыеина РАМН, Москва; ГП Украинский НИИ медицины транспорта Минздрава Украины, Одесса

Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан в одном из своих последних докладов высказал такую мысль: "Мы не сможем нанести поражение СПИДу, туберкулезу, малярии или любой другой инфекционной болезни, пока мы не выиграли битву за безопасную питьевую воду и надлежащую санитарию — основные составляющие здоровья".

По данным ООН, свыше 1 млрд (18% населения) человек не имеют доступа к качественной питьевой воде. Инфекционные болезни, обусловленные водным фактором, составляют до 80% инфекционных заболеваний в мире. Провозглашение ООН периода 2005—2015 гг. Всемирным десятилетием действий "Вода для жизни" подтвердило глобальность данной проблемы.

Около 70% питьевого водоснабжения в Украине осуществляется из поверхностных водоисточников, при этом 70% из них не соответствуют гигиеническим требованиям. Следствием этого является нерешенность вопроса обеспечения приоритетного критерия качества питьевой воды — эпидемической безопасности.

По данным Центральной санитарно-эпидемиологической станции Минздрава Украины [16], на протяжении последнего 10-летия (1995—2004) в Украине официально зарегистрирована 61 вспышка острых кишечных инфекций, связанных с водным фактором передачи возбудителя, в результате чего пострадало свыше 8000 человек, из них свыше 50% дети.

По интенсивности эпидемического процесса наиболее массовыми были вспышки ротавирусной инфекции и вирусного гепатита А (ВГА). Вспышки регистрировались на 17 административных территориях всех регионов Украины. Только в 2005—2006 гг. зафиксировано 14 вспышек гепатита А [1]. За 10 лет количество зарегистрированных случаев ВГА достигло 550 тыс., что совпадает с численностью населения среднестатистического областного центра. Суммарный ущерб только по этой патологии превышает 3 млрд гривен или 600 млн долл.

Не менее острой является данная проблема в Российской Федерации. В аналитической статье [7], посвященной оценке состояния питьевого водоснабжения, констатировано следующее. Качество питьевой воды в системах централизованного водоснабжения за последние 4 года стабилизировалось, но остается на высоком уровне загрязнения. В 2002 г. каждая 5-я (19,5%) проба воды не соответствовала гигиеническим требованиям по сани-тарно-химическим к каждая 11-я (9,1%) — по микробиологическим показателям (в 1995 г. — 20,9 и 10,3%, а в 2006 г. — 17 и 6% соответственно). В результате санитар-но-вирусологического исследования воды из различных источников установлено, что водный путь распространения ВГА является существенным. Возрастает число вспышек острых кишечных заболеваний водного характера, с 16 в 2003 г. (с числом пострадавших 1325 человек) до 19 в 2004 г., причем число пострадавших при этом увеличилось на 23% и составило 1715 человек [8].

К основным недостаткам организации обеспечения населения питьевой водой следует отнести, в частности, применение несовершенных технологий на водопроводных очистных сооружениях и неудовлетворительное состояние водопроводных сетей и сооружений.

Таким образом, анализ современного состояния водохозяйственной сферы в Украине и Российской Федерации свидетельствует о том, что водно-экологические проблемы сохраняют масштабный характер и остроту. Мероприятия, которые применяются на местах для изменения ситуации, недостаточны для гарантированного обеспечения населения эпидемически безопасной питьевой воды.

Диоксид хлора — достаточно известное и распространенное средство обеззараживания питьевой воды, что объясняется его существенными преимуществами в сравнении с традиционным хлорированием, в частности ббльшей биоцидной эффективностью и практическим отсутствием образования хлорорганических соединений.

Диоксид хлора для обработки питьевой воды в промышленных масштабах впервые применили в США в 1944 г. [19]. В СССР исследования по применению диоксида хлора в водоподготовке проведены в 1940— 1960 гг. такими известными учеными, как Л. А. Куль-ский, Н. Н. Трахтман, М. Н. Светлакова, Т. С. Бедуле-вич, С. Н. Черкинский, М. А. Шевченко. Апробация промышленного использования диоксида хлора была проведена на Томском водопроводе [17].

В нормативном документе, который введен в действие в конце 60-х годов, использование диоксида хлора рекомендовано "...для повышения эффективности обеззараживания и предупреждения специфических запахов в воде" [2].

Диоксид хлора в настоящее время применяется в практике водоподготовки многих стран. В США и Канаде его используют на 120 водоочистных станциях, в Западной Европе (Франции, Швейцарии, Великобритании, Италии, ФРГ) — на 450.

В странах бывшего СССР этот реагент начали внедрять только в конце 90-х годов. В 1996 и 1998 гг. введено в эксплуатацию соответствующее оборудование в городах Ильичевск и Южный Одесской обл. В 2002—2005 гг. данную технологию внедрили в городах Новополоцк (Республика Беларусь), Екатеринбург и Нижний Тагил (Российская Федерация), Желтые воды (Днепропетровская обл., Украина).

Результаты проведенных исследований по гигиеническому обоснованию использования диоксида хлора в технологиях водоподготовки [9] показали, что данное средство по праву можно отнести к категории "разумной альтернативы", когда речь идет об обеспечении соответствия питьевой воды нормативным требованиям.

В монографии Н. Ф Петренко, А. В. Мокиенко [13] изложены анализ данных литературы и результаты собственных исследований, обоснована целесообразность внедрения диоксида хлора в практику централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов.

Цель работы состояла в анализе химических, биологических, токсикологических, технологических, экологических и экономических аспектов применения диоксида хлора в водоподготовке.

Химический аспект. Благодаря своей радикальной структуре диоксид хлора — акцептор электронов и действует как окислитель. Диоксид хлора окисляет органи-

ческие вещества в воде до соединений, которые подлежат дальнейшему биохимическому окислению, неорганические вещества переводит в соединения с более высокой степенью окисления. Эта способность обусловливает такие принципиальные преимущества диоксида хлора в сравнении с хлором, как более высокое биоцид-ное действие и отсутствие образования побочных продуктов — хлорорганических соединений [18].

В отличие от хлора в характерном для питьевой воды интервале рН от 6,0 до 8,0 диоксид хлора не гидролизу-ется и остается в водном растворе как молекулярно растворенный газ [21].

Биологический аспект. "Инфекционные болезни, которые вызваны патогенными бактериями, вирусами и простейшими или паразитарными агентами, являются наиболее типичными и широко распространенными факторами риска для здоровья, связанными с питьевой водой" [15], — это мнение экспертов ВОЗ объясняет, почему эффективное обеззараживание (уничтожение патогенных микроорганизмов) было, есть и должно оставаться приоритетом номер один в питьевой водоподготовке.

Многочисленные данные литературы свидетельствуют, что проблема микробной контаминации водоисточников и питьевой воды не только не решена, но с расширением и углублением исследований в данном направлении становится все более острой и многоплановой [20, 22, 25, 26].

Как видно из данных литературы и результатов собственных исследований, биоцидное действие диоксида хлора находится в широком диапазоне рН по отношению к разным микробным объектам [13, 21].

Следует выделить чрезвычайно важное преимущество диоксида хлора в сравнении с озоном — наличие пролонгированного действия (последействия). В отличие от хлора и озона диоксид хлора проявляет двустадийное окислительное и биоцидное действие. На первой стадии протекают быстрые реакции окисления и инактивации микроорганизмов под действием диоксида хлора. На второй стадии протекают медленные реакции окисления, инактивации микроорганизмов под действием хло-рит-ионов, которые обусловливают бактериостатическое и пролонгированное действие диоксида хлора [13, 21].

В этом контексте чрезвычайно важным принципиальным преимуществом диоксида хлора перед хлором и озоном является удаление биопленок и микробных обрастаний систем питьевого и технического водоснабжения и, как следствие, предотвращение образования таковых. Учитывая неудовлетворительное санитарно-тех-ническое и эпидемиологическое состояние водораспределительных сетей подавляющего большинства населенных пунктов наших стран, такое свойство диоксида хлора определяет перспективность его внедрения [12, 27].

Результаты натурных исследований в процессе гигиеничной апробации знедрения диоксида хлора в конкретные технологические схемы водоподготовки показывают, что диоксид хлора в установленных дозах на уровне 0,5—1 мг/дм3 во всех случаях обеспечивал эпидемическую безопасность воды [9, 10, 13].

Последние наши исследования показали, что обеззараживание воды диоксидом хлора в Ильичевске Одесской обл. с 1996 г. позволило снизить уровень заболеваемости населения этого города гепатитом А более чем в 3 раза в сравнении с аналогичными показателями в других населенных пунктах Одесской обл., Одессе и в Украине в целом [4, 5]. Эти данные согласуются с установленными нами ранее [3].

Оценка эффективности диоксида хлора в сравнении с другими распространенными средствами (озоном, хлором и хлораминами) подчеркивает существенное его преимущество как средства обеззараживания воды, состоящее в оптимальном соотношении биоцидного действия, стабильности и последействия как основных критериев оценки химических дезинфектантов [23].

Токсикологический аспект. Мы обобщили данные литературы относительно нормирования диоксида хлора и его производных (хлорита и хлората).

Например, по нормативам для хлорита (0,2 мг/дм3) в России и Украине до настоящего времени ориентируются на рекомендации ВОЗ [15] и Перечень ПДК и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) 1983 г.

При этих условиях следует учесть следующее [6]: концентрация диоксида хлора при вторичном обеззараживании питьевой воды в городах Южный и Ильичевск составляет 0,2 мг/л; остаточная концентрация хлорита — порядка 0,035 мг/л; остаточная концентрация хлората — порядка 0,002 мг/л [15]. Таким образом, кратность в сторону уменьшения для диоксида хлора, хлорита и хлората составляет соответственно 8, 6 и 10 000 раз.

Тем не менее, по нашему мнению, даже при таких условиях токсикологическая значимость диоксида хлора и его производных для организма человека весьма незначительна. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, апробированные нами дозы диоксида хлора и констатированные остаточные концентрации хлоритов отвечают рекомендованным ВОЗ и принятым нормативам. Во-вторых, существующее качество предочистки природных вод и состояние водораспределительных сетей будет обусловливать существенное и неминуемое уменьшение концентраций как диоксида хлора, так и его производных.

Технологический аспект. Для обеззараживания воды диоксид хлора получают на месте использования в виде водного раствора. Метод получения диоксида хлора из хлорита натрия и соляной кислоты чаще всего используется для обеззараживания питьевой воды [13, 21].

Анализ общих и частных вопросов применения диоксида хлора в водоподготовке показывает, что это средство оптимизирует качество питьевой воды на всех стадиях технологического процесса. При этом следует отметить такое важное преимущество диоксида хлора, которое мы бы назвали "технологической пластичностью", т. е. способность данной технологии адекватно инсталироваться в любые технологические схемы водоподготовки.

На стадии предокисления природной воды введение диоксида хлора в дозах 1—5 мг/дм3 оптимизирует процесс коагуляции, снижает концентрации органических соединений и неорганических восстановителей, улучшает органолептические показатели воды (привкус и запах), инактивирует бактерии и вирусы. На стадии постобеззараживания диоксидом хлора воды в резервуаре чистой воды обеспечивается соответствие ее микробиологического качества нормативным требованиям, сохранение ее в водораспределительной системе, удаление биопленок и микробных обрастаний систем водораспределения и, как следствие, предотвращение их образования [13, 21J.

Экологический аспект. Если попытаться экстраполировать данные о полной выживаемости мидий под влиянием диоксида хлора в концентрации 1—5 мг/дм3 [24] и рассматривать этот моллюск как биологический тест-объект экосистемы Черного моря, то можно предположить, что двукратное обеззараживание диоксидом хлора в дозе 2 мг/дм3 с интервалом 8 ч очищенных сточных вод [ 11 ] не окажет токсического действия на морскую биоту, поскольку остаточная концентрация диоксида хлора будет минимум в 10 раз меньше вводимой и уменьшится при разведении морской водой до следовой.

Экономический аспект. Представительством фирмы ALLDOS Dosiertechnik GMBH (Германия) в Украине (Одесса) выполнен расчет стоимости оборудования, затратных реагентов для вторичного обеззараживания 1 м3 питьевой водопроводной воды газообразным хлором и диоксидом хлора. Установлено, что различие стоимости обеззараживания 1 м3 воды хлором и диоксидом хлора составляет 0,011—0,002 = 0,009 гривны/м3, что ориентировочно эквивалентно 0,05 руб/м3, 0,0018 долл/м3,

0.0015.евро/м3 [9]. Тарифы на водопроводную воду для потребителей неуклонно возрастают, поэтому такое изменение не может рассматриваться как существенное.

Следует отметить, что ориентировочный (т. е. далеко не полный) социально-экономический эффект только по Ильичевску за 2 последних года составляет порядка 240 тыс. гривен (свыше 55 тыс. долл.) за счет снижения числа больных гепатитом А. Таким образом, суммарный эффект только по населенным пунктам наших стран, где питьевая вода является эпидемически опасной, может рассматриваться как весьма значимый.

В 2002 г. нами разработаны Методические указания "Обеззараживание воды в системах централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения диоксидом хлора", которые в настоящее время проходят окончательное согласование в Комитете по вопросам гигиенического регламентирования перед утверждением в министерстве.

Таким образом, данные литературы и результаты наших исследований позволяют заключить, что диоксид хлора является эпидемически и экономически приемлемым средством обработки воды в системах хозяйствен-но-питьевого водоснабжения населенных пунктов.

Л итература

1. Бережное С. П. // Вода [ водоочисш технол. — 2006.

- № 3 (19). - С. 5-11.

2. Инструкция по контролю за обеззараживанием хо-зяйственно-питьевой воды и за дезинфекцией водопроводных сооружений хлором при централизованном и местном водоснабжении: № 723а-67: Утв. зам. Главного санитарного врача 25.11.1967. М-во здравоохранения СССР. — М., 1969.

3. Мокиенко А. В., Засыпка Л. И., Красницкая Л. В., Садкова А. Б. Ц Довк. та здоров'я. — 2005. — № 4.

- С. 21-25.

4. Мокиенко А. В., Петренко Н. Ф., Гоженко А. И. Ц Сборник докладов 7-го Международного конгресса "Вода: экология и технология" (ЭКВАТЭК-2006). — М., 2006. - С. 961-962.

5. Мокиенко А. В. // Матер ¡ал и наук.-практ. конф. IV М1жнародного водного форуму "АКВА УКРА1НА-2006". - Киш, 2006. - С. 285-288.

6. Мокиенко А. В. // Вода 1 водоочисш технол. — 2006.

- № 1 (17). - С. 23-27.

7. Онищенко Г. Г. // Гиг. и сан. — 2006. — № 4. — С. 3— 7.

8. Онищенко Г. Г. // Гиг. и сан. — 2006. - № 5. - С. 4-10.

9. Петренко Н. Ф. Гтэешчне обгрунтування застуван-ня дюксиду хлору у технологах водшодготовки: Дис. ... канд. бюл. наук. — КиГв, 2002.

10. Петренко Н. Ф., Мокиенко А. В., Созинова Е. К. // Матер1али XIV з'Узду гтешепв УкраТни "Ппешчна наука та практика на рубеж1 стол1ть". — Дшпропетровсьх, 2004. — С. 177-119.

11. Петренко Н. Ф., Мокиенко А. В. // Докл. та здоров'я.

- 2004. - № 1. - С. 14-17.

12. Петренко Н. Ф., Мокиенко А. В. // Матер ¡ал и наук.-практ. конф. III М1жнародного водного форуму АКВА УКРАША-2055. - 04-07 жовтня 2005р., м. КиГв, 2005. - С. 223-228.

13. Петренко Н. Ф., Мокиенко А. В. Диоксид хлора: применение в технологиях водоподготовки: Монография. — Одесса, 2005.

14. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно безопасные уровни воздействия (ОБУВ) вредных веществ в воде водных объектов хо-зяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования: № 2932-83. - М., 1983.

15. Руководство по контролю качества питьевой воды: Рекомендации. — Женева, 1994. — Т. 1.

16. Ceima В. // СЕС профшактична мед. — 2005. — № 3.

- С. 48-50.

17. Сегельман А. Л. // Гиг. и сан. - 1954. - № 10. — С. 46-47.

18. Aieta Е. М., Roberts P. V., Hernandez М. // J. Am. Wa-ter-Works Assoc. - 19S4. - Vol. 76, N 7. - P. 64-74.

19. Aston H. N. I I J. Am. Water-Works Assoc. — 1947. — Vol. 39, N 7. - P. 687-690.

20. Bartram J. // Bull. Wld Hlth Org. - 2003. - Vol. 81, N 3. - P. 56-58.

21. Chlorine Dioxide. Monograph. — Industrie Chimiche Caffaro. — Milano, 1997.

22. Dold С. I I Bull. Wld Hlth Org. - 2001. - Vol. 79, N 5.

- P. 34-36.

23. Hoff J. C. Inactivation of Microbial Agents by Chemical Disingectants. - US EPA 600/286/067. — Cincinati, 1986.

24. Matisoff G., Brooks C. L., Bourland В. I. // AWWA. -1998. - Vol. 8. - P. 93-106.

25. Payment P. // Water-21. - 2000. - N 8. - P. 9.

26. Shademani R. I I Bull. Wld Hlth Org. - 2002. - Vol. 80, N 11. - P. 45-47.

27. Simpson G. D. // Proc. Chlorine Dioxide: Drinking Water, Process Water and Wastewater Issues. Intern. Sypm.

- AWWA - AWWARF. - Denver, 1997. - P. 123-135.

Поступила 28.02.07

Summary. The paper deals with the important urgent problem in the provision of epidemiological drinking water. It considers the chemical, biological, toxicological, technological, environmental, and economic aspects of the use of chlorine dioxide as a highly effective disinfecting and oxidizing agent in water purification and decontamination processes. The authors present the results of their own studies. They conclude that chlorine dioxide is an epidemiological^, ecologically, and toxicologically safe and technologically adequate and economically acceptable agent for water treatment in the domestic water supply systems of localities.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.