CC BY
8
живанию и переработке твердых отходов (хозяйственно-бытовых и промышленных), пунктов строительства мусороперерабатывающих, утилизационных заводов, размещения свалок межселенного значения; предложений по использованию местных топливных ресурсов для производственных и бытовых нужд с широким применением природного топлива, например термальных вод для отопления жилых и культурно-профилактических зданий, электроэнергии для бытовых нужд; сети крупных гидротехнических сооружений в плане проектируемого (планировочного) района.
Районная планировка может ставить перед соответствующими министерствами, научно-исследовательскими институтами проблемы, нуждающиеся в разработке с целью изыскания эффективных способов очистки промышленных выбросов, отходов, сточных вод, методов утилизации вредных веществ промышленности и сельского хозяйства, а также совершенствования технологии производств.
Поступила 28/XI 1978 г.
HYGIANIC ASPECTS IN THE REGIONAL PLANNING OF AGRICULTURAL
ADMINISTRATIVE AREAS
E. S. Lakhno
The hygienic implications of regional planning projects are explored, with a consideration of the more important hygiene-relaled problems that should be dealt with in designing such projects.
УДК 613.34:628.165.048
Канд. мед. наук Ю. А. Рахманин, доктор техн. наук А. И. Егоров, канд. биол. наук К. П. Ершова, Г. А. Ивлева, канд. техн. наук И. Г. Вахнин, Л. И. Тонких, Н. С. Комарова
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УДАЛЕНИЯ ИЗ ВОДЫ ОРГАНИЧЕСКИХ И КАНЦЕРОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ ДИСТИЛЛЯЦИОННОМ
ОПРЕСНЕНИИ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва, Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии Госстроя СССР, Москва
В последние годы в ряде маловодных районов нашей страны, а также на морском флоте все более широкое использование в качестве источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения получают морские воды, опресненные на дистилляционных установках и отличающиеся от традиционных пресноводных источников не только специфичностью своего солевого, микроэлементного и микробиального состава (Г. И. Сидоренко и Ю. А. Рахманин, и др.), но и своеобразием содержания органических веществ и рядом других особенностей. В связи с этим изучена эффективность задержания органических и канцерогенных веществ в процессе опреснения морской воды на крупнейших в стране многокорпусных и многоступенчатых установках в г. Шевченко Казахской ССР.
Исследования показали, что при общем большом эффекте удаления из исходной морской воды солей (более 99,9%) окисляемость воды уменьшалась менее значительно — всего в 4—7 раз. Например на 4-корпусной испарительной установке (ИУ) она уменьшалась на 85,9%, равняясь 0,71± ±0,18 мг Оа/л, а исходная — 5,02±0,58 мг Ог/л. Окисляемость рассола составляла 2,07±0,48 мг 02/л. При изучении (на 5-корпусной ИУ) влияния температуры выпарки на этот косвенный показатель загрязнения воды органическими веществами установлено, что наиболее существенное понижение окисляемости отмечалось в дистилляте глубокой очистки (на 85,5%), затем в дистилляте третьего (температура 78°С), второго (92°С)
Таблица 1
Некоторые показатели органического загрязнения дистиллята (общего потока), полученного
из каспийской морской воды
Ингредиенты
Содержание в дистилляте
Общие органические вещества, мг/л: хлороформоэкстрагируемые экстрагируемые четыреххлористым углеродом Нефтепродукты (гексанорастворимые), мг/л
Полярные органические вещества, задерживаемые окисью алюминия, мг/л:
хлороформорастворимые экстрагируемые четыреххлористым углеродом Органические вещества, растворимые в хлороформе, но не растворимые в гексане, мг/л Окисляемость, мЮ2/л Карбоновые кислоты, мкг-экв/л Гуминовые кислоты, мкг/л Фульвокислоты, мкг/л Редуцирующие сахара, мкг/л Фенолы, мг/л Бенз(а)пирен, мкг/л Анионоактивные ПАВ, мг/л Летучие органические вещества, мг/л Общий органический углерод, мг/л
0,12*
0,09**
0,05*
0,05* Отсутствуют**
0,03 0,56 3,7
Отсутствуют 75 300 0,003 0,001 0,28 1.2 4,5
* Использован весовой метод.
** Использован спектрометрический метод,
и первого (105°С) корпусов соответственно на 83,1, 78,5 и 77,7%. Окисляемость рассола также уменьшалась, как правило, в 2—3 раза, что свидетельствовало о том, что значительная часть органических веществ, присутствующих в морской воде, окисляется в процессе термической обработки либо улетучивается в виде неконденсируемых газов.
Прямое определение (спектрометрическим методом) содержания органических веществ в исходной воде и дистилляте подтвердило достаточно высокий обезвреживающий эффект термической обработки воды: содержание органических веществ в дистилляте уменьшалось примерно на 75%, нефтепродуктов — на 60%, канцерогенных веществ |бенз(а)пирена ] — на 95%. Количество анионоактивных веществ (детергентов) снижалось с 0,92 мг/л в исходной воде до 0,42 мг/л в дистилляте. При меньшем загрязнении исходной морской воды (0,1—0,4 мг/л) количество их в дистилляте находилось на уровне 0,06—0,08 мг/л. Аналогичные результаты получены в исследованиях на 10-корпусной и 34-ступенчатой установках.
Таким образом, наиболее выраженный эффект отмечался в отношении полярных углеводородов и канцерогенных веществ, большая часть которых, по-видимому, разрушалась при термической обработке воды, что в определенной мере согласуется с данными литературы (А. П. Ильницкий и соавт.). Содержание анионоактивных веществ на 34-ступенчатой установке мгновенного испарения повышалось в дистилляте обратно пропорционально рабочей температуре в ступенях и составляло в исходной морской воде 0,82 мг/л, в дистилляте 1-й ступени (температура 99°С) 0,76 мг/л, в дистилляте 31-й (42°С) и 34-й (38°С) ступеней соответственно 1,17 и 1,6 мг/л, что связано, вероятно, с возможностью «переноса» их через разделительные перегородки. Содержание органических веществ в дистилляте зависело от уровня загрязнения органическими веществами исходной морской воды.
Органические вещества, загрязняя дистиллят, могут придавать ему специфический запах (интенсивностью до 4 баллов) и привкус. Результаты количественного определения содержания в дистилляте некоторых орга-
/
II II II II
-5.-S.S-_c. N gj (N t£
o" o" o" o" o"
+1+1+1+1 +1
— OC^t----
— СО — — O
o o +1+1
-S-5.-5-S.-5~5
(ОЮСОООСО
— o o o o o o" o" o" o o" o"
+I+I+I+I+J+I
o" o" o" o" o* o*
II II -5-5
|SS
o* o"
+1+1
со
O <M
o" o
с с г с с с
00 00 ю о — о о
о 1-2
II II -5.5
С4
о о о о о +1+1+1+1 +1 О -"Г со СЧ <N тг
о" о" о" о" о* о"
о о
+1+1
со о ю о о"
W С TIC
^cS со S
с с с с с с
о о о о о о
+I+I+I+I+I+I
© со ь- <£> со
О СС 1Л ю Tt N
о" о" о +1+1+1
>> <
из
со
ЙОЛО
3
§
< из
<0 2 § II
eoo'-'-cíU с; а.
s- и
ю
о с_
нических веществ приведены в табл. 1, из которой Гвидно, что в их составе (вследствие возгонки с водяным паром или подсоса морской воды через неплотности в теплооб-менной аппаратуре) могут быть как продукты естественного экологического метаболизма в море, нефтепродукты и органические соединения, поступающие в море с бытовыми и промышленными сточными водами, так и, по-видимому, продукты термической трансформации исходных органических веществ, а концентрация в дистилляте фенолов может превышать допустимый гигиенический норматив.
В связи с этим в ряде населенных мест (г. Шевченко, Красноводске, пос. Бек-даше) в течение ряда лет апробируется новая технология приготовления опресненной питьевой воды, предусматривающая наряду со стабилизацией, кондиционированием, коррекцией солевого состава и обеззараживанием опресненной питьевой воды очистку ее от органических веществ на сорбцион-ных фильтрах, загруженных березовым активированным углем (БАУ). При фильтровании дистиллята через гранулированный БАУ практически полностью устранялись запахи и привкусы, а эффект доочистки от органических веществ зависел от природы адсорбируемых веществ и от режима фильтрования воды через зернистый слой загрузки.
Для изучения кинетики адсорбции различных органических веществ на БАУ в статических экспериментальных условиях во Всесоюзном научно-исследовательском институте ВОДГЕО проведены исследования с фенолом, нафтеновыми и сульфонафтеновы-ми кислотами, карбоновой
кислотой, имитатом биохимически очищенной сточной жидкости. Опыты выполнены при контакте навески угля (1 г) с бинарной смесью (растворитель — 250 мл адсорбата) в течение 1, 2, 4 и 6 ч. Установлено, что наибольшей ад-сорбируемостью на БАУ обладают сульфонафтеновые кислоты и фенол. Это преимущество сохранялось и в многокомпонентных водных средах. Результаты исследований, проведенных в динамических условиях, подтвердили достаточную надежность извлечения из воды фенолов, содержание которых в фильтрате оказывалось ниже ПДК для питьевой воды, даже если исходный уровень их в дистилляте превышал ПДК в 3—4 раза.
Наблюдения за состоянием БАУ в производственных условиях на сорб-ционных фильтрах станции приготовления питьевой воды (СППВ) в г. Шевченко показали, что наиболее загрязненными были фракции сорбента, находившиеся в поверхностном слое загрузки (табл. 2). Больше всего сорбировалось хлороформорастворимых и полярных органических соединений. Сорбция хлороформорастворимых веществ существенно зависела от сроков эксплуатации БАУ.
Для более глубокого анализа сорбированных на БАУ органических соединений проведено двойное экстрагирование их с угля сначала диэти-ловым эфиром, а затем азеотропной смесью в составе дихлорэтана и метанола. Все компоненты разделили на 8 основных групп (СЬегогш и соавт.). Полученные данные приведены на рисунке. Качественная идентификация индивидуальных веществ и классов органических соединений, входящих в состав групп, достигалась методами ИК-спектроскопии, газожидкостной хроматографии, адсорбционной колоночной хроматографии, а также избирательными методами с применением специфических реакций на отдельные компоненты.
Установлено, что в составе органических веществ преобладает 1-я группа, растворимая в метаноле (55,9%) и характеризующая присутствие кислородсодержащих соединений, многие из которых являются природными компонентами морской воды (продукты распада планктона, жизнедеятельности высшей водной растительности и животных организмов). Вещества 2-й группы (5,5%) свидетельствуют о сорбции на угле продуктов возгонки загрязнений, попадающих в морскую воду с промышленными и бытовыми сточными водами (например, детергенты). Вещества 3—6-й группы присутствовали в незначительном количестве (от 1,1 до 1,8%) и в основном были представлены кислородсодержащими полярными соединениями. Вещества
7-й группы характеризовали преимущественно сорбцию фенолов (5,7%), а
8-й — сорбцию нейтральных соединений и в основном включала органические вещества нефтяного происхождения (27,6%). Удельное содержание органических веществ, десорбированных из БАУ, составляло 4,58 мг/л.
В связи с тем что в составе органических соединений, сорбированных БАУ, имелись компоненты (фенолы, нефтепродукты), которые лимитируются стандартом на питьевую воду, проверили предельную статическую сорбционную емкость БАУ, взятого из фильтров, по указанным ингредиентам. Исследование в аналогичных условиях адсорбции чистого исходного угля давало возможность установить степень исчерпания сорбци-онной емкости производственного БАУ. Для адсорбционных измерений использовали фракции гранулированного БАУ
Z7.G z
5-5 /в п I К Ш Ш 7 Ж Ш Ш
Соотношение групп органических веществ, сорбированных углем БАУ из производственного дистиллята. / — вещества, не растворимые в хлороформе. но растворимые в метаноле; //— вещества, растворимые в хлороформе, но не растворимые п эфире; /// — вещества, более растворимые в воде, чем в эфире: IV — основные соединения; V — амфотер-ные соединения; VI — сильные кислоты; VII — слабые кислоты: VIII — нейтральные соединения.
с размером зерен 0,5—1,0 мм. В качестве адсорбатов применяли сублимированный фенол и имитат, загрязненный мангышлакской нефтью, по методике, описанной Е. А. Барсом и С. С. Коган.
Исследования показали, что удельная адсорбция фенола на чистом БАУ больше соответствующего показателя для загрязненного угля СППВ в 33 раза, а по органическим веществам — только в 2 раза. Максимальная удельная адсорбция фенола на чистом угле равна 199 мг/г, а на загрязненном — 39,8 мг/г. Таким образом, за 2 года работы производственных сорб-ционных фильтров удельная адсорбционная способность БАУ снизилась по фенолу на 80%. При этом в производственных условиях эксплуатации сорбционных фильтров на СППВ одновременно с адсорбцией многокомпонентной смеси органических веществ на БАУ задерживались также высокодисперсные окислы железа, которые, оседая на поверхности зерен, приводили к экранированию внутренней пористой поверхности зерен и, следовательно, к снижению ее доступности для некоторых сорбируемых органических веществ.
Выводы
1. В процессе дистилляционного опреснения воды на промышленных испарительных установках отмечается значительное снижение содержания органических, в том числе канцерогенных, веществ как в дистилляте, так и в рассоле, что свидетельствует об окислении части органических веществ при высокотемпературной обработке воды.
2. Учитывая недостаточную при высоком исходном содержании барьерную роль опреснительных установок в отношении нефтепродуктов и прежде всего их легколетучей фракции — фенолов, необходимым следует считать проведение обязательной доочистки промышленного дистиллята на фильтрах с БАУ, на которых улучшаются также органолептические свойства воды, и внедрение эффективных методов предочистки от ряда органических загрязнений исходной морской воды.
3. В наибольшей степени на СППВ на фильтрах с БАУ задерживаются находящиеся в опресненной воде кислородсодержащие органические компоненты морской воды, нефтепродукты и фенолы. Эффективность доочистки воды зависит от сорбционной емкости угля и длительности его эксплуатации, а загрязненность фильтров — от глубины фильтрующего слоя. Результаты исследований обусловливают необходимость обоснования сроков и методов регенерации с БАУ для доочистки опресненной хозяйственно-питьевой воды.
ЛИТЕРАТУРА
Сидоренко Г. И., Рахманин Ю. А. — В кн.: Гигиена воды и санитарная охрана водоемов. М., 1973, с. 28—40. Ильницкий А. П., Гвильдис В. Ю., Дьякова Л. Г. и др. — В кн.: Вопросы профилактики загрязнения внешней среды, в частности водоемов, канцерогенными веществами. Горький, 1972, с. 44—46. Барс Е. А., Коган С. С. Методическое руков-гдство по исследованию органических веществ подземных вод нефтегазоносных областей. М., 1973.
Поступила 16/1 1979 г.
EFFECTIVENESS OF REMOVAL OF ORGANIC (INCLUDING CARCINOGENIC) SUBSTANCES FROM THE WATER DESALINATED BY DISTILLATION
Yu. A. Rakhmanin, A. I. Egorov, K. P. Ershova, G. A. Ivleva, /. G. Vakhnin, L. I. Tonkikh. and N. S. Komarova
Field and laboratory studies have shown that organic, including carcinogenic, substances are rather effectively removed during the desalination of sea water by distillation and during the posttreatment of industrial distillates on sorption filters using activated carbon. Of the 8 groups of organic substances tested, this showed the greatest ad-sorptive capacity in respect of oxygen-containing organic components, petroleum products, and phenols. The phenol-adsorbing capacity of activated carbon decreased by 80% after the filters had been in operation for 2 years. The quantity of organic substances extracted from activated carbon depended on how long the latter had been in use and on the depth of the filtering layer.
