Гигиеническая оценка эффективности электроимпульсной технологии кондиционирования качества питьевой воды, содержащей антропогенные органические загрязнители Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Вестник Смоленской медицинской академии, № 3, 2000

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

УДК 613.31- 074

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ АНТРОПОГЕННЫЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНИТЕЛИ А. В. Авчинников

Смоленская государственная медицинская академия

НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН

Электроимпульсная технология или воздействие низкоэнергетических импульсных электрических разрядов (НИЭР) - является новой перспективной технологией кондиционирования воды.

В современных условиях масштабность проблемы обеспечения населения доброкачественной питьевой водой определяет актуальность разработок по совершенствованию технологий кондиционирования качества воды и исследований по их гигиенической оценке.

Электроимпульсная технология или воздействие низкоэнергетических импульсных электрических разрядов (НИЭР) - новая перспективная технология кондиционирования воды. Технология основана на воздействии электрического разряда в толще воды, которое сопровождается мощными гидравлическими процессами с образованием ударных волн и явлений кавитации, возникновением импульсного ультрафиолетового излучения и ультразвуковых колебаний, импульсных магнитных и электрических полей [7].

Низкоэнергетические разряды в воде отличаются от высоковольтных разрядов на порядок более низким значением рабочего напряжения (1-10 кВ) и энергией единичного импульса, относясь к категории т. н. "мягкого" разряда [12]. Особенностью биологического (обеззараживающего) действия НИЭР в воде является комбинированное влияние на микроорганизмы уже упомянутых импульсных физических факторов и химической составляющей, образующихся в зоне разряда свободных радикалов [13]. Кроме того, НИЭР обладает выраженным последействием, которое связывают с оли-годинамией ионов металлов (серебро, медь), выделяющихся с электродов в процессе разряда [14]. Это обстоятельство позволяет рассматривать НИЭР как комбинированный физико-химический способ обеззараживания питьевой воды. Выгодно отличаясь от высоковольтных ИЭР меньшими энергозатратами, НИЭР при прочих равных условиях обладает более выраженным бактерицидным действием [6]. Показано, что эффективность бактерицидного действия НИЭР обратно пропорциональна величине рабочего напряжения, а оптимальное значение последнего приближается к 3 кВ [15].

Ранее нами были опубликованы материалы исследований, показывающих высокую эффективность данной технологии и реализующей ее установки МЭИ-5 в отношении бактериального, вирусного и паразитарного загрязнения [1-4]. Серийная установка МЭИ-5 предназначена для обеззараживания в полевых и автономных условиях природных вод, находящихся под воздействием антропогенной нагрузки и характеризующихся повышенной микробной обсемененностью [10 ].

Задачей настоящего исследования являлось изучение гигиенической эффективности НИЭР при кондиционирования воды, содержащей некоторые распространенные антропогенные загрязнители (фенолы, ПАВ, галогенсодержащие вещества, 3,4-бенз(а)пирен). Выбор последних определялся современными представлениями о ведущих оценочных показателях качества воды в условиях интенсивного антропогенного загрязнения [9]. Поскольку индикатором присутствия в воде галогенсодержащих соединений является хлороформ, его содержание рекомендуется определять в качестве ведущего показателя загрязнения воды веществами данной группы [8].

Методы исследования. В предназначенную для обеззараживания водопроводную (не хлорируемую) или речную воду известного химического состава вносили вышеназванные органические загрязнители в концентрациях, моделирующих их содержание на уровне 2 ПДК. Определение органических веществ в воде осуществляли в соответствии с общепринятыми методиками: ПАВ и фенолы - фотометрическим методом (соответственно РД

52.24.368-95 и РД 52.24.487-95); хлороформ - газожидкостная хроматография (РД 52.24.482-95); 3,4-бенз(а)пирен - спектрометрическим методом на спектрографе ИСП-51 (РД 52.24.440-95).

Модельную воду, содержавшую антропогенные загрязнители, обрабатывали воздействием НИЭР на установке МЭИ-5 при следующих параметрах: рабочее напряжение 3,0 кВ; емкость конденсаторов 10 мкФ; суммарная плотность энергии 1,5^6,0 Дж/мл. Полученные в ходе исследований зависимости "доза-эффект" представлены на рис.1. Исходная концентрация органических веществ в воде на уровне 2 ПДК была принята за 100 %.

Рис. 1. Зависимость концентрации органических загрязнителей в воде от суммарной плотности энергии обработки НИЭР

Результаты наших исследований (рис. 1) показали, что обработка воды НИЭР достоверно снижала в ней концентрацию фенолов на 40-70 %, хлороформа - на 30-67 %, ПАВ - на 55-90 %, 3,4-бенз(а)пирена - на 88-96 %. Зависимость содержания органических загрязнителей в воде от суммарной плотности энергии обработки НИЭР в исследуемом диапазоне значений имеет обратно пропорциональный характер. Наиболее эффективным режимом водоподготовки, при котором наблюдали минимальные концентрации изучаемых загрязнителей, было воздействие НИЭР с ю = 6,0 Дж/мл. Полученные нами материалы в целом согласуются с данными других исследователей, изучавших родственные электрофизические явления в воде: поверхностные (на границе "среда-жидкость") высоковольтные импульсные электрические разряды [5], импульсные коронные разряды [11]. Авторами этих работ была показана возможность разрушения содержавшихся в воде органических веществ (бензол, толуол, фенолы и др.) под действием свободных радикалов типа ОН •, О • , ОН2 • и др., образующихся в процессе разряда. Вероятно, аналогичный механизм деструкции органических веществ в воде характерен и для НИЭР.

Заключение. Электроимпульсная технология, основанная на воздействии низкоэнергетических импульсных электрических разрядов (ю=1,5^6,0 Дж/мл), является перспективным способом кондиционирования качества воды, содержащей антропогенные органические загрязнители.

Литература

1. Авчинников А. В., Жук Е. Г., Рахманин Ю. А. Обеззараживание и консервирование питьевой воды низковольтными импульсными электрическими разрядами // Гигиена и санитария. - 1995. -№ 6. - С. 8 - 11.

2. Авчинников А. В., Жук Е. Г., Рахманин Ю. А., Некрасов Ю. В. К гигиенической оценке качества питьевой воды, кондиционированной низковольтными импульсными электрическими разрядами // Гигиена и санитария. - 1996. - № 1. - С. 14 - 15.

3. Авчинников А. В., Недачин А. Е., Рахманин Ю. А., Жук Е. Г. К вопросу о вирулицидном действии низковольтных импульсных электрических разрядов в воде // Медицинск. консультация. - 1996. - № 1. - С.9 - 11.

4. Авчинников А. В., Соболь Р. Г., Рахманин Ю. А., Михайлова Р.И. Гигиеническая оценка паразитоцидного действия низкоэнергетического импульсного электрического разряда при обеззараживании воды // Международный конгресс "Вода: экология и технология", Т. 1. - М., 2000. - С. 215 - 216.

5. Вайтмаа Э. Х., Бродская Б. Х., Кирсо У. Э., Лээсмент Л. К. Комплексное воздействие поверхностных разрядов на загрязненные воды // Гигиена и санитария. - 1984. - № 5. - С. 8 - 9.

6. Веселов Ю. С., Лавров И. С., Рукобратский Н. И. Водоочистное оборудование: конструирование и использование. - Л.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

7. Грановский М. Г., Лавров И. С., Смирнов О. В. Электрообработка жидкостей. - Л.: Химия, 1976. - 216 с.

8. Красовский Г. Н., Михайловский Н. Я., Марченко Ю. Г. и др. // Гигиеническая оценка вредных веществ в воде. - М., 1987. - С. 81 - 115

9. Красовский Г. Н., Егорова Н. А. Ведущие оценочные показатели в системе контроля качества воды // Гигиена и санитария. - 1990. - № 11. - С. 27 - 29.

10. Пат. 1790557 РФ. Устройство для обеззараживания воды электрическими разрядами / Е. Г. Жук, А. В. Авчинников // Изобретения. - 1993. - № 3 - С. 195

11. Шведчиков А. П., Понизовский А.З. Удаление из водных растворов экологически вредных примесей под действием различных типов электрических разрядов // Химия высоких энергий.-1998.-Т.32.- № 4.-С. 297298.

12. Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности.- Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1986.- 252 п.

13. Gilliland S. E., Speck M. L. Inactivation of microorganisms by electrohydraulic shock // Appl. Environ. Microbiol. - 1967. - Vol. 15, 1 10. - P. 1031 - 1037.

14. Hulscheger H., Potel J., Nieman E. S. Electric field effect on bacteria and yeast cells // Radiat. and Environ. Bio-phys. - 1983. - Vol. 22. - N 2. - P. 149 - 162.

15. Merton A. Disinfecting with waters lighting // New Scientist. - 1968. - Vol. 39. - N 6. - P. 388 - 389.