CC BY
9
УДК 028.162
В. Климкина\, Г. В. Цыплакова, Г. М. Тру хина, Г. П. Амплеева, И. С. Тюленева, Т. А. Кочеткова, 3. А. Анисимова, В. Л. Драгинский
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОБЕСЦВЕЧИВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД ОКИСЛИТЕЛЬНО-СОРБЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Источниками водоснабжения большинства северных районов страны являются реки и озера, качество воды которых характеризуется высокой природной цветностью (до 80—150°), малым содержанием взвешенных веществ (до 5,0 мг/л) и низкой температурой на протяжении большей части года.
Традиционные методы обработки таких вод с использованием процесса коагуляции являются малоэффективными и не всегда обеспечивают соответствие степени очистки природной воды требованиям ГОСТа 2874—82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль качества» по такому показателю, как цветность.
НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова разработана технологическая схема совместного применения озона и гранулированного угля для обесцвечивания природных высокоцветных вод. Разработанная технология включает следующие этапы: обработку исходной цветной воды озоном в дозе 8—13 мг/л, фильтрование озонированной воды через активированный уголь со скоростью 5,0—10,0 м/ч.
С целью гигиенической оценки предлагаемой схемы нами проведены комплексные исследования, включающие в себя определение гигиенической эффективности различных этапов обработки и изучение биологической активности воды. Необходимость этих исследований вытекала из анализа данных литературы, свидетельствующих о том, что обесцвечивание гумусовых веществ озоном не связано с их полным деструктивным окислением [1, 7]. Так, в углекислый газ переходит не более 4 % углерода, а основная масса продуктов окисления остается в растворе. Озон не удаляет из воды органические вещества, а лишь видоизменяет их, превращая в другие соединения. Кроме того, озон, являясь сильным окислителем, может расщеплять молекулы воды с образованием свободных гидроксильных радикалов, способных образовывать гидроперекиси, перекиси кислот и эпоксиды. Перекисные соединения настойки, но некоторые из них могут сохраняться в течение периодов, сопоставимых с теми, за которые вода протекает через распределительную сеть [1].
С учетом данных о повышении содержания в обработанной озоном воде легко усвояемого органического вещества, являющегося питательной асновой для развития микроорганизмов, прове-
дены специальные санитарно-микробиологиче-ские исследования [8].
В экспериментальных условиях обработка воды озоном в дозе 8—12 мг/л проводилась с помощью лабораторного озонатора. Обработке подвергались имитаты вод различной цветности (от 140 до 180°), а также природная вода р. Великой, характеризующаяся цветностью 85°.
Установлено, что обесцвечивание воды происходило в 2 этапа: на этапе озонирования цветность воды снижалась до 40—80°, при последующем фильтровании через колонку с активированным углем марки АГМ — до 15—20е. Имело место поэтапное снижение окисляемости воды: с 21 ±6,3 до 10,1 ±1,2 мгО/л в результате озонирования и до 6,3±0,5 мгО/л после фильтрования £ через уголь. Кроме того, наблюдались незначительные изменения рН и щелочности воды (на 0,1 мг/экв/л). Величины рН находились в пределах, регламентируемых ГОСТом «Вода питьевая». Обработка воды озоном вызывала увеличение в 2 раза содержания в воде азота аммиака, нитратов и уменьшение количества нитритов. Наблюдаемые изменения, вероятно, связаны с трансформацией гумусовых соединений под действием озона: молекула гумуса расщепляется с освобождением аммонийных групп. Озон, являясь ч сильным окислителем, вызывал окисление нитритов до нитратов. При фильтрации через уголь имели место полная сорбция азота аммика на угле, частичное задерживание нитратов. Нитри-ты на угле не задерживались. Озонированная вода имела резкий запах озона интенсивностью 5 баллов. После фильтрации через уголь вода практически не имела запаха. Содержание остаточного озона в воде после 1-го этапа обработки колебалось от 1,44 до 0,37 мг/л в зависимости от параметров обработки. После фильтрации через активированный уголь остаточный озон не обнаруживался.
Колебания содержания железа в пробах обработанной воды не выражены и не имеют санитарного значения. Жесткость воды в процессе обработки также не менялась. Происходило поэтапное снижение мутности воды: с 1,05— 1,4 мг/л в исходной воде до 0,35—0,6 мг/л в озонированной и до 0,01—0,5 мг/л в фильтро- а ванной. г
Санитарно-микробиологические исследования включали в себя изучение влияния гумусовых веществ и продуктов их превращения на рост
и развитие индикаторной и потенциально-патогенной микрофлоры и оценку эффективности обеззараживания цветной воды в процессе ее обработки по предлагаемой схеме. Для решения первой задачи исходную цветную воду стерилизовали путем автоклавирования. Стерильную воду обрабатывали озоном в дозе 10 мг/л и фильт-ровали через активированный уголь. Исходная вода и вода после каждого этапа обработки инфицировалась суспензией таких микроорганизмов, как Е. coli, Enterococcus, Klebsiella, Ps. aeruginosa. Для заражения использовались как музейные штаммы бактерий, так и свежевыде-ленные из объектов окружающей среды. Выбор данных микроорганизмов обусловлен тем, что Е. coli и Enterococcus являются санитарно-пока-зательными микроорганизмами при оценке качества воды. Klebsiella и Ps. aeruginosa способны использовать органические и неорганические уг-леродсодержащие вещества в качестве единственного источника углеродного питания и рассматриваются в последние годы как индикаторы санитарно-эпидемического неблагополучия окружающей среды [5, 8].
Результаты исследований свидетельствуют о ^ том, что при суточной экспозиции изучаемых микроорганизмов в цветной воде имело место сохранение энтерококков в воде, увеличение числа клебсиелл и синегнойных палочек, уменьшение содержания кишечной палочки. Индексы энтерококков определялись на уровне первоначального инфицирования, индексы клебсиелл и псевдомонад возрастали на 2—3 порядка логарифма. Показатели кишечной палочки снижались в 100 раз. В озонированной воде отмечалось незначительное снижение индексов энтерококков, полное отсутствие кишечной палочки, но создавались благоприятные условия для развития клебсиелл и синегнойных палочек; количество последних увеличивалось на 1—2 порядка лога-f рифма. Стимулирование роста клебсиелл и псевдомонад обусловлено трансформацией гумусовых соединений под влиянием озона с освобождением органических веществ, которые легко усваиваются данными бактериями. В воде, фильтрованной через уголь, кишечные палочки и энтерококки не обнаруживались и одновременно наблюдалось снижение показателей содержания клебсиелл и синегнойных палочек, что, безусловно, связано с сорбцией продуктов окисления гумусовых веществ на угле.
Для решения второй задачи в эксперименте использовалась стерильная вода, которая инфицировалась суспензией микроорганизмов (в равных концентрациях) и затем обрабатывалась по схеме озон — активированный уголь. Исследова-, киями установлено, что бактерицидное действие V озона было наиболее выражено в отношении кишечной палочки. Клебсиеллы, энтерококки и псевдомонады оказались более устойчивы к действию озона и сохраняли свою жизнедеятель-
ность в озонированной воде, а при увеличении срока хранения воды были способны к размножению (Ps. aeruginosa). Последующее фильтрование воды через уголь приводило к дальнейшему уменьшению количества кишечной палочки и снижению индексов остальных изучаемых микроорганизмов, но полного освобождения воды от бактерий не наступало. Хлорирование воды при величине остаточного хлора на уровне 0,3--0,5 мг/л давало бактерицидный эффект в отношении всех микроорганизмов.
Для оценки биологического действия гумусо вых веществ и продуктов их превращения в процессе обработки воды проведен хронический са-нитарно-токсикологический эксперимент на 60 белых крысах. Животные 1-й группы получали имитат цветной воды (140°), приготовленной на водопроводной дехлорированной воде. Животные 2-й группы получали воду после озонирования цветной воды озоном в дозе 10 мг/л. Животным 3-й группы давали воду, полученную после фильтрования озонированной воды через колонку с углем марки АГМ. Для животных 4-й группы фильтрованная вода хлорировалась раствором хлорной извести из расчета содержания остаточного хлора на уровне 0,3 мг/л. Животные 5-й группы получали водопроводную воду (контроль).
При выборе функциональных показателей учитывались данные о стимулирующем влиянии гумуса на биокаталитические системы организма [2—4, 6]. У подопытных животных определяли содержание пировиноградной кислоты, сульф-гидрильных групп, нуклеиновых кислот. Оценивали морфологический состав крови, активность аминотрансфераз, щелочную фосфатазу катала-зы. В конце эксперимента проводились морфо-функциональные исследования внутренних органов подопытных животных.
Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о том, что исходная вода с повышенной цветностью и вода после воздействия на нее озоном обладают определенной биологической активностью, что проявлялось в повышении активности каталазы, аспартатаминотранс-феразы, щелочной фосфатазы, содержания пировиноградной кислоты в крови подопытных животных. При морфофункциональном исследовании органов белых крыс, получавших воду с повышенной цветностью и воду, обработанную озоном, отмечались изменения кислотообразующей функции желудка и снижение реактивности клеток печени. Зрелые обкладочные клетки слизистой желудка были укрупнены, обеднены гранулами. Гепатоциты содержали мало хроматина, в их цитоплазме обнаруживались грубые белково-углеводные комплексы, контуры клеток были стерты.
Длительное употребление животными воды, \ обработанной по полной схеме (озон, активированный уголь, хлорирование), не вызывало изме-
нений в функциональном состоянии изучаемых органов и систем.
Результаты комплексных экспериментальных исследований явились основанием для разработки опытно-промышленной установки, работающей по схеме озон — активированный уголь. Установка смонтирована на городской водопроводной станции Петрозаводска, где и проведена апробация технологии в натурных условиях. Для получения озона использовался озонатор «Озон-10». Озонирование воды осуществлялось дозами озона от 9 до 13 мг/л. Время контакта озоно-кислородной смеси с обрабатываемой водой составляло в среднем 8 мин. Озонированная вода фильтровалась через угольный фильтр, загруженный активированным углем марки АГМ. Скорость фильтрования изменялась в пределах от 5 до 10 м/ч.
Проведенные исследования подтвердили экспериментальные данные о гигиенической эффективности технологического процесса. Данный метод обеспечивал получение значения цветности, соответствующего требованиям ГОСТа 2874—82 «Вода питьевая». Вместе с тем в натурных условиях процесс обесцвечивания воды несколько отличался от такового при лабораторных испытаниях. Так, гигиенический норматив цветности достигался уже на этапе обработки воды с цветностью 80—65° озоном. Последующая фильтрация озонированной воды через колонку с активированным углем вызывала снижение цветности всего на 2—5°. Сопоставление величин пер-манганатной окисляемости воды после озонирования и фильтрования через уголь свидетельствовало о том, что часть продуктов окисления гумусовых веществ сорбируется на угле. Перман-ганатная окисляемость фильтрованной воды в среднем на 30 % ниже окисляемости озонированной воды. Как и в экспериментальных исследованиях, имело место увеличение содержания азота аммиака в воде, обработанной озоном ;(0,09±0,02 мг/л в исходной воде, 0,3 ±0,02 мг/л в озонированной). При фильтровании через уголь содержание азота аммиака снижалось до 0,09 ±0,04 мг/л.
Определение микроэлементов (медь, марганец, стронций, свинец) в исходной и обработанной воде показало, что их концентрации в процессе обработки воды существенно не изменяются. Изменения других показателей согласуются с данными, полученными в экспериментальных исследованиях.
При обеззараживании воды, обработанной по данной технологии, хлором в дозе до 2 мг/л в ней обнаруживался хлороформ в концентрациях до 10—15 мкг/л.
Санитарно-микробиологические исследования подтвердили результаты предыдущих экспериментальных наблюдений. Под действием озона в воде с повышенной цветностью наступала гибель кишечной палочки, снижался уровень энте-
рококков и клебсиелл на 2—3 порядка логарифма. Остаточная микрофлора в озонированной воде была представлена энтерококком в весенний период, клебсиеллами и ацинетобактером в летний. При этом количество энтерококков и клебсиелл в озонированной воде находилось в прямой зависимости от их уровня в исходной природной воде.
При фильтровании озонированной воды через уголь в отличие от экспериментальных условий наблюдалось размножение бактерий в фильтрующей загрузке и последующее их вымывание в воду. Во всех пробах воды установлено наличие клебсиелл, энтерококков, ацинетобактера. В период наблюдения не удалось проследить влияние этапов обработки на синегнойную палочку, так как этот микроорганизм не определялся в природной воде.
Хлорирование воды обеспечивало полный бактерицидный эффект в отношении микроорганизмов, находящихся в фильтрованной воде. Из исследования вытекает, что предварительное озонирование воды и фильтрование через активированный уголь не обеспечивает полного обеззараживающего эффекта, который может быть достигнут обязательным последующим хлориро-нием.
Таким образом, комплексные экспериментальные и натурные исследования позволяют дать положительную гигиеническую оценку методу обесцвечивания высокоцветных маломутных вод с применением больших доз озона (до 14 мг/л) и последующего фильтрования через гранулированный активированный уголь. Обработка воды по данной схеме не обеспечивает полного обеззараживающего эффекта по отношению к индикаторной и потенциально-патогенной микрофлоре. Для обеспечения эпидемиологической безопасности водопользования в схему водоподго-товки должен быть введен дополнительный этап — хлорирование обработанной воды.
При организации лабораторного контроля за качеством воды, обработанной по данной технологии, помимо показателей, регламентируемых ГОСТом 2874—82 «Вода питьевая», следует определять перманганатную окисляемость, что позволит судить с сорбции продуктов окисления гумусовых веществ на активированном угле.
Литература
1. Агенты и процессы, применяемые для обработки питьевой воды и их воздействие на здоровье: Отчет о совещании рабочей группы. — Копенгаген, 1977.
2. Бибер В. А., Боголюбов Н. С. //Доклады АН СССР.— 1951. —Т. 76, № 2.— С. 313—316.
3. Бибер В. А. //Там же: Новая сер. — 1952. — Т. 38, № I, — С. 121 — 124.
4. Горовая А. И., Греновский Н. Л., Кравцова Л. В., Беньковская Т. Б. // Тканевая терапия по Филатову. — Одесса, 1977.— С. 31—34.
6. Калина Г. П. //Журн. микробиол. — 1984. — № 10. — С. 30-36.
6. Солдатова В. В. // Всесоюзная конф. по экспериментальной курортологии и физиотерапии, 2-я: Материалы.—М„ 1970.— С. 206—211.
7. Шевченко М. А. Физико-химическое обоснование процессов обесцвечивания и дезодорации воды. — Киев, 1973.
8. Rook J. /., Yraveland A., Schultink L. I.// Water Res — 1982, — Vol. 16, —P. 113-122.
Поступила 22.01.86
Summary. Comprehensive experimental and field studies pTovide the opportunity for a positive hygienic assessment of the natural water discoloration technique by ozonization and further filtration through activated granular carbon. The necessity of including an additional stage of water chlorination into the scheme of preliminary water treatment is validated. The recommendations on the laboratory control conditions for using this technological process in water supply systems are presented.
УДК 613.34+614.777):(628.162.84:615.277.4
В. М. Воронин, А. И. Донченко, А. А. Королев
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ КАНЦЕРОГЕННОСТИ ДИХЛОРБРОММЕТАНА И ДИБРОМХЛОРМЕТАНА, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ХЛОРИРОВАНИИ ВОДЫ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва; I ММИ
им. И. М. Сеченова
В последнее время появилось много сообщений, свидетельствующих о том, что в процессе хлорирования питьевой воды образуются различные галогенсодержащие соединения, в частности галометаны, которые обладают выраженным биологическим действием и являются потенциально опасными в плане канцерогенного эффекта [2].
Интерес к веществам, послужившим предметом изучения в данной работе, обусловлен 2 причинами: постоянным присутствием их в питьевой воде и наличием экспериментальных данных об их канцерогенности. Дихлорбромме-тан (ДХБМ) в опытах на мышах линии A/S+ в дозе 100 мг/кг (2000 мг/л) при 24-разовом введении в пищевод с помощью зонда вызывал увеличение частоты опухолей легких; опухоли других локализаций не идентифицировались [3]. Дибромхлорметан (ДБХМ) проявил канцерогенный эффект (на границе достоверности) в 104-недельном эксперименте на мышах B6C3Fi в дозе 100 мг/кг при введении в пищевод; отмечено увеличение числа животных с опухолями печени [4]. Статистически достоверное увеличение частоты опухолей в опытных группах в этих исследованиях связано, вероятно, с использованием больших доз соединений.
Целью работы явилось получение в хроническом биологическом эксперименте новых данных о канцерогенности ДХБМ и ДБХМ для решения вопросов гигиенического регламентирования этих галогенсодержащих соединений, образующихся при хлорировании воды, с учетом их возможных канцерогенных свойств.
Эксперимент был поставлен на 645 мышах-гибридах СВА X С57В1/6 разводки питомника «Столбовая» АМН СССР. Животных обоего пола разделили на 14 групп по 50—75 мышей в каждой. В 12 группах животные получали ДХБМ и ДБХМ в следующих концентрациях: 400 (группы 1, 4, 9, 11-я), 4,0 (группы (2, 5, 9, 12-я) и 0,04 мг/л (группы 3, 6, 10, 13-я); 7-я и 14-я груп-
пы являлись контрольными. Все животные содержались в пластмассовых клетках на обычном рационе и получали вещества с питьевой водой, даваемой без ограничения.
Эксперимент длился 104 нед. По истечении указанного срока всех оставшихся в живых мышей усыпляли эфиром. Органы и ткани животных (легкие, пищевод, желудок, печень, почки, селезенка, а также участки, подозрительные на наличие опухолей), как павших в ходе эксперимента, так и забитых по его окончании, фиксировали в 10 % нейтральном формалине и заливали в парафин. Срезы окрашивали гематоксилин-
Таблица 1
Результаты изучения канцерогенных свойств ДХБМ и ДБХМ
Группа животных
Ä О-
CQ Ь
Чнсло животных
доживших до обнаружения 1-й опухоли
в том числе с опухолями
абс. %
о
s u -
с.=: re Ч = о уо X о >,
К 5 £ о
•с.
Й« с. .
ш-
Самцы
ДХБМ
1-я 400 55 45 4 8,9 517
2-я 4,0 50 16 1 6,3 658
3-я 0,04 50 35 3 8,3 563
4-я ДБХМ
5-я 400 55 39 5 12,8 480
6-я 4,0 50 33 1 3,0 596
7-я (контроль) 0,04 50 13 1 7,7 699
75 63 4 6,3 470
Самки
ДХБМ
8-я 400 55 13 7,7 740
9-я 4,0 50 18 1 5,6 628
10-я 0,04 50 45 1 2,2 467
ДБХМ
11-я 400 55 32 3 9,4 644
12-я 4,0 50 40 3 7,5 446
13-я 0,04 50 27 2 7,4 581
14-я (контроль) 50 34 3 8,8 53S
