CC BY
10
инактивации. Например, в воде с исходной дозой гексахлорана 0,51 мг/л после ее обработки остаточные концентрации этого пестицида превышают допустимые уровни. Удается добиться оптимального результата только при использовании комбинированных методов с применением доз реагентов, превышающих общепринятые.
Изучена эффективность использования активных фильтрующих материалов (активных углей БАУ и СКТ и ионитов). Активные угли снижают концентрацию пестицидов в воде на 60—70%. Высокой обезвреживающей способностью отличаются ионообменные полимеры. Их применение позволяет уменьшить концентрацию пестицидов на 95—100%. Комбинированное использование этих веществ дает возможность снизить уровень заражения воды почти полностью.
Очевидно, барьерная роль современных водоочистных сооружений в отношении ядохимикатов не всегда может рассматриваться как надежное средство. Проблема эта требует решения. Неменьшее значение имеет очистка воды от канцерогенных веществ. Это вопрос не теоретический, а практический. Как известно, канцерогены обнаружены во многих водоемах и, в частности в Волге (в районе Куйбышева и Саратова) и других районах. Эффективность водоочистных устройств, их барьерная функция не всегда являются оптимальными по отношению к этим вредным примесям. Проблема очистки воды от ядохимикатов и канцерогенных веществ нуждается в комплексных исследованиях ученых-гигиенистов, в ее решении должны принять активное участие инженеры-технологи.
Поступила 25/IX 1974 г.
УДК 613.34:628.16
Кандидаты мед. наук Т. А. Николаева и И. П. Плетникова
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ЕЕ УЛУЧШЕНИЯ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
Качество поверхностных вод, используемых для водоснабжения, в основном соответствует требованиям ГОСТ 2761—57 и Правилам по охране поверхностных водоемов от загрязнения сточными водами (1974). Однако в ряде случаев наблюдается превышение допустимых концентраций некоторых химических веществ в водоемах вследствие загрязнения их промышленными и хозяйственно-бытовыми стоками. В то же время общепринятая технология очистки питьевой воды не предназначена для удаления таких специфических видов загрязнения. Эти обстоятельства обусловили в свое время необходимость проведения ряда исследований, касающихся «барьерной» роли водопроводных сооружений. Так, работами С. Н. Чер-кннского и соавт. (1970, 1972), выполненными в отношении ряда химических веществ в лабораторных условиях, показано, что «барьерная» роль водопроводных сооружений весьма ограничена и в значительной степени зависит от исходного уровня загрязнения. Схожие данные получили Н. Г. Ищенко и Н. П. Кузьмина при изучении эффективности очистки воды от веществ неорганического происхождения на одной из водопроводных станций Москвы. Результаты этих работ послужили основанием для более глубокого выяснения «барьерной» роли водопроводных сооружений в условиях, близких к натурным, а также определения возможности повышения эффективности очистки воды от химических загрязнений.
Исследования проводились совместно с Научно-исследовательским институтом коммунального водоснабжения и очистки воды в отношении наиболее распространенных видов загрязнения — фенолов, нефтепродуктов, поверхностноактивных веществ, ядохимикатов и ряда неорганических эоединений (хром, бор, медь, никель, мышьяк) при содержании их в воде
Эффективность очистки воды от токсических химических веществ на водопроводных
сооружениях
л» опыта Вещество Содержание вещества в воде (в мг/л)
исходное после отстаивания после фильтрации 1 после контактного осветления
1 Медь 1,8—2,0 1,2—1,8 1,0—1,2
2 7,6—7,8 7,8 2,6—2,8 3,4—3,8
1 Хром 0,80—0,90 0,86—0,89 0,81—0,85 0,80—0,90
2 0,86—0,91 0,90—0,99 0,81—0,99 0,80—1,00
1 5,10—5,70 5,20 5,60 5,10
2 Никель 4,30—5,20 5,70—6,10 5,80 5,80—6,70
1 3,00—4,00 3,00—4,00 3,00 3,00
2 Бор 4,00 3,00—4,00 3,00—4,00 3,00—4,00
1 0,10—0,30 0,11—0,13 0,11 0,12—0,30
2 Фенол 0,21 0,30 0,15—0,28 0,15—0,30
1 0,52 0,38 0,22 0,05
2 Мышьяк 0,43 0,40 0,20—0,24 0,01—0,05
1 6,0 5,3—5,5 4,5—5,2 —
2 Сульфанол НП-1 6,0—6,5 4,5—6,5 4,4—5,3 5,5
1 7,50 1,50 0,50 0,50—0,80
2 ДДТ техниче- 0,45 0,15 — 0,05—0,30
ский 75,9%
1 Эмульсия ДДТ 0,13 0,08—0,10 0,0—0,02 0,01—0,02
2 25% 0,075 0,027 0,007—0,03 0,006
1 0,22—0,36 0,14—0,25 0,11—0,14 0,02—0,18
2 Нефть 0,97—2,00 0,88—1,9 0,18—0,26 0,20—0,30
на уровне 10—100 ПДК. Опыты ставились на полупроизводственной установке производительностью 0,5 м3/ч при двухступенной очистке на вертикальном отстойнике со встроенной камерой хлопьеобразования и скором однопоточном однослойном фильтре, а также при одноступенной очистке — на контактном осветлителе. Очищенная вода подвергалась хлорированию. Исследования выполнялись на водопроводной обесхлоренной воде, искусственно замутненной суспензией глины (10—20 мг/л) и измененной цветностью с помощью торфяной вытяжки (30—40°). Каждое исследование повторялось дважды. Контроль за качеством очистки воды на сооружениях и содержанием в ней химических загрязнений проводился общепринятыми методами.
Во всех опытах эффект очистки воды по показателям мутности, цветности, температуры и рН был достаточно высок и соответствовал требованиям ГОСТ. Результаты исследования показали, что хром, бор, никель и фенол беспрепятственно проходили через очистные сооружения, работавшие по одноступенной и двухступенной схеме очистки (см. таблицу). Содержание меди в воде не менялось после отстаивания, последующая фильтрация снижала содержание меди в среднем на 20% при исходном загрязнении воды на уровне 20 ПДК и на 65% при загрязнении на уровне 80 ПДК. Количество меди в воде при контактном осветлении снижалось на 40 и 50% соответственно. Мышьяк при очистке воды по двухступенной схеме задерживался в среднем на 20% после отстаивания и на 50% после фильтрации. В опытах с применением предварительного хлорирования (1,5—10 мг хлора в 1 л) степень очистки воды от мышьяка была значительно выше: после фильтрации обнаруживались его следы. Такой же эффект наблюдался при контактном осветлении воды с предварительным хлорированием. Это объясняется, по-видимому, окислением трехвалентного мышьяка до пятивалентного, подвергающегося в дальнейшем адсорбции с гидроокисью алюминия.
При загрязнении воды нефтью в результате отстаивания удалялось до 40% вещества. Последующая фильтрация увеличивала эффект очистки
до 56% в случае загрязнения воды главным образом растворенной нефтью и до 90% при наличии в воде преимущественно эмульгированной нефти. При очистке воды методом контактного осветления в первом случае удалялось до 70% нефти, во втором — до 85%. Поверхностноактивные вещества (хлорный сульфанол с добавками карбоксиметилцеллюлозы и триполифосфата натрия) практически не удалялись из воды при очистке по одноступенной и двухступенной схеме: степень задержки вещества не превышала 10%. Как растворенный, так и эмульгированный ДДТ хорошо удалялся из воды при различном исходном уровне загрязнения. Около 50% эмульгированного ДДТ и 70% растворенного удалялось из воды после отстаивания и до 90% — после фильтрации. Такой же эффект отмечался при контактном осветлении, причем с увеличением времени работы сооружения задержка ДДТ возрастала до 100%. По-видимому, причина в том, что с накоплением массы скоагулированных загрязнений в толще фильтрующей загрузки ее адсорбционное действие возрастает и процент извлечения вещества увеличивается.
Таким образом, традиционные приемы очистки воды не обеспечивают удаления из нее большинства видов химических загрязнений; с помощью этой технологии можно извлечь лишь те вещества, которые осаждаются в результате коагуляции. Установлено также, что «барьерная» роль водопроводных сооружений по отношению к последним ограничена и при существенном загрязнении водоисточников остаточные количества этих веществ могут превышать ПДК. В соответствии с этим изучалась возможность повышения эффективности очистки воды на водопроводных сооружениях от веществ, подвергавшихся частичному удалению при коагуляции.
В экспериментальных условиях на полупроизводственной установке показано, что одним из путей повышения эффективности очистки воды от химических загрязнений является увеличение дозы коагулянта. Так, в опытах с нефтью выявлено, что для снижения содержания вещества в очищенной воде до уровня ПДК требовалось вдвое большая доза коагулянта, чем для достижения мутности и цветности, соответствующих требованиям ГОСТ. Аналогичные данные получены в опытах с ДДТ: полное извлечение вещества из воды достигалось при удвоенной дозе коагулянта. Зафиксировано также, что степень удаления из воды вредных примесей в значительной степени зависит от общего эффекта ее осветления. В опытах с ДДТ и нефтепродуктами обнаружено, что с ухудшением качества осветления воды, связанного с повышением скорости фильтрации до 10 м/ч, содержание химических загрязнений в фильтрате возрастало в 3—4 раза, хотя мутность воды оставалась в пределах ГОСТ.
Повысить эффективность очистки воды можно также путем применения флокулянтов. Так, добавление к коагулянту 0,5 мг полиакриламида в 1 л воды позволяло удалить в 3 раза больше нефти, чем в опытах без добавки флокулянта. Добавление полиакриламида позволяет также несколько снизить содержание детергентов в воде (до 30%), тогда как применение одного коагулянта практически неэффективно. Снизить содержание нефти в воде до уровня ПДК и удалить ДДТ можно и с применением флокулянта ВА4.
Результаты экспериментальных исследований подтверждены в натурных условиях на водопроводных станциях городов Горького и Куйбышева. В частности, установлено, что эффективность очистки воды от нефтепродуктов резко снижается при работе станции на форсированном режиме и увеличении скоростей отстаивания и фильтрации. Так, при работе станций в нормальных условиях снижение содержания нефти в воде достигало 50% (0,25—0,5 мг вещества в 1 л исходной воды, 0,1—0,25 мг — в 1 л очищенной), а при увеличении скорости отстаивания и фильтрации по сравнению с расчетной нефть из воды не удалялась. Увеличение дозы коагулянта на 20—25% и дополнительное введение полиакриламида (0,35 мг/л) позволяли значительно улучшить качество очищенной воды со снижением
содержания в ней нефтепродуктов до уровня ПДК- На станции с контактным осветлением воды при этом удавалось достичь практически полного удаления нефтепродуктов.
Ввиду ограниченных возможностей повышения эффективности очистки воды от химических загрязнений с использованием существующей технологии в экспериментальных условиях проводилась оценка новых приемов очистки с использованием окислителей и сорбентов. В частности, изучено влияние озонирования на очистку воды от фенолов, нефтепродуктов, ядохимикатов и поверхностноактивных веществ. Исследования проводились на полупроизводственной установке с обработкой воды озоном (в 4 бар-ботажных колоннах) на заключительном этапе очистки дозами 1,3—1,5 мг/л. В экспериментах показано, что озонирование позволяет полностью освободиться от фенолов (при содержании их в воде на уровне 100 ПДК и выше) и остаточных количеств нефтепродуктов, находящихся в воде после очистки. Обработка озоном воды, содержащей хлорный сульфанол и ДДТ, способствует лишь частичному их удалению. Максимальное разрушение этих веществ составляет 50—70% при дозе озона 4 мг/л. Таким образом, озонирование воды не во всех случаях позволяет полностью освободиться от химических загрязнений.
Вместе с тем из литературы известно, что при обработке окислителями (озоном, перманганатом калия, двуокисью хлора) воды, содержащей фенолы, детергенты, нефтепродукты и ядохимикаты, образуются продукты деструкции, обладающие меньшей токсичностью и кумулятивностью, чем исходные вещества (И. А. Крятов и соавт.; А. А. Королев). Однако в зависимости от глубины окисления и вида загрязнений возможны ухудшение органолептических свойств воды и образование более токсичных продуктов.
Учитывая возможность отрицательных последствий обработки воды окислителями, мы изучили сорбенты для очистки воды от загрязнений, поскольку последние извлекают химические вещества, не меняя их структуры. Опыты проводили в экспериментальных условиях с природными ионообменными материалами (фосфорит, гумбрин, асканит) и активированными углями марок А-щелочной, БАУ и лигниновый. В водопроводную воду вносили фенол, хлорный сульфанол, ДДТ и бор в концентрациях, превышавших ПДК в 10, 100 и более раз. Адсорбционные свойства сорбентов изучали в статических и динамических условиях, моделировавших 2 способа их применения: введение в воду перед коагуляцией и использование в качестве загрузки фильтров. Дозы гумбрина и асканита составляли 20 и 10 мг/л, фосфорита — 10—20 г/л, активированных углей — от 10 до 2000 мг/л при контакте от 1 мин до 5 ч.
Выяснено, что природные сорбенты обладают низкой адсорбционной способностью в отношении изученных веществ: фенол не сорбировался гумбрином, асканитом и фосфоритом при любых дозах сорбентов. Бор адсорбировался гумбрином не более чем на 50% при дозе сорбента 5 г/л и выше. Асканит и фэсфорит адсорбировали до 25% бора в максимальных дозах. В противоположность этому активированные угли (БАУ, А-щелоч-ной и лигниновый) показали высокую адсорбционную способность к химическим загрязнениям (фенол, хлорный сульфанол, ДДТ). Установлено, что при углевании воды наилучшими сорбционными свойствами к изученным веществам обладает порошкообразный А-щелочной уголь. Менее эффективен в этих условиях был уголь марки БАУ и особенно лигниновый. Так, при загрязнении воды фенолом и хлорным сульфанолом адсорбционное равновесие с А-щелочным углем достигалось при дозах сорбента 100— 200 мг/л (время контакта 1ч), ас углем марки БАУ и лигниновым — 1000—2000 мг/л. ДДТ хорошо извлекался из воды при дозе А-щелочного угля и БАУ, равной 1000 мг/л. Для удаления ДДТ той же дозой лигнино-вого угля требовалось увеличение времени контакта до 5 ч.
Изучение адсорбционных свойств углей в динамических условиях (на установке, загруженной слоем угля) показало, что они являются эффек-
тивными адсорбентами по отношению к фенолу и хлорному сульфанолу. Однако адсорбционная емкость БАУ оказалась выше лигнинового угля и составила 84,5 мг/г к фенолу и 63 мг/г к хлорному сульфанолу вместо 43,7 и 7,4 мг/г соответственно у лигнинового угля.
Следовательно, изучецные марки углей весьма эффективны для очистки питьевой воды от наиболее распространенных видов химического загрязнения.
Ввиду возможности полной адсорбции химических веществ из воды без изменения их свойств и появления продуктов деструкции применение сорбентов в практике водоснабжения представляется наиболее перспективным. В схемах очистки, предусматривающих совместное применение окислителей и сорбентов, обработку воды активированными углями рекомендуется проводить на заключительном этапе.
Выводы
1. Существующая технология очистки питьевой воды — одноступенная и двухступенная — мало эффективна в отношении задержки химических загрязнений.
2. Повысить эффективность очистки воды на водопроводных сооружениях можно лишь в отношении веществ, способных осаждаться при коагуляции. При этом необходимо подобрать соответствующие дозы реагентов (коагулянта, флокулянтов) опытным путем и оптимизировать режим работы очистных сооружений главным образом фильтров и контактных осветлителей.
3. Применение окислителей и, в частности, озона в определенных условиях может способствовать улучшению процессов очистки. Однако возможное при этом появление продуктов деструкции и ухудшение орга-нолептических свойств воды требует дальнейших исследований по гигиенической оценке окислителей.
4. Наиболее перспективны для использования с целью очистки питьевой воды активированные угли в связи с высокой эффективностью их в отношении химических веществ.
5. Ввиду ограниченной «барьерной» роли существующих водопроводных сооружений в отношении химических веществ и отсутствия в настоящее время эффективных методов ее повышения сохраняет актуальность вопрос об обеспечении качества воды источников в соответствии с гигиеническими требованиями.
ЛИТЕРАТУРА. Ищенко Н. Г., Кузьмина Н. П. Изменение химического состава воды на стадии фильтрования. — В кн.: Материалы Семинара: Технология очистки питьевой воды и сточных вод. М., 1971, с. 16. — Королев А. А. Санитарно-гигиеническая оценка применения озона при очистке воды. — В кн.: Материалы Семинара: Технология очистки питьевой воды и санитарно-гигиенические требования к ее качеству. М., 1974. с. 117. — К р я т о в И. А., Скворцов А. Ф., Гущина Л. М. — Там же. с. 123. — Черкинский С. Н., Габрилевская Л. Н., Ласки-н а В. П. и др. «Барьерная* роль современных очистных сооружений в отношении химических ингредиентов. —«Гиг. и сан.», 1970, № 11, с. 15—18. — Черкинский С. Н., Габрилевская Л. Н., Ласкина В. П. «Барьерная» роль водопроводных сооружений в отношении химических загрязнений, лимитируемых по органолептическому признаку вредности. — Там же, 1972, № 5, с. 12.
Поступила 6/11 1975 г.
HYGIENIC ASSESSMENT OF THE EXISTING TECHNOLOGY OF DRINKING WATER TREATMENT AND CERTAIN MEANS OF ITS IMPROVEMENT T. A. Nikolaeva, /. P. Pletnikova
Experimental and field investigations performed for ascertaining the «barrier» role of the waterworks installations showed their capacities for removal of chemical contaminations to be most limitted. No effective means of improving the existing methods of water treatment can be suggested at present. The ozone treatment of water is not universal means of removal of chemical contaminations. The most effective and perspective in this respect are the activated carbons.
2 Гигиена и санитария Ni 7
