CC BY
5
УДК 828.191:615.285.7]:в28.182
Доктор мед. наук Е. В. Штанников, Н. Ю. Степанова
ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ БАРЬЕРНОЙ РОЛИ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ОТНОШЕНИИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ
Кафедра общей гигиены Саратовского медицинского института
В современных условиях не только поверхностные, но и подземные воды подвергаются загрязнению вредными химическими веществами, в том числе пестицидами; это чревато возможностью неблагоприятного влияния указанных веществ на здоровье населения. Актуальное значение приобретает гигиеническое изучение эффективности очистки воды и, в частности, барьерной роли водопроводных очистных сооружений в отношении ядохимикатов. Несмотря на важность этой проблемы, в литературе представлено ограниченное количество исследований, посвященных главным образом отдельным вопросам очистки воды (С. Н. Черкинский и соавт., 1970, 1972; Е. В. Штанников; А. А. Королев и В. П. Ласкина; Т. А. Николаева и И. П. Плотникова; КапетНзи Оэати; Та1зишо1о Ш(1ек1 и соавт.).
В настоящей работе представлены материалы экспериментальных исследований по гигиенической оценке общепринятых приемов очистки воды (коагуляции и флокуляции, отстаивания, фильтрации и хлорирования), загрязненной пестицидами (ДДТ, гексахлоран и гептахлор). В эксперименте изучена также стабильность пестицидов и влияние на нее активной реакции (рН), уровня минерализации и ионного состава воды. Исследования проводились на природных и искусственно моделируемых водах, загрязненных в различных концентрациях пестицидами и подвергнутых обработке на лабораторной водоочистной установке.
Исследованиями по изучению стабильности этих веществ доказана их высокая устойчивость под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды (см. таблицу).
Так, по истечении 3 мес инактивировалось около половины ДДТ и 70— 80% ГХЦГ. Установлена более высокая стабильность ДДТ, чем гексахлорана. Отмечено, что активная реакция среды не оказывает существенного влияния на деструкцию ДДТ, но наблюдается значительная инактивация ГХЦГ. В самом деле, в кислой среде (рН 2,0) по истечении 3 мес разрушается около половины исходного ДДТ, а ГХЦГ— 3/4. Еще большая инактивация ГХЦГ наблюдается в щелочной среде (рН 11,0), в этих условиях отмечается почти полная деструкция гексахлорана (90—92%).
Стабильность ДДТ и ГХЦГ в воде (/=20°)
Остаточное содержание (в %) через
РН 5 сут 10 сут 15 сут 20 сут 30 сут 60 сут 90 сут
Дистиллированная вода 2 97 93 88 85 78 64 52
7 99 95 90 89 86 71 49
ДДТ 11 98 94 91 88 82 66 54
Минерализованная вода: 58 45
минерализация 250 мг/л 7,8 100 93 85 71 62
минерализация 1230 мг/л 7,9 92 84 79 73 64 53 48
Дистиллированная вода 2 97 87 81 74 62 44 28
7 94 89 82 79 66 53 34
11 65 51 34 33 18 12 8
ГХЦГ Минерализованная вода: 32
минерализация 520 мг/л 7,8 67 53 49 21 12 10
минерализация 1230 мг/л 7,9 70 50 44 38 23 17 15
Оказывается, минерализация воды также является фактором, способствующим разрушению пестицидов. Это в меньшей мереотносится к ДДТ и в большей — к гексахлорану. Так, в природной воде с повышенной минерализацией (1230 мг/л) спустя 1 мес инактивируется 36% ДДТ и вдвое большее количество ГХЦГ (77%), а через 3 мес— соответственно 52 и 85%. Особенно существенное различие в степени деструкции этих веществ отмечается в низко- и высокоминерализованных водах. Если в дистиллированной воде (рН 7,0) в течение первых 30 дней разрушилось 14% ДДТ и 34% ГХЦГ, то в воде с высоким содержанием солей этот показатель был значительно больше— 36 и 77%. Такая же закономерность выявлена в этих условиях при большем времени контакта (60 и 90 дней).
Изучена также эффективность барьерной функции водопроводных очистных сооружений по отношению к ДДТ, ГХЦГ и гептахлору. В отличие от ранее проведенных исследований (Е. В. Штанников, 1972) нами выбраны значительно меньшие исходные концентрации этих веществ, которые отражали реальные концентрации ядохимикатов в воде —2—3 ПДК. Оценивали активность каждого составляющего технологическую схему очистки этапа: коагуляции, отстаивания, фильтрации и хлорирования (см. рисунок). Изучено также влияние на процессы очистки воды от ядохимикатов ее ионного состава воды. Для этой цели использованы природные и искусственно минерализованные воды с различным химическим составом: хлоридные и сульфатные, хлоридно-сульфатные группы кальция и натрия. Установлено, что барьерные функции современных очистных систем в отношении указанных ядохимикатов ограничены и не всегда обеспечивают надежную очистку. В общепринятых условиях (см. рисунок) она составляет для ГХЦГ не более 25—30%, для ДДТ—75—80%. Удаление микроколичеств этих веществ (0,25—1 ПДК) еще менее эффективно и не превышает для ГХЦГ 10%, а для ДДТ — 65—70%, в связи с чем возникает определенная опасность в связи с их кумуляцией в организме. Эффективность различных этапов очистки неравноценна: она максимальная на первых и минимальная на последних этапах. Например, удельный вес коагуляции, отстаивания и фильтрации составляет около 75—85% всей очистки, а последнего этапа— хлорирования — всего 15—25%. Это характерно для обезвреживания воды от ДДТ, ГХЦГ и гептахлора.
В связи с высокой эффективностью очистки воды на первых этапах изучались роль и удельный вес сорбции— коагуляции в этом процессе. Оказалось, что общепринятые концентрации коагулянта А12(504)3 8—20 мг/л даже в оптимальных условиях (подщелачнвание содой) не обеспечивают надежной очистки воды. Так, в воде с исходной концентрацией ГХЦГ 3 ПДК концентрация этого вещества снижалась всего на 0,3 ПДК, сохранялись специфический запах и привкус (2,5—3 балла), исчезающие при 5-кратном разведении. Инактивация от ДДТ и гептахлора в этих же условиях была более значительной и составляла около 50%. Увеличение дозы А12(504)3 до 75—100 мг/л сопровождалось значительным повышением эффективности очистки, что обеспечивало безопасный уровень этих веществ в воде. Вместе с тем в указанных условиях отмечено ухудшение органолептических показателей и химического состава воды, что связано с увеличением концентрации сульфат-иона и алюминия, значительно превышающей допустимую (50~4~—620 мг/л, А1+++—2,8 мг/л). Рассмотрена также эффективность коагуляции при совместном присутствии в воде ДДТ, ГХЦГ и гептахлора.
ш ш
Эффективность обезвреживания воды, загрязненной ядохимикатами, на различных
этапах очистки. / — коагуляция сернокислым алюминием 10!мг/л; // — отстаивание 1 час; III — фильтрация через песок; IV — хлорирование. По оси ординат — остаточное количество пестицида (в %).
Оказалось, что присутствие ДДТ в воде повышает эффективность сорбции по отношению к ГХЦГ. В то же время наличие ГХЦГ не оказывает существенного влияния на инактивацию ДДТ.
Наряду с использованием коагулянтов изучалась возможность применения флокулянтов. Ранее (Е. В. Штанников) выявлялась возможность обезвреживания воды с помощью полиакриламида (ПАА). В наших опытах использован катионный флокулянт ВА-2 в различных дозах (0,5; 1, 2, 3, 4 мг/л). Установлено, что флокуляция — процесс сравнительно малоэффективный, он не обеспечивает надежной очистки.
Известно, что фильтрационная способность песка в отношении ядохимикатов весьма ограничена и, по нашим данным, не превышает 8—25%. Поэтому были проведены исследования по изучению эффективности других материалов, используемых в практике водоочистки березового активированного угля (БАУ), антрацитовой крошки и сульфированных углей. Высокой активностью отличаются антрацитовая крошка, снижающая содержание пестицидов на 30—50%, и сульфированные угли. Для этих целей с успехом может быть использован активированный уголь. Эффективность комбинации двух широко используемых материалов — песка (верхний слой) и антрацитовой крошки (нижний слой) — оказалась сравнительно высокой.
Изучено влияние процесса хлорирования воды на инактивацию ядохимикатов, исходная концентрация которых составляла 1—5 ПДК. Для обработки использованы различные хлорсодержащие препараты: хлорная известь, хлорамин Т, гипохлорит кальция и двуокись хлора. Вода хлорировалась дозами активного хлора 3—4 мг/л, а величина остаточного хлора, представленного в виде монохлораминов и незначительно дихлор-аминами, была 0,3—г0,5 и 0,8—1,2 мг/л. Установлена низкая активность хлора по отношению к пестицидам независимо от величины его окислительно-восстановительного потенциала и дозы остаточного хлора. Так, активный хлор, окислительно-восстановительный потенциал которого составлял 400 и 820 мв, инактивировал не более 5—10% ДДТ и ГХЦГ.
Рассмотрено также влияние на процессы очистки воды от пестицидов органолептических показателей качества воды (мутность и цветность). В опытах моделировались воды с различной мутностью (2—40 мг/л) и цветностью (0—70°). Этими исследованиями доказано, что наиболее эффективная очистка воды от ГХЦГ и ДДТ отмечается в воде с высокой мутностью (30—40 мг/л), что, по-видимому, связано с влиянием этого показателя на процессы коагуляции. Установлена прямая взаимосвязь между величиной остаточной мутности и остаточным содержанием ядохимикатов. Как правило, при низкой мутности (2—4 мг/л) остаточные концентрации ДДТ, ГХЦГ не превышали допустимого уровня. Таким образом, этот показатель может служить критерием надежности очистки воды от ядохимикатов.
Известно, что уровень минерализации и химический состав воды влияют на процессы ее очистки, поэтому в наших исследованиях изучено влияние этих факторов на эффективность обезвреживания воды. Моделировались воды различной минерализации (низкой, средней, высокой) и различных гидрохимических классов по О. А. Алекину. Этими исследованиями доказано, что химический состав воды влияет на эффективность ее очистки. Так, в водах хлоридного класса с повышенной минерализацией (900 мг/л) отмечается более активное снижение содержания ГХЦГ и ДДТ. Напротив, в водах сульфатного класса эффективность очистки снижена.
Определенный интерес представляет изучение влияния на процесс обезвреживания воды наличия в ней поверхностно-активных веществ (ПАВ). Установлено, что ПАВ (сульфорецинат Е, лаурин, перидин-сульфат, поли-этиленгликоль, оксанол) в концентрации &—5 мг/л повышают эффективность очистки воды от ДДТ и ГХЦГ на 10—30%. При малых количествах ПАВ это влияние не отмечено.
Таким образом, очевидно, что общепринятые технологические режимы очистки воды и дозы реагентов (коагуляция — отстаивание — фильтрация
через песок—хлорирование) не обеспечивают надежной очистки воды от ядохимикатов. Поэтому были проведены исследования по разработке и гигиенической апробации оптимальных технологических режимов очистки воды, позволяющих получить воду, соответствующую требованиям стандарта. Этими экспериментами доказано, что комбинированная обработка воды по схеме: коагуляция (25—30 мг/л), флокуляция ВА-2 (2—3 мг/л) +отстаива-ние + фильтрование (песок и антрацитовая крошка)+ хлорирование—является эффективной и обеспечивает снижение содержания ядохимикатов (ДДТ, ГХЦГ, гептахлора) до безвредного уровня, а концентрации остаточного алюминия и флокулянта не превышают предельно допустимой величины.
Были проведены санитарно-токсикологические исследования в течение 7 мес по оценке качества и безвредности воды, обработанной по указанной схеме. Эксперимент был проведен на белых беспородных крысах обоего пола, разделенных на 3 группы: животные 1-й контрольной группы получали водопроводную воду, 2-й группы — воду, обезвреженную от ДДТ, и животные 3-й группы — воду, обезвреженную от ГХЦГ.
Для изучения влияния на здоровье животных обработанной воды рассматривали следующие показатели: вес и общее состояние животных, ус-ловнорефлекторная деятельность, морфологический состав крови, активность ферментных систем (каталазы, холинэстеразы), содержание SH-rpynn, витамин С в сыворотке крови, белковые фракции крови (альбумины, а-, р-, Y-глобулины), уровень 17-кетостероидов в моче, иммунобиологическая реактивность (титр комплемента в сыворотке крови). Были проведены пато-морфологические исследования. Каких-либо существенных отклонений в состоянии здоровья подопытных животных не отмечалось, а имеющиеся изменения не выходили за границы физиологической нормы. Это свидетельствует, что обработанная по указанной технологической схеме вода не содержит ядохимикатов, является безвредной и соответствует требованиям стандарта, предъявляемым к питьевой воде.
ЛИТЕРАТУРА. Алехин О. А. Основы гидрохимии. Л., 1970, с. 120— 122. — Королев А. А., Л а с к и н а В. П. — «Гиг. и сан.», 1975, № 8, с. 15—17. — Николаева Т. А., Плотникова И. П. — Там же, № 7, с. 29—34. - Черни н с к и й С. Н., Г а б р и л е в с к а я Л. П., Л а с к и н а В. П. и др. — Там же, 1972, № 5, с. 12—15. —Они ж е. — Там же, 1970, № 11, с. 15—18. — Ш т а и н и -ков Е. В. — Там же, 1972, № 9, с. 97—99. — Kanemitsu Osamu — «Chem. Eng.», 1975, v. 20, p. 132—140. —Tatsumoto Hideki, Shimada Yoshi-fusa, Kitagawa Mutsuo. — <J. Jap. Sewage Works Ass.», 1975, v. 12, p. 58—66.
Поступила 6/V 1976 r"
HYGIENIC STUDY OF THE BARRIER ROLE OF WATER WORKS IN RESPECT TO
CHLORORGANIC PESTICIDES
F. V. Shtannikov, N. Yu. Stepanova
A hygienic study of the barrier role of water works in respect to chlororganic pesticides (DDT, НССН, heptachlor) was undertaken. The finding was that widely used water treatment procedures (floccullation, sedimentation, filtration, chlorination) were ineffective and the barrier role of water works was limited. The authors have elaborated and successfully tested under field conditions an effective technologic regimen of water treatment. The effect of treated water on animals was studied in sanitary toxicologic examinations.
