CC BY
40
УДК 614.777:628.16:543.544-414.6
К.Ю. Загороднюк,
С.Т. Омельчук
ГІГІЄНІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ МОЖЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ СОРБЕНТІВ-ЗАМУТНЮВАЧІВ У СХЕМАХ ВОДОПІДГОТОВКИ З ВИКОРИСТАННЯМ ОСВІТЛЮВАЧІВ-РЕЦИРКУЛЯТОРІВ
Національний медичний університет імені О. О. Богомольця кафедра гігієни та екології м. Київ
Ключові слова: вода, гігієна,
очищення, сорбенти
Key words: water, hygiene, cleaning,
sorbents
Резюме. В серии лабораторных и натурных экспериментов, проведенных на водоочистных сооружениях Часов-Ярской фильтровальной станции, обоснована возможность применения сорбентов-замут-нителей (глинопорошка бентонита марки ПБМБ и порошкообразного осветляющего активированного угля ОУ-В) в схемах водоподготовки с использованием осветлителей-рециркуляторов.
Summary. In the series of laboratory and full-scale experiments carried out at water treating facilities of Chasiv-Yarska filtration station, the ability of sorbents-turbiditiers application (clay powder of bentonite, sort PBMB and powdered clearing activated carbon CC-B) in water treating schemes with clearer-recyclers use was substantiated.
Однією з необхідних умов розвитку конкретної області, регіону чи країни в цілому є задоволення потреб у якісній воді господарського, промислового, аграрного секторів, а також індивідуальних фізіологічних потреб населення. У XXI сторіччі водні ресурси більшості країн світу стануть вирішальним фактором їх економічного розвитку та екологічної безпеки. Згідно з даними ЮНЕСКО, на сьогодні у світі понад 1,5 млрд. людей не мають доступу до якісної питної води, а за прогнозами Всесвітньої метеорологічної організації до 2020 року з нестачею якісної питної води може зіткнутися вже все населення нашої планети [11].
Незадовільний стан водних джерел створює великі труднощі у вирішенні проблем, у першу чергу, екологічно безпечного та якісного питного водопостачання [11].
Так, води більшості природних джерел водопостачання в Україні відносяться сьогодні до третьої-п’ятої категорії якості, в той час як традиційні технології очищення води розраховані на першу-другу категорії якості, що не дозволяє підготувати питну воду, якість якої відповідала б чинним нормативним вимогам [11].
Найбільш серйозними причинами несприятливої ситуації, що склалася у забезпеченні населення України питною водою нормативної якості, на думку [11], є наступні:
- невідповідність технологій очистки води, що застосовуються сьогодні на водоочисних спору-
дах в Україні, якості води, що на них надходить;
- практична відсутність водних об’єктів, які б могли бути використані для водопостачання та які відповідали б вимогам, що пред’являються до джерел господарсько-питного водопостачання;
- незадовільний стан розподільчих водопровідних мереж;
- низький технічний рівень експлуатації водопровідно-каналізаційного господарства;
- незадовільне комплектування технікою, матеріалами, обладнанням водопровідно-каналізаційного господарства України;
- низькі темпи розвитку водопровідно-каналізаційного господарства України та велика інертність у впровадженні інноваційних технологій у цій галузі.
Якщо для вирішення останніх трьох окреслених причин необхідне залучення кваліфікованих кадрів усіх ланок і внесення законодавчих змін до правил надання та отримання розрахунку за послуги у сфері водопостачання, які б були направлені на створення умов для першочергової зацікавленості власників водопровідно-каналізаційних підприємств в інноваціях, їх достатнє фінансування, то вирішення перших трьох неможливе без проведення фундаментальних наукових досліджень і обгрунтування можливості та доцільності застосування тих чи інших технологій, їх удосконалення, розробки принципово нових технологій для впровадження у сфері господарсько-питного водопостачання України.
Як відомо, сьогодні для очистки вод поверхневих джерел на водоочисних спорудах застосовують як одноступеневі, так і двоступеневі схеми [7]. Не зважаючи на те, що зазначені схеми відрізняються одна від одної технологіями та методами очистки, і тим, і іншим притаманні спільні недоліки, основними з яких є наступні:
- сезонна нестабільність в ефективності роботи (так, одноступеневі схеми недостатньо ефективні в паводковий період, а також під час інтенсивного розвитку планктону, двоступеневі, відповідно, в період зимової межені);
- відсутність можливості утилізувати промивні води шляхом повернення їх у “головний вузол” водоочисних споруд, що передбачається регламентом експлуатації останніх, без погіршення якості підготовленої води. Через цю обставину щодобово від 5 до 20% виробничих потужностей водоочисних споруд у вигляді забруднених промивних вод скидається до водних джерел, що різко погіршує тим самим їх екологічний стан;
- недостатня бар’єрна роль по відношенню до окремих специфічних забруднювачів (феноли, нафтопродукти, пестициди, важкі метали), які досить часто можуть потрапляти у великих кількостях до водних джерел при різноманітних аварійних ситуаціях, та мікроорганізмів (спори сульфатредукуючих бактерій, цисти лямблій, різноманітні віруси);
- можливість утворення в процесі очистки води значних кількостей хлорорганічних сполук, що, як відомо, мають канцерогенні властивості [8].
З метою усунення вищезазначених недоліків у Санкт-Петербурзькому науково-дослідному
інституті Академії комунального господарства була розроблена принципово нова технологічна схема очистки води [8].
Головна відмінність схеми, що пропонується, від відомих двоступеневих полягає в тому, що завдяки безперервній рециркуляції осаду по “внутрішньому контуру” на спорудах першого ступеня очистки (тобто в освітлювачах-рецир-куляторах) процес утворення пластівців переводиться з режиму коагуляції в об’ємі (що має місце в традиційних очисних спорудах) в контактну коагуляцію, при якій формуються пластівці з підвищеною гідравлічною крупністю та сорбційною ємністю [8].
Застосування освітлювачів-рециркуляторів
показало, що бажаний ефект досягається лише при певній каламутності води. Якщо ж каламутність останньої нижче за 3,0 мг/дм3, то ефект починає нівелюватися, поступово повністю зни-
каючи, що пов’язано з неможливістю формування фільтруючого псевдозгущеного шару з пластівців підвищеної гідравлічної крупності та сорбційної ємності.
Враховуючи вищевикладене, нами запропоновано штучне регулювання каламутності води шляхом застосування спеціальних замутнювачів. Як останні найбільш доцільно використовувати природні та модифіковані сорбційно активні речовини, такі як різні види активованого вугілля, палигорскітових та бентонітових глин.
Для встановлення можливості використання з цією метою “вугілля активованого антрацитового подрібненого” за ТУ У 24.6-32287259-0012004, гранульованого активованого вугілля марки АГ-2, вугілля активованого освітлюючого порошкоподібного марки ОУ-В, глинопорошку бентонітового марки ПБМБ, модифікованого за ТУ 39-0147001-105-93, природного палигорскіту та його модифікації, отриманої шляхом розчинення 5 г просушеного при ї = 1500С протягом 60 хвилин палигорскіту в 1 л 5% розчину №ИС03 нами була проведена серія лабораторних та натурних експериментів. Дослідження були проведені у серпні 2009 року в центральній контрольно-дослідницькій проектно-вишукувальній водній лабораторії (ЦКДПВВЛ), м. Донецьк.
Введення реагентів та аналіз отриманих результатів здійснювали за схемою, наведеною в таблиці 1.
Таблиця 1 Етапи проведення експерименту
Етап експерименту
Введення хлорної води із вмістом хлору 3,48 мг в 1 см3
Введення 0,63% сульфату алюмінію
Введення досліджуваних замутнювачів (природних та модифікованих сорбційно активних речовин) в різних концентраціях
Інтенсивне перемішування (перекидання циліндрів) - 2 хв. Відстоювання - 2 години
Відбір проб води мірною піпеткою Мора об’ємом 100 мл (верхній надосадовий шар)
Визначення каламутності води.
Доза хлору, що вводилася, відповідала дозі, яка застосовувалась для первинного хлорування в цей період на водоочисних спорудах (ВОС) Часів-Ярської фільтрувальної станції, та становила 6,0 мг/дм3.
Було встановлено, що найкращим замутню-вачем є глинопорошок бентонітовий марки
10/ Том XV/1
87
ПБМБ, модифікований за ТУ 39-0147001-105-93. Дещо менш ефективним, за тих самих умов, виявилося вугілля активоване освітлююче порошкоподібне марки ОУ-В (ОУ-В). Так, мутність при введенні 20,0 мг/дм3 коагулянту та
20.0 мг/дм3 ПБМБ після двох годин відстоювання верхнього надосадового шару склала 9,6 мг/дм3, а при введенні 20,0 мг/дм3 коагулянту та
20.0 мг/дм3 ОУ-В - 6,7 мг/дм3. Після фільтрації відібраної води через модель кварцевого фільтру, каламутність першої проби становила 0 мг/дм3, а другої - 0,47 мг/дм3, що цілком відповідає вимогам, які висуваються до якості питної води за показником каламутності (до 0,5 мг/дм3). Вміст залишкового алюмінію після фільтрації відібраної води також не перевищував нормативних значень та коливався від 0,18 мг/дм3, після введення ПБМБ у зазначеній кількості, до 0,20 мг/дм3 - після введення ОУ-В. Встановлено, що застосування флокулянту поліакриламіду, який використовується на ВОС Часів-Ярської фільтрувальної станції в паводковий період для покращення процесів освітлення води після введення замутнювачів, суттєвого впливу на ефективність освітлення не чинить.
Враховуючи, що при транспортуванні води до споживача її якість суттєво погіршується через процеси внутрішньої хімічної та бактеріологічної корозії у безаварійному режимі функціонування водопроводів, нами додатково була проведена серія лабораторних досліджень, спрямованих на оцінку корозивної агресивності вихідної води, що надходить на водопровідні очисні споруди Часів-Ярської фільтрувальної станції, а також води після “традиційної” підготовки (вода після фільтрів перед вторинним хлоруванням) у порівнянні з корозивною агресивністю підготовленої води, отриманої шляхом застосування у технології рециркуляції по внутрішньому контуру сорбентів-замутнювачів (ПБМБ у кількості 20,0 мг/дм3 та ОУ-В у кількості 20 мг/дм3).
Модель рециркуляції по внутрішньому контуру була реалізована нами за допомогою застосування магнітної мішалки. Після введення замутнювачів вода перемішувалася протягом 1 години, а потім 5 годин відстоювалася.
Визначення корозивності води проводили у відповідності до методики інтегральної оцінки швидкості корозії металу за періодичними вимірами показників миттєвої швидкості корозії за допомогою приладу Р5126 з використанням стандартних електродів зі сталі 20 [2, 3].
Вимірювання показників миттєвої швидкості корозії проводили електрохімічним методом поляризаційного опору в лабораторних умовах за
кімнатної температури у відповідності до ДСТУ 3895-99, ГОСТ 9.905 - 82 та згідно з вимогами «Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.455.034 ТО» приладу Р5126.
Перед початком проведення корозійних випробувань електроди попарно нагвинчували на утримувачі. Поверхню електродів знежирювали, зачищали наждачним папером певної зернистості (240 WPF), активували 30 секунд у 20% розчині сірчаної кислоти, після чого поетапно промивали бідистильованою водою та водою, що або надходить на ВОС Часів-Ярської фільтрувальної станції, або після відповідної підготовки, і висушували фільтрувальним папером [5, 6].
Зразки води наливали в лабораторні хімічні стакани ємністю 250 мл кожний.
Після цього в усі лабораторні стакани занурювали утримувачі з підготовленими електродами і починали періодичні вимірювання значень поляризаційного опору та миттєвої швидкості корозії [1, 4]. Вимірювання проводили 2-3 рази на добу. Результати вимірювань заносили у відповідний протокол вимірювань для кожного з датчиків.
Середньоінтегральну швидкість корозії встановлювали методом трапецій за допомогою програми на персональному комп’ютері. Фактичну корозивність води встановлювали за показниками середньоінтегральної швидкості корозії відповідно до [10]. за фактичним глибинним параметром (глибина проникнення корозії в мм/рік) та у відповідності до [9].
Проводили комп’ютерну та статистичну обробку даних.
Було встановлено, що інтегральна швидкість корозії, викликаної водою, яка надходить на ВОС Часів-Ярської фільтрувальної станції, становить 0,162 мм/рік. Така корозійна агресивність оцінюється як висока [9]. Після “традиційної” обробки (вода після фільтрів перед вторинним хлоруванням) інтегральна швидкість корозії зростає до 0,326 мм/рік, а корозійна агресивність оцінюється як аварійна [9]. Інтегральна швидкість корозії, викликана водою, отриманою в лабораторному модельному експерименті після введення глинопорошку бентонітового марки ПБМБ модифікованого за ТУ 390147001-105-93 у кількості 20 мг/дм3 та активованого освітлюючого порошкоподібного вугіллям марки ОУ-В у кількості 20 мг/дм3, склала відповідно 0,049 мм/рік та 0,098 мм/рік, що дозволило нам оцінити корозійну агресивність у першому випадку як середню, а у другому - як високу [9].
Враховуючи можливий вплив сорбентів-за-мутнювачів на ефективність сорбції з води
металів, зокрема марганцю, заліза, міді, нами були проведені додаткові дослідження, які передбачали визначення ефективності вилучення останніх при різних схемах очистки. На першому етапі нами був визначений вміст зазначених мікроелементів у воді, яка подається на очисні споруди. Результати аналізів показали, що концентрація марганцю знаходиться на рівні 0,020 мг/дм3, заліза - 0,050 мг/дм3, міді - 0,003 мг/дм3.
Низький вміст міді та заліза у вихідній воді по відношенню до встановлених ГДК цих металів у питній воді змусив нас штучно підвищити їх концентрації шляхом додавання п’ ятиводного сульфату міді (з розрахунку 1,0 мг міді на 1 дм3) та шестиводного сульфату амонію тривалентного заліза (з розрахунку 0,3 мг заліза на 1дм3). Після цього вміст міді та заліза у підготовленому розчині знаходився на рівні 0,98 та 0,38 мг/дм3 відповідно.
Визначення вмісту марганцю, заліза і міді проводили після додавання до підготовленого розчину хлорної води із вмістом хлору 3,48 мг в 1 см3 , 0,63% сульфату алюмінію, та введення 20 мг/дм3 ПБМБ або ОУ-В з наступним перемішуванням на магнітній мішалці протягом 1 години та відстоюванням протягом 5 годин. Отримані результати порівняли з ефективністю вилучення вищевказаних елементів із води існуючими ВОС. Встановлено, що концентрація заліза після очищення води на існуючих ВОС зменшується з 0,05 мг/дм3 до 0,03 мг/дм3 (ефективність вилучення становить 40%), після застосування 20 мг/дм3 ПБМБ у технології рециркуляції осаду “по внутрішньому контуру” без другого ступеня очищення - з 0,38 мг/дм3 до 0,24 мг/дм3 (37% ), після застосування у вищезазначених умовах ОУ-В - з 0,38 мг/дм3 до 0,17 мг/дм3 (65%). Концентрація марганцю знижувалась, відповідно, з 0,020 мг/дм3 до 0,004 мг/дм3 (80%), з 0,020 мг/дм3 до 0,005 мг/дм3 (75%) та з 0,020 мг/дм3 до 0,005 мг/дм3 (75%). Концентрація міді після існуючих ВОС зменшилася з 0,003 мг/дм3 до 0,002 мг/дм3 (ефективність вилучення становить 33,3%), після застосування у технології рециркуляції осаду по “по внутрішньому контуру” 20 мг/дм3 ПБМБ без другого ступеня очищення - з 0,98 мг/дм3 до
0,080 мг/дм3 (92%), а після застосування у вище-
зазначених умовах ОУ-В - з 0,98 мг/дм3 до 0,036 мг/дм3 ( 96%).
Таким чином, результати проведених досліджень дозволили нам зробити наступні висновки:
- наявність освітлювачів-рециркуляторів в існуючій системі водопідготовки Часів-Ярської фільтрувальної станції дозволяє забезпечити нормативну якість підготовленої води за умов застосування глинопорошоку бентонітового марки ПБМБ, модифікованого за ТУ 39-0147001105-93, та вугілля активованого освітлюючого порошкоподібного марки ОУ-В в дозах до 20 мг/дм3;
- при проходженні води через ВОС Часів-Ярської фільтрувальної станції її інтегральна корозивність підвищується вдвічі (з 0,162 мм/рік до 0,326 мм/рік);
- застосування глинопорошку бентонітового марки ПБМБ у кількості 20,0 мг/дм3 та активованого освітлюючого порошкоподібного вугіллям марки ОУ-В у кількості 20 мг/дм3 у технології рециркуляції осаду по внутрішньому контуру знижує корозивну агресивність підготовленої води в 1,5 - 3 рази у порівнянні з корозивною агресивністю води, що надходить на ВОС Часів-Ярської фільтрувальної станції, та в 3-6 разів у порівнянні з корозивною агресивністю води, підготовленої за “традиційною” схемою.
- ефективність вилучення іонів марганцю, міді, заліза з води при застосуванні глинопо-рошку бентонітового марки ПБМБ та активованого освітлюючого порошкоподібного вугілля марки ОУ-В у технології рециркуляції осаду по внутрішньому контуру практично дорівнює ефективності вилучення зазначених елементів після двох ступенів класичної схеми водопід-готовки, що застосовується зараз на ВОС Часів-Ярської фільтрувальної станції.
Вищевикладене дало нам підстави рекомендувати застосування досліджених сорбентів для інтенсифікації процесів очищення води поверхневих джерел у технології рециркуляції осаду по внутрішньому контуру із застосуванням освіт-лювачів-рециркуляторів, що дасть можливість майже у десять разів зменшити кількість промивних вод і знизити антропогенне навантаження на джерела водопостачання.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. ГОСТ 9.502 - 82. ЕСЗКС. Ингибиторы корро- 2. ГОСТ 9.908 - 85. ЕСЗКС. Металлы и сплавы.
зии металлов для водных систем. Методы коррозион- Методы определения показателей коррозии и корро-
ных испытаний. зионной стойкости.
10/ Том XV/1
89
3. ГОСТ 9.905 - 82. ЕСЗКС. Методы коррозионных испытаний. Общие требования.
4. ДСТУ 3895-99. Інгібітори корозії металів для водних систем. Електрохімічний метод визначення захисної здатності.
5. ИСО 9226. Коррозия металлов и сплавов. Коррозивность атмосфер. Определение скорости коррозии стандартных образцов.
6. ИСО 11 845. Коррозия металлов и сплавов. Общие принципы коррозионных испытаний.
7. Кульский Л. А. Основы химии и технологии воды / Л.А. Кульский - К.:Наукова думка, 1991.- 340с.
8. Новиков М.Г. Повышение эффективности процесса очистки поверхностных вод / М.Г. Новиков,
Ю.И. Нефедов // Водозабезпечення та водне господарство. - 2004. - № 1. - С. 19-21.
9. СОУ ЖКГ 41.00 - 35077234.010:2008 “Системи централізованого господарсько-питного водопостачання та комунального теплопостачання. Захист протикорозійний. Загальні вимоги та методи контролювання”.
10. «Типовые инструкции по эксплуатации тепловых сетей: ТИ 34-70-045-85» (М.: СПО Союзтех-энерго, 1986).
11. Яцик А.В. Наукові та організаційні засади екологічно безпечного водокористування в Україні / А. В. Яцик // Водозабезпечення та водне господарство. -2004. - № 1. - С. 4-8.
♦
УДК 616.214+616.321-053.2:579.26:662.613.11
В.М. Куляс,
О. Б. Єрмаченко,
0.А. Трунова,
1.Б. Пономарьова, Д. Р. Садеков,
В. С. Котов,
О.А. Дмитренко
МІКРОБІОЦЕНОЗ СЛИЗОВИХ ОБОЛОНОК ЗІВА Й НОСА ДІТЕЙ ПРИ ІНГАЛЯЦІЙНОМУ ВПЛИВІ ПИЛУ БАГАТОКОМПОНЕНТНОГО ХІМІЧНОГО СКЛАДУ
Донецький національний медичний університет ім. М. Горького кафедра гігієни ФІПО
Ключові слова: пил золи, навколишнє середовище, місцевий імунітет, діти
Key words: ash dust, environment, local immunity, children
Резюме. Исследованы закономерности распространения взвешенных веществ в воздушном бассейне населенного пункта в районе размещения Луганской ТЭС. Изучен физико-химический состав пыли угольной золы. Выявлена достоверная корреляционная зависимость между содержимым пыли угольной золы в воздухе и показателями местного иммунитета детей. Установлено накопление условно патогенной микрофлоры рода Staphilococcus в зеве и тонзилляторной микрофлоре носа детей, достоверное увеличение количества гемолитических форм микробов в сравнении с аналогичными показателями контрольной группы. Снижение бактерицидной активности кожи, нарушение количественного и качественного баланса микробиоценоза является показателем снижения неспецифической резистентности у детей при продолжительном действии пыли сложного химического состава.
Summary. The regularity of suspended matters distribution in the air of a locality in the district of Lugansk TEPS is explored. Physical and chemical composition of coal ash dust is shown. Accumulation of conditionally pathogenic miсroflora of Staphylococcus type in the pharynx and tonsillar microflora of children’s nose, reliable increase of quantity of hemolytic forms of microbes as compared to similar indices of a control group is set. Decline of bactericidal activity of skin, violation of quantitative and qualitative balance of microbiocenosis is an index of decline of children’s non-specific resistentnсе in case of a prolonged action of dust of a complex chemical composition.
