CC BY
15
Судя по уровням загрязнения, которые наблюдаются от умеренных для крупных рек Московской области — р. Москвы и р. Оки — и водохранилищ Москворецкой системы до высоких и чрезвычайно высоких для малых рек и ручьев, притоков р. Москвы и р. Клязьмы, антропогенная нагрузка превышает компенсаторные возможности самоочищения этих водных объектов. Необходимы водоохранные мероприятия по предупреждению и сокращению загрязнения водоемов Московской области. Основное внимание должно быть сосредоточено на улучшении состояния малых рек, в том числе протекающих в подземных коллекторах и поэтому особенно уязвимых с точки зрения возможности бесконтрольного сброса сточных вод. Надлежит выявить все предприятия, сбрасывающие сточные воды в малые реки, определить их сравнительный вклад в общее загрязнение воды и провести водоохранные мероприятия в первую очередь на тех из них, где образуется наибольшее количество сильно загрязненных сточных вод. Следует сократить или запретить строительство новых промышленных предприятий, загрязняющих воду, в верховьях р. Москвы, где вода еще
является относительно чистои и река может использоваться населением столицы в рекреационных целях без каких-либо ограничений. Следует внедрять рациональные технологии ведения сель-хозработ, предупреждающие загрязнение водных объектов. Уменьшению загрязнения р. Москвы и особенно ее притоков может способствовать локальная очистка поверхностных стоков с территорий предприятий, содержащих, как правило, значительные количества нефтепродуктов и взвешенных веществ.
Особо важной задачей являются разработка и внедрение более эффективных методов очистки сточных вод от нефтепродуктов, железа, СПАВ и легкоокисляемых органических соединений, реконструкция станций аэрации Москвы.
Результаты исследований переданы в НИиПИ Генплана Москвы и использованы при разработке территориальной комплексной схемы охраны окружающей среды Москвы на период до 2005 г.
Литература
1. Красовский Г. Н., Егорова Н. А. // Гиг. и сан.— 1987.— № 3.— С. 8—10.
Поступила 04.08.89
КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1990
УДК 614.777:613.31 1:628.322
О. С. Савлук, И. П. Томашевская, JI. Г. Сиренко
интенсификация процесса обеззараживания воды хлором
Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского АН УССР, Киев
Проблема обеззараживания воды в настоящее время приобретает особую актуальность вследствие ограниченности запасов пресных вод и возрастающего загрязнения природных водоемов. Обеспечение санитарно-гигиенической надежности питьевой воды связано с разработкой эффективных технологий и созданием высокопроизводительного оборудования для ее подготовки.
Среди известных методов обеззараживания воды наиболее широкое распространение получило хлорирование, характеризующееся надежностью, экономичностью и простотой технологического оформления. К недостаткам хлорирования следует отнести отсутствие последействия, появление устойчивых к действию хлора штаммов микроорганизмов, возможность образования в процессе хлорирования токсичных хлорпроизводных, необходимость дехлорирования.
Устранить имеющиеся недостатки метода можно путем интенсификации антимикробного действия активного хлора. Внимание ученых и практиков направлено прежде всего на создание условий, при которых максимальное количество активного хлора расходуется непосредственно на процесс обеззараживания. Это достигается за счет снижения хлорпоглощаемости обрабатываемой
воды путем очистки ее от органических и минеральных примесей, а также за счет повышения степени использования реагента вследствие интенсивного перемешивания [5, 12].
Кроме того, интенсивность антимикробного действия активного хлора можно повысить путем комбинирования данного способа обеззараживания с другими методами, как физическими, так и химическими.
В последнее время в водоподготовке широко используют электрические поля различного вида и частоты: постоянное, переменное — низ-
Влияние NaOCl
Таблица 1
ш
ионов металлов на обеззараживающее действие (0,2 мг/л) в отношении Е. coli 1257 при 22 °С
и pH 7,2
Введенный катион Концентрация, мг/л Количество жизнеспособных микроорганизмов (в % от контроля) при продолжительности контакта
1 мин 15 мин 30 мин 60 мин 1 сут
Без добавок Ре2+
Fe3+ Мп2+
Си2"*" С02 + N¡2 +
Ag +
0,3 0,3 0,1 1.0 0.1 0.1 0,1
98,3±1,5
99,2±0,5 98,6±0,9 98,4± 1,1 97,4± 1,8 95,9±3,8 94,3±5,1 90,7±3,6
83,4±5,6 86,4±2,8 89,7±4,1 87,5±3,0 67,6±5.0 72,7±4,9 70,5±5,5 56,7±3,6
65,1 ±3,2 77,0±8,0 66,9±6,1 67,8±3,6 35,7±7,1 51,1 ±6,3 49,8±4,7 29,6±4,0
42,8±4,0 79,1 ±5,8 49,8±6,1 47,2±5,8 2,8±3,9 43,8±3,3 42,9±5,7 0,8±2,1
12,4±3,1 53,5±2,5 14,1 ±8,6 18,3±6,1 0
32,7±6,0 30,5±4,5 0
Таблица 2
Скорость (V) процесса обеззараживания воды N3001 (0,2мг/л)
в присутствии ионов меди или серебра
Концент- Концент-
рация V, мин 1 * • рация V, мин 1
ионов ионов
меди» серебра,
мг/л мг/л
0 0,015+0,005 0 0,015+0,005
0,1 0,022+0,006 0,01 0,021+0,009
0,25 0,0354-0,009 0,025 0,025+0,01
0,5 0,0424-0,01 0,05 0,045+0,03
0,75 0,059+0,02 0,075 0,061+0,03
1,0 0,0704-0,02 0,1 0,072+0,02
кочастотное, высокочастотное и импульсное [4, 10]. Обработка воды препаратами, содержащими активный хлор, в электрическом поле позволяет достигать 100 % бактерицидного эффекта в несколько раз меньшими дозами дезинфектантов по сравнению с традиционно применяемыми. Сочетание электрического разряда малой мощности с гипохлоритом натрия также приводит к синергид-ному эффекту, который имеет место при дозах хлора, не превышающих ПДК в воде (0,3— 0,5 мг/л) [3].
В практике обеззараживания воды применяют хлорирование совместно с ультразвуковой обработкой. При этом наблюдается изменение электрофизических параметров клеточных мембран: поляризации, электропроводности, электрокинетического потенциала клеток, что приводит к ускоренному отмиранию их под действием дезинфектантов [1]. Использование активного хлора совместно с ультрафиолетовым облучением также позволяет значительно сократить время обеззараживания воды [7, 9]. Аналогичный эффект отмечен при сочетании хлорактивных препаратов с электронным и гамма-излучением [8, 17].
Из химических методов интенсификации наибольшее распространение получила обработка различными галогенами [14, 21], оксидантами [5, 19, 20], солями щелочных и щелочно-земель-ных металлов [15, 16], а также металлов переменной валентности. В последнее время внимание исследователей привлекает использование в качестве катализатора процесса обработки воды хлором металлов переменной валентности. Так, при хлорировании биологически очищенных сточных вод в присутствии оксидов и солей железа ускоряется реакция окисления аммонийного азота и азота органического вещества, снижается расход хлора [13]. Ионы меди вводят для интенсификации процессов очистки подземных вод от марганца гипохлоритом натрия [6]. Степень очистки сточных вод хлором повышают внесением солей кобальта и никеля [11].
С целью разработки эффективной технологии обеззараживания воды активным хлором в при-
сутствии ионов металлов нами были проведены исследования, направленные на выбор катализаторов, способствующих увеличению скорости обеззараживания и снижению концентрации дезинфек-танта без ухудшения физико-химических показателей обрабатываемой воды.
В инфицированную воду одновременно с NaOCl вносили соли металлов переменной валентности на уровне ПДК-
Данные по обеззараживанию водопроводной воды, содержащей 5,3• 106 кл/л Е. coli, гипохлоритом в присутствии ионов металлов представлены в табл. 1.
Как свидетельствуют эксперименты, в присутствии Си2+ или Ag+ имеет место заметная интенсификация процесса обеззараживания воды активным хлором. Наличие в воде Fe3+ и Мп2+ практически не влияет на качество обеззараживания, присутствие Fe2+, С02+ и Ni2+ ведет к его ухудшению.
В связи с тем что введение ионов меди или серебра приводит к ускорению процесса обеззараживания воды хлором, было изучено влияние их концентраций ниже ПДК на антимикробные свойства NaOCl. Данные о скоростях обеззараживания воды, полученные методом средней скорости [2] и на основании антимикробного действия NaOCl в отношении Е. coli 1257 в присутствии Си2+ в концентрации 0,1 — 1 мг/л или Ag+ в концентрации 0,01—0,1 мг/л, показывают, что бактерицидный эффект хлора возрастает по мере увеличения концентрации вводимых катионов (табл. 2).
Ионы меди в концентрации 0,1—0,25 мг/л или серебра 0,01—0,025 мг/л повышают, как следует
О
0,2
О,4
0,6
Oß
ко
Дозовременная характеристика процесса обеззараживания воды в отношении Е. coli 1257 дезинфектантами.
Исходное содержание Е. coli I,2-10b кл/л. По оси абсцисс — концентрация NaOCl, мг/л; по оси ординат — время 100% обеззараживания воды, мин;
/ — NaOCl; 2 — NaOCl в присутствии Cu2+ (0,5 mi,.m; 3 - NaOCl в присутствии Ag+ (0,05 мг/л).
Таблица 3
Эффективность антимикробного действия дезинфектантов
в отношении Е. coli 1257
О
Концентрация дезинфек-танта, мг/л Количество жизнеспособных микроорганизмов (в % от контроля) при времени контакта 30 мин Т/Е
NaOCI Cu2+ Ag + Е Т
0,3
о о
0,3 0,3 0,3
о
0,5
о
0,5 0,5 0
0 0
0,05 0,05 0
0,05
28,1 87,5 62,5 0,9 4,1 3,8
15,4 24,6 17,6
17,5 6,7 4,6
Примечание. Исходное содержание микроорганизмов 1,6-106 кл/л.
из расчетов, скорость обеззараживания в 1,5 2
раза, тогда как наличие в воде первых Си2'1' на уровне 0,5 мг/л или вторых в концентрации 0,05 мг/л приводит к увеличению скорости процесса примерно в 3 раза по сравнению с тако-
U
вой при использовании одного только гипохлори-та натрия, что свидетельствует о перспективности метода для разработки эффективной технологии обеззараживания воды.
В дальнейших исследованиях использовали концентрации ионов меди и серебра, не превышающие ПДК, и соответственно равные 0,5 и 0,05 мг/л.
Моделирование дозовременной зависимости процесса обеззараживания воды гипохлоритом натрия с добавками ионов металлов с целью выбора оптимальной его концентрации производили на основании бактерицидного действия его в водопроводной воде с расчетами по уравнению а=К, где С — концентрация №ОС1, мг/л; п и К — эмпирические константы; /—время 100% обеззараживания воды, мин [14].
Из зависимости времени, необходимого для полного обеззараживания воды, от концентрации хлора графически были определены значения констант п и К, с помощью которых представляется возможным оценивать процесс в широких диапазонах до активного хлора и температур воды в интервале 10—30 °С. Расчетная дозовре-менная характеристика при 20 °С представлена на рисунке. Как следует из графиков, для обеспечения надежного обеззараживания воды за нормируемые ГОСТом 30 мин контакта требуется более 0,5 мг/л одного гипохлорита,. тогда как в присутствии Си2+ или А§+ концентрация активного хлора снижается до 0,3 мг/л и укладывается в рамки ПДК-
Проведенные исследования, таким образом, позволили обосновать дозу активного хлора и концентрации ионов металлов, которые были положены в основу нового способа интенсификации процесса обеззараживания воды.
Чтобы оценить, является ли интенсификация антимикробного действия гипохлорита натрия суммой бактерицидных эффектов реагентов или их
действие превышает аддитивное, по методике, предложенной в [18], были рассчитаны экспериментальный (Е) и теоретический (Т) коэффициенты выживаемости Е. coli как от действия отдельных реагентов, так и при их сочетании (табл. 3).
Расчеты показывают, что значения теоретического коэффициента выживаемости кишечной палочки при совместном применении реагентов значительно превышают экспериментальные данные. Т/Е при всех сочетаниях дезинфектантов больше единицы свидетельствует о наличии синергизма в их действии.
Таким образом, предложен новый способ интенсификации процесса обеззараживания воды активным хлором, основанный на синергидном действии гипохлорида натрия с ионами меди или серебра. Применение такого способа позволяет получать надежный антимикробный эффект при допустимых для питьевого водоснабжения концентрациях дезинфектантов. В результате проведенных исследований показано, что одновременно с обеззараживанием происходит и консервирование питьевой воды, которое обусловлено поступлением в воду ионов металлов, оказывающих пролонгирующее действие. Полученные данные положены в основу создания установок для обеззараживания и консервирования воды, используемых в системе водоснабжения автономных объектов.
Литература
1. Акопян В. Б. // Взаимодействие ультразвука с биологической средой.— Пущино, 1979.— С. 47—48.
2. Буртовой С. П., Чикишев Т. В., Болотов В. Д. // Гиг. и сан.— 1984.— № П.— С. 33—36.
3. Веселое Ю. С., Лавров И. С., Рукобратский Н. И. Водоочистное оборудование: Конструирование и использование.— Л., 1985.
4. Кульский Л. А., Савлук О. С., Дейнега Е. Ю. Влияние электрического поля на процессы обеззараживания воды.—
Киев, 1980.
5. Кульский Л. А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды.— Киев, 1983.
6. Николадзе Г. И., Назаров А. И., Мирзаев А. И. и др. //
Подготовка воды для хозяйственно-питьевых целей.— Л.,
1984.— С. 81—85.
_ « •
7. Петрановская М. Р., Семенова М. А., Medpuui Г. Л. и др. // Гиг. и сан.— 1986.— № 12.— С. 54—56.
8. Петров А. И., Шубин В. И., Куликов А. В. // Химия высоких энергий.— 1985.— Т. 39, № 10.— С. 473—474.
9. Савлук О. С. // Химия и технол. воды.— 1982.— 'Г. 4.— № 1.— С. 79—82.
10. Савлук О. С., Кульский Л. А., Косинова В. Я. и др. // Электрон, обработка материалов.— 1982.— № 3.— С. 77— 79.
11. Тюрин Б. И., Коновалов М. Б., Царьков А. В. А. с. 739006 СССР.
12. Акару Ф., Митсухиро К // РРМ, 1983.— Vol. 14, № 6.— Р. 55—60.
13. Bartulak /., Kowal A. L. II Monogr. Krakov.— 1985.— N 34.— P. 227—285.
14. Derrenmanx A., Mahidar N. Pat. 2171890, France.
15. Gronier S., Scar pino P. V., Wells С. // Water Sei. Technol.— 1982.— Vol. 14, N 9.— P. 1557—1559.
16. Haas C. N., Keralius M. G., Brnelch D. M. // Environ. Sei. Technol.— 1986.— Vol. 20, N 8.— P. 822—836.
ф
17. Proksch E., Gehringer P. // Gas, Wasser, Warwe.— 1985.— Bd 39, N 10.— S. 342—344.
18. Regab-Depret N. I. // Appl. environ. Microbiol.— 1982.— Vol. 44, N 3.— P. 555—560.
19. Soule B. E., Medlar S. J. // Water Sewage Works.— 1980.— Vol. 127, N 3.— P. 44—45.
20. Water Chlorination: Environmental Impact and Helath Ef fects / Ed. R. Galley et al.— Michigan, 1983.
21. White B., Mahindar N. J., Pat. 4119535, USA.
Поступила 23.11.89
КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1990
УДК 614.777: (579:547.635J (470-13)
Summary. Study of antimicrobic effect of sodium hypochlorite in the presence of metals with varied valency made it possible to establish sinergistic effect of NaOCl with copper or silver ions, and, on the basis of this data, to propose a new, effective way of intensification of the process of water desinfection within the limits of allowable concentrations of reagents.
Л. А. Виноградова, Р. И. Ткачева, М. И. Строева, В. И. Серенко, Т. К. Пархомчук
зависимость процессов самоочищения от уровня микробного
загрязнения воды в условиях южной зоны рсфср
Московский НИИ гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
1
Для оптимизации условии водопользования и снижения неблагоприятного влияния водного фактора на здоровье населения возникает необходимость санитарно-микробиологического изучения и прогнозирования качества воды водных объектов с целью научного обоснования мероприятий по усилению их санитарной охраны.
Многолетними исследованиями МНИИГ им. Ф. Ф. Эрисмана по оценке санитарно-гигиенической и эпидемиологической обстановки в регионах с интенсивной нагрузкой комплекса антропогенных факторов установлен ряд закономерностей поведения микроорганизмов: а) возрастающий уровень загрязнения водных объектов вызывает изменение микробиоценоза, вследствие чего уменьшается содержание в воде индикаторных микробов (эшерихий коли и фекальных стрептококков), изменяются их биологические и культу-ральные свойства на фоне количественного преобладания потенциально патогенных и патогенных микробов пропорционально увеличению содержания их в сбрасываемых в водоем сточных водах; б) в этих условиях снижаются самоочищающая способность воды водоисточников, включая и зоны рекреации, а также эффективность процесса водоподготовки на станциях очистки питьевой воды [1 —10].
МНЙИ им. Ф. Ф. Эрисмана разработаны и обоснованы комплексные методические подходы к гигиенической оценке качества воды водоисточников, эффективности водоподготовки на водопроводных очистных сооружениях, а также эпидемического неблагополучия, связанного с водным фактором [2, 5, 8].
Проанализировав состояние острой кишечной инфекционной заболеваемости за ряд лет и сопоставив ее уровни с качеством речной, морской и водопроводной воды, мы пришли к выводу о возможности существования связи качества воды с заболеваемостью. Это послужило основанием для более детального изучения биоценозов водоемов в условиях одной из южных зон РСФСР.
Изучаемый регион расположен на полуострове, омываемом двумя морями. Юго-западная часть занята дельтой реки и плавнями. Богатство водных ресурсов дополняются многочисленными лиманами и озерами. Основные направления хозяйственной деятельности — виноградарство, рисосеяние, овощеводство, рыбный промысел. Мягкий, теплый климат, благоустроенные пляжи, обилие солнца, фруктов привлекают большое количество отдыхающих. В последние 10 лет на побережье стали формироваться рекреационные зо-
Таблица 1
Микробиологические показатели (в индексах) речной воды при исследовании по методам ГОСТа и МНИИГ им. Ф. Ф. Эрисмана
Створ гост мнииг гост мнииг гост мнииг мнииг
няб flIO- t
П Ci yJJl IV дения лкп ФКП лкп ФКП эш эш э ФС э ФС К ФК ц ЦФ пв
1 24-104 24-104 24 « 106 24-Ю6 0 0 440 240 440 440 24-104 24-104 24-103 24«103 24 -103
2 24-104 24-103 24•106 24-105 0 0 1500 500 4600 1500 24 « 103 24•103 24•103 24-103 24-104
3 24-104 24-104 24•106 24•106 0 0 2500 0 5000 0 24 « 103 24*103 24 • 104 24-104 24-104
4 24-105 24-105 24•105 24-10° 0 0 150 0 240 3 24-104 24-104 24 • 103 24«103 24 « 103
к Примечание. Створы 1 и 2 — соответственно выше и ниже аварийного выпуска сточных вод промышленного предприятия;
^ 3 — в устье реки; 4 — на 1 км выше города. ЭШ — эшерихии коли; Э — энтерококки, ФС — фекальные стрептококки, К — клебсиел-лы, ФК—фекальные клебсиеллы; Ц — бактерии рода цитробактер, ЦФ — фекальные биовары бактерий рода цитробактер, ПВ — протеи вульгарные.
