CC BY
16
Гигиена воды, санитарная охрана водоемов и почвы
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1991 УДК 614.777:628.394:676
Г. Н. Красовский, Л. В. Воробьева, Г. В. Селюжицкий, Н. А. Егорова
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ВЕДУЩИХ ОЦЕНОЧНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва; Ленинградский санитарно-гигиенический медицинский институт
По общему количеству и степени загрязненности сточных вод целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) занимает одно из первых мест среди других отраслей промышленности. Многокомпо-нентность состава сточных вод предприятий ЦБП затрудняет организацию системы контроля за эффективностью их очистки, качеством воды водоемов ниже спуска сточных вод и в створах санитарного водопользования.
Контролирующие службы, включая санэпидстанции (СЭС), не могут проводить определение всех без исключения ингредиентов сточных вод, поэтому возникала необходимость выбора наиболее гигиенически значимых показателей качества воды, в наибольшей степени связанных с опасностью загрязнения водных объектов предприятиями ЦБП. Для выделения таких показателей были использованы разработанные ранее принципы и критерии [7]. Основными критериями выбора ведущих показателей загрязнения были следующие: 1) наличие ПДК и степень ее превышения; 2) токсичность, отдаленные эффекты; 3) класс опасности; 4) способность задерживаться и разрушаться на очистных сооружениях; 5) стабильность, трансформация в водной среде и донных отложениях; 6) накопление в донных отложениях, биоаккумуляция. Выделение ведущих оценочных показателей осуществляли методом экспертной оценки.
На первом этапе решения задачи была дана гигиеническая оценка условий формирования сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий.
Сточные воды предприятий ЦБП образуются практически при всех технологических операциях. Объем и качественный состав сточных вод зависят от способа варки целлюлозы, вида и качества выпускаемой продукции, процента отбора и способа утилизации щелоков, характера побочных технологий. Наиболее загрязненные сточные воды образуются при варке, промывке, отбелке целлюлозы, выпарке щелоков, в спиртодрожжевом производстве [2, 3]. На 1 т целлюлозы расходуется от 120 до 500 м3 воды (целлюлоза для химической переработки). Общий сток сульфитцеллюлозных
заводов характеризуется резким запахом сульфитных щелоков и оксида серы, интенсивной коричневой окраской, кислой реакцией (рН от 3,6 до 5,6), малой прозрачностью, большим содержанием взвешенных веществ — от 80 до 210—360 мг/л (производство беленой целлюлозы), значительным сухим остатком — от 680—1100 до 1300— 2700 мг/л, органическая часть которого составляет 73—84 %; чрезвычайно высоким содержанием как легко-, так и трудноокисляемых соединений: биохимическое потребление кислорода за 5 сут (БПК5) колеблется от 40—138 до 400—800 мг О2/Л, химическое потребление кислорода (ХПК) — от 85—350 до 1200—1500 мг 02/л; наличием сульфатов от 210 до 1380 мг/л, лигно-сульфатов, хлорорганических соединений, а также ацетона, метанола, этилового спирта, фурфурола, формальдегида, муравьиной и уксусной кислот, протеинов, Сахаров, летучих альдегидов, смоляных и жирных кислот. В процессе сульфатной варки под действием щелочи и сернистого натрия происходит отщепление метоксильных групп лигнина и образование неприятно пахнущих соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и диметилди-сульфида, а также скипидара и метилового спирта, основными источниками которых являются остатки «черного» щелока и подскипидарная зода варочного цеха. Глубокая деструкция лигнина в щелочной среде приводит к образованию фенольных соединений (фенол, гваякол, ванилин, ацетовани-лин, пирокатехин и др.); в раствор переходят красители, дубители; при взаимодействии щелочи со смоляными кислотами образуется сульфатное мыло, способствующее интенсивному пенообразо-ванию [9]. В сточных водах присутствуют высоко- и низкомолекулярные хлорорганические соединения.
Содержание значительного количества органических веществ в сточных водах производств ЦБП создает благоприятную среду для развития и размножения в водных объектах бактериальной флоры- и вирусов, повышает эпидемическую опасность в районах санитарного водопользования и требует
2 Гигиена и санитария № 8
— 17—
организации специального контроля за качестЕом воды ниже спуска.
Анализ состава сточных вод предприятий ЦБП позволяет разделить все загрязнения на несколько основных групп: лигнинные вещества (ЛВ), серосодержащие соединения, фенолы, формальдегид, хлорорганические соединения, микроорганизмы. Показатели этих групп связаны с влиянием сточных вод на органолептические свойства воды, санитарный режим водоемов, здоровье населения. Поэтому выбор наиболее гигиенически значимых показателей необходимо проводить с учетом всех 4 критериев вредности загрязнения воды: органо-лептического, санитарно-токсикологического, общесанитарного и бактериологического.
Особое внимание должно уделяться ЛВ как основным компонентам изучаемых сточных вод. ЛВ, концентрации которых в сточных водах составляют 200—600 мг/л, практически не разрушаются на сооружениях биологической очистки (не более 5 %), определяя высокую цветность (до 1800—2100° по Сг — Со-шкале), большое остаточное ХПК (до 800—1000 мг СЬ/л) очищенных сточных вод [4]. В водной среде лигнины необычайно стабильны, подвергаются медленному биохимическому окислению с образованием фенолов, метанола, формальдегида и органических кислот. По данным Н. Вопуепд и Р. 5о1уот [12], разрушение лигнинов в водоемах на 90 % происходит за 40 нед. Являясь поверхностно-активными веществами, лигнины способствуют перераспределению бактериальных, вирусных и химических загрязнений в толще воды, образованию большого количества пены в зонах выпуска сточных вод предприятий ЦБП, изменяют внешний вид водоема. Кроме того, ЛВ могут накапливаться в донных отложениях, обусловливая вторичное загрязнение воды.
ЛВ взаимодействуют с хлором, существенно изменяют эффект обеззараживания питьевых вод, поглощая остаточный хлор в разводящей водопроводной сети, усугубляют эпидемическую опасность, что необходимо учитывать при реагент-ной обработке воды хлором [6]. ЛВ могут рассматриваться как предшественники галоидсодер-жащих соединений (ГСС); при хлорировании в процессе отбелки целлюлозы хлором и реагентной обработке сточных вод образуются высокомолекулярные хлорлигнины, подвергающиеся впоследствии биодеградации с выделением токсичных низкомолекулярных ГСС [5].
Таким образом, при оценке опасности группы ЛВ сточных вод предприятий ЦБП определено еще три дополнительных критерия, характеризующих эти компоненты как ведущие показатели загрязнения: 1) образование ГСС при хлорировании; 2) снижение эффекта обеззараживания; 3) перераспределение бактериальных, вирусных и химических загрязнений с концентрированием их в поверхностном слое воды.
Следует отметить, что наличие ЛВ в воде —
специфический оценочный показатель)опасности загрязнения водных объектов в этой группе веществ. Однако характеризовать комплекс ЛВ можно и по интегральным показателям: цветности, ХПК, пенообразованию, содержанию кислорода в воде, которые также являются ведущими, так как непосредственно отражают ухудшение качества воды при поступлении в нее ЛВ.
Группа серосодержащих соединений, сбрасываемых в составе сточных вод предприятий ЦБП, включает метилмеркаптан, диметилсульфид, диме-тилдисульфид, сероводород, которые не полностью удаляются сооружениями биологической очистки. Концентрации их в очищенных сточных водах во много раз превышают ПДК для воды водоемов: сероводорода 10—14 мкг/л, метилмеркаптана 50— 80 мкг/л, диметилсульфида и диметилдисульфида 350—480 мкг/л [1]. Серосодержащие вещества придают воде резкий неприятный запах, нарушая все виды санитарного водопользования на значительном расстоянии. В качестве ведущих показателей загрязнения воды веществами этой группы могут быть рекомендованы запах, содержание в воде диметилсульфида и диметилдисульфида как наиболее типичного представителя серосодержащих веществ.
Сточные воды производств ЦБП независимо от способа варки древесины содержат значительное количество фенолов и их производных. Концентрация фенолов в сточных водах, используемых в отдельных технологических операциях, может достигать 5:4 мг/л и более (выпарной цех).
Предприятия ЦБП, не имеющие очистных сооружений, могут сбрасывать в водные объекты более 1 т фенолов в сутки; в составе их определяется не менее 15 индивидуальных компонентов, при этом преобладающими (до 50 %) являются гваякол и его производные, а также крезолы, кси-ленолы, пирокатехин. При отбелке целлюлозы образуются хлорпроизводные фенолов; 2,4-дихлор-фенол, 2,3,5-трихлорфенол, 4,5,6-трихлоргваякол, тетрахлоргваякол, в процессе биологической очистки трансформирующийся в тетрахлорвератрол с большим коэффициентом биоаккумуляции. Даже очищенные сточные воды содержат 0,008— 0,104 мг/л летучих фенолов, до 4 мг/л нелетучих фенолов, что в сутки на сбросе составляет до 33,6 кг [11,13]. Фенолы сточных вод предприятий ЦБП, особенно их хлорпроизводные, устойчивы в водной среде, плохо удаляются в процессе биохимической очистки, токсичны для гидробионтов, обладают мутагенной активностью, могут концентрироваться в донных отложениях, распространяться на значительные расстояния, нарушая условия хозяйственно-питьевого водопользования. Как и ЛВ, фенолы затрудняют обеззараживание воды на водопроводных станциях.
Значимость фенолов как ведущего показателя загрязнения воды стоками производств ЦБП связана и еще с одним фактором — трансформацией
Л В в доннь1х 'отложениях10'вшов®бождение.;у11цьелгу-чих фенолов: " ■ ""' '/м>(..................
Способность к распространению с донными отложениями, образование при трансформации ЛВ, вторичное загрязнение водоемов — дополнительные критерии выбора ведущих оценочных показателей, установленные на примере фенолов.
К приоритетным показателям загрязнения водных объектов сточными водами предприятий ЦБП необходимо отнести такие ингредиенты, как формальдегид, метанол, скипидар и фурфурол. Эти соединения образуются в процессе варки древесины, в больших концентрациях содержатся в сточных водах варочно-промывного, выпарного цехов, побочных спиртодрожжевых технологий. Содержание указанных веществ характеризует последствия сброса сточных вод целлюлозно-бумажных предприятий и вторичное, отдаленное загрязнение водных объектов, так как данные соединения могут образовываться в водоемах в результате трансформации ЛВ (формальдегид и метанол) [4, 10].
Большую группу загрязняющих веществ представляют низкомолекулярные (хлороформ, хлор-этан, хлорэтилены, четыреххлористый углерод, хлорфенолы и др.) и высокомолекулярные ГСС (хлорлигнины), при трансформации разрушающиеся с образованием низкомолекулярных ГСС [12].
Поскольку индикатором содержания в воде ГСС является хлороформ, содержание этого соединения можно рекомендовать в качестве ведущего показателя загрязнения воды веществами этой группы [8].
Существенный ущерб водоемам в районах размещения предприятий ЦБП наносит сброс легко-окисляемых органических соединений (низкомолекулярных Сахаров, органических кислот, спиртов, альдегидов и т. д.), определяемых суммарно по показателю БПК. Значительное содержание органических веществ, 68 % которых окисляется в течение первых 5 сут, резко нарушает кислородный режим водоема, способствует появлению и распространению бескислородных «мертвых» зон, бурному развитию микрофлоры, в том числе патогенной, водных грибов и дрожжей, образованию хлопьевидных осадков, приводит к вторичному загрязнению водных объектов. Несмотря на то что показатель БПК не всегда коррелирует с токсичностью стоков, он включен в перечень оценочных показателей как характеризующий санитарную ситуацию в районах выпуска неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод основных и побочных технологий ЦБП.
Содержание значительного количества взвешенных частиц в виде мелкого целлюлозного волокна способствует образованию мощной зоны донных отложений в районе выпуска сточных вод предприятий ЦБП, что обусловливает неизбежное отрицательное влияние на характер водопользования. Учитывая, что на предприятиях отрасли При-
НЯТТ б И ОЛО Г ИЧ еСК«;Й 11ОИОС Об) гОЧИС.Т ни сточных вод, который не всегда обеспечивает норму сброса по взвешенным веществам, контроль по этому показателю следует считать необходимым.
Сброс сточных вод предприятий ЦБП сопряжен с выраженным микробным и вирусным загрязнением воды водных объектов. Для его оценки в качестве ведущих показателей рекомендованы индекс лактозоположительных кишечных палочек и количество коли-фагов.
В целом спектр загрязнения воды сточными водами предприятий ЦБП может включать до 230 показателей, из которых на первом этапе исследований было выделено около 30 наиболее значимых в гигиеническом отношении. На втором этапе работы была поставлена задача определения сравнительной значимости этих показателей для выбора ведущих для ЦБП. В июле 1988 г. на рабочем совещании в Архангельске эта задача была поставлена перед группой из 16 экспертов, включавший специалистов по гигиене воды, представителей Минлеспрома СССР и санитарных врачей СЭС.
Каждому из экспертов было предложено составить перечень ведущих показателей, выбрав их из 30 наиболее значимых в гигиеническом отношении показателей загрязнения воды сточными водами предприятий ЦБП. Обобщение и анализ результатов экспертной оценки позволили распределить все показатели по частоте их выбора специалистами экспертной группы. 18 показателей, названных не менее чем 50 % экспертов и набравших соответственно от 8 до 16 баллов общей оценки, были рекомендованы в качестве ведущих показателей загрязнения воды сточными водами предприятий ЦБП и включены в полный перечень для периодического контроля за состоянием водных объектов и эффективностью водоохранных мероприятий.
По аналогичной методике были выбраны показатели краткого перечня — минимального, но достаточного для текущего контроля загрязнения воды стоками предприятий ЦБП при благоприятной санитарной ситуации в районе сброса сточных вод. Полный перечень включает следующие показатели: 1) пена; 2) запах; 3) цветность; 4) взвешенные вещества; 5) БПКго; 6) ХПК; 7) растворенный кислород; 8) лигнинные вещества; 9) фенолы (летучие с паром); 10) формальдегид; 11) метанол; 12) скипидар; 13) сульфиды; 14) диметилсульфид; 15) диметилдисульфид; 16) хлороформ; 17) фурфурол; 18) ртуть; 19) индекс лактозоположительных кишечных паЯочек; 20) коли-фаги.
В краткий перечень вошли 7 показателей: 1) запах; 2) цветность; 3) БПКб; 4) ХПК; 5) взвешенные вещества; 6) фенолы; 7) хлороформ.
В связи с необходимостью экспрессной оценки загрязнения воды сточными водами производств ЦБП в краткий перечень включен показатель БПК5- Основанием для его использования явились
2*
-19-
результаты наших исследований, свидетельствую-' щие о высокой корреляционной связи между величинами БГЖо и БПК20 сточных вод предприятий ЦБП. Так, для Котласского, Светлогорского и Сясьского целлюлозно-бумажных комбинатов коэффициенты корреляции между БПК5 и БПК20 составляли 0,78—0,87, а коэффициенты различия БПК20/БПК5 находились в пределах 1,93—2,33 со средним значением 2. Полученные данные позволили обосновать возможность пересчета БПК5 с нормативов БПК20 по среднему коэффициенту различия К, равному или экспериментально устанавливаемому индивидуальному К для каждого конкретного предприятия ЦБП.
Особое внимание уделялось подбору методов аналитического определения каждого из ведущих показателей загрязнения воды сточными водами предприятий ЦБП.
Разработанные перечни позволяют оптимизировать контроль качества воды, сосредоточив внимание на минимальном, но обладающем достаточной санитарной надежностью наборе специфических и интегральных показателей, имеющих наибольшую гигиеническую значимость. Практическое использование выбранных показателей облегчит разработку предельно допустимых сбросов, даст целевую установку на обеспечение лабораторий контролирующих служб приборами и реактивами, позволит сократить в 3—4 раза количество определяемых аналитическим путем показателей, ограничив возможность предъявления субъективных, случайных требований к их выбору, будет способствовать внедрению автоматизированного контроля загрязнения воды сточными водами предприятий ЦБП.
Выводы. 1. Целлюлозно-бумажная промышленность (ЦБП) относится к наиболее водоемким; многокомпонентный состав сточных вод этой отрасли затрудняет организацию оперативного контроля за эффективностью водоохранных мероприятий, условиями спуска их в водные объекты и влиянием на условия водопользования.
2. С целью повышения эффективности контроля за санитарным состоянием водных объектов в районах размещения предприятий ЦБП разработаны полный и краткий перечни ведущих, наиболее информативных показателей, учитывающие
влияние1 сточныхша0Я1,пре,Д1Гриятий ЦБП на орга-нолептичёскй'ё'свойст'ва воды, течение процессов естественного самоочищения, их токсическую и эпидемическую опасность для здоровья населения.
3. Практическое использование перечней позволит совершенствовать санитарный мониторинг, получать достоверную и надежную информацию о загрязнении воды водных объектов и оценивать влияние выбросов предприятий ЦБП на здоровье населения.
Литература
1. Бейм А. М., Ошаров А. Б. Эколого-токсикологически<* критерии регламентирования метилсернистых соединений в сточных водах сульфатцеллюлозного производства (Обзорная информ. ВНИПИЭИ лепрома. Вып. 8).— М., 1984.
2. Богомолов Б. Д., Соколова Л. А. Побочные продукты сульфат-целлюлозного производства.— М., 1962.
3. Богосян А. Т. // Всесоюзный симпозиум по современным проблемам самоочищения и регулирования качества воды, 5-й: Тезисы докладов.— Таллинн, 1975.— Т. 2,— С. 13—18.
4. Воробьева J1. В., Рыгалин /И. А.,. Клименко А. Г., Воронин С. Ф. // Гигиенические и эпидемиологические проблемы охраны окружающей среды и укрепления здоровья населения Смоленской области.— Смоленск, 1987.— С. 45—46.
5. Грачев И. А., Попова Г. К. Влияние производства сульфатной целлюлозы на окружающую среду.— Новосибирск, 1987.
6. Коршунова Н. В. И Гиг. и сан,— 1987,— № Ю,— С. 15— 17.
7. Красовский Г. Н., Егорова Н. А., Михайловский Н. Я., Сильвестров А. £. // Проблемы создания и совершенствования информационных систем охраны труда, окружающей среды и здоровья населения промышленных городов,— Ангарск, 1986.— С. 179—180.
8. Красовский Г. Н., Михайловский Н. Я., Марченко Ю. Г. и др. // Гигиеническая оценка вредных веществ в воде.— М„ 1987,— С. 81 — 115.
9. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами целлюлозно-бумажной промышленности.— Л., 1979.
10. Селюжицкий Г. В., Воробьева JI. В. // Охрана окружающей среды от загрязнений промышленными выбросами.— Л., 1977,— Вып. 4.
11. Черноусое Ю. И., Никитин В. М., Пиялкин В. Н. // Химия и использование лигнина.— Рига, 1974.— С. 390— 397.
12. Bouveng H. О., Solyom Р. О II Svensk popperstuiding.— 1973,- Vol. 75,— P. 25-29.
13. Kungsted К. P.. Lindström K. II Environ. Soc. Technol.— 1984,- Vol. 18,— P. 236A-248A.
Поступила 22.03.90
© Т. С. ДЕРГАЧЕВА, 1991 УДК 614.78:696.4
Т. С. Дергачева
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В условиях непрерывного роста процессов урба- ния населения. В последние годы строительство низации в стране все более актуальным стано- и ввод в эксплуатацию систем централизован-вится решение задач по улучшению водоснабже- ного горячего водоснабжения идут опережающими
-20- 1
