Некоторые аспекты проблемы обеспечения безопасности населения в условиях чрезвычайных ситуаций с загрязнениям гидросферы Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

/22 Civil SecurityTechnology, Vol. 10, 2013, No. 1 (35)

УДК 628.3

Некоторые аспекты проблемы обеспечения безопасности населения в условиях чрезвычайных ситуаций с загрязнениям гидросферы

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2013

И.Т. Севрюков, Е.В. Афанасьева

Аннотация

В статье рассмотрены основные достижения и новейшие разработки в системе обеспечения питьевой водой в условиях чрезвычайных ситуаций.

Ключевые слова: жизнеобеспечение; водоочистка; водоподготовка; питьевая вода; микроорганизмы; реагенты; ультразвук; ультрафиолет.

Some Aspects of the Security of the Population in Emergency Situations with the Pollution of the Hydrosphere

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2013

I. Sevrykov, E. Afanaseva

Abstract

In article the main achievements and the latest developments in the system of drinking water supply in emergency situations.

Key words: life support; treatment; water; drinking water; microorganisms; chemicals; ultrasound; ultraviolet.

Технологии гражданской безопасности, том 10, 2013, № 1 (35)

/23

Начиная со второй половины ХХ века, мировое сообщество уделяет все более растущее внимание проблеме водообеспечения населенных мест. Проведенная в 80-е годы (1981—1990 г.) по инициативе Организации Объединенных Наций (ООН) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) Декада улучшения питьевого водоснабжения и санитарной очистки населенных мест показала актуальность проблемы водного фактора в развитии человеческой цивилизации. Тем более, что многие крупные экологи мира предсказывают в недалеком будущем крупномасштабные загрязнения гидросферы и как следствие — существенное ограничение запасов питьевой воды. Вместе с этим приходится констатировать, что несмотря на достигнутые международные соглашения о запрещении химического и биологического оружия, исключить полностью возможность их применения для массового поражения людей террористическими организациями не представляется возможным.

С 1900 по 1999 г. на основании открытых источников было зафиксировано 415 случаев использования или попыток использования биологических, химических и ядерных материалов в уголовных, политических или идеологических целях.

Повышая готовность к отражению биотеррористического нападения, можно сохранить жизни людей.

Вызывает серьезную озабоченность защищенность и состояние подземных источников централизованного водоснабжения. В среднем 29 % исследованных проб воды по данным 1998—2002 гг. не соответствовало нормативам по санитарно-химическим показателям и 7 % — по микробиологическим показателям.

Привлечение методологических средств системного анализа для решения глобальных экологических проблем с минимизацией социальных и материальных потерь обусловлено прежде всего тем, что приходится осуществлять выбор в создании средств жизнеобеспечения в условиях неопределенности, вызванной наличием факторов, не поддающихся строгой количественной оценке.

Анализ современного состояния питьевого водоснабжения в РФ показал отставание России в этой области от стран европейского региона — практически каждая пятая проба водопроводной воды не соответствует установленным стандартам качества по химическим показателям, а каждая десятая — по микробиологическим показателям, что в сотни и даже в тысячи раз хуже ситуации в европейских технически развитых странах (например, в Англии процент несоответствия — всего 0,01 %) [1, 2]. Кроме того, практика очистки воды от боевых отравляющих веществ показала, что используемые в войсках технологии имеют ряд недостатков, которые связаны, в первую очередь, с необходимостью использования хлорактивных препаратов, а также с тем, что первые порции очищенной воды могут быть получены не

ранее чем через 2—3 часа после начала процесса очистки из-за ограниченной скорости протекающих химических процессов детоксикации боевых отравляющих веществ.

Поэтому актуальной является задача разработки оперативных методов обеззараживания питьевой воды в присутствии антропогенных загрязнителей.

По способу воздействия на микроорганизмы методы обеззараживания воды подразделяются на химические, или реагентные; физические, или безреа-гентные, и комбинированные.

Химическая (реагентная) очистка воды достигается внесением в воду биологически активных химических соединений (хлор, озон, ионы тяжелых металлов);

безреагентые (физические) методы обеззараживания подразумевают обработку воды физическими воздействиями (ультрафиолетовые лучи, ультразвук);

комбинированные методы используют одновременно химическое и физическое воздействие [3].

Преимущественное использование газообразного хлора для дезинфекции недостаточно очищенных питьевых вод способствует образованию значительного числа опасных в мутагенном и канцерогенном отношении хлорированных углеводородов, вследствие этого хлорирование может представлять опасность — по показателю отдаленных биологических последствий химического загрязнения [4, 5]. Научные исследования показали, что длительное употребление такой питьевой воды с высокой вероятностью приводит к возникновению нейротоксиче-ских, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

С целью устранения недостатков, присущих хлорированию, в практике обеззараживания воды ведется поиск в двух основных направлениях: уменьшение или предотвращение образования опасных веществ при хлорировании природных вод или замена хлорирования другими альтернативными методами обработки и поиск новых безопасных реагентов.

Наибольшее применение (как альтернатива хлорированию) нашел метод озонирования. В настоящее время более 1000 водопроводных станций в Европе, в основном во Франции, Германии и Швейцарии, применяют озонирование как составляющую часть общего технологического процесса. В последнее время озонирование стали использовать в Японии и США. В странах СНГ озонирование применяется на водопроводных станциях таких крупных городов, как Москва, Киев, Минск и др. Озонирование позволяет существенно улучшить качество питьевой воды, очищенной сточной воды и решить многие проблемы, возникающие при хлорировании.

Замена первичного хлорирования на более современные методы дезинфекции (озонирование) задер-

/24 ^П SecurityTechnology, Vol. 10, 2013, No. 1 (35)

живается из-за высокой стоимости технологического оборудования. Так, принятая реконструкция Юго-Западной водопроводной станции г. Москва производительностью 500 тыс. м3/сутки оценивается в 120 миллионов долларов при суточной потребности города в питьевой воде 6 млн м3/сутки. Следовательно для обеспечения только г. Москвы доброкачественной питьевой водой, полученной по новой прогрессивной технологии, потребуется около 1,5 миллиардов долларов, а в целом по России в модернизации нуждаются примерно 50 тыс. крупных водопроводных систем.

Положение усугубляется дефицитом химических реагентов, фильтрующих материалов, низким уровнем оснащенности водопроводных станций приборами контроля и автоматическими устройствами.

Используют также физические методы обеззараживания.

Ультразвук. В основе летального действия ультразвука на микроорганизмы лежит кавитация, при которой создаются большая разница в давлениях и разрыв клеточной оболочки.

Действие ультразвука проявляется лишь при наличии жидкостного контакта между озвучиваемым объектом и излучателем волн. В каждом участке среды, куда приходит ультразвуковая волна, периодически происходит сжатие или растяжение. Возникшая полость быстро закрывается под влиянием последующего сжатия. Такое явление называется кавитацией.

Ультрафиолет. Около 80 лет назад было обнаружено бактерицидное действие солнечных лучей; тог-

да же было доказано, что этот эффект вызывается коротковолновыми ультрафиолетовыми лучами солнечного спектра.

Солнце является могучим фактором снижения загрязнения патогенными микроорганизмами внешней среды в населенных местах — воды, почвы, воздуха.

Ультрафиолетовые лучи — невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны 20—4000 А — испускаются отдельными возбужденными атомами и молекулами при их переходе в стабильное состояние; они составляют часть теплового излучения различных тел, нагретых до высокой температуры [6].

Каждый из приведенных методов имеет свои достоинства и недостатки.

Сравнительный обзор методов обеззараживания воды приведен в табл. 1.

Комбинированные методы очистки наиболее выгодны в использовании, так как сочетают в себе преимущества разных способов очистки, являясь по существу инновационным подходом к решению проблемы очистки воды.

На основе совместного воздействия ультразвукового и ультрафиолетового излучения на патогенную микрофлору построено новейшее оборудование для обеззараживания воды. Технология и механизм обеззараживания воды сочетанным воздействием ультразвукового и ультрафиолетового излучений разработаны Международным центром по экологической безопасности Минатома России совместно с авторами статьи [7].

Таблица 1

Показатели Жидкий хлор Хлорная известь Гипохлориты Ультрафиолет (УФО) Ультразвук + УФО Озон

Необходимая квалификация персонала высокая низкая средняя низкая низкая высокая

Стадии очистки воды: * *

приготовление + + + + + +

дозирование + + + - - +

смешение + + + - - +

Недостатки токсичен токсичен Происходит обрастание электродов Происходит обрастание ламп ** НЕТ токсичен

*** Прямые эксплуатационные затраты высокие средние высокие малые ****

минимальные высокие

Капитальные затраты***** высокие средние высокие малые минимальные длительный

Срок окупаемости длительный средний длительный малый минимальный длительный

Себестоимость очистки 1 м3 воды от 7 руб. от 4 руб. от 5 руб. от 2,5 руб. от 3 руб. от 5 руб.

Качество очистки воды от бактерий среднее низкое среднее высокое высшее среднее

* — внутри ультрафиолетовых установок проходят все необходимые процессы для обеззараживания воды; ** — не происходит вторичного загрязнения воды токсичными соединениями, образующимися при обеззараживании озоном и различными хлорными окислителями;

*** — не требует строительства складских помещений для хранения обеззараживающего реагента, емкостей для приготовления его раствора и оборудования для дозирования и смешивания с водой;

**** — прямые эксплуатационные расходы включают в себя: затраты на содержание обслуживающего персонала, на текущий ремонт, на электроэнергию, на отопление и освещение, на реагенты и прочие неучтенные затраты; ***** — капитальные затраты включают в себя: затраты на строительство складского помещения для реагентов, строения для размещения оборудования и на прокладку реагентопровода, а также на монтаж дополнительного оборудования.

Технологии гражданской безопасности, том 10, 2013, № 1 (35) Эффективность обеззараживания

/25

Таблица 2

Показатель Единица До обработки После обработки Норма

Исследования сточной воды в поселке Новый Источник

Кол и фаги БОЕ/100 мл 700 0 100

ОКБ КОЕ/100 мл 250 000 200 500

ТКБ КОЕ/100 мл 210 000 0 100

Исследования питьевой воды в поселке Надеево

Кол и фаги БОЕ/100 мл 16 0 0

ОКБ КОЕ/100 мл 300 0 0

ТКБ КОЕ/100 мл 200 0 0

ОМЧ КОЕ/1 мл 40 1 5

По сравнению с существующими методами, инновационная технология обладает высоким быстродействием, надежностью, экологична и экономически эффективна. Позволяет создавать мобильные установки, габариты которых обусловлены их целевым предназначением. Например, также установки могут быть размещены в мобильных средствах спасения автомобильного и воздушного транспорта.

Опытный образец установки по обеззараживанию воды методом сочетанного воздействия ультразвука и ультрафиолета прошел испытания при обеззараживании воды от вторичного микробного загрязнения в системах водоснабжения пассажирского транспорта и опытных производств. В табл. 2 протоколами испытаний установлен высокий уровень обеззараживания воды на соответствие требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» результаты обеззараживания вод, зараженной микробиоценозом сточных вод.

На основании проведенных испытаний в лабораторных условиях, анализа существующих способов обеззараживания воды, методов водоподготовки подтверждена необходимость продолжить исследования механизма действия оптимальных доз ультрафиолета и ультразвука при их сочетанном воздействии.

Литература

1. Вашков В.И. Средства и методы стерилизации, применяемые в медицине. М., 1973.

2. Государственный доклад о санитарно-эпидемилогической обстановке в Российской Федерации в 2001 г. М.: МЗ РФ ПР РФ,

2002. 159 с.

3. Севрюков И.Т., Афанасьева Е.В. Инновационные технологии в системе обеспечения жизнедеятельности в условиях чрезвычайной ситуации // Сб. м-лов межд. форума "!п1егесо!оду-2010". Лимассол, Кипр.

4. Красовский Г.Н. Хлорирование воды как фактор повышенной опасности для здоровья населения // Гигиена и санитария.

2003. № 1. С. 17—21.

5. Малышева А.Г. Неучтенная опасность воздействия химических веществ на здоровье человека // Гигиена и санитария. 2003. № 6. С. 34—36.

6. Государственный доклад «О санитарно-эпидемилогической обстановке в Российской Федерации в 2002 г.», М.: МЗ РФ ПР РФ-2003. 255 с.

7. Сб. м-лов конф. Федерального центра науки и высоких технологий, 24 сентября 2009 г. М.: Международный центр по экологической безопасности Минатома России (МЦЭБ), 2009.

Сведения об авторах

Севрюков Игорь Тихонович: д. т. н., профессор, ФГБУ

ВНИИ ГОЧС (ФЦ), гл. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.

Тел. : (499) 449-90-33.

E-mail: [email protected]

Афанасьева Евгения Валерьевна: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. Тел.: (499) 449-90-33. E-mail: [email protected]