CC BY
9
М. Р. Петрановская, М. А. Семенова, Г. Л. Мсдриш, Д. Л. Басин
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ОБЕЗЗАРАЖИВАНИИ ВОДЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫМИ ЛУЧАМИ
НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды Академии коммунального хозяйства им. К- Д- Памфилова, Москва
Актуальность вопросов очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод обусловливает необходимость поиска новых и совершенствования известных технологических приемов.
Широко апробированный и нашедший широкое применение в практике водоснабжения и во-доотведения метод обеззараживания с помощью жидкого хлора и хлорреагентов подвергается в последнее время серьезной критике в связи с образованием в процессе обработки воды хлорорга-нических соединений, обладающих повышенной токсичностью и канцерогенностыо [7]. Результаты многочисленных исследований показывают, что почти все химические дезинфектанты образуют в воде промежуточные соединения (тригало-идометаны, продукты озонолиза, хлориты, хлораты, монохлорамины), влияющие на кроветворную систему, печень, щитовидную железу [5]. В связи с этим и в нашей стране и за рубежом проводятся исследования, направленные на изменение режима хлорирования с целью уменьшения образования тригалоидометанов, на замену хлора другими реагентами, а также поиск возможностей более широкого применения физических методов обеззараживания [6, 12, 13, 23]. Этим объясняется вновь возросший интерес к использованию в практике обеззараживания метода обработки воды ультрафиолетовыми (УФ) лучами, лишенного указанных выше недостатков [8, 10, 15, 19, 21, 26].
Механизм действия УФ-лучей иззестен с 1878 г., когда А. Оо\упез и Т. Веип1 [9] изучили влияние УФ-лучей на бактерии и другие простейшие организмы. Последующие работы в этом на-
правлении показали, что УФ-лучи, сорбируясь на поверхности молекул, вызывают фотохимические реакции, под действием которых разрушается ДНК клетки [3]. Скорость фотохимических реакций высока, и деструкция клеток происходит моментально, что и обусловливает высокий обеззараживающий эффект УФ-лучей [11}.
Первые эксперименты по обеззараживании^ воды с помощью УФ-лучей были осуществлены1 в 1910 г. Ваег Georg [3]. Несмотря на то что изыскания возможностей применения УФ-лучей проводились достаточно широко во всем мире, вплоть до второй мировой войны, развитие техники в этот период не позволило широко использовать этот метод. В последующие годы были разработаны мощные и экономичные источники излучения, на базе которых стало возможно создание установок, обеспечивающих эффективную и экономически целесообразную обработку воды УФ-лучами [1, 14].
Сравнение трех методов обеззараживания (УФ-облучение, озонирование, хлорирование) по таким показателям, как количество взвешенных веществ, температура, pH, степень токсического и коррозионного действия, влияние на органолеп-тические показатели воды, сложность технического обслуживания, а также экономическая эффективность (табл. 1), показывает необходимость более широкого применения УФ-облучения [2, 22]. ^
Сдерживающим фактором широкого использования УФ-лучей были повышенные требования к физико-химическим и бактериологическим показателям воды (мутность не более 1,5 мг/л, цвет-
Таблица 1
Сравнительная оценка различных методов обеззараживания
Показатель УФ-облучение Озонирование Хлорирование
Время контакта 1—10 С 10—20 МИН 30—50 мин
Контактные резервуары Не требуются Требуются Требуются
Обслуживание Минимальное Сложное Среднее
Техническое снабжение Простое Сложное Сложное
Влияние на процесс обеззараживания:
снижение количества взвешенных веществ Значительное Значительное Значительное
изменение температуры Нет » »
изменение рН » Незначительное »
Последействие (остаточная концентрация) > Небольшое Есть
Влияние на органолептические показатели » Есть >
Коррозионное действие » > >
Токсичность » » >
Стоимость Низкая Высокая Низкая
Таблица 2 Фотохимические реакции и их результаты
Реакция
НгО+УФ=Н-+ОН*
НоОг+УФ=2-ОН'
0г+УФ=03 РН+УФ=Н'+Р*
ГЧ
1}е2+4-уф=Рез+ ЫН3+УФ=КН^+1-Г
ш >11
я Ч
184,9
253,7
253,7 184,9
253,7 253,7
Результат
Молекула воды распадается на свободные Н* и ОН' радикалы Молекула распадается с образованием двух гидро-ксильных радикалов Молекула кислорода превращается в озон Органические вещества распадаются на свободные радикалы
Ионы Ре21" переходят в Ре3+ Аммиак преобразуется в свободные радикалы
ность не более 0,3 мг/л, коли-индекс 1000), а также отсутствие последействия лучей, что могло вызвать вторичное загрязнение воды в распределительной сети. Однако результаты наблюдений за качеством воды и состоянием водопроводных сетей в течение 25 лет в США [24, 27] и опыт эксплуатации 2000 установок в Европе показали несостоятельность этого довода.
В последние годы определился принципиально новый подход к обработке воды УФ-лучами. Он заключается в предварительном введении в обрабатываемую воду в небольших дозах окислителей (Н202, 03, С12) с последующим ее УФ-об-лучением. Известно, что под действием УФ-лу-чей молекула воды распадается с образованием ОН- радикалов, обладающих окислительной способностью. Введенный в воду окислитель, например перекись водорода, под действием УФ-лучей распадается с образованием 2 гидроксильных радикалов, окислительная способность которых выше, чем у ОН1 радикалов, образующихся из воды [17]. Окислительный потенциал ряда веществ, определяющий их химическую активность, составляет, например, для фтора 3,06, радикалов ОН- 2,80, озона 2,07, перекиси водорода 1,77, перманганат иона 1,67, двуокиси хлора 1,50, тогда как для хлора — лишь 1,36.
В процессе происходящих под действием окислителей и УФ-лучей фотохимических реакций ОН -радикалы вызывают активный распад молекул органических веществ, высвобождая новые радикалы, обеспечивающие цепную реакцию с разложением сложных соединений до более простых. Примеры некоторых фотохимических реакций представлены в табл. 2.
Присутствие окислителей в обрабатываемой воде способствует также переходу ионов железа и марганца в нерастворимые- формы, легко выпадающие в осадок. Аналогичные реакции протекают с сульфитами и сульфидами, нитратами
О — 55 —
и аммиаком. Некоторые органические красители, устойчивые к воздействию хлора и других окислителей, легко разрушаются при сочетанном воздействии с УФ-лучами. При сравнительной оценке снижения концентрации общего органического углерода (ООУ) под действием УФ-лучей и Н202 или озона было установлено, что введение 0,1—1,0% раствора Н202 с последующим облучением снижает концентрацию ООУ на 84%, а при введении Оз — на 100 %, тогда как обработка воды только озоном (2 мг/л) в течение 8 ч была менее эффективной [16, 18].
Сочетанное применение УФ-лучей с окислителями обеспечивает высокий бактерицидный эффект. По данным С. ВауНзв и АМ. \Vaites [4], обработка воды УФ-лучами с Н202 (0,15—0,45 М) обеспечивала гибель 99,99 % споровых форм. При комбинированном воздействии УФ-лучей и озона наблюдалось наибольшее снижение концентрации неорганических и органических веществ, причем эффект этот достигался при небольших дозах озона. Вместе с тем введение озона нарушает ферментную систему клетки, облегчает нарушение клеточной мембраны [20]. На фоне такой предварительной подготовки клетки происходит более глубокое проникновение УФ-лучей и обеспечивается больший бактерицидный и вирулецидный эффект. Если при обработке хлором гибель вирусов отмечалась лишь в 75%, то применение УФ-лучей с окислителем способствовало гибели 99,99% вирусов [4, 12].
При оценке целесообразности сочетанного воздействия УФ-лучей и окислителей установлено, что эффективность обеззараживания возрастает на 20—30 % при экономии реагента от 20 до 50%. А^етод особенно перспективен тем, что при такой обработке не требуется контактных резервуаров и обеззараживание наступает в течение 30—60 с [25]. К преимуществам обработки воды с использованием УФ-лучей относятся сохранность минерального состава воды и ее вкусовых качеств, отсутствие опасности образования токсичных соединений, эффективное воздействие на устойчивые формы бактерий и вирусов [17]. С технической точки зрения УФ-установки просты в обслуживании, легко автоматизируются, кроме того, при их применении возможна организация централизованного контроля с телеуправлением.
Оценка экономической целесообразности показала, что расходы на сооружение соответствующей установки окупаются в пределах 10 лет [25]. «Экологическая безвредность» метода и другие его преимущества, изложенные выше, свидетельствуют о том, что обработка воды УФ-лу-чами с окислителем является наиболее реальной альтернативой хлорированию и другим методам обеззараживания с использованием химических реагентов.
Литература
1. Соколов В. Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами. М., 1954, — С. 73—95.
2. Angehrn М. // Aqua. — 1984. — N 2. — Р. 109—115.
3. Baer G: // Publ Works. — 1979. — Vol. 110, —P. 59— 61.
4. Bayliss С. E., Waites W. M. // Microbiol. Lett. — 1979. — Vol. 5,—P. 98—101.
5. Bull R. /.//J. Amer. Water Works Ass.— 1982. — Vol. 74.— P. 642—648.
6. Craig V., Slig R. //Ibid. — 1981, — Vol. 73,—P. 40— 44.
7. Dressman R. C., Stevens А. Л.//Ibid. — 1983.— Vol. 75. —P. 481—484.
8 .Geizhäuser P. // Wasserwirtschaft. — 1984. — Bd 74,— S. 338—340.
9. Groocock N. Н.//У Inst. Water Eng. Sei. — 1984. — Vol. 38.— P. 163—172.
10. Hener D., Hofmdnn E. // GWF (Wasser-Abwasser) — 1979.— Bd 120, —S. 476—480.
11. Hoalher R. C. //J. Inst. Water Eng. — 1955, —Vol. 9.— P. 191 — 193.
12. Hofj J., Gelddreich E./f J. Amer. Water Works Ass.— 1981, —Vol. 73. —P. 40—44.
13.//«// С. B. //Publ. Hlth Rep. — 1965: — Vol. 80,— P. 695—700.
14. Johnston C. //Mod. Power Eng. — 1982. — Vol. ?6.— N 9—P. 10—15.
15. Lalzer B. //Pat. 622963 (Швейцария).
16. Legan R. W. //Chem. Eng. (N. Y.). — 1982. — Vol. 89,— P. 95-100.
17. Lipovicz M. //Ibid.— 1981. — Vol. 88. — N 22. — P. 40— 41.
18. Malaiyandi M„ Husain Sadar M.. Lee P., O'Grady R.// Water Res. — 1980.— Vol. 14.— P. 1131—1135.
19. Morgan F. //Water Eng. Management.— 1983.— Vol. 130. — N 5. —P. 26—28.
20. Nail A. E./f Water Waste Eng. — 1980. — Vol. 17.— N 2, —P. 43; 48; 52-53.
21. Pecala \V„ Per cow ski J., Rusiak J. //J. Gas, Woda Techn. sanit.—1983. —Vol. 57. — P. 151 — 153.
22. Peytone G. R.. Huang F. Y., Burleson 1. L„ Glaze W. //.//Environ. Sci. Technol.— 1982, — Vol. 16 — P. 454—458.
23. Singer P. C.. Barry III J. J., Palen G. M., Scriv-ner A. E.//3. Amer. Water Works Ass.— 1981. — Vol. 73.— P. 392—401.
24. Tobin R. S„ Smith D. /<.. Horton A.. Armstrong V. C. // Ibid — 1983. — Vol. 75,—P. 481—484.
25. UV Disinfection Chambers. Require Custom Designing.// Water Sewage Works. — 1980. — P. 56—61.
26. Wasluno M./J Radiat Phys; Chem. — 1981. — Vol. 18.— P. 51—52.
27. Yip R IV.. lionasewich D. ¿'.//Water Poll. Contr.— 1972.— Vol. 110.— P. 14—19.
Поступила 23.01.86
УДК 614.72:625.131:614.78
Л. М. Лифлянд
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НЕКОТОРЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ТОКСИЧНОСТИ ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТА
ЦОЛИУВ, Москва
Автомобиль по-прежнему остается основным транспортным средством. По данным литературы на 1979 г., численность мирового автопарка составляла 350 млн. единиц [4]. В странах Европы интенсивность транспортного движения возросла за последние 10 лет не менее чем на 30% [8]. Среди капиталистических стран первое место по производству автомобилей занимает Япония, которая в 1980 г. произвела 11 млн. легковых и грузовых автомобилей, обогнав США (8 млн.) [6]. На Африканском континенте автомобильный парк в 1983 г. составил 6,5 млн. единиц, т. е. 1,5% от общего количества легковых и грузовых машин в мире, причем значительная часть автомобилей приходится на 5 стран — Нигерию, Алжир, Марокко, Ливию и Египет [181. Автопарк стран — членов СЭВ, исключая СССР, составляет около 9 млн. автомобилей, или 3 % мирового автопарка, однако темпы роста его здесь намного выше. Например, в 1975 г. посрав----нению с 1960 г. численность автопарка в ГДР увеличилась в 7 раз, в НРБ — в 8 раз, в ВНР — в 9 раз, в ПНР и ЧССР — более чем в 6 раз [6]. Тенденция к росту мирового автопарка сохраняется, и, по прогнозам, к 1990 г. численность его превысит 500 млн. единиц, а к 2000 г. составит 700 млн. и более [6].
В начале 70-х годов в крупных городах наиболее моторизованных стран около 50 % общей массы выбросов от антропогенных источников загрязнения атмосферы составили выбросы от передвижных средств с двигателями внутренне«4* го сгорания (ДВС) [20].
Перспективы автомобилизации в нашей стране выдвигают проблему снижения токсичности отработанных газов (ОГ) в разряд первостепенных народнохозяйственных задач, решение которых должно осуществляться комплексно. В предыдущих обзорах [12, 13] рассматривались гигиенические аспекты дизелизации автопарка и применения новых видов топлива на автотранспорте как важных средств снижения вредных выбросов с ОГ.
Цель настоящего обзора — на основании опубликованных данных оценить гигиеническую значимость некоторых других мероприятий на автотранспорте.
Известно, что в состав ОГ автотранспорта входит множество ингредиентов, однако в настоящее время нормированию подлежат лишь выбросы СО, СНХ, N0* и дымность, по которой пока нет каких-либо расчетов. Доля выбросов по нормируемым загрязнителям составляет: СО до 75%, СНХ до 35% и N0* около 30% [11]. Используя укрупненный метод расчета выбросов на 1 т из-
