CC BY
45
УДК 628.16
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АММОНИЗАЦИИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
Ж.М. Говорова, У.С. Рудич, В.О. Говоров *Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва
Аннотация.
В статье приведен анализ проблемы образования тригалогенмета-нов в процессе очистки природной воды, содержащей органические загрязнения при ее обработке хлором. Систематизированы данные по хлороформу в питьевой воде в сопоставлении с водоочистной технологией. Рассмотрена классификация тригалогенметанов по токсичности. Результаты исследований динамики образования тригалогенметанов по ступеням очистки показали, что появление хлороформа в воде связано с добавлением в воду хлора, при этом концентрация на выходе после сооружений не снижается и в от-
Keywords:
природная вода, технология очистки воды, хлор, обеззараживание, тригалогенметаны, хлороформ, хлораммонизация.. История статьи: Дата поступления в редакцию: 22.02.20
Дата принятия к печати; 25.02.20
дельных случает превышает норматив.
Для предотвращения образования канцерогенных продуктов хлорирования предложено использовать хлораммонизацию воды.
Поверхностные источники водоснабжения городов и поселений подвергаются интенсивному загрязнению взвешенными, минеральными и органическими веществами. В районах промышленного и сельскохозяйственного производства водоемы и водотоки находятся в критическом санитарно-эпидемиологическом состоянии. Нарушены естественные гидробиологические процессы. Значительно ослаблена самоочищающая способность водных объектов.
Одним из основных этапов очитки природной воды является ее обеззараживание. Для обеззараживания чаще всего используются различные хлорсодержащие реагенты. При хлорировании воды, содержащей высокие концентрации органических загрязнений, свободным хлором образуются летучие хлорорганические соединения, в основном тригалогенметаны, содержание которых в процессе очистки воды снижается, однако, в ряде случаев, в питьевой воде превышает нормативные требования. Подтверждением вышесказанному являются и систематизированные нами литературные данные, представленные в таблице 1.
Z м
О
-I
м
D CD
I
га со
0
1
и о ю О
ш
О >s
О. О
О со О
I
о а - s
0 S
ш s
, s У J
S га
гц
* о
1 1 > га
<
со О а О со О
к
S I
(U I (U Z S
а с
<и
S I
Таблица 1
Концентрации тригалогенметанов (ТГМ)/хлороформа в питьевой воде на выходе
из станций водоподготовки
Водоисточник Технология очистки воды ТГМ/ хлороформ, мкг/л
р. Волга (Россия) хлорирование, коагуляция (флокуляция), отстаивание, фильтрование, обеззараживание хлором -/71,8
р. Дон (Россия) хлорирование, коагуляция (флокуляция), отстаивание, фильтрование, обеззараживание хлором -/75,1
р. Каука (Колумбия) углевание, хлорирование коагуляция (флокуляция), отстаивание, фильтрование, обеззараживание хлором, коррекция рН 12,9/-
вдхр. Sierra Boyera (Испания) хлорирование, коагуляция (флокуляция), отстаивание, фильтрование, обеззараживание хлором 100-150/
р. Тигр (Ирак) хлорирование, коагуляция (флокуляция), отстаивание, фильтрование, обеззараживание гипохлоритом натрия 41,6/-
К тригалогенметанам относятся хлороформ, бромоформ, бромдихлорметан и дибромхлорметан. В питьевой воде большая часть тригалогенметанов представлена в виде хлороформа. Тригалогенметаны обладают высокой мутагенной и канцерогенной активностью. ТГМ по токсичности подразделяются на классы (табл. 2).
Таблица 2
Токсичность побочных продуктов обеззараживания [1]
Вид побочного продукта Состав Классификация согласно AOOC Пагубный эффект
ТГМ Хлороформ Бромдихлорметан В2 Рак, печень, почки, негативное воздействие на репродуктивную систему
Дибромхлорметан С Нервная система, печень, почки, негативное воздействие на репродуктивную систему
Бромоформ В2 Рак, нервная система, печень, негативное воздействие на почки
Условные обозначения: AOOC — агентство по охране окружающей среды США; В2 вероятный канцероген (подтвержденный лабораторными исследованиями); С — возможный канцероген
Образование тригалогенметанов при хлорировании воды является сложным процессом, зависящим от многих факторов, таких как качество исходной воды, температура, состав и концентрация органических веществ, присутствие неорганических веществ, например бромидов, ионов некоторых металлов и
др, режим обработки воды и дозы реагентов. Чем выше значения пермангантной окисляемости и цветности природной воды, обусловленных присутствием гумусовых веществ, тем выше концентрация хлороформа в обработанной хлором воде [2, 3].
Гуминовые кислоты, содержание которых в природном водном гумусе не превышает 15%, активно взаимодействуют с хлором и являются значимыми в процессе образования хлороформа. Ответственными за образование хлороформа при хлорировании воды можно считать ароматические и алифатические соединения, оксосоединения и соединения, содержащие фенольные гидрок-сильные группы. Образование летучих хлорорганических соединений происходит путем чередования реакций галогенирования и гидролиза. Показатель рН воды влияет на кинетику образования ТГМ, определяя скорость процесса гидролиза, и влияя на конечную концентрацию в питьевой воде. При увеличении рН от 7 до 9, содержание ТГМ возрастает в 2-3 раза [4, 5].
Анализ летучих галогенорганических соединений базируется на газохроматографических методах. Для определения используют аттестованные методики с реализацией парофазного анализа [6].
Нормативные требования к содержанию ТГМ в питьевой воде отражены в ГН 2.1.5.1315-03 и ГН 2.1.5.2280-07, которые максимально приближены к рекомендациям ВОЗ, ЕС и других развитых стран. Так, концентрация в питьевой воде хлороформа бромдмхлорметана и четыреххлористого углерода составляет соответственно 60, 30 и 2 мкг/л.
Выполненные нами исследования по динамике образования тригалогенметанов в процессе обработки холодных (температура воды не превышала 1оС) маломутных (4,9-5,3 мг/л) цветных (6671 град.) вод, содержащих органические вещества (перманганатная окисляемость — 12-13 мг/л), ХПК (30-38 мг/л) по двухступенчатой реагентной схеме (горизонтальные отстойники-фильтры; осветлители со слоем взвешенного осадка-фильтры) показали следующее, что после первичного хлорирования свободным хлором дозой от 2 до 5 мг/л в воде появляется хлороформ в количестве 40-61 мкг/л, затем его концентрация после первой ступени очистки немного снижается, и после вторичного хлорирования перед резервуаром чистой воды опять возрастает до 195-215 мкг/л. Полученные данные коррелируют с данными других исследователей.
Вопрос о предотвращении и снижении тригалогенметанов в питьевой воде является по прежнему актуальным как для гигиенистов, так и технологов станций очистки природных вод. В первую очередь необходимо рассматривать методы, направленные на предотвращение образования ТГМ: предочистка воды от органических загрязняющих веществ; корректировка режима хлорирования; применение альтернативных хлору окислителей.
Одним из простых и доступных технологических решений является использование на предварительной стадии аммонизации. Для аммонизации применяют водный раствор аммиака, хлорид и сульфат аммония [7]. При этом хлор с указанными выше реагентами образует хлора-мины. Окислительный потенциал хлораминов ниже, чем у свободного хлора, однако при этом продукты гидролиза и разложения представляют собой сильные окислители. Подбор реагента, его дозы точки ввода осуществляется в каждом конкретном случае путем проведения предварительных испытаний [8].
Вывод. Полученные в результате экспериментальных исследований данные по динамике образования тригалогенметанов (хлороформа) в зависимости от качества природной воды и технологии ее очистки, доз реагентов и режима обработки показали, что водопроводные очистные сооружения не выполняют барьерную функцию по предотвращению загрязнения питьевой воды. Одним из методов повышения санитарной надежности таких сооружений является преаммонизация природной воды, содержащей органические загрязнения с последующей обработкой хлором и образованием хлораминов.
Z м
Û -I
M
D
CÛ
I
га u
0
1 и о ю О
со О >s о. о
О ей О
I
о а - s
О Ê
ш s
, s У J
S га
5Ï
ь о
2 1 > га
<
ей О а О ей О
к s
I
<и
I
<и Z s а с
<и s
I
ЛИТЕРАТУРА
1. Rodríguez, M.J., Rodríguez, G., Sérodes, J.B. and Sadiq, R. (2007) Subproductos de la desinfección del agua potable: formación, aspectos sanitarios y reglamentación // Interciencia. 32. 749-756.
2. Rook J. J. Formation of haloforms during chlorination of natural waters // Water Treatment Examination. 1974. V. 23. р. 234-243.
3. Кантор Л.И., Харабрин С.В. Некоторые закономерности образования тригалогенметанов при обеззараживании воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2004. № 4. Ч.2. С. 45-47.
4. Алексеева Л.П. Снижение концентрации хлорорганических соединений, образующихся в процессе подготовки питьевой воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 9. С. 27-34.
5. Вагнер Е.В. Влияние технологических параметров и качества природной воды на образование галогенуксусных
кислот в составе продуктов дезинфекции воды хлором. Автореф. дис......кандт. техн. наук. М., РХТУ им. Д.И.
Менделеева, 2012. 18 с.
6. Первова М.Г., Кириченко В.Е., Пашкевич К.И. Определение летучих галогенсодержащих органических соединений в воде // Аналитика и контроль. 1999. № 4. С. 11-17.
7. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. 2-е изд, перераб. и доп. Киев, Выща школа, 1986. 352 с.
8. Говорова Ж.М., Журба М.Г. Обоснование водоочистных технологий и их инвестирования: Научное издание. М., 2012. 176 с.
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Ж.М. Говорова, УС. Рудич, В.О. Говоров. Обоснование применения аммонизации природной воды, содержащей органические вещества. — Системные технологии. — 2020. — № 34. — С. 17—20.
JUSTIFICATION FOR THE USE AMMONIFICATION OF NATURAL WATER CONTAINING ORGANIC SUBSTANCES FOR
Zh.M. Govorova, U.S. Rudkh, V.O. Govorov
*Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
Abstract.
The article presents an analysis of the problem of formation of triha-lomethanes in the process of natural water purification containing organic pollution during its treatment with chlorine. Systematized data on chloroform in drinking water in comparison with water treatment technology. The classification of trihalomethanes by toxicity is considered. Results of researches of dynamics of formation of trihalomethanes to purification steps showed that the appearance of chloroform in treated water is due to the addition of chlorine to water, the concentration after structures are not reduced and in some cases exceed the standard.
To prevent the formation of carcinogenic chlorination products, it is proposed to use chlorammonization of water.
Key words:
natural water, water treatment technology, chlorine, disinfection, trihalomethanes, chloroform, chlorammonization. Date of receipt in edition: 22.02.20 Date o f acceptance for printing: 25.02.20
