CC BY
7
Таблица 5
Сравнительная оценка различных методов концентрирования вирусов
Метод
Эффективность, %
Сорбция на МПС Сорбция на AB—17-8 Ловушечнос устройство Модуль МФМ с ММК = 19,1
53,8 ± 0,2 38,5 ± 0,7 55,5 ± 1,6 86,3 ± 1,7
'2.4 = 26,1
= 13.2
Разработанный метод прост в исполнении, технически доступен, экономичен и обладает рядом преимуществ по сравнению с используемыми санитарной службой в настоящее время методами концентрирования:
— время концентрирования вирусов на данной установке сокращается до 42 мин вместо 24 ч и более на ионообменной смоле и макропористом стекле;
— использование этого метода позволяет стандартизировать санитарно-вирусологический анализ воды;
— с помощью этого метода можно проводить санитарно-вирусологический анализ как водопроводной, так и подземной, речной и сточных вод.
Кратность физического концентрирования данным методом составляет 167 раз, а биологического — на 3 порядка.
На заключительном этапе была проведена сравнительная оценка эффективности разработанного нами метода и методов, используемых в настоящее время в санитарной практике — сорбции на макропористом стекле (МПС-1000 ВГХ (5]) и ионообменной смоле (Анионит АВ—17-8) и концентрирования вирусов с помощью "ловушечного устройства", где в качестве сорбента используется оксид алюминия (ГУ НИИ эпидемиологии и микробиологии МЗ Республики Беларусь), при исходной концентрации полиовируса Ю'ТЦДи в Юл водопроводной воды [1, 4|). Полученные данные представлены в табл. 5.
Результаты сравнительной оценки показали, что разработанный нами метод является наиболее эффективным по сравнению с методами, применяемыми в санитарной практике. По степени убывания эффективности они располагаются следующим образом: модуль МФМ с ММК, ловушечное устройство, сорбция на МПС, сорбция на ионообменной смоле (статистически достоверна разница (1 > 2). Кроме того, использование модуля МФМ 0142 позволяет в короткие сроки проводить кон-
центрирование вирусов из вод разной степени загрязнения (питьевой, природных и сточной).
Проведенные исследования показали, что испытанная установка — проточный мембранный фильтрующий модуль с тангенциально-радиальным движением жидкости МФМ 0142 в комплекте с микропористой мембраной капроновой ММК 1 — проста и удобна в использовании, не требует специальной подготовки персонала, обладает высокой эффективностью и большой производительностью (10 л за 42 мин) и может быть использована как лабораториями НИИ, гак и практической службой для концентрирования вирусов из вод различных водных объектов.
Использование при санитарно-вирусологическом контроле воды разработанного нами метода в комплексе с методом поли-меразной ОТ-ПЦР [3, 9) позволяет значительно сократить время анализа (до 3—4 дней) по сравнению с культуральным методом (21 день).
Литература
1. Амросьева Т. В., Вотяков В. И., Дьяконова О. В. и др. // Гиг. и сан. - 2002. — N° 1. — С. 76-79.
2. Конторович В. Б., Кашкарова Г. П. // Гиг. и сан. — 2002. - № 2. - С. 65-67.
3. Лаврова Д. В. // Окружающая среда и здоровье: Материалы ВНПК. г. Суздаль, 19-22 мая 2005 г. - М„ 2005. - С. 363.
4. Метод сбора и концентрирования кишечных вирусов из воды с помощью водопроницаемых пакетов с адсорбентом: Метод, рекомендации. — М., 2000. — С. 1-15.
5. Недачин А. £., Доскина Т. В., Дмитриева Р. А. и др. // Итоги и перспективы научных исследований по проблеме экологии человека и гигиены окружающей среды. — М., 2002. — С. 162—167.
6. Kellogg J. Schwab, Ricardo De Leon, Mark D. Sobsey. // Appl. Environ. Microbiol. 1995. - P. 531-537.
7. Normalisation Française XP T 90—451. — Essais des eaux. Recherche des Enterovirus. — 1996.
8. Reynolds A. K., Gerba C. P., Papper /. L. // Appl. Environ. Microbiol. - 1996. - Vol. 62. - P. 1424-1427.
9. Reynolds K. A. // Meth. Mol. Biol. - 2004. - Vol. 268. - P. 69-78.
Поступила 12.07.05
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2006 УДК 613.471:628.162.82
А. Б. Вандышев, В. А. Куликов, С. Н. Никишин, Р. Л. Акрамов
ОСОБЕННОСТИ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ОЗОНОМ ВОДЫ В ПЛАВАТЕЛЬНЫХ БАССЕЙНАХ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА
Институт машиноведения УрАО РАН, Территориальное управление Роспотрсбнадзора по Свердловской области, Екатеринбург
Использование плавательных бассейнов спортивного, общего и медицинского назначения занимает значительное место в спортивной и социальной сфере современного общества и вносит существенный вклад в оздоровление населения развитых стран. За последние годы в России активно строятся новые и реконструируются существующие общественные бассейны, ак-вапарки и частные купальные бассейны. Наиболее широкое распространение получили плавательные бассейны с рециркуляционной (оборотной) системой водоснабжения, в которых вода из ванны бассейна поступает на очистку, обеззараживается, подогревается и возвращается обратно в ванну бассейна.
На практике показано, что повышение эстетической привлекательности плавательных бассейнов и их безопасность для посетителей могут быть достигнуты при рациональном использовании в системах оборотного водоснабжения озона в качестве сильнейшего обеззараживающего средства и комплексного химического реагента, воздействующего на многочисленные примеси органического и неорганического происхождения.
Несмотря на постоянное расширение интереса к практическому использованию озона в системах водоподготовки плавательных бассейнов, технологические приемы и нормативные документы, регламентирующие его применение, противоречивы и несовершенны [6, 7). Так, в действующем СанПиНе 2.1.2.1188—03 [8] отсутствуют сведения по содержанию остаточ-
ного озона в воде ванны бассейна, а нормируется лишь показатель концентрации остаточного озона в процессе эксплуатации — не более 0,1 мг/дм1 перед поступлением в ванну бассейна. Фактически (хотя и в неявной форме) использование озона разрешено действующим нормативным документом [3| только в сочетании с хлором с регламентируемой концентрацией в пределах 0,1—0,3 мг/л. Напомним, что обеззараживание одним хлором нормируется [8| более высокими концентрациями — 0,3-0,5 мг/л.
В России комбинированный метод обеззараживания озоном и хлором был впервые представлен в СанПиНе 2.1.2.568—96, при составлении которого в том числе были использованы результаты наших технологических испытаний установки озонирования в плавательном бассейне с объемом ванны 850 м3 [5]. В откорректированном виде комбинированный режим обеззараживания озоном и хлором сохранился и в действующем с 1 мая 2003 г. СанПиНе 2.1.2.1188-03.
Целью данной работы являлось обоснование применения озона с учетом особенностей его свойств в качестве единственного обеззараживающего реагента в плавательных бассейнах рециркуляционного типа и количественно оценить границы возможного его использования.
На лабораторной модели плавательного бассейна [1] экспериментально установлено, что концентрация остаточного озона в
Рис. 1. Зависимость натурального логарифма концентрации озона в ванне бассейна от отношения V/Q при различных начальных концентрациях озона.
С0: /- 0,1; 2- 0,2; 3- 0,3; 4 - 0,5, 5 - 1,0; 6- 1,5; 7- 2,0; 8- 2,5; 9 — 3,0; 10 — 4,0; II — 5,0 мг/л. По оси абсцисс — отношение V/Q (в ч), по оси ординат — безразмерный натуральный логарифм концентрации озона в воде ванны бассейна (размерность концентрации под знаком логарифма в мг/л).
вахне бассейна зависит от начальной концентрации озона в воде С0, подаваемой в ванну бассейна из контактного аппарата, и отношения объема ванны бассейна У к расходу воды Q. В опытах использовали водопроводную воду с температурой 18,5"С и рН = 7,3.
Показано, что величины измеренных концентраций озона С в воде модельной ванны бассейна при различных фиксированных отношениях V/Q (2, 3, 4 ч) и построенные на основании опытных данных линейные зависимости InC—V/Q описываются физически обоснованным уравнением (1), выведенным на основании представления о непрерывности потока воды и предположения, что реакция разложения озона подчиняется уравнению кинетики химической реакции первого порядка [4]:
1пС=1пС0-к-£. (1)
На основании экспериментальных данных по уравнению (1) оценили величину константы скорости разложения озона к, которая составила 1,33722 ч"1. Анализируя литературные опытные данные [4) по кинетике разложения озона в координатах 1пС— т (где т — время) с использованием уравнения (2), оценили константу скорости разложения озона в дистиллированной воде (к = 1,42833 ч"1), величина которой близка к полученной нами и отличается лишь на 6,38%:
1пС=1пС0-к- т. (2)
При дальнейших вычислениях использовали среднюю величину константы скорости разложения озона в воде kcv = (1,33722 + 1,42833)/2 = 1,382775 ч"1. В этом случае отклонение экспериментально определенных констант в водопроводной и дистиллированной воде |4] от средней величины константы скорости разложения озона кср составляет -3,2%.
С целью оценки границ применения озона в качестве единственного обеззараживающего реагента, используя уравнение (1), рассчитали величины InC при различных отношениях V/Q (1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 и 8 ч) при начальных концентрациях озона С0 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 и 5,0 мг/л. Нижняя граница диапазона выбранных начальных концентраций озона С0 0,1 мг/л обусловлена величиной норматива действующего СанПиНа 2.1.2.1188—03; С0 0,3 мг/л соответствует нормативному показателю СанПиНа 2.1.4.1074—01 для обеззараживания питьевой воды, а верхняя граница С0 5,0 мг/л служит пределом измерения анализатора "Озон-В". Результаты расчетов нанесли на график в координатах /пС—У/Q (рис. 1).
В качестве возможного нормативного показателя концентрации озона в воде ванны бассейна нами предложена величина, равная 0,01 мг/л. На рис. 1 это значение концентрации озона в воде отмечено пунктирной линией. Выбор величины предло-
женного норматива концентрации озона в воде ванны бассейна обусловлен следующими соображениями.
Во-первых, указанная выше концентрация озона в воде ванны бассейна — 0,01 мг/л — с учетом чувствительности прибора 0,001 мг/л (например, анализатора типа "Озон-В") достаточно надежно измеряется [1]. Кроме того, может быть использован йодометрический способ определения остаточного озона в воде по ГОСТу 18301—72 |2] с увеличенным объемом отбираемой пробы воды для повышения чувствительности метода. В этом случае озон, растворенный в воде, вытесняется воздухом или азотом из большой газовой промывалки с пробой воды, отобранной из ванны бассейна, и переносится в малую газовую промывалку с поглощающим раствором йодистого калия. Выделившийся йод титруется раствором серноватисто-кислого натрия. Отношение объемов большой У6 и малой Уи газовых про-мывалок равно 10.
Во-вторых, учитывая, что озон как минимум в 30 раз более сильное обеззараживающее средство, чем хлор, принятая в качестве норматива концентрация озона в воде ванны бассейна 0,01 мг/л эквивалентна концентрации хлора в воде как минимум 0,3 мг/л, что не противоречит санитарным нормам по обеззараживанию хлором [8].
В-третьих, отсутствие превышения ПДК 0,16 мг/м' [8] в воздухе над поверхностью воды модельной ванны бассейна.
Пунктирная линия на рис. 1 делит график на две области и наглядно показывает, что в верхней области (при С> 0,01 мг/л) для эффективного обеззараживания достаточно одного озона, а в нижней области (при С < 0,01 мг/л) одного озона недостаточно и требуется дополнительный обеззараживающий реагент (например, хлор).
Из рис. I видно, что для каждой фиксированной начальной концентрации озона в воде С0 по точке пересечения зависимости 1пС—У/(2с пунктирной линией можно оценить величину отношения У/<2, при котором достигается принятая граничная концентрация озона в воде ванны бассейна — 0,01 мг/л. Для расчетов зависимости параметра У/О от начальной концентрации озона в воде на входе в ванну бассейна С0 при фиксированной величине концентрации озона в ванне бассейна С трансформируем уравнение (1) следующим образом:
У _ /л С„- 1п С О Кь
Подставляя в выражение (3) значение С, равное 0,01 мг/л, рассчитали отношение У/<2 в диапазоне начальных концентраций С0 от 0,1 до 5 мг/л и представили расчетные данные в виде графика (рис. 2), из которого видно, что с увеличением С0 от 0,1 до 2,0 мг/л отношение У/0 заметно возрастает — с 1,665 до 3,832 ч, а при дальнейшем росте начальной концентрации С0 от 2,5 до 5,0 мг/л параметр У/0 изменяется незначительно и увеличивается лишь с 3,993 до 4,494 ч.
На основании данных, представленных в данной работе, проанализируем положения действующего СанПиНа 2.1.2.1188—03 [8], относящиеся к использованию озона в качестве обеззараживающего средства в системах водоподготовки плавательных бассейнов.
Рис. 2. Зависимость отношения от начальной концентрации озона С0 при концентрации озона в ванне бассейна С 0,01 мг/л.
По оси абсцисс — (в мг/л), по оси ординат — отношение У/0 (в ч).
В п.1.3 (Раздел 1 [8]) установлены требования к режиму эксплуатации плавательных бассейнов, качеству поступающей и содержащейся в них воды и ее обеззараживанию, направленные на обеспечение эпидемической безопасности в отношении грибковых, вирусных, бактериальных и паразитарных заболеваний, передаваемых через воду, и предупреждение возможности вредного влияния химического состава воды на организм человека, в том числе раздражающего действия на слизистые и кожу и интоксикаций при поступлении вредных веществ при дыхании, через неповрежденную кожу и при заглатывании воды.
В п.5.4. (Раздел 5 [8]) сформулировано, на наш взгляд, важнейшее (ключевое) понятие о критической контрольной точке, согласно которому потенциально опасным фактором, оказывающим наиболее неблагоприятное влияние на здоровье посетителей бассейна, является качество воды в ванне бассейна.
С точки зрения этого ключевого понятия название способа обеззараживания должно определяться по наименованию того обеззараживающего средства, которое гарантированно обеспечивает безопасность воды в критической точке (ванне бассейна). Поскольку в рамках действующего СанПиНа 2.1.2.1188—03 только хлор гарантированно обеспечивает безопасность воды в ванне бассейна, хлорирование является фактически единственным основным способом обеззараживания. Другие методы обеззараживания, включая озонирование с нормированным показателем не более 0,1 мг/л перед подачей в ванну бассейна, являются лишь вспомогательными. Практически аналогичная ситуация наблюдается и в иностранных нормативных документах.
Авторы впервые научно обоснованно показали, что озон по существу может гарантированно обеспечивать безопасность воды в критической точке (ванне бассейна) и сформулировали основные требования к использованию озона в качестве единственного обеззараживающего средства для плавательных бассейнов рециркуляционного типа:
1. В качестве нормативного показателя следует принять величину концентрации остаточного озона в панне бассейна не менее 0,01 мг/л.
2. Отношение объема воды в ванне бассейна к объемному расходу рециркуляционного потока воды V/Q или эквивалентное этому отношению время полного обмена воды в бассейне должно быть не более 4,49 ч, что не противоречит данным, приведенным в табл. 1 действующего СанПиНа 2.1.2.1188—03: спортивные бассейны — не более 8 ч., оздоровительные — не более 6 ч, детские учебные: дети до 7лет — не более 0,5 ч, дети старше 7 лет — не более 2 ч.
3. Оценка величины начальной концентрации озона С0 перед подачей в ванну бассейна при выбранном допустимом отношении V/Q в интервале 1—4,49 ч производится по уравнению (4):
//1С0 = /лС+W
где С= 0,01 мг/л, а = 1,382775 ч'1.
4. При обеззараживании воды озоном необходимо свести к минимуму потери растворенного окислителя, связанные со взаимодействием озона с конструкционными материалами путем их рационального подбора и с примесями за счет их эффективного удаления на стадии, предшествующей смешению озона с водой.
При отношении V/Q, эквивалентном времени полного обмена воды в бассейне, более 4,49 ч (см. рис. 1), озон может использоваться только в качестве вспомогательного обеззараживающего средства при комбинированном способе обеззараживания. В этом случае режим обеззараживания должен называться по наименованию основного обеззараживающего средства, обеспечивающего безопасность воды в критической точке (например, хлорирование в сочетании с озонированием).
Нельзя не отмстить, что при нормировании действующим СанПиНом 2.1.2.1188—03 [8| концентрации озона в воде перед подачей в ванну бассейна С0 < 0,1 мг/л без внимания остается время выдержки при этой концентрации.
Известно, что эффективность обеззараживания воды определяется двумя параметрами: концентрацией окислителя и временем выдержки, или экспозицией. Применительно к обработке озоном циркуляционной воды плавательных бассейнов, осуществляемой в камерах смешения, необходимо нормировать не только концентрацию озона после камеры смешения, но и время смешения озона с водой. По крайней мере СанПиН 2.1.4.1074—01 для обеспечения гарантированного обеззараживания потока питьевой воды нормирует величину концентрации озона после камеры смешения как равную 0,3 мг/л при времени контакта озона с водой не менее 12 мин.
Поскольку обработка озоном рециркуляционного потока воды плавательного бассейна практически не отличается от озонирования потока питьевой воды, вполне возможно применение наиболее корректного двухпарамстрического норматива СанПиН 2.1.4.1074—01 для обработки озоном рециркуляционного потока воды в плавательном бассейне.
В последнее время в зарубежной практике все чаще используется обобщенный критерий эффективности обеззараживания, представляющий собой произведение концентрации озона в воде после камеры смешения С (в мг/л) и времени экспозиции Т (в мин) — С-Г (в мг-л"1-мин). На основании СанПиНа 2.1.4.1074—01 критерий обеззараживания потока питьевой воды в камере смешения С • Т = 0,3 ■ 12 = 3,6 мг • л"1 • мин. Исходя из данных, полученных французскими исследователями, обобщенный критерий обеззараживания воды С- Т= 0,4 • 4 = 1,6 мг-л"1, мин.
Нам представляется вполне возможным использование более гибкого в технологическом и техническом отношениях критерия обеззараживания С-Тв интервале 1,6—3,6 мг-л"1-мин для рециркуляционных потоков плавательных бассейнов в качестве предварительного норматива при условии соблюдения нормативов по основным микробиологическим и паразитоло-гическим показателям. В дальнейшем, после накопления и обобщения практического опыта по применению критерия С • Т для обеззараживания озоном оборотной поды в плавательных бассейнах рециркуляционного типа, величину норматива можно будет уточнить. Риск, связанный с применением критерия С- Г, отсутствует, так как при комбинированном способе обеззараживания основным обеззараживающим средством, обеспечивающим безопасность в критической точке (ванне бассейна), является более стойкий к разложению хлор.
В п.3.8.6 СанПиНа 2.1.2.1188—03 для периодов продолжительного перерыва в работе бассейна (более 2 ч) допускается повышение концентрации обеззараживающего озона до 0,5 мг/л. Учитывая особенность озона, связанную с его разложением в воде, согласно уравнению (1) практическое достижение такой величины концентрации озона в воде ванны бассейна весьма затруднительно. Поэтому озон целесообразно исключить из п.3.8.6 СанПиНа 2.1.2.1188-03.
Таким образом, основная цель данной работы — обоснование применения озона в качестве единственного обеззараживающего реагента в плавательных бассейнах рециркуляционного типа и количественная оценка границ его использования — достигнута.
Высказаны соображения по уточнению нормативных показателей применения озона в качестве вспомогательного обеззараживающего средства при комбинированном методе обеззараживания воды плавательных бассейнов рециркуляционного типа совместно с хлором.
Надеемся, что представленные данные будут способствовать более глубокому пониманию особенностей применения озона и послужат дальнейшему более грамотному использованию этого эффективного обеззараживающего средства в плавательных бассейнах различного назначения.
Литература
1. Вандышев А. Б., Куликов В. А., Никишин С. Н. // Сборник тезисов докладов VIII Международного симпозиума "Чистая вода-2005". — Екатеринбург, 2005. - С. 163-164.
2. ГОСТ 2874—82. Вода питьевая. Методы анализа: Сборник. - М., 1996.
3. Даниэле Ф., Олберти Р. Физическая химия. — М., 1978.
4. Кожинов В. Ф., Кожинов И. В. Озонирование воды.
- М., 1974.
5. Куликов В. А., Вандышев А. Б., Макаров В. М. и др. // Водоснабжение и сан. техника. — 1998. — № 6. — С. 7-9.
6. Рогожкин Г. И. // Сантехника. — 2003. — № 4. — С. 4-9.
7. Самойлович В. Г. // Водоснабжение и сан. техника.
- 2000. - № 1. - С. 19-20.
8. Сан ПиН 2.1.2.1188—03. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды плавательных бассейнов.— М., 2003.
Поступила 15.07.05
