CC BY
9
должна определяться временем выживания их без учета процессов на основе гидрогеологических и гидродинамических параметров водоносного пласта.
Поступила I3/VII 1978 г.
PREDICTION OF MICROBIAL SELF-PURIFICATION OF GROUND WATER E. I. Molozhavaya, N. V. Chugunikhina, and M. I. Afanasieva
A mathematical model for prediction of microbial self-purification of ground water is proposed. The model takes into account the survival and sorption of microorganisms and the hydrogeologic parameters of filtration.
УДК 613.34:628.165
Кандидаты мед. наук Ю. А. Рахманин и А. И. Мельникова, Ю. Н. Никитина, канд. мед. наук С. Б. Селиванов
САНИТАРНО-МИКРОБИОЛО ГИ ЧЕСК АЯ ОЦЕНКА ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В настоящее время для получения пресной воды из морских и солоноватых вод широко используются методы дистилляции и электродиализа, однако в ближайшем будущем для этих целей не меньшее значение приобретет метод обратного осмоса (И. Э. Апельцин и Е. А. Клячко, и др.). В США, Англии, Италии уже выпускаются обратноосмотические установки производительностью от 20 до 600 м3 сут (Leither). В СССР разработаны, теоретически обоснованы и конструктивно решены в основном фильтр-прес-совые системы (Ю. И. Дытнерский и соавт., и др.). Для успешного внедрения обратноосмотических установок в народнохозяйственную практику важна их санитарно-микробиологическая оценка.
Санитарно-микробиологические исследования мы проводили в экспериментальных и натурных условиях, определяя общее количество бактерий, коли-индекс, содержание Е. coli (штамма В), фага Т1, полиовируса (атте-нуированного штамма LSc2ab), НАГ — вибриона 1-й группы Хейбедга и модельного штамма бактерий М71.
С целью изучения зависимости качества опресненной воды от селективности (степени проницаемости) полупроницаемых мембран исследования выполняли на экспериментальной установке, разработанной Всесоюзным научно-исследовательским институтом ВОДГЕО Госстроя СССР и Научно-исследовательским институтом коммунального водоснабжения и очистки воды, состоявшей из 27 фильтрующих элементов с самостоятельными отводными коллекторами. В результате предварительного определения гомогенности мембран методом дефектоскопии и эффективности опреснения воды каждой из них все фильтрующие элементы были распределены на 6 групп на основании их солезадерживающей способности. Имитат подземных вод с солесодержанием 4 и 8 г/л искусственно заражали на уровне 2 логарифмов в 1 мл Е. coli (штамм В), фагом Т1 и полиовирусом LSc2ab.
Установлено, что все исследуемые микроорганизмы независимо от исходного уровня минерализации воды полностью задерживались фильтрующими элементами, солезадерживающая способность которых превышала 87%. Опресненная вода, полученная от фильтрующих элементов, солеза-держивающий эффект которых был в пределах 79—85%, по количеству общепринятых санитарно-показательных микроорганизмов отвечала требованиям, предъявляемым к питьевой воде, однако в ней обнаруживались вирусы. При солезадержании ниже 73% в фильтре в значительных количествах содержались как полиовирусы, так и Е. coli; фаг Т1 не обнаружен.
Для проверки полученных данных поставлен эксперимент в натурных условиях на опреснительной установке, состоявшей из 2 аппаратов, соле-задерживающий эффект которых составлял 63 и 70%. Относительно загрязненную морскую воду (общее число бактерий в 1 мл 222, коли-индекс 500) искусственно дополнительно заражали Е. coli и фагом Т1. Установлена высокая степень задержки микроорганизмов на обоих аппаратах. Содержание Е. coli в опресненной воде понижалось соответственно на 98,5 и 99,3%, общее количество бактерий — на 98,1 и 99,2%. Наиболее высокая эффективность отмечалась в отношении фага Т1, составлявшая 99,2 и 99,3%, что подтверждает его низкую устойчивость к технологическим условиям получения опресненной воды на обратноосмотнческих установках. Хотя оба аппарата имели низкую солезадерживающую способность, отмечена четкая корреляция между обеззараживающим эффектом и селективностью (проницаемостью) мембран.
С целью изучения влияния степени микробного загрязнения исходной воды на качество опресненной на стендовой установке в лаборатории гигиены опресненных вод института и в натурных условиях проведено опреснение нмитатов солоноватых вод (солесодержание 5,3 г/л) и черноморской воды с искусственным заражением Е. coli (штамм В), фагом Т1 и по-лиовирусом LSc2ab. На стендовой установке с высокогомогенными мембранами при значительном эффекте обессоливания (задержка солей <=»93%) изученные, микроорганизмы, в том числе вирусы полиомиелита (величиной 270—280 А), не проходили в опресненную воду, несмотря на значительное (на уровне 1—2 логарифмов) микробное загрязнение исходной воды: Е. coli 634± 14 и 59±2 в 1 мл, фаг Т1 328±31 и 13±2 БОЕ/мл, вирус полиомиелита LSc2ab 824±35 и 19±2 БОЕ/мл.
В натурных условиях обнаружено, что при уровне микробного загрязнения исходной морской воды 3 логарифма и выше возможно проникновение части микроорганизмов в фильтрат даже при высоком (87%) солезадержи-вающем эффекте в количествах, превышавших требования ГОСТа 2874-73 «Вода питьевая». Полученные результаты в определенной мере согласуются с данными Sorber, установившего при изучении возможности концентрирования вирусов в пробах методом фильтрации через полупроницаемые мембраны, что при высоком исходном уровне вирусного загрязнения возможно проникновение вирусов в фильтрат даже при солезадержанин мембран выше 85—90%, а в ряде случаев и при солезадержанин 97—98%.
В отдельной серии экспериментальных исследований, проведенных на установке Всесоюзного научно-исследовательского института ВОДГЕО, исходную воду искусственно заражали модельным штаммом патогенных энтеробактерий М71 (в количестве 2 логарифма на 1 мл), и, несмотря на высокий солезадерживакнций эффект (93—95%), в опресненной воде бактерии все же обнаруживались. На установке «Роса» отмечено, что при соле-задерживающем эффекте 90% в опресненную воду может проникать НАГ — вибрион 1-й группы Хейберга, содержавшийся в исходной морской воде. В связи с этим имеются основания полагать, что основными критериями достаточного обеззараживающего эффекта обратного осмоса является не только солезадерживающая способность мембран, но и их гомогенность, а также уровень инициального микробного загрязнения опресняемой воды. По-видимому, учет этих факторов позволяет в известной мере объяснить разноречивые данные литературы о микробиологической характеристике вод, полученных в процессе обратноосмотического разделения (JI. И. Эль-пинер и соавт.).
В натурных условиях изучена также зависимость микробного состава опресненной воды от отношения фильтрата к сбросу (1:1, 1:2, 1:5). Фильтрующие элементы имели селективность соответственно 87, 74 и 80%. При значительном уровне исходного микробного загрязнения (общее число бактерий в 1 мл 2818±237, коли-индекс 287 500±6176) обеззараживающий эффект при всех трех режимах был высоким: общее количество бактерий
понижалось на 99,8%, коли-индекс — на 99,99%. Наиболее высокую эффективность обеззараживания, учитывая данные о селективности мембран, отметили при отношении фильтрата к сбросу 1 : 2. При этом режиме работы, по-видимому, не образуются застойные поля фильтрации воды, способствующие понижению эффективности работы мембран.
Высокая задерживающая микроорганизмы способность полупроницаемых мембран обусловлена, по-видимому, не только фильтрующей способностью, т. е. размером пор и микробных тел (Реггу и Vincent). Вероятно, это более сложный процесс, связанный как с задержкой микроорганизмов в процессе фильтрации, адсорбцией на поверхности мембран, так и с их частичным разрушением. Известно, например, что вирусы, особенно фаги, нестабильны в растворе с низкой ионной силой, каким может являться фильтрат.
Комплексный процесс обратного осмоса на микроорганизмы изучали на стендовой установке по двум схемам — циркуляционной и прямоточной. Пробы опресненной, исходной и сбросной вод (концентрата) отбирали каждый час непрерывной работы установки в течение 4—5 ч. Результаты исследований показали, что как при прямоточной (селективность мембран 76%, так и при циркуляционной (93%) схеме эффективность задержки вирусов и фагов очень высока. Однако при циркуляционной схеме работы модуля происходило постепенное снижение содержания микроорганизмов (особенно фага Т1) и в исходной воде в результате ее многократной прогонки через установку, что подтверждает возможность разрушения части микроорганизмов в процессе опреснения или задержки их в толще мембран. По-видимому, определенное значение может иметь и форма микробных тел, в частности, известно, что в сравнении с фагом Т1, имеющим длинный хвостовой отросток, структура полиовируса упрощена.
Микробиологическая оценка качества опресненной воды в зависимости от вида мембран (производства Всесоюзного научно-исследовательского института синтетических смол и Научно-исследовательского института пластических масс) показала, что при хорошей гомогенности и высоком соле-задерживающем эффекте ацетилцеллюлозных мембран (соответственно 93 и 92—95%) в обоих случаях ни один из изученных микроорганизмов в фильтрат не поступал.
По данным литературы, может происходить деградация полупроницаемых мембран за счет размножения на них специфической микрофлоры, разрушающей их (Kissinger и Willits, и др.). В опытах, поставленных нами со средой Гетчинсона, в которую вносили ацетилцеллюлозные мембраны и целлюлозоразлагающие микроорганизмы, выделенные из чернозема, в течение 8 мес не выявлено заметных изменений структуры ацетилцеллюлозных мембран, свидетельствующих об их гидролизе. Полученные данные можно объяснить неспецифичностью исследованных микроорганизмов к изученным ацетилцеллюлозным мембранам или относительной устойчивостью последних к их действию.
Для изучения влияния ацетилцеллюлозных мембран, мипласта и паро-нита, используемых при опреснении воды методом обратного осмоса, на жизнедеятельность микроорганизмов проведены экспериментальные исследования длительностью 15 сут и 6 мес в речной воде с естественным содержанием микроорганизмов, а также в автоклавированной воде, зараженной Е. coli (штамм В), бактериями группы кишечной палочки (свежевыде-ленными из речной воды) и фагом Т1. Установлено, что все они не обладают бактерицидными свойствами. Наоборот, мипласт, паронит и ацетил-целлюлозные мембраны МГА и МОО оказывают заметное стимулирующее действие на развитие общей сапрофитной микрофлоры и бактерий группы кишечной палочки, что необходимо учитывать при организации санитарного контроля за работой обратноосмотических опреснительных установок при использовании их для хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных мест.
Выводы
1. Основные показатели эффективности обеззараживающего действия процесса обратного осмоса — солезадерживающая способность и гомогенность полупроницаемых мембран. Микробиологические показатели опресненной воды зависят от степени и характера микробного загрязнения исходной воды, режима эксплуатации установок и не зависят от фильтрующей основы применяемых мембран и уровня минерализации исходной воды.
2. В определенных условиях метод обратного осмоса позволяет получить практически стерильную опресненную воду. Последняя при умеренном уровне исходного микробного загрязнения (не более 1—2 логарифмов), хорошей гомогенности и селективности полупроницаемых мембран более 93% отвечает необходимым требованиям ГОСТа на питьевую воду. При высоком уровне микробного загрязнения исходной воды (3 логарифма и выше), несмотря на высокий солезадерживающий эффект, возможно проникновение части микроорганизмов через мембраны в опресненную воду, что обусловливает необходимость применения мембран с селективностью не менее 96—98% (по солезадерживающей способности).
3. При определенной селективности мембраны (солезадерживающей способности более 80%) общепринятые в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения микробиологические показатели — общее количество бактерий и коли-индекс (коли-титр) могут терять свое санитарно-показатель-ное значение в условиях значительного загрязнения опресняемой воды более мелкими микроорганизмами — вирусами, которые способны при этом проникать в опресненную воду. В связи с этим необходимо их непосредственное определение или применение мембран с более высокой селективностью.
4. Учитывая недостаточную кондиционность используемых в настоящее время мембран, способность их стимулировать рост и развитие микроорганизмов, воду, опресненную методом обратного осмоса и предназначенную для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, следует подвергать обязательному заключительному обеззараживанию в соответствии с общепринятыми методами. Необходимы стандартизация качества полупроницаемых мембран и контроль качества мембран методом дефектоскопии.
ЛИТЕРАТУРА
Апельцин И. Э., Клячко В. А. — В кн.: Опреснение воды. М., 1968.
Эльпинер J1. И., Шафиров Б. Ю., Ховах И. М. — В кн.: Опреснение соленых вод и
использование их в водоснабжении. М., 1972, с. 197—203. Kissinger J., Willits С. — Food Technol., 1969, v. 23, p. 177—180. Leither G F. — Chem. Eng. Progr., 1973, v. 79, p. 83.
Perry V. P., Vincent M. M. — In: Methods in Virology. New York, 1967, v. 2, p. 367. Sorber С. A. — J. Water Res., 1972, v. 6, p. 1377—1388.
Поступила 17/VII 1978 r
SANITARY MICROBIOLOGIC ASSESSMENT OF THE REVERSE OSMOSIS TECHNIQUE OF WATER DESALINATION
Yu. A. Rakhmanin, A. I. Melnikova, Yu. N. Nikitina, and S. B. Selivanov
It is concluded that for semipermeable membranes of certain selectivities, the conform count may be of little value as a water-quality test and that the prerequisites for the use of reverse osmosis facilities include the final decontamination of desalinated water and standardization and preliminary defectoscopy of semipermeable membranes.
