27.34Kb - G

ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ: ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ
Митина О.А.
Рудненский индустриальный институт
Безопасность жизнедеятельности человека во многом определяется состоянием
окружающей среды и может быть обеспечена лишь при соблюдении определенных правил
взаимодействия с ней.
Вторая половина XX века знаменовала собой наступление эколого-экономического
кризиса поистине во вселенском масштабе. В разных странах проявление этого кризиса
имело различный характер и не совпадало по срокам, однако достаточно быстро стала
понятна его основная черта – деградация природы и неспособность государств решить эту
проблему. Причины кризиса определяются истощением природных ресурсов, особенно
«удобно расположенных» для использования, глобальным загрязнением окружающей среды
и, как следствие, ухудшением здоровья всего живого на Земле, включая человека. /1/
Научно-технический прогресс, развитие промышленности и транспорта вызывают все
более интенсивное использование природных ресурсов Земли, что в сочетании с ростом
населения и непрекращающейся урбанизацией приводит к усилению нагрузки на
окружающую среду и, в первую очередь – загрязнению гидросферы.
Вода и жизнь - понятия неразделимые. И среди всех экологических проблем, с
которыми сейчас столкнулся Казахстан, обеспечение населения питьевой водой
надлежащего качества занимает одно из ведущих мест. Это, безусловно, дело
государственной важности.
На сегодняшний день существует острый дефицит пресной воды во многих регионах
планеты в целом, и на западе Казахстана в частности. В рамках решения проблемы
обеспечения населения качественной питьевой водой в Республике Казахстан была
разработана отраслевая программа «Питьевая вода» на 2002-2010 годы. Но, проблема
обеспечения качественной водой из-за допускаемых нарушений до сих пор остро стоит в
отдельных регионах, о чем свидетельствуют результаты проведенных проверок.
На современном этапе определяются такие направления рационального
использования водных ресурсов как более полное использование и расширенное
воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов,
позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление
свежей воды.
Водоснабжение является одной из важнейших отраслей техники, направленной на
повышение уровня жизни людей, благоустройство населенных пунктов, развитие
промышленности и сельского хозяйства. Снабжение населения кондиционной водой в
достаточном количестве имеет важное социальное и санитарно-гигиеническое значение,
предохраняет людей от эпидемических заболеваний, распространяемых через воду.
В настоящее время имеет место низкий эффект барьерных функций существующих
технологических схем водоподготовки.
Эксплуатирующиеся водоочистные сооружения поверхностных водоисточников
построены, как правило, по устаревшим технологическим схемам, предназначенным для
кондиционирования природных вод с небольшим техногенным и антропогенным
загрязнениями. В настоящее время они не в состоянии обеспечить снабжение потребителей
доброкачественной водой, т.к. их барьерные функции в отношении ионов тяжелых металлов,
хлорорганических соединений, фенолов, нефтепродуктов, кишечных протозойных и других
распространенных загрязнений чрезвычайно малы.
По экономическим причинам происходит задержка внедрения новых технологических
процессов. /2/
Все технологические схемы очистки и обеззараживания воды (старые и новые)
должны опираться на основные критерии, предъявляемые к качеству питьевой воды:
питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по
химическому составу и обладать благоприятными органолептическими (вкусовыми)
свойствами. Эти критерии лежат в основе нормативных актов всех стран. Причем эти
документы учитывают тот факт, что опасность заболеваний человека от
микробиологического загрязнения воды во много тысяч раз выше, чем при загрязнении воды
химическими соединениями различной природы.
Обеззараживанием воды называют процесс уничтожения находящихся там
микроорганизмов. До 98% бактерий задерживается в процессе очистки воды, но среди
оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные)
микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды.
В технологии водоподготовки известно много методов обеззараживания воды,
которые можно классифицировать на четыре основные группы:
 термический;
 с помощью сильных окислителей;
 олигодинамия (воздействие ионов благородных металлов);
 физический
(с
помощью
ультразвука,
радиоактивного
излучения,
ультрафиолетовых лучей).
Из перечисленных методов наиболее широко применяют методы второй группы. В
качестве окислителей используют хлор, диоксид хлора, озон, йод, марганцовокислый калий;
пероксид водорода, гипохлорит натрия и кальция.
За последние 100 лет хлор стал практически универсальным средством для
обработки питьевых и сточных вод. /3/
Кроме главной функции - дезинфекции, благодаря уникальным окислительным
свойствам и консервирующему эффекту последействия хлор служит и другим целям контролю за вкусовыми качествами и запахом, предотвращению роста водорослей,
поддержанию в чистоте фильтров, удалению железа и марганца, разрушению сероводорода,
обесцвечиванию и т. п. В этом смысле ни одно из альтернативных хлору средств не может
сравниться с ним по универсальности и простоте применения.
В последние десятилетия активно обсуждается вопрос повышения эффективности
очистки и обеззараживания воды с применением для этого новых технологических схем.
Причем достаточно прочную позицию занимает точка зрения, что хлорирование - это очень
плохо и вредно.
В существующей практике обеззараживания питьевой воды хлорирование
используется наиболее часто, как наиболее экономичный и эффективный метод по
сравнению с любыми другими известными методами. В США 98,6% воды (подавляющее
количество) подвергается хлорированию. Аналогично применение хлора в странах
постсоветского пространства, да и в других странах. Т.е. в мире в 99 из 100 случаев для
дезинфекции используют либо чистый хлор, либо хлорсодержащие продукты. В США для
этих целей используют в среднем около 500 тыс. т хлора в год, в России - до 100 тыс. т, в
Казахстане – до 68 тыс. т. Такая популярность хлорирования связана и с тем, что это
единственный способ, обеспечивающий микробиологическую безопасность воды в любой
точке распределительной сети и в любой момент времени благодаря эффекту последействия.
Все остальные методы обеззараживания воды, в т.ч. и промышленно применяемые в
настоящее время озонирование и УФ-облучение, не обеспечивают обеззараживающего
последействия и поэтому требуют хлорирования на одной из стадий водоподготовки.
Имеющиеся в практике системы озонирования и УФ-облучения питьевой воды
работают совместно с оборудованием для хлорирования. При этом если все преимущества и
недостатки различных способов хлорирования хорошо изучены ввиду широкого их
использования, альтернативные способы требуют осторожного применения вследствие
недостаточной изученности влияния последствий их применения на здоровье человека.
Одним из существенных недостатков газообразного хлора считаются повышенные
требования к его перевозке и хранению и потенциальный риск для здоровья, связанный,
прежде всего, с
возможностью образования тригалометанов (ТГМ): хлороформа,
дихлорбромметана, дибромхлорметана и бромоформа. /3/ Образование тригалометанов
обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с органическими веществами
природного происхождения. Замена газообразного хлора гипохлоритом натрия или кальция
для дезинфекции воды вместо молекулярного хлора не снижает, а значительно увеличивает
вероятность образования ТГМ. Поэтому наиболее рациональным методом уменьшения
побочных продуктов хлорирования является снижение концентрации органических веществ
на стадиях очистки воды до хлорирования. /4/
Последние исследования показали, что мнение об озонировании как о более
безвредном способе обеззараживания воды ошибочно. Метод озонирования технически
сложен, требует больших расходов электроэнергии и использования сложной аппаратуры,
которой нужно высококвалифицированное обслуживание. Необходимо учитывать некоторые
особенности озонирования. Прежде всего, нужно помнить о быстром разрушении озона, то
есть отсутствии такого длительного действия, как у хлора.
Озонирование может вызвать (особенно у высокоцветных вод и вод с большим
количеством «органики») образование дополнительных осадков, поэтому нужно
предусматривать после озонирования фильтрование воды через активный уголь. В
результате озонирования образуются побочные продукты, включающие: альдегиды, кетоны,
органические кислоты, броматы (в присутствии бромидов), пероксиды и другие соединения.
При воздействии на гуминовые кислоты, где есть ароматические соединения фенольного
типа, может появиться и фенол.
Применение другого альтернативного дезинфектанта - УФ-облучения - позволяет
избавиться от побочных продуктов обеззараживания, что является его несомненным
достоинством. Но на сегодня его промышленное применение осложняется отсутствием
возможности оперативного контроля эффективности обеззараживания воды.
УФ-облучение обеспечивает заданный бактерицидный и вирулицидный эффект
лишь при соблюдении всех установленных эксплуатационных условий. Поэтому одним из
важнейших вопросов применения этого метода является создание гарантий его надежности.
Для более систематизированного анализа достоинств и недостатков действующих и
проектируемых технологий водоподготовки считаем необходимым привести таблицу 1, в
которой на основе проведенных научных исследований даны характеристики основных на
сегодня дезинфектантов. Анализ этих данных позволяет увидеть, что среди известных
методов нет идеального, точно так же, как не существует рецепта “идеальной” питьевой
воды при всей важности влияния ее состава на здоровье человека. /4/
Таблица 1 - Характеристика основных дезинфектантов воды
Наименование Достоинства
Недостатки
и
характеристика
дезинфектанта
Хлор
1) эффективный окислитель и 1) повышенные требования к
дезинфектант
перевозке и хранению
2) эффективен для удаления 2) потенциальный риск здоровью в
неприятного вкуса и запахов
случае утечки
3) обладает дизенфицирующим 3)
образование
побочных
последействием
продуктов
дезинфекции
–
4) предотвращает рост водорослей и тригалометанов (ТГМ)
биообрастаний
4) образует броматы и
5)
разрушает
органические броморганические побочные
соединения (фенолы)
продукты дезинфекции в
6) окисляет железо и магний
присутствии бромидов
7) разрушает сульфид водорода,
цианиды, аммиак и другие
Озон
УФ-облучение
соединения азота
1)
сильный
дезинфектант
и
окислитель
2) очень эффективен против
вирусов
3) наиболее эффективен против
Giardia, Cryptosporidium, а также
любой
другой
патогенной
микрофлоры
4) способствует удалению мутности
их воды
5) удаляет посторонние привкусы и
запахи
6) не образует хлорсодержащих
тригалометанов
1) образует побочные продукты,
включающие: альдегиды, кетоны,
органические
кислоты,
бромсодержащие тригалометаны
(включая бромоформ), броматы (в
присутствии
бромидов),
пероксиды,
бромуксусную
кислоту
2) необходимость использования
дополнительных фильтров для
удаления образующихся побочных
продуктов
3)
не
обеспечивает
дезинфицирующего
последействия
4) требует высоких начальных
затрат на оборудование
5) значительные затраты на
обучение
операторов
и
обслуживание установок
6) озон, реагируя со сложными
органическими соединениями,
расщепляет их на фрагменты,
являющиеся питательной средой
для микроорганизмов в системах
распределения воды
1)
не
требует
хранения
и 1)
не
обеспечивает
транспортировки химикатов
дизенфицирующего
2) не образует побочных продуктов последействия
3) эффективен против цист (Giardia, 2) требует больших затрат на
Cryptosporidium)
оборудование
и
техническое
облуживание
3) требует высоких операционных
(энергетических) затрат
4) дезинфицирующая активность
зависит от мутности воды, ее
жесткости
(образования
отложений
на
поверхности
лампы), осаждения органических
загрязнений
на
поверхности
лампы, а также колебаний в
электрической сети, влияющих на
изменение длины волны
5) отсутствует возможность
оперативного контроля
эффективности обеззараживания
воды
Из этой таблицы очевидно неоспоримое достоинство хлора - эффект последействия.
Это позволяет утверждать, что хлорирование обязательно, если вода направляется в
разводящую сеть, что мы имеем в подавляющем большинстве схем водоподготовки. И так
как применение хлора неизменно в таких случаях, необходимо позаботиться об уменьшении
количества образующихся при его использовании побочных продуктов, вредных для
здоровья человека. Это требует, с одной стороны, предусмотреть возможности снижения
концентрации в воде органических веществ природного происхождения до хлорирования, а с
другой - снижения до допустимого минимума дозы вводимого в воду хлора и контроля дозы
хлора, что обеспечивается системой автоматического регулирования расхода хлора (САРРХ)./6/
К сожалению, единого эффективного до безупречности и доступного экономически
способа дезинфекции воды сегодня нет. В каждом конкретном случае необходимо подбирать
наиболее оптимальный вариант обеззараживания воды. Но нельзя ссылаться на некие
разработанные или используемые методики, не рекомендованные к этому Министерством
здравоохранения, т.е. не проверенные по показателям безопасности или безусловной пользы
для человека.
Уменьшение концентраций побочных продуктов хлорирования требует
нестандартных решений очистки воды на первичном этапе водоподготовки. Одним из таких
решений является технологическая схема с предварительным озонированием воды.
Озонирование на первом этапе обеззараживания позволяет снизить концентрацию
органических веществ в результате расщепляющего действия озона и использовать все
преимущества хлорного обеззараживания на втором этапе без образования токсикантов.
Опыт применения данной технологии позволяет сделать вывод, что при этом повышается
качество очищенной воды по мутности, цветности, удаляются привкусы и запахи.
Предварительное озонирование позволяет существенно уменьшить дозу коагулянта. Вместе
с тем, несмотря на российский и зарубежный опыт применения озона в технологии
водоподготовки, есть еще множество нерешенных проблем, которые еще предстоит решить.
Список литературы
1. Аксенов В.И., Ладыгичев М.Г. и др. Водное хозяйство промышленных
предприятий: Справочное издание: в 2-х книгах. Книга 1/ под ред. Аксенова В.И. – М.:
Теплотехник, 2005. – 640 с.
2. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водопдготовка: Учебн. пособие для вузов. М.
Издательство МГУ, 1996 г. -680 с., 178 ил.
3. Б. Ю. Ягуд. Хлор как дезинфектант - безопасность при применении и проблемы
замены на альтернативные продукты // 5-й Международный конгресс ЭКВАТЭК-2002 Вода:
экология и технология. 4-7 июня 2002 г.
4. В. М. Бахир. Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения // Вода и экология.
2003, №1.
5. W. H. Glaze et al. Evaluation of ozanation by-product from two California Surface
Waters // J. AWWA. 1989.81, №8.
6. А. Б. Кожевников, О. П. Петросян. Основные аспекты развития хлораторов АХВ1000 //Водоснабжение и санитарная техника. 2003, №8.