Наша библиотека: публикации, касающиеся анализа воды и почвы, качества воды и экологических проблем.

Мнение авторов размещенных на сайте статей может не совпадать с официальной позицией администрации ЗАО "ГИЦ ПВ"

Как "готовится" питьевая вода. Альтернативные технологии водоподготовка.

Значительное антропогенное давление на источники питьевого водоснабжения отрицательно сказывается на гигиенических показателях качества питьевой воды. Это вызывает озабоченность международной общественности. Не случайно Всемирная организация здравоохранения признает проблему обеспечения населения качественной питьевой водой главным разделом программ охраны здоровья человека.

Проблема безопасности питьевой воды в системах централизованного водоснабжения особенно актуальна для стран СНГ, где большинство водопроводных станций пользуется водой поверхностных источников с высоким уровнем химического и биологического загрязнений. При таком загрязнении воды, особенно растворимыми органическими и неорганическими соединениями, традиционные технологии не только не могут обеспечить необходимый уровень очистки воды, но и приводят к дополнительному загрязнению питьевой воды высокотоксичными хлорорганическими веществами, продуктами окисления примесей природных вод и соединениями алюминия. Для повышения уровня очистки воды в таких условиях особенную актуальность приобретает усовершенствование существующих и внедрение новых перспективных технологий водоподготовки с применением высокоэффективных реагентов (дезинфектантов, коагулянтов, флокулянтов), способных надежно обеззараживать и очищать воду независимо от степени ее химического и биологического загрязнения.

С позиций профилактики эпидемических ситуаций наиболее ответственной стадией процесса водоподготовки является ее обеззараживание, поскольку водным путем передаются очень опасные инфекционные болезни бактериальной, вирусной и паразитарной природы. В настоящее время для подавления патогенных микроорганизмов в централизованных и локальных системах подготовки питьевой воды используют исключительно реагенты-окислители: хлор и его соединения (хлорамины, гипохлориты, диоксид хлора), озон, перманганат калия, перекись водорода. На водопроводных станциях России воду обеззараживают, в основном, хлором.

Широкому распространению хлора в технологиях водоподготовки способствовала его эффективность при обеззараживании природных вод и способность консервировать уже очищенную воду длительное время. Кроме того, предварительное хлорирование воды позволяет снизить цветность воды, устранить ее запах и привкус, уменьшить расход коагулянтов, а также поддерживать удовлетворительное санитарное состояние очистных сооружений станций водоподготовки. Эффективность, доступность и умеренная стоимость, а так же большой опыт работы с этим реагентом обеспечили хлору исключительную роль - более 90% водопроводных станций в мире обеззараживают и обесцвечивают воду хлором, расходуя до 2 млн тонн этого жидкого реагента в год.

Однако хлор как реагент водоподготовки имеет существенные недостатки. Например, хлор и хлорсодержащие соединения обладают высокой токсичностью, что требует строгого соблюдения повышенных требований техники безопасности. Хлор воздействует, в основном, на вегетативные формы микроорганизмов, при этом грамм-положительные штаммы бактерий более устойчивы к воздействию хлора, чем грамм-отрицательные штаммы микроорганизмов. Высокой резистентностью к действию хлора обладают также вирусы, споры и цисты простейших и яйца гельминтов. Необходимость транспортировки, хранения и применения на водопроводных станциях значительного количества жидкого хлора, а также сбросы этого вещества и его соединений в окружающую среду обусловили высокую экологическую опасность. К тому же, хлор обладает высокой коррозионной активностью.

Но наиболее существенный недостаток хлора был обнаружен в 1974 году. Он заключается в способности хлора взаимодействовать с органическими веществами природных вод, что приводит к образованию значительного количества высокотоксичных хлорорганических соединений с канцерогенной, мутагенной и тератогенной активностью. Среди них хлороформ, четыреххлористый углерод, бромдихлорметан, дибромхлорметан и другие хлорсодержащие соединения. При хлорировании природных вод образуется 235 только идентифицированных хлорсодержащих органических соединений.

Анализ имеющихся в литературе данных показывает, что характер и количество хлорорганических соединений, образующихся при хлорировании природных вод, зависит от многих факторов, к наиболее существенным из них можно отнести: уровень загрязнения воды органическими веществами, количественный и качественный состав органических примесей воды, величина дозы хлора, температура воды.

Основное количество хлорорганических токсикантов образуется на стадии первичного хлорирования и определяется, в основном, дозами хлора и содержанием органических веществ в природной воде. Основным источником образования хлорорганических соединений в воде на этой стадии являются гуминовые и фульвиновые кислоты, таниновые соединения, производные фенола, анилина, продукты метаболизма водорослей и др. Попытки видоизменить технологии хлорирования не привели к существенному исправлению ситуации. В свое время прямой хлорирующий агент был заменен такими соединениями хлора, как диоксид хлора, хлорамин и т.д. Но за 80 лет отношение к методу хлораминизации менялось от сильного всплеска популярности (в 1930-е годы) до запрещения (в некоторых штатах США). Причина в том, что обеззараживающий потенциал хлорамина на порядок ниже, чем у активного хлора.

Хотя хлораминизация проходит при небольших концентрациях активного хлора (только в таких условиях можно избежать образование хлороформа и, вместе с тем, достичь обеззараживания), при снижении температуры воды хлорамин примерно в 5 раз теряет свой биоцидный потенциал (абсолютно неактивен против вирусов, не работает против простейших). Нельзя сказать, что такая вода надежно обеззаражена и эпидемиологически безопасна. Указанные выше недостатки стали главной причиной интенсивного поиска новых эффективных дезинфектантов, способных обеспечить надежное обеззараживание в технологиях водоподготовки.

В последнее время широко обсуждается возможность замены хлора в процессе подготовки питьевой воды с озоном. Основанием для рассмотрения озона как альтернативы хлору послужили некоторые преимущества этого реагента по сравнению с другими окислителями, применяемыми в технологии водоподготовки. Так, высокая биоцидная активность озона, особенно к хлоррезистентным бактериям, спорам, вирусам и цистам простейших, гарантирует высокий уровень обеззараживания воды. А высокий окислительный потенциал озона позволяет одновременно с обеззараживанием воды снизить ее цветность, содержание железа, марганца, а также устранить запахи и привкусы. К числу преимуществ можно отнести компактность озонаторных установок и возможность автоматизировать процесс обработки воды. Однако анализ опыта и результатов применения озона в процессе водоподготовки выявил и существенные недостатки этой технологии. Озонирование природных вод с высоким содержанием органических примесей приводит к образованию продуктов их окисления - более токсичных, чем изначальные загрязнители природных вод. Продукты взаимодействия озона с органическими примесями природной воды, их мутагенность и токсичность вообще недостаточно изучены. При озонировании на станциях водоподготовки получают биологически нестабильную воду.

Это интенсифицирует рост микроорганизмов в сетях распределения, что значительно ухудшает качество воды, которая поступает к потребителю: увеличивается цветность, мутность, появляются гнилостные запахи, обусловленные продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Из-за того, что озон быстро разлагается в воде и не имеет эффекта длительного действия, при озонировании необходимо предусмотреть введение хлора или его соединений перед очистными сооружениями и резервуарами с чистой водой. Хлорирование же предварительно озонированной воды сопровождается образованием большого количества высокотоксичных хлорорганических соединений. Высокие энергоемкость и стоимость озонаторного оборудования обусловливает высокую стоимость озонированной воды. Среди реагентных методов озонирование относится к наиболее дорогостоящим. Сам по себе озон более токсичен, чем хлор. Кроме того, он вызывает активную коррозию оборудования, трубопроводов и требует применения более стойких материалов.

Приведенные аргументы, по-видимому, и повлияли на то, что даже в экономически развитых странах озонирование до сих пор не нашло широкого применения в технологиях водоподготовки в системах централизованного водообеспечения. Таким образом, применение реагентов-окислителей в технологиях очистки природных вод с высоким содержанием примесей приводит к значительному загрязнению питьевой воды хлорорганическими соединениями и продуктами окисления органических примесей, что значительно повышает токсичность питьевой воды. Поэтому поиск реагентов неокислительного действия для обеззараживания и очистки питьевой воды в локальных и централизованных системах водоснабжения является чрезвычайно актуальным. Важную роль в технологиях очистки воды играет стадия коагуляции.

Большое развитие коагуляция получила в 30-е годы прошлого века, и до сегодняшнего дня это одна из главных стадий очистки на водопроводных станциях, как у нас, так и во всем мире. Вначале выбор коагулянтов был небольшим, в основном использовался сульфат алюминия. Но он имел очень много недостатков. Активно синтезировались новые коагулянты: оксисульфат алюминия, оксихлорид алюминия, железные коагулянты, а также коагулянты, являющиеся композиционными смесями солей алюминия и железа. Сущность коагуляционной очистки заключается в следующем: если ввести в воду соль высокозарядного иона, происходит процесс его гидролиза, и образуется нерастворимый гидроксид. В момент его образования появляется коллоидная система с очень высоко развитой поверхностью, на которой адсорбируются как взвеси, так и значительную часть растворенных в воде органических и неорганических веществ. После этого начинается процесс агрегирования микрофлокул в большие флокулы. Такая очистка воды очень эффективна. Однако у коагулянтов тоже есть серьезные недостатки, с которыми не всегда можно справиться. Очистка возможна, когда образуется коллоидная система с развитой поверхностью. Но качество воды, ее физико-химических параметры и температура также влияют на процесс образования хлопьев - он может идти плохо или почти не идти. В результате коллоидные компоненты попадают в резервуары чистой воды, а затем и в сеть. Это серьезная проблема. И если долгое время к солям алюминия относились спокойно, после того, как установили, что это серьезный нейротоксикант, начали ужесточать норму содержания остаточного алюминия в очищенной питьевой воде (в армии США даже изъяли алюминиевую посуду). Чтобы справиться с остаточным содержанием алюминия, разработали множество приемов, которые хоть и давали некоторые результаты, но полностью так и не решили проблемы. Следующий важный этап технологии водоподготовки - использование полимерных флокулянтов.

В настоящее время накоплен положительный опыт применения в процессах водоподготовки водорастворимых синтетических полимерных реагентов. Внедрение флокулянтов позволило интенсифицировать процессы коагуляционной очистки воды и значительно улучшить качество очищенной воды по цветности, мутности и остаточному алюминию. Введение в структуру цепочки водорастворимых полимерных соединений биоцидных фрагментов открывает перспективу для создания реагентов нового поколения, в которых соединяются очень важные для технологии водоподготовки функции дезинфектанта и флокулянта.

Основные преимущества биоцидных полимеров как перспективных реагентов для очистки и обеззараживания вод можно сформулировать следующим образом:
· высокий обеззараживающий потенциал и широкий спектр биоцидного действия (бактерицидная, вирулицидная, фунгицидная, спороцидная, алгицидная активность);
· достаточная эффективность биоцидного действия реагента при его концентрации в воде ниже величины гранично-допустимой концентрации (ГДК);
· высокая эффективность биоцидного действия реагентов в диапазоне температур от 0 до 30 ОС при рН 6-9;
· высокая флокулирующая способность для достижения надежного обеззараживания и очистки воды на стадии коагуляции и фильтрования;
· совместимость с другими реагентами, которые используются в технологии обработки воды;
· возможность применения в существующих технологических схемах водоподготовки без существенной реконструкции очистных сооружений;
· безопасность при хранении, транспортировке и применении в технологических процессах водоподготовки;
· низкая токсичность для людей, теплокровных и холоднокровных животных;
· экологическая безопасность для окружающей природной среды;
· биоразложение на нетоксичные продукты; · отсутствие коррозионной активности;
· экономическая целесообразность применения дезинфектанта.

Полученные в Институте эколого-технологических проблем (г. Москва) результаты исследований подтверждают, что реагенты на основе солей полигексаметиленгуанидина (ПГМГ) - безусловная альтернатива существующим реагентным методам очистки и обеззараживания воды, что служит основанием для их широкого применения в технологии водоподготовки.

Н.Ф. Фалендыш
(журнал "Барьер безопасности")