Тригалометаны в воде - Очистка воды в Днепропетровске

Изучение особенностей поведения органических загрязняющих веществ
в питьевой воде положило начало исследованиям, связанным с выяснением
роли
тригалогензамещённых
углеводородов
(тригалометанов,
ТТМ)
производных метана, в которых три атома водорода замещены атомами
галогенов: хлора, брома и йода.
Образование ТГМ связано с хлорированием природных, вод, содержащих
гумусовые вещества и другие органические примеси. Анализ литературных
данных
показывает.
что
на
количество
и
состав
образующихся
галогенсодержаших углеводородов влияют как концентрации и природа
органического соединения (промышленные, сельскохозяйственные, бытовые
сточные воды, поверхностный сток населённых мест), так и условия
водоподготовки: доза активного хлора, время его контакта с водой,
температура, рН, присутствие других галогенов и т.д..
Практика показала, что существующие традиционные сооружения
водоподготовки и применяемые на них классические технологии уже не в
состоянии обеспечить требуемое количество качественной питьевой воды. Это
объясняется
нарастающим
процессом
деградации
состава
воды
в
поверхностных источниках, используемых в большинстве случаев также и в
качестве естественных приёмников очищенных или неочищенных сточных вод.
В природных водах идентифицировано более 2 тыс. органических соединений,
в том числе в питьевой воде более 700.
Ряд идентифицированных в питьевой воде соединений обладает
экспериментально установленной канцерогенной и мутагенной активностью. К
ним относятся вещества, попадающие в воду из промышленных источников, а
также соединения, образующиеся в процессе водоподготовки.
До недавнего времени считалось, что хлорирование не оказывает
вредного влияния на здоровье человека. Но исследования показали, что около
10% хлора, используемого при хлорировании, участвует в образовании
хлорсодержащих соединений. Приоритетными хлорсодержащими соединениями
являются хлороформ, четырёххлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтан,
тетрахлоэтилен. В сумме образующихся при водоподготовке ТГМ хлороформ
составляет 70 - 90 %. При этом необходимо отметить, что в исходной воде,
поступающей на водоподготовку. содержание хлороформа может быть
незначительным и увеличивается только на этапах обработки воды после
хлорирования. При хлорировании есть вероятность образования чрезвычайно
токсичных соединений, тоже содержащих хлор, - диоксинов (диоксин в 68 тыс.
раз ядовитее цианистого калия). Хлорированная вода обладает высокой
степенью токсичности и суммарной мутагенной активностью (СМА) химических
загрязнений, что многократно увеличивает риск онкологических заболеваний.
По оценке американских экспертов, хлорсодержащие вещества в питьевой воде
косвенно или непосредственно виновны в 20 онкозаболеваниях на 1 млн.
жителей. Риск онкозаболеваний в России при максимальном хлорировании
воды достигает 470 случаев на 1 млн. жителей. Предполагается, что 20-35%
случаев заболевания раком (преимущественно толстой кишки и мочевого
пузыря) обусловлены потреблением питьевой воды. По мнению некоторых
исследователей, с употреблением загрязнённой воды может быть связано от 30
да> 50% случаев злокачественных опухолей. Другие приводят расчёты, в
соответствии с которыми потребление речной воды может привести к
увеличению онкозаболеваемости на 15%.
Хлорирование - наиболее экономичный и эффективный метод
обеззараживания питьевой воды в сравнении с любыми другими известными
методами. Хлорирование обеспечивает микробиологическую безопасность воды
в любой точке распределительной сети в любой момент времени благодаря
эффекту действия. Но около 10% хлора, используемого при хлорировании,
участвует
в образовании побочных продуктов - галогенсодержащих соединений
(ГСС), которые условно разделяются на три группы: высоко приоритетные,
относительно приоритетные и низкоприоритетные. К высокоприоритетным ГСС
относятся:
хлороформ,
4-ххлористый
углерод,
дихлорбромметан,
дибромхлорметан, трихлорэтилен. перхлорэтилен, бромоформ, дихлорметан,
дихлорэтан, дихдорэтилен, Большую часть ГСС составляют тригалометаны
(ТГМ): дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ. Образование
тригалометанов обусловлено взаимодействием соединений активного хлора с
органическими веществами природного происхождения (фулькокислоты,
гуминовые кислоты и др.). На количество и состав образующихся
галогенсодержащих углеводородов влияют как концентрация и природа
органического соединения (промышленные, сельскохозяйственные, бытовые
сточные воды, поверхностный сток населённых мест), так и условия
водоподготовки : доза активного хлора, время его контакта с водой,
температура, рН, присутствие других галогенов и т.д.
Практика показала, что существующие традиционные сооружения
водоподготовки и применяемые на них классические технологии уже не в
состоянии обеспечить требуемое количество качественной питьевой воды. Это
объясняется
нарастающим
процессом
деградации
состава
воды
в
поверхностных источниках, используемых в большинстве случаев также и в
качестве естественных приёмников очищенных или неочищенных сточных вод.
В водопроводных водах идентифицировано более 2 тыс. органических
соединений, в том числе в питьевой воде более 700.
Хлор действительно уничтожает множество опаснейших микробов - от
холерного вибриона до вируса гепатита А, но хлорирование первым делом
увеличивают содержание в воде хлора, что приводит к образованию побочных
продуктов хлорирования - прежде всего хлороформа. Но это только один
момент, вызывающий опасения. Второй - плачевное состояние большинства
водопроводов, которые давно отслужили свой срок.
Тригалометаны представляют собой галогензамещённые соединения с
одним «атомом углерода, имеющие общую формулу СНХз, где X может быть
представлен фтором, хлором, бромом, йодом или их сочетаниями. Что касается
загрязнения питьевой воды, то целесообразно ограничить обсуждение
четырьмя
членами
этой
группы:
хлороформ,
бромдихлорметаном,
дабромхлорметаном и бромоформом. Хлороформ встречается чаще других
соединений и имеющаяся информация касается почти исключительно этого
вещества.
Наиболее значительное применение хлороформ находит в качестве
исходного
материала
для
производства
хлордифторметана,
который
используется как аэрозольный пропеллент и в синтезе йодитетрафторэтена.
Хлороформ является важным растворителем и обезжиривающим агентом. В
небольших количествах он применяется как анестезирующее средство, в состав
мазей, средств для шестимесячной завивки волос зубных паст и фумигантов и
как активный ингредиент и консервант против кашля. В воду поступает
главным образом за счёт хлорирования, а также в составе сточных вод
предприятий фармацевтической промышленности, производство лаков, красок.
На долю хлороформа приходится
90% от образующихся в воде, при её
хлорировании, галогенуглеводородов. Содержание хлороформа в речной воде,
поступающей на обработку, не превышает 0,87 мкг/л. После хлорирования
концентрация хлороформа увеличивается до 13,5 мкг/л, что в 1,4 -32 раза
превышает предельно допустимую концентрцию. Наблюдается тенденция к
увеличению ТГМ в питьевой воде в динамике, причём более высокие
концентрции хлороформа отмечаются в тёплый период года, что связано, повидимому, с более высокой растворимостью активного хлора и повышенным
уровнем органического загрязнения воды реки Днепр. Показано, что
образование тригалометанов продолжается и в распределительной системе,
при условии присутствия в ней остаточных количеств свободного хлора.
Хлороформ является умеренно токсичным (группа 2Б), но высоко
кумулятивным веществом. Хлороформ не обладает мутагенной активностью.
Максимальная концентрация хлороформа, не оказывающая влияния на
санитарный режим водоёмов, равна 50 мг/л. пороговая концентрация по запаху
- 18,03 мг/л.
Хлороформ вызывает профессиональные хронические отравления с
преимущественным поражением печени и центральной нервной системы.
Метаболизм хлороформа происходит в печени, а значительное депо – в
жировой ткани. Хлороформ, по-видимому способен проникать через
плацентарный барьер поскольку было найдено, что его концентрации в
пуповинной крови выше, чем в крови матерей. Основные метаболиты
хлороформа выводились через лёгкие или через почки (в виде неорганических
хлоридов). Среди потенциальных опасностей, связанных с воздействием
концентраций, наиболее серьёзными являются канцерогенные эффекты,
наблюдаемые у экспериментальных животных, и предположение об
аналогичных эффектах у людей, подвергающихся воздействию повышенных
концентраций тригалометанов в питьевой воде
На всех основных водопроводных сооружениях Днепропетровской
области используются традиционные и не всегда эффективные методы
водоподготовки - коагуляция, отстаивание и фильтрация, а в следствие
высокого бактериального и вирусного загрязнения воды в водоисточнике
(Днепровском водохранилище) и ее потенциальной эпидемической опасности
применяется двойное хлорирование. Особенностями качества исходной воды
является
повышенное
содержание
органических
веществ,
о
чём
свидетельствует высокая цветность воды (до 60-70°), бихроматная и
перманганатная окисляемость (до 7,0 и 10-20 мг/дм з соответственно), сдвиг
активной реакции воды в щелочную сторону (рН до 8,8). Как следствие, по
показателям цветности и окисляемости, питьевая водопроводная вода в
большинстве анализируемых проб не отвечает гигиеническим регламентам.
3.1. Анализ водопроводной сети г. Днепропетровска
По г. Днепропетровску было отобрано 2158 проб питьевой воды в
водопроводной сети. (Таб. 1). Из них не отвечало гигиеническим нормативам
127 (6%); в том числе по органолептическим показателям - 22 (1%), по
санитарно-токсикологическим - 106 (5%). На микробиологические показатели
было отобрано 2233 пробы воды, из них не отвечало требованиям ГОСТ «Вода
питьевая...» - 30 (13 %)
Таб. 1. Водопроводная сеть г. Днепропетровска
р-н.
Всего проб
на сан.хмм. показ.
Число проб, не соответствующих
гигиеническим требованиям
Микробиол. показ.
По
органолеп.
всего/ не соотв.
Всего
По сан.токсикол.
БАБ
287
33(11,4%)
4(1,3%) 30 (10,4%)
287/4(1,4%)
ЛЕН
260
39 (15%)
0
39(15%)
268/5(1,9%)
КРАС
274
1 (0,4%)
1 (0,4%)
0
275/5(1,8%)
КИР
290
3(1,03%)
3(1,03%)
0
286/2(0,7%)
МВД
258
0
0
0
260 /0
САМ
339
12(3,5%)
12 (3,5%)
0
407/10(2,5%)
АНД
187
0
0
0
187/2(1%)
ЖОВ
263
39(14,8%)
2 (0,7%)
37 (14%)
263 /2 (0,8%)
Всего
2158
127 (6%)
22 (1%)
106 (5%)
2233 /30 (1,3%)
Наиболее высокий процент проб воды, не отвечающих гигиеническим
нормативам отмечается в Ленинском (15%), Жовтневом (14,8 %),
Бабушкинском (11,4%) районах, в том числе по санитарно-токсикологическим
показателям соответственно - 15%, 14%, 10,4%. В пяти районах города
отмечались отклонения по органолептическим показателям в пределах 0,33,5%.
Таблица №2 количество отобранных проб и количество нестандартных
проб(с превышением ПДК) по хлороформу в г. Днепропетровске
Район
ЛЕН
Среднее значение содержание
хлороформа
Количество отобранных проб
БАБ
ЖОВ
АНД
ИНД
САМ
0,123
118
% проб превышающих ПДК по
хлороформу
97
Среднее значение содержание
хлороформа
0,104
Количество отобранных проб
33
% проб превышающих ПДК по
хлороформу
94
Среднее значение содержание
хлороформа
Количество отобранных проб
% проб превышающих ПДК по
хлороформу
Среднее значение содержание
хлороформа
0,115
37
78
0,119
Количество отобранных проб
39
% проб превышающих ПДК по
хлороформу
97
Наибольшее среднее значение по хлороформу определяется в Ленинском районе (0,123 мг/л), что в 2
раза превышает ПДК (0,06 мг/л).
Показники вмісту ТГМ у мг/дм3 (min-max)
Місто
Дніпропетровськ
Дніпродзержинськ
Кривий Ріг
Марганець
Нікополь
Рік
2002
2003
2004
2005
2006
2002
2003
2004
2005
2006
2002
2003
2004
2005
2006
2002
2003
2004
2005
2006
2002
2003
2004
2005
2006
Вода водоймищ у місцях
водозаборів
ПДК
0,06
0,006
чотирьоххлори
хлороформ
стий вуглець
0,005-0,079
0,001
0,005-0,07
0,001-0,002
0,003-0,079
0,001-0,002
0,005-0,014
0,001
0,005-0,0685
0,001-0,0035
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005-0,06
0,0005-0,005
0,005-0,069
0,0005-0,005
0,005-0,033
0,0005-0,0018
0,005-0,015
0,0005-0,001
0,005-0,025
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
0,005
0,0005
Вода питна після головних
водопровідних очисних споруд
0,06
0,002
чотирьоххлори
хлороформ
стий вуглець
0,027-0,104
0,001-0,004
0,006-0,135
0,001-0,002
0,009-0,108
0,001-0,004
0,026-0,086
0,001-0,003
0,005-0,139
0,001-0,004
0,094-0,126
0,001
0,047-0,122
0,001
0,079-0,128
0,0005
0,077-0,136
0,0005
0,082-0,134
0,0005
0,005-0,043
0,0005-0,005
0,005-0,06
0,0005-0,04
0,005-0,044
0,0005-0,0056
0,005-0,0023
0,0005-0,002
0,005-0,02
0,0005-0,0035
0,066-0,137
0,0005-0,0012
0,053-0,114
0,0005
0,078-0,145
0,0005-0,009
0,057-0,095
0,0005-0,001
0,068-0,123
0,0005-0,0035
0,005-0,068
0,0005
0,005-0,071
0,0005
0,038-0,21
0,0005
0,062-0,2
0,0005
0,061-0,177
0,0005
Питна вода з розподільчої
мережі у т.ч. після ВНС
0,06
0,002
чотирьоххлори
хлороформ
стий вуглець
0,033-0,109
0,001-0,006
0,066-0,163
0,001-0,003
0,004-0,156
0,001-0,003
0,05-0,095
0,001
0,053-0,19
0,001-0,0012
0,75-0,113
0,0005
0,088-0,117
0,0005
0,096-0,146
0,0005
0,094-0,124
0,0005
0,002-0,13
0,0005-0,002
0,005-0,1
0,0005-0,018
0,005-0,15
0,0005-0,012
0,005-0,052
0,0005-0,002
0,005-0,13
0,0005-0,002
0,034-0,065
0,0005
0,005-0,057
0,0005
0,039-0,174
0,0005
0,066-0,195
0,0005
0,062-0,173
0,0005