Інститут гігієни та медичної екології

ім. О.М.Марзєєва АМН України

Петренко Наталія Федорівна

УДК 613.310:615.91

Гігієнічне обгрунтування застосування діоксиду хлору у технологіях водопідготовки

14.02.01 – Гігієна

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ-2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському НДІ медицини транспорту МОЗ України.

Науковий керівник: |

доктор медичних наук, професор ВОЙТЕНКО Анатолій Михайлович, НДІ медицини транспорту МОЗ України, директор.

Офіційні опоненти: | доктор медичних наук, професор ПРОКОПОВ В’ячеслав Олександрович, Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзєєва АМН України зав.лабораторією

доктор медичних наук, професор Степаненко Генадій Панасович, Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця, професор кафедри.

Провідна установа: | Інститут екогігієни та токсикології ім. Л.І.Медведя МОЗ України, відділ гігієни пестицидів та агрохімікатів, м.Київ.

Захист відбудеться “22” листопада 2002 р. о 10.00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.604.01 Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва АМН України за адресою: 02660, м.Київ, вул. Попудренка, 50; тел. 559-21-27.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва АМН України (м.Київ, вул.Попудренка, 50).

Автореферат розісланий “ 17 ”_ жовтня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Селезньов Б.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Забезпечення населення України доброякісною питною водою незадовільне, що зумовлено недостатністю і низькою якістю джерел водопостачання, їх екологічною та гігієнічною невідповідністю діючим нормативним вимогам, відсутністю сучасних технологій водопідготовки та відповідної методичної документації.

Для реалізації сучасних гiгiєнiчних вимог до якостi питної води необхідні наукові обгрунтування нових засобів знезаражування питної води, вдосконалення відомих, застосування комбінованої дії знезаражуючих агентів, їх апробація та наступне втілення у практику водопідготовки. Такий науково-практичний напрямок є пріоритетним у гігієні водопостачання та має велике соціальне значення. Згідно Закону України “Про питну воду та питне водопостачання” одним із принципів державної політики у цій сфері є “наближення вимог державних стандартів на питну воду, технологій виробництва питної води, а також засобів вимірювання і методів оцінки до відповідних стандартів, технологій, засобів і методів, прийнятих у Європейському Союзі”.

Основним засобом знезаражування води на централізованих підприємствах питного водопостачання України є хлорування. Наукові дослiдження 70-80 років показали, що хлорування води має суттєві недоліки, до числа яких, насамперед, відносять утворення токсичних хлорорганічних сполук, низьку віруліцидну та протозооцидну активність, хлоррезистентність мікрофлори.

Діоксид хлору (ДХ), який застосовується у країнах Європейського Союзу, США та ін., має значно вищу окислювальну здатність, ніж хлор, що обумовлює сильніші бактерiцидну, протозооцидну та віруліцидну дії, а також відсутність утворення токсичних продуктів хлорування - тригалогенметанів (ТГМ) та ін.

В Україні відсутні як наукові дослідження та досвід застосування цього ефективного окислювача та дезінфектанта, так і відповідні нормативні документи. У зв'язку з цим виникає необхідність у таких дослідженнях для гігієнічного обгрунтування застосування діоксиду хлору у технологіях водопідготовки.

Основна мета та задачі дослідження. Гігієнічне обгрунтування застосування діоксиду хлору на різних стадіях технологічного процесу підготовки питної води із поверхневих та підземних джерел, а також для знезаражування води у системах оборотного водокористування та дезінфекції технологічного обладнання водоочисних пристроїв.

У відповідності з метою сформульовані такі задачі:

1) дослідити склад та стабільність кислих концентрованих водних розчинів ДХ;

2) вивчити бактеріцидну та бактеріостатичну дії ДХ по відношенню до мезофільних мікроорганізмів при вторинному знезаражуванні води та вплив температури на їх ефективність;

3) дослідити пролонговану дію ДХ при вторинному мікробному забрудненні води;

4) встановити вплив деяких хімічних cполук на процес знезаражування води ДХ;

5) вивчити ефективність знезаражування води ДХ та ймовірність утворення побічних продуктів дезінфекції на різних стадіях технологічного процесу підготовки питної води із поверхневих та підземних джерел;

6) провести дослідження денітрифікуючої властивості мікрофлори, яка сорбована на вугільних фільтрах водоочисних пристроїв, та ефективності дезінфекції вугільних фільтрів при мікробному “обростанні” розчинами діоксиду хлору;

7) розробити оптимальну технологічну схему знезаражування води у системі оборотного водокористування діоксидом хлору.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше вивчено бактеріцидну та бактеріостатичну дії діоксиду хлору по відношенню до мезофільних мікроорганізмів при вторинному знезаражуванні води та пролонговану дію діоксиду хлору при вторинному мікробному забрудненні води.

Встановлено вплив на процес знезаражування води діоксидом хлору температури, каламутності, твердості та перманганатної окислюваності води, присутності хлору, сульфідів, нітратів, щавелевої кислоти, іонів заліза (ІІ).

Вивчено залежності “доза-час-ефект” процесів знезаражування води діоксидом хлору та утворення хлоритів.

Досліджено механізм окислювальної (знезаражуючої) дії діоксиду хлору, особливістю якого є протікання двох реакцій: швидкої реакції окислення (знезаражування) діоксидом хлору; повільної реакції окислення (знезаражування) хлорит-іоном, що зумовлює бактеріостатичну та пролонговану дії діоксиду хлору.

Вперше встановлено, що діоксид хлору є ефективним засобом дезінфекції активованого вугілля при мікробному “обростанні” та попередження його “обростання”. Досліджено, що в основі цього явища лежать процеси відновлення активованим вугіллям діоксиду хлору до хлоритів та адсорбції їх на поверхні активованого вугілля.

Практичне значення одержаних результатів. Обґрунтовані рекомендації про доцільність застосування діоксиду хлору у технологічних схемах водопідготовки: м.Алушти на стадії передокислення поверхневої води; м.Болграда (Одеська обл.) для постзнезаражування води; м.Новополоцька (Республіка Бєларусь) для знезаражування води із підземних джерел. Отримано дозвіл МОЗ України на постійно діючу хлордіоксидну установку вторинного знезаражування водопровідної води у м. Южному (Одеська обл.). На ВАТ “Запоріжкокс” впроваджено двостадійне знезаражування води у системі оборотного водокористування діоксидом хлору.

Розроблені Методичні вказівки “Знезаражування води у системах господарсько-питного водопостачання діоксидом хлору” та “Інструкцію по дезінфекції технологічного обладнання водоочисних пристроїв діоксидом хлору”.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана з врахуванням таких законів та програм: Закон України “Про забезпечення санітарного та епідемічного благополуччя населення” № 4004-ХII від 24.02.1994 р.; Про внесення змін до Закону України “Про забезпечення санітарного та епідемічного благополуччя населення” № 3037-111 від 07.02.2002; Закон України “Про питну воду та питне водопостачання” № 2918-ІІІ від 10.01.2002 р.; Національний план дій з гігієни довкілля на 2000-2005 роки, схвалений Постановою Кабінету Міністрів України № 1556 від 13.10. 2000р. та у рамках планової науково-дослідної роботи Наукове обгрунтування шляхів оптимізації водозабезпечення населення та працівників транспорту” (№ ДР 0197V008214) Українського НДІ медицини транспорту МОЗ України.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації були представлені та обговорені на: Міжвідомчій науково-практичній конференції “Экология городов и рекреационных зон” (Одеса, 1998); Міжнародній науково-практичній конференції “Актуальные проблемы водоснабжения и водоотведения” (Одеса, 1999); V Міжнародній науково-практичній конференції “Вода: проблемы и решения” (Дніпропетровськ, 1999); Міжнародній науково-практичній конференції “Вода и здоровье - 2000” (Одеса, 2000); 2-му Всесвітньому конгресі по воді (Берлін, 2001); IV,V Міжнародних конгресах “Вода: экология и технология ”(ЭКВАТЭК-2000, 2002) (Москва, 2000, 2002) та ін.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 статей (із них 4 в фахових виданнях ВАК) та 1 тези доповіді.

Структура та об’єм роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, заключення, висновків, списку використаних джерел (233 посилання) та додатку А; викладена на 164 сторінках (об’єм дисертації 116 с.), містить 33 рисунки та 40 таблиць.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні узагальнення даних літератури по проблемі, натурних досліджень у мм. Алушті, Болграді, Запоріжжі, Новополоцьку, Южному, організації лабораторних досліджень та участі у їх виконанні; аналізі отриманих результатів; розробці та впровадженні у практику нормативно-методичних документів.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовані мета та задачі, наукова новизна, практична цінність роботи, об’єкт та предмет досліджень.

У першому розділі подано огляд літератури з питань порівняльної гігієнічної оцінки застосування окислювачів (діоксиду хлору, хлору та озону) у водопідготовці, а саме: фізико-хімічні властивості та реакції з компонентами води; сучасні гігієнічні вимоги до окислювачів; порівняльна біоцидна дія; токсичність окислювачів та їх побічних продуктів; використання у технологіях водопідготовки; екологічні та економічні аспекти використання окислювачів у водопідготовці. У висновках до першого розділу підкреслено необхідність проведення наукових досліджень для гігієнічного обгрунтування застосування діоксиду хлору в технологіях водопідготовки.

У другому розділі викладено основні методи досліджень, методики та схеми проведення лабораторних та натурних досліджень, аналітичні методи контролю діоксиду хлору та його побічних продуктів. Для дослідження процесів знезаражування, окислення та дезінфекції ДХ обґрунтовано вибір наступних об’єктів:

- модельні розчини на основі дехлорованої водопровідної води - вивчення бактеріцидної та бактеріостатичної дій ДХ по відношенню до мезофільної мікрофлори води та пролонгованої дії ДХ при вторинному мікробному забрудненні води; впливу деяких cполук на ефективність знезаражування води ДХ; фунгіцидної дії ДХ по відношенню до дріжджів;

- водопровідна вода м.Южного Одеської обл. - вторинне знезаражування з використанням хлордiоксидних установок CDO-F 260/91 (cерiйне обладнання "БеллоЗон", "Промiнент", ФРН);

- вода Ізобільненського водосховища (джерело питної води м. Алушти) -передокислення;

- вода оз.Ялпуг (джерело питної води м. Болграда Одеської обл.) -постзнезаражування;

- вода артезіанських свердловин (джерела питної води м.Новополоцька Республіки Бєларусь) - знезаражування;

- очищена вода у водоочисних пристроях колективного використання (“Ліан”, “Аметек”, “УДВ-20”, “УДПВ”, “УОФВ-100”, “Мідія-05”, “Rain Soft” та ін.) – дезінфекція та попередження мікробного “обростання” вугільних фільтрів, дезінфекція цистерн зберігання очищеної води;

- вода у системі оборотного водокористування ВАТ “Запоріжкокс”- дослідження ефективності знезаражування та окислення.

У роботі використовували органолептичні, санітарно-хімічні, санітарно-бактеріологічні, вірусологічні, експрес-токсикологічні та статистичні методи дослідження.

Одержаний при дослідженнях цифровий матеріал аналізували з визначенням середнього значення, стандартного відхилення середнього значення та ступеню достовірності розходжень по критерію Ст’юдента.

У третьому розділі представлено дослідження основних закономірностей процесу знезаражування води діоксидом хлору на модельних розчинах.

Вивчені склад та стабільність кислих 2%-них розчинів діоксиду хлору (ClO2), які отримані при взаємодії соляної кислоти (НСl) та хлориту натрію (NaClO2). Встановлено: тільки-що отримані кислі 2% розчини не містять хлоритів (СlO2-), середня концентрація хлоратів (СlO3-) складає 1,9%, а хлору (Сl2) - 1,5% від концентрації діоксиду хлору. При зберіганні у темряві при t=+4оС діоксид хлору розкладається на хлорати, вільний хлор та хлориди (Сl-). За добу вміст ClO2 у такому розчині зменшується на 30-40%. За 60 діб зберігання розчину концентрація ClO2 становить 0,44% від початкової. Кінцевими продуктами реакції диспропорціювання діоксиду хлору є хлориди та хлорати. Вільний хлор є проміжним продуктом реакції.

Досліджено бактеріцидну та бактеріостатичну дії діоксиду хлору при вторинному знезаражуванні води по відношенню до мезофільних мікроорганізмів, якими контаміновано модельні розчини. Встановлено, що при значеннях загального мікробного числа (ЗМЧ), які у дослідах не перевищували 900 КУО/см3, достатніми для знезаражування дозами ДХ є 0,1-0,2 мг/дм3. Мікробіологічна якість знезараженої води зберігалась протягом ?48 год. (протягом 24 год. покращувалась). Дози діоксиду хлору 0,1-0,4 мг/дм3 забезпечують мікробіологічну якість знезараженої води (при внесенні у модельні розчини додаткового мікробного забруднення через 48 год. після введення окислювача) завдяки залишковим концентраціям хлоритів, якщо вторинне мікробне забруднення за ЗМЧ ?250 КУО/cм3 (рис.1). При значеннях вторинного мікробного забруднення (=1200 КУО/см3) ефективна пролонгована дія ДХ не спостерігалась.

Вивчено вплив температури на процес знезаражування модельних розчинів з мезофільними бактеріями діоксидом хлору: більш ефективна інактивація мікроорганізмів відбувається при температурі +4оС, ніж при +20оС, що є результатом процесу дегазації ДХ при підвищенні температури (рис.2).

Рис.1. Залежність бактеріцидної, бактеріостатичної та пролонгованої дій від концентрації діоксиду хлору (ЗМЧ модельного розчину 600 КУО/см3; вторинне мікробне забруднення 250 КУО/см3; t = +4oC ).

Рис.2. Залежність ступеню виживання бактерій від концентрації діоксиду хлору та температури (ЗМЧ модельного розчину 900 КУО/cм3; t= +4оС- графік 1; t= +20оС- графік 2; ? = 1 год. після знезаражування).

Досліджена пролонгована дія діоксиду хлору, який введено у дехлоровану водопровідну воду за 1 год. до вторинного забруднення води (ЗМЧ ? 106 КУО/см3). Отримані результати свідчать, що ДХ, проявляє ефективну знезаражуючу післядію (ступінь інактивації мезофільних бактерій досягає 98,7%) у дозах 0,08-0,45 мг/дм3. Ефективність та тривалість пролонгованої дії залежать від рівня мікробного забруднення та введеної концентрації ДХ. Приклад зміни мікробіологічної якості води з часом при різних дозах діоксиду хлору приведено на рис.3.

Рис.3. Залежність ступеню інактивації бактерій від часу (ЗМЧ=105 КУО/см3; концентрації діоксиду хлору, мг/дм3: графік 1– 0,1; графік 2-0,2; графік 3–0,3).

Вивчено вплив ряду сполук на ефективність знезаражування модельних розчинів з мезофільними бактеріями діоксидом хлору.

Присутність сульфід-іону (S2-) у воді у концентрації 1 мг/дм3 знижує ефективність знезаражування, так як діоксид хлору витрачається, насамперед, на окислення сульфідів. При цьому продуктом відновлення окислювача є хлорид-аніон.

Нітрат-іон (NO3-) у концентрації 45 мг/дм3 (ГДК) при знезаражуванні води скорочує бактеріостатичну дію ДХ у порівнянні з контролем, тому що є біогенною сполукою. Вміст щавелевої кислоти (як моделі органічного забруднення, що має відновлювальні властивості) у концентрації 1 мг/дм3 за органічним вуглецем суттєво не впливає на ефективність знезаражування води діоксидом хлору в умовах експерименту.

Таким чином, дози діоксиду хлору, що необхідні для знезаражування води, та концентрації хлоритів як продуктів відновлення ДХ при знезаражуванні (окисленні) води, залежать як від мікробіологічного забруднення, так і від хімічного складу води.

У четвертому розділі наведено гігієнічну оцінку процесу знезаражування води діоксидом хлору на різних стадіях технологічного процесу водопідготовки: вторинного знезаражування водопровідної води, передокислення води із поверхневого джерела, постзнезаражування води із поверхневого джерела, знезаражування води із підземних джерел.

Досліджено у натурних умовах ефективність вторинного знезаражування водопровідної води м. Южного діоксидом хлору при залишкових концентраціях вільного хлору 0,2-0,9 мг/дм3. Встановлено, що ДХ у дозах 0,15-0,3 мг/дм3 покращує органолептичні властивості води; не утворює ТГМ; проявляє віруліцидну дію по відношенню до виявлених у воді ротавірусів, аденовірусів, вірусу гепатиту А; зменшує мутагенну активність води. Вторинне знезаражування діоксидом хлору водопровідної води з концентраціями залишкового вільного хлору 0,2-0,9 мг/дм3 приводить до зниження концентрації залишкового вільного хлору та утворення незначних концентрацій хлоритів (не більше 40% від введеного ДХ) (табл.1). Це свідчить про взаємодію залишкового хлору з хлоритами, що супроводжується утворенням хлоратів та хлоридів.

Таблиця 1.

Залишкові концентрації сполук хлору у водопровідній воді до та через 1 год. після знезаражування діоксидом хлору

Доза ClO2, мг/дм3 | Залишкові концентрації сполук хлору у водопровідній воді, мг/дм3

ClO2 | ClO2- |

Вільний хлор

до знезара-жування ClO2 | після знезара-жування ClO2 | % зниження після знезаражування ClO2

0,20 | 0,05 | 0,07 | 0,85 | 0,13 | 84,7

0,30 | 0,05 | 0,09 | 0,60 | 0,21 | 65,0

0,30 | 0,08 | 0,08 | 0,42 | 0,11 | 73,8

0,15 | 0,05 | 0,06 | 0,23 | 0,10 | 56,5

0,30 | 0,07 | 0,07 | 0,43 | 0,32 | 25,6

0,30 | 0,05 | 0,07 | 0,23 | 0,13 | 43,5

0,20 | 0,05 | 0,06 | 0,35 | 0,30 | 14,3

0,20 | 0,05 | 0,07 | 0,32 | 0,28 | 12,5

0,20 | 0,05 | 0,06 | 0,65 | 0,35 | 46,2

Вивчена ефективність застосування діоксиду хлору на стадії передокислення природної води Ізобільненського водосховища (м.Алушта). Встановлено, що знезаражування природної води з рівнем мікробного забруднення за індексом БГКП 190-2700 КУО/дм3 досягається через 1 год. після введення ДХ у дозах 0,3-0,5 мг/дм3. Залежність “доза-ефект” приведено на рис.4.

Поглинання природною водою діоксиду хлору за 1 год. складає 0,16-0,27 мг/дм3, а середній вихід хлоритів складає 61,8 1 % від прореагованого окислювача (рис.5).

Висока каламутність природної води (30 мг/дм3) знижує ефективність бактеріцидної дії діоксиду хлору і вимагає збільшення його дози. При максимально несприятливих умовах (каламутності 30 мг/дм3 і індексу БГКП 2700 КУО/дм3) такою дозою є 0,6 мг/дм3.

У природній воді, яка окислена дозами діоксиду хлору ?0,5 мг/дм3, відбувається повна інактивація виявлених ротавірусів.

Рис.4. Залежність “доза-ефект” процесу знезаражування природної води діоксидом хлору (ф=1 ?од).

Рис.5. Залежність концентрацій залишкового, прореагованого діоксиду хлору та утворених хлоритів у природній воді від введеної концентрації діоксиду хлору (індекс БГКП = 180 КУО/дм3; ф = 1 ?од. після знезаражування).

Експериментально встановлено, що після передокислення природної води Ізобільненського водосховища дозами діоксиду хлору 0,9 - 1 мг/дм3 і подальшої обробки (коагуляція, відстоювання, фільтрування через швидкі піщані фільтри) залишкові концентрації ДХ складають >0,05 мг/дм3; мікробіологічні показники води відповідають гігієнічним нормативам; завислі речовини видаляються; концентрація хлоритів знижується на 10-12%.

Поява у знезараженій воді незначної кількості гіпохлорит-іонів і, відповідно, зниження концентрації хлоритів спостерігається при введенні надлишку ДХ і є, на нашу думку, результатом взаємодії діоксиду хлору з хлоритами

2С1О2 + 3С1О2- + Н2О = 2ClO- + 3С1О3- +2 Н+.

Досліджена залежність “доза-час-ефект” процесу постзнезаражування води із поверхневого джерела (оз.Ялпуг) діоксидом хлору. Встановлено, що для знезаражування води після піщаних фільтрів (фільтрату) з мікробним забрудненням за ЗМЧ 104-105 КУО/см3 та значенням перманганатної окислюваності (ПО) 8,2 мгО/дм3 достатніми дозами ДХ є 0,3-0,5 мг/дм3. Концентрації хлоритів за перші 30 хв. суттєво не залежать від введених концентрацій ДХ (0,5-1,5 мг/дм3) і складають 0,11-0,13 мг/дм3, що становить 31% від прореагованого ДХ (рис.6).

Рис.6. Залежність “доза-час-ефект” процесу утворення хлоритів при знезаражуванні фільтрату діоксидом хлору.

Середнє поглинання діоксиду хлору за 0,5 години складає 0,38 мг/дм3. Через 2 год. залежність між рівноважною концентрацією хлоритів та введеною концентрацією діоксиду хлору є пряма з коефіцієнтом кореляції 0,98, а вихід хлоритів складає 23% від введеного ДХ. Низькі виходи хлоритів, на нашу думку, є результатом утворення нерозчинних основних хлоритів кальцію Ca(OH)ClO2 та магнію Mg(OH)ClO2, так як твердість фільтрату складає 10 ммоль/дм3, а рН - 8,65. Хлорит-іон як окислювач також може взаємодіяти з органічними сполуками, результатом чого є зниження ПО води. Високе значення ПО води суттєво не впливає на бактеріцидну дію ДХ по відношенню до мезофільної мікрофлори. Слід зазначити, що максимальна концентрація суми ТГМ у знезараженій діокcидом хлору воді складає 0,021 мг/дм3, а у водопровідній воді м. Болграду при знезаражуванні хлор-газом - 0,877 мг/дм3.

Вивчена ефективність застосування діоксиду хлору для знезаражування підземних вод з 47 артезіанських свердловин, які є джерелами питної води м.Новополоцька. Встановлено, що достатніми для знезаражування підземної води після піщаних фільтрів (фільтрату) при значеннях індексу БГКП 1100-1700 КУО/дм3 є дози ДХ 0,4-0,5 мг/дм3. У знезараженій воді не виявлено перевищення ГДК для хлоритів, санітарно-хімічні показники води покращувались, утворення ТГМ не відбувалось (табл.2).

Таблиця 2.

Санітарно-хімічні показники якості фільтрату до та після знезаражування діоксидом хлору

Показники |

Значення показників через час ф після введення СlO2 в концентрації С, мг/дм3

ф = 0 год. | ф = 1 год. | ф = 2 год.

С=0 | С=0,4 | С=0,6 | С=0,4 | С=0,6

рН | 7,30 | 7,37 | 7,34 | 7,37 | 7,34

Залізо (ІІІ), мг/дм3 | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,12

Нітрити, мг/дм3 | 0,024 | 0,015 | 0,010 | 0,013 | 0,008

Азот амонійний, мг/дм3 | 2,26 | 2,26 | 2,26 | 2,26 | 2,26

Нітрати, мг/дм3 | 0,86 | 0,86 | 0,86 | 0,86 | 0,86

ПО, мгО/дм3 | 3,28 | 3,26 | 3,24 | 3,24 | 3,22

Діоксид хлору, мг/дм3 | - | 0,10 | 0,25 | 0,05 | 0,20

Хлорити, мг/дм3 | - | 0,14 | 0,15 | 0,15 | 0,17

Залишк. вільний хлор, мг/дм3 | - | <0,05 | <0,05 | <0,05 | <0,05

Сума ТГМ, мг/дм3 | 0,020 | 0,006 | 0,008 | 0,006 | 0,006

Знезаражування підземної води, яка містить двовалентне залізо, приводить до незначного збільшення концентрації діоксиду хлору, необхідної для знезаражування, але обумовлює мінімальну концентрацію хлоритів (внаслідок їх відновлення двовалентним залізом до хлоридів) та максимальне видалення заліза.

Таким чином, результати натурних досліджень свідчать про доцільність застосування діоксиду хлору в технологічних схемах підготовки питної води.

У п’ятому розділі розглянуто явище мікробного “обростання” активованого вугілля (АВ) у фільтрах водоочисних пристроїв колективного використання, що приводить до погіршення санітарно-бактеріологічних показників води та збільшення концентрації нітритів. Недостатня концентрація озону у воді (?1 мг/дм3), яку пропускають через фільтри з АВ, приводить до більш інтенсивного “обростання” його мікроорганізмами. Експериментально встановлено, що сорбовані на АВ мезофільні бактерії, у значно більшій мірі синьогнійна паличка (Pseudomonas aeruginosa), проявляють неповну денітрифікуючу властивість, тобто відновлюють сорбовані нітрат-іони до нітрит-іонів, результатом чого є збільшення їх концентрації у воді після фільтрів з АВ. Це потребує дезінфекції вугільних фільтрів або їх заміни.

У лабораторних та натурних умовах досліджено, що розчини діоксиду хлору з концентраціями 2 - 10 мг/дм3 є ефективним засобом дезінфекції фільтрів з АВ при їх мікробному “обростанні” (табл. 3).

Таблиця 3.

Результати дезінфекції блоків адсорбційної очистки з активованим вугіллям розчинами діоксиду хлору

Конц. розчину СlO2

мг/дм3 | ЗМЧ, КУО/см3 | Індекс БГКП, КУО/дм3 | Індекс Pseudomonas aeruginosa, КУО/дм3 | Концентрація нітритів, мг/дм3

до дезін. | після дезін. | до дезін-фекції | після

дезін. | до дезін-фекції | після

дезін. | до дезін. | після

дезін.

2 | 2 | 0; 1 | <3 | <3 | 4 | <2 | 0,016 | <0,002

5 | 125 | 0; 1 | <3* | <3 | 24 | <2 | 0,032 | <0,002

6 | 700 | 0 | 15 | <3 | <2* | <2 | 0,086 | 0,002

8 | 4 | 0; 1 | <3* | <3 | 180 | <2 | 0,118 | <0,002

8 | 15 | 0; 1 | <3* | <3 | 240 | <2 | 0,152 | <0,002

10 | 110 | 0; 1 | <3* | <3 | Суц. ріст | <2 | 0,754 | <0,002

10 | 7200 | 118 | Суц. ріст | 9 | 30 | <2 | 0,612 | 0,104

10** | 118 | 0; 1 | 9 | <3 | <2 | <2 | 0,104 | 0,002

10 | 90 | 55 | Суц. ріст | 27 | <2* | <2 | 0,092 | 0,008

10** | 55 | 0 | 27 | <3 | <2 | <2 | 0,008 | <0,002

10 | 300 | 40 | Суц. ріст | 30 | Суц. ріст | 24 | 0,956 | 0,105

50** | 40 | 0 | 30 | <3 | 24 | <2 | 0,105 | <0,002

10 | 220 | 45 | Суц. ріст | 18 | Суц. ріст | <2* | 0,908 | 0,078

80** | 45 | 0 | 18 | <3 | <2* | <2 | 0,078 | <0,002

Примітки:

1.*Ріст кокової мікрофлори на живильних середовищах.

2.** Повторна дезінфекція.

Дезінфекція розчинами діоксиду хлору не впливає на адсорбційні властивості АВ, приводить до тривалого бактеріостатичного ефекту, що пов’язано з адсорбцією хлоритів на поверхні активованого вугілля.

У лабораторних та натурних умовах експериментально встановлено, що розчини діоксиду хлору з концентраціями 0,4-1 мг/дм3 є ефективним засобом дезінфекції цистерн зберігання очищеної води при контамінації мезофільними бактеріями, БГКП, Pseudomonas aeruginosa та проявляють фунгіцидну дію по відношенню до дріжджів.

У шостому розділі подано розроблену схему двостадійного знезаражування води у системі оборотного водокористування (оборотної води) з максимальним використанням окислювального потенціалу діоксиду хлору: обробка води дозою 2 мг/дм3 у потоці; відстоювання протягом 8 - 24 год.; повторне знезаражування дозою 2 мг/дм3 у потоці перед використанням оборотної води. Ефективність такого знезаражування еквівалентна одноразовому знезаражуванню дозою ДХ 6 - 8 мг/дм3, але на відміну від нього вода містить значно менші концентрації хлоритів, не містить залишковий вільний хлор, характеризується більш низькими значеннями таких показників, як каламутність, кольоровість, біологічне споживання кисню (БСК5), хімічне споживання кисню (ХСК), ПО. Слід зазначити, що така схема у порівнянні з одноразовим знезаражуванням більш економічна (табл.4).

Таблиця 4.

Санітарно-гігієнічні показники якості оборотної води до та після обробки діоксидом хлору

Показники | До СlO2

(M±m, n=24) | Досліджувані показники після обробки СlO2( M±m, n=3)

Умови обробки води (доза СlO2, мг/дм3 – час контакту, год.)

2 мг/дм3 - 2 год. | 4 мг/дм3-

2 год. | 5 мг/дм3-

2 год. | 8 мг/дм3 - 2 год. | 2(?8год.) + 2 мг/дм3

Кольоровість, град. | 93,7±2,3 | 83,1±2,1 | 76,4±1,91 | 75,1±1,9 | 56,0±1,4 | 24,0±2

Завислі речо- вини, мг/дм3 | 5,7±0,14 | 5,4±0,14 | 5,3±0,13 | 5,2±0,13 | 3,8±0,10 | 0,56±0,01

рН | 7,8±0,2 | 7,50±0,2 | 7,35±0,2 | 7,3±0,2 | 7,25±0,2 | 7,50±0,2

ПО, мгО/дм3 | 18,1±0,5 | 18,3±0,46 | 16,8±0,42 | 14,2±0,36 | 8,6±0,22 | 6,7±0,17

ХСК,мгО/дм3 | 80,1±2 | 62,5±1,56 | 49,8±1,25 | 41,7±1,04 | 23,8±0,6 | 14,9±0,37

БСК5,мгО/дм3 | 43,2±1,1 | 32,6±0,82 | 27,2±0,68 | 26,4±0,66 | 12,5±0,31 | 10,8±0,27

Нітрити, мг/дм3 | 0,779±

0,02 | 0,701± 0,02 | 0,452±

0,01 | 0,300 ± 0,008 | 0,086 ± 0,002 | 0,008 ± 0,002

СlO2, мг/дм3 | - | <0,05 | <0,05 | <0,05 | 1,55±0,04 | 0,22±0,01

Сl2, мг/дм3 | - | <0,05 | <0,05 | <0,05 | 1,46±0,04 | <0,05

СlO2-, мг/дм3 | - | 0,75±0,02 | 1,51±0,04 | 2,32±0,06 | 3,48 ±0,09 | 1,20±0,03

ЗМЧ,

КУО/см3 | 1269±64 | 355±18 | 112±6 | 58±3 | 39±2 | 12±1

Індекс БГКП, КУО/дм3 | 19Ч105±

95 Ч103 | 12Ч105±

60 Ч103 | 103±50 | 120±6 | <3 | <3

Індекс ЛКП, КУО/дм3 | >2380 | >2380 | 2380±119 | 27±2 | <9 | <9

У заключенні приведено аналіз та узагальнення отриманих результатів та їх порівняння з літературними даними. Проведені дослідження підкреслюють особливість діоксиду хлору, який на відміну від озону та хлору проявляє двоступінчату біоцидну (окислювальну) дію завдяки швидким реакціям діоксиду хлору та більш повільним реакціям хлоритів.

Гігієнічно обгрунтовано застосування діоксиду хлору в технологіях водопідготовки та його переваги перед хлором, насамперед, більш низькі дози при значно вищій біоцидній активності, тривала бактеріостатична дія, відсутність утворення ТГМ.

У додатку А приведено акти впроваджень та акти випробовувань.

висновки

1. Досліджено склад кислих 2% розчинів діоксиду хлору та зміни його з часом. Встановлено: тільки-що отримані кислі 2% розчини ДХ не містять хлоритів, середній вміст хлоратів складає 1,9%, а хлору - 1,5% від концентрації ДХ. Кінцевими продуктами розпаду діоксиду хлору в кислому середовищі є хлорати та хлориди.

2. Вивчено бактеріцидну та бактеріостатичну дії діоксиду хлору по відношенню до мезофільних мікроорганізмів. Встановлено, що при рівнях мікробного забруднення (ЗМЧ?900 КУО/см3) достатніми для досягнення гігієнічного нормативу дозами ДХ є 0,1- 0,2 мг/дм3. Мікробіологічна якість знезараженої води протягом 24 год. покращувалась і зберігалась протягом ?48 год. При температурі +4оС ступінь інактивація бактерій вища, ніж при +20оС, що пов’язано з дегазацією діоксиду хлору із розчину.

3. Встановлено, що діоксид хлору проявляє пролонговану дію (післядію) при внесенні вторинного мікробного забруднення:

- через 1 год. після введення діоксиду хлору (дози 0,10-0,45 мг/дм3; ЗМЧ ?12,4 105 КУО/см3) інактивація мезофільних бактерій досягає 98,7%;

- через 48 год. дози діоксиду хлору 0,2-0,4 мг/дм3 забезпечують мікробіологічну якість знезараженої води при вторинному мікробному забрудненні (ЗМЧ=250 КУО/cм3).

Тривалість та ефективність пролонгованої дії діоксиду хлору залежать від рівня мікробного забруднення та введеної дози діоксиду хлору. Залишкові концентрації хлоритів обумовлюють бактеріостатичну та пролонговану дії діоксиду хлору.

4. Досліджено ефективність знезаражування води діоксидом хлору та ймовірність утворення побічних продуктів дезінфекції на різних стадіях технологічного процесу підготовки питної води із поверхневих та підземних джерел. Вивчено залежності “доза-час-ефект” процесів знезаражування та утворення хлоритів. Утворення хлоритів при знезаражуванні води діоксидом хлору залежить від хімічного складу води, її мікробіологічного забруднення, введеної концентрації діоксиду хлору та часу визначення хлоритів.

Встановлено, що ДХ у дозах 0,1-0,5 мг/дм3, які апробовані для вторинного знезаражування води та знезаражування води з поверхневого та підземних джерел, проявляє високу бактеріцидну дію (по відношенню до мезофільної мікрофлори води, БГКП), віруліцидну дію, покращує органолептичні властивості та зменшує мутагенну активність води, не приводить до утворення ТГМ та перевищення ГДК побічних продуктів дезінфекції (хлоритів).

5. Досліджено, що передокислення природної води дозами ДХ 0,8 - 1 мг/дм3 з наступними стадіями очистки (коагуляція, відстоювання, фільтрування через швидкі піщані фільтри) при максимально несприятливих умовах (каламутності 30 мг/дм3 і індексу БГКП 2700 КУО/дм3) забезпечує відповідність води після очистки гігієнічним нормативам за санітарно-мікробіологічними та санітарно-хімічними показниками. Стадії коагуляції, відстоювання, фільтрування через швидкі піщані фільтри знижують концентрацію хлоритів на 10-12%.

6. Вивчено на модельних розчинах та в натурних умовах вплив на процес знезаражування води діоксидом хлору таких сполук, як:

- сульфіди, присутність яких у воді знижує ефективність знезаражування, так як діоксид хлору витрачається, насамперед, на окислення сульфідів, при цьому відбувається повне відновлення діоксиду хлору до хлорид-іону;

- нітрати, які у концентрації, що відповідає ГДК, при знезаражуванні води скорочують бактеріостатичну дію діоксиду хлору;

- щавелева кислота, яка у концентрації 1 мг/дм3 за органічним вуглецем суттєво не впливає на ефективність знезаражування води ДХ;

- залишковий вільний хлор, який у концентраціях 0,2-0,8 мг/дм3 не впливає на віруліцидну дію діоксиду хлору при вторинному знезаражуванні води ДХ, сприяє утворенню незначних концентрацій хлоритів (? 40 % від введеного ДХ);

- каламутність, високі значення якої зменшують бактеріцидну дію діоксиду хлору і вимагають збільшення дози, що необхідна для знезаражування;

- твердість води, високі значення якої при лужному рН води сприяють низьким виходам хлоритів у зв’язку з утворенням нерозчинних основних хлоритів кальцію та магнію;

- перманганатна окислюванність, яка при значеннях ?9,0 мг/дм3 води не впливає на бактеріцидну дію ДХ по відношенню до мезофільних бактерій при постзнезаражуванні;

- двовалентне залізо, яке відновлює хлорити до хлоридів і наявність якого при знезаражуванні артезіанської води обумовлює мінімальні значення хлоритів.

7. Проведено дослідження денітрифікуючої властивості мікрофлори, яка сорбована на вугільних фільтрах водоочисних пристроїв. Встановлено, що сорбовані на АВ мікроорганізми проявляють неповну денітрифікуючу властивість, результатом чого є збільшення концентрації нітритів у воді після АВ.

Розчини діоксиду хлору у концентраціях 2-10 мг/дм3 є ефективним засобом дезінфекції фільтрів з активованим вугіллям при їх “обростанні” бактеріями (мезофільними, БГКП, Pseudomonas aeruginosa), що приводить до стійкого бактеріостатичного ефекту завдяки сорбції хлоритів на поверхні активованого вугілля.

8. Розроблена схема двостадійного знезаражування води у системах оборотного водопостачання з максимальним використанням окислювального потенціалу діоксиду хлору.

Основні результати дисертації викладено у роботах:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Петренко Н.Ф. Гігієнічне обґрунтування застосування діоксиду хлору у технологіях водопідготовки. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю - 14.02.01 – гігієна (біологічні науки).- Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзєєва АМН України, Київ, 2002.

Досліджені основні закономірності процесу знезаражування води діоксидом хлору на модельних розчинах: бактеріцидна та бактеріостатична дії по відношенню до мезофільних мікроорганізмів при вторинному знезаражуванні води та пролонгована дія при вторинному мікробному забрудненні води.

Приведена гігієнічна оцінка застосування діоксиду хлору на різних стадіях технологічного процесу водопідготовки: вторинного знезаражування водопровідної води, передокислення та постзнезаражування води із поверхневих джерел, знезаражування води із підземних джерел, окислення та знезаражування води у системах оборотного водопостачання. Вивчено залежності “доза-час-ефект” процесів знезаражування та утворення хлоритів.

Встановлено вплив на процес знезаражування води діоксидом хлору температури, каламутності, твердості та перманганатної окислюваності води, сульфідів, нітратів, щавелевої кислоти, хлору, двовалентного заліза.

Розглянуто явище “обростання” мікроорганізмами активованого вугілля у фільтрах водоочисних пристроїв колективного використання. Встановлена бактеріцидна дія діоксиду хлору на сорбовані мікроорганізми. Досліджено, що дезінфекція вугільних фільтрів діоксидом хлору приводить до тривалого бактеріостатичного ефекту.

Ключові слова: знезаражування води, діоксид хлору, окислення, хлорит-іон, активоване вугілля, оборотна вода.

Petrenko N.F. Hygienic basis for application of chlorine dioxide in water treatment technologies.- A manuscript.

The thesis for the competition of a candidate’s degree in biology.- Specialty 14.02.01- hygiene (biological sciences).- A.N. Marzeev’s Institute for Hygiene and Medical Ecology of Ukrainian Academy of Medicine.- Kiev, 2002.

They have investigated the general regularities of water disinfecting with chlorine dioxide on model solutions. They have studied bactericidal and bacteriostatic effects on mesophilic microorganisms under the secondary disinfection of water and prolonged action under the secondary microbial contamination of water.

The hygienic evaluation of chlorine dioxide use at different stages of the technological process of water treatment, secondary disinfection of potable water, preoxidation and postdisinfection of superficial aqueous sources, disinfection of underground water, oxidation and disinfection of water in the circulating systems has been done. The dependence of “dosage-termination-result” for the processes of disinfection and formation of chlorites has been learnt.

Influence of temperature, turbidity, density and permanganate oxidation of water as well as sulfides, nitrites, oxalic acid, chlorine, bivalent iron at the process of water disinfection have been revealed. They have considered the event of “overgrowing” of activated carbon with microorganisms in the filters of water-purifying devices of collective use. Bactericidal effect of chlorine dioxide on the sorbed microorganisms has been shown. They have determined that disinfection of active carbon filters with chlorine dioxide results in prolonged bacteriostatic effect.

Key words: disinfection of water, chlorine dioxide, oxidation, chlorite-ion, activated carbon, circulated water.

Петренко Н.Ф. Гигиеническое обоснование применения диоксида хлора в технологиях водоподготовки.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности - 14.02.01 – гигиена (биологические науки).- Институт гигиены и медицинской экологии им. А.Н. Марзеева АМН Украины, Киев, 2002.

Изучены закономерности процесса обеззараживания воды диоксидом хлора на модельных растворах: бактерицидное и бактериостатическое действие на мезофильные бактерии при вторичном обеззараживании воды и пролонгированное действие при вторичном микробном загрязнении воды.

Приведена гигиеническая оценка применения диоксида хлора на различных стадиях технологического процесса водоподготовки: вторичного обеззараживания водопроводной воды, предокисления и постобеззараживания воды поверхностных источников, обеззараживания воды из подземных источников, обработки воды в системах оборотного водопотребления. Изучены зависимости “доза-время-эффект” процессов обеззараживания и образования хлоритов.

Установлено влияние на процесс обеззараживание воды диоксидом хлора температуры, мутности, жесткости и перманганатной окисляемости воды, сульфидов, нитратов, щавелевой кислоты, хлора, двухвалентного железа.

Доказаны преимущества диоксида хлора по сравнению с хлором: более низкие дозы, высокая вирулицидная активность, длительное бактериостатическое действие, отсутствие образования ТГМ и др. Подчеркнута особенность диоксида хлора как окислителя (дезинфектанта), проявляющего двухступенчатое действие.

Исследовано явление “обрастания” микроорганизмами активированного угля в фильтрах водоочистных устройств. Установлено бактерицидное действие диоксида хлора на сорбированные бактерии (мезофильные, БГКП, Pseudomonas aeruginosa). Дезинфекция угольных фильтров растворами диоксида хлора приводит к длительному бактериостатическому эффекту.

Гигиенически обосновано применение диоксида хлора в технологических схемах водоподготовки: г. Южный (Одесская обл). - вторичное обеззараживание водопроводной воды; г.Алушта - предокисление воды; г.Болград (Одесская обл). - постобеззараживание воды; г.Новополоцк (Республика Беларусь)- обеззараживание воды из подземных источников. На ОАО “Запорожкокс” внедрена двухстадийная обработка оборотной воды диоксидом хлора.

Разработаны