ІНСТИТУТ ГІГІЄНИ ТА МЕДИЧНОЇ ЕКОЛОГІЇ ІМ. О.М. МАРЗЕЄВА

АМН УКРАЇНИ

ЗОРІНА ОЛЕСЯ ВІКТОРІВНА

УДК: 614.777:628.168.4

ГІГІЄНІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ШЛЯХІВ МІНІМІЗАЦІЇ УТВОРЕННЯ ХЛОРОРГАНІЧНИХ СПОЛУК ПРИ ЗАСТОСУВАННІ ХЛОРУ

У ВОДОПІДГОТОВЦІ

14.02.01 – гігієна

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ-2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України.

Науковий керівник: доктор медичних наук, професор

Прокопов В’ячеслав Олександрович,

Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва

АМН України, завідувач лабораторії гігієни

водопостачання та охорони водоймищ

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор

Гвоздяк Петро Ілліч,

Інститут колоїдної хімії та хімії води НАН України,

головний науковий співробітник відділу каталітичної

очистки води

доктор медичних наук, професор

Волощенко Олег Ігнатович,

Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва

АМН України, завідувач лабораторії гігієни нових

хімічних матеріалів, препаратів та біомоніторингу

Провідна установа: Національний медичний університет ім.О.О.Богомольця

МОЗ України, кафедра комунальної гігієни та екології людини, м.Київ

Захист відбудеться „17”_листопада 2006 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.604.01 Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України за адресою: 02660, м.Київ, вул.Попудренка, 50.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України за адресою: м. Київ, вул. Попудренка, 50.

Автореферат розіслано „12”_жовтня 2006 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Б.Ю.Селезньов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.. Серед технологічних процесів водопідготовки найбільш важливим з точки зору профілактики епідзахворювань є знезаражування. В Україні для знезаражування вод застосовують хлор-газ (98%), гіпрохлорит натрію (1,1%), в невеликій кількості діоксид хлору, озон та інші реагенти та технології (0,9%) (Хоружий П.Д. та ін., 2004). Існуюча практика очистки та знезаражування води хлором має негативні сторони, котрі проявляються в утворенні побічних продуктів дезінфекції, яким притаманні мутагенні, канцерогенні та інші властивості (Славинская Т.В., 1991; Cantor K.G. et al., 1999; King W.D. et al., 2000).

Поетапне впровадження в Україні ДСанПіН 136/1940 „Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання”, котрим нормується вміст хлорорганічних сполук (ХОС), призвело до необхідності пошуку та наукового обґрунтування шляхів мінімізації утворення ХОС на водопровідних станціях (ВС) України.

Впровадження на ВС методу первинного хлорування з преамонізацією, використання нових реагентів (коагулянтів, флокулянтів), фільтруючих матеріалів тощо потребує всебічної гігієнічної оцінки цих заходів, спрямованих на покращення якості питної води, в тому числі від забруднення ХОС.

На сьогодні не визначені реальні рівні вмісту ХОС у питній воді систем централізованого водопостачання України, відсутні дані щодо навантаження ХОС на населення з хлорованою питною водою, не розроблений прогноз можливої шкідливої дії ХОС на здоров’я людей при споживанні хлорованої питної води. Потребує розробки та наукового обґрунтування шкала визначення канцерогенного ризику для людей, які споживають водопровідну воду з різним вмістом ХОС.

Вирішення зазначених наукових та практичних питань буде сприяти реалізації державної політики щодо забезпечення населення якісною питною водою відповідно до Закону України „Про питну воду та питне водопостачання” (Постанова ВРУ від 10.01.2002 р. № 2918-III), завдань загальнодержавної програми „Питна вода України” на 2006-2020 роки (Закон України від 3 березня 2005р. №2455-ІУ) та рішення розширеної Колегії державної санітарно-епідеміологічної служби України „Про дотримання вимог санітарного законодавства у забезпеченні населення доброякісною питною водою” від 14.05.2004р. №2.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана відповідно з планом науково-дослідних робіт Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України в лабораторії гігієни водопостачання та охорони водоймищ в рамках НДР “Вивчити стан забруднення питної води України токсичними тригалогенметанами та розробити профілактичні заходи” (шифр теми: АМН.Ф.10.01, № держреєстрації 0101U001154).

Мета і завдання досліджень. Мета роботи: оцінити стан забруднення хлорованої питної води України токсичними ХОС та науково обгрунтувати заходи щодо мінімізації їх впливу на стан здоров’я населення.

Для досягнення поставленої мети були визначені наступні завдання:

1. Дослідити особливості і закономірності утворення та видалення ХОС на водоочисних спорудах водопроводів (на прикладі Дніпровського та Деснянського водопроводів м. Києва) при застосуванні для обробки природної води хлорування з преамонізацією, визначити вплив на рівні вмісту ХОС умов транспортування хлорованої питної води у водопровідних мережах.

2. Дати порівняльну гігієнічну оцінку різним хлоруючим агентам щодо спроможності до утворення ХОС, визначити умови та фактори, що впливають на процес їх утворення.

3. Обгрунтувати можливість використання для доочищення питної води від ХОС нових мінеральних та органічних сорбентів.

4. Оцінити результати розпочатого в Україні моніторингу хлорованої питної води щодо вмісту ХОС та визначити регіони, які за ступенем забруднення води ХОС є найбільш небезпечними та потребують першочергового впровадження профілактичних заходів.

5. Розробити шкалу визначення канцерогенного ризику для здоровя людей від споживання хлорованої питної води з різним вмістом ХОС.

6. Науково обґрунтувати заходи щодо попередження або мінімізації забруднення питної води ХОС на ВС та у побуті.

Об’єкт досліджень. Об’єктом досліджень є вплив природних та технологічних факторів на процес утворення ХОС, параметри ефективності видалення ХОС на спорудах водопроводів та водоочисними пристроями, експериментальне моделювання з вивчення вмісту ХОС у воді при обробці різними хлорагентами (рідким хлором, гіпохлоритом натрію, хлорним вапном та хлораміачною водою), ризики пухлиноутворень при споживанні хлорованої питної води.

Предмет досліджень. Предметом досліджень є природна вода, вода на стадіях водопідготовки, що використовуються на ВС, хлорована питна вода із систем централізованого водопостачання, фізико-хімічний склад води, ХОС: хлороформ (ХФ), чотирьоххлористий вуглець (ЧХВ), дибромхлорметан, трихлоретилен (ТХЕ), аналіз моніторингових спостережень за вмістом ХОС у хлорованій питній воді України.

Методи досліджень. При виконанні роботи використовували методи: санітарного обстеження, експериментального моделювання, санітарно-хімічного аналізу води за загальноприйнятими методиками. Отримані дані обробляли шляхом визначення середніх арифметичних значень, їх похибок та вірогідності різниці за критерієм Ст’юдента.

Наукова новизна одержаних результатів. В результаті натурних та експериментальних досліджень уперше:

- проведено санітарно-гігієнічну оцінку впровадження на ВС методу первинного хлорування з преамонізацією як заходу щодо зменшення утворення ХОС в процесі підготовки питної води;

- дано порівняльну гігієнічну оцінку хлорних окислювачів (рідкого хлору, гіпохлориту натрію, хлорного вапна, хлораміачної води) щодо спроможності до утворення ХОС, визначено особливості та закономірності впливу хлорагентів на процес утворення ХОС;

- обґрунтовано застосування у водопідготовці нових сорбційних та фільтруючих матеріалів (кліноптилоліту, активованого вугілля марок К1 та С2, іонітів САВ-990 та МФ-1), в тому числі ураховано їх спроможність до видалення з води ХОС;

- впроваджено моніторинг хлорованої питної води України щодо вмісту ХОС, на підставі аналізу результатів моніторингу визначено регіони, які потребують першочергового впровадження профілактичних заходів;

- розроблено шкалу для розрахунку канцерогенного ризику для здоров’я людей від споживання хлорованої питної води з різним вмістом ХОС.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати натурних та експериментальних досліджень є базовою науковою основою обґрунтування шляхів попередження або зменшення утворення ХОС на ВС України. Результати роботи використано при розробці інформаційного листа „Удосконалення методики застосування методу хлорування питної води” (№76-2003), методичних вказівок „Оцінка канцерогенного ризику для здоров’я населення від споживання хлорованої питної води” (затверджені наказом МОЗ України від 21.10.05р. №545), а також ураховано при підготовці проекту ДСанПіН „Вода питна фасована. Гігієнічні вимоги та контроль за якістю” (знаходяться на затвердженні в МОЗ України).

Особистий внесок здобувача. Авторкою особисто проведено інформаційний пошук та аналіз наукової літератури, самостійно обґрунтовано мету та завдання дослідження. Здійснено натурні на ВС та експериментальні дослідження з виконанням санітарно-хімічних аналізів проб води особисто, частково – за участю співробітників лабораторії. Дисертантка також особисто проводила первинну обробку результатів, аналіз та узагальнення матеріалу, сформулювала усі положення та висновки, обґрунтувала практичні рекомендації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи були викладені та обговорені на: науково-практичній конференції „Вода України: сучасний стан, проблеми, шляхи вирішення” (Київ, 2001); науково-практичній конференції „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України” (до 120-річчя з дня народження академіка О.М.Марзеєва) (Київ, 2003); міжнародній науково-практичній конференції „Проблемы реформирования и развития водопроводно-канализационного хозяйства” (Одесса, 2003); науково-практичній конференції Всеукраїнського з’їзду державної санітарно-епідеміологічної служби, на секційному засіданні „Навколишнє середовище і здоров’я населення” (Київ, 2003); науково-практичній конференції „Вода і здоров’я. Проблеми якості бутильованих вод” міжнародного водного форуму „Аква Україна-2003” (Київ, 2003); парламентських слуханнях „Онкологічні захворювання в Україні. Проблема та шляхи подолання” у доповіді Голови Комітету ВРУ з питань охорони здоров’я та дитинства (Київ, 2004); розширеній колегії Державної санітарно-епідеміологічної служби України „Про дотримання вимог санітарного законодавства у забезпеченні населення доброякісною питною водою (Київ, 2004); засіданні спільної колегії Держжитлокомунгоспу України та Держспоживстандарту України з питання стану питного водопостачання та якості питної води у доповіді Головного державного санітарного лікаря України (Київ, 2004); науково-практичній конференції „Вода и здоровье. Бутылированная вода – качество и нормативно-правовые аспекты” ІІ-го міжнародного водного форуму „Аква Україна - 2004” (Київ, 2004); науково-практичній конференції „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України” (Київ, 2005); науково-практичній конференції „Вода і здоров’я – санітарно-гігієнічні аспекти. Проблеми якості питної води” ІУ міжнародного водного форуму „Аква – Україна 2006” (м.Київ, 2006р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 19 робіт, у тому числі 5 журнальних статей у фахових виданнях, 4 статті в збірниках наукових праць, рекомендованих ВАК України, 2 статті в інших наукових виданнях та 8 тез доповідей в матеріалах науково-практичних конференцій та зїзду гігієністів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, огляду літератури, викладу загальної методики та основних методів досліджень, 6 розділів власних досліджень, аналізу та узагальнення результатів досліджень, висновків, списку використаних джерел та додатку.

Матеріал викладено на 149 сторінках, містить 21 таблицю, 21 рисунок, 1 додаток. Список використаних джерел включає 191 найменування вітчизняної та іноземної літератури.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Загальна методика та основні методи досліджень. Для досягнення мети та вирішення поставлених задач були проведені натурні, експериментальні та моніторингові дослідження (табл. 1). Поглиблені дослідження протягом 2-х років проводили на Дніпровській та Деснянській ВС м.Києва, на яких передбачені наступні стадії очищення води рр. Дніпро та Десна: первинне хлорування з преамонізацією, коагуляція, седиментація в горизонтальних відстійниках, фільтрування на швидких фільтрах, озонування (на Дніпровській ВС), вторинне хлорування. У ланцюгу споруд ВС (у трубопроводі сирої води, у змішувачі, у відстійнику, після швидких фільтрів, у резервуарі чистої води) визначали вміст вільного, зв’язаного активного хлору та ХОС. Перманганатну окислюванність визначали у воді резервуару чистої води. Вихідну воду (96 проб) аналізували за показниками: кольоровість, завислі речовини, аміак, розчинений кисень,

Таблиця 1

Види та обсяги виконаних досліджень

Вид досліджень | Кількість проб

Натурні в м.Києві

на водопровідних станціях | 170

у водопровідних мережах | 150

Експериментальні

щодо утворення ХОС при обробці води різними хлоровмісними агентами | 800

щодо ефективності видалення ХОС новими фільтруючими засипками | 87

Моніторингові

щодо якості хлорованої питної води України на вміст хлорорганічних сполук | 2073

перманганатна окислюваність ХСК, БСК20, загальний органічний вуглець, ХФ.

Показники якості води визначали наступними методами: сумарну концентрацію залишкового активного хлору (звязаного та вільного) - йодометричним (ГОСТ 18190-72 „Вода питьевая.

Метод определения остаточного активного хлора”), перманганатне окислювання – титриметричним (Лурье Ю. Ю.,1971), масову концентрацію ХФ, ЧХВ, ТХЕ та дибромхлорметану - газової хроматографії (методичні вказівки „Газохроматографічне визначення тригалогенметанів (хлороформу) у воді”, МВ №005298, 1999), кольоровість - фотометричним (ГОСТ 3351-74 „Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности”), завислі речовини - гравіметричним (Лурье Ю. Ю.,1971), аміак – фотометричним (ГОСТ 4192-82 „Вода питьевая. Методы определения минеральных азотсодержащих веществ”), розчинений кисень - йодометричним Вінклера (Лурье Ю. Ю.,1971), БСК20 та ХСК – титриметричними (Лурье Ю. Ю.,1971), загальний органічний вуглець - газової хроматографії (Христианова Л.А. и др., 1978).

Вивчався вплив на вміст та поведінку ХОС різного співвідношення у мережах м.Києва дніпровсько-деснянсько-артезіанської води, віддаленість мереж від ВС тощо. Вміст ХФ, ТХЕ, ЧХВ, дибромхлорметану у воді безпосередньо із водорозбірних кранів споживачів визначали у Дарницькому, Дніпровському, Деснянському, Голосіївському, Печерському, Оболонському та Шевченківському районах взимку, весною, влітку та восени. Визначали вміст ХФ у питній воді із резервуару чистої води артезіанського водопроводу „Північний водопарк” м. Києва (біля 10 проб). Ці дослідження ставили за мету встановити реальні рівні ХФ у хлорованій артезіанській воді у порівнянні з хлорованою питною водою річкових водопроводів.

Експериментальні дослідження в лабораторних умовах передбачали дати порівняльну гігієнічну оцінку різним хлоруючим агентам щодо їх реакційної спроможності до утворення ХОС: ХФ, ЧХВ, ТХЕ, дибромхрорметану. В експерименті використовували окисники, які сьогодні застосовуються на ВС: хлорне вапно, хлорну воду (виготовлену з хлор-газу), аміачну воду разом з хлорною водою (виготовлену з хлор-газу), гіпохлорит натрію. В дослідженнях використана вода із трубопроводу сирої води Деснянської та Дніпровської ВС, яка мала різний вміст органічних речовин (за перманганатною окислюваністю - 5,2мгО2/дм3, 10,8мгО2/дм3, 14,4мгО2/дм3). Було випробувано 3 концентрації окислюючих реагентів щодо вмісту активного хлору (3,0; 5,0; 7,0 мг/дм3). Визначення ХОС проводили після хлорування проби через 15, 30, 60 хвилин та 6 годин. В день проведення досліджень з використанням методу хлорування з преамонізацією готували розчин хлорної води з масовою концентрацією активного хлору 1 мг/мл та розчину аміаку з масовою концентрацією 0,1 мг/дм3. Якість вихідної води визначали за показниками перманганатна окислюваність та кольоровість. У хлорованій воді визначали ХОС та залишковий активний хлор (звязаний та вільний). Кожна серія експериментальних досліджень виконувалась у 3-4 кратній повторності.

На лабораторних моделях фільтрів було проведено дослідження низки нових сорбційних та фільтруючих засипок для визначення можливості видалення ХОС (на прикладі ХФ) з хлорованої питної води. В експерименті було використано: кліноптилоліт (природний мінерал Сокирницького родовища, модифікований марганцем); активоване вугілля марок К1, С2 (виробничого об’єднання „Антрацитвугіллязбагачення” та Стаханівського коксо-хімічного заводу, яке було оброблено за технологією Інституту колоїдної хімії та хімії води НАНУ); аніоніт САВ-990 (штучного походження); фільтруючий матеріал МФ-1 (аналог природного неорганічного фільтруючого матеріалу з іонообмінними властивостями). Обєктом досліджень була водопровідна вода і вода з додатковим навантаженням ХФ (1, 3, 10 ГДК), профільтрована через зазначені сорбенти. Окрім ХФ визначали ефективність очищення води щодо загального органічного вуглецю, фенолів, нафтопродуктів, алюмінію, заліза, цинку, марганцю за загальноприйнятими та стандартними методиками (ГОСТ 18165-81 „Вода питьевая. Метод определения массовой концентрации алюминия”; ГОСТ 4011-72* „Вода питьевая. Методы определения общего железа”; ГОСТ 4974-72 „Вода питьевая. Методы определения содержания марганца”; ГОСТ 18293-72 „Вода питьевая. Методы определения содержания свинца, цинка, серебра”; Лурье Ю. Ю., 1971).

За нашою ініціативою, підтриманою МОЗ України, щодо доцільності проведення в Україні моніторингу хлорованої питної води на вміст ХОС (розпорядження від 15.03.02 №5.01.30/21/35) кожного кварталу протягом 2002-2004 рр. до Інституту гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМНУ надходили від санепідемслужби та водоканалів України дані про рівні забруднення ХОС питної води. Моніторинг за вмістом ХОС у питній воді проводили згідно з методичними вказівками „Газохроматографічне визначення тригалогенметанів (хлороформу) у воді” (МВ №005298, 1999). Спостереження за якістю водопровідної води проводили у Дніпропетровській, Черкаській, Полтавській, Херсонській, Запорізькій, Миколаївській, Кіровоградській, Івано-Франківській, Хмельницькій, Житомирській, Київській, Чернівецькій областях та м.Києві. Результати цих досліджень стали підгрунтям для розробки шкали визначення канцерогенного ризику для здоров’я людей при споживанні хлорованої водопровідної питної води. Таку шкалу розробляли з використанням міжнародно-признаної методології оцінки ризику (US. EPA. Guidelines for Carcinogen Risk Assessment Draft. – Washington, 1996. – 156 p.)

Матеріали натурних та експериментальних досліджень оброблено методами варіаційної статистики, зокрема, шляхом визначення середніх арифметичних значень (М), їх похибок (±m) та вірогідності різниці за критерієм Ст’юдента.

Вивчення особливостей та закономірностей утворення та видалення ХОС на водоочисних спорудах водопроводів при застосуванні хлору в технології підготовки питної води. При дослідженні процесу утворення ХФ на етапах водопідготовки на Дніпровській та Деснянській ВС виявлено, що основна його кількість утворюється в змішувачі та камері реакції (70-100% від загального обсягу) (табл.2).

Таблиця 2

Вміст ХФ та ТХЕ у вихідній воді

та воді після очисних споруд Дніпровської та Деснянської ВС (M±m, n=4-8)

Споруда | Пора року | зима | весна | літо | осінь | ХФ, мкг/дм3 | Трубопровід сирої води | 0

0 | сліди

сліди | сліди

сліди | 0

0 | Змішувач | 8,60±1,33

14,88±3,18 | 21,80±1,16

23,17±2,60 | 24,67±1,50

23,14±3,31 | 18,75±5,02

10,20±1,43 | Відстійник | 12,00 ±1,40

9,66±1,38 | 25,50±0,50

13,92±1,62*** | 22,67±0,66

17,00±1,00*** | 16,51±1,80

14,73±4,00 | Фільтри | 10,00± 2,10

9,79±1,35 | 15,50 ±3,71

16,76±1,24 | 31,55±3,84

21,67±1,45 | 18,10±2,00

14,93±4,10 | Резервуар чистої води | 10,00±2,00

11,77±1,44 | 28,40±2,10

24,4±1,41 | 29,20±3,36

24,20±2,18 | 26,25±4,59

11,75±1,44** | ТХЕ, мкг/дм3 | Трубопровід сирої води | 0

0 | 0

0 | 0

0 | 0

0 | Змішувач | 2,70±0,90

7,00±1,15* | 3,83±0,31

9,83±1,33** | 4,80±0,30

12,00±1,43** | 12,00±3,50

11,60±2,31 | Відстійник | 4,00±1,00

5,10 ±1,10 | 4,00±1,00

15,6±2,12** | 4,00±0,50

10,88±2,37* | 15,00±2,20

7,50+0,50* | Фільтри | 4,00±1,10

10,33 ±2,12** | 3,50±0,50

18,4±2,12*** | 6,00±1,15

11,30±0,88* | 14,00±2,00

13,30+2,18 | Резервуар чистої води | 2,70±0,90

8,75±0,86** | 4,67±0,33

12,50±1,36*** | 5,40±0,99

14,00±1,13** | 17,75±3,90

13,40±1,17 | Примітки: 1. У чисельнику – Дніпровська ВС, у знаменнику – Деснянська ВС.

2. Вірогідність різниці між показниками Дніпровської та Деснянської ВС: *- Р<0,05; **- P<0,01; ***- P<0,001.

Виявлено, що відсоток утворення ХФ в резервуарі чистої води по відношенню до концентрацій у воді змішувача залежить від кількісного та якісного складу органічних речовин у воді річок. Після утворення ХФ у змішувачі подальші ступені водопідготовки (коагуляція, фільтрування) не запобігають зменшенню його вмісту у воді, а навпаки, відмічається тенденція до збільшення. Несуттєвий приріст ХФ на ВС відбувається протягом всього часу перебування води на очисних спорудах, який становить 5-7 годин. Озонування на останньому етапі очищення на Дніпровській ВС не призводить до зменшення рівня ХФ у питній воді. Утримання ХФ швидкими фільтрами (одно- та двошарові фільтри з активованим вугіллям) на Деснянській ВС також не встановлено. Це можна пояснити, тим, що двошарові фільтри із завантаженням активованим вугіллям (марка АГ-3) призначені для очищення води від завислих та гумусових речовин і не розраховані для видалення з води низькомолекулярних ХОС. Максимальні дози при вторинному хлоруванні на Деснянській ВС (0,1 - 0,6 мг/дм3) не впливають на динаміку утворення ХФ у воді. Рівень ХФ у питній воді після головних водопровідних очисних споруд за весь час спостережень був, як правило, нижчим за ГДК (60 мкг/дм3). Вміст ХФ у питній воді з резервуарів чистої води має сезонні коливання, при цьому максимальні та мінімальні рівні збігаються з максимальними та мінімальними значеннями перманганатної окислюваності у вихідній воді. Зокрема, найменший вміст ХФ спостерігався взимку і суттєво не відрізнявся на обох ВС, а весною та влітку був максимальним, але у воді Дніпровської був незначно вищим, ніж у воді Деснянської ВС. Восени концентрація ХФ у воді резервуару чистої води Дніпровської ВС була у 2,2 рази більша, ніж у воді Деснянської ВС, що може бути пов’язано з більш високим рівнем органічного забруднення води р. Дніпро та різницею у якісному складі органічних речовин у воді річок.

Встановлено, що концентрація ТХЕ, що спостерігалась на обох ВС в усі сезони року, була у 5-8 разів нижчою за гігієнічний норматив (60 мкг/дм3) цієї сполуки для води водних об’єктів. Кількість утвореного ТХЕ в процесі водопідготовки на Деснянській ВС у 2-3 рази вища, ніж на Дніпровській ВС (окрім осені), що пов’язано із різним якісним складом вихідної води рр. Дніпро та Десна. Низька концентрація ЧХВ у питній воді, що визначалась у воді обох ВС (0 – 0,17 мкг/дм3) і в переважній більшості проб складала менше за 1/20 ГДК, не дозволила провести статистичну обробку даних та чітко простежити особливості та закономірності утворення і видалення цієї сполуки на ВС. Дибромхлорметан в пробах води був відсутній.

Виявлено суттєве зменшення вмісту ХФ та ЧХВ у питній воді ВС м.Києва з 4ГДК та 1,5ГДК до 0,5ГДК та 0,1ГДК відповідно у порівнянні з даними до 1997р. (Прокопов В.А. и др., 1993), що є наслідком заміни на ВС первинної обробки вихідної води “чистим” хлоруванням на хлорування з преамонізацією, що призвело до зменшення доз первинного хлору з 8,0-10,0 мг/дм3 до 1,7-4,0 мг/дм3 у літньо-осінній та з 2,0-4,0 мг/дм3 до 1,5-3,0 мг/дм3 - у весняно-зимовий період.

Натурні дослідження щодо поведінки ХОС у мережах питного водопостачання. Дослідження проводилися в м.Києві, який має характерну і для інших населених міст України водопровідну мережу з типовими спорудами на ній (станції перекачки та дохлорування води тощо), умовами транспортування води у мережах та санітарно-технічним станом. Тому отримані результати є типовими для міст з системами централізованого господарсько-питного водопостачання.

Встановлено, що між вмістом ХОС у питній воді з мереж міста та у воді, що надходить до них після очисних споруд ВС, суттєвих розбіжностей немає. Простежуються сезонні коливання вмісту ХОС, які збігаються із коливаннями ХОС в резервуарах чистої води. Середньорічний вміст ХФ, ЧХВ та ТХЕ становив 1/3, 1/5 та 1/20 ГДК (рис. 1).

Рис. 1. Питома вага окремих ХОС у питній воді м. Києва (усереднені дані)

Виявлено, що рівні ХОС у питній воді різних районів міста несуттєво відрізняються від співвідношення дніпровсько-деснянсько-артезіанської води у розподільних мережах, віддаленості районів від ВС, а також від розташування районів на правобережній чи лівобережній частині міста. Однак, суттєве періодичне збільшення вмісту ХОС можливе після дохлорування питної води на насосних станціях міста, тобто основним чинником зросту цих речовин у мережах є вихідна доза хлору.

Порівняльна оцінка різних хлоровмісних агентів щодо реакційної спроможності до утворення ХОС у воді поверхневих вододжерел. Встановлено, що хлорреагенти в порядку зменшення їх реакційної активності щодо утворення ХОС можна розташувати в такій послідовності: гіпохлорит натрію ? хлорне вапно > рідкий хлор > хлораміачна вода. Особливо чітко ця залежність простежується при підвищених дозах хлоруючих агентів (рис. 2).

Експериментальними дослідженнями показано, що при хлоруванні води рр. Десна та Дніпро різними хлоруючими агентами в дозах від 3 до 10 мг/дм3 (тобто реагентами та дозами, котрі застосовують на ВС) у воді утворюється ХФ та ТХЕ, проте, перевищення ГДК відмічено тільки по ХФ. Основна кількість ХФ та ТХЕ утворюється у перші 30 хвилин контакту окисника з

необробленою водою і в подальшому їх вміст зростає (в середньому на 26%). Рівень вмісту цих сполук з підвищенням дози активного хлору поступово зростає при окисленні хлорною водою, а

при використанні хлорного вапна та хлораміачної води різке збільшення виявляється при збільшенні дози від 3 до 5 мг/дм3, а гіпохлориту – від 5 до 7 мг/дм3. Виявлено, що рівень вмісту ТХЕ з підвищенням температури поступово зростає, а рівень ХФ при температурах 6оС та 20оС практично не відрізняється і значно стрімко зростає при температурі 36оС. При підвищенні перманганатної окислюваності від 6,8 до 10,8 мгО2/дм3 вміст ХФ та ТХЕ суттєво збільшується в деснянській воді при обробці хлорною водою з постійною концентрацією активного хлору. При хлоруванні хлорною водою дніпровської води (з перманганатною окислюваністю 14,4 мгО2/дм3) рівень ТХЕ був у 2-5 разів нижчим від такого, що спостерігався в експериментах з деснянською водою (з перманганатною окислюваністю 10,8 мгО2/дм3). Виявлено, що на одиницю перманганатної окислюваності кількість ТХЕ, котрий утворюється при хлоруванні води рр. Десна та Дніпро, відрізняється у 5-6 разів, а ХФ – приблизно у 2 рази.

Наукове обгрунтування застосування нових сорбентів для видалення ХОС із води. Виявлено, що мінеральний сорбент кліноптилоліт має значно меншу сорбційну здатність щодо вилучення ХФ (маркеру ХОС) у порівнянні з активованим вугіллям марок К1 та С2 (кліноптилоліт – 20-30%, активоване вугілля – біля 100%) та незначно більшу у порівнянні з іонообмінними матеріалами (аніоніт САВ-990 – біля 10% та фільтруючий матеріал МФ-1 – до 10%), котрі не можуть застосовуватися для вилучення з води ХОС (табл. 3), але здатні суттєво знижувати у воді вміст алюмінію, заліза, цинку, марганцю (в середньому на 70-90%).

Таблиця 3

Видалення ХФ з питної води різними фільтруючими метеріалами (M ± m, n=4)

Вид матеріалу | Фільтроцикл, дм3

5,0 | 10,0 | 15,0 | 20,0 | 25,0 | 30,0

Активоване вугілля (К1) | 62±1,5

0 | 56±2,0

0 | 225±4,6

0 | 220±1,8

0 | 700±7,4

2,0±0,1** | 850±13,1

1,5±0,1**

Активоване вугілля (С2) | 62±1,3

0 | 56±1,5

0 | 225±4,0

0 | 218±1,9

0 | 700±13,2

0 | 850±16,7

0

Клінотилоліт62±1,6

40±1,8*** | 56±1,3

40±1,9*** | 218±2,9

171±2,6*** | 225±3,5

180±3,5*** | 700±9,1

580± 8,1*** | 850±8,5

800±9,9**

Аніоніт САВ-99062±1,5

56±1,5* | 50±1,9

45±0,9 | 200±3,3

180±4,1** | 225±2,9

200±0,9*** | 700±1,3

660±0,9*** | 850±2,4

840±3,8

Примітки: 1.Чисельник – концентрація ХФ (мкг/дм3) у воді до фільтрування, знаменник - після фільтрування.

2. *- Р< 0,05; **-Р <0,01; *** - Р<0,001.

Гігієнічна оцінка результатів моніторингу хлорованої питної води України щодо вмісту ХФ. Проаналізовано дані, що надходили з 16 областей України та м.Києва, щодо забруднення ХОС хлорованої питної води населених пунктів. Встановлено, що рівень ХФ у хлорованій питній воді в значній мірі залежить від типу джерела вихідної води: у питній воді населених пунктів, де експлуатуються артезіанські водопроводи (Волинська, Сумська, Тернопільська, Чернігівська та частково Івано-Франківська області), він значно нижчий (у межах 0 - <10 мкг/дм3), ніж у питній воді населених пунктів, де для питних потреб використовується очищена вода з поверхневих водойм. У 5-10 разів нижчі за ГДК концентрації ХФ у хлорованій артезіанській питній воді можуть бути пов’язані з суттєво меншими рівнями вмісту у такій воді органічних сполук у порівнянні з навіть очищеною річковою водою та застосуванням у цих умовах для знезаражування води малих доз хлору. У питній воді населених пунктів, що використовують для її підготовки воду малих та середніх водойм (рр. Десна, Дністер, Рось, Інгул, Хомора тощо), перевищень ГДК щодо ХФ не зареєстровано (Київська, Івано-Франківська, Хмельницька, Чернівецька, Житомирська області). Нижчі за ГДК рівні ХФ у питній воді із зазначених регіонів можуть бути пояснені відносно невисоким ступенем органічного забруднення вихідної води та хлоруванням води меншими дозами, ніж ті, які використовуються для обробки значно забрудненої води поверхневих вододжерел. У Дніпропетровській, Полтавській, Черкаській, Херсонській, Кіровоградській, Запорізькій, Миколаївській областях, населені пункти яких забезпечуються дніпровською водою та для її обробки використовується газоподібний хлор в значних дозах, рівні ХФ у питній воді становлять 2-3 ГДК (табл. 4).

Таблиця 4

Результати моніторингу питної води областей України, де рівень ХФ перевищує ГДК

Область | Кількість проб, що аналізували | Вміст ХФ у питній воді з мережі, мкг/дм3 (мінімальний – максимальний) | Кількість проб з перевищенням ГДК

всього | %

Дніпропетровська | 421 | 20-200 | 320 | 76

Запорізька | 399 | 35-80 | 33 | 8,3

Кіровоградська | 6 | 26-192 | 4 | 67

Миколаївська | 69 | 5-130 | 11 | 16

Полтавська | 156 | 5-180 | 50 | 32

Херсонська | 30 | 50-160 | 27 | 90

Черкаська | 382 | 30-180 | 212 | 55

Всього в Україні | 1463 | - | 657 | 45

Результати цих досліджень дозволили скласти загальну картину щодо забруднення хлорованої питної води України ХОС, визначити найбільш небезпечні регіони (населені пункти) з високим вмістом ХОС у питній воді та підвищеним ризиком для здоров’я населення від споживання такої води, обгрунтувати низку профілактичних заходів по попередженню або мінімізації утворення ХОС на ВС.

Наукове обгрунтування та розробка шкали оцінки канцерогенного ризику для здоров’я людей від споживання питної води, що містить хлорорганічні сполуки. Встановлено, що при споживанні протягом життя питної води з вмістом ХФ на рівні 0,06 мг/дм3 (ГДК в України), можна очікувати розвиток 0,8 випадків на 10 тис. людей, що відповідає „низькому” (прийнятному) канцерогенному ризику, з вмістом ХФ на рівні 0,2 мг/дм3 (ГДК в Росії) - „середньому” канцерогенному ризику. Норматив ХФ - 0,006 мг/дм3 відповідає „допустимому” ризику онкозахворюваності, його запропоновано нами для фасованої питної води України, котра повинна мати якість, ліпшу за якість водопровідної води централізованої системи господарсько-питного водопостачання згідно із Законом України “Про питну воду та питне водопостачання” (Постанова ВРУ від 10.01.2002 р. № 2918-III) (табл. 5).

Гігієнічні нормативи щодо вмісту ЧХВ, ТХЕ та дибромхлорметану відповідають „низькому” канцерогенному ризику.

Встановлено, що у питній воді м. Києва середньорічна концентрація ХФ – 0,023 мг/дм3, ТХЕ – 0,012 мг/дм3, зокрема, сумарний канцерогенний ризик для здоров’я споживачів є „низьким” - 0,4 х 10-4. Отже, канцерогенний ризик від шкідливої дії ХФ може збільшуватися від присутності у

Таблиця 5

Нормативи ХФ у питній воді різних країн

та канцерогенні ризики для здоров’я споживачів

Країна |

Вид питної води |

Норматив, мг/дм3 |

Ризик згідно класифікації Агенції США з токсичних з’єднань і реєстрації захворювань чи рекомендацій ВООЗ

США | фасована |

0 |

допустимий ? 1 х 10-6

(згідно рекомендацій США)

імпортована та фасована

(в окремих штатах) | 0,006 | допустимий ? 1 х 10-5

(згідно рекомендацій ВООЗ)

централізованого водопостачання | 0,08 | низький, у межах –

1 х 10-4 - 1 х 10-6

Росія | бутильована

(вища категорія) | 0,001 | допустимий ? 1 х 10-6

(згідно рекомендацій США)

бутильована

(перша категорія) | 0,06 | низький, у межах –

1 х 10-4 – 1 х 10-6

централізованого водопостачання | 0,2 | середній, у межах –

1 х 10-3 – 1 х 10-4

ВООЗ | централізованого водопостачання | 0,2 | середній, у межах –

1 х 10-3 – 1 х 10-4

Україна | фасована | 0,006

(проект ДСанПіН) | допустимий ? 1 х 10-5

(згідно рекомендацій ВООЗ)

централізованого водопостачання | 0,06 | низький, у межах –

1 х 10-4 – 1 х 10-6

хлорованій питній воді ТХЕ (наприклад, для м. Києва на 30%), що робить необхідним внесення ТХЕ до ДСТУ „Питна вода. Гігієнічні вимоги та контроль якості” для контролю його вмісту у воді.

Виявлено, що у природних та питних водах ВС міст Дніпровського басейну (мм. Дніпропетровська, Запоріжжя, Нікополю, Миколаєва) вміст дибромхлорметану сягає 0,3-0,8 мкг/дм3, що відповідає „допустимому” канцерогенному ризику. Високі рівні ХФ, що реєструються у питній воді Дніпропетровської, Полтавської, Черкаської та інших областей, свідчать про значне їх навантаження на населення та підвищений ризик виникнення онкозахворювань у цих регіонах.

В дисертаційній роботі надані шкали щодо визначення канцерогенного ризику для здоров’я споживачів хлорованої питної води для канцерогенних ХОС (ХФ, ЧХВ, ТХЕ, дибромхлорметану), які рекомендуються для використання в практиці санітарно-епідеміологічної служби. Результати моніторингу хлорованої питної води на вміст ХОС, розрахунки ризиків новоутворень, шкали включені в розроблені нами методичні вказівки „Оцінка канцерогенного ризику для здоров’я населення від споживання хлорованої питної води”, які затверджені МОЗ України від 21.10.05р. №545.

ВИСНОВКИ

На основі проведених натурних та експериментальних досліджень отримано нові дані щодо особливостей та закономірностей утворення та видалення токсичних ХОС у процесах водопідготовки, визначено пріоритетні фактори та умови, що впливають на ці процеси, обгрунтовано та впроваджено моніторинг ХОС на ВС України, що дозволило визначити ступінь забруднення цими речовинами хлорованої питної води, можливий ризик онкозахворювань від споживання такої води та запропонувати заходи профілактики шкідливого впливу ХОС на здоров’я населення.

1. Поглиблені дослідження якості вод на Дніпровській та Деснянській ВС м.Києва свідчать, що застосування будь-яких хлорних реагентів для первинної обробки природної води (хлорування рідким хлором, хлорування з преамонізацією тощо) призводить до утворення токсичних ХОС, зокрема, ХФ, ТХЕ, ЧХВ:

- найбільша частка ХОС (70 – 100%) утворюється при взаємодії органічних сполук з хлором на початковій стадії обробки води (у змішувачі та камері реакції); на подальших стадіях водопідготовки вміст ХОС не зменшується, а навіть може збільшуватися;

- утворення ХОС залежить від складу та ступеня органічного забруднення природної води, дози хлору, часу контакту тощо; концентрація зазначених сполук має сезонні коливання і є найбільшою весною та влітку, що пов’язано з підвищенням у цей період у природній воді вмісту органічних речовин і, як наслідок, потребує збільшення доз хлору для її очищення та знезаражування;

- на відміну від органічних сполук природного походження, які містяться у воді з поверхневих джерел переважно у завислому та колоїдному стані і видаляються на стадіях водопідготовки в середньому на 50%, ХОС знаходяться у воді у розчиненому стані, не затримуються на традиційних водоочисних спорудах та транзитом надходять до питної води;

- впровадження на ВС в останні роки для первинної обробки вихідної води хлорування з преамонізацією замість “чистого” хлорування призвело до зменшення дози хлору в середньому в 2 рази (з 5,0-6,0 до 2,5-3,5 мг/дм3) та, як наслідок, вмісту ХФ у питній воді з резервуару чистої води до 20-30 мкг/дм3, що у 4-8 разів менше, ніж у попередні роки (до введення преамонізації) та у 2-3 рази менше за ГДК (60 мкг/дм3).

2. У питній воді з водорозподільних мереж (на прикладі м.Києва у період застосування на ВС методу хлорування з преамонізацією) кількість ХФ, ТХЕ та ЧХВ у питній воді, особливо при її дохлоруванні, може перевищувати їх вміст з резервуару чистої води ВС або практично не змінюватись:

- середньорічна та сезонні концентрації зазначених ХОС у питній воді з мереж знаходяться на рівнях, значно менших за їх гігієнічні нормативи, і становлять: для ХФ - 23 мкг/дм3 (12-29 мкг/дм3), ТХЕ -12 мкг/дм3 (7-13 мкг/дм3), ЧХВ - <0,1 мкг/дм3 в усі сезони року, що не представляє небезпеку для здоров’я населення.

3. В експериментальних дослідженнях дано порівняльну гігієнічну оцінку хлоруючим агентам (гіпохлориту натрію, хлорному вапну, хлорній воді, хлораміачній воді) щодо їх реакційної спроможності до утворення у природній воді ХОС (ХФ, ТХЕ, ЧХВ, дибромхлорметану) та встановлено особливості і закономірності їх впливу на цей процес:

- підтверджено залежність утворення ХОС при хлоруванні природної води від якісного та кількісного складу в ній органічних речовин, дози та типу хлоровмісного окисника, тривалості контакту хлору з водою тощо;

- при однаковій дозі введеного активного хлору та інших рівних умовах окисники за своєю спроможністю до утворення, зокрема ХФ, розташовуються у такій послідовності: гіпохлорит натрію? хлорне вапно> хлорна вода> хлораміачна вода;

- незалежно від типу хлоровмісного окисника та його дози більша частка ХФ утворюється протягом першої години хлорування вихідної води. Приріст вмісту ХФ при 6-ти годинній експозиції, що відповідає фактичному часу перебування води на очисних спорудах водопроводів, відносно до вмісту ХФ внаслідок годинного контакту хлору з органічними речовинами води становить 15-20%;

- при обробці вихідної води усіма досліджуваними хлоровмісними окисниками дозою (за активним хлором) 1 мг/дм3 та прийнятою експозицією (від 15 хвилин до 6 годин) кількість ХФ, що утворювалась у воді, не перевищувала ГДК (60 мкг/дм3). При збільшенні дози окисників до 3 мг/дм3 вже через 15 хвилин концентрація ХФ у воді зростала і становила 1,5-2,0 ГДК. Рівень ТХЕ у воді перевищував ГДК лише при дозі окисників 10 мг/дм3 та часу контакту 6 годин.

4. Доведено можливість ефективного видалення ХОС з хлорованої питної води новими сорбційними та фільтруючими матеріалами, що рекомендуються для завантаження водоочисних фільтрів на ВС та у побуті. За критерієм ефективності щодо видалення з води ХФ (1-10ГДК) серед вивчених матеріалів (активоване вугілля марок К1 і С2, кліноптилоліт, аніоніт САВ-990, фільтруючий матеріал МФ-1) найбільш ефективним є активоване вугілля марок К1 і С2 (ефект очистки біля 100 %).

5. Аналіз даних запровадженого на ВС України моніторингу показав, що у населених пунктах, які забезпечуються водою з басейну Дніпра, та для обробки якої використовується газоподібний хлор, рівні ХФ у питній воді становлять 2-3 ГДК. За результатами моніторингу визначено регіони України, які за ступенем забруднення питної води ХФ є найбільш небезпечними та потребують першочергового впровадження профілактичних заходів.

6. Доведено, що у хлорованій питній воді населених пунктів, де експлуатуються артезіанські водопроводи, вміст ХФ (від 0 до 5-7 мкг/дм3), як правило, приблизно у 8-10 разів нижчий, ніж там, де для питних потреб використовують очищену хлоровану воду з поверхневих джерел водопостачання, що обумовлено більш низькими рівнями органічних сполук у