Сравнение обеззараживания российской воды для хозяйственно-питьевых целей

Проведем сравнительную оценку эффективности обеззараживания воды в России различными реагентами для хозяйственно-питьевых целей.

Насколько важен вопрос обеззараживания воды? К основным критериям качества питьевой воды относятся: ее безопасность в эпидемическом отношении, безвредность по химическому составу и обладание благоприятными органолептическими свойствами. На основании этих критериев в различных странах разработаны соответствующие нормативные документы, регламентирующие качество питьевой воды. В том числе по микробиологическим и паразитологическим показателям.

Было проведено изучение степени риска здоровью населения в зависимости от величины загрязнений в потребляемой воде. Изучение показало, что опасность заболеваний от указанных выше показателей во множество раз выше, чем от загрязнения воды химическими

соединениями.

Именно по этой причине в мировой практике в процессах очистки воды ее подвергают хлорированию. Такой метод не только характеризуется достаточно широким спектром антимикробного действия, но и обладает обеззараживающим последействием.

Немного цифр

По мнению ряда крупных гигиенистов, хлорирование воды явилось наиболее эффективным прорывом в медицине XX века. Это позволило остановить распространение большинства передаваемых водным путем эпидемий, в том числе обусловленных заболеваемостью брюшным тифом, холерой и дизентерией. Однако нормируемые величины ПДК хлора перед подачей в распределительную сеть (остаточного свободного в пределах 0,3–0,5 мг/л; остаточного связанного в пределах 0,8–1,2 мг/л) являются малоэффективными по отношению к энтеровирусам и простейшим.

По данным НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина, для обеззараживания воды от энтеровирусов необходима продолжительность контакта от 30 мин до 4 часов,а концентрация остаточного хлора должна быть не менее чем 1,0–2,07 мг/л. Для обеззараживания воды от цист лямблей при продолжительности контакта 30–60 мин необходима концентрация остаточного свободного хлора 2–5 мг/л, или 1–3 часа при остаточном связанном хлоре 5–20 мг/л. В свою очередь, вирус гепатита А (ВГА) обладает высокой устойчивостью и при режиме хлорирования со связанным остаточном хлором 0,8–1,2 мг/л. А он используется на станциях водоподготовки и практически не инактивируется и т. д.

Вышесказанное свидетельствует о том, что хлорирование хотя и приводит к сокращению инфекций, передающихся с питьевой водой, но полностью решить данную проблему не способно.

В последние годы американскими учеными в хлорированной воде было идентифицировано более 260 ГСС. С учетом данных о канцерогенности и мутагенности большинства из них во многих развитых странах были введены государственные нормативы, ограничивающие содержание ГСС в питьевой воде. При этом имеет место тенденция к непрерывному снижению их ПДК. А в нормативных документах ряда стран в качестве перспективной цели рассматриваются мероприятия, направленные на предотвращение образования ГСС в питьевой воде.

Следует отметить также, что негативное воздействие на организм человека вызывает не только питьевая вода, содержащая ГСС, но и вода, попадающая через кожу во время приема ванн или посещения бассейна. При этом, по имеющимся данным, часовое купание в бассейне с хлорированной водой равноценно нескольким литрам выпитой хлорированной воды.

Обеззараживание воды для хозяйственно-питьевых целей

Это только одна сторона проблемы. Другой является то, что затраты, связанные с обеспечением безопасности (при хранении, транспортировании и использовании) жидкого хлора, во множество раз превышают затраты на осуществление процесса хлорирования. Из-за возможных террористических актов дальнейшее применение на водоочистных станциях жидкого хлора становится просто недопустимым.Потому как он является крайне опасным химическим веществом.

В преобладающем большинстве случаев отказ (уход) от опасного жидкого хлора осуществляется за счет обеззараживания воды менее токсичным и более простым в эксплуатации гипохлоритом натрия. Однако гипохлорит натрия, в свою очередь, имеет ряд существенных недостатков.

  •  при введении гипохлорита натрия в воду одновременно в нее попадает достаточно большое количество хлорид-ионов, что, при обеззараживании относительно мягких вод, неизбежно приводит к интенсификации коррозионных процессов внутренней поверхности стенок стальных и чугунных трубопроводов, по которым очищенная и обеззараженная вода транспортируется к потребителю;
  • применение гипохлорита натрия для обеззараживания воды (при прочих равных условиях) не только не снижает количество образующихся ГСС (в частности, тригалометанов), но в ряде случаев способствует их значительному увеличению;
  • гипохлорит натрия обладает меньшей бактерицидной активностью по сравнению с жидким хлором, в связи с чем для обеспечения одинакового эффекта обеззараживания воды требует существенного увеличения времени контакта.

Несмотря на приведенные выше недостатки жидкого хлора и гипохлорита натрия, отказ от них, приводит к неизбежным кишечным заболеваниям. В то время как их применение связано с отдаленным риском заболеваний, в том числе онкологических.

В последнее десятилетие в отечественной практике все шире применяется метод их предварительного аммонирования. В результате чего образуются хлорамины (связанный хлор) — вещества с гораздо меньшим окислительным потенциалом.

Такой прием, позволяющий существенно (до десятка раз) снизить количество образующихся ГСС. Однако он приводит к тому, что одновременно уменьшается активность обеззараживания. Кроме того, хлорамины характеризуются достаточно сильным аллергенным действием, что представляет опасность возникновения ряда заболеваний.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что рассмотренные и широко применяемые для обеззараживания воды реагенты являются далеко не оптимальными. Об этом свидетельствует появление на отечественном и зарубежном рынках ряда аналогичных по назначению реагентов. Они способны уменьшить негативные моменты от использования традиционных.

В табл. 1 приводится сравнительный анализ достоинств и недостатков некоторых реагентов, применяемых для обеззараживания воды.

Обеззараживание воды для хозяйственно-питьевых целей
Таблица 1. Сравнительный анализ достоинств и недостатков некоторых реагентов, применяемых для обеззараживания воды

Приведенный выше анализ эффективности обеззараживания воды различными средствами показал, что только реагенты на основе ПГМГ-ГХ при использовании не образуют в воде новые токсичные продукты.

Реагенты на основе ПГМГ-ГХ обладают не только биоцидными, но и флокулирующими свойствами. А это позволяет более эффективно удалять сорбируемые на флокулах загрязнения, в том числе соли тяжелых металлов и органические соединения.

Флокулирующие и биоцидные свойства реагентов, содержащих ПГМГ-ГХ, обоснованы его структурой. Так, объединение в одной полимерной цепи множества гуанидовых группировок придает всей макромолекуле полимера большой положительный заряд. А, еще, обуславливает его способность вступать в электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными частицами различной природы. В результате микроорганизмы, несущие в своем большинстве электроотрицательный заряд, обеспечивают сорбцию положительно заряженного вещества на поверхности микробной клетки. Это приводит к разрушению цитоплазматической мембраны. Вещество проникает вглубь клетки, нарушает обмен веществ, воспроизводящую способность нуклеиновых кислот и белков, угнетает дыхательную систему, что приводит к гибели микроорганизма.

С 2011 года на водоочистной станции № 3 г. Череповца производительностью 100 тыс. м3/сут в реагентной схеме очистки вместо ранее использовавшихся для обеззараживания воды применяется реагент на основе ПГМГ-ГХ.

Сравнение показателей качества воды по данным схемам приведено в табл. 2.

В процессе работы с новым реагентом ПГМГ-ГХ в МУП «Водоканал» г. Череповца была отработана оптимальная схема его ввода. При его введении в трубопровод речной воды перед рециркуляторами-осветлителями оно выполняет свою основную функцию по обеззараживанию воды. А также улучшает процесс коагуляции, поскольку сочетает в себе свойства дезинфектанта и флокулянта. Введение реагента перед скорыми фильтрами позволяет обеспечить санитарное состояние песчаной загрузки, что особенно актуально при повышении температуры воды и увеличении содержания фитопланктона. Ввод реагента перед подачей в разводящую сеть (в трубопровод подачи в РЧВ) позволяет гарантировать качество воды по микробиологическим показателям при транспортировке по городской трубопроводной системе, протяженностью около 500 км. Количество точек ввода выбирается в зависимости от сезона года и бактериального состояния водоисточника.

Обеззараживание воды для хозяйственно-питьевых целей
Таблица 2. Показатели качества питьевой воды при различных технологических схемах

Таким образом, использование в процессах очистки воды реагентов на основе ПГМГ-ГХ гарантированно способствует возможности получения питьевой воды, безопасной в эпидемическом отношении, безвредной по химическому составу и обладающей благоприятными органолептическими свойствами.

Вместе с тем перед практическим внедрением данной серии реагентов необходимо предварительное проведение лабораторных и опытно-производственных испытаний с целью отработки технологии и возможных доз их применения.

Информация из журнала «Инженерные системы».

Авторы:

М. Г. Новиков, советник генерального директора АО «Ленводоканалпроект»

О. А. Продоус, генеральный директор ООО «ОПСВ-ИНЖИНИРИНГ»