WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Вагнер Екатерина Викторовна

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ ВОДЫ НА ОБРАЗОВАНИЕ ГАЛОГЕНУКСУСНЫХ КИСЛОТ В СОСТАВЕ ПРОДУКТОВ ДЕЗИНФЕКЦИИ ВОДЫ ХЛОРОМ (на примере питьевой воды г. Уфы)

03.02.08 – Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете и в Муниципальном унитарном предприятии “Уфаводоканал”

Научный консультант: доктор химических наук, профессор Кантор Евгений Абрамович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кафедры проблем устойчивого развития РХТУ имени Д.И. Менделеева Кузнецов Владимир Алексеевич доктор химических наук, профессор ОАО НПО «Химавтоматика», НТЦ «Хроматография» Яшин Яков Иванович

Ведущая организация: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Защита состоится «24» мая 2012 г. в 11.00 часов в ауд. 443 на заседании диссертационного совета Д 212.204.14 при РХТУ имени Д.И. Менделеева по адресу:

125047 г. Москва, Миусская пл., д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ имени Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан «24 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор Сметанников Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность проблемы. Водные ресурсы, используемые для питьевых и хозяйственно-бытовых целей, являются значимым фактором риска, оказывающим существенное влияние на уровень здоровья людей. Многочисленными гигиеническими исследованиями выявлена взаимосвязь между количеством онкологических заболеваний и употреблением населением хлорированной воды.

Основными продуктами, образующимися при дезинфекции природной воды хлором (ПДХ), являются тригалогенметаны (ТГМ) и галогенуксусные кислоты (ГУК). По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) оба указанных класса хлорорганических соединений обладают сопоставимыми канцерогенными свойствами, проявляют токсичные, мутагенные эффекты и имеют высокую биопроницаемость. В связи с этим, в странах Евросоюза и США контроль качества питьевой воды, прошедшей дезинфекцию хлорсодержащими агентами, проводят по содержанию четырех ТГМ и шести ГУК, суммарные предельно допустимые концентрации (ПДК) которых составляют 0,мг/дм3 и 0,06 мг/дм3 соответственно (нормативы Агентства по охране окружающей среды США - US ЕРА).

В России контроль за образованием ПДХ осуществляется только по содержанию хлороформа (СанПиН 2.1.4.1074-01). ГУК не включены в перечень приоритетных контролируемых показателей качества воды. Как следствие, отсутствуют эффективные средства контроля содержания ГУК в питьевой воде для организации системного экоаналитического мониторинга, изучения влияния технологических параметров и качества природной воды на формирование ГУК в процессах обеззараживания воды хлорсодержащими агентами. Это является актуальным для минимизации канцерогенного риска, обусловленного воздействием ПДХ и получения питьевой воды надлежащего качества.

Цель работы: мониторинг ГУК в питьевой воде г. Уфы и оценка влияния технологических параметров и качества природной воды на их образование.

Задачи исследования:

• разработать эффективные средства контроля содержания ГУК в воде и оценить уровни их содержания в питьевой воде г. Уфы в зависимости от типа водоисточника;

• оценить влияние сезонной динамики на уровень содержания ГУК в питьевой воде водопроводов разного типа;

• установить взаимосвязь содержания ГУК с технологическими параметрами водоподготовки и качественным составом растворенного органического вещества (РОВ) как предшественника ПДХ;

• выработать рекомендации по оптимизации технологического процесса водоподготовки на основании разработки прогностической модели зависимости содержания ГУК от технологических параметров и качества природной воды;

• оценить уровень канцерогенного риска, обусловленного воздействием ГУК.

Научная новизна:

• впервые получены данные комплексного пятилетнего мониторинга содержания ГУК в питьевой воде г. Уфы; показана высокая значимость фактора образования ГУК для контроля качества питьевой воды и оценки рисков для населения;

• впервые на основании анализа временных рядов подтверждено сходство динамики образования ГУК и ТГМ в составе ПДХ и установлен доминирующий вклад сезонной компоненты;

• впервые показано, что содержание ароматических фрагментов в составе РОВ водоисточника может служить количественным критерием для оценки риска образования ГУК в питьевой воде;

• впервые предложена прогностическая модель зависимости содержания ГУК от технологических параметров и качества воды водоисточника;

Практическая значимость работы: Разработана и зарегистрирована в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений методика определения содержания ГУК в питьевой воде. Данная методика внедрена в лабораторно-производственный контроль МУП «Уфаводоканал».

Разработанные прогностические модели содержания ГУК в питьевой воде внедрены в практику МУП «Уфаводоканал».

Результаты исследований используются в практике Аналитического центра ЗАО «Роса» (г. Москва).

Апробация работы: Основные положения работы изложены и представлены на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Москва, 2007 г.), на II Международном форуме «Аналитика и Аналитики» (г. Воронеж, 2008 г.), на 15 Форуме Международного Гуминового общества (Тенериф, Канарские острова, 2010г.), на XIV научно–практическом семинаре «Вопросы аналитического контроля качества вод» (г. Москва, 2010 г.), на VIII Всероссийской конференции по анализу объектов окружающей среды «ЭКОАНАЛИТИКА–2011», (г. Архангельск, 2011 г.). Отдельные результаты работы отмечены Дипломом III степени Открытого конкурса на соискание премии ГУП «МосводоканалНИИпроект» молодым ученым и инженерам в области водоснабжения и водоотведения (г. Москва, 2009г.) Публикации: По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе статьи в изданиях из перечня российских рецензируемых научных журналов, публикующих результаты диссертаций на соискание ученой степени.

Структура и объем диссертации: Работа состоит из введения, трех глав и выводов; изложена на 156 страницах текста, включая 29 иллюстраций, 25 таблиц, 4 приложений. Библиографический список содержит 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность исследований по совершенствованию системы контроля и мониторинга ГУК и ТГМ, образующихся при обеззараживании воды хлором, и органических соединений природного происхождения, как предшественников их образования. Сформулированы цель и задачи исследования.

Первая глава. Представлен обзор литературы, посвященный вопросам обеспечения населения качественной питьевой водой, применения различных технологий водоподготовки в зависимости от типа водоисточника, разного рода обеззараживающих реагентов, влияния структуры и состава растворенного органического вещества на качество питьевой воды.

Вторая глава. Описаны экспериментальные аналитические и статистические методы, используемые в работе. Для осуществления мониторинга ПДХ, определения интегральных показателей качества воды, а также статистической обработки полученных данных использованы ГОСТы, методики, применяемые в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора, приведенные в литературе рекомендации и разработки.





Третья глава. Представлены результаты и их обсуждение.

Характеристика объектов исследований Объектами исследований являются питьевая и природная вода водопроводов разного типа г. Уфы: поверхностного (ПВ) и инфильтрационного (ИВ).

Подготовка воды на ПВ ведется по двухступенчатой схеме: в отстойниках и на скорых фильтрах. Для реагентной обработки воды применяется сернокислый алюминий и полиакриламид. Скорые фильтры загружены высокоэффективным фильтрующим материалом – горелой породой. Обеззараживание воды осуществляется УФ-излучением и жидким хлором для поддержания бактерицидного эффекта в распределительных сетях города.

На ИВ эксплуатируются скважины, вода которых проходит только стадию обеззараживания жидким хлором.

Для исследований отбирались пробы: вода реки Уфы (I), вода общего фильтрата ПВ (II), питьевая вода ПВ (III); вода скважин ИВ (IV), питьевая вода ИВ (V), (рис. 1).

ClClр. Уфа УФО Коагуляция/ Фильт- Питьевая ПВ флокуляция рование вода I II III ClВода Питьевая ИВ скважин вода IV V Рис. 1. Схема технологических этапов водоподготовки на ПВ и ИВ и точки отбора проб воды ВОЗ определяет ключевые критерии для оценки систем водоснабжения:

способность системы обеспечить должное качество питьевой воды, параметры эксплуатационного мониторинга и планы управления технологическими процессами. Задачей оперативного эксплуатационного мониторинга является достижение более эффективного управления системой в условиях нормальной эксплуатации и аварийной ситуации. Одними из общепринятых показателей оперативного управления технологическими процессами водоподготовки являются цветность (Ц), перманганатная окисляемость (ПО), содержание растворенного органического углерода (РОУ), показатель оптического поглощения света ароматическими фрагментами в составе РОВ при 254 нм (А), доза хлора (ДХЛ) и др.

Использование данных параметров позволило нам оценить качество воды на этапах водоподготовки и эффективность технологических процессов очистки (табл. 1).

Наибольшие значения РОВ и А наблюдаются для необработанной речной воды (I). РОВ оценивали по показателю РОУ, определяемого фотометрическим методом на проточном анализаторе. По мере проведения этапов водоподготовки – коагуляции / флокуляции / фильтрования (II) в воде снижаются значения данных показателей, что свидетельствует о повышении качества воды.

Снижение значений РОУ и А объясняется удалением высокомолекулярного органического вещества природного происхождения, в том числе его алифатической и ароматической части. После проведения стадии обеззараживания воды молекулярным хлором (III) концентрация РОВ практически не изменяется, в то время как значения А продолжают уменьшаться в среднем в 1,6 раза. Этот факт указывает на большую подверженность окислительной деструкции в процессе обеззараживания воды соединений, содержащих ароматический углерод, по сравнению с соединениями алифатического ряда. Аналогичная зависимость получена для воды скважин и питьевой воды ИВ (IV, V): значения А снижаются в среднем в 1,3 раза в воде после обеззараживания хлором. Наибольший эффект удаления РОВ в процессе водоподготовки наблюдается в весенний период.

Таблица 1. Сезонная динамика интегральных показателей качества воды на этапах водоподготовки ПВ и ИВ Пока- Точка Осень Зима Весна Весна Лето Осень Зима затель отбора 2008 г. 2009 г. 2009 г. 2010 г. 2010 г. 2010 г. 2011 г.

ПВ I 4,2 5,9 3,2 6,4 3,3 1,4 1,РОУ, II 2,5 2,4 1,8 2,4 2,9 1,4 1,мг/дмIII 2,7 2,0 1,8 2,2 3,0 1,4 1,I 18 11 37 57 18 6 Ц, II 18 8 6 5 8 <5 <град III 9 6 <5 <5 <5 <5

Определение содержания ГУК в питьевой воде В процессе обеззараживания воды хлором типично образование девяти ГУК: монохлоруксусной (CH2ClCOOH), дихлоруксусной (CHCl2COOH), трихлоруксусной (CCl3COOH), монобромуксусной (CH2BrCOOH), дибромуксусной (CHBr2COOH), трибромуксусной (CBr3COOH), бромхлоруксусной (CHBrClCOOH), дихлорбромуксусной (CBrCl2COOH) и дибромхлоруксусной (CBr2ClCOOH).

Для контроля содержания ГУК в природной и питьевой воде г. Уфы были апробированы газохроматографические методики US ЕРА (ЕРА 552, 552.2 и 552.3). Результатом проведенных изысканий явилась разработка методики МП УВК 1.100-2010. Метод основан на извлечении ГУК из пробы воды жидкость– жидкостной экстракцией метил–трет–бутиловым эфиром (МТБЭ), переводе кислот в метиловые эфиры (МЭ) и их последующем количественном определении методом газовой хроматографии с электронозахватным детектированием (ГХ– ЭЗД) (рис. 2).

Питьевая Экстракция МТБЭ Отделение органической и природная вода CuSO45H2O, Na2SO4 фазы. Этерификация Vпробы = 50 см3 рН0.5 кислот метанолом Результат анализа 9 ГУК Анализ Нагревание при 50оС с учетом метрологичеких органической (2 часа). Нейтрализация характеристик фазы (ГХ–ЭЗД) Na2COРис. 2. Этапы определения содержания ГУК в воде (МП УВК 1.100-2010) Доказано, что наилучшее разделение МЭ ГУК достигается в диапазоне значений констант Мак–Рейнольдса от 406 до 919. В связи с этим при анализе использована колонка со средне–полярной НЖФ DB–17 (полиметилфенилсилоксан с 50 % фенильных радикалов), с константой Мак–Рейнольдса равной 884. В качестве внутреннего стандарта применяли 1,2,3–трихлорпропан.

Экспериментально установлено, что для извлечения ГУК из питьевой воды г. Уфы приемлема однократная микроэкстракция МТБЭ при рН=2, что значительно сокращает время пробоподготовки, количество используемых реактивов и уменьшает вероятность внесения дополнительных загрязняющих примесей.

Нижняя граница диапазона измерений методики составляет 0,001 мг/дм3.

Методика разработана с учетом всех требований, предъявляемых к аттестованным методикам измерений в соответствии с ГОСТ Р 8.563–2009 и зарегистрирована в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений за номером ФР.1.31.2011.09374, что позволило внедрить ее в практику лабораторно-производственного контроля МУП «Уфаводоканал» и использовать для мониторинга ГУК.

Экоаналитический мониторинг ГУК и ТГМ в питьевой воде г.Уфы, полученной из водоисточников разного типа В Центре аналитического контроля качества воды МУП «Уфаводоканал» с 2006 г. проводится лабораторно-производственный контроль за содержанием ГУК. Ежемесячно анализируются пробы питьевой воды на стадиях водоподготовки ПВ и ИВ.

Обнаружено, что максимальный вклад из образующихся ГУК в питьевую воду города Уфы вносят трихлоруксусная (ТХУК) и дихлоруксусная (ДХУК) кислоты. Наибольшие суммарные содержания ГУК в воде ПВ приходятся на летне–осенний сезон (рис. 3, 4).

0,ТГМ ГУК 0,0,0,0,0,0,0,0,2006г. 2007г. 2008г. 2009г. 2010г.

Дата Рис. 3. Суммарное содержание ГУК и ТГМ в питьевой воде ПВ г. Уфы 0,ТГМ ГУК 0,0,0,0,0,0,0,0,зимавесна лето осень зимавесна лето осень зимавесна лето осень зимавесна лето осень зимавесна лето осень 2006г. 2007г. 2008г. 2009г. 2010г.

Дата Рис. 4. Суммарное содержание ГУК и ТГМ в питьевой воде ИВ г. Уфы На основании сравнительного анализа воды двух водопроводов города установлено, что среднегодовое суммарное содержание ГУК и ТГМ в питьевой воде ПВ в 3–4 раза превышает их суммарное содержание в воде из скважин ИВ.

Для количественной оценки вклада сезонности в общую изменчивость уровней содержания ПДХ в питьевой воде использованы методы математической статистики.

Анализ сезонной динамики содержания ГУК в питьевой воде г. Уфы На основании результатов мониторинга ГУК и ТГМ (2006–2010 гг.) образованы последовательности данных – временные ряды. Метод анализа временС, мг/дм лето лето лето лето лето зима зима зима зима зима осень осень осень осень осень весна весна весна весна весна С, мг/дм ных рядов позволил выявить закономерные (тренд–циклическую, сезонную) и случайные составляющие общей изменчивости временных рядов ГУК и ТГМ.

Временные ряды анализировали по суммарному количеству шести ГУК и трех ТГМ, которое было оценено по содержанию в них хлора (ГУК (Cl) и ТГМ (Cl)). Такой подход позволяет сопоставить общее количество хлора, используемое на хлорирование, с количеством хлора, расходуемым на образование ТГМ и ГУК, и количеством остаточного активного хлора, обеспечивающего пролонгированное обеззараживание воды.

При анализе временных рядов использовали аддитивную модель, в которой временной ряд представлен как сумма тренд–циклической (trt), сезонной (st) и случайной компоненты (t): xt = dt+t = (trt+st)+t (1), где xt – элементы временного ряда; dt – детерминированная составляющая; t = =1,…, n – порядковые номера элементов временного ряда, соответствующие месяцу.

Тренд–циклическую компоненту рассчитали как простое скользящее сред1 1 xl = xl -m + xl -m+1 + K + xl +m-1 + xl +m , где xl – нее по формуле:

2m 2 простое скользящее среднее для l = m+1, m+2, …, n–m, где 2m – интервал сглаживания, составил 2m = 12 (по числу элементов ряда в году).

Сезонная компонента рассчитана по сезонным индексам как простое сред + = (x - x ) нее:, где определено из формулы i i + j p i + j p + j = общей длины исходного ряда n = (+2)/p (p – период последовательности, равный 2m).

Случайная компонента определена путем преобразования формулы (1).

Содержание хлора в ГУК и ТГМ в питьевой воде ПВ и ИВ характеризуется сезонной изменчивостью в течение года (рис. 5).

0,00,0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 --0,0-0,-Месяц Месяц Питьевая вода ПВ Питьевая вода ИВ Питьевая вода ПВ Питьевая вода ИВ Рис. 5. Сезонные индексы временного ряда ГУК (Cl) (слева) и ТГМ (Cl) в питьевой воде ПВ и ИВ Сезонный индекс Сезонный индекс Вклад каждой компоненты в исходные значения ряда оценен как изменение общей суммы квадратов отклонений элементов ряда от среднего за счет суммы квадратов отклонений вносимых трендом, сезонностью и случайными n n p n n 2 2 2 колебаниями: ( x - x ) = (trt - x ) + + .

t i t p t =1 t =1 i =1 t =Установлено, что сезонная компонента временных рядов вносит наибольший вклад (табл. 2).

Таблица 2. Вклад компонент в изменчивость временных рядов, % Компонента ГУК (Cl)ПВ ТГМ (Cl)ПВ ГУК (Cl)ИВ ТГМ (Cl)ИВ Тренд-циклическая 12 15 14 Сезонная 67 52 48 Случайная 21 33 38 Временной ряд 100 100 100 1Схожая динамика образования ГУК (Cl) и ТГМ (Cl) и уровень их количественного содержания указывают на необходимость определения ГУК в питьевой воде наряду с ТГМ для более надежной оценки безопасности подаваемой воды населению.

Исследование влияния ГУК на дополнительное образование ТГМ при контроле содержания ПДХ в питьевой воде Одним из факторов, подтверждающих необходимость контроля ГУК при оценке качества питьевой воды является их способность подвергаться галоформному распаду – процессу разложения ГУК в воде с образованием ТГМ при нагревании. Данный процесс возможен при применении газохроматографических методов определения ТГМ в воде, которые широко внедрены в практику аналитических лабораторий, занимающихся контролем качества воды.

Газохроматографические методы включают этап пробоподготовки. Метод анализа равновесного пара (АРП) предусматривает предварительное термостатирование пробы воды при 80 С, в то время как метод продувки и улавливания (Purge and Trap) проводится без термостатирования.

Нами проведены лабораторные исследования на пробах воды, очищенной от органических примесей. Образцы проб содержали добавки смеси 7 ГУК с концентрацией каждой кислоты от 0,007 мг/дм3 до 0,28 мг/дм3. Результаты экспериментов (метод АРП) показали, что как термостатирование пробы воды, содержащей ГУК, так и увеличение концентрации ГУК в воде приводит к дополнительному образованию ТГМ (рис.6).

Аналогичные эксперименты проведены с пробами питьевой воды, изначально содержащей ГУК и ТГМ. Анализ методом Purge and Trap практически не приводит к изменению содержания суммы ТГМ в воде. Установлено, что дополнительное образование ТГМ в процессе анализа питьевой воды методом АРП составляет в среднем 20% при содержании ГУК на уровне 0,02 мг/дм3.

0,08 Бромоформ 0,Хлороформ Бромдихлорметан ПДК для хлороформа 0,06 0,0Дибромхлорметан 0,04 0,ПДК для бромдихлорметана и дибромхлорметана 0,02 0,00,007 0,1 0,2 0,0,007 0,1 0,2 0,С 7ГУК, мг/дма) б) С 7ГУК, мг/дмРис. 6. Образование ТГМ в очищенной воде: а) метод с термостатированием; б) метод без термостатирования Таким образом, возникает возможность получения некорректных результатов по содержанию ТГМ в питьевой воде за счет перехода части ГУК в ТГМ в процессе анализа. В этой связи при содержаниях ТГМ, близких к ПДК, рекомендуется анализировать пробы методом без термостатирования и определять содержание ГУК в воде.

На основании полученных данных разработаны рекомендации по усовершенствованию лабораторного контроля качества питьевой воды на МУП «Уфаводоканал».

Зависимость образования ГУК от технологических параметров и интегральных показателей качества воды Для установления количественной взаимосвязи между содержанием ГУК и параметрами, влияющими на их образование, использовали метод корреляционно-регрессионного анализа. В качестве прогнозируемого параметра использовали содержание ГУК, независимыми переменными служили дозы хлора (ДХЛ) и интегральные показатели выбраны Ц, ПО, РОУ. В виду двухступенчатого хлорирования воды на ПВ оценено влияние как первичной (ДХЛ1), так и вторичной (ДХЛ2) доз хлора.

Наиболее тесная взаимосвязь суммарного содержания ГУК наблюдается с показателями ДХЛ1 + ДХЛ2 и Ц/ПО, для которых ниже приведены уравнения:

ГУКПВ = 0,019ДХЛ1 + 0,017ДХЛ2 (R = 0,95) ГУКПВ = 0,0039 Ц/ПО (R = 0,88) С ТГМ, мг/дм С ТГМ, мг/дм Возможность применения интегрального показателя Ц/ПО в качестве аналога общепринятого параметра SUVA (Specific UV Absorbance – показатель специфического УФ-поглощения при длине волны 254 нм) опубликовано в работах Перминовой И.В. (2010 г.). Этот показатель основан на максимальном поглощении света бензольными кольцами и используется для косвенной оценки содержания ароматического углерода (САr) в составе РОВ. Полигидроксиароматические фрагменты РОВ в воде водоисточника являются основными предшественниками ПДХ. Содержание САr определяли по предложенному уравнению: САr = 2Ц/ПО + 14,44 (R = 0,94) (2).

На основании уравнения (2) оценен качественный состав РОВ (содержание ароматических фрагментов) природной и питьевой воды г. Уфы за весь период наблюдений. Количественное содержание СAr в составе РОВ в абсолютных единицах рассчитано по концентрации РОУ, полученному в результате лабораторных исследований (2006 – 2010 гг.). Содержание СAr в пробах воды реки Уфы и в питьевой воде ПВ составило от 0,35 до 1,90 мг/дм3 и от 0,20 до 0,мг/дм3 соответственно (рис. 7).

7,6,5,4,3,2,1,0,Дата РОУ воды р. Уфы САr воды р. Уфы РОУ питьевой воды ПВ САr питьевой воды ПВ Рис. 7. Средне-многолетнее содержание РОУ и СAr в природной и питьевой воде ПВ Минимальные значения СAr фиксировались для образцов природной воды, отобранных в зимний период, когда наблюдается понижение стока и скорости гумусообразования. Мониторинг САr, рассчитанного по интегральному показателю Ц/ПО, актуален для предприятий водоснабжения при оптимизации технологических мероприятий в процессах водоподготовки.

Известно, что технология подготовки питьевой воды с применением коагуляции, флокуляции, осаждения и фильтрования обычно удаляет от 20 до 50% С, мг/дм РОВ. Сооружения подготовки питьевой воды ПВ г. Уфы включают аналогичные стадии очистки. В 2006 – 2010 гг. содержание РОВ в процессе водоподготовки на ПВ снижалось в среднем на 22% (рис. 7), что указывает на эффективность технологических процессов на ПВ даже при достаточно низких значениях РОВ в воде реки Уфы.

Полученные в ходе исследований данные позволили построить корреляционно–регрессионную зависимость суммарной концентрации ГУК в воде от доз хлора и САr, входящего в состав РОВ водоисточника:

ГУКПВ = 0,019ДХЛ1 + 0,009ДХЛ2 + 0,011САr (R = 0,96) На основании результатов мониторинга показателей качества воды разработаны научно–обоснованные рекомендации по оптимизации технологии водоподготовки на сооружениях МУП «Уфаводоканал», в которых отражены подходы оперативного количественного определения содержания ГУК расчетным методом.

Оценка возможного канцерогенного риска ГУК на здоровье человека в зависимости от качества потребляемой питьевой воды г. Уфы Для интегральной оценки питьевой воды по показателям химической безвредности использовали метод, основанный на вероятностных оценках развития неблагоприятного эффекта от воздействия ГУК и необходимый для сравнительных оценок величины значений риска. Оценка индивидуального и популяционного канцерогенного риска проведена по беспороговому методу (МР 2.1.4.0032–11). Принятая система расчета индивидуального риска (Risk) токсичных примесей в питьевой воде использует уравнение: Risk = SFОLADD.

Канцерогенный потенциал (SFО) характеризует степень увеличения вероятности развития рака при воздействии канцерогена. В Росси SFО установлено только для ДХУК – 0,05 мг/кгдень (Руководство Р 2.1.10.1920–04). Величина LADD (среднесуточная доза загрязнителя объекта окружающей среды) рассчитывается по уравнению:

LADD = (CCREDEF)/(BWAT365), мг/кг где С – концентрация вещества в среде обитания, мг/дм3; CR – скорость поступления потребляемой питьевой воды, дм3/сут.; ED – продолжительность воздействия, лет; EF – частота воздействия, сут./год; BW– масса тела человека, кг;

АТ – период осреднения экспозиции, лет; 365 – число дней в году.

Популяционный канцерогенный риск (PCR), обусловленный воздействием ДХУК, содержащейся в питьевой воде, на здоровье населения г. Уфы рассчитан по уравнению: PCR = RiskPOP, где POP – численность исследуемой популяции, чел. (табл. 3). Количество человек, потребляющих питьевую воду ПВ, ориентировочно составляет 245500 чел., ИВ – 499600 чел.

Таблица 3. Индивидуальный и популяционный канцерогенный риск воздействия ДХУК и хлороформа на население г. Уфы Показатель СПВ;; SFО, ПВ ИВ СИВ, мг/кг LADD, Risk PCR LADD, Risk PCR мг/дм3 день мг/кг мг/кг ДХУК 0,012; 0,05 0,00051 2,610-5 6,4 0,00012 6,010-6 3,0,00Хлороформ 0,027; 0,0061 0,0012 7,110-6 1,7 0,00021 1,310-6 0,0,00где СПВ; СИВ – средняя многолетняя концентрация ГУК и хлороформа в питьевой воде ПВ и ИВ (2006 – 2010 гг.).

Таким образом, риск, обусловленный воздействием ДХУК, сопоставим с уровнем риска влияния хлороформа, что свидетельствует о необходимости внесения ГУК в список обязательных контролируемых показателей качества питьевой воды.

ВЫВОДЫ 1. На основании разработанной методики определения содержания ГУК в воде установлено, что суммарное содержание ГУК в питьевой воде г. Уфы на выходе с водопровода поверхностного типа составляет в среднем от 0,020 мг/дм3 до 0,032 мг/дм3, инфильтрационного типа – от 0,0064 мг/дм3 до 0,01 мг/дм3. Величина содержания ГУК сравнима с концентрацией ТГМ, что указывает на необходимость их контроля при оценке качества питьевой воды.

2. Методом анализа временных рядов установлен вклад закономерной и случайной составляющих изменчивости временных рядов ГУК(Cl). Наибольшее значение приходится на сезонную компоненту временного ряда (66% на ПВ и 48% на ИВ).

3. Получены математические зависимости суммарного содержания ГУК в питьевой воде ПВ от технологических параметров на стадиях водоподготовки и качества природной воды: ГУКПВ = 0,019ДХЛ1 + 0,017ДХЛ2 (R = 0,95); ГУКПВ = 0,0039 Ц/ПО (R = 0,88). Их использование позволяет прогнозировать содержание ГУК в питьевой воде, что создает условия для управления технологическими процессами водоочистки.

4. Получено уравнение зависимости суммарного содержания ГУК в питьевой воде ПВ от доз хлора и СAr, входящего в состав РОВ реки Уфы: ГУКПВ = =0,019ДХЛ1 + 0,009ДХЛ2 + 0,011САr (R = 0,96). На основании данной прогностической модели разработаны научно-обоснованные рекомендации по оптимизации технологии водоподготовки, позволяющие оценивать содержание ГУК в питьевой воде г. Уфы без проведения сложных аналитических измерений.

5. Установлено, что уровни канцерогенного риска, обусловленные воздействием ДХУК (2,610-5 для воды ПВ и 6,010-6 для воды ИВ) и хлороформа (7,110-6 для воды ПВ и 1,310-6 для воды ПВ) одного порядка, что свидетельствует о необходимости внесения ГУК в список обязательных контролируемых показателей качества питьевой воды.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Вождаева М.Ю., *Труханова Е.В., Кантор Л.И., Мельницкий И.А. Влияние галогенуксусных кислот на точность определения тригалометанов в воде после хлорирования // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. – Тезисы докладов, Т. 4. Москва, 23 – 28 сентября 2007 г. С. 106.

2. Филиппова О.Л., Труханова Е.В., Кантор Л.И., Вождаева М.Ю., Мельницкий И.А. К вопросу о методе определения содержания галогенуксусных кислот в питьевой воде // II Международный форум «Аналитика и Аналитики». – Рефераты докладов, Т. 2. Воронеж, 22 – 26 сентября 2008 г. С. 415.

3. Irina V. Perminova, Andrey I. Konstantinov, Ekaterina V. Trukhanova, Margarita Yu. Vozhdaeva, Lev I. Kantor. Spectrofotometric and Size-Exclusion Chromatographic Study of Dissolved Organic Matter and It’s Season Dynamics // 15th International Humic Substances Society Meeting. Advances In Natural Organic Matter And Humic Substances Research 2008 – 2010 – Book of Abstracts, Vol. 3. Puerto de la Cruz, Tenerife, Canary Islands, 27 June – 2 July 2010. P. 77.

4. Ekaterina V. Trukhanova, Margarita Yu. Vozhdaeva, Lev I. Kantor, Evgeniy A.

Kantor. Basic By-products Formation During Chlorination of Water Containing Humic Substances // 15th International Humic Substances Society Meeting. Advances In Natural Organic Matter And Humic Substances Research 2008 – 2010 – Book of Abstracts, Vol. 3. Puerto de la Cruz, Tenerife, Canary Islands, 27 June – 2 July 2010. P.

67.

5. Труханова Е.В., Вождаева М.Ю. Галогенуксусные кислоты как побочные продукты хлорирования воды. Нормативно – методическое обеспечение // XIV научно – практический семинар «Вопросы аналитического контроля качества вод». – Материалы семинара, Москва, 21 – 24 сентября 2010г.

6. Труханова Е.В., Вождаева М.Ю., Кантор Л.И., Кантор Е.А., Мельницкий И.А.

Исследование влияния галогенуксусных кислот на результаты определения тригало-метанов в воде // Экология и промышленность России. Февраль, 2011.

С. 41–45.

7. Труханова Е.В., Вождаева М.Ю., Кантор Л.И., Кантор Е.А. О дополнительном образовании тригалометанов из галогенуксусных кислот в питьевой воде // VIII Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «ЭКОАНАЛИТИКА –2011», 26 июня – 2 июля 2011г., Архангельск – 2011. – Тезисы докладов. С. 277.

8. Труханова Е.В., Кантор Л.И., Кантор Е.А. Определение галогенуксусных кислот методом реакционной газовой хроматографии // VIII Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды «ЭКОАНАЛИТИКА – 2011», 26 июня – 2 июля 2011г., Архангельск – 2011. – Тезисы докладов. С. 278.

9. Труханова Е.В., Вождаева М.Ю., Кантор Л.И., Мельницкий И.А., Кантор Е.А.

Газохроматографические методы определения галогенуксусных кислот в воде // Вода: химия и экология. №8, 2011. С. 72–74.

10. Вагнер Е.В., Константинов А.И., Кантор Л.И., Перминова И.В., Вождаева М.Ю., Мельницкий И.А., Кантор Е.А. Оценка содержания суммарного ароматического углерода в органическом веществе природной и питьевой воде г.

Уфы // Экология и промышленность России. Ноябрь, 2011. С. 36–39.

* Автор поменяла фамилию Труханова на Вагнер.

Благодарности:

Автор выражает глубокую признательность к.х.н Вождаевой Маргарите Юрьевне за помощь в обсуждении результатов работы и подготовке диссертации.

Автор глубоко благодарен д.х.н., проф. Перминовой Ирине Васильевне за содействие в проведении аналитических работ и обсуждении полученных результатов.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.