WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ШУРЭНЦЭЦЭГ ХУРЭЛБААТАР КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ВОДОПОДГОТОВКИ Специальность 03.00.16 – Экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Иваново 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Ивановский государственный химико-технологический университет” на кафедре «Промышленная экология» Доктор химических наук,

Научный консультант:

профессор Гриневич Владимир Иванович

Официальные оппоненты: Доктор химических наук, профессор Базанов Михаил Иванович Кандидат химических наук, доцент Ефимова Галина Александровна

Ведущая организация: Ковровская государственная технологическая академия имени В.А. Дегтярева

Защита состоится «28» декабря 2009 г. в 12 часов в аудитории на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Ивановский государственный химикотехнологический университет” по адресу:

153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО “Ивановский государственный химико-технологический университет” по адресу:

153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « 27 » ноября 2009 г.

Учёный секретарь совета, д.т.н., ст.н.с. Гришина Е.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема содержания различных токсикантов в питьевой воде привлекает к себе внимание не только исследователей различных областей науки и специалистов водоподготовки, но и потребителей.

Концентрации загрязняющих веществ в поверхностных водах варьируются в широких пределах и зависит от многих факторов. Доминирующим из них является хозяйственная деятельность человека, в результате которой поверхностные стоки и атмосферные осадки загрязнены разнообразными веществами и соединениями, включая и органические. Качество питьевой воды в значительной мере определяется стадией водоподготовки. В зависимости от того, какие для этого используют методы и реагенты, происходит формирование качества питьевой воды, поступающей в централизованную водопроводную сеть.

Сложность проблемы заключается в том, что набор органических загрязнителей, содержащихся в микроколичествах, как в поверхностных водах, так и питьевой воде очень широк и специфичен. Некоторые вещества, такие как пестициды, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), хлорорганические соединения (ХОС), включая диоксины, тяжелые металлы (ТМ) даже в микродозах чрезвычайно опасны для здоровья человека.

Поэтому выявление взаимосвязей между содержанием токсикантов в природных водах, являющихся источниками водоснабжения, и в питьевой воде в зависимости от способа водоподготовки имеет актуальное значение.

Поиск альтернативных методов водоподготовки также является актуальной задачей.

Основной целью данной работы было выявление приоритетных загрязнителей природной и питьевой воды, а также оценка возможности применения альтернативных методов водоподготовки.

Для достижения этих целей были выполнены:

- экспериментальные измерения наиболее важных показателей качества воды природной воды (сезонная и годовая динамика изменения качества) и воды из централизованной системы водоснабжения;

- измерения содержания токсикантов после альтернативных методов водоподготовки (озонирование и диэлектрический барьерный разряд - ДБР);

- оценка токсичности воды прошедшей различные виды обработки методом биотестирования;

- оценка влияния питьевой воды на здоровье населения по результатам эксперимента.

Новизна исследования. Определены критериальные загрязнители природных вод (углеводороды нефти и фенолы, ТМ, ХОС). Установлено влияние содержания токсикантов в природной воде на качество питьевой воды в зависимости от применяемого метода водоподготовки. Показано, что основной вклад в появление ХОС (хлорметанов) в питьевой воде дают растворенные в воде органические соединения. Выявлено, что после хлорирования содержание хлорорганических соединений в питьевой воде увеличивается в 1.2-раза, а после озонирования и обработки в ДБР снижается в среднем в 2 раза.

Расчетами и экспериментально показано, что применение альтернативных методов водоподготовки (озонирование, ДБР) позволяет снизить величину токсичности воды (биотестирование) и суммарного общетоксического риска для потребителей воды.

Практическая значимость. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы для прогноза изменения качества природной и питьевой воды, а также для эколого-экономического обоснования необходимости модернизации систем водоподготовки, в частности для г.

Иваново.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивалась использованием современных методов исследований и обработки результатов, выполненных в соответствии с действующей нормативной документацией (ГОСТ, СанПиН, ГН, МУК и др.), проверкой их на воспроизводимость, а также отсутствием противоречий с теми сведениями, которые были известны ранее.

Личный вклад автора. Анализ литературных источников, выбор объектов исследований с учетом их специфики, экспериментальные исследования выполнены лично автором. Постановка цели и задач исследования, интерпретация и анализ полученных результатов, формулирование основных выводов диссертационной работы, проведены соискателем и совместно с научным руководителем.

Публикация и апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены на научной конференции «Санитарногигиеническая служба-70», Монголия, Улан-Батор, 2004; Scientific conference “Heritage and innovation of medical sciences in Mongolia”, Mongolia, Ulan Bator, 2006; на 8-м Международном конгрессе “Вода: экология и технология” ЭКВАТЭК-2008, г. Москва; на VII и VIII Региональной студенческой научной конференции с международным участием “Фундаментальные науки - специалисту нового века”, г. Иваново, 2008, 2009; на 89-й научно-практической конференции студентов и молодых ученых ИвГМА «Неделя науки-2009», Иваново, 2009.

По результатам исследований опубликовано 14 работ, включая 1 статью из перечня журналов, рекомендованных ВАК.

Объём диссертации. Диссертация изложена на 146 стр., содержит табл., 53 рис. и состоит из введения, литературного обзора, методик исследований, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 122 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены основные источники загрязнения и факторы, влияющие на состояние природных вод (источников водоснабжения).

Дан сравнительный анализ различных методов водоподготовки, позволяющих снижать содержание поллютантов в питьевой воде (хлорирование, озонирование, УФ-излучение). Установлено, что в настоящее время не существует универсального метода для всех видов обработки воды: подготовки питьевой воды, обезвреживания промышленных, бытовых и ливневых стоков.

Показано, что изучение процессов поступления и миграции основных токсикантов в каждом конкретном водотоке является не только актуальным, но и обязательным как для улучшения качества воды в нем, так и для выбора метода водоподготовки.

Во второй главе приведены объекты исследований: физикогеографическая характеристика района Уводьского водозабора г. Иваново и общая характеристика системы водоснабжения г. Улан-Батора.

Приведено описание экспериментальных установок, а также методики озонирования и обработки в ДБР.

Показатели качества воды после озонирования, обработки в ДБР, воды из централизованной системы водоснабжения города и из водозабора, а также атмосферных выпадений проводили по стандартным методикам: рН потенциометрическим методом; общую минерализацию (сухой остаток) - весовым методом; химическое (ХПК), биохимическое (БПК5) потребление кислорода, растворенный кислород – титриметрическим методом; SO42-, NO3-, NO2-, NH4+ - фотометрическим методом; фенолы, нефтепродукты и формальдегид - хемолюминесцентным методом (Флюорат-2М), хлорорганические соединения (хлороформ, 1,2-дихлорэтан, четыреххлористый углерод, трихлорэтилен, 1,1,2,2 тетрахлорэтан) и пестицидов (гамма ГХЦГ, ДДТ) – хроматографическим методом (газовый хроматограф марки «Биолют» с детектором электронного захвата (ДЭЗ)), содержание металлов Cu, Fe, Mn, Cr, Ni, Сd, Zn – атомно-абсорбционным методом (спектрофотометр «Сатурн»). Случайная погрешность измерения ХОС хроматографическим методом (доверительная вероятность 0,95) не превышала 25 %, а относительная погрешность измерения всех остальных показателей качества воды по стандартным методикам не превышала 20%.

Токсическое действие растворов определялось расчетным методом (расчет потенциальной токсичности - ПТ) и методом биотестирования (тестобъекты - Daphnia Magna (дафнии) и Poecillia Reticulata Peters (гуппи)). Погрешность метода биотестирования на дафниях составляет 66 %, на гуппи – 42 %.

В третьей главе проводится обсуждение полученных экспериментальных данных. Качество воды в Уводьском водохранилище (водозабор).

Результаты измерений основных показателей качества воды в районе водозабора г. Иваново (местечко Авдотьино, поверхностный источник водоснабжения) в течение 2003-2008 гг. показывают, что водоток испытывает повышенную нагрузку по следующим показателям (в долях ПДК по среднегодовому значению): БПК5 (от 1.6 до 2), нефтепродукты (от 1.2 до 3.4), фенолы (от 5.1 до 10.2), железо (от 2.6 до 8.8), марганец (от 4.5 до 14), медь (от 3 до 8), цинк (от 1 до 4.5).

Содержание в Уводьском водозаборе органических веществ в составе растворенных форм и взвешенных частиц в 2008 г. зависит от сезонного фактора (в осенний период содержание органических соединений в растворенной форме увеличивается, а взвешенных частиц уменьшается). В фазу устойчивого водообмена содержание органических соединений выше, чем в зимние месяцы. По-видимому, это связано с более интенсивными процессами окисления, фотосинтеза или гидролиза части органических веществ и переводом их в растворенное состояние.

Наблюдается тенденция к уменьшению концентрации растворенного кислорода в период интенсивного фотосинтеза, то есть в теплое время года, что характерно для любых водоемов. Так летом, при увеличении интенсивности процессов фотосинтеза, концентрация растворенного кислорода падает в среднем до 8.3 мгО2/л. Это приводит к снижению интенсивности окислительных процессов загрязняющих веществ, однако адекватного роста содержания органических соединений в летние месяцы не наблюдается. Наблюдения, проведенные в течение всего исследуемого периода (2003-2008 гг.) времени, показали, что количество растворенного кислорода в Уводьском водохранилище (водозабор) никогда не падало ниже нормы, и находилось в пределах 5.2-13.1 мгО2/л.

Перманганатная окисляемость (ПО), характеризующая содержание органических и минеральных веществ, изменялась в течение 2003-2008 гг. в пределах, мгО2/л: 4.8-16.3; а содержание биохимически окисляемых органических соединений (БПК5) в воде водозабора колебалось от 2.3-5.76 мг О2/л.

Изменение среднегодового значения БПК5 в интервале наблюдений 20032008 гг. имеет тенденцию к снижению.

БПК / ПО 0, БПК /ПО 0, 8 5 2008 г.

0, 0, 0,0,0,0, 0,0, 0,0,0,0, 0, 0, 0,0, 0,0,2003 2004 2 005 2 006 20 07 2008 зима весна лето осень г оды Рис. 1. Соотношение значений БПК5/ПО Рис. 2. Соотношение значений (2003-2008 гг.) БПК5/ПО в течение года.

Среднее отношение БПК5/ПО (рис. 1) в первый год уменьшилось почти в 2 раза, а в период с 2004 по 2007 гг. наблюдается обратная тенденция. Отметим, что в 2008 г. отношение БПК5/ПО заметно снизилось, особенно в весенний и осенний периоды (рис. 2). Это свидетельствует о накоплении трудно окисляемых органических веществ, что является как крайне негативным фактором для нормального функционирования водохранилища, а также должно сказываться на качестве питьевой воды.

По поступлению общего фосфора, трофическое состояние Уводьского водохранилища в 2003-2004 и 2008 годах занимает граничное состояние между мезотрофным (55 %) и эвтрофным (35 %).

Концентрации NO3-, NO2- в летний период минимальны, что возможно, связано с незначительным притоком дождевой воды, а также отсутствием дополнительного поступления подземных вод и с развитием фитопланктона.

Однако в осенний период концентрации NO3- увеличивается, что также объясняется вымыванием из почв почвенного органического вещества и отходов жизнедеятельности живых организмов и их последующем окислении.

С, мг/л С, мкг/л зима 0.а) б) зима весна 12 весна лето лето осень 0. осень 0.0.2004 2007 2004 2005 2006 2007 годы годы Рис. 3. Сезонное изменение концентрации нефтепродуктов (а), фенолов (б) в районе водозабора.

С, мг/л С, мкг/л а) б) 0,0,ПДК рх 0,ПДК рх 0,1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 2 3 4 5 6 7 8 месяцы месяцы Рис. 4. Изменение концентрации нефтепродуктов (а), фенолов (б) в течение года.

Контроль за содержанием фенолов и нефтепродуктов в течение всего периода наблюдений показывает практически постоянное превышение нормируемых величин (рис. 3, 4). Так максимальное содержание углеводородов нефти наблюдалось в 2003-2004 гг. и составляло в среднем 3 ПДКрх (ПДКрх = 0.05 мг/л), однако в 2005-2008 гг. произошло уменьшение их концентрации до 1.2 ПДК. Необходимо отметить то, что максимум концентрации приходится на весенний период (фаза весеннего водообмена, рис. 4а). Следовательно, накопление биохимически не окисляющихся органических веществ, является, прежде всего, следствием загрязнения водохранилища нефтепродуктами, что и подтверждается минимальным отношением БПК5/ПО (рис. 2). Максимальные концентрации фенолов (рис. 4б) были также зарегистрированы в весенний и летний периоды и составляли соответственно 7.4 и 6.9 мкг/л, что превышает нормируемое значение в 7.4 – 6.9 раза.

Pages:     || 2 | 3 |






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