Аналіз сучасних методів та екологічна безпека знезараження питної води

Актуальність. В більшості областей України на водоканалах для знезараження питної води використовують хлор, в процесі якого утворюється велика кількість побічних токсичних речовин, про що багато хто знає, але не приймає відповідних рішень.

Постачати у власний організм чотирихлористий вуглець – відмінний плямовивідник або дихлоретан – не менш чудовий клей для органічного скла – значить займатися повільним самогубством. Але й це ще не все. Діоскин – компонент хімічної зброї "ейджент орандж" (застосовувався США у В’єтнамі) – сильна отрута, що вражає імунну систему, яка навіть в мікродозах не виводиться з організму [1].
Поставлені задачі. Дослідити сучасні методи знезараження питної води в Україні та світі; виявити основні їх переваги та недоліки; зробити відповідні висновки і запропонувати найбільш безпечний серед зазначених методів дезінфекції, знезараження та стерилізації питної води.
Результати досліджень. Ще на початку 70-х років ХХ ст. у літературі з’явилися повідомлення щодо можливості утворення галогеновмісних сполук (ГВС) при хлоруванні води. Останнім часом з’явилися дані про те, що багато речовин промислового походження, що знаходяться у воді, також можуть трансформуватись під дією активного хлору. У процесі хлорування води можуть утворюватися сотні галогеносполук, якісний і кількісний склад яких залежить від вихідного вмісту у воді речовин – попередників ГВС. Встановлено, що такими є гумінові кислоти, фульвокислоти, таніни, хінони, дубильна, карбоксильна, лимонна й амінокислоти, Д-глюкоза, вуглеводні, похідні фенолу, аніліну, поверхнево-активні речовини (ПАР), рідше зустрічаються: барвники, спирти, ефіри, альдегіди, кетони, екстрацелюлярні продукти життєдіяльності водоростей, у тому числі – синьо-зелених, планктонів і т.п. Відомо, що додатковим джерелом попередників ГВС можуть служити виробничі стічні води, що містять лігніни, смоляні й жирні ки­слоти [2].
В останньому виданні Посібника Всесвітньої Організації Охорони Здоров’я (ВООЗ) з контролю якості питної води наведені відомості щодо 19 речовин – продуктів хлорування, які є потенційно небезпечними для здоров’я насе­лення. Серед них тригалометани (ТГМ), хлорфеноли, сполуки з груп галооцтових кислот, галоацетонітрилів, галогенованих альдегідів, кетонів і фуранонів. Залишається незрозумілим, чи можуть утворюватися при обробці води хлором хлоретилени, хлоретани, хлорбензоли й ряд інших ГВС. Небезпечними речовинами, що утворюються при хлоруванні води, є [2]: хлороформ, 1,2-дихлоретан, чотирихлористий вуглець, 1,1-дихлоретилен, дихлорбромметан, трибромметан, дибромхлорметан, 2,4,6-трихлорфенол, трихлоретилен, 2-хлорфенол, тетрахлоретилен, дихлорацетонітрил.
Особливо небезпечні мутагенні сполуки, здатні викликати появу злоякісних пухлин. Дослідження фінських учених виявили пряму залежність між мутагенністю хлорованої води і почастішанням злоякісних захворювань. Результати досліджень такі: вживання хлорованої води особливо сильно позначається на жінках – майже в два рази збільшується імовірність захворіти на рак стравоходу, в 1,5 рази – на рак сечового міхура і прямої кишки, в 1,1 рази – на рак молочної залози. Серед чоловіків вживання хлорованої води призводить до збільшення ймовірності раку легенів. І ще – хлорована вода на 30 % прискорює процес старіння! [1]
Нами були проаналізовані дані Державного комітету статистики України, які свідчать про зростання випадків захворювання серед населення: на  новоутворення порівняно з 1990 роком у 2011 році кількість зросла на 113 тис.; на хвороби системи кровообігу – на 1197 тис.; на хвороби сечостатевої системи  – на 871 тис. [3].
До речі в книзі «Світ, який не повинен загинути» висунуто  припущення, що канцерогенну дію уже в знезараженій хлоруванням воді викликають не хлорвмісні побічні продукти взаємодії з хлором, а спори синьо-зелених водоростей, які в процесі еволюції мутували і стали стійкими до дії хлору [4].
Небезпека не обмежується тільки тим, що ми п’ємо хлоровану воду. Небезпечне використання і ванн та душу. Хлор легко всмоктується через шкіру при контакті під час прийняття душу, в басейні. За час, проведений у басейні, людина отримує в 141 разів більшу дозу тригалометанів, ніж при митті під душем, і в 93 рази більше, ніж якби просто випила склянку води з-під крана. Це пояснюється тим, що під час миття в теплій воді пори шкіри відкриті і тіло вбирає хлор як губка. Клуби пари, що утворюються навколо нас при прийомі душу, містять газоподібний хлороформ, що накопичується в легеневій тканині [1].
Ще одна причина, через яку хлорування не можна вважати універсальним методом знезаражування – існування хлоррезистентної мікрофлори: хлоростійких форм Е.соlі, Pseudomonodaceae, Klebsiellae, Рroteae, Legionella, що відно­сяться до умовнопатогенних і патогенних мікроорганізмів та є стабільними контамінантами міських систем водопостачання. Стосовно спорових форм – хлор малоефективний. Відносно стійкі до хлору також мікробактерії, ентеровіруси, цисти найпростіших, синєгнійна паличка, вірус гепа­титу А (ВГА) [2].
Менш поширеним методом дезінфекції питної води в Україні є поєднання хлору та аміаку. Він застосовується на водоканалах Черкас, Києва, Запоріжжя тощо [5,6,7].  Більше 30 % середніх і великих водопроводів США також використовують цей метод. Досліди, що були проведені ще в 1989 р. на річках Дніпро й Де­сна, довели, що застосування хлорамонізації в літній період дозволяє знизити концентрацію хлорорганічих сполук (ХОС) в питній воді в 6 разів і більше [2].
Економія хлору при амонізації позв’язана зі значним зменшенням хлорпоглинання зв’язаного хлору в порівнянні з вільним, а також зі значною стабільністю зв’язаного хлору у воді Лабораторні й дослідно-промислові досліди довели, що хлорування води з мінімальними добавками аміачної води забезпечує стійке зниження концент­рації хлороформу в питній воді до вимог ДержСанПіНу України (до 60 мкг/дм3 і нижче); у літній період економія хлору складає не менше 50 % [2].
Хлораміни мають тривалий ефект післядії й перешкоджають вторинному росту мікроорганізмів в мережі, краще проникають у біоплівки й інактивують прикріплені мікроорганізми, і в такий спосіб перешкоджають погіршенню яко­сті води в мережі та стану самих мереж. Однак мають невисоку бактерицидну дію (в 10-20 разів менше, ніж у вільного хлору й гіпохлориту натрію). А тому при підготовці питної води не може бути використаний в якості дезинфіктанту тільки цей реагент [2]
В Коломиї Івано-Франківської області для знезараження використовують гіпохлорит натрію,  який отримують безпосередньо на станції очищення питної води з харчової солі методом електролізу.  Завдяки високій ефективності гіпохлориту, його використовують у значно менших концентраціях, ніж чистий хлор, і навіть мікродози цієї речовини у воді захищають її від повторного зараження під час проходження старими трубами від станції очищення до крана у квартирі споживача. Отже, ця речовина за своїми властивостями автентична хлору, але не є настільки екологічно небезпечною. Лише при потраплянні на тіло людини вона може спричинити опіки. Окрім цього, це ще й економічно вигідно. Адже зараз автоматично відпала необхідність придбання засобів, які призначені для локалізації та нейтралізації хлорної хвилі, у нейтралізуючих та поглинальних розчинах, не потрібно складати плани ліквідації аварійної ситуації. Відповідно, мешканці міста можуть сподіватися, що здешевиться і сама собівартість води [8].
Вважається, що заміна хлору на гіпохлорит натрію не поліпшить якості водопровідної питної води. Гіпохлорит натрію не є вибухонебезпечним при використанні на відміну від хлору, однак за рештою характеристик аналогічний хлору або гірший за нього. Спираючись на результати наукових досліджень, можна стверджувати наступні недоліки гіпохлориту натрію: він менш ефективно, ніж хлор, знезаражує воду; посилює процеси корозії обладнання та трубопроводів за рахунок електропровідності води. І, головне, лабораторні дослідження показали, що цей реагент, порівняно з хлором, має найбільшу реакційну здатність щодо утворення канцерогенних хлорорганічних сполук, зокрема хлороформу. Є залежність і від якості води на водозаборі: чим більше органіки (тих же синьо-зелених водоростей, від яких влітку потерпає, зокрема, Дніпро) – тим більше хлороформу утвориться при реакції з гіпохлоритом натрію.   Отже, гіпохлорит натрію не підійде для обробки вихідної води без впровадження дорогих технологій, які дозволять видалити з води органічні речовини перед процесом хлорування [9]. Як альтернатива, пропонується використання діоксиду хлору, озону, ультрафіолетового випромінювання тощо. Однак і ці методи теж мають свої недоліки.
Наприклад, у порівнянні з бактеріями й вірусами відзначається підвищена стійкість дріжджів і грибів до впливу УФ-випромінювання. УФ-випромінювання діє на віруси набагато ефективніше, ніж хлор, а та­кож вирішує проблему видалення вірусів гепатиту А. Однак, наприклад, аденовіруси досить стійкі до впливу ультрафіолетового світла. Од­ною з причин утруднення видалення мікроорганізмів можуть бути компоненти суспензії, що перебувають усередині конгломератів і захищають їх від дії УФ-променів [2].
Істотним недоліком УФ-знезараження є відсутність бактерицидної після­дії. Після припинення УФ-опромінення вода знову легко зазнає зовнішнього бактеріального забруднення в розподільних мережах. Також одержання ультрафіолету є енергоємним проце­сом через порівняно великі затрати електроенергії на його регенерацію. Існують обмеження і щодо якості оброблюваної води. Велике значення на ефект знезаражування води УФ-променями має мутність і кольоровість води, тому що вони зменшують інтен­сивність випромінювання в товщі води [2].
Є наукові публікації, в яких висловлюються думки про необхідність до­даткового вивчення можливості утворення під дією УФ-променів асимульованого органічного вуглецю, що підвищує біологічну нестабільність води, а та­кож публікацї щодо існування потенційної загрози початку формування токси­чних продуктів фотолізу.
Деякі дослідники стверджують, що в результаті впливу озону на орга­нічні речовини останні можуть руйнуватися з утворенням шкідливих хімічних сполук, у першу чергу – альдегідів і кетонів. По даним лише для одно­го із продуктів озонолізу-бромату характерна канцерогенна дія [2].
Існує висока ймовірність появи у воді після озонування додаткових кисневмісних органічних забруднювачів, що є продуктами окиснення й дестру­ктивного розкладання. У літературі є відомості щодо присутності в озонованій воді вільних радикалів, токсичних пероксидних, карбонільних і карбоксильних сполук. Потрапляючи в живий організм, вільні радикали (наприклад, НО–,  О2-–) викликають мутагенні ефекти, руйнують біомембрани, порушують функції ДНК, блокують активні центри ферментів. В той же час, на сього­дні не існує ГДК вільних радикалів у питній воді. А виявлення цих речовин – технічно складне завдання.
Діоксид хлору в порівнянні із хлором і хлорпрепаратами має наступні основні переваги: поліпшення органолептичної (смак, запах, кольоровість, каламутність) характеристики води; висока біоцидна активність відносно всіх форм мікроорганізмів, включа­ючи спори, віруси; цисти найпростіші, яйця гельмінтів, мікроводорості і та ін.; висока швидкість знезаражування при значно меншій концентрації речо­вини; тривалий бактеріостатичний ефект у водорозподільчих системах; видалення мікробних відкладень, запобігання утворенню таких відкла­день в мережі водорозподілення; відсутність утворення хлоровмісних сполук, включаючи тригалометани, хлорфеноли, поліхлоровані біфеніли і та ін. Вміст тригалометанів (ТГМ) при застосуванні діоксиду хлору становить 1-25 % від вмісту ТГМ, яких можна спостеріга­ти при обробці тієї ж кількості води хлором. Результати деяких дослі­джень свідчать про відсутність утворення хлороформу в природних водах, що оброблені діоксидом хлору в концентраціях до 1,0 мг/дм; відсутність реакцій з аміаком та іонами амонію; незалежність окисно-відновного потенціалу від рН води; окиснення органічних сполук, заліза (II), марганцю (II) і та ін.; поліпшення флокуляції води, що не пройшла ще обробки; екологічна безпека.
Переваги діоксиду хлору в порівнянні з озоном: тривалий ефект післядії; відсутність утворення токсичних броматів; мінімальні ваго габаритні параметри устаткування; технологічні й експлуатаційні переваги; менша вартість устаткування й собівартість обробки води. Генератори для синтезу діоксиду хлору ви­пускають відомі європейські фірми, технологія його використання добре від­працьована, що зробило цей спосіб доступним і широко використовуваним в Європі.
Щодо токсичності похідних діоксиду хлору, то коректніше було б говорити про одну похідну – хлорит-аніон, ГДК якого (0,2 мг/дм3). ВООЗ вже переглянула поріг припустимості вбік підвищення до 1 мг/дм3 [2].
Колективні дослідження та лабораторні експерименти університету Брешия (Італія) свідчать, що при залишковій концентрації діоксиду хлору менше ніж 0,2 мг/дм3 досягається більш ніж 90 %-ий бактерицидний ефект; що при інших однакових умовах при діоксидуванні не утворюються тригалометани, а рівні загальних галоген-похідних в 10-20 разів нижчі, ніж при хлоруванні [10].
Одним із найбільш ефективних і перспективних окисників, які викорис­товуються в наш час, є пероксид водню. Це зумовлено тим, що він є екологічно чистим реагентом, завдяки тому, що основними продуктами взаємодії його з токсичними речовинами є: вода, вуглекислий газ, кисень. Це означає, що при використанні пероксиду водню не відбувається вторинного забруднення води. Але широкому використанню пероксиду водню перешкоджає його порів­няно висока вартість і здатність до розкладу. В зв’язку з цим розробляються те­хнології його електросинтезу для обробки води безпосередньо на місці викори­стання. Крім цього, зроблений висновок, що пероксид водню – не­від’ємний компонент природного водного середовища і до втручання людини еволюція аеробного життя на Землі здійснювалась не тільки в присутності О2 і Н2О, але і Н2О2. Виявляється, що два процеси – утворення і розкладу Н2О2 – су­проводжуються генерацією радикалів, які приймають участь в самоочищенні водного середовища [2].
Науковці РАН розробили новий безхлорний засіб для очищення та знезараження питної води – ДЕЗАВІД-Концентрат. Основу препарату представляють органічні полімери, добре розчинні у воді полігексаметиленгуанідин гідрохлорид і алкілдиметилбензиламоній хлорид. ПГМГ має тонкий механізм дії, що дозволяє знищувати безпосередньо самі мікроорганізми, залишаючись при цьому нейтральним до середовища і не вступає в хімічні реакції [11].
Засіб ДЕЗАВІД-Концентрат володіє наступними характеристиками: має антимікробну активність відносно санітарно показових і умовно-патогенних мікроорганізмів, вірусів, грибів; безпечний для людини і навколишнього середовища; не утворює токсичних канцерогенів;  ефективний при будь-якому рівні забруднення і якості оброблюваної води; має довготривалу дію; володіє сильним флокулятівним ефектом; зручний в транспортуванні, зберіганні, застосуванні; за параметрами гострої токсичності відноситься до 4 класу малонебезпечних речовин; пожежо- і вибухобезпечний [11].
«Дезавід» уже декілька років широко використовується як дезінфікуючий засіб у медицині, ветеринарії, побутових миючих засобах, при очищенні води у плавальних басейнах тощо. А минулого року Російська Федерація розпочала використовувати «Дезавід» для очищення питної води на водоканалах кількох міст, зокрема Череповця, Краснокамська, Пскова, а ще у низці міст проводяться промислові випробування [12].
Особливістю «Дезавіду» є те, що він не одразу розпадається у воді, а залишається там близько 14 днів, надійно захищаючи воду від повторного зараження. Однак виникає запитання: якщо реагент залишається у воді, наскільки безпечною є ця вода для вживання?
Виробники засобу запевняють, що речовина є цілковито інертною, тобто не вступає у взаємодію з жодними іншими речовинами, не поглинається шкірою чи слизовими оболонками, а при потраплянні до кишково-шлункового тракту просто руйнується ферментами й виводиться з організму без жодних шкідливих наслідків. «Дезавід» не є токсичним, не викликає отруєнь, подразнень чи алергічних реакцій. Не є шкідливим для навколишнього середовища, оскільки розкладається на органічні речовини, і може використовуватись для знезараження стічних вод [12].
Такі висновки підтверджуються результатами досліджень і промислових випробувань фахівців низки науково-дослідних інститутів Російської Федерації, а також лабораторій України, Італії, Болгарії, Туреччини, Австралії тощо. 2005 р. «Дезавід» отримав Свідоцтво про державну реєстрацію Росспоживнагляду і Сертифікат відповідності Держстандарту, він дозволений Російською держсанепідеміологічною службою для використання на території Російської Федерації. У серпні 2012 року безпечність і ефективність «Дезавіду» було визнано й українською Державною санітарно-епідеміологічною службою та Міністерством охорони здоров’я України [13].
Висновки. Отже, як бачимо, в усіх методів знезараження, навіть альтернативних, є теж певні недоліки. Все це свідчить про недостатність вивчення та дослідження даної проблеми на мікроскопічному рівні. Нещодавно озонування та оброблення води УФ-випромінюванням здавалися майже ідеальними методами дезінфекції, а тепер і вони піддаються сумнівам. Єдиним способом, в якому поки ще, окрім дорогої вартості, не знайшли суттєвих недоліків – застосування пероксиду водню. Ну і «інноваційний прорив» російських науковців – препарат «Дезавід», який, за словами аналітиків, має лише переваги порівняно з іншими методами дезінфекції. Проте, як свідчить досвід, нічого ідеального не буває. Тому, мабуть, просто його ще не достатньо дослідили на належному рівні. Проте з найбільших небезпек потрібно обирати найменшу. Тому для більш детального вивчення необхідно обрати пероксид водню. Наскільки б дороговартісним метод не був, все одно в порівнянні із витраченими населенням коштами на лікування хвороб, викликаних побічними токсичними речовинами в результаті нині застосовуваних способів знезараження, він не буде здаватись настільки дорогим. Більшість людей не знає тонких деталей і справжньої небезпеки хлорованої води. Тому проблема якісного знезараження питної води залишається вкрай актуальною і потребує якнайшвидшого вирішення [14–28].

Список літератури
1. Офіційний сайт «Топ новини України» // Вода, яку ми п’ємо, може викликати мутації Публікація від 27.10.10 р.
2. Крамаренко Л.В. Спецкурс з очистки природних вод. – Харків: ХНАМГ, 2010. – 122 с.
3. Офіційний сайт Державного комітету статистики України.
4. Губарець В., Падалка І. Світ, який не повинен загинути. Людина і довкілля: сучасний аспект. – Київ: Техніка, 2009. – 320 с.
5. Офіційний сайт водоканалу м. Черкаси.
6. Офіційний сайт водоканалу м. Києва.
7. Офіційний сайт водоканалу м. Запоріжжя.
8. Офіційний сайт Івано-Франківської ОДА.
9. Офіційний сайт  газети Телеграфь. // Тетяна Донченко.  Водоканал хоче відмовитися від хлору. Публікація від 2.09.2012 р.
10. Соловьйова Ж.Ф., Малюченко І.О. Екологічні аспекти очищення води діоксином хлору // Наукові записки. Том 43. Біологія та екологія. – К.: Вид. дім «КМ Академія», 2005. – С. 69-71.
11. Офіційний сайт компанії Дезавід.
12. Офіційний сайт приватної газети «Подолянин». // Наталія Ярова. Вода без хлору – реальність чи фантастика? Публікація від 18.01.2013 р.
13. Запольський А.К. Водопостачання, водовідведення та якість води: Підручник. – К.: Вища школа, 2005. – 671 с.
14. Засоби телевізійного вимірювального контролю забруднення водних середовищ / В. Г. Петрук, С.М. Кватернюк, Є.С. Києнко-Романюк, С.А. Бачинський // Збірник тез доповідей XII Міжнародної науково-технічної конференції “Приладобудування: стан і перспективи”, 23-24 квітня 2013 р., м. Київ, ПБФ, НУТУ “КПІ”. – 2013. – С.162–163.
15. Спектрополяриметричний контроль концентрацій частинок полідисперсних водних середовищ. Монографія / С. М. Кватернюк,  В. Г. Петрук.  – Вінниця : ВНТУ, 2012. – 156 с.
16. The spectral polarimetric control of phytoplankton in photobioreactor of the wastewater treatment / V.G. Petruk, S. M. Kvanternyuk; Y. M. Denysiuk; K. Gromaszek // Proc. SPIE, Optical Fibers and Their Applications, 2012, Vol. 8698, 86980H. – P. 86980H-1–86980H-4.
17. Оцінка якості водопровідної питної води у Вінницькій області / [В.Г. Петрук, Я.В. Мороз, Ю.А. Гайдей, С. М. Кватернюк] // Збірник наукових праць Вінницького національного аграрного університету; Серія: сільськогосподарські науки (розділ: Екологія). – №63. – Випуск 4. – С. 217-223.
18. Контроль інтегральних параметрів якості поверхневих вод р. Південний Буг за характеристиками макрофітів / [В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, Ю.А. Гайдей] //Екологічні науки. – 2012. – №1. – С. 65–70.
19. Пристрій для контролю концентрацій частинок у полідисперсних водних середовищах / [В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, І. В. Васильківський та ін.]// Патент України №74380 МПК7 G01N 21/21 / заявл. 09.04.2012; опубл. 25.10.2012; Бюл. № 20. – 6 с.
20. Оцінювання екологічного стану водних об’єктів м. Вінниці на основі показників біоіндикації по фітопланктону / [С. М. Кватернюк, В. А. Іщенко, О. Є. Кватернюк ] // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2011. – № 6. – С. 13–16.
21. Обробка зображень частинок для автоматизованого контролю забруднення  водних середовищ / [В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, О. Ю. Левченко та ін.] // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. – 2011. – № 1(21). – С. 44–50.
22. Контроль стану водних об’єктів як полідисперсних середовищ на основі методу спектрополяриметричних зображень / [В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, А. П. Іванов та ін.] // Екологія та промисловість. – 2010. – №2. – С. 77–81.
23. Математичне моделювання індикатрис розсіювання частинок полідисперсних водних середовищ / В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, І. В. Васильківський [та ін.] // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2010. – №2. – С. 9–13.
24. Метод та прилад контролю стану полідисперсних водних середовищ за спектрополяриметричними зображеннями частинок / В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, О. Є. Кватернюк [та ін.] // Вісник  Житомирського інженерно-технологічного інституту. Серія: Технічні науки. – 2010. – №1. – С. 119–124.
25. Автоматизований контроль екологічного стану водних об’єктів на основі спектрополяриметричних досліджень фітопланктону / В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, О. Є. Кватернюк // Вісник Харківського національного університету ім.В.Н.Каразіна . – 2010. – №893. – С. 43–48.
26. Розробка системи контролю світлорозсіювальних характеристик водних середовищ / В. Г. Петрук, І. В. Васильківський, С. М. Кватернюк [та ін.] // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2006. – №5. – С. 22–29.
27. Оптична контрольно-вимірювальна система для екологічного моніторингу водних об’єктів / В. Г. Петрук, І. В. Васильківський, С. М. Кватернюк // Вісник Хмельницького національного університету. – 2005.  – №4. – С. 204–208.
28. Автоматизований контроль домішок у водно-дисперсних середовищах / В. Г. Петрук, І. В. Васильківський, С. М. Кватернюк // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. – 2005. – №2. – С. 164–172.

Аналіз сучасних методів та екологічна безпека знезараження питної води [Електронний ресурс]  / [Стискал О.А., Петрук В.Г.] // Режим доступу: http://eco.com.ua/content/analiz-suchasnyh-metodiv-ta-ekologichna-bezpeka-znezarazhennya-pytnoyi-vody

Topics: 
Оцінка: 
0
No votes yet