УДК 579.66:556.531(574.12)

1Мырзаханова И.А., 2Бектемирова Г.Н.,

1Казахский национальный педагогический университет имени Абая

2Казахская национальная академия искусств имени Т. К. Жургенова

 

РАЗРАБОТКА ГИГИЕНИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО  ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЮ     ТРАНСПОРТИРУЕМОЙ ВОДЫ

 

Проблемы обеспечения населения качественной питьевой водой всегда были приоритетными для гигиенической науки и практики. В настоящее время большую озабоченность вызывают проблемы различных этапов питьевого водоснабжения, в том числе негативные изменения качества питьевой воды в водоразводящих системах при централизованном водоснабжении. Остается не до конца разрешенной задача получения непосредственно потребителем питьевой воды, полностью отвечающей всем санитарно-гигиеническим требованиям по химическим, микробиологическим, и органолептическим показателям.

Потребление недоброкачественной питьевой воды приводит к росту заболеваний как инфекционной, так и неинфекционной природы, связанной с химическим составом воды. Нарушение приведенных качеств питьевой воды наблюдается при неблагополучном состоянии поверхностных водоисточников, низкой эффективности водоподготовки, а также неудовлетворительном состоянии внутренней поверхности труб водоразводящих систем.

Ухудшение качества питьевой воды после выхода с очистных сооружений может быть тесно связано с процессами жизнедеятельности микроорганизмов в водопроводных трубах водоразводящих систем.

Работы по изучению взаимодействия микроорганизмов с внутренней поверхностью водопроводных труб ведутся уже давно, и в настоящее время у ученых не вызывает сомнений негативное воздействие ряда микроорганизмов на техническое состояние водопроводных труб, что в свою очередь, приводит к ухудшению качества питьевой воды. Как в нашей стране, так и за рубежом, в основном изучались процессы коррозии низколегированной углеродистой стали. Однако такие материалы как оцинкованное железо, медь и металлопластик также требуют повышенного внимания, так как они находят широкое применение в изготовлении водопроводных труб.

Изучение процессов жизнедеятельности ряда водных микроорганизмов на внутренней поверхности водопроводных труб и их влияние на качество питьевой воды требует большего внимания. В этих процессах важную роль может играть сообщество железобактерий. Считалось, что происхождение оксидов железа, образующихся на поверхности стали - это следствие электрохимических процессов коррозии стали. Однако в настоящее время установлено, что ряд окислов железа и марганца образуется в культурах железобактерий. При остановке протока воды, снижается концентрация растворенного кислорода, что может привести к активации восстановительных процессов и вторичному загрязнению питьевой воды ранее осажденными на внутренней стенке трубы соединениями, что может негативно отразиться на органолептических, химических и микробиологических свойствах питьевой воды.

Процессы водоподготовки и водотранспортировки являются основными в обеспечении населения качественной питьевой водой.

Планируемая глубина очистки на водоочистных сооружениях диктуется степенью загрязнения исходной воды. Выбор технологии очистки воды водоисточника для получения воды питьевого качества производится в зависимости от характера водоисточника, качества воды в нем и оценки санитарного состояния водосборных территорий. Как показали проведенные ранее исследования, стабильность воды, характеризуемая индексами Ланжелье (lL = рН=рНS ), Ризнера  (lR = 2рНS – рН), потенциалом осаждения карбоната кальция (μСаСОз = 50 (Що - ЩS) мг/л, показателем стабильности (Пс =  ), количеством диоксида углерода в агрессивной форме, различна для трех условно выделенных зон по длине водовода «Астрахань-Мангышлак».

Если в начале водовода (ЛПДС «Кигач») изменение параметров ста-бильности речной воды зависит от доз активного хлора при ее обеззараживании, то по мере прохождения по водоводу это изменение обусловлено процессами, протекающими на границе раздела фаз и в объеме водной фазы, в основном, гидро- и микробиологическими, а именно – поглощением остаточными организмами растворенного кислорода и выделением диоксида углерода. Увеличение концентрации СО2 понижает стабильность воды,  интенсифицирует процесс коррозии конструкционного материала водовода – стали 17Г1С и растворение отложений при концентрировании его у поверхности. Наибольшее содержание агрессивного диоксида углерода характерно для воды в пункте водовода на 323 км, где наблюдается лизинг всех структуриро-ванных организмов.

Коагулирование на ВОС «Кигач» и «Кульсары» с применением сернокислого алюминия при подготовке питьевой воды из транспортируемой по водоводу дестабилизирует воду за счет гидролиза А12(SО4)3 и разложения гидрокарбонатов с выделением диоксида углерода:

А12(SО4)3  +  6Н2О   → 2А1(ОН)3 + 6Н• + 3 SО42-,                   (30)

Н• + НСО3- → СО2↑ + Н2О,                                         (31)

Дополнительное хлорирование питьевой воды углубляет нестабильность воды и, в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями, обуславливает необходимость ее обработки щелочными реагентами, разрешенными к применению в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения (оксид кальция, гидроксид натрия или карбонат натрия – кальцинированная сода).

Стабильность воды, транспортируемой по водоводу, в различных пунктах определяли методом карбонатных испытаний. Стабилизационную обработку питьевой воды в п. Кигач и Кульсары с определением доз щелочного реагента проводили, используя растворы оксида кальция, гидроксида натрия и карбоната натрия. Раствор гидроксида кальция Са(ОН)2 приготавливали из практически чистого реагента, содержащегося в ампулах стандартных образцов для рН-метрии (рН=12.45). После растворения в дистилляте содержание СаО в растворе составляло 420 мг/л. Для получения растворов гидроксида натрия NаОН и карбоната натрия Nа2СО3 использовали реагенты квалификации «ч». Концентрация раствора карбоната натрия принята 5 %, а NаОН – 2 %.

Методически стабилизационную обработку воды осуществляли в мер-ных колбах объемом 500 мл с узким длинным горлышком. Колбы запол-няли испытуемой водой закрытой струей через шланг, опущенный на дно колбы, шланг извлекали, в колбу вводили заданную дозу щелочного реагента, тщательно перемешивали и анализировали во времени (20 мин) через 1, 2, 3, 5, 10, 20 мин. При этом осуществляли наблюдение за кинетикой установления постоянного значения рН, т.е. окончания процесса стабилизационной обработки воды. В исходной и обработанной воде определяли температуру, водородный показатель, щелочность, жесткость, кальций, сумму ионов для расчета параметров стабильности вод. С целью оптимизации процесса стабилизации воды графически устанавливали зависимость потенциала осаждения карбоната кальция и индекса Ланжелье от дозы добавленного реагента.

В период летне-осенней межени 2013г исходная речная вода инкрустабельна и характеризуется положительным потенциалом осаждения на уровне его оптимальных значений + 7.5 мг СаСО3/л, хорошо коррелирующим с расчетным + 9.0 мг СаСО3/л, при этом показатель стабильности Пс = 1.08, а индекс Ланжелье +0.75 и расчетный +0.67. Хлорирование снижает стабильность воды, однако с учетом дозирования ингибитора КW-2353 (до 15 мг/л) потенциал осаждения в транспортируемой воде на 1 км остается в положительной области + 1 мг СаСО3/л. Резкое снижение стабильности воды отмечается на 323 км в аэробной зоне, где потенциал осаждения принимает значение до -10 мг/л, экспериментально определенное в условиях некоторой потери диоксида углерода при отборе проб.

На 449 км в переходной зоне по водоводу потенциал осаждения увеличивается до - 5 мг СаСО3/л и, наконец, в анаэробной зоне (г. Жана Узень, 973 км) вода вновь приобретает стабильность с повышением потенциала практически в оптимальную область до +3.5 мг СаСО3/л.

Таким образом, наибольшей агрессивностью к карбонату кальция обладает транспортируемая вода с максимальным содержанием диоксида углерода в аэробной зоне в пункте 323 км.

Получаемая на водоочистных станциях «Кигач» и «Кульсары» питьевая вода не стабильна. Так, в воде, отобранной после установки «Струя» на ВОС «Кигач» в зависимости от дозы активного хлора потенциал осаждения колеблется от (-1.4) до (-20.3) мг СаСО3/л, что обуславливает необходимость различных доз щелочного реагента при стабилизационной обработке воды. На ВОС Кульсары значение потенциала осаждения в питьевой воде изменяется в более узких пределах отрицательных величин (-5.2) – (-7.0) мг СаСО3/л. Результаты стабилизационной обработки показали следующие оптимальные условия ее проведения (рисунки 13-15):

ü                 минимальная доза гидроксида натрия при обработке питьевой воды ВОС «Кигач» (при достижении оптимальной области значений потенциала осаждения µ = 4-10 мг/л) составляет 3 мг NаОН/л. При этом значение индекса Ланжелье равно  0.4;

ü                 для достижения µ = 4 мг/л на ВОС «Кигач» доза оксида кальция составит 3.8 мг СаО/л, а доза карбоната  натрия для этой же воды равна 15 мг Nа2СО3/л, что в 4 раза больше;

ü                 доза оксида кальция для стабилизации питьевой воды из коллектора «Тенгиз» 4.5 мг/л, а доза соды 18 мг/л, что также в 4 раза больше дозы СаО.

Таким образом, в результате проведенных исследований стабилизационной обработки питьевой воды на ВОС «Кигач» и «Кульсары» получены количественные зависимости параметров стабильности (потенциала осаждения карбоната кальция и индекса Ланжелье), позволяющие рассчитывать дозы щелочных реагентов для различных условий эксплуатации ВОС в системе водоснабжения водовода «Астрахань-Мангышлак».

В качестве реагентов для обработки воды выбраны два наиболее широко применяемых коагулянта – Аква-Аурат-30 (оксихлорид алюминия) и очищенный сернокислый алюминий, а в качестве флокулянтов – Праестол RТ-650 и ПГМГ – Биопаг (гидрохлорид полигексаметиленгуанидина). Коагулянт Аква-Аурат-30 (А12(ОН)5С1) отличается большим процентным содержанием А12О3 – до 30 %, хорошо работает при низких температурах, образует плотный осадок, дозы реагента в 1.5-2.0 раза ниже сернокислого алюминия. Выпускаемый заводом ОАО «Аурат» сернокислый алюминий очищенный содержит 15 % А12О3 или 40-45 % А12 (SО4)3.

Флокулянт Праестол RТ650 – катионный полиэлектролит разрешен в питьевом водоснабжении РФ и широко используется как добавка к основному коагулянту, обеспечивая повышение эффективности очистки воды.

Катионный биоцидный флокулянт Биопаг ПГМГ обладает высокими флокулирующими и обеззараживающими свойствами, нашел применение во многих областях народного хозяйства, фармакологии и медицины, разрешен для питьевого водоснабжения Госсанэпиднадзором РФ, может применяться самостоятельно и в сочетании с коагулянтом.

Проверка этих реагентов для очистки речной и товарной воды на объекте водовод «Астрахань-Мангышлак» представляет значительный интерес, учитывая также ингибирующие и подщелачивающие свойства некоторых исследуемых реагентов.

Для исследований выбраны четыре характерные точки для отбора проб воды:

·          речная вода протоки Кигач (до хлорирования);

·          речная вода из резервуара ЖБР объемом 6000 м3 после двойного хлорирования до входа на ВОС Кигач (до установок «Струя»);

·          товарная вода на 448 км перед входом на ВОС п. Кульсары;

·          вода после сепараторов ВОС Кульсары перед фильтрами, дополнительно хлорированная на ВОС с остаточным хлором 1.5 мг С12/л.

  В период весеннего паводка 2013 г речная вода пр. Кигач значения  мутности изменялись в пределах 3.2-6.1 мг/л, а цветность составляла 34-40 град. Рt-Со шкалы, водородный показатель рН 8.1-8.42 ед.

Установлено, что обработка воды только коагулянтами – сернокислым алюминием и Аква-Аурат-30 дозами от 0.75 до 8.0 мг/л по А12О3 не позволяет получить надежного ее обесцвечивания, очистка воды по мутности и цветности составляет соответственно 89-95 % и 38-60 %. Комбинированная обработка воды сернокислым алюминием дозой 4.5 мг/л А12О3, (15 мг/л А12 (SО4)3) и флокулянтом Праестол RТ650 дозами 0.1-0.5мг/л существенно не повышает эффекта очистки по мутности и цветности (93-97 и 47-60 %), но при этом обеспечиваются требования СанПиН.

Наилучшие результаты получены при комбинированной обработке воды Биопагом дозой 1-2 мг/л и сернокислым алюминием дозой 1.5 мг/л А12О3 (5 мг/л А12(SО4)3. Эффект очистки по мутности и цветности составил 96-97 % и  100%, вода по этим показателям отличается высоким качеством.

В период исследований вода из ЖБР отличалась весьма низкой мутностью (1.26-1.7 мг/л и низкой цветностью (16-32 град), что затрудняло обработку воды и выбор оптимальной дозы в экспериментах.

Наилучший эффект очистки воды получен при совместной обработке сернокислым алюминием дозой 4.5 мг/л А12О3 и флокулянтом Праестол дозой 0.3 мг/л. Цветность воды снижалась до нуля, а мутность до 0.07 мг/л.

Анализ и обобщение статистических данных по качеству воды, транспортируемой по водоводу «Астрахань-Мангышлак», показал, что они не постоянны во времени  и по длине водовода и зависят от изменения физико-химического состава в течение года в головном поверхностном водоисточнике – протоке Кигач. Изменение качества воды в водоводе во времени и по его длине в целом обусловлено комплексом взаимосвязанных процессов – коррозионных, гидро- и микробиологических, температурно-кислородным и гидродинамическим режимами его эксплуатации, а также условиями предобработки речной воды перед ее транспортированием. Установлено соответствие качества транспортируемой воды критериям СанПиН РК 3.01.067-97, за исключением показателей цветности, мутности, перманганатной окисляемости, фторид-ионов (в п.Кигач), периодически - концентрации растворенного кислорода, железа, стабильности. Процесс коагуляции маломутной и малоцветной речной и транспортируемой  воды наиболее эффективен при комбинированной реагентной обработке с применением коагулянтов сернокислого алюминия и Аква-Аурат (гидроксохлорида алюминия) и флокулянта Праестол ТR 650. В этом случае оба коагулянта работают одинаково эффективно.

 

Список использованных литературы

1               Жиглецова С.К., Родин В.Б., Кобелев В.С., Александрова Н.В., Расулова Г.Е., Холоденко В.П. Исследование начальных этапов биокоррозии стали // Прикладная биохимия и микробиология.-М.: 2000.-Т. 36. –С. 637-641.

2               Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микобиология воды. -М.: Высшая школа, 1983. -280 с.

3               Рачев Х., Стафанова С. Справочник по коррозии. -М.: Мир, 1982. –520 с.

4               Коррозия. Справочник  // Под ред. Шраера Л.Л. -М.: Металлургия, 1981, 632 с.

5               Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. Коррозия и защита металлов. -М.: Металлургия, 1981. - 215 с.

6               Герасимов В.В. Прогнозирование коррозии металлов. -М.: Металлургия, 1989. -152 с.

7                Жуховицкий А.А. Щварцман Л.А. Физическая химия. -М.: Металлургия, 1987. -628 с.

8               Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. -М, 1985. -88 с.

9               Герасимов В.В. Коррозия сталей в нейтральных водных средах. -М.: Металлургия, 1981. -192 с.

10          Ковылянский  Я.Е., Дыхно Ю.И., Шереметова  А.А. и др.  Основные направления  работ  по защите от коррозии теплопроводов  систем теплоснабжения // В сб.: Применение покрытий для защиты коммуникаций и металлоконструкций. – М., 1981. –С. 85-88.