Введение к работе
Актуальность темы. В связи с постоянным возрастанием антропогенной нагрузки и усилением влияния хозяйственной деятельности на загрязнение рек и водохранилищ наблюдается устойчивая тенденция ухудшения качества воды поверхностных водоисточников, используемых для питьевого водоснабжения, что требует принятия особых мер, как по их охране, так и по повышению надежности технологий очистки питьевой воды. В этой связи особое беспокойство вызывают органические загрязняющие вещества, в отношении которых водоподготовительные станции выполняют барьерные функции в незначительной степени, а в процессе водоподготовки дополнительно могут образовываться еще более опасные токсиканты. К такого рода загрязнителям, в первую очередь, относятся летучие фенолы, которые поступают в поверхностные воды от широкого круга источников природного и антропогенного происхождения, и их концентрация часто превышает допустимые нормативы от нескольких до десятков раз.
В Новосибирске, как и во многих городах нашей страны, в процессе водоподготовки для обеззараживания воды используется хлор и гипохлорит натрия. Вода из нижнего бьефа Новосибирского гидроузла поступает на насосно-фильтровальные станции г. Новосибирска, а значит, содержащиеся в воде фенолы в процессе водоподготовки под влиянием хлорсодержащих реагентов могут трансформироваться в более опасные хлорфенольные соединения, оказывающие высокотоксичное воздействие на организм человека. Поэтому изучение современного пространственно-временного распределения фенолов в воде Новосибирского водохранилища и их трансформации в процессе водоподготовки позволит определить основные факторы, способствующие образованию хлорпроизводных фенола, и тем самым выработать рекомендации по снижению содержания этих соединений в поступающей потребителю питьевой воде.
Цель исследования. Оценка содержания и пространственно-временное распределение фенолов в нижнем бьефе Новосибирского водохранилища, используемого для целей городского водоснабжения, а также изучение закономерностей образования и трансформации хлорфенолов в процессе водоподготовки для обоснования технического решения по снижению содержания хлорфенольных соединений в питьевой воде.
Задачи исследования.
-
Изучить закономерности пространственно-временного изменения концентраций фенолов, определяемых по фенольному индексу, в воде Новосибирского водохранилища.
-
На примере насосно-фильтровальных станций №1 и №5 (НФС-1 и НФС-5) г. Новосибирска выявить стадии водоподготовки, которые способствуют образованию максимального количества хлорфенольных соединений.
-
Предложить техническое решение для снижения содержания хлорфенольных соединений в питьевой воде, поступающей потребителю.
Объектами исследования являются Новосибирское водохранилище и городские насосно-фильтровальные станции водоочистки.
Предмет исследования - распределение и трансформация фенола и его хлорпроизводных в Новосибирском водохранилище и в процессе водоподготовки.
Научная новизна работы.
Впервые установлено, что изменение концентраций фенолов в
воде нижнего бьефа Новосибирского гидроузла, в первую очередь,
определяется сезонными коэффициентами водообмена
водохранилища.
Образование 2,6-дихлорфенола, 2,4,6 - трихлорфенола и 2,4,5-трихлорфенола происходит сразу после первичного хлорирования воды на насосно-фильтровальных станциях г. Новосибирска, но на последующих стадиях водоподготовки их концентрации снижаются до фонового уровня.
Из всех изучаемых хлорфенолов концентрация 2-хлорфенола последовательно увеличивается на каждой стадии водоподготовки и достигает своего максимума (0,72±0,12 мкг/л) перед поступлением в городскую сеть.
Предложена принципиальная схема доочистки питьевой воды от 2-хлорфенолов на локальных очистных сооружениях с помощью сорбционных фильтров, загруженных активированным углем.
Практическая значимость работы. Результаты
исследований могут служить основой для усовершенствования технологии очистки питьевых вод от фенолов и хлорфенолов, а также выработке природоохранных мероприятий в водоохранной зоне водохранилищ. Результаты работы используются при чтении курсов лекций «Методы очистки промышленных и сточных вод»,
«Экологические проблемы региона» в Новосибирской государственной академии водного транспорта.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Изменение пространственно-временных закономерностей содержания фенолов в нижнем бьефе Новосибирского гидроузла зависит от объема воды, который определяется сезонными коэффициентами водообмена.
-
Качество исходной воды в водохранилище определяет содержание фенола и его хлорпроизводных в питьевой воде г. Новосибирска, т.к. очистные сооружения, выполняющие подготовку питьевой воды по традиционной схеме и по схеме с применением ультрафиолета, не создают надежного барьера от попадания фенола и других его летучих соединений в питьевую воду.
-
В процессе обеззараживания воды гипохлоритом натрия и жидким хлором уже на стадии первичного хлорирования образуются такие иммунотоксичные и канцерогенные вещества, как 2-хлорфенол, 2,6-дихлорфенол, 2,4,6 - трихлорфенол и 2,4,5-трихлорфенол. На последующих стадиях водоочистки концентрации хлорфенолов существенно снижаются, кроме 2-хлорфенола, содержание которого достигает своего максимума при подаче воды в городскую сеть.
-
Сорбционные фильтры с загрузкой активированным углем, установленные после городских очистных сооружений непосредственно перед подачей воды потребителю, могут быть успешно использованы для удаления или существенного снижения концентраций хлорфенольных соединений в поставляемой населению питьевой воде.
Апробация работы. Основные положения диссертации были
представлены на II Международной научно-практической
конференции «Основы рационального природопользования» (Саратов,
2009); X Международной научной студенческой конференции «Химия
и жизнь» (Новосибирск, 2011); Международной юбилейной научно-
технической конференции «Обновление флота - актуальная проблема
водного транспорта на современном этапе» (Новосибирск, 2011);
конференции «Состояние и проблемы экологической безопасности
Новосибирского водохранилища» (Новосибирск, 2012), XI
Международной научно-практической конференции
«Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов» (Пенза, 2013).
По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе четыре в журналах из перечня, рекомендуемого ВАК РФ.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу работы положены данные ФГБУ «Западно-Сибирского УГМС» по основным показателям качества воды Новосибирского водохранилища за 1990-2011 гг., коэффициенты водообмена и данные ФГУ «ВерхнеОбьрегионводхоз» по сбросам загрязняющих веществ в нижний бьеф Новосибирского гидроузла за 2000-2011 гг., а также результаты анализа воды на содержание летучих фенолов и хлорпроизводных фенола на всех стадиях водоподготовки на двух насосно-фильтровальных станциях г. Новосибирска в различные гидрологические периоды 2009-2011 гг.
Личный вклад автора состоял в анализе ретроспективных данных по качеству воды Новосибирского водохранилища, отборе проб воды на всех стадиях водоподготовки на НФС-1 и НФС-5 г. Новосибирска, подготовке проб к инструментальному анализу, а также обработке, систематизации и анализе полученных результатов.
Структура и объем. Диссертация включает в себя текст диссертации, изложенный на 143 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 120 наименований. Работа содержит 17 таблиц и 29 рисунков.
