Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Харарктеристика питьевой воды как продукта питания 14
1.1. Значение и роль питьевой воды для питания человека 14
1.2. Структура потребления питьевой воды из различных источников 17
1.3. Химический состав питьевой воды 20
1.4. Номенклатура потребительских свойств питьевой воды 26
1.4.1. Безопасность питьевой воды 30
1.4.2. Функциональные свойства питьевой воды 37
1.4.3. Органолептические свойства питьевой воды 44
1.5. Анализ современных требований к качеству питьевой воды в России и за рубежом 47
1.6. Сорбционные методы улучшения состава и свойств питьевой воды централизованных источников питьевого водоснабжения 51
1.7. Реализация сорбционных методов доочистки воды в малогабаритных бытовых водоочистных устройствах 62
1.8. Методики оценки качества питьевой воды, получаемой с помощью бытовых водоочистных устройств, применяемые в России и за рубежом 66
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 75
2.1. Объекты исследования 75
2.2. Методы исследования потребительских свойств питьевой воды, получаемой из различных источников 76
2.3. Методики исследования потребительских свойств питьевой воды, доочищенной с помощью сорбционных БВУ при ресурсных испытаниях 78
2.4. Методика исследования потребительских свойств воды, доочищенной от мышьяка экспериментальными селективными смесями 83
2.5. Методика исследования потребительских свойств доочищенной и обогащенной ионами фтора и магния воды 85
ГЛАВА 3. Результаты исследования потребительских свойств питьевой воды 88
3.1. Потребительские свойства питьевой воды централизованных источников водоснабжения 88
3.2. Потребительские свойства бутилированной питьевой воды 94
3.3. Характеристика потребительских свойств питьевой воды, полученной путем обработки с помощью сорбционных бытовых водоочистных устройств . 96
3.4. Изучение эффективности применения сорбционных бытовых водоочистных устройств для очистки модельных растворов от загрязнителей различной химической природы 100
3.4.1. Изучение эффективности очистки модельных растворов от соединений железа с помощью универсальных и селективных сменных фильтрующих элементов бытовых водоочистных устройств 101
3.4.2. Изучение эффективности очистки модельных растворов от активного хлора с помощью универсальных и селективных сменных фильтрующих элементов бытовых водоочистных устройств 102
3.4.3. Изучение эффективности удаления комплекса химических загрязнителей (активного хлора, меди (II) и хлороформа) универсальными сменными фильтрующими элементами сорбционных бытовых водоочистных устройств 104
3.4.4. Изучение эффективности удаления цинка универсальными сменными фильтрующими элементами сорбционных бытовых водоочистных устройств 109
3.4.5. Изучение эффективности применения сорбционных бытовых водоочистных устройств со сменными фильтрующими элементами, предназначенными для снижения жесткости для очистки модельных растворов от загрязнителей различной химической природы 111
3.5. Общие закономерности изменения потребительских свойств питьевой воды под влиянием сорбционных бытовых водоочистных устройств 117
ГЛАВА 4. Разаботка комплексных собционных технологий получения питьевой воды, обладающей улучшенными потребительскими свойствами с помощью экспериментальных селективных смесей для удаления соединений мышьяка 121
4.1. Разработка сорбционных технологий доочистки питьевой воды от соединений мышьяка с помощью бытовых водоочистных устройств 121
4.2. Изучение эффективности применения экспериментальной сорбционной смеси для удаления мышьяка для очистки модельных растворов от загрязнителей различной химической природы 127
ГЛАВА 5. Разработка сорбционных технологий формирования функциональных свойств питьевой воды 132
5.1. Обоснование рецептуры экспериментальной сорбционной смеси для сменных фильтрующих элементов бытовых водоочистных устройств с функцией обогащения воды ионами фтора и магния 132
5.2. Характеристика потребительских свойств питьевой воды, полученной после доочистки с обогащением ионами фтора и магния экспериментальными сменными фильтрующими элементами бытовых водоочистных устройств 135
Обозначения и сокращения 146
Список литературы 147
- Структура потребления питьевой воды из различных источников
- Методы исследования потребительских свойств питьевой воды, получаемой из различных источников
- Характеристика потребительских свойств питьевой воды, полученной путем обработки с помощью сорбционных бытовых водоочистных устройств
- Изучение эффективности применения экспериментальной сорбционной смеси для удаления мышьяка для очистки модельных растворов от загрязнителей различной химической природы
Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Питьевая вода является важнейшим продуктом в рационе питания человека и ежедневно потребляется всеми группами детского и взрослого населения России. Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.
Качество этого продукта питания является одним из основополагающих
факторов здоровья, так как в ежедневном пищевом рационе человека питьевая
вода занимает около 65% (по массе). Питьевая вода низкого качества несет риск
причинения вреда здоровью человека, степень вреда увеличивается вследствие
ее систематического потребления. Питьевая вода является источником
поступления в организм человека многих микро- и макроэлементов.
Систематическое потребление физиологически неполноценной
маломинерализованной воды несет риск развития заболеваний, связанных с недостатком микро- и макроэлементов.
Степень разработанности темы.
Исследованию проблем безопасности и физиологической полноценности питьевой воды и их влияния на организм человека посвящены работы Суриц О.В., Радкевич Л.М., Ерохина М.А. и других. Товароведные работы в области формирования потребительских свойств питьевой воды ограничены исследованием Шишкина В.В. и изданием учебного пособия «Экспертиза питьевой воды. Качество и безопасность» авторов Красновой Т.А. , Юстратова В.П. , Позняковского В.М.
Международное сообщество в последние годы уделяет значительное внимание вопросам качества питьевой воды как элемента питания. ООН объявила 2005-2015 годы Международным десятилетием действий «Вода для жизни». В России с целью решения проблемы качества питьевой воды принята Федеральная государственная программа «Чистая вода 2011-2017».
Согласно данным, публикуемым Роспотребнадзором РФ, не менее 50% населения Российской Федерации вынуждено систематически использовать для питьевых целей и приготовления пищи воду, не соответствующую по ряду показателей установленным нормативам. Качеством питьевой воды не удовлетворено около 60% населения. На сегодняшний день проблема качества питьевой воды не решена.
На сегодняшний день вода из централизованных и децентрализованных источников питьевого водоснабжения в большинстве случаев может являться сырьем для получения питьевой воды. Бутилированная питьевая вода имеет высокую цену и часто фальсифицируется. Поэтому население в целях экономии, сохранения гигиены питания в современных условиях и обеспечения безопасности, повышения комфортности жизни население получает питьевую воду бытовыми водоочистными устройствами (БВУ). В Москве и Санкт-Петербурге их использует до 70% населения. Однако, частично улучшая показатели безопасности и органолептических свойств воды (путем удаления
типичных загрязнителей), БВУ не решают весь комплекс проблем безопасности воды, а именно — доочистку воды от таких специфических высокотоксичных загрязнителей, как соединения мышьяка, а также не повышают физиологическую полноценность воды по содержанию жизненно необходимых микро- и макроэлементов, в частности ионов фтора и магния.
Исследование вопросов качества питьевой воды и разработка методов формирования ее потребительских свойств крайне актуальны на сегодняшний день.
Цель диссертационной работы — разработка методов формирования потребительских свойств питьевой воды путем очистки от загрязнителей и повышения физиологической полноценности воды с помощью сорбционных методов, реализуемых в бытовых водоочистных устройствах.
Для достижения цели были решены следующие задачи.
-
Исследованы потребительские свойства питьевой воды, получаемой из централизованных источников питьевого водоснабжения в г. Москве и Санкт-Петербурге, а также воды, доочищенной сорбционными бытовыми водоочистными устройствами и бутилированной питьевой воды.
-
Обоснован выбор направлений и методов повышения потребительских свойств питьевой воды исходя из выявленных особенностей химического состава воды разных регионов.
-
Исследована возможность и показана рациональность применения сорбционных технологий для формирования требуемых потребительских свойств питьевой воды путем удаления из нее типичных (активный хлор, тяжелые металлы, летучие галогенорганические соединения) и специфических (мышьяк (III) и мышьяк (V)) загрязнителей и научно обоснованы рецептуры сорбционных смесей.
-
На основании анализа состава воды разработаны оригинальные рецептуры сорбционных смесей, удаляющие типичные загрязнители и обогащающие воду ионами магния и/или фтора.
-
Изучены потребительские свойства питьевой воды, формируемые в результате обработки сорбционными смесями, подтверждено ее соответствие установленным требованиям к показателям безопасности, физиологической полноценности, органолептическим характеристикам.
Научная новизна работы.
-
Впервые разработана универсальная методика оценки потребительских свойств питьевой воды, полученной в результате доочистки и обогащения с помощью сорбционных бытовых водоочистных устройств, учитывающая требования российских и зарубежных стандартов.
-
Научно обоснованы способы корректировки ионного состава питьевой воды до уровня физиологической полноценности за счет применения разработанных нами сорбционных смесей для сменных фильтрующих элементов бытовых водоочистных устройств, с учетом особенностей природного (регионального) состава воды, существенно улучшающие ее потребительские свойства.
-
Для селективного удаления из питьевой воды типичных (активный хлор, тяжелые металлы, летучие галогенорганические соединения) и специфических (соединения мышьяка) загрязнителей обоснованы и разработаны рецептуры сорбционных смесей.
-
Для повышения физиологической полноценности и обеспечения безопасности маломинерализованной питьевой предложены сорбционные смеси, позволяющие осуществлять комплексную обработку воды с целью удаления типичных (активный хлор) и специфических (железо) загрязнителей с одновременным обогащением ионами фтора и магния.
-
Для питьевой воды с оптимальным содержанием ионов кальция и магния разработаны сорбционные смеси, позволяющие удалять типичные загрязнители и обогащать воду ионами фтора.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Разработана, внедрена и применяется методика комплексной оценки потребительских свойств питьевой воды (Акт о внедрении в ЗАО «МЕТТЭМ-Технологии» № 01-08/2013). Методика позволяет оценить уровень безопасности и физиологическую полноценность питьевой воды, полученной путем доочистки с использованием сорбционных методов.
Проведена сравнительная оценка потребительских свойств воды из централизованных источников питьевого водоснабжения г. Москвы и Санкт-Петербурга, установлен низкий уровень физиологической полноценности и органолептических свойств и потенциальная опасность превышения ПДК типичных и специфических загрязнителей.
Из исходной воды с низки уровнем потребительских свойств путем обработки сорбционными смесями 3 типов получена безопасная и физиологически полноценная питьевая вода. Рецептуры смесей внедрены в производство сменных фильтрующих элементов:
– для обеспечения безопасности воды, содержащей типичные (активный хлор, тяжелые металлы, летучие галогенорганические соединения) и специфические (соединения мышьяка) загрязнители (Акт о внедрении №01-07/2013);
– для обеспечения безопасности и физиологической полноценности воды из централизованных источников питьевого водоснабжения, содержащей типичные загрязнители, с пониженным исходным содержанием фтора (Акт о внедрении №02-07/2013);
– для обеспечения безопасности и повышения физиологической полноценности маломинерализованной воды, загрязненной железом (путем удаления железа, сохранения исходного солесодержания и обогащения ионами фтора и магния) (Акт о внедрении № 01-09/2013).
Результаты исследований использованы при написании учебного пособия «Питьевая вода и бытовые водоочистные устройства: потребительские свойства и экспертиза качества», которое используется при чтении лекций по дисциплине «Безопасность и гигиена питания».
Методология и методы исследования. Методология работы заключается в использовании ионообменных свойств сорбентов для повышения безопасности и физиологической полноценности питьевой воды. В процессе проведения исследований использованы стандартные физико-химические, санитарно-микробиологические и органолептические методы и оригинальная методика оценки потребительских свойств питьевой воды, полученной путем доочистки бытовыми водоочистными устройствами.
Основные положения, выносимые на защиту.
– Результаты мониторинга потребительских свойств питьевой воды централизованных источников питьевого водоснабжения г. Москвы и Санкт-Петербурга; бутилированной питьевой воды; воды доочищенной серийно выпускаемыми бытовыми водоочистными устройствами.
– Направления улучшения потребительских свойств питьевой воды, учитывающие особенности ее состава.
– Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие качество питьевой воды полученной путем доочистки с помощью сорбционных бытовых водоочистных устройств.
– Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие безопасность питьевой воды после очистки ее экспериментальными смесями от соединений мышьяка и типичных опасных загрязнителей.
– Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие повышение физиологической полноценности питьевой воды после ее очистки и обогащения ионами фтора и магния экспериментальными сорбционными смесями.
– Методики получения питьевой воды, обеспечивающие улучшение ее физиологической полноценности по содержанию микро- и макроэлементов (на примере дополнительного обогащения воды ионами фтора и магния), при доочистке маломинерализованной воды с высоким содержанием железа, реализуемой в малогабаритных сорбционных бытовых водоочистных устройствах.
Степень достоверности и апробация результатов работы.
Достоверность результатов исследований обеспечивается применением аттестованных методик выполнения измерений, использованием аналитического оборудования и средств измерений, прошедших государственную поверку, проведением экспериментов в шестикратной повторности, математико-статистической обработке результатов.
Основные положения и результаты диссертационного исследования были доложены и обсуждались на: 61-ой научно-практической конференции студентов МГУДТ «Молодые ученые - XXI веку» (Москва, 2009); Международной научно-практической конференции «Ценности и интересы современного общества» в рамках Васильевских чтений (Москва, 2009, 2012); Международной научно-практической конференции «Экономика, государство и общество в XXI веке» в рамках Румянцевских чтений (Москва, 2010, 2011, 2013); Всероссийской научно-практической конференции «Технологии и
оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2011, 2012); Международной заочной научно-практической конференции «Питание в современном мегаполисе» (Хабаровск, 2011); V Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2011).
Публикации результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 18 научных работ, в том числе 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (гл. 1), экспериментальной части (гл. 2-5), списка цитируемой литературы, включающего 150 наименований, и заключения; работа содержит 169 страниц, включая 38 таблиц и 7 рисунков, 8 приложений.
Структура потребления питьевой воды из различных источников
Приведенная классификация позволяет подобрать схему очистки воды, при реализации которой могут быть эффективно удалены загрязнители, характерные для разных водоисточников. Природные воды являются сырьем для производства питьевой воды и характеризуются следующими показателями. 1. Содержанием грубодисперсных примесей (частиц песка, глинистых веществ и др.), определяющих мутность воды. 2. Содержанием окрашенных органических веществ (в основном растворенных соединений гуминовых и фульвокислот), обусловливающих цветность воды. 3. Интенсивностью и характером привкуса и запаха. Привкус зависит от состава, концентраций и соотношения растворенных минеральных солей, а также от содержания органических примесей. Запах может быть обусловлен присутствием различных соединений природного и антропогенного происхождения. 4. Содержанием легко окисляющихся примесей различной природы. 5. Щелочностью, которая определяется как сумма эквивалентных концентраций анионов слабых кислот (в основном НСО3- , СО32-). 6. Жесткостью, характеризующей сумму эквивалентных концентраций катионов Са2+ и Mg2+ в воде. 7. Общим солесодержанием (общей минерализацией) — суммарной концентрацией растворенных в природной воде минеральных солей. 8. Присутствием бактериальных загрязнений и патогенных микроорганизмов, биологических загрязнений (водорослей).
Современные технологические схемы, реализуемые на станциях водоподготовки, представляют собой процесс, проходящий по схеме: «реагентная обработка, отстаивание, фильтрование, обеззараживание». При необходимости технологическая схема включает в себя так же предварительное хлорирование и введение перманганата калия для увеличения эффективности процесса окисления органических примесей.
Данная схема водоподготовки позволяет получить воду, соответствующую требованиям безопасности. При ее реализации, из воды полностью удаляются взвешенные вещества, микроорганизмы, снижается цветность, перманганатная окисляемость; показатели жесткость, щелочность, общая минерализация изменяются незначительно.
На некоторых современных очистных сооружениях описанная выше схема дополнена процессами озонирования и сорбции на активированном угле, который используется в виде загрузки фильтров в гранулированной форме, или добавляется в воду в порошкообразной форме. В результате, в воде снижаются концентрации химических загрязнителей, устраняются неприятные запахи и привкусы. Так же на некоторых очистных сооружениях реализуется ультрафильтрационная технология.
Реагенты, добавляемые в процессе водоподготовки, остаются в питьевой воде либо в следовых концентрациях (алюминий, марганец, железо, озон), либо в более высоких концентрациях, необходимых для сохранения микробиологической безопасности воды (хлор остаточный свободный и связанный).
Кроме того, ряд вредных для здоровья человека веществ образуется во время водоподготовки и при распределении питьевой воды по водопроводной сети. Это побочные продукты взаимодействия окислителей (активного хлора, озона) с органическими соединениями, содержащимися в воде (соединения гуминовых и фульвокислот). Образуются такие токсичные соединения как: хлорфенол, галогенсодержащие углеводороды (хлороформ, бромоформ, дихлорэтан, тетрахлорметан, бромдихлорметан (образуются при воздействии хлора на гуминовые кислоты)), формальдегид (образуется при озонировании воды, содержащей органические примеси), диэльдрин, гептахлорэпоксид (образуется при озонировании воды, содержащей гептахлор) [58].
Вода ЦИПВС может содержать: - остаточные количества загрязнителей водоисточников (первичное загрязнение); - остаточные количества реагентов, добавляемых в воду в процессе водоподготовки; - вещества и микроорганизмы, поступающие в воду из распределительных сетей (вторичное загрязнение). Ежегодно Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека публикует Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации», который содержит сведения о качестве и безопасности питьевой воды систем централизованного и децентрализованного водоснабжения. В докладе указано, что наиболее распространенными веществами, загрязняющими питьевую воду ЦИПВС, являются соли жесткости, железо, аммиак, бор, кадмий, марганец, мышьяк, нитраты, ПАВ, свинец, сульфаты, формальдегид, фториды, хлориды, хром (VI), цинк [13,35,64]. Часть этих веществ находится в исходной природной воде и не удаляются в процессе водоподготовки, а другая поступает или образуется в питьевой воде в процессе ее подготовки на водопроводных станциях (алюминий, хлор), или в процессе ее распределения (железо, хлороформ, бромоформ и др.).
Методы исследования потребительских свойств питьевой воды, получаемой из различных источников
Карбоксильные катионообменные смолы отличаются повышенной селективностью к поливалентным металлам; их применяют для удаления карбонатной жесткости, регулирования рН. Для многовалентных ионов сродство ионита типа КБ-4П-2 увеличивается с ростом рН и убывает в ряду: Fe3+ Cu2+ Th4+ La3+ Ni2+Ca2+.
Гибридные ионообменные материалы представляет собой минеральную либо органическую матрицу, на поверхности которой закреплены функциональные группы. Такие материалы сочетают в себе достоинства минеральных и органических сорбентов. Функциональные группы обладают выраженным сродством к определенным ионам, что определяет селективность данных материалов. Гибридные материалы имеют высокую прочность, большую удельную поверхность (100-300 м2/г), отличаются высокими скоростями установления сорбционного равновесия [55]. Если матрица материала — органическая (полимерные и другие структуры), то такие материалы называют неоргано-органическими; если же наоборот — органо-неорганическими (металлокомплексные каркасные структуры, модифицированные материалы на основе песка, цеолитов и пр.). К гибридным материалам относят композиты с выраженными химическим взаимодействием между компонентами. Кроме ионообменных смол для доочистки воды применяются ионообменные волокна, макромолекулы которых содержат функциональные группы, способные к реакции ионного обмена [43]. Ионообменные волокна получают формованием волокон из ионообменных смол, прививкой к уже сформованным волокнам звеньев, содержащих ионогенные группы.
При прохождении воды через волокна, помимо удаления ионных примесей происходит механическое задержание взвесей. В БВУ применяют как гранулированные, так и волокнистые иониты.
Вода, подлежащая доочистке, содержит загрязнители различной природы, что приводит к необходимости использования комбинации активированных углей и ионообменных смол. Такой подход обеспечивает универсальность сорбционных смесей БВУ.
Для удаления из воды ЦИПВС наиболее распространённых загрязнителей и получения питьевой воды применяются бытовые водоочистные устройства (БВУ) различных конструкций [18]. Технология сорбционной доочистки воды в БВУ может быть последовательной или одновременной. При последовательной очистке удаляются сначала механические частицы, затем растворенные загрязнители.
БВУ — это изделия, предназначенные для очистки (доочистки, обеззараживания) воды с целью улучшения ее качества или целенаправленного изменения состава и свойств эксплуатируемые и обслуживаемые потребителем [25].
В БВУ реализуются различные технологии, позволяющие оптимизировать состав и свойства воды ЦИПВС.
Применение БВУ потребителем является рационально обоснованным, если оно способно производить питьевую воду, пригодную к потреблению. Состав исходной очищаемой воды не должен оказывать значительного влияния на качество получаемой в результате доочистки БВУ питьевой воды. С целью повышения степени универсальности БВУ для доочистки воды используют комбинирование нескольких сорбентов различного назначения. Это позволяет удалять большинство распространённых типов загрязнителей.
Сорбционные БВУ классифицируют по конструктивному исполнению, по назначению сменных фильтрующих элементов (СФЭ). По конструктивному исполнению БВУ можно условно классифицировать на автономные и проточные (встраиваемые в водопроводную сеть).
БВУ комплектуются СФЭ различного назначения. По назначению СФЭ могут быть универсальными, либо селективными (для удаления определенных загрязнителей). Например, для снижения жесткости воды, для удаления железа, тяжелых металлов, активного хлора и хлорорганических соединений, очистки от бактерий.
Сорбционные БВУ получили наибольшее распространение. Производственный ассортимент представлен 2 видами конструкций — напорными (проточными) и гравитационными (гравитационного типа). Напорные БВУ могут быть 2 типов конструкции: насадки на кран, подключаемые на время получения доочищенной воды и стационарные многоступенчатые системы, монтируемые под раковиной и имеющие отдельный кран.
БВУ гравитационного типа представляют собой две емкости (приемная воронка и накопительная емкость — кувшин, дипенсер), разделенные сменным фильтрующим элементом. Доочистка воды происходит следующим образом: вода, помещаемая в приемную воронку, постепенно проходя через СФЭ под действием силы тяжести, накапливается в очищенном виде в кувшине.
Характеристика потребительских свойств питьевой воды, полученной путем обработки с помощью сорбционных бытовых водоочистных устройств
В период проведения исследований питьевой воды ЦИПВС г. Москвы железо общее было обнаружено в диапазоне концентраций от 0,05 мг/дм3 до 0,27 мг/дм3; средняя концентрация — 0,07 мг/дм3 , что составляет 23% от ПДК. В воде ЦИПВС г. Санкт-Петербурга были обнаружены более высокие концентрации общего железа — от 0,09 до 0,3 мг/ дм3, в среднем, 0,25 мг/ дм3, что составляет 83% от ПДК.
Высокое содержание железа может быть обусловлено коррозионной активностью воды, имеющей слабокислую реакцию рН (6,2-6,6) и низкую минерализацию (сухой остаток 71 мг/ дм3).
Марганец был обнаружен в воде г. Москвы в концентрации от 0,01 до 0,093 мг/дм3; средняя концентрация — 0,067 мг/дм3 , что составляет 67% от ПДК. В воде г. Санкт-Петербурга марганец был обнаружен в меньших концентрациях: от 0,031 до 0,0047 мг/дм3, в среднем 0,04 мг/дм3, что составляет 40% от ПДК. Присутствие марганца может объясняться использованием в технологии очистки на водопроводных станциях реагентов для окисления органических загрязнителей. Катионы меди, мышьяка, кадмия влияющие на безопасность, находились в воде г. Москвы и г. Санкт-Петербурга в следующих концентрациях: медь — 0,0015 мг/ дм3; серебро — 0,000089 мг/дм3; мышьяк — менее 0,0005 мг/дм3; кадмий — менее 0,00001 мг/ дм3, что составляет менее 1% от ПДК. Это свидетельствует о высоком уровне безопасности воды в исследованных регионах. К анионам, влияющим на безопасность воды, относятся нитраты, хлориды, сульфаты. Установлено, что в воде ЦИПВС г. Москвы концентрация нитратов составляла от 0,1 до 6 мг/дм3; в среднем, 4,3 мг/дм3 (10% от ПДК); хлоридов — от 15,1 до 19,2 мг/дм3; в среднем 18,6 мг/дм3 (5% от ПДК). В воде г. Санкт-Петербурга — концентрация нитратов составляла от 0,93 до 1,2 мг/дм3; в среднем, 1,1 мг/дм3 (2% от ПДК); хлоридов — от 5,1 до 9,0 мг/дм3; в среднем 7 мг/дм3 (5% от ПДК). Таким образом, удельный вес анионов, могущих ухудшать безопасность воды, составлял для воды г. Москвы 10% от общего солесодержания, для воды г. Санкт-Петербурга — 11%.
Хлор остаточный свободный и связанный был обнаружен в высоких концентрациях — 90% и 75% от ПДК соответственно (0,45 мг/ дм3 и 0,90 мг/ дм3) в воде г. Москвы и 70% и 83% от ПДК (0,35 и 1,0 мг/дм3) в воде г. Санкт-Петербурга. Показатель «перманганатная окисляемость», характеризующий химическое потребление кислорода на окисление органических и минеральных загрязнителей, содержащихся в воде, в воде г. Москвы колебался в диапазоне от 2,05 до 3,4 мгО/дм3, средняя концентрация — 2,95 мгО/дм3, что составляет 59% от ПДК; в воде г. Санкт-Петербурга — от 2,7 до 3,4 мгО/дм3 в среднем, 3,1 мгО/дм3, что составляет 62% от ПДК. Это связано с присутствием в воде органических соединений, так как во всех исследованных пробах была. Это подтверждается установленной концентрацией хлороформа: в воде г. Москвы она составляла от 0,0005 до 0,04 мг/дм3, среднее значение составляло 0,0024 мг/дм3; в воде г. Санкт-Петербурга — от 0,0061 до 0,0098 мг/дм3, среднее значение составляло 0,008 мг/дм3 (4% от ПДК). Различия в концентрациях хлороформа объясняются присутствием органических веществ (обусловливающих высокое значение перманганатной окисляемости), а так же высокой концентрацией связанного остаточного хлора. Хлороформ, как и другие ЛГС, образуется после хлорирования воды на станциях водоподготовки и продолжает образовываться в процессе распределения воды.
Таким образом, среди исследованных показателей безопасности, можно выделить показатели, значения которых приближались к величине гигиенических нормативов. В воде г. Москвы и г. Санкт-Петербурга — это железо, марганец, активный хлор, перманганатная окисляемость. Указанные показатели вносят основной вклад в ухудшение безопасности воды. Вода в г. Москве отличается более высоким солесодержанием за счет присутствия ионов кальция и магния, гидрокарбонатов, сульфатов. Вода в г. Санкт-Петербурге характеризуется низкой минерализацией, за счет минимального содержания кальция и основных анионов, низким значением рН и высоким содержанием железа.
Исследованные пробы воды ЦИПВС г. Москвы и Санкт-Петербурга по всем указанным показателям соответствовали гигиеническим нормативам [88].
Анализ показателей физиологической полноценности показал следующее.
Исследованные пробы питьевой воды не соответствовали оптимальным значения по ряду показателей.
Большинство проб воды имели близкий микроэлементный состав, характерный для каждого водоисточника. В воде г. Москвы среднее значение показателей «общая жесткость», концентрация кальция и магния близко к верхней границе оптимального диапазона — 3,65 мг-экв/дм3, концентрация кальция — 54,2 мг/дм3, магния 14,7 мг/дм3. Концентрация фторид-ионов составляла менее 0,08 мг/дм3, что составляет менее 20% от оптимального содержания. Показатели общая щелочность (2,35 ммоль/дм3) и концентрация гидрокарбонатов (150 мг/дм3) находились в середине оптимального диапазона. Показатель сухой остаток составлял от 190 до 255 мг/дм3, в среднем, 232 мг/дм3, что соответствует нижней границе диапазона физиологической полноценности, составляет 23% от ПДК. Такое значение показателя сухой остаток показывает на присутствие основных катионов и анионов, типичных для водоисточников региона (кальций, магний, гидрокарбонаты, сульфаты, фториды) в концентрациях, не ухудшающих безопасность воды, но формирующих физиологическую полноценность.
Изучение эффективности применения экспериментальной сорбционной смеси для удаления мышьяка для очистки модельных растворов от загрязнителей различной химической природы
Исследование динамики удаления мышьяка из воды с pH 8,50±0,25 показали следующее. При доочистке модельного раствора с pH 8,50±0,25 в пробах полученной воды после обработки смесями «As1», «As2», «As3», «As4», «As5», «As6» концентрация мышьяка существенно ниже (0,0001 - 0,013 мг/дм3), чем в модельном растворе (0,047-0,056 мг/дм3), а так же ниже ПДК [88]. Однако, концентрация мышьяка в пробах питьевой воды полученных после пропускания 100 дм3 через смесь «As1» выше MCL мышьяка в питьевой воде (не более 0,010 мг/дм3) [146]. В начале испытаний наиболее эффективно снижалась концентрация мышьяка (V) при исследовании питьевой воды, полученной обработкой смесями «As3» и «As6» — по 98%; после доочистки 200 дм3— «As6»; после доочистки 400 дм3 — «As3», «As5»; «As6». После получения обработанной воды в объеме 700 дм3 наибольшая степень очистки была показана смесью «As3». Аналогичная динамика изменения степени очистки была получена при доочистке слабокислого модельного раствора.
Смеси «As1» и «As2» удаляли мышьяк (V) с допустимой эффективностью (более 80%) до отработки 50 дм3. Применение этих смесей не является рациональным.
Смеси «As3» и «As6» показывали наибольшую среднюю степень очистки от мышьяка (V) — 97% и 96%, соответственно. Смеси «As4» и «As5» показывали допустимую среднюю степень очистки — 85% и 92%.
Установлено, что при значении pH 8,50±0,25 эффективность удаления из воды мышьяка ниже, чем при pH 6,50±0,25 (табл. 30-31). После обработки смесями «As1», «As2», «As4», «As5» концентрация мышьяка в пробах доочищенной воды при доочистке слабощелочного модельного раствора в среднем в 1,7-2,6 раза выше, чем в пробах воды, полученной доочистке слабокислого модельного раствора. В слабокислой среде средняя степень очистки от мышьяка (V) составляла от 85% до 97%, в слабощелочной среде — от 61% до 97%.
В пробах доочищенной воды при значении pH 8,50±0,25 после обработки смесями «As3», «As6» концентрация мышьяка в среднем на 31-34% ниже, чем в пробах питьевой доочищенной воды при pH 6,50±0,25.
Полученные в ходе ресурсных испытаний экспериментальные данные свидетельствуют о том, что в очищенной воде концентрация мышьяка на протяжении ресурса находилась на высоком уровне и снижалась с увеличением объема очищенной воды, то есть с исчерпанием сорбционной емкости. Исключение составили смеси «As1» и «As2», показавшие недостаточную эффективность при доочистке слабощелочного модельного раствора.
Экспериментальные смеси «As3», «As4», «As5», «As6» в слабокислой среде обеспечивали стабильную степень очистки воды от мышьяка (90-99%). Высокая эффективность смесей обусловлена наличием в рецептуре гибридного сорбента и селективного анионита. Смеси «As1», «As2» обеспечивали менее стабильную, но достаточную степень очистки (76-99% и 83-99%, соответственно), что обусловлено наличием в рецептуре только селективного материала, отсутствием гибридного сорбента. Смеси «As3», «As4», «As5», «As6» в слабощелочной среде (рН 8,50±0,25) показывали менее стабильную динамику снижения концентрации мышьяка — от 82% до 99%.
Введение в рецептуру смеси гибридного сорбента, наряду с селективной анионообменной смолой позволило получить максимальную эффективность очистки от соединений мышьяка, а смеси катионообменной смолы и активированного угля — расширить круг удаляемых загрязнителей (смеси «As4», «As5», «As6») с одинаковой эффективностью удаления целевого компонента.
Экспериментальная смесь «As6», показавшая наибольшую эффективность удаления мышьяка при тестировании как в слабокислой, так и в слабощелочной среде была исследована по параметру удаление мышьяка (III) из модельных растворов, имевших в качестве матрицы воду ЦИПВС (табл. 31).
При доочистке модельного раствора с исходной концентрацией мышьяка (III) 0,095 — 0,11 мг/дм3, доочищенная вода содержала от 0,0024 до 0,0042 мг/дм3 мышьяка (III), что составляет в среднем в течение ресурса 6% от ПДК [88] или 32% от MCL [146].
Концентрация мышьяка (III) в питьевой воде, полученной в начале испытаний, составляла 0,0027 мг/дм3 (эффективность удаления — 97%); в конце испытаний — 0,0042 мг/дм3 (96% соответственно). Среднее снижение концентрации мышьяка (III) составляло 97%.
