Введение к работе
Актуальность работы. Современные нормативные требования в области гигиены большинства стран мира регламентируют чрезвычайно высокие требования к качеству питьевой воды по физико-химическим и микробиологическим показателям. В настоящее время хлорирование воды остается основным надежным многофункциональным способом уничтожения и деактивации патогенных микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания. В результате хлорирования на всём протяжении распределительной сети в воде содержатся формы хлора, обеспечивающие требуемый уровень обеззараживания воды. Негативным последствием дезинфекции воды хлорсодержащими веществами является образование побочных продуктов хлорирования – тригалогенметанов (ТГМ). К указанной группе соединений относят галогензамещенные метаны – хлороформ, бромоформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан – токсичные вещества, которые при попадании в организм человека способны вызывать дисфункции различных органов.
Хлорирование применяется для обеззараживания питьевой воды и в системе водоснабжения г. Багдада (Ирак). В этой связи актуальной задачей водоподготовки в Багдаде является обеспечение населения питьевой водой требуемого качества, не содержащей побочных токсичных продуктов хлорирования. Проблема безопасности водоснабжения относится к одной из приоритетных, для её решения необходим комплексный анализ факторов, влияющих на образование тригалогенметанов, с выявлением основных закономерностей этого процесса, разработка простых и экономичных способов снижения образования ТГМ в питьевой воде. Кроме того, для экспрессного анализа воды необходима разработка комплекса способов, позволяющих быстро и надежно определять содержание ТГМ на каждой стадии водоподготовки.
Цель работы - исследование образования тригалогенметанов и их влияния на качество воды в распределительных сетях городского водоснабжения г. Багдада, теоретическое и экспериментальное обоснование применения комплекса эффективных технологических решений для снижения содержания ТГМ в питьевой воде при её обеззараживании хлорирующими агентами.
При этом решались следующие задачи:
– исследование влияния различных факторов (расстояние между начальной точкой распределения воды по сети и конечным пунктом распределения в различные сезоны, доза и тип хлорирующего агента) на количество образующихся тригалогенметанов в результате хлорирования воды в распределительных системах г. Багдада;
– актуализация эффективности применения гранулированного активированного угля различных марок для очистки питьевой воды от тригалогенметанов и разработка алгоритма выбора фильтрующего агента в зависимости от состава и количества образующихся тригалогенметанов в результате хлорирования;
– исследование технологической и гигиенической целесообразности применения диоксида хлора в качестве альтернативного дезинфеканта;
– установление количественных характеристик межфазного распределения хлороформа, бромоформа, бромдихлорметана и дибромхлорметана в системах органический растворитель – водно-солевой раствор для разработки новых способов определения ТГМ в водных средах;
– разработка рекомендаций по снижению содержания ТГМ в питьевой воде г. Багдада;
– технико-экономическая оценка предлагаемых мероприятий по снижению содержания ТГМ в питьевой воде.
Объект исследования: питьевая вода в распределительной сети городского водоснабжения г. Багдада и содержащиеся в ней побочные продукты дезинфекции – тригалогенметаны.
Предмет исследования: процесс образования ТГМ при обеззараживании воды хлорсодержащими реагентами и трансформация качества воды в распределительных сетях городского водоснабжения г. Багдада, технологические решения для снижения образования ТГМ в процессе подготовки питьевой воды.
Научная новизна:
– на реальных сооружениях изучены условия хлорирования и впервые осуществлен систематический анализ качества питьевой воды в распределительных водопроводных сетях основных водоочистных станций г. Багдада. Установлена динамика образования ТГМ в зависимости от изученных факторов, идентифицированы приоритетные токсиканты;
– для водопроводной воды г. Багдада экспериментально проверена эффективность применения гранулированного активированного угля различных марок для очистки воды от основных форм тригалогенметанов;
– теоретически обосновано и практически доказано положительное влияние применения диоксида хлора при обеззараживании на снижение образования ТГМ в питьевой воде г. Багдада;
– для снижения количества образующихся в питьевой воде ТГМ в результате обеззараживания хлорсодержащими реагентами разработан новый, экспериментально обоснованный комплекс мероприятий;
– впервые для экстракционного извлечения хлороформа, бромоформа, бромдихлорметана и дибромхлорметана из водных сред применена экстракция гидрофильными растворителями в присутствии высаливателя. По полученным результатам установлены системы, обеспечивающие практически полное (90 %-ное и более) извлечение ТГМ из водных сред. Для определения указанных соединений в экстрактах применен потенциометрический метод анализа.
Практическая значимость:
– разработан алгоритм выбора сорбционного фильтрующего материала, обеспечивающего эффективную очистку питьевой воды от ТГМ;
– в качестве альтернативного дезинфектанта предложен диоксида хлора, разработаны условия его практического применения;
– на основании установленных количественных характеристик межфазного распределения тригалогенметанов разработан комплекс способов их определения в водных средах, включающих экстракционное извлечение и потенциометрический анализ экстракта. Способы апробированы в лабораторном практикуме кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»;
- достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием утверждённых методик анализа, применением метрологически аттестованных приборов и оборудования, большим объемом экспериментальных данных и их высокой сходимостью с расчетными значениями.
Основные положения, выносимые на защиту:
– закономерности образования тригалогенметанов в распределительных системах г. Багдада, обобщающая характеристика сезонного образования ТГМ с выявлением приоритетного токсиканта;
– алгоритм выбора фильтрующего материала для очистки питьевой воды от тригалогенметанов с учетом химических свойств органических загрязнителей в очищаемой природной воде;
– результаты исследования применения диоксида хлора для снижения образования ТГМ в питьевой воде г. Багдада;
– новые способы извлечения и селективного определения хлороформа, бромоформа, бромдихлорметана и дибромхлорметана с применением жидкостной экстракции гидрофильными экстрагентами и потенциометрического анализа.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад соискателя состоит в постановке проблемы, научном обосновании, постановке и проведении исследований, обработке и анализе полученных результатов, разработке рекомендаций и их внедрении.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАН С.В. Яковлева «Яковлевские чтения», 15 – 16 марта 2012 г., Москва; Всероссийских научно-практических конференциях на базе Воронежского ГАСУ, 2010 – 2012 гг., Воронеж; Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение: современное состояние и пути их развития», 2 – 12 октября 2012 г., Одесса.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 193 источника, в том числе 64 иностранных. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц и 33 рисунка.
Похожие диссертации на Исследование влияния тригалогенметанов на качество воды в распределительных сетях городского водоснабжения г. Багдада
