Карта выбора технических и технологических решений
для справочника перспективных технологий водоподготовки
В разделе даны рекомендации по алгоритму выбора оптимальных
эффективных технологических и технических решений водоподготовки для реализации
мероприятий по реконструкции и модернизации существующих сооружений с
повышением эффективности работы в соответствии с нормативными требованиями, и
для новых проектных решений станций водоподготовки, с учетом условий по типу и
качеству источника водоснабжения и требуемой производительности станции
водоподготовки для отдельно взятых населенных пунктов.
Используемые документы, литература. Раздел содержит
выборочную информацию из действующих нормативных и справочных документов,
используемых при проведении анализа эффективности существующего состояния
систем водоснабжения, разработке рекомендаций по повышению качества питьевой
воды посредством реконструкции, модернизации и строительства новых систем
водоподготовки с использованием современных и перспективных технологий и
доведения доли населения, обеспеченного качественной питьевой водой, до 100 %.
Приложение 1
Алгоритм выбора технологических решений с использованием
«Справочника перспективных технологий водоподготовки и очистки воды с
использованием технологий, разработанных организациями оборонно-промышленного
комплекса и учетом оценки риска здоровью населения»
› Выбор, получение разрешения на использование источника
водоснабжения и обеспечение мероприятий, направленных на сохранение качества
источника водоснабжения населенного пункта или предприятия (ЗСО).
› Расчет и прогноз на перспективу производительности
сооружений в общем водном балансе (Схема ВС).
› Оценка качества воды водоисточника по классификаторам.
› Выбор эффективных технологий водоподготовки, с учетом
качества воды водоисточника и региональных особенностей, климатических и
гидрогеологических условий, и обеспечения безопасности, надежности
функционирования системы водоснабжения в целом.
› Экономическая возможность применения выбранных технических
и технологических решений.
Пример 1 – поверхностная вода
Качество воды в Неве зависит как от природных особенностей
самой реки, так и от состояния водной системы «Белое море – Онежское озеро –
озеро Ильмень – Ладожское озеро – река Нева – Финский залив». Природные
особенности воды в реке Неве – это низкая минерализация (78,5 мг/л), сезонные
изменения, присутствие гуминовых веществ, фитопланктон, температура < 5 град
более 5 месяцев в году.
Обеззараживание воды
При хлорировании в воде образуются новые хлорорганические соединения,
являющиеся продуктами трансформации загрязнений. Употребление воды, содержащей
галогенсодержащие соединения (ГСС), приводит к угнетению иммунной системы,
заболеваниям печени, почек, поджелудочной и щитовидной железы, центральной
нервной системы, но главное – ряд ГСС являются канцерогенами (приложение 3).
Некоторые приоритетные вещества, образующиеся в процессе
водоподготовки и транспортировки, в том числе при хлорировании воды,
представлены в приложении 4.
К росту содержания ГСС в питьевой воде приводит увеличение
дозы подаваемого хлора или высокое содержание в обрабатываемой воде общего
органического углерода. Основная часть ГСС образуется в течение первых 2 – 4
часов после ввода хлора. Молекулы ГСС имеют относительно небольшие размеры и с
трудом поддаются удалению современными методами водоподготовки. Поэтому усилия
специалистов должны быть направлены не на удаление, а на предотвращение образования
галогенсодержащих соединений.
Таким образом, должна быть проведена коррекция схем
хлорирования, предполагающая отказ от подачи высоких доз хлора в неочищенную
речную воду или перенос места ввода основной дозы хлора в конец технологической
схемы водоподготовки.
Снижению дозы первичного хлорирования способствуют процессы
коагуляции и флокуляции, в том числе с использованием синтетических
полиэлектролитов. Синтетические органические высокомолекулярные коагулянты
могут применяться совместно с неорганическими (соли алюминия и железа) или, что
характерно для современных технологий очистки воды, в качестве самостоятельных
основных реагентов. Высоко молекулярные флокулянты применяются, как правило,
для увеличения эффекта очистки воды после ее коагуляции. Синтетические
полиэлектролиты сами по себе являются малотоксичными соединениями, но могут
содержать мономеры и примеси, представляющие очень высокий риск для здоровья
населения. Реальная минимизация риска для здоровья населения может быть
достигнута в условиях соответствующего контроля качества реагентов и
обоснования максимально допустимой дозы, обеспечивающей безопасное их
использование в технологиях очистки воды.
В обработанной воде следует проводить соответствующий
контроль:
– полиамины (полиэпихлоргидриндиметиламины, полиЭПИ-ДМА) –
по показателям эпихлоргидрин, диметиламин, 1,3-дихлор-2-пропанол,
2,3-дихлор-1-пропанол;
– полидиаллилдиметиламмоний хлориды (полиДАДМАХ) – по
показателям остаточного количества полиДАДМАХ и ДАДМАХ;
– полиакриламиды (НАПАА, КПАА) – по показателям акриламид и
акриловая кислота.
Порядок надзора за их применением изложен в МУ
2.1.4.1060-01 «Санитарно-эпидемиологический надзор за использованием
синтетических полиэлектролитов в практике питьевого водоснабжения».
Следует отметить, что ПГМГ и входящие в его состав мономеры
не относятся к канцерогенным веществам и, следовательно, не формируют
канцерогенный риск для населения, в отличие от ГСС при хлорировании. В целом
полимерные электролиты эффективны для устранения вирусов, цист простейших и
одноклеточных водорослей.
В последнее время в России интенсифицировался процесс замены
в водопроводной практике газообразного или сжиженного хлора на гипохлорит
натрия. При этом устраняется два вида опасного воздействия хлора – его высокая
острая токсичность при ингаляции и взрывоопасность. По всем другим
неблагоприятным для здоровья свойствам хлор и гипохлорит натрия не различаются.
К хлорсодержащим средствам обеззараживания воды относится
также диоксид хлора. В отличие от хлора, диоксид хлора не вступает в реакции
замещения (хлорирования) с примесями, содержащимися в воде, а только в реакции
окисления, и поэтому практически не образует хлорорганических соединений. Это
важное свойство определяет преимущество использования диоксида хлора по
сравнению с хлором.
Вместе с тем, диоксид хлора в питьевой воде в результате
реакции диспропорционирования трансформируется в хлорит- и хлорат-анионы, которые
обладают токсичными свойствами. Это обстоятельство ограничивает допустимую дозу
диоксида хлора в воде и вызывает необходимость в нейтрализации продуктов
трансформации, что усложняет и удорожает технологию его применения.
Эффективным агентом водоподготовки является озон.
Преимущества озона перед хлором состоят в том, что озон улучшает
органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем
времени контакта. Вместе с тем, при обработке воды озоном в ней могут
образовываться продукты озонолиза органических веществ в виде карбонильных
соединений (альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, броматы). Среди них наиболее
опасны из-за своей токсичности формальдегид и броматы, относящиеся к
канцерогенным веществам.
При озонировании цветных вод может происходить повышение
концентрации фенола в обработанной воде в результате деструкции гумусовых
соединений. Частичная деструкция гумусовых соединений обуславливает появление в
воде биоразлагаемых органических веществ, являющихся источником углерода для
бактерий; создает потенциальную возможность вторичного роста микроорганизмов в
резервуарах чистой воды, в распределительных сетях.
Опасность других продуктов озонолиза для здоровья возрастает
в случае комбинации в схеме обработки воды озонирования и последующего
хлорирования. При этом могут образовываться хлорированные продукты озонолиза,
обладающие мутагенными и канцерогенными свойствами, что часто требует
применения в дальнейшем сорбционной очистки.
В целом, в большинстве случаев в коммунальном хозяйстве в
реальной технологической практике озонирование рассматривается как мощная
комплексная технология очистки природных вод в сочетании с другими
технологиями. Чаще всего применяется «преозонирование» – первичное озонирование
в небольших дозах 1,5 – 2,0 мг/дм3, что позволяет эффективно
проводить окисление различных примесей содержащихся в исходной воде и в
сочетании с другими технологиями достичь хороших результатов по водоподготовке,
так же весьма распространено применение озонирования в сочетании с сорбционной
очисткой «озоно-сорбция» позволяющей нивелировать побочные продукты
озонирования, улучшить органолептические показатели очищенной воды и повысить
барьерную роль очистных сооружений. Данные методы применяется на ряде
водопроводных станций – Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Ярославль,
Курган и др.
Жесткие ограничения по широкому спектру побочных продуктов,
образующихся в результате нерационального применения окислительных методов,
необходимость обеспечения обеззараживания воды в отношении устойчивых к хлору
микроорганизмов, обосновывают целесообразность, так называемой, комплексной
концепции множественных барьеров. Данная концепция предполагает применение
технологий, сочетающих химические окислительные и физические методы очистки.
В рамках этих подходов, одним из самых безопасных и, в то же
время, максимально эффективным в отношении всего спектра микроорганизмов
методом обеззараживания является ультрафиолетовое излучение, позволяющее
обеспечить с высокой степенью эффективности инактивацию устойчивых к
хлорированию вирусов, цист лямблий, ооцист криптоспоридий, спор
сульфитредуцирующих клостридий.
Комбинация УФ облучения и хлорирования позволяет обеспечить
эпидемическую безопасность воды и создает условия для корректировки регламента
хлорирования с целью снижения в воде концентраций побочных продуктов. В
зависимости от поставленных задач и технологической схемы водоподготовки, УФ
облучение может использоваться в различных точках технологической цепи.
Определяющим фактором в выборе места размещения УФ оборудования является
качество воды на различных этапах очистки.
Установлено также, что обработка УФ облучением очищенной
воды, содержащей соединения хлора на уровне 1,0 – 1,2 мг/дм3,
является безопасным процессом, не сопровождающимся образованием дополнительных
побочных токсичных продуктов.
Комбинация ультрафиолетового облучения с современными
методами глубокой очистки (озонирование и мембранная фильтрация) обеспечивает
высокую степень удаления из воды органических соединений. Озонирование воды,
предшествующее УФ обеззараживанию, уже много лет применяется в Финляндии,
Канаде, США. В России водоподготовка на основе совместного использования
современных технологий хлорирования, озонирования и ультрафиолетового облучения
применяется, в частности, на Слудинской водопроводной станции г. Нижний
Новгород.
В последнее десятилетие в коммунальном хозяйстве осваиваются
методы мембранной фильтрации. Эти технологии предназначены, в основном, для
решения задач очистки природных вод в общих комплексах водоподготовки. Использование
мембранных установок часто позволяет отказаться от первичного хлорирования, что
снижает опасность образования хлорорганических соединений. Ультрафильтрацию
можно рассматривать и как эффективное средство обеззараживания воды в отношении
патогенных микроорганизмов, таких как ооцисты Cryptosporidium, бактерии
Escherichiacoli, Salmonella, Shigella.
В общем случае отсутствие последействия требует применения
хлорирования, к тому же, ультрафильтрация не всегда эффективна для удаления
вирусов.
Перспективным направлением совершенствования процессов
очистки природных вод является биосорбционно-мембранная технология.
Предварительная обработка воды по данной технологии
позволяет уменьшить при последующем хлорировании образование токсичных хлор- и
броморганических соединений на 40 – 50 % за счет удаления в биореакторе
органических загрязнений.
В настоящее время разрабатываются и уже частично реализованы
на практике новые технологические процессы очистки и обеззараживания воды с
применением нанореагентов, синтетических и природных наносорбционных
материалов. Научный и практический интерес имеют разработки по использованию
бактерицидной и фунгицидной эффективности традиционных и перспективных
дезинфектантов на основе наночастиц металлов, способных оказывать биоцидное
действие.
Разработана технология изготовления и применения реагента
нового поколения – алюмокремниевого флокулянта-коагулянта АКФК, в котором
используются алюминиевая и силикатная составляющие. Перспективность АКФК
определяется его универсальностью и высокой эффективностью при решении
различных задач: осветление и очистка воды от взвешенных частиц, от растворимых
и малорастворимых органических веществ, от ионов металлов; данная технология
позволяет расширить температурный режим использования реагентных методов.
Действие АКФК основано на образовании комплексных соединений
с развитой сорбционной поверхностью в результате интеграции отдельных процессов
в единую систему. Механизм очистки воды реализуется за счет объемной сорбции
загрязнителей на самоорганизующихся алюмокремниевых комплексах.
Разрабатываются технологии очистки поверхностных вод с
применением нанофильтрационных аппаратов, в которых сорбционные материалы на
основе гидроксилатов магния позволяют очищать природные воды одновременно от
железа, марганца, фтора и бора.
Широким спектром антимикробного действия за счет малых
размеров и значительной удельной поверхности обладают наночастицы серебра. В
экспериментальных условиях установлено биоцидное действие наночастиц серебра в
отношении модельной бактериальной микрофлоры (Е.соН) и вирусной микрофлоры
(РНК-содержащие фаги MS-2) в воде. Инактивация модельных микроорганизмов
происходит значительно более интенсивно в процессе фильтрования воды через
модифицированные кластерами наносеребра фильтры по сравнению с контролем
(угольный фильтр без нанесения наночастиц).
В связи со способностью модифицированных наночастиц серебра
длительное время сохранять бактерицидные свойства рациональным является
добавление его в фильтрующие материалы, лаки, краски и другие покрытия баков
аккумуляторов и резервуаров чистой воды.
Физико-химические и биологические, в т.ч. токсические,
свойства наночастиц и наноматериалов на их основе являются результатом не
только их химического состава, но и таких характеристик, как геометрические
характеристики, размер, форма, число наночастиц, величина площади поверхности,
которые и определяют их реакционную способность. Таким образом, использование в
системах водоподготовки нанотехнологий может быть реализовано только после
разработки и утверждения соответствующей нормативно-методической базы.
Алгоритм выбора доступных технологий водоподготовки
Выбор технологических решений при проектировании и
строительстве новых сооружений должен быть обоснован с учетом состава и свойств
обрабатываемой воды, требуемой обоснованной производительности, в том числе на
перспективу, специфики работы имеющихся водоочистных сооружений, особенностей
транспортировки воды потребителям (длина водопроводной сети, время нахождения
воды в сети), требований нормативных документов санитарного и отраслевого
законодательства, требований безопасности и надежности технологических
процессов а также требований принципа разумной достаточности состава сооружений
для достижения эффективной очистки воды.
Необходимость совершенствования технологий очистки воды
(реконструкция и модернизация) обусловлена, с одной стороны, имеющимся
физическим износом и амортизацией существующих сооружений, а также, с другой
стороны, изменению требований к качеству питьевой воды по сравнению с годами
строительства сооружений и качественным изменением состояния водоисточника, что
особенно актуально для поверхностных источников водоснабжения.
Обоснованность решений должна быть выполнена с учетом оценки
риска комплексных факторов возможного ухудшения качества питьевой воды по
технологическим переделам водоснабжения с ориентацией на конечного потребителя.
Цель выбора эффективных и оптимальных технологий
водоподготовки, как и цель реконструкции или модернизации уже существующих
сооружений, состоит в обеспечении гарантированного бесперебойного получения
потребителями в достаточном количестве и обеспечивающем потребности в развитии
инфраструктуры города качественной питьевой воды:
a. безопасной в эпидемиологическом и радиационном отношении
b. безвредной по химическому составу
c. благоприятной в отношении органолептических свойств.
– ни в одной пробе не зарегистрировано превышений
гигиенических нормативов по микробиологическим (за исключением ОМЧ, ОКБ),
паразитологическим, вирусологическим показателям, уровней вмешательства по
радиологическим показателям;
– уровни ОМЧ, ОКБ не превышают гигиенические нормативы более
чем в 95 % проб;
– уровни показателей органолептических, обобщенных
показателей, неорганических и органических веществ не превышают гигиенические
нормативы более чем на величину ошибки метода определения.
На период реализации мероприятий инвестиционных программ, в
том числе федерального проекта “Чистая вода”, по постановлению
(решению) Главного государственного санитарного врача по соответствующей
территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки
санитарно-эпидемиологической обстановки в населенном пункте и применяемой
технологии водоподготовки при наличии инвестиционной программы, могут быть
приняты следующие отклонения, с соответствующим обоснованием, качества питьевой
воды:
– органолептические свойства: запах и привкус ≤ 2
баллов; мутность по каолину ≤ 2 мг/дм3, цветность ≤ 35
градусов;
Алгоритм выбора эффективных оптимальных технологических
решений состоит из следующих позиций:
• техническое обследование и анализ эффективности системы
водоснабжения с целью повышения качества очистки воды или безопасности
технологического процесса, выявлению проблемных зон по технологическим переделам
системы водоснабжения, ранжирования отдельных рисков, учитывающих основные
причины несоответствия качества питьевой воды гигиеническим требованиям.
• изучение рынка технологического оборудования и
практического опыта применения технологий в аналогичных условиях (тип и
качество водоисточника, проектная производительность, климатическая зона,
особенно актуально для поверхностных источников, гидрогеологические условия,
региональные особенности, уровень эксплуатационных затрат, уровень
автоматизации технологического процесса, уровень квалификации обслуживающего
персонала, система транспортировки питьевой воды).
• в случае если нет реализованных аналогов целесообразно
проведении цикла лабораторных, и (или)пилотных опытно -промышленных испытаний
на конкретных объектах.
• анализа эффективности (в том числе, экономической)
предлагаемой технологии для конкретных условий водоснабжения.
Принятие решения по выбору технологии осуществляется
проектной организацией или поставщиком технологии и оборудования на основании
лабораторных изысканий, а также сравнения различных вариантов. При этом
согласно общепринятой практике организация, принимающая принципиальные
технологические решения, должна нести финансовые обязательства по гарантии
достижения показателей качества воды.
Краткое
описание технологий водоподготовки
Необходимо отметить, что на сегодняшний день существует
достаточно много схем, методов и установок для водоподготовки. Однако
использование любых схем или методов водоподготовки требует привязки к каждому
конкретному водоисточнику, с обязательным определением их технологической
надежности и гигиенической эффективности (т.е. соответствия требованиям
бесперебойного водоснабжения и требованиям санитарного законодательства в
области качества воды).
Основные технологические схемы обработки питьевой воды
включают реагентные, безреагентные и специальные методы водоподготовки.
Эффективность обработки воды различными методами по некоторым приоритетным
показателям представлена в приложении 2.
При выборе схем водоподготовки следует учитывать, что
процессы очистки приводят не только к снижению концентраций химических веществ
в воде, но также могут выступать как фактор изменения химической природы
присутствующих в воде соединений и в конечном итоге привести к изменению
характера гигиенических и токсикологических эффектов. Особая роль в этих
процессах принадлежит сильным окислителям – хлору и озону.
Структура и группировка объектов централизованных
систем водоснабжения. Влияние состояния объекта технологического передела на
качество воды у конечного потребителя
Для обеспечения единообразия стратегий технического
воздействия на систему водоснабжения, с целью гарантированного улучшения
качества питьевой воды у потребителя, необходимо провести агрегирование и
группировку объектов системы водоснабжения по функциональным, технологическим,
территориальным и иным признакам, характеризующим специфику объектов и их взаимосвязь.
Это позволит обеспечить технологическое и организационное
единство объектов при формировании инвестиционных программ направленных на
реализацию мероприятий по реконструкции, модернизации и строительству объектов
централизованных систем водоснабжения.
Состав работ по техническому обследованию включает в себя:
• камеральное обследование;
• техническую инвентаризацию имущества, включая натурное,
визуальное-измерительное обследование и инструментальное обследование объектов
централизованных систем горячего водоснабжения, холодного водоснабжения и (или)
водоотведения;
• определение технико-экономической эффективности объектов
централизованных систем водоснабжения и водоотведения.
Информация, получаемая при техническом обследовании,
является базовой при планировании развития систем водоснабжения и
водоотведения.
На основании ее формируются состав мероприятий для
конкретного объекта системы водоснабжения.
Рисунок 1. Группировка объектов централизованной системы
водоснабжения.
Наравне с оценкой эффективности отдельно взятого
мероприятия, в обязательном порядке должно оцениваться влияние этого
мероприятия на функционирование системы в целом. Это позволит эффективно
расставить приоритеты и сформулировать общие проблемы системы ВС и задачи,
которые решает конкретное мероприятие.
КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Для выбора технологических схем
следует принимать среднегодовые данные показателей водоисточника, согласно
табл. 1, начиная от предыдущего
завершенного месяца на дату разработки технологической схемы за последние пять
лет. Следует принимать максимальные суточные зафиксированные значения
показателей загрязняющих веществ на основании данных аккредитованной
физико-химической и микробиологической лаборатории. Для водородного показателя
воды (рН) принять максимальные и минимальные значения. Из полученных пяти
максимальных суточных значений за пять лет принимаются средние значения каждого
показателя (Rср макс сут 5), согласно
таблицы 1, которые используются для
расчетов и выбора технологических схем.
Период максимальной загрязненности (t1)
определяется, исходя из результатов максимальных значений анализа характерных
загрязнений качества воды водоисточника за последние 5 лет. К периоду
максимальной загрязненности (t1) относятся соотношения
значений Rср макс сут 5 : Rср срсут 5 ≥ 2 загрязненности
водоисточника, длящийся не менее двадцати (20) дней в году. При
неудовлетворении требования загрязненности водоисточника t1,
водоисточник следует относить к периоду t2. (см. табл. 3 и 4):
t1 – принимается в случае максимальных
загрязнений при условии разницы средних максимальных значений (Rср макс сут 5) не менее, чем в 2 раза от
среднегодовых значений (Rср срсут 5)
показателей загрязняющих веществ, не менее 20 дней в году.
t2 – постоянное присутствие в течение года
при неудовлетворение требований t1.
t1
≥ Rср макс сут5 : Rср ср сут5 ≥ 2 не менее 20 дней в году
При формировании мероприятий по строительству и
реконструкции станций водоподготовки на перспективу необходимо:
• оценивать и подтверждать в соответствии с действующим
законодательством объемы ресурсов поверхностных и подземных источников,
пригодных для питьевого водоснабжения; оценивать динамику изменения
характеристик по качеству и объему (расходу) прогнозных ресурсов и разведанных
эксплуатационных запасов;
• в обязательном порядке предусматривать наличие проекта
зоны санитарной (ЗСО) охраны, организация водоохранных зон и прибрежных
водоохранных полос и обеспечением режима хозяйственной деятельности в ЗСО;
• организовать контроль и мониторинг качества источника
водоснабжения с определением зависимости качественных показателей воды
источника водоснабжения от внешних климатических, гидрогеологических,
антропогенных воздействий;
• разработать мероприятия по снижению сброса загрязняющих
веществ в источники водоснабжения, мероприятия по охране и восстановлению
источников питьевого водоснабжения, с целью рационального использование
природной воды.
Использование методологии оценки риска здоровью в
практике выбора технологии водоподготовки и оценки эффективности мероприятий по
обеспечению населения качественной питьевой водой
Методология оценки риска здоровью как составная часть
процедуры анализа риска, включающая кроме оценки также управление риском,
является неотъемлемой частью анализа безопасности и общепризнанным эффективным
инструментом обоснования принятия управленческих решений в сфере охраны жизни и
здоровья населения и защиты прав потребителей (в данном случае потребителей
услуг по предоставлению централизованного водоснабжения), решения правовых
вопросов в сфере «качество питьевой воды – здоровье человека».
Использование методологии оценки риска дополняет метод
гигиенического нормирования и оценки, и позволяет установить приоритетные
факторы риска, связанные с качеством питьевой воды, учесть совокупность
воздействующих факторов, спрогнозировать возможные последствия для здоровья в
результате потребления не качественной питьевой воды.
Данные возможности методологии оценки риска могут быть
эффективно использованы в целях выбора наилучшей технологии водоподготовки на
водопроводных станциях централизованных систем питьевого водоснабжения в целях
обеспечения населения качественной питьевой водой.
Расчеты параметров риска, выполненные на базе результатов
лабораторных исследований (в рамках производственного контроля) организаций,
осуществляющих сбор, очистку и транспортировку воды, и/или данных органов и
организаций Роспотребнадзора, позволяют:
– определять приоритетные хозяйствующие субъекты (станции
водоподготовки, водопроводные сети), деятельность которых формирует
неприемлемые риски здоровью потребителей питьевой воды, а, следовательно,
требующие разработки и реализации неотложных мероприятий по повышению качества
питьевой воды и минимизации рисков здоровью населения, первоочередного
включения в региональные программы по повышению качества водоснабжения
населения;
– определить приоритетные компоненты – загрязнители питьевой
воды, по которым в первую очередь следует разрабатывать и внедрять адекватную
технологию водоподготовки с учетом территориальных особенностей;
– определять требуемую степень очистки (водоподготовки)
воды, обеспечивающую соблюдение критериев качества питьевой воды и приемлемый
риск для здоровья потребителей;
– разрабатывать управленческие решения по выбору
инновационной технологии водоподготовки с обоснованием гигиенической и
экономической целесообразности выбора.
Выделяют риск при остром воздействии, обусловленный
ольфакторно-рефлекторным эффектом воздействия (органолептический принцип
оценки), и риск при хроническом воздействии (канцерогенный и неканцерогенный),
обусловленный воздействием химических веществ в течение длительного времени.
1. Для оценки неканцерогенного риска следует применять
референтные дозы при хроническом пероральном поступлении (RfD). Результатом
вычисления значений риска является величина коэффициент опасности (HQ).
Принимая во внимание, что ряд химических веществ действуют
на организм человека однонаправлено, допускается суммация полученных значений
риска HQ от воздействия отдельных веществ с получением индекса опасности (HI),
характеризующим степень неблагоприятного воздействия суммы загрязнителей на
определенные органы или системы организма.
2. Для оценки канцерогенного риска следует применять фактор
канцерогенного потенциала при оральном поступлении (SFo). Результатом
вычисления является величина индивидуального канцерогенного риска (CR), которая
может быть рассчитана как от воздействия отдельных канцерогенного-опасных
веществ, так и от суммы веществ, обладающих таковым действием. В этом случае
производится суммация значений CR от воздействия отдельных загрязнителей. В
таблицах 18 и 19 приведены классификации диапазонов риска.
Таблица 18. Классификация рисков для здоровья за счет
веществ, присутствующих в питьевой воде (для веществ, обладающих
канцерогенным действием)
Таблица 19. Классификация рисков для здоровья за счет
веществ, присутствующих в питьевой воде (для неканцерогенных веществ)
Кроме указанного выше
индивидуального канцерогенного риска здоровью возможен также расчет популяционного
риска с учетом количества населения, находящегося под воздействием данного
уровня риска.
Для различных источников водоснабжения значимость уровней
риска, обусловленных воздействием различных загрязнителей, будет различна. При
использовании для водоснабжения подземного источника в процедуру оценки риска в
обязательном порядке включаются химические вещества – компоненты природного
загрязнения подземных вод (кальций, магний, барий, бор и др.); при
использовании поверхностного источника – вещества антропогенного происхождения
– компоненты сбросов в результате осуществления хозяйственной деятельности
субъектов (промышленных и сельскохозяйственных предприятий).
Рекомендуется следующий алгоритм действий при выборе
технологических и организационных мероприятий по минимизации риска при
водоподготовке питьевой воды на водопроводных станциях:
1. На первом этапе анализируется существующая ситуация
водоподготовки конкретной территории или ведомства с позиции прогнозируемого
риска. Выполняется определение приоритетных веществ (показателей), для которых
характерны наиболее выраженное неблагоприятное воздействие на здоровье
человека, определяются расчетным методом дозовые нагрузки химических веществ с
учетом объемов потребления питьевой воды населением, проводятся расчеты риска
от употребления воды с учетом существующей ситуации водоподготовки по следующим
критериям:
– канцерогенный риск;
– хронический неканцерогенный риск, включающий определение
коэффициентов опасности HQ от воздействия отдельных загрязнителей и индексов
опасности HI путем суммирования коэффициентов опасности отдельных веществ,
обладающих однонаправленным действием на отдельные (т.н. критические) органы и
системы человеческого организма (желудочно-кишечный тракт, печень, почки и
др.), а также вызывающих схожие системные нарушения организма (мутагенное,
тератогенное, эмбриотоксическое действие).
На основе расчетных значений
индивидуального канцерогенного риска (как от воздействия отдельных
канцерогенно-опасных загрязнителей, так и от их суммы) рассчитывается
популяционный риск по формуле (1):
PCR – популяционный риск здоровью населения;
CR – значение индивидуального канцерогенного риска;
n – количество населения, пользующегося питьевой
водой их данной конкретной системы водоснабжения.
Целью этого этапа является определение приоритетных объектов
водопроводного хозяйства, на которых необходимо проводить внедрение
инновационных технологий в первую очередь, так как это обеспечит выполнение
основных требований федерального проекта «Чистая вода» -максимальный и быстрый
рост количества населения, обеспеченного качественной питьевой водой. На этом
этапе возможно также определение приоритетного показателя качества воды или
группы показателей, требующих своей нормализации за счет перспективой
технологии.
Расчеты, выполненные на первом этапе, позволяют:
– сделать вывод о приемлемости/неприемлемости значений риска
от употребления питьевой воды, подаваемой населению с учетом существующего
положения.
– установить приоритетные объекты для внедрения
технологических и технических мероприятий по повышению эффективности очистки
природной воды от загрязнений по конкретным химическим веществам, группе
веществ.
2. На втором этапе, в случае выявления неприемлемых уровней
риска от употребления воды с учетом существующей технологии водоподготовки,
оценивается эффективность и достаточность предлагаемых технологических решений
также с применением методологии оценки риска.
Основным критерием при выборе технологических решений для
систем водоподготовки является отсутствие неприемлемых уровней риска как от
воздействия отдельных показателей, так и от их суммы, а именно -значений
суммарного канцерогенного риска или коэффициентов опасности неканцерогенного
риска.
Для снабжения населения качественной питьевой водой и
обеспечения приемлемого риска для здоровья потребителей в рамках оценки риска
осуществляется расчет параметров канцерогенного и неканцерогенного рисков
здоровью в соответствии с действующими нормативно -методическими документами, в
том числе, с учетом однонаправленности действия ряда химических веществ на
определенные органы или системы организма человека.
Для выбора по критериям приемлемости рисков инновационной
технологии водоподготовки проводится прогнозная оценка эффективности
мероприятия. Как достаточные и результативные должны быть оценены технологии, в
результате которых соблюдаются:
– гигиенические нормативы по санитарно-химическим,
микробиологическим, паразитологическим, вирусологическим показателям, уровням
вмешательства по радиологическим показателям;
– приемлемый уровень пожизненного канцерогенного и
неканцерогенного риска для здоровья потребителей.
Результативность реализации проектов
модернизации (внедрения инновационной технологии водоподготовки) (Res)
оценивается по уровню достижения приемлемого / целевого индивидуального и/или
популяционного риска здоровью по формуле (2):
Rпосле – риск (индивидуальный и/или
популяционный) после реализации проектов модернизации (внедрения инновационной
технологии водоподготовки);
Rцел – приемлемый / целевой уровень риска.
Проект модернизации (технологии водоподготовки) считается
результативным при Res ≤ 1.
При наличии нескольких
альтернативных технологий водоподготовки для одного объекта выполняется оценка
эффективности каждой технологии (Eff) по формуле (3):
ΔR – разность величин индивидуального или
популяционного риска до и после реализации проекта модернизации (внедрения
инновационной технологии водоподготовки);
Z – капитальные (k) и
ежегодные эксплуатационные (экспл) затраты на реализацию проекта модернизации
системы водоснабжения.
Наиболее эффективной считается технология с наибольшим
значением показателя эффективности (Eff).
Для задач выбора приоритетных объектов водоснабжения для их
первоочередного включения в региональные / территориальные программы по
повышению качества водоснабжения населения эффективность проекта модернизации
рассчитывается по формуле (3), где
ΔR – разность величин популяционного риска до
и после реализации проекта модернизации (внедрения инновационной технологии
водоподготовки).
Полученное значение показателя эффективности является по
существу заданием на выбор инновационной технологии по справочнику.
Таблица 20. Принципы интенсификации отдельных процессов и
технологической схемы очистки воды в современных условиях (перспективные
технологии)
Классификация показателей наличия загрязнений
природных вод во взаимосвязи с методами их удаления
Системы классификации природных вод и способы как можно
более краткой характеристики качества воды (индекс качества воды)
разрабатываются более чем сто лет. Выделено 625 и даже более классов, групп,
типов и разновидностей вод. В.И. Вернадский считал, что число видов природных
вод больше 1500 единиц.
В настоящее время в нашей стране утверждены предельно
допустимые концентрации загрязнителей и методики их определения более, чем по
1500 ингредиентам. Для утверждения того или иного источника для нужд питьевого
водоснабжения требуется комплексное исследование и заключение на возможность
использования в качестве источника водоснабжения, которое выдается органами
Роспотребнадзора.
Группа I. Воздействие на взвеси (например,
седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирование,
центробежная сепарация в гидроциклонах, флотация, фильтрование).
Группа II. Воздействие на коллоидные примеси, в том
числе высокомолекулярные соединения, вирусы: коагуляция, флокуляция,
электрокоагуляция, адсорбция на высокодисперсных материалах, в том числе
глинистых минералах, ионитах, окисление (хлорирование, озонирование),
воздействие ультрафиолетом.
Группа III. Воздействие на растворенные органические
вещества и газы: десорбция газов и легколетучих органических соединений путем
аэрирования, адсорбция на активных углях, природных и синтетических ионитах и
других высокопористых материалах, пенная флотация, ректификация, окисление (электро-химическое,
биологическое, хлором, озоном, диоксидом хлора и др.).
Группа IV. Воздействие на примеси ионогенных
неорганических веществ: ионный обмен, электродиализ, реагентная обработка.
мембранные фильтрование.
Группа V. Воздействие на воду: дистилляция,
вымораживание, магнитная обработка, обратный осмос, напорная фильтрация.
Группа VI. Воздействие на водную систему в целом:
(например, закачка в подземные горизонты).
Таблица 2. Классификация вод по
фазово-дисперсному состоянию примесей
Взвешенные твердые примеси
Присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины,
песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и
различных микроорганизмов.
В подземных водах присутствует, в основном, растворенное
двухвалентное железо в виде ионов Fe2+. Трехвалентное железо
появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах
водораспределения при контакте воды с поверхностью труб. В поверхностных водах
железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав
органических комплексов и железобактерий. Норматив содержания железа общего в
питьевой воде – не более 0,3 мг/л.
Железо придает воде неприятную красно-коричневую окраску,
ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий.
Марганец относится к группе тяжёлых металлов, имеет
природное происхождение. Встречается чаще всего в воде вместе с растворенным
железом Fe2+. Содержание марганца в воде питьевого качества не
должно превышать значений 0,1 мг/л.
Последствия превышения содержания марганца в воде –
образование трудно выводимых темно-коричневых или черных пятен на поверхности
оборудования, накопление отложений в трубопроводах.
Жесткость воды в природных водах обусловливается наличием в
воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+),
бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+).
Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше
содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под
жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость,
складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и
некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде
гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов,
силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости
воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других
щелочноземельных металлов.
В воде источников водоснабжения может быть обнаружено
несколько тысяч органических веществ различных химических классов и групп.
Органические соединения природного происхождения (гуминовые вещества, различные
амины) и техногенного происхождения (поверхностно-активные вещества) способны
изменять органолептические свойства воды (запах, привкус, окраску, мутность,
способность к пенообразованию, пленкообразование), что позволяет их выявить и
ограничить их содержание в питьевой воде.
Органические вещества подразделяются на группы:
– растворенных примесей: (гуминовые кислоты и их соли –
гуматы натрия, калия, аммония; некоторые примеси промышленного происхождения;
часть аминокислот и белков;
– нерастворенных примесей: (фульвокислоты (соли) и гуминовые
кислоты и их соли – гуматы кальция, магния, железа; жиры различного
происхождения; частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.
В то же время огромное число органических соединений весьма
неустойчивы и склонны к непрерывной трансформации, поэтому непосредственное определение
концентрации органических веществ в питьевой воде затруднительно, из-за чего
содержание их принято характеризовать косвенным путём в мг О2/л,
определяя окисляемость и цветность питьевой воды.
Окисляемость – это показатель, характеризующий содержание в
воде органических и минеральных веществ. Окисляемость выражается в мг О2,
необходимого на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3
исследованной воды.
Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную
(1 мг KMnO4 соответствует 0,25 мг O2), бихроматную,
иодатную. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным и иодатным
методами. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют
перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах – как правило,
бихроматную окисляемость (называемую также ХПК – химическое потребление
кислорода). Окисляемость является очень удобным комплексным параметром,
позволяющим оценить общее загрязнение воды органическими веществами.
Значение перманганатной окисляемости выше 5 мг О2/л
свидетельствует о содержании в воде легко окисляющихся органических соединений,
многие из которых имеют отрицательное влияние на здоровье человека. При
обеззараживании такой воды хлорированием образуются хлоруглеводороды, вредные
для здоровья человека и строго контролируемые при подготовке питьевой воды.
Если в результате анализов воды обнаружено, что значение
перманганатной окисляемости выше 5 мг О2/л, такая вода требует
очистки от органических загрязнений.
Цветность – показатель качества воды, обусловленный главным
образом присутствием в воде гуминовых и фульвовых кислот, а также соединений
железа (Fe3+). Количество этих веществ зависит от геологических
условий в водоносных горизонтах и от количества и размеров торфяников в
бассейне исследуемой реки. Так, наибольшую цветность имеют поверхностные воды
рек и озер, расположенных в зонах торфяных болот и заболоченных лесов. Зимой
содержание органических веществ в природных водах минимальное, в то время как
весной в период половодья и паводков, а также летом в период массового развития
водорослей – цветения воды оно повышается.
В поверхностных и подземных источниках воды присутствуют
соединения азота в виде нитратов и нитритов. В настоящее время происходит
постоянный рост их концентрации из-за широкого использования нитратных
удобрений, избыток которых с грунтовыми водами поступает в источники
водоснабжения. Согласно санитарным правилам и нормам, в воде централизованного
водоснабжения содержание нитратов не должно превышать 45 мг/л, нитритов – 3
мг/л.
Водородный показатель (рН), Окислительно-восстановительный
потенциал (Редокс-потенциал)
Величина pH – один из важнейших показателей качества воды
для определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств,
прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных
водах, данный показатель является одним из основных при выборе технологии
реагентной обработки.
Редокс-потенциал (мера химической активности) Eh вместе с
рН, температурой и содержанием солей в воде характеризует состояние
стабильности воды. В частности этот потенциал необходимо учитывать при
определении стабильности железа в воде. Eh в природных водах колеблется в
основном от минус 0,5 до +0,7 В. Подземные воды классифицируются:
› Eh – 0,0 до +0,1 В – переходная
окислительно-восстановительная среда, характеризуется неустойчивым геохимическим
режимом и переменным содержанием кислорода и сероводорода, а также слабым
окислением и слабым восстановлением разных металлов;
› Eh < 0,0 – восстановительная среда; в воде присутствуют
сероводород и металлы Fe2+, Mn2+, Mo2+ и др.
Зная значения рН и Eh, можно по диаграмме Пурбэ установить
условия существования соединений и элементов Fe2+, Fe3+,
Fe(OH)2, Fe(OH)3, FeCO3, FeS, (FeOH)2+.
Вкус и привкус (для питьевой воды)
Вкус воды определяется растворенными в ней веществами
органического и неорганического происхождения и различается по характеру и
интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий,
горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной,
металлический, вяжущий и т.п.). Интенсивность вкуса и привкуса определяют при
20 °С и оценивают по пятибалльной системе.
Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений
-привкуса выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее.
Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным
в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком
свободного диоксида углерода и т.д..
Запах – показатель качества воды, определяемый
органолептическим методом с помощью обоняния на основании шкалы силы запаха. На
запах воды оказывают влияние состав растворенных веществ, температура, значения
рН и целый ряд прочих факторов. Запах в питьевой воде может иметь как природную
причину появления, например, в поверхностных источниках в период развития
жизнедеятельности фитопланктона, в подземных водах наиболее часто встречается
запах сероводорода, так и причину технологическую, например, обеззараживание
хлорреагентами. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путем при 20 °С
и 60 °С и измеряют в баллах.
Для природных вод вызваны наличием патогенных
микроорганизмов, например, бактерий, вирусов, водорослей, грибов, простейших и
их токсинов, уровень микробиологических загрязнений влияет на выбор технологий
обеззараживания.
Ц – цветность, М – мутность, Т – температура, рН –
водородный показатель, ПО -перманганатная окисляемость, С – общая
минерализация, Ф – количество клеток фитопланктона, ЖО – жесткость общая, t1
– период появления до 3 месяцев в году; t2 – постоянное
присутствие в течение года.
Таблица 4. Подклассы поверхностных вод по
определяющим антропогенным ингредиентам