Иванов С.И.,

Новиков М.Г

НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЕАГЕНТНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

К основным критериям качества питьевой воды относятся: ее безопасность в эпидемическом отношении, безвредность по химическому составу и обладание благоприятными органолептическими свойствами. На основании этих критериев в различных странах разрабатываются соответствующие нормативные документы, регламентирующие качество питьевой воды, (например, в России – СаНПиН 2.1.4.1074‑01).

Изучение степени риска здоровью населения в зависимости от величины загрязнений в потребляемой воде убедительно показало, что опасность заболеваний от микробиологических составляющих во много тысяч раз выше, чем от загрязнений воды химическими соединениями.

Именно по этой причине в мировой практике практически повсеместно в процессе очистки воды ее подвергают хлорированию, методу не только характеризуемому достаточно высокой дезинфекционной способностью, но и обладающему обеззараживающим последействием.

Последнее обстоятельство и является основной причиной того, что использование даже таких эффективных методов обеззараживания, как озонирование и ультрафиолет (не обладающих указанным последействием) не исключает необходимости хлорирования воды на одном из этапов ее очистки.

Вместе с тем, было установлено, что за счет взаимодействия хлорсодержащего реагента (газообразного хлора, гипохлорита кальция или натрия) с органическими веществами природного происхождения в очищаемой воде образуются побочные продукты - тригалометаны (хлороформ, дихлорбромметан, бромоформ и т.д.), обладающие в большей или меньшей степени канцерогенными и мутагенными свойствами. Одновременно отмечалось, что процесс образования тригалометанов растянут во времени (в ряде случаев до нескольких десятков часов), в результате чего их количество в воде, получаемой потребителями, может быть значительно большим, чем на выходе из водоочистной станции.

В связи с этим одним из наиболее очевидных путей уменьшения количества образующихся тригалометанов является снижение количества органических веществ на стадиях очистки, предшествующих ее хлорированию.

В зарубежной практике такой подход находит широкое применение и обеспечивается за счет применения озонирования на первой стадии очистки воды перед ее коагулированием. Хлорсодержащий реагент вводится в воду перед резервуаром чистой воды, то есть на той стадии, когда основная часть органических загрязнений уже извлечена.

Однако и данный метод не может рассматриваться как идеальный, так как озон, являясь сильным окислителем, способен, в свою очередь, образовывать в воде побочные продукты (альдегиды, кетоны, органические кислоты, броматы и т.д.), характеризующиеся не меньшей опасностью, чем образующиеся в процессе хлорирования.

Последнее обстоятельство приводит к тому, что в тех случаях, когда используется указанный выше метод, на водоочистных станциях вынуждены дополнительно устанавливать фильтры, загруженные гранулированным активным углем, для извлечения из воды продуктов озонолиза. В результате значительно возрастает себестоимость очистки воды, и существенно усложняются работы, связанные с эксплуатацией оборудования.

Таким образом, анализ приведенных методов обеззараживания воды свидетельствует о необходимости поиска нового способа, позволяющего комплексно объединить лучшие качества известных методов, устранив при этом возможность проявления их негативных свойств.

В этом плане в последние годы большое внимание уделяется возможности использования в процессах обеззараживания воды уже достаточно хорошо изученных соединений на основе гуанидинов, поскольку они легкодоступны, обладают бактерицидными свойствами, являются малотоксичными и не накапливаются в организме.

Из широкого ряда указанных соединений наибольший интерес представляет разработанный и производимый в нашей стране полигексаметиленгуанидин гидрохлорид, по своей доступности, стабильности и антимикробной активности превосходящий лучшие зарубежные образцы.

Дальнейшие исследования, выполненные российскими  специалистами, были направлены на повышение антимикробной активности и снижение токсичности указанного продукта. В результате было предложено новое обеззараживающее средство «ДЕЗАВИД концентрат» (ТУ 9392-013-49340960-2008 с изменением №1), представляющее собой водный раствор смеси полигексаметиленгуанидина гидрохлорида (ПГМГ-ГХ) и алкилдиметилбензиламмония хлорида фракций С10-С18 (катанин АБ).

Механизм бактерицидного действия данного реагента включает ряд стадий, из которых последними являются структурные нарушения реакционных центров фотосистемы клеток (грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, а также вирусов), и, как следствие, резкое возрастание проницаемости внешних мембран, значительное набухание клеток и их гибель. Кроме того, достоинством средства является отсутствие способности образовывать токсичные, в том числе, канцерогенные, химические вещества.

Основные сведения о токсичности и опасности компонентов входящих в состав «ДЕЗАВИД концентрата» описаны в работах [1-3].

В 2005 году в Научно-исследовательском институте экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина была выполнена тема: НИР «Санитарно-эпидемиологическая оценка безопасности и эффективности препарата «ДЕЗАВИД концентрат», применяемого для дезинфекции воды плавательных бассейнов» (протокол №3/114 от 28 ноября 2005 года). В 2009г в этом же институте была выполнена научно-исследовательская работа на тему: «Санитарно-эпидемиологическая оценка безопасности и эффективности дезинфицирующего средства «ДЕЗАВИД концентрат» производства ООО «КОМПАНИЯ «НПХ» (РОССИЯ) по технологии фирмы ООО «АДЕКВАТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (РОССИЯ), предназначенного для обеззараживания воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения» (протокол испытаний № 3/14-10 от 01 июля 2010 года).

Результаты выполненной санитарно-эпидемиологической оценки безопасности реагента «ДЕЗАВИД концентрат» позволяют сделать следующие основные выводы:

• Компоненты реагента «Дезавид концентрат» являются хорошо изученными с токсикологической точки зрения соединениями;
• «Дезавид концентрат» по степени воздействия на организм относится к 4 классу мало опасных веществ при введении в желудок (ЛД₅₀ для крыс – более 5000 мг/кг) и при нанесении на неповрежденную кожу (ЛД₅₀ для мышей – более 2500 мг/кг) по ГОСТ 12.1.007-76; к 4 классу мало токсичных веществ при введении в брюшную полость (ЛД₅₀ для крыс – более 100 мг/кг) по классификации Сидорова К.К. (1973г); к 4 классу мало опасных веществ при ингаляционном воздействии.
• «Дезавид концентрат» не оказывает местно-раздражающего действия на кожу, кожно-резорбтивного, сенсибилизирующего и иммунотоксического действия; обладает слабым раздражающим действием на слизистую оболочку глаз. Рабочий 6,4%-ный раствор средства не оказывает раздражающего действия на слизистые оболочки.
• Токсикологические эксперименты показали, что комбинированное действие двух компонентов «ДЕЗАВИД концентрат» сопровождается потенцированием эффекта при длительном поступлении в организм. Максимальная недействующая доза (МНД) смеси в пересчете на ПГМГ-ГХ составляет 0,004 мг/кг.
• Максимальная недействующая концентрация по санитарно-токсикологическому признаку вредности составляет 0,1 мг/л. Поскольку влияние веществ на процессы самоочищения не имеют значения при оценке опасности для питьевой воды, была обоснована допустимая остаточная концентрация в воде, подаваемой населению, на уровне 0,1 мг/л по ПГМГ-ГХ.
• В лабораторных условиях установлено, что «Дезавид концентрат» обладает бактерицидным и вирулицидным действием в отношении санитарно-показательных, условно-патогенных и патогенных микроорганизмов (ОМЧ, ОКБ, ТКБ, E.coli, стафилококки, сальмонеллы, синегнойная палочка, сульфитредуцирующие клостридии, колифаги). Минимальная эффективная концентрация по результатам лабораторных исследований при времени контакта 30 минут составляет 0,16 мг/л по ПГМГ-ГХ (6 мг/л по 6,4%-ному рабочему раствору средства), при времени контакта 60 минут – 0,04 мг/л по ПГМГ-ГХ (1,5 мг/л 6,4%-ному рабочему раствору средства).

По результатам всего комплекса исследований проведено обоснование максимально недействующей дозы (МНД) и максимально недействующей концентрации (МНК) «ДЕЗАВИД концентрата» в соответствии с [1] и дано научное обоснование его предельно допустимой концентрации в воде водных объектов.

Поступление «ДЕЗАВИД концентрата» на протяжении 180 дней не приводило к существенным изменениям массы тела, суммационно-порогового показателя, количества гемоглобина  и эритроцитов ни в одной из экспериментальных групп.

Препарат не оказывал влияния на синтетическую функцию печени, судя по активности ХЭ в сыворотке крови животных, которая на протяжении всего опыта достоверно не отличалась от контроля.

Активность АСТ также не отличалась от активности фермента у животных контрольной группы на протяжении всего опыта.

Активность АЛТ у группы, животные которой получали дозу 0,2 мг/кг, на 30 сутки была достоверно выше, чем у контрольных животных. В тот же срок  было зафиксировано достоверное увеличение активности АЛТ у животных получавших дозу 0,02 мг/кг. Эти данные могут свидетельствовать о наличии у препарата гепатотоксического действия, которое заключается в  поражении клеток печени. Нормализация значений активности АЛТ у этих животных в последующие сроки свидетельствует об адаптации к действию вещества. Выявленное на 60 сутки достоверное возрастание активности АЛТ у животных 2 группы (P=0,043) не выходит за пределы верхней доверительной границы контроля (M±1,5σ), поэтому оценено как диагностически не значимое.

На протяжении всего эксперимента уровень мочевины в сыворотке крови у всех групп достоверно не отличался от контроля.

В конце эксперимента проводилось вскрытие подопытных животных. При определении относительной массы почек, селезенки, надпочечников и семенников ни в одной из экспериментальных групп не наблюдались значимые отклонения от контроля. Относительная масса печени у животных 1 и 2 группы была достоверно больше, чем у контрольной. Это может быть связано с развитием компенсаторной гипертрофии печени в ответ на поступление препарата.

Показатели подвижности и осмотической резистентности сперматозоидов на 90 и 180 сутки достоверно не отличались от контроля.

Выполненные исследования явились предпосылкой к тому, что в настоящее время «ДЕЗАВИД концентрат» производится в промышленном масштабе и используется, как обеззараживающее средство во многих областях хозяйственной деятельности.

Ниже более подробно рассматриваются  аспекты, касающиеся применения нового реагента в системах централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Проведенные первоначально в лабораторных условиях на водоочистной станции МУП «Водоканал» г. Череповца испытания «ДЕЗАВИД концентрата» покали, что «ДЕЗАВИД концентрат» по существу является реагентом двойного действия, так как обладает свойствами не только эффективного обеззараживающего вещества (его пролонгирующее действие сохраняется в течение не менее 10 суток), но одновременно и катионного флокулянта.

Дальнейшее изучение данного реагента проводилось там же в опытно-производственных условиях на одной из очередей блока ВОС 3

В соответствии с принятой на данном блоке технологической схемой очистки (см. рис.) исходная вода (р. Шексна) предварительно аммонируется, а затем направляется в смеситель 2, где в нее последовательно вводятся коагулянт и флокулянт. Из смесителя 2 вода поступает в осветлители-рециркуляторы 3, а затем на скорые фильтры 4 и далее – в резервуары чистой воды 5.

Обеззараживание воды в процессе ее очистки осуществляется в две стадии: на первой – ультрафиолетом, на второй – хлором, подаваемым либо перед фильтрами 4, либо перед резервуаром чистой воды 5. Промывные воды скорых фильтров 4 поступают в резервуар-усреднитель 7, а затем утилизируются путем перекачки в «головной узел», то есть перед смесителем 2.

Образующийся в осветлителях-рециркуляторах 3 осадок уплотняется и далее выводится на обезвоживание.

В период испытаний исходная вода (р. Шексна) характеризовалась следующими основными показателями: - цветность 39-63 град; - мутность 0,91-15,65 мг/л; - окисляемость 8,74-13,30 мг O₂/л; - pH 7,50-7,90; - щелочность 1,35-1,85 мг-экв./л.

При этом микробиологические показатели воды составляли: - ОКБ – 20,5-560,0 КОЕ/100мл; - ТКБ – 10,5-520,0 КОЕ/100 мл.

Критериями эффективности использования «ДЕЗАВИД концентрата» являлись:

• снижение расхода ранее использовавшихся на блоке аммиака и хлора;
• отказ от традиционно применяемого флокулянта;
• получение воды, соответствующей по показателям качества СанПин 2.1.4.1074‑01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения»;
• величина остаточного количества «ДЕЗАВИД концентрата» в очищенной воде не должна превышать 0,1 мг/л (по ПГМГ-ГХ).

Результаты выполненных испытаний показали, что за исключением летнего периода указанные выше критерии достигались при одноразовом введении «ДЕЗАВИД концентрата» в воду (в смеситель). Более того, в эти периоды года для получения необходимого эффекта и вообще не требовалось введения хлора в воду.

В летний период для гарантированной надежности обеззараживания хлор вводился в дозе, не превышающей 0,8 мг/л  только перед скорыми фильтрами.

Во всех случаях было установлено, что, если при реализации на блоке традиционной технологии величины окисляемости и остаточного алюминия в очищенной воде находились на уровне верхних значений ПДК, то после внедрения новой технологии наблюдается их существенное снижение: окисляемость 2,50-4,50 мг O₂/л, остаточный алюминий 0,08-0,11 мг/л.

С учетом результатов исследований, выполненных Научно-исследовательским институтом экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина, а также по результатам опытно-промышленных испытаний, проведенных на ВОС 3 МУП «Водоканал» г.Череповца было получено Свидетельство о государственной регистрации (№ RU.77.99.01.002. E.000030.07.10 от 27.07.2010г.) «ДЕЗАВИД концентрата» в качестве средства для обеззараживания питьевой воды в системах централизованного водоснабжения.

К настоящему времени технология очистки поверхностных вод с использованием «ДЕЗАВИД концентрата» успешно применяется более чем на десяти водоочистных станциях, в том числе в гг. Череповец (производительность 1000 тыс. м3/сут), Чудово (7 тыс. м3/сут), Малая Вишера (7 тыс. м3/сут). Кроме того,  заканчиваются испытания, направленные на изучение возможности применения «ДЕЗАВИД концентрата» в г.г. Самара, Великий Новгород, Кострома, и т.д.

Рис. Схема очистки воды на ВОС-3 г. Череповца

Список литературы

1. Оценка эффективности обеззараживания природной, питьевой и сточной воды дезинфицирующим средством «Дезавид». Отчет №762-НИР. – М.: ГУП «МосводоканалНИИпроект», 2001. – 28 с.
2. Жолдакова З.И., Одинцов Е.Е., Харчевникова Н.В. и соавт. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ: гуанидин гидрохлорид (ГГХ).// Токсикологический вестник. – 2004. - №6. – С.34-35.
3. Жолдакова З.И., Одинцов Е.Е., Харчевникова Н.В. и соавт. Новые сведения о токсичности и опасности химических и биологических веществ: полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (ПГМГ-гидрохлорид).// Токсикологический вестник. – 2004. - №6. – С.35-36.

Сведения об авторах

Иванов С.И., д.м.н., профессор, декан факультета профилактической медицины и организации здравоохранения ГБОУ ДПО РМАПО Минздравсоцразвития России.

Новиков М.Г., д.т.н., заслуженный работник ЖКХ РФ, заместитель директора по научной работе ФГУП СПб НИИ КХ.