Проблема вторичного загрязнения воды культурно-бытового назначения при её ультразвуковом обеззараживании

Я. Ю. Кубрик, Л. Ш. Тазиева, Ф. Ю. Ахмадуллина,

Р. К. Закиров

ПРОБЛЕМА ВТОРИЧНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДЫ КУЛЬТУРНО-БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ПРИ ЕЁ УЛЬТРАЗВУКОВОМ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИИ

Ключевые слова: вторичное загрязнение, ультразвук, формальдегид.

Приведены результаты по вторичному загрязнению воды бассейнов при ультразвуковой обработке. Показано значительное повышение концентрации формальдегида, намного превышающей ПДК для воды культурнобытового назначения.

Keywords: secondary pollution, ultrasound, formaldehyde.

The results on secondary pollution of water in swimming pools after its ultrasonic treatment are adduced. The significant increase in formaldehyde concentration, much higher than the MAC for tap water is displayed.

В настоящее время в связи с общим загрязнением источников водоснабжения остро встаёт вопрос о качестве воды питьевого и культурно- бытового назначения, так как это оказывает негативное влияние на состояние здоровья человека. Что касается вод культурнобытового назначения, в частности используемых в плавательных бассейнах, строительство которых получило широкое распространение на

сегодняшний день, этот вопрос стоит еще более

остро, так как при их эксплуатации происходит накопление антропотоксинов, выделяемых организмом человека, что требует жесткого

контроля за обеспечением санитарно-гигиенической надёжности используемой воды. Для этой цели в практике применяются, в основном, хлорагенты: жидкий хлор, электролитический гипохлорит натрия, получаемый на месте потребления путём электролиза растворов поваренной соли или

природных электролитов, и растворы химического гипохлорита натрия.

Однако применение метода хлорирования в бассейнах в условиях массового нахождения людей представляет значительную опасность в связи как с его раздражающим действием на слизистую оболочку глаз и верхние дыхательные пути, так и с образованием в процессе обработки воды хлорорганических соединений (тригалогенметаны, хлорированные кетоны, хлорацетонитрилы, хлорированные уксусные кислоты, хлорированные альдегиды, хлорпикрин, хлорфенолы и др. [1-2]), токсичность которых превышает токсичность исходных веществ.

К негативным моментам хлорирования относится и тот факт, что хлорпрепараты могут вызвать увеличение в воде концентрации некоторых ионов. Так, применение гипохлорита натрия, получаемого электролизом поваренной соли, приводит к увеличению концентрации хлоридов в 30-40 раз; применение гипохлорита кальция приводит к увеличению жёсткости воды, что снижает обеззараживающий эффект хлора [3].

Что касается озона, его канцерогенные свойства [4], отсутствие постэффекта при обеззараживании [5], образование токсичных

продуктов, в том числе формальдегида, способствующего развитию онкологических заболеваний [6], сложность аппаратурного оформления и необходимость в специальной подготовке обслуживающего персонала [7], а также отсутствие методов и аппаратуры для оперативного контроля эффективности обеззараживания воды снижают перспективы использования озона для малых объектов культурно-бытового назначения, в том числе частных.

В связи с этим, востребованной задачей сегодняшнего дня является разработка альтернативного хлорированию и озонированию метода обеззараживания воды культурно-бытового назначения, который обеспечивал бы

эпидемическую безопасность в отношении грибковых, вирусных, бактериальных и

паразитарных заболеваний, передаваемых через воду, и предупреждал возможность вредного влияния примесей воды на организм человека, в том числе раздражающего действия на слизистые и кожу, и интоксикации при поступлении вредных веществ при дыхании через поврежденную кожу и при заглатывании воды.

Ретроспективный анализ трудов показал, что таким эффективным способом дезинфекции может стать ультразвуковая обработка воды [8-10].

Ранее проведённые экспериментальные исследования по ультразвуковому обеззараживанию воды подтвердили возможность и перспективность использования ультразвука для достижения её санитарно-гигиенической надёжности относительно кишечной палочки, учитывая, что содержание

колиформных бактерий — один из основных показателей качества воды [11,12].

Выбор метода обусловлен рядом его технологических преимуществ по сравнению с другими физическими методами. В частности, в отличие от ионизирующих излучений при

использовании ультразвука не требуется

биологическая защита. Процессы с применением ультразвука можно осуществлять в аппаратах без перемешивающих устройств, выполненных из

любых материалов, независимо от режима их проведения.

Однако на сегодняшний день практически отсутствуют данные по вторичному загрязнению воды при воздействии низкочастотного ультразвука.

Цель работы: исследование влияния

низкочастотного ультразвука на качество воды культурно-бытового назначения, оценка возможного вторичного загрязнения воды культурно-бытовых объектов после ультразвуковой обработки.

Не вызывает сомнения, что основная роль во вторичном загрязнении воды принадлежит активным формам кислорода, образующимся при протекании кавитационных процессов в водной среде при ультразвуковом воздействии [13-15]. Поэтому следует ожидать образование токсичных оксисоединений и, в первую очередь, высокотоксичного формальдегида, проявляющего мутагенное, аллергенное и местное раздражающее действие [16,17].

Механизм образования кислородосодержащих экотоксикантов связан с развитием свободнорадикальных процессов в водной с участием радикалов ОН', К и НО2 ' [18,19].

Данное предположение получило экспериментальное подтверждение (табл.). Определение формальдегида в работе осуществляли фотометрическим методом на

фотоэлектроколориметре (КФК-2-УХЛ 4.2,

Загорский оптико-механический завод (ЗОМЗ), Россия). Данный метод основан на образовании окрашенного в желто-лимонный цвет соединения формальдегида с ацетилацетоном в среде

уксуснокислого аммония с последующим измерением оптической плотности раствора при длине волны 414 нм [20,21].

Величина Д характеризует относительный рост (%) ключевого экотоксиканта при различных режимах озвучивания воды, моделирующей воду бассейна. Обработка воды низкочастотным ультразвуком приводит к значительному росту содержания формальдегида в воде после

обеззараживания (488 - 1150 %). Экстремальный характер влияния интенсивности ультразвукового

воздействия при постоянной продолжительности озвучивания связан с ростом степени деструкции формальдегида при различных режимах ультразвуковой обработки (рис.1). Повышение интенсивности ультразвукового воздействия (1<10Вт/см2) при условии постоянства времени экспозиции, как и следовало ожидать, приводит к увеличению концентрации формальдегида за счёт более развитых кавитационных процессов, обеспечивающих рост активных форм кислорода в водной среде. Ужесточение режима озвучивания (1=10Вт/см2) снижает концентрацию токсиканта, что обусловлено с большой долью вероятности действием двух взаимоисключающих эффектов: образованием формальдегида и его деструкцией, с превалированием последнего.

Увеличение продолжительности

ультразвуковой обработки независимо от интенсивности воздействия обеспечивает гораздо меньшее повышение концентрации формальдегида в воде, что, по-видимому, связано с деструкцией последнего при увеличении времени обработки, что свидетельствует о более значительном влиянии продолжительности озвучивания на деструкцию формальдегида.

Согласно полученным данным

оптимальный режим озвучивания: интенсивность 6 Вт/см2, время озвучивания 7 минут,

обеспечивающий санитарно-гигиеническую

надёжность и минимально возможное содержание формальдегида в обеззараженной воде.

Таким образом высокая концентрация формальдегида, значительно превышающая его ПДК для вод культурно-бытового назначения (0,05 мг/дм3 [22]), свидетельствует о возможном

вторичном загрязнении вод бассейнов при использовании низкочастотного ультразвука для её обеззараживания. Это требует чёткой организации контроля за химической безопасностью воды, используемой в бассейнах, и разработки комплекса мероприятий по её обеспечению.

Таблица 1 - Влияние ультразвуковой обработки на образование формальдегида

Отстоянная вода Модельная вода Режим УЗО

6 Вт/см2 2 8 Вт/см 2 10 Вт/см

5 мин 7 мин 5 мин 7 мин 3 мин 5 мин

не обнаружено Сф, мг/дм Сф, 3 мг/дм Д,% Сф, 3 мг/дм Д,% Сф, мг/дм3 Д,% Сф, мг/дм3 Д,% Сф, мг/дм3 Д,% Сф, мг/дм3 Д,%

0,04± 0,006 0,38± 0,057 950± 143 0,13± 0,019 325± 48,8 0,46± 0,069 1150± 173 0,29± 0,043 775± 116 0,55± 0,082 -Н 56 70 32 0,22± 0,033 550± 82,5

0,043± 0,006 0,36± 0,054 837± 126 0,13± 0,019 302± 45,3 0,43± 0,064 1000± 150 0,26± 0,039 604± 90,6 0,55± 0,082 1279± 192 0,21± 0,031 488± 73,2

0,027± 0,004 0,26± 0,039 963± 144 0,1± 0,015 370± 55,5 0,27± 0,040 1000± 150 0,18± 0,027 666± 99,9 0,31± 0,046 1148± 172 0,14± 0,021 518± 77,7

5 минут

Время озвучивания

Рис. 1 - Изменение относительного содержания формальдегида под влиянием интенсивности ультразвуковой обработки

Литература

1. В.Е. Кириченко, М.Г. Первова, К.И. Пашкевич, Журнал Российского химического общества имени Д. И. Менделеева, XLVI, 4, 18-21 (2002).

2. А.Ф. Троянская, Гигиена и санитария, 2, 12-14(1993).

3. С.В. Костюченко, Н.Н. Кудрявцев, Ю.В. Новиков, Н.Н. Моисеенко, А.В. Тулакин, Г.М. Трухина, Г.В. Цыплакова, А.В. Якименко, Водоснабжение и санитарная техника, 12, 21-22 (1996).

4. В.А. Куликов, А.Б. Вандышев, В.М. Макаров, Т.Б. Усова, С.Н. Никишин, И.В. Данилов, Водоснабжение и санитарная техника, 6, 7-9 (1998).

5. И. В. Кожанов, В. Л. Драгинский, Л. П. Алексеева, Водоснабжение и санитарная техника, 10, 2-6 (1997).

6. В.Л. Драгинский, Л.П. Алексеева, Водоснабжение и санитарная техника, 2, 9-13 (2002).

7. Методические рекомендации по применению озонирования и сорбционных методов в технологии очистки воды от загрязнений природного и антропогенного происхождения. М.:НИИ КВОВ, 1955. С.2-5.

8. О.В. Канатьев, Э.С. Каримова, Л.Ш. Тазиева, Ф.Ю. Ахмадуллина, Р.К. Закиров, XI международная конференция молодых учёных «Пищевые технологии и

биотехнологии» часть 2 (Казань, Россия, Апрель 13-16, 2010) Тезисы. Казань, 2010. С. 50.

9. Л.Ш. Тазиева, Р.К. Закиров, Ф.Ю. Ахмадуллина, Вестник Казанского технологического университета, 7, 73-78 (2010).

10. Р.К. Закиров. Дисс. канд. техн. наук, Казан. гос. технол. ун-т., Казань, 2001. 159 с.

11. СанПиН 2.1.2.1331-03 «Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды аквапарков». - М., 2003. - 17 с.

12. В.Т. Мазаев, Т.Г. Шлепнина, В.И. Мандрыгин, Контроль качества питьевой воды, Колос, Москва, 1999. 168 с.

13. С.Е. Бреслер,Ж. физ. хим, 10, 309-311 (1973).

14. Я.И. Френкель, Ж. физ. хим, 14, 3, 305-308 (1940).

15. Б.В. Акопян, Ю.А. Ершов, Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 2005. 224 с.

16. Н.А. Русанова, Водоснабжение и санитарная техника, 3,13-14 (1998).

17. А.П. Ильницкий, А.А. Королёв, В.В. Худолей, Канцерогенные вещества в водной среде, Наука, Москва, 1993. 222 с.

18. И.Е Эльпинер., А.В. Сокольская, Биофизика, 5, 2, 2127 (1960).

19. И.Е. Эльпинер, А.М. Зорина, Докл. АН СССР, 147, 5, 1472-1474 (1960).

20. ПНД Ф 14.1:2:4.84-96. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации формальдегида в пробах питьевых, природных и сточных вод фотометрическим методом. М., 1996. 15 с.

21. ПНД Ф 14.1:2.84-96. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений массовой концентрации формальдегида в природных и сточных водах фотометрическим методом. М., 1996. 10 с.

22. СанПин 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. - М., 2001. - 72 с.

© Я. Ю. Кубрик - магистрант КНИТУ, 573157@gmail.com; Л. Ш. Тазиева - магистрант КНИТУ; Ф. Ю. Ахмадуллина - ст. препод. каф. промышленной биотехнологии КНИТУ; Р. К. Закиров - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.