ЭКОЛОГО-ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Химия растительного сырья. 1998. № 3. С. 75–81.
ЭКОЛОГО-ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ РОССИИ:
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
 А. А. Ефремов
Красноярский государственный торгово-экономический институт, Красноярск
(Россия)
E-mail: priem@kgtei.krasnoyarsk.su
Анализируются возможные пути попадания загрязняющих веществ в открытые водоемы РФ. Приводятся данные
по содержанию приоритетных органических токсикантов в питьевой воде г. Красноярска.
“Пользу воды мы понимаем, когда колодец
пересыхает”
Б. Франклин
В настоящее время человечество столкнулось с
шении, и каждая пятая проба не отвечала требова-
проблемой получения воды, безопасной для здо-
ниям по химическим показателям. В 1991 г. из
ровья. Проблема состоит не в общем количестве
числа неудовлетворительных в гигиеническом
водных ресурсов – воды в мире сейчас столько же,
отношении проб питьевой воды 10.4 % содержали
сколько было миллион лет назад, а в том, что 97 %
химические вещества в количествах, опасных для
мировых запасов – это солёная вода, а из остав-
здоровья, а 72.8 % были нестандартны по органо-
шихся 3 % пресной воды две трети находится в
лептическим показателям качества. В целом около
виде льда и одна треть интенсивно растворяет за-
50 % населения России было вынуждено исполь-
грязнения, которые являются продуктом жизне-
зовать для питья воду, не соответствующую в той
деятельности современной цивилизации.
или иной степени гигиеническим требованиям по
К началу 90-х гг. на территории России насчи-
ряду показателей [1]. При общем неблагоприят-
тывалось около 60 тыс. централизованных водо-
ном состоянии качества питьевой воды в РФ на-
проводов, 13 % из которых не отвечало необходи-
блюдаются резкие различия по отдельным регио-
мым санитарным требованиям из-за отсутствия
нам, что определяется, как правило, следующими
зон санитарной охраны, требуемого комплекса
основными факторами:
очистных сооружений, обеззараживающих уста-
качеством воды используемых водоисточников
новок.
применяемыми технологиями и режимами во-
Согласно данным статистической отчётности,
каждая восьмая из исследованных проб питьевой
воды не отвечала гигиеническим требованиям по
бактериологическим показателям, из них 45 %
представляли опасность в эпидемическом отно-
дообработки
санитарно-техническим состоянием водоразводящих сетей
уровнем лабораторного контроля за их качеством.
А. А. ЕФРЕМОВ
76
При этом на первый приоритетный по значимости фактор наиболее существенное влияние
оказывают
природно-климатические
крайней мере, тремя путями:
♦ сброс сточных и ливневых вод с территории
условия
городов.
формирования водоисточников, уровень и харак-
В 1994 г. в поверхностные водные объекты
тер антропотехногенного его загрязнения, способ-
России сброшено 60.2 км3 сточных вод, загряз-
ность к самоочищению от этих загрязнений.
нённые сточные воды составили при этом 41 %
Потребление воды в России в виде забора её из
или 24.6 км3. По количеству сбрасываемых за-
различных водоисточников стабилизировалось к
грязнённых сточных вод "лидерами" являются
3
началу 90-х гг. и составило 117 км в год (пример-
Москва – 2367 км3, С.-Петербург – 1519 км3, Ан-
но 2.7 % от среднего многолетнего стока всех рек
гарск – 529 км3, Красноярск – 416 км3, Самара –
России). В 90-х гг. потребление воды несколько
408 км3 и Н. Новгород – 355 км3 [3].
сократилось в связи с общим падением производ-
Со сточными водами в водные объекты посту-
ства в стране, сокращением орошаемых площадей
пают сотни тысяч тонн загрязняющих веществ,
3
и поливных норм до уровня 105.1 км в 1993 г. и
3
до 96.2 км в 1994 г.
основными из которых являются: нефтепродукты,
взвешенные вещества, соединения фосфора, азота,
3
Из 96.2 км использованных в 1994 г воды для
3
фенол, СПАВ, соединения меди, железа, цинка и
нужд народного хозяйства использовано 77.1 км ,
многие другие. Количества некоторых сбрасывае-
в том числе из поверхностных водных источников
мых загрязняющих веществ в открытые водоёмы
3
3
3
– 60.5 км , из подземных – 11.4 км , 5.2 км мор-
России приведены в табл. 1;
ской воды [2].
♦
Таким образом, основная масса используемой
зяйственных территорий.
в народном хозяйстве воды (78 %) забирается из
открытых водоисточников – из рек России.
смыв удобрений и ядохимикатов с сельскохоТочная величина этого смыва не поддаётся из-
мерению, однако существующие оценки показы-
За последние полстолетия произошла заметная
вают, что с поверхности сельскохозяйственных
деградация природных вод России, обусловленная
полей смывается до 50 % применяемых удобрений
большим водозабором на отдельных реках и соз-
и ядохимикатов;
данием гигантских водохранилищ Братское (объём 179 км3), Красноярское (73 км3), Усть3
3
Илимское (60 км ), Куйбышевское (58 км ), Вол3
♦
сухие и мокрые выпадения из атмосферы на
поверхность водосборных бассейнов.
Вместе с аэрозолями и пылью, оседающими из
гоградское (32 км ) и других. Водохранилища ста-
атмосферы, в водоемы попадают тяжёлые метал-
новятся своеобразными аккумуляторами загряз-
лы и органические соединения. Считается, что
няющих веществ, поступающих в реку выше пло-
поступления тяжёлых металлов в водоёмы из ат-
тины, а затопленные почвы и растительность и
мосферы сравнялось, а в некоторых случаях и
леса создают дополнительные загрязнения за счёт
превосходит их поступление со сточными водами.
их разложения (природно-фоновое содержание
Таким образом, к природно-фоновому содержа-
загрязняющих веществ).
нию загрязняющих веществ в поверхностных вод-
Следующей и самой главной причиной дегра-
ных объектах добавляются сотни тысяч тонн за-
дации природных вод являюется их загрязнение в
грязняющих веществ – продуктов хозяйственной
результате хозяйственной деятельности человека.
деятельности человека.
Загрязнения поступают в природные воды, по
ЭКОЛОГО-ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ …
77
Таблица 1
Сброс загрязняющих веществ в открытые водоёмы России в 1992–1994 гг. (тыс. т)
Загрязняющие вещества
1992
1993
1994
39.4
19.9
14.4
1089.9
886.6
895.6
Фосфор общий
59.8
55.6
44.9
Азот аммонийный
187.0
160.9
129.3
Фенол
0.22
0.13
0.10
СПАВ
8.9
6.5
4.9
Соединения меди
0.9
0.8
0.3
Соединения железа
51.2
48.7
40.9
Соединения цинка
1.6
1.2
1.1
Нефтепродукты
Взвешенные вещества
Углубленный анализ питьевой воды, прове-
розии, соли, фенолы, нефтепродукты, пестициды и
дённый в ряде городов страны в соответствии с
другие. Анализ состояния здоровья населения по-
рекомендациями ВОЗ, регламентирующими осу-
зволил установить, что в ряде областей наблюда-
ществление контроля по 100 приоритетным ток-
ется заметное возрастание числа заболеваний, свя-
сикантам, показал, что основными загрязнителями
занных с неблагоприятным качеством питьевой
питьевой воды являются металлы, продукты кор-
воды [1] (табл. 2).
Таблица 2
Выявленные заболевания, связанные с неблагоприятным качеством питьевой воды
Виды загрязнений
Бактерии и вирусы
Хлорорганические углеводороды
Хлориды и сульфаты
Азот- и хлорсодержащие
соединения
Нитриты
Бор, бром
Последствия для населения
Районы, где выявлены заболевания
Острые кишечные инфекции,
Северный, Северо-Западный, Восточ-
вирусный гепатит
носибирский, Дальневосточный
Отравления
Желудочно-кишечные и сердечно-сосудистые заболевания
обл.), Тюмень
Поволжье
Хронические нефриты и гепатиты, токсикозы, врожденные
Кемерово, Юрга
аномалии
Подавление кроветворной деятельности
Заболевания органов пищеварения у детей
Угнетающее действие на цен-
Алюминий
Уфа, Оренбург, Чапаевск (Самарская
тральную нервную и иммунную
системы детей
Липецк
Шадринск (Курганская обл.)
Пос. Малая Вишера (Новгородская
обл.)
А. А. ЕФРЕМОВ
78
Вместе с тем существующие способы водопод-
пентахлорфенолу. Методы определения указан-
готовки питьевой воды на водозаборных станциях
ных токсикантов, положенные в основу междуна-
России, как правило, малоэффективны с точки
родных стандартов ИСО 10301 и ИСО 8165, име-
зрения очистки её от вредных химикатов, а ис-
ют ряд существенных недостатков, основными из
пользование процесса хлорирования для её обез-
которых являются: низкая точность и воспроизво-
зараживания приводит к образованию целого на-
димость, высокое значение нижних пределов их
бора летучих хлорпроизводных, среди которых
обнаружения [3]. В данной работе использованы
необходимо отметить хлороформ, четырёххлори-
собственные унифицированные методики опреде-
стый углерод, хлорфенолы и другие. Значения
ления фенольных и хлорсодержащих токсикантов,
ПДК для некоторых приоритетных токсикантов в
которые исключают недостатки ИСО 10301 и
питьевой воде для России, США и рекомендован-
ИСО 8165. Концентрирование хлороформа, ССl4 и
ные ВОЗ, приведены в табл. 3. Как видно из этих
трихлорэтилена осуществлялось током азота из
данных, для ряда приоритетных токсикантов зна-
пробы воды 1.0 л в 25 мл пиридина с газо-
чения ПДК не превышают нескольких мкг/л или
хроматографическим разделением образующихся
-6
-7
10 –10 %. Обнаружение таких количеств орга-
аддуктов с пиридином и детектированием элек-
нических веществ в воде и их количественное оп-
троннозахватным детектором [6]. Концентрирова-
ределение с хорошей точностью и воспроизводи-
ние фенольных соединений проводили с исполь-
мостью является достаточно непростой задачей,
зованием концентрационных патронов с активи-
что и объясняет отсутствие в ряде регионов на-
рованным углем марки БАУ, их десорбцией 20 мл
дёжных данных по природно-фоновому содержа-
диэтилового эфира, бромирование фенольных со-
нию органических токсикантов в питьевой воде.
единений бромид-броматной смесью с последую-
С 1993 по 1996 г. включительно проведён эко-
щим газо-хроматографическим разделением и де-
лого-химический мониторинг питьевой воды шес-
тектированием электроннозахватным детектором
ти водозаборов г. Красноярска в весенний, летний,
[7]. Нижний предел обнаружения указанных со-
осенний и зимний периоды по следующим при-
единений данными методами составил 0.01 ПДК,
оритетным органическим токсикантам: фенолу,
а степень извлечения и относительные погрешно-
крезолу, хлороформу, CСl4, трихлорэтилену, мо-
сти определений приведены в табл. 4.
нохлорфенолу, дихлорфенолу, трихлорфенолу и
Таблица 3
Нормативы России [4], США и рекомендации ВОЗ [5] на содержание некоторых приоритетных
органических токсикантов в питьевой воде
Вещество
ПДК, мкг/л
Максимальный уровень, мкг/л
Россия
США
ВОЗ
бензол
500
5
10
гексахлорбензол
50
–
0.01
хлороформ
60
100
30
СCl4
6
5
3
трихлорэтилен
60
5
30
фенол
1
–
–
трихлорфенол
4
–
10
пентахлорфенол
10
220
10
ЭКОЛОГО-ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ …
79
Таблица 4
Степень извлечения и относительные погрешности газо-хроматографического определения
органических токсикантов в воде
Исходная концентрация, мкг/л
Найдено, мкг/л из 5
определений
Степень извлечения, %
Относительная погрешность, %
хлороформ 6.00
5.37
89.5
1.97
CCl4
5.42
90.3
4.12
трихлорэтилен 7.00
6.48
92.6
4.46
фенол
0.97
97.0
8.19
хлороформ 180.0
170.1
94.5
1.86
ССl4
169.1
93.9
2.28
трихлорэтилен 210.0
205.1
97.7
0.96
фенол 30.9
28.0
90.6
4.07
6.00
1.00
180.0
Полученные результаты показывают, что пить-
начала нашего века.
евая вода водозаборов г. Красноярска содержит
Вместе с тем исследования, проведённые со-
наряду с фенолом крезол и гидрохинон, причём
временными физико-химическими методами в
содержание фенола зачастую превышает значение
США, Великобритании, Германии, Швеции [8 – 9]
ПДК (табл. 5). Среди хлорпроизводных в питьевой
подтверждают образование токсичных хлорпроиз-
воде содержатся хлороформ и трихлорфенол, при-
водных при обработке хлором природных и сточ-
чём содержание хлороформа достигает несколь-
ных вод, содержащих органические вещества при-
ких ПДК. Образование монохлорфенола, дихлор-
родного (гуминовые и фульвокислоты) и про-
фенола, пентахлорфенола и CСl4 при хлорирова-
мышленного происхождения (ароматические и
нии питьевой воды не наблюдалось.
алифатические углеводороды, дифенилы, нафта-
Выявлены сезонные колебания в содержании
лин, пестициды и другие). Особо опасными веще-
органических токсикантов в питьевой воде. Наи-
ствами, образующимися при обработке воды ак-
большее содержание указанных токсикантов ха-
тивным хлором, являются:
рактерно для весеннего периода, когда токсиканты, накопленные за зиму, вместе с талыми водами
попадают в открытые водоисточники. В этот период содержание фенола и хлороформа достигает
хлороформ, обладающий канцерогенной активностью,
дихлорбромметан,
хлоридбромметан,
триб-
ромметан, обладающие мутагенными свойствами,
5–7 ПДК. В остальное время года содержание фе-
2.4.6-трихлорфенол, 2-хлорфенол, дихлораце-
нола достигает 2–3 ПДК, хлороформа – до 1.4
тонитрил, хлорпиридин, полихлорированные би-
ПДК.
фенилы – иммунотоксичны и канцерогенны.
Несколько слов необходимо сказать об обезза-
Содержание этих токсичных и канцерогенных
раживании питьевой воды с использованием жид-
соединений в воде увеличивается при повышении
кого хлора. Основной отличительной особенно-
дозы хлора, рН и температуры воды, увеличении
стью хлора является его способность консервиро-
цветности, окисляемости и продолжительности
вать обработанную воду в течение довольно про-
контакта хлора с обрабатываемой водой.
должительных промежутков времени, а относительная доступность и дешевизна обусловили широкое использование метода хлорирования уже с
Таблица 5
Содержание некоторых приоритетных органических токсикантов в питьевой воде г. Красноярска в сентябре 1995 г.
Шифр пробы
х
Фенол, мкг/л
Крезол, мкг/л
Гидрохинон, мкг/л
Трихлорфенол, мкг/л
Хлороформ, мкг/л
х
50.3
проба 1
2.36
1.00
12.0
–
проба 2
2.20
1.20
10.6
–
46.2
проба 3
4.00
0.80
–
–
56.0
проба 4
3.60
1.00
–
–
60.0
проба 5
2.60
2.13
12.3
0.30
62.4
проба 6
2.80
3.00
15.4
0.60
56.0
проба 7
4.16
2.17
10.0
–
44.6
проба 8
4.10
2.00
8.1
–
54.3
проба 9
5.16
0.60
10.3
–
39.5
проба 10
4.82
0.50
10.0
–
43.3
проба 11
3.17
2.12
8.9
–
44.6
проба 12
3.00
2.00
12.1
–
48.6
– не обнаружено (концентрация менее 0.01 мкг/д).
Значения ПДК: фенол – 1.0 мкг/л, крезол – 4.0 мкг/л, гидрохинон – 200.0 мкг/л, трихлорфенол – 4.0 мкг/л, хлороформ – 60 мкг/л.
ЭКОЛОГО-ХИМИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ …
В связи с этим для исключения вероятности
образования
вышеуказанных
хлорпроизводных
необходимо либо тщательно очищать питьевую
81
вания более экологически безвредным и процессами УФ-облучение с озонированием или обязательное озонирование перед обработкой хлором.
воду от органических примесей до процесса хлорирования, либо отказываться от процесса хлорирования с использованием процессов озонирования и УФ-облучения.
Экспериментальные данные, полученные при
написании данной работы, показывают, что очистку питьевой воды от фенола, крезола, гидрохинона, хлорфенолов, хлороформа, четырёххлористого углерода и трихлорэтилена можно с успехом
Литература
1. Рахманин Ю.А.,
Монисов А.А.,
Ческис А.Б.,
Скворцов Л.С., Маслюков А.П. // Стандарты и качество.
1995. № 11. С. 6.
2. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. 1995. № 9. С. 65.
3. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. М., 1995.
осуществлять с использованием активированного
4. САНПиН № 4630-88. М., 1988.
угля различных марок в проточных условиях. По-
5. Saure J.M. J. AWWA. 1988. № 1. P. 53.
казано, что степень очистки воды по указанным
6. Ефремов А.А., Рубайло А.И. Аналитика Сибири
веществам может достигать 90–98 % при их со-
и Дальнего Востока: Мат. V конференции. Новоси-
держании 1–20 ПДК.
бирск, 1996. С. 74.
Улучшение качества питьевой воды промышленных городов России и г. Красноярска, в частности, должно быть связано с резких сокращением
сбрасываемых загрязненных сточных вод, с более
7. Ефремов А.А.. ЖАХ. 1997. № 6. С. 1-4.
8. Babcock David B., Singer Philip C. J. AWWA.
1979. № 3. P. 149–152.
9. Jan J., Tratnik M. Bull. Environ. Coutam. and
Toxicol. 1988. № 6. P. 809–814.
углубленной водоподготовкой с возможно полным извлечением органических токсикантов активированным углем и заменой процесса хлорироПоступило в редакцию 28.07.98