Главное достоинство разработанного в НИИ физико-химических проблем Белгосуниверситета метода очистки воды с помощью высокоактивных углеродных сорбентов — стопроцентное улавливание хлора и его токсичных соединений. На этот эпизод в материале «Кому нужен уголь от hi-tech?» («Р» от 18 января с.г.) обратили внимание читатели и попросили подробнее рассказать о проблемах, связанных с использованием хлора при водоподготовке. Что мы и делаем. С автором разработки заведующим лабораторией института доктором химических наук Дмитрием Гриншпаном беседует обозреватель «Р».
— Дмитрий Давидович, к помощи хлора у нас прибегают из экономии или его используют и более состоятельные страны?
— С начала минувшего века во всем мире хлорирование является основным способом обеззараживания питьевой воды. На 90 процентах водопроводных станций в мире воду обрабатывают хлором, расходуя при этом до двух миллионов тонн реагента ежегодно. Расход его на Минской очистной водопроводной станции УП «Минскводоканал» составляет примерно две тонны в год.
— Тем не менее токсичность как самого хлора, так и его соединений сомнений не вызывает. Насколько велика их опасность?
— К настоящему времени уже выделено более 300 химических соединений, которые появляются в воде в результате хлорирования, например, такие токсичные, как хлороформ, тетрахлорметан, бромдихлорметан, дибромхлорметан, и более вредные хлорорганические соединения, которые вызывают, например, нарушения эмбрионального развития. К таким, в частности, относятся стойкие органические загрязнители, среди которых самыми токсичными являются полихлорированные бифенилы (ПХБ), полихлорированные дибензодиоксины (ПХДБ) и полихлорированные дибензофураны (ПХДФ). Загрязненная хлорорганическими веществами вода провоцирует большое количество болезней человека, среди которых пневмония, гастрит, болезни печени, мочевого пузыря, прямой кишки, онкологические заболевания. Употребление загрязненной хлорорганикой водопроводной воды опасно не только при питье: эти вещества способны проникать сквозь неповрежденную кожу при приеме ванны или душа.
К другим недостаткам хлора надо отнести и тот факт, что он в основном воздействует на вегетативные формы бактерий, не причиняя вреда спорам. Не очень активен хлор и по отношению к вирусам, не действует на цисты простейших.
— Какими могут быть альтернативы существующей технологии?
— Нами совместно с сотрудниками Республиканского научно-практического центра гигиены был поставлен эксперимент, в котором исходная вода была одновременно загрязнена активным хлором, хлороформом, дихлорбромметаном, семью видами ПХБ и гептахлордибензодиоксином. Все эти компоненты вносились в пять проб водопроводной воды, которые подвергались различным вариантам очистки. Вариант 1: хлорирование, фильтрование через углеволокнистый фильтр. Вариант 2: хлорирование, коагуляция, отстаивание, фильтрование через песчаный фильтр. Вариант 3: хлорирование, коагуляция, отстаивание, фильтрование через угольный фильтр (Великобритания). Вариант 4: хлорирование, обработка порошковым углем (Россия), коагуляция, отстаивание, фильтрование через песчаный фильтр. Вариант 5: хлорирование, обработка гранулированным углем (НИИ ФХП БГУ), коагуляция, отстаивание, фильтрование через песчаный фильтр.
Анализ полученных результатов показывает, что, увы, наиболее неэффективным по степени удаления хлорсодержащих загрязнителей является способ, моделирующий технологический процесс, осуществляемый на Минской очистной водопроводной станции (вариант 2). В этом случае не происходит удаления активного хлора и хлороформа. Правда, несколько снижается содержание дихлорбромметана и существенно (в 10 и более раз) — ПХБ. Ни в одной из 5 проб очищенной воды не обнаружен диоксин, что говорит о том, что нерастворимый в воде ПХДД легко сорбируется любым фильтром.
Как стало ясно, песчаный фильтр снижает также, но не до нуля, содержание полихлорированных бифенилов. По отношению же к летучим хлорорганическим загрязнителям он является неэффективным сорбентом. Значительно лучше происходит очистка воды угольными фильтрами. Наилучшие результаты показал Н°ТЕХМА-фильтр, изготовленный из углеволокнистого активированного нетканого материала. Несколько хуже работает обычный активированный уголь, произведенный в Великобритании. Положительный результат по сравнению с вариантом 2 можно получить и при использовании песчаного фильтра, но при обязательном введении стадии обработки углем (варианты 4 и 5). К сожалению, в этих случаях, как и в варианте 2, очень плохо удаляется летучая хлорорганика.
— С этими данными ознакомлены соответствующие специалисты?
— Полученные результаты легли в основу наших рекомендаций по проведению мероприятий, необходимых для получения питьевой воды, не содержащей вредных для организма веществ. Мы считаем, что для того, чтобы защитить население от прямого и косвенного воздействия стойких хлорорганических загрязнителей, надо осуществить их мониторинг в питьевой воде и в воде источников, используемых для питьевого водоснабжения. Внедрение методики мониторинга позволит получить отсутствующую сегодня информацию о содержании в воде стойких органических загрязнителей и затем принять меры для предотвращения их попадания в источники.
Необходимо уже сегодня предпринять меры как по разработке альтернативных технологий обеззараживания воды, полностью исключающих использование хлора и его соединений, так и по совершенствованию существующих технологий водоочистки. В частности, для Минска уже сегодня реально существуют два варианта получения питьевой воды без использования хлора. Первый — полностью перейти на подземные водоисточники и использовать Минскую ОВС в качестве станции обезжелезивания воды. Второй — использовать уже существующую сегодня на водопроводной станции технологию обеззараживания воды с помощью озона и новые экологически безопасные биоцидные полимеры, обладающие, как и хлор, продолжительным последействием.
— Эти полимеры в республике выпускаются?
— К сожалению, в настоящее время биоцидные препараты не производятся на территории Беларуси. Более того, по сравнению с хлором стоят они дороже. Но, несмотря на цену, они уже широко используются на территории России, Украины и Беларуси для обеззараживания воды в плавательных бассейнах, в технологиях водоподготовки на ТЭЦ. Вполне возможно, что при организации промышленного выпуска этих препаратов их цена существенно снизится и новая технология окажется конкурентоспособной. Мы считаем, что в Минске, где есть действующая станция озонирования, можно в ближайшие пять лет реализовать новую технологию обеззараживания поверхностных вод без применения хлора.
— Это в перспективе. А что можно сделать уже сегодня?
— Чтобы уже сегодня уменьшить содержание в питьевой воде Минска хлорорганических продуктов, принципиально не меняя существующей технологии, надо отказаться от озонирования воды. Это предложение следует из того факта, что на очистной водопроводной станции Минска озонирование всегда осуществляется вместе с интенсивным, а в особые периоды года и с гиперинтенсивным хлорированием. Но, как было установлено, при большом количестве вводимого в воду активного хлора озонирование становится практически ненужным. Такого количества хлора предостаточно не только для полного обеззараживания воды, но и для ее частичного дезодорирования и освобождения от загрязнителей.
Напротив, хлорирование предварительно озонированной воды сопровождается образованием еще большего количества высокотоксичных хлорорганических соединений, а само озонирование воды дополнительно приводит к появлению продуктов окисления, еще более токсичных, чем изначальные загрязнители природных вод. Например, образуется формальдегид, для удаления которого необходима угольная фильтрационная загрузка, которая сегодня не используется на Минской ОВС. Озонирование целесообразно применять только тогда, когда воду можно вообще не хлорировать (как в будущей альтернативной технологии) либо хлорировать минимально, что сегодня нельзя реализовать на столичном водозаборе.
Частично улучшить качество питьевой воды, получаемой из Вилейско-Минской системы, можно путем использования давно реализованных в передовых странах известных технологий. Например, с помощью микрофильтрации перед первичным хлорированием, что позволит уменьшить количество взвешенных частиц, поступающих на станцию. Тем самым удастся уменьшить дозировку хлора на стадии первичного хлорирования и сократить количество образующейся при этом хлорорганики. Возможна также обработка порошковым активированным углем в период появления в воде повышенного содержания фитопланктона, что позволит существенно уменьшить количество образующихся в такой воде при хлорировании вредных органических и хлорорганических продуктов, ликвидировать посторонний запах и вкус. Хороший эффект дает фильтрация на активированном угле. Впрочем, реальная практика и наши экспериментальные данные говорят, что даже эти дорогостоящие мероприятия не всегда могут принести стопроцентный результат.
— Так что же следует предпринять в качестве «пожарной» меры?
— Наиболее реальное предложение, которое уже в этом году можно и нужно осуществить на Минской ОВС, — это внедрить стадию флокуляции и повысить эффективность работы песчаных фильтров путем правильного подбора фильтровальных материалов. Тем самым существенно снизить количество имеющихся сегодня в питьевой воде загрязнителей и хлорорганических соединений.
Необходимо также разработать нормативный документ, в соответствии с которым вода, содержащая активный и связанный хлор, не может считаться питьевой, а должна использоваться только для хозяйственно-бытовых нужд. Население должно также знать все негативные последствия, которые могут наступить при употреблении хлорированной воды, и использовать ее для питья только после очистки от следов реагента. Высокоэффективные, легко и многократно регенерируемые углеволокнистые фильтры, которые позволяют из хлорированной воды делать питьевую, в Беларуси уже производятся. Цена такой воды, как показывает практика, составляет всего 5 рублей за литр, что, думается, доступно каждому.
