Анотація до роботи:

Зоріна О.В. Гігієнічне обґрунтування шляхів мінімізації утворення хлорорганічних сполук при застосуванні хлору у водопідготовці. – Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 14.02.01- гігієна (біологічні науки). – Інститут гігієни та медичної екології ім. О.М.Марзеєва АМН України, Київ, 2006.

Дисертаційна робота Зоріної О.В. присвячена вивченню особливостей і закономірностей утворення та видалення хлорорганічних сполук (ХОС) на водопровідних станціях та їх поведінці у водопровідних мережах, порівняльній гігієнічній оцінці різних хлоровмісних агентів щодо спроможності до утворення ХОС, визначенню умов та факторів, що впливають на процес їх утворення, обґрунтованню можливості використання для доочищення питної води від ХОС нових сорбентів. В роботі вперше проведено моніторинг хлорованої питної води в Україні щодо вмісту ХОС, а також розроблено шкали визначення канцерогенного ризику для здоров’я людей від споживання хлорованої питної води з різним вмістом хлороформу, трихлоретилену, чотирьоххлористого вуглецю та дибромхлорметану та науково обґрунтувано заходи щодо попередження або мінімізації забруднення питної води ХОС.

На основі проведених натурних та експериментальних досліджень отримано нові дані щодо особливостей та закономірностей утворення та видалення токсичних ХОС у процесах водопідготовки, визначено пріоритетні фактори та умови, що впливають на ці процеси, обгрунтовано та впроваджено моніторинг ХОС на ВС України, що дозволило визначити ступінь забруднення цими речовинами хлорованої питної води, можливий ризик онкозахворювань від споживання такої води та запропонувати заходи профілактики шкідливого впливу ХОС на здоров’я населення.

1. Поглиблені дослідження якості вод на Дніпровській та Деснянській ВС м.Києва свідчать, що застосування будь-яких хлорних реагентів для первинної обробки природної води (хлорування рідким хлором, хлорування з преамонізацією тощо) призводить до утворення токсичних ХОС, зокрема, ХФ, ТХЕ, ЧХВ:

- найбільша частка ХОС (70 – 100%) утворюється при взаємодії органічних сполук з хлором на початковій стадії обробки води (у змішувачі та камері реакції); на подальших стадіях водопідготовки вміст ХОС не зменшується, а навіть може збільшуватися;

- утворення ХОС залежить від складу та ступеня органічного забруднення природної води, дози хлору, часу контакту тощо; концентрація зазначених сполук має сезонні коливання і є найбільшою весною та влітку, що пов’язано з підвищенням у цей період у природній воді вмісту органічних речовин і, як наслідок, потребує збільшення доз хлору для її очищення та знезаражування;

- на відміну від органічних сполук природного походження, які містяться у воді з поверхневих джерел переважно у завислому та колоїдному стані і видаляються на стадіях водопідготовки в середньому на 50%, ХОС знаходяться у воді у розчиненому стані, не затримуються на традиційних водоочисних спорудах та транзитом надходять до питної води;

- впровадження на ВС в останні роки для первинної обробки вихідної води хлорування з преамонізацією замість “чистого” хлорування призвело до зменшення дози хлору в середньому в 2 рази (з 5,0-6,0 до 2,5-3,5 мг/дм³) та, як наслідок, вмісту ХФ у питній воді з резервуару чистої води до 20-30 мкг/дм³, що у 4-8 разів менше, ніж у попередні роки (до введення преамонізації) та у 2-3 рази менше за ГДК (60 мкг/дм³).

2. У питній воді з водорозподільних мереж (на прикладі м.Києва у період застосування на ВС методу хлорування з преамонізацією) кількість ХФ, ТХЕ та ЧХВ у питній воді, особливо при її дохлоруванні, може перевищувати їх вміст з резервуару чистої води ВС або практично не змінюватись:

- середньорічна та сезонні концентрації зазначених ХОС у питній воді з мереж знаходяться на рівнях, значно менших за їх гігієнічні нормативи, і становлять: для ХФ - 23 мкг/дм³ (12-29 мкг/дм³), ТХЕ -12 мкг/дм³ (7-13 мкг/дм³), ЧХВ - <0,1 мкг/дм³ в усі сезони року, що не представляє небезпеку для здоров’я населення.

3. В експериментальних дослідженнях дано порівняльну гігієнічну оцінку хлоруючим агентам (гіпохлориту натрію, хлорному вапну, хлорній воді, хлораміачній воді) щодо їх реакційної спроможності до утворення у природній воді ХОС (ХФ, ТХЕ, ЧХВ, дибромхлорметану) та встановлено особливості і закономірності їх впливу на цей процес:

- підтверджено залежність утворення ХОС при хлоруванні природної води від якісного та кількісного складу в ній органічних речовин, дози та типу хлоровмісного окисника, тривалості контакту хлору з водою тощо;

- при однаковій дозі введеного активного хлору та інших рівних умовах окисники за своєю спроможністю до утворення, зокрема ХФ, розташовуються у такій послідовності: гіпохлорит натрію хлорне вапно> хлорна вода> хлораміачна вода;

- незалежно від типу хлоровмісного окисника та його дози більша частка ХФ утворюється протягом першої години хлорування вихідної води. Приріст вмісту ХФ при 6-ти годинній експозиції, що відповідає фактичному часу перебування води на очисних спорудах водопроводів, відносно до вмісту ХФ внаслідок годинного контакту хлору з органічними речовинами води становить 15-20%;

- при обробці вихідної води усіма досліджуваними хлоровмісними окисниками дозою (за активним хлором) 1 мг/дм³ та прийнятою експозицією (від 15 хвилин до 6 годин) кількість ХФ, що утворювалась у воді, не перевищувала ГДК (60 мкг/дм³). При збільшенні дози окисників до 3 мг/дм³ вже через 15 хвилин концентрація ХФ у воді зростала і становила 1,5-2,0 ГДК. Рівень ТХЕ у воді перевищував ГДК лише при дозі окисників 10 мг/дм³ та часу контакту 6 годин.

4. Доведено можливість ефективного видалення ХОС з хлорованої питної води новими сорбційними та фільтруючими матеріалами, що рекомендуються для завантаження водоочисних фільтрів на ВС та у побуті. За критерієм ефективності щодо видалення з води ХФ (1-10ГДК) серед вивчених матеріалів (активоване вугілля марок К1 і С2, кліноптилоліт, аніоніт САВ-990, фільтруючий матеріал МФ-1) найбільш ефективним є активоване вугілля марок К1 і С2 (ефект очистки біля 100 %).

5. Аналіз даних запровадженого на ВС України моніторингу показав, що у населених пунктах, які забезпечуються водою з басейну Дніпра, та для обробки якої використовується газоподібний хлор, рівні ХФ у питній воді становлять 2-3 ГДК. За результатами моніторингу визначено регіони України, які за ступенем забруднення питної води ХФ є найбільш небезпечними та потребують першочергового впровадження профілактичних заходів.

6. Доведено, що у хлорованій питній воді населених пунктів, де експлуатуються артезіанські водопроводи, вміст ХФ (від 0 до 5-7 мкг/дм³), як правило, приблизно у 8-10 разів нижчий, ніж там, де для питних потреб використовують очищену хлоровану воду з поверхневих джерел водопостачання, що обумовлено більш низькими рівнями органічних сполук у підземних водах, застосуванням для знезаражування такої води малих доз хлору, відсутністю подвійного хлорування води і, зокрема, первинного хлорування, при якому дози хлору як окислювача у 3-5 разів вищі, ніж при заключному знезаражуванні води.

7. Обґрунтовано та запропоновано шкалу визначення канцерогенного ризику для здоров’я людей від споживання хлорованої питної води. Розраховано, що при споживанні протягом життя питної води з вмістом ХФ на рівні 0,06 мг/дм³ (ГДК в Україні) можна очікувати розвиток 8 додаткових випадків захворювання на рак в когорті населення чисельністю 100 тис. (0,8 х 10^-4), що, згідно із запропонованою США класифікацією значень ризиків, відповідає „низькому” канцерогенному ризику. Канцерогенний ризик при споживанні питної води з вмістом ХФ на рівні 0,2 мг/дм³ (ГДК в Росії) відповідає „середньому” ризику, а з вмістом ХФ 0,006 мг/дм³ - „допустимому” ризику (меншому за 1 х 10^-5), який запропоновано ВООЗ.

Канцерогенний ризик від шкідливої дії ХФ може збільшуватися за рахунок додаткових випадків онкозахворювань від присутності у хлорованій питній воді, зокрема ТХЕ (наприклад, для м.Києва при середньорічному вмісті у воді ТХЕ 0,012 мг/дм³ - на 30%), що робить необхідним внесення ТХЕ до ДСТУ „Питна вода. Гігієнічні вимоги та контроль якості” для контролю його вмісту у воді.

8. Результати проведених досліджень стали науковою базою для обґрунтування шляхів попередження або зменшення утворення токсичних ХОС при хлоруванні поверхневих вод. Досягнення цієї мети можливо шляхом заміни хлорування на інші альтернативні методи обробки, а також за рахунок впровадження більш безпечних хлорних технологій з використанням менш реакційних реагентів, зокрема хлораміачної води. Надійним заходом щодо видалення ХОС з хлорованої води може стати використання на ВС фільтрів із завантаженням ефективними сорбційними матеріалами або локальних систем для доочищення питної води у побуті.

Шляхи щодо попередження або мінімізації забруднення питної води ХОС:

1. Ефективна охорона водних об’єктів від забруднення ХОС та органічними речовинами-попередниками ХОС:

1.1. Заміна хлорування стічних вод на альтернативні безхлорні методи обробки;
1.2. Доочищення стічних вод від органічних речовин-попередників (найбільш привабливим є біологічний метод із застосуванням фільтрації води через волокнисті насадки із закріпленою мікрофлорою).

1.3. Очищення зливових поверхневих стічних вод.

1.4. Дотримання відповідних санітарно-епідеміологічних вимог при веденні водогосподарської діяльності на території водного басейну.

2. Модернізація традиційної технології водопідготовки:

2.1. Попередня очистка природної води від органічних речовин перед її хлоруванням (аерація води в акваторії водозабору, забір води через берегові колодязі, сорбційне чи біологічне очищення, коагуляція на першому етапі очищення тощо);
2.2. Використання комбінованих методів знезаражування вод чи використання менш реакційних щодо утворення ХОС хлорних реагентів (зокрема, хлораміачної води);
2.3. Застосування сорбційних фільтрів промислового призначення;

2.4. Перенесення місця вводу хлору у кінець технологічної схеми ВС (ближче до фільтрів).

3. Доочищення водопровідної води на місці використання (у побуті):

3.1. Застосування сорбцій них фільтрів індивідуального призначення (на водорозбірному крані);

3.2. Використання сорбційних фільтрів колективного призначення (на вході у будівлю).

Публікації автора:

Наукові праці, опубліковані в фахових виданнях, рекомендованих ВАК України:

1. Зоріна О.В. Вплив технологічних чинників водопідготовки на якість питної води щодо вмісту хлороформу // Довкілля та здоров’я.- К., 2003.- №4 ( 27 ).- С. 65-68.

2. Прокопов В.О., Чичковська Г.В., Бардик Ю.В., Зоріна О.В Моніторинг питної води України щодо вмісту у ній хлороформу // Гігієна населених місць: Зб. наук. пр.- К., 2003.- Вип. 42.- С. 80-84. Дисертантом розроблено принципи моніторингу та проведено аналіз одержаних результатів.

3. Зоріна О.В. Моніторинг якості води в місцях питних водозаборів м. Києва за показниками, котрі впливають на процес утворення хлороформу при хлоруванні вихідної води // Гігієна населених місць: Зб. наук. пр. - К., 2004.- Вип. 43.- С. 83-89.

4. Прокопов В.О., Чичковська Г.В., Зоріна В.О. Хлорорганічні сполуки у питній воді: фактори та умови їх утворення // Довкілля та здоров’я.- К.,2004.- №2 (29).- С. 70-73. Дисертантом проведено відбір проб, експериментальні дослідження та аналіз одержаних результатів.

Наукові праці, опубліковані в інших виданнях:

5. Прокопов В.О., Чичковська Г.В., Поліщук О.М., Зоріна О.В. Хлороформ у питній воді як фактор канцерогенезу // Зб. тез доп. наук.-практ. конф. „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України на рубежі століть”.- Київ, 2002.- Вип. 4.- С. 42-43. Дисертантом проведено аналіз літератури та сучасних підходів водопідготовки на водопровідних станціях м. Києва, відбір проб та, експериментальні дослідження.

6. Прокопов В.О., Чичковська Г.В., Бардик Ю.В., Зоріна О.В. Вміст хлороформу у питній воді населених пунктів України // Зб. тез доп. наук.-практ. конф. „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України на рубежі століть”.- Київ, 2003.- Вип. 5.- С. 16. Дисертантом проведено аналіз літератури, моніторингові та, експериментальні дослідження.

7. Зоріна О.В. Вміст у питній воді централізованого водопостачання хлороформу – маркеру токсичних хлорорганічних сполук // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса: Астропринт, 2003.- Випуск 11.- С. 179-184.

8. Прокопов В.О., Зоріна О.В. Нові підходи до водопідготовки для зменшення утворення тригалогенметанів у питній воді // Зб. тез доп. наук.-практ. конф. „Актуальні питання гігієни та екологічної безпеки України на рубежі століть”.- Київ, 2005.- Вип. 7.- С. 55-56. Дисертантом проведено експериментальні, натурні на моніторингові дослідження, аналіз даних літератури та одержаних результатів.

9. Прокопов В.О., Зоріна О.В. Сучасні підходи до обґрунтування нормативу вмісту хлорорганічних сполук у питній воді // Матеріали наук.-практ. конф. ІУ Міжнародного водного форуму „Аква-Україна 2006”, 19-21 вересня 2006 р.- м. Київ, 2006.- С.279-281. Дисертантом проведено розрахунки канцерогенних ризиків, аналіз отриманих результатів, підготовку матеріалу до опублікування.