автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Исследование влияния тригалогенметанов на качество воды в распределительных сетях городского водоснабжения г. Багдада

На правах рукописи

Амин Абдулфаттах Ахмад Амин

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТРИГАЛОГЕНМЕТАНОВ НА КАЧЕСТВО ВОДЫ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ГОРОДСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ г. БАГДАДА

05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ОКТ 2013

Москва - 2013

005534607

005534607

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Щербаков Владимир Иванович

Первов Алексей Германович, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры водоснабжения

Ведущая организация:

Герасимов Михаил Михайлович,

кандидат технических наук, ОАО «НИИ ВОДІ ЬО», заместитель руководителя лаборатории глубокой очистки воды

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».

Защита диссертации состоится « 2.Ц » октября 2013 г. в 4."3 часов ("(; минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.10, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, зал Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан

«1£»

сентября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Гогина Елена Сергеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные нормативные требования в области гигиены большинства стран мира регламентируют чрезвычайно высокие требования к качеству питьевой воды по физико-химическим и микробиологическим показателям. В настоящее время хлорирование воды остается основным надежным многофункциональным способом уничтожения и деактивации патогенных микроорганизмов, вызывающих инфекционные заболевания. В результате хлорирования на всём протяжении распределительной сети в воде содержатся формы хлора, обеспечивающие требуемый уровень обеззараживания воды. Негативным последствием дезинфекции воды хлорсодержащими веществами является образование побочных продуктов хлорирования - тригалогенметанов (ТГМ). К указанной группе соединений относят галогензамещенные метаны - хлороформ, бромоформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан - токсичные вещества, которые при попадании в организм человека способны вызывать дисфункции различных органов.

Хлорирование применяется для обеззараживания питьевой воды и в системе водоснабжения г. Багдада (Ирак). В этой связи актуальной задачей водоподготовки в Багдаде является обеспечение населения питьевой водой требуемого качества, не содержащей побочных токсичных продуктов хлорирования. Проблема безопасности водоснабжения относится к одной из приоритетных, для её решения необходим комплексный анализ факторов, влияющих на образование тригалогенметанов, с выявлением основных закономерностей этого процесса, разработка простых и экономичных способов снижения образования ТГМ в питьевой воде. Кроме того, для экспрессного анализа воды необходима разработка комплекса способов, позволяющих быстро и надежно определять содержание ТГМ на каждой стадии водоподготовки.

Цель работы - исследование образования тригалогенметанов и их влияния на качество воды в распределительных сетях городского водоснабжения г. Багдада, теоретическое и экспериментальное обоснование применения комплекса эффективных технологических решений для снижения содержания ТГМ в питьевой воде при её обеззараживании хлорирующими агентами.

При этом решались следующие задачи:

- исследование влияния различных факторов (расстояние между начальной точкой распределения воды по сети и конечным пунктом распределения в различные сезоны, доза и тип хлорирующего агента) на количество образующихся тригалогенме-танов в результате хлорирования воды в распределительных системах г. Багдада;

- актуализация эффективности применения гранулированного активированного угля различных марок для очистки питьевой воды от тригалогенметанов и разработка алгоритма выбора фильтрующего агента в зависимости от состава и количества образующихся тригалогенметанов в результате хлорирования;

- исследование технологической и гигиенической целесообразности применения диоксида хлора в качестве альтернативного дезинфеканта;

- установление количественных характеристик межфазного распределения хлороформа, бромоформа, бромдихлорметана и дибромхлорметана в системах органический растворитель - водно-солевой раствор для разработки новых способов определения ТГМ в водных средах;

- разработка рекомендаций по снижению содержания ТГМ в питьевой воде г. Багдада;

- технико-экономическая оценка предлагаемых мероприятий по снижению содержания ТГМ в питьевой воде.

Объект исследования: питьевая вода в распределительной сети городского водоснабжения г. Багдада и содержащиеся в ней побочные продукты дезинфекции - тригалогенметаны.

Предмет исследования: процесс образования ТГМ при обеззараживании воды хлорсодержащими реагентами и трансформация качества воды в распределительных сетях городского водоснабжения г. Багдада, технологические решения для снижения образования ТГМ в процессе подготовки питьевой воды.

Научная новизна:

- на реальных сооружениях изучены условия хлорирования и впервые осуществлен систематический анализ качества питьевой воды в распределительных водопроводных сетях основных водоочистных станций г. Багдада. Установлена динамика образо-

вания ТГМ в зависимости от изученных факторов, идентифицированы приоритетные токсиканты;

- для водопроводной воды г. Багдада экспериментально проверена эффективность применения гранулированного активированного угля различных марок для очистки воды от основных форм тригалогенметанов;

- теоретически обосновано и практически доказано положительное влияние применения диоксида хлора при обеззараживании на снижение образования ТГМ в питьевой воде г. Багдада;

- для снижения количества образующихся в питьевой воде ТГМ в результате обеззараживания хлорсодержащими реагентами разработан новый, экспериментально обоснованный комплекс мероприятий;

- впервые для экстракционного извлечения хлороформа, бромоформа, бромдихлорметана и дибромхлорметана из водных сред применена экстракция гидрофильными растворителями в присутствии высаливателя. По полученным результатам установлены системы, обеспечивающие практически полное (90 %-ное и более) извлечение ТГМ из водных сред. Для определения указанных соединений в экстрактах применен потенциометрический метод анализа.

Практическая значимость:

- разработан алгоритм выбора сорбционного фильтрующего материала, обеспечивающего эффективную очистку питьевой воды от ТГМ;

- в качестве альтернативного дезинфектанта предложен диоксида хлора, разработаны условия его практического применения;

- на основании установленных количественных характеристик межфазного распределения тригалогенметанов разработан комплекс способов их определения в водных средах, включающих экстракционное извлечение и потенциометрический анализ экстракта. Способы апробированы в лабораторном практикуме кафедры гидравлики, водоснабжения и водоотведения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»;

- достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием утверждённых методик

анализа, применением метрологически аттестованных приборов и оборудования, большим объемом экспериментальных данных и их высокой сходимостью с расчетными значениями.

Основные положения, выносимые на защиту:

- закономерности образования тригалогенметанов в распределительных системах г. Багдада, обобщающая характеристика сезонного образования ТГМ с выявлением приоритетного токсиканта;

- алгоритм выбора фильтрующего материала для очистки питьевой воды от тригалогенметанов с учетом химических свойств органических загрязнителей в очищаемой природной воде;

- результаты исследования применения диоксида хлора для снижения образования ТГМ в питьевой воде г. Багдада;

- новые способы извлечения и селективного определения хлороформа, бромоформа, бромдихлорметана и дибромхлорме-тана с применением жидкостной экстракции гидрофильными экс-трагентами и потенциометрического анализа.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад соискателя состоит в постановке проблемы, научном обосновании, постановке и проведении исследований, обработке и анализе полученных результатов, разработке рекомендаций и их внедрении.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на научно-практической конференции, посвященной памяти академика РАН C.B. Яковлева «Яковлевские чтения», 15 - 16 марта 2012 г., Москва; Всероссийских научно-практических конференциях на базе Воронежского ГАСУ, 2010 -2012 гг., Воронеж; Международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение: современное состояние и пути их развития», 2 — 12 октября 2012 г., Одесса.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 193 источника, в том числе 64 иностранных. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц и 33 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, ее научная новизна и практическая значимость. Определены цели, задачи, предмет и объект исследований, а также даны основные положения диссертации, вынесенные на защиту. Приведены сведения о внедрении и апробации результатов работы.

В первой главе приведен обзор современных способов обеззараживания в процессе водоподготовки. Обобщены данные о способах хлорирования, технологических параметрах и побочных продуктах этого метода дезинфекции. Рассмотрено влияние различных факторов на образование тригалогенметанов при обработке природных вод. Сделан вывод о том, что для прогнозирования и управления качеством питьевой воды в водопроводной сети г. Багдада, необходимы данные о закономерностях образования токсичных продуктов хлорирования - тригалогенметанов и эффективная система их аналитического контроля.

Во второй главе сформулированы направления исследования, описаны характеристики объекта исследования - тригалогенметанов (хлороформа, бромдихлорметана, дибромхлорметана и бромоформа), методики экспериментов и проведения анализов. В главе представлены результаты экспериментальных исследований закономерностей образования тригалогенметанов в водопроводной сети г. Багдада в зависимости от расстояния между начальной точкой распределения воды по сети и конечным пунктом распределения в различные сезоны года.

Для объективной оценки состояния водоисточников и разработки технологических схем водоподготовки, необходим химический анализ воды на каждой стадии исследования.

В целях выявления пространственных различий в концентрации тригалогенметанов (ТГМ) в водопроводной сети г. Багдада были взяты пробы в начальных точках распределения воды двух основных очистных станций - Аль-Карх (распределительная сеть района Карх) и Шарк-Дижла (распределительная сеть района Расафа), а также в различных точках водопроводной сети, расположенных на удалении от 4 до 23 км от начальной точки.

В качестве зависимой переменной в настоящем исследовании было выбрано расстояние от начальной точки распределения

до места взятия пробы. Анализируемые параметры, методы их измерения и места проводимого исследования приведены в табл. 1.

Отбор проб воды для анализа проводили согласно ИСО 19458:2006 «Вода. Отбор проб для микробиологического анализа». Температуру и pH анализируемых образцов воды определяли на месте отбора пробы с помощью прибора марки SCHOTT CG 842. Остаточный активный хлор определяли йодометрическим и автоматизированным методами (Chlorometer 1000 / Palintest).

Анализ воды на содержание тригалометанов проводили с применением хромато-масс-спектрометрической системы «Saturn», состоящей из масс-спектрометра и газового хроматографа Vanan 3800.

Таблица 1

Исследуемые па раметры, методы анализа и место его проведения

Параметры Метод, аппаратурное оформление Место проведения анализа

ТГМ: СНС13, СНВгС12, СНВг2С1, СНВгз Газовая хроматография с применением жидкостной экстракции Лаборатория исследовательского центра Иорданского университета (Амман)

Общий органический углерод Окисление персульфатами под действием УФ излучения Лаборатория факультета водоснабжения (Амман)

Температура и величина рН Измерение с помощью переносного цифрового оборудования Место отбора пробы

Остаточный хлор Измерение с помощью переносного цифрового оборудования Место отбора пробы

В качестве экстрагентов тригалогенметанов из водных сред изучены гидрофильные растворители: спирты (пропиловые, бутиловые), кетон (ацетон), эфир (этилацетат). Экстракты анализировали методом потенциометрического титрования (иономер И-130).

Результаты определения средней концентрации ТГМ в различных точках распределительной системы Расафы и Карха после обеззараживания хлорсодержащими агентами приведены в табл. 2.

Таблица 2

Общее содержание ТГМ после обеззараживания хлорированием

Расстояние от водоочистных станций, км Концентрация тригалогенметанов, мкг/дм3

Расафа Карх

Летний период Зимний период Летний период Зимний период

Начальная точка распределения 41,61 29,72 40,06 29,57

4 42,32±0,49 32,32±0,77 43,85±0,91 32,09±0,23

8 47,23±2,48 35,62±2,99 46,26±0,50 33,52±0,44

12 51,82±0,91 38,12±0,75 46,02±0,90 35,37±0,61

16 54,27±1,94 38,83±1,92 49,44±2,37 35,80±0,75

20-23 54,87±0,45 41,94±2,21 55,38±0,98 39,31±1,39

На рис. 1 представлена статистика изменения концентрации ТГМ на участке начальная точка распределения воды по сети - точка отбора проб в различные сезонные периоды.

Очевидна закономерность увеличения концентрации трига-логенметанов в распределительных системах: в системе Расафы концентрация объектов исследования пропорционально возрастает на участке водоснабжения, кривые обращены максимумом к оси абсцисс. Этот факт объясняется тем, исходный состав воды в распределительной системе Расафы определяет количество образующихся токсикантов: большая часть органических веществ переходит в тригалогенметаны. Закономерность образования ТГМ в распределительной системе Карха несколько иная. Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что на количество образующихся тригалогенметанов существенное влияние оказывают сезонные условия.

-«-Расафа (лето) ' Расафа (зима) -*- Карк (лето) Карх (зима) 60"

ч и X

г„50

и

Е—

щ

¡40

а.

и §

¡30

ю О

20

Рис. 1. Концентрация ТГМ в различных точках распределительной системы Расафы и Карха в летний и зимний периоды

В период исследований температура воды варьировалась в пределах 18-33°С. В зимний период наблюдается снижение уровня тригалогенметанов, т.к. в результате понижения температуры воды уменьшается скорость их образования. Кроме того, в зимний период применяемые дозы хлора были ниже на 20 %, что отразилось на концентрации ТГМ в начале сети (табл. 1). Летом концентрация ТГМ в сети возрастала в 1,3-1,4 раза быстрее, чем зимой. При более высокой температуре скорость взаимодействия свободного хлора с органическим веществом возрастает, что приводит к увеличению концентрации ТГМ. Таким образом, максимальная концентрация ТГМ наблюдалась в летний период и во всех точках превышала 40 мкг/л.

На рис. 2 приведены зависимости концентрации ТГМ и остаточного хлора от расстояния между местом взятия пробы и водоочистной станцией для водопроводной системы Карха и Расафы. Коэффициент корреляции между количеством остаточного хлора и концентрацией ТГМ4 составил -0,83.. .-0,98.

у = 0,71 X+ 41,37 ■у = 0,64х + 40,29

5Г

- - I

0 5 10 15 20

Расстояние от начальной точки распределения воды по сети до точки отбора проб, км

IТГМ4 (лето) га 'ГГМ4 (зима)

-Остаточный хлор (лето) -^-Остаточный хлор (зима)

0,1 4,3-4,9 7,9-8,5 12-12,4 16-16,6 20-23,1

Расстояние от начальной точки распределения воды, км

■■ Т1 "М4 (лето) ШЭ ТГМ4 (зима)

Остаточный хлор (лето) <>- Остаточный хлор (зима)

0,1 4,3-4,9 7,9-8,5 12-12,4 16-16,6 20-23,1

Расстояние от начальной точки распределения воды, км

Рис. 2. Зависимость концентрации ТГМ и остаточного хлора от расстояния между начальной точкой распределения воды и точкой отбора проб (летом и зимой): а - Расафа; б - Карх

Последние исследования в области токсикологии показали, что соединениям брома в питьевой воде, особенно бромдихлор-метану, должно быть уделено особое внимание, поскольку это соединение ядовито, обладает высокой канцерогенной активностью. В связи с этим в работе был выполнен анализ распределения четырех основных галогенорганических соединений в воде на выходе со всех водоочистных станций и в водопроводной сети Карха и Расафы. На рис. 3 приведены данные о концентрации хлорорганических соединений (СНС1з, СНВгС12, СНВг2С1, СНВг3) в водопроводной системе Карха, а на рис. 4 - средние значения концентрации основных хлорорганических соединений для всех исследованных станций. Из графиков видно, что процент соединений брома (СНСЬВг, СНВг2С1 и СНВг3) составляет 73 - 80 % от общего количества хлорорганических соединений, что обусловлено наличием бромидов в источниках воды.

ОСНСЬ £СНС12Вг пснавг, ВСНВг3

6,к

•35,3'

¡25,5

7,4

——1

-

3«

не?

' ш ■

ш Ш ы 8,7

рк щ 31,8

, - . I

т

щ % £

333

а» 'ч »

33,6-

:6,0

33.6

0,1 4,3-4,9 7,9-8,5 12-12,4 16-16,6 20-23,1 Расстояние от начальной точки распределения воды, км

Рис. 3. Изменение содержания основных хлорорганических соединений в летний период в зависимости от расстояния между начальной точкой распределения воды и конечным пунктом распределения в системе Карха

□сна, езснсьвг аснавг2 иснвг,

80

(- 60 ж

5 X й> г:

1 40

I 20-

9.6 7 Л : 11.5 яз 10,7 10,7 51,0 9,5

36,0 ---- 32.! 38,8 35 7 35:6 35.6 Р ■ ; 40,1

' - 35,0 х .'Щ 33.3 , - Лс'у .;

33.8 ш 32,91 г 32,7 Им Г 32,7 ял 35.3

20,7 25,9 «г, шз П.2 вя ,,, рЩ >0.8 19,9

Дижла Срт Карх Кадисиа Дура Ватба Вахда Рашид Водоочистные станции

Рис. 4. Изменение содержания основных хлорорганических соединений на всех исследованных ВОС в летний период

Как показали исследования, соотношения между основными соединениями мало изменяются в процессе транспортировки воды по сети (рис. 3) и зависят больше от химического состава воды в источнике водоснабжения (рис. 4).

В третьей главе описываются технологические решения для снижения тригалогенметанов в питьевой воде при ее обеззараживании хлорирующими агентами.

Наибольшее количество хлорорганических соединений образуется в воде при первичном хлорировании, до удаления из воды органических загрязнений. Поэтому традиционные методы решения проблемы повышенного содержания ТГМ в питьевой воде заключаются либо в замене первичного хлорирования на другой метод окислительной обработки воды, не которой не образуется токсичных продуктов, либо в применении на заключительной стадии обработки воды сорбционных методов.

В работе актуализирована эффективность применения гранулированного активированного угля различных марок и предложен алгоритм выбора фильтрующего агента в зависимости от

генезиса органических загрязнителей — тригалогенметанов.

Для очистки воды от органических веществ, в том числе ТГМ, может применяться гранулированный активированный уголь (ГАУ) - (рис. 5).

Рис. 5. Структуры активированных материалов: а - карбонизированная древесина; б - активированный каменный уголь; в - активированная скорлупа кокоса

Для определения срока службы ГАУ используются экспериментальные изотермы адсорбции. Исследования проводили по стандартной методике «Определение сорбционной емкости активированного угля применительно к адсорбатам, концентрация которых измеряется в мкг/л, путём построения изотерм адсорбции». Сорбционные свойства активного угля различны для каждого из видов ТГМ. Из рис. 6 видно, что сорбционная емкость тем выше, чем больше количество атомов брома в соединении тригалогенметана. Быстрее всего ГАУ адсорбирует бромоформ, а медленнее всего - хлороформ. Полученные изотермы позволяют рассчитать количество угля, необходимое для адсорбции отдельных соединений ТГМ, и на этой основе - срок службы и годовую потребность ГАУ.

В схемах очистки природных вод, содержащих большое количество органических веществ природного происхождения, желательно последовательно использовать 2 фильтровальных модуля: первый - с углем на каменноугольной основе для снижения концентрации природных органических примесей и адсорбции более крупных молекул ТГМ, второй - с активированным углем на основе скорлупы кокосов для адсорбции ТГМ с малым молекулярным весом.

-----Хлороформ ---Бромдихлорметан

----Дибромхлорметан ----Бромоформ

1000 ■ I ■■ 'I ■ I .......... ............ ....."" .....«................

г 100

0.1 ------

О 0.001 0,01 0,1 1 10 100

Концентрация, мг/л

Рис. 6. Изотермы адсорбции хлороформа, бромдихлорметана, ди-бромхлорметана и бромоформа на активированном угле

На станциях очистки воды в Багдаде в течение нескольких десятилетий в качестве дезинфектантов применяются гипохлори-ты кальция и натрия. При этом вода в распределительных системах Расафы и Карха, дезинфицируемая гипохлоритами, не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды (см. табл. 2) - в ней наблюдается повышенное содержание ТГМ. Одним из эффективных решений проблемы может быть замена существующих дезинфектантов на диоксид хлора.

В работе исследован процесс образования тригалогенмета-нов при дезинфекции воды гипохлоритами и диоксидом хлора. Применение диоксида хлора практически полностью исключает образование тригалогенметанов (табл. 3).

Это обусловлено тем, что при наличии диоксида хлора в питьевой воде не протекают реакции хлорирования. Конечными продуктами диоксида хлора являются хлорид, хлорат и хлорит. В зависимости от качества воды от 40 % до 80 % используемого диоксида хлора преобразуются в хлорит.

Вещества, вызывающие неприятный запах и вкус воды, например, фенолы и продукты их распада, окисляются диокси-

дом хлора и преобразуются в нейтральные по вкусу и запаху вещества, что существенно повышает качество питьевой воды.

Таблица 3

Образование тригалогенметанов при обеззараживании воды ги-похлоритом кальция и диоксидом хлора

Тригалогенметаны Концентрация тригалогенметанов, мг/дм

Гипохлорит кальция Диоксид хлора

Хлороформ 0,384 0,0176

Бромдихлорметан 0,284 0,0105

Дибромхлорметан 0,312 0,0178

Бромоформ 0,516 0,0286

Четвертая глава посвящена разработке способов экстракционного извлечения тригалогенметанов из водных сред для их количественного определения. Изучено экстракционное извлечение хлороформа, бромдихлорметана, дибромхлорметана и бро-моформа гидрофильными растворителями из водных сред. Получены количественные характеристики (коэффициенты распределения и степень извлечения) межфазного распределения аналитов в системе водно-солевой раствор - гидрофильный растворитель.

Установлено, что спирты являются наиболее эффективными для извлечения ТГМ из водных сред (табл. 4). В системах с этими растворителями достигается практически полное (90 %-ное и белее) извлечение.

На основании данных об экстракции ТГМ гидрофильными растворителями разработаны способы их определения в водных средах. Определение хлороформа, бромдихлорметана, дибромхлорметана и бромоформа основано на предварительном экстракционном извлечении аналитов из водных растворов и анализе концентратов методом потенциометрического титрования. Предлагаемые аналитические решения проверены методом «введено-найдено», погрешность определений не превышает 10 %, продолжительность анализа составляет 20-30 мин.

Таблица 4

Коэффициенты распределения и степень извлечения тригалогенме-танов при экстракции бутиловыми спиртами; г = 10; п = 4, Р = 0,95

Тригалогенметаны Н-бутиловый спирт Тр ет-бутиловый спирт

Б II, % Б К,%

Хлороформ 99,4 ± 7,8 90,9 89,3 ±5,9 81,7

Бромдихлорметан 157 ± 10 94,0 132 ± 12 92,9

Дибромхлорметан 124 ± 12 93,1 116 ± 9 92,1

Бромоформ 137 ±9 93,2 108 ±9 91,6

Различие коэффициентов распределения в идентичных фиксированных системах позволило разработать способ селективного определения хлороформа и бромоформа (табл. 5).

Разработанные способы экстракционно-потенциометричес-кого определения хлороформа, бромдихлорметана, дибромхлор-метана и бромоформа обобщают данные по теоретическому исследованию межфазного распределения этих тригалогенметанов в системе водно-солевой раствор - гидрофильный растворитель.

Таблица 5

Селективное определение хлороформа и бромоформа в водном растворе; п = 4, Р = 0,95

Хлорофо рм Бромоформ

введено, мг найдено, мг 8Г введено, мг найдено, мг 8Г

0,0100 0,0096 ± 0,0004 0,00013 0,100 0,095 ± 0,004 0,0012

0,0500 0,0048 ± 0,0005 0,00015 0,300 0,027 ± 0,002 0,0007

Полученные результаты можно применить в качестве альтернативного хроматографическому способа анализа питьевой воды на содержание ТГМ. Предлагаемые методики отличаются

простотой аппаратурного оформления и экспрессностью анализа, применением нетоксичных экстрагентов.

Пятая глава посвящена внедрению результатов исследований, описанию промышленных установок по производству и дозированию диоксида хлора, разработке рекомендаций по снижению содержания ТГМ в питьевой воде г. Багдада и технико-экономическая оценка предлагаемых мероприятий.

Поскольку диоксид хлор взрывоопасен при повышенных концентрациях и нагреве и запрещен к транспортировке, он готовится только в форме водных растворов на месте использования с применением специального аппаратурного оформления. Диоксид хлора производится из хлорита (1\таС102) и хлора (С12) или из хлорита натрия и кислоты, преимущественно соляной.

Для производства диоксида хлора по методу хлорит / хлор используется хлорный газ и стандартный 24,5 %-ый раствор хлорита натрия. На рис. 7 изображена схема установки для подготовки диоксида хлора, работающая по методу хлорит / хлор.

Рис. 7. Установка для получения и дозирования диоксида хлора по хлорит / хлорной технологии: 1 - баллоны с хлором; 2 - хлоратор и вакуумный клапан; 3 - инжектор хлора; 4 - емкость хранения раствора хлорита натрия; 5 - насос-дозатор раствора хлорита натрия; 6 - реакционная камера.

Системой управления гарантируется постоянное соотношение хлора и хлорита натрия, а также выбранная концентрация исходного раствора. Дозировка раствора диоксида хлора может

осуществляться с помощью инжекторов и дозировочных насосов.

Процесс «хлорит / хлор» обладает еще и тем преимуществом, что дает возможность получения смеси хлора и диоксида хлора в любых соотношениях.

Также в пятой главе проведен экономический расчет, показывающий экономическое преимущество при замене традиционного хлорирования на диоксид хлора. Расчет выполнен для станции очистки воды производительностью 24 ООО м3/сут. Годовой экономический эффект составил 25,5 млн. руб. для случая обработки вод с повышенным содержанием органических веществ (ООУ > 5 мг/л) и 9,33 млн. руб. - для вод со средним содержанием органических веществ (ООУ = 2...5 мг/л). Также был рассчитан вклад эксплуатационных затрат на стадиях первичного и вторичного хлорирования и сорбционной обработки в себестоимость питьевой воды. Вклад обработки воды диоксидом хлора в себестоимость питьевой воды составил 0,36 руб./м3.

Основные выводы

1. Установлены факторы, влияющие на количество образующихся тригалогенметанов в питьевой воде распределительных систем Расафы и Карха (г. Багдад) в результате хлорирования: концентрация объектов исследования пропорционально возрастает в распределительной системе Расафа, поскольку большая часть органических веществ переходит в тригалогенметаны. Закономерность образования ТГМ в распределительной системе Карха в летний период иная, это объясняется тем, что на определенном расстоянии от начальной точки отбора все количество хлорирующего агента реагирует с органическим веществом обрабатываемой воды. В Расафе максимальная концентрация ТГМ варьировалась в пределах 41,60 - 58,33 мкг/л летом (около 32 % соединений ТГМ образовывалось в распределительной сети) и в пределах 29,57 - 44,47 мкг/л зимой (прирост в сети - около 40 %). Максимальная концентрация ТГМ в западной части Багдада (Карх) составляла 40,06 - 56,97 мкг/л летом и 29,57 - 40,85 мкг/л зимой (в сети прирост составил 38,5 и 33 % соответственно).

2. Практически определено, что максимальная концентрация от суммарного содержания тригалогенметанов (73 - 79 %)

приходится на соединения брома, в то время как концентрация хлороформа составляет 21 - 27 %. Соотношение хлор- и бромсо-держащих соединений практически не меняется с увеличением «возраста» воды, в системе Расафы наблюдается небольшой рост хлороформа по мере удаления от начальной точки сети.

3. Снижение количества образовавшихся тригалогенмета-нов в процессе первичного хлорирования достигается их удалением из воды на финальной стадии водоочистки. Для очистки воды с высоким содержанием органических примесей актуализирована эффективность применения гранулированного активированного угля с размером частиц от 0,4 до 1,7 мм. Установлено, что сорбци-онная емкость ГАУ тем выше, чем больше количество атомов брома в соединении. Эффективнее всего изученный сорбент удаляет бромоформ, а медленнее всего - хлороформ. Поэтому для более полного удаления из воды всех форм ТГМ рекомендуется применять последовательно два различных сорта ГАУ: первый - на каменноугольной основе, второй - на основе скорлупы кокосов.

4. В ходе исследования установлено, что применение диоксида хлора практически полностью исключает образование трига-логенметанов, а также улучшает органолептические показатели качества питьевой воды. Установлена максимальная концентрация хлорита для распределительных систем г. Багдада - 0,2 мг/л, что осуществимо, если содержание общего органического углерода перед вторичным хлорированием не превышает 1,5 мг/л.

5. Для аналитического контроля содержания тригалогенме-танов в питьевой воде разработаны новые способы практически полного (97 - 98 %-ного) извлечения и селективного определения тригалогенметанов с применением гидрофильных растворителей (однократная микроэкстракция). Изучены условия алкалиметриче-ского определения ТГМ в гидрофильных экстрактах. Установлено, что метод потенциометрического титрования применим для надежного определения ТГМ в системах с н-бутиловым спиртом, этилацетатом и ацетоном. Анализ включает предварительную подготовку образцов, экстракционное извлечение и определение тригалогенметанов методом потенциометрического титрования. Способ определения ТГМ в водных средах реализуется в диапазоне концентраций 0,01 - 1,00 мг/дм3.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Проблемы централизованного водоснабжения и очистки воды в крупных городах (на примере г. Эрбиль в Ираке)» / В.И. Щербаков, Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. // Инженерные системы и сооружения. - 2010. -№ 1. - С. 154-159.

2. Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Методы очистки нефтесодержащих вод» / В.И. Щербаков, Амин Абдулфаттах Ахмад Амин, Аль-Амри Заед Садик Абрахем, Али Лайтх Нури. // Инженерные системы и сооружения. - 2010. - № 2. - С. 173-179.

3. Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Методы очистки сточных вод флотацией» / В.И. Щербаков, Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. Аль-Амри Заед Садик Абрахем, Али Лайтх Нури. // Инженерные системы и сооружения. - 2011. - № 1. - С. 115-120.

4.* Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Определение эффективности работы очистных сооружений при помощи статистических методов в Рустамии (Ирак, Багдад)» / В.И. Щербаков, Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. // Вестник МГСУ. - 2011. - № 8. - С. 300-311.

5. Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Исследование содержания тригалометанов (тригалогенметанов) в питьевой воде месторождений Расафы и Карха» / В.И. Щербаков, Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. // Сб. докладов научно-практической конференции «Яковлевские чтения». Москва, 2012. - С. 229-234.

6. Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Анализ содержания тригалометанов в системе водоснабжения Багдада» / В.И. Щербаков, Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. // Сборник научных трудов БХУогЫ. Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития. Международная научно-практическая конференция. Одесса, 2012. - Т. 29. - С. 6078.

7.* Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. «Исследование формирования тригалогенметанов в системе водоснабжения Багдада» / Амин Абдулфаттах Ахмад Амин. [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона, 2013, №3. - Ьйр:// www.ivdon.ru/ гаа%гаяаЫ агсЫуе/пЗу2013/1753.

8.* Амин Абдулфаттах Ахмад Амин «Образование и пути снижения содержания тригалогенметанов в водопроводной воде Багдада» / Амин Абдулфаттах Ахмад Амин, Андрианов А.П. // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. -№07(091). - IDA [article ID]: 0911307058. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/07/pdC58.pdf (в печати).

* публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК.

КОПИ-ЦЕНТР св.: 77 007140227 Тираж 100 г. Москва, ул. Енисейская, д. 36. тел.: 8-499-185-79-54,8-906-787-70-86 www.kopirovka.ru