Мониторинг и оценка влияния техногенных органических загрязнителей на интегральный показатель химической безвредности питьевой воды г.Уфы Холова Альфия Рустамовна

Содержание к диссертации

Введение

Глава I CLASS Обзор литературы CLASS 10

1.1 Экологическое состояние водоисточников в России, в мире 10

1.2 Наиболее распространенные загрязнители воды природного и техногенного происхождения 15

1.3 Общепринятые и перспективные технологии водоподготовки

1.3.1 Реагентные методы 24

1.3.2 Методы обеззараживания 25

1.3.3 Сорбционные методы 32

1.3.4 Ионообменные и мембранные методы 35

1.4 Статистические методы в обработке результатов экологического анализа 35

Глава II Объекты и методы исследования 40

2.1 Объекты исследований 40

2.2 Методы исследований 48

Глава III Обсуждение результатов исследований 51

3.1 Применение метода анализа временных рядов для обработки результатов мониторинга ЭФК, алкилбензолов, н-алканов в воде выбранных объектов.. 51

3.3.1 Поверхностный водозабор ПВ 52

3.3.2 Инфильтрационный водозабор ИВ1 62

3.3.3 Инфильтрационный водозабор ИВ2 74

3.2 Результаты мониторинга загрязнения питьевой, природной и сточной воды г. Уфы нефтепродуктами 88

3.1.1 Очистные сооружения ОС1 86

3.1.2 Очистные сооружения ОС2 91

3.3 Выявление математических зависимостей, позволяющих повысить надежность идентификации НП в свежем и деградированном виде и определить время их контакта с водой р. Белая 90

3.4 Интегральная оценка качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности 94

3.5 Дооснащение принятой схемы технологии водоподготовки на водозаборе поверхностного типа с целью увеличения безопасности питьевой воды по показателю химической безвредности 110

Выводы 116

Список литературы

• Наиболее распространенные загрязнители воды природного и техногенного происхождения
• Методы исследований
• Поверхностный водозабор ПВ
• Интегральная оценка качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности

Введение к работе

Актуальность проблемы

Республика Башкортостан относится к регионам с высокоразвитой нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностью. Согласно «Государственного доклада о состоянии природных ресурсов и окружающей среды республики Башкортостан в 2014 году», свыше 91 % от общей массы загрязнителей природных водоисточников региона обусловлено поступающими в водоем недоочи-щенными сточными водами указанных производств, содержащими нефтепродукты (НП). Потенциальными источниками загрязнения водных объектов НП также являются аварийные инциденты, эмиссия атмосферных выбросов, дюкерные переходы магистральных нефте- и продуктопроводов, пересекающие поверхностные водоемы. В настоящее время НП признаны глобальными загрязнителями, требующими повышенного внимания.

Другими техногенными загрязнителями окружающей среды, получившими широкое распространение, являются эфиры фталевой кислоты (ЭФК), поступающие в водные объекты при производстве, использовании и утилизации полимерных материалов, выпуск которых за последние десятилетия интенсивно растет.

Рост общей техногенной нагрузки на водоемы приводит к тому, что значительная часть поверхностных и подземных вод не отвечают требованиям, предъявляемым к водам хозяйственно-питьевого назначения. Устаревшим технологиям водоподготовки становится все труднее справляться с очисткой природной воды от широкого класса антропогенных загрязнений. В связи с этим особую актуальность приобретает внедрение высокочувствительных методов анализа, позволяющих работать с насыщенными матрицами природных объектов, определять загрязнители в трансформированном виде.

С другой стороны, возникают проблемы, связанные с выбором системы оценивания качества воды, обогащенной техногенными примесями. Благодаря развитию медицинской науки появились доказательства срабатывания принципов аддитивности, синергизма, комбинированного действия токсикантов. Для оценки таких видов воздействия специалистами, работающими в области гигиенического нормирования, предложен новый интегральный показатель химической безвредности питьевой воды, учитывающий негативное влияние на здоровье человека как нормируемых, так и ненормируемых соединений. Данный подход рекомендован к внедрению, в том числе предприятиями, эксплуатирующими централизованные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения, для корректировки программ производственного контроля.

Таким образом, проведение работ, посвященных проведению мониторинга приоритетных региональных загрязнителей, внедрению современных подходов для оценки химической безвредности питьевой воды, а также поиск путей совершенствования технологий водоподготовки, является актуальным.

Цель работы: мониторинг питьевой и природной воды г. Уфы в отношении техногенных органических загрязнителей с целью выявления их вклада в величину интегрального показателя химической безвредности питьевой воды.

Задачи исследования:

1. разработать методику измерения массовой концентрации эфиров фталевой кислоты (ЭФК) в питьевых и природных водах, позволяющую проводить одновременное определение содержания соединений с молекулярной массой до 600 а.е.м., составляющих общий органический фон воды (подбор условий извлечения аналитов, устранение мешающего матричного фона, разработка способа подготовки посуды, набор статистического материала);

2. выявить факторы, влияющие на содержание ЭФК, алкилбензолов, н-алканов в воде выбранных объектов, с помощью математических методов обработки данных;

3. провести мониторинг состояния питьевой и инфильтрованной воды основных водозаборов города, а также воды р. Уфы, р. Белой, сточных вод, поступающих на очистные сооружения, по составу и содержанию нефтепродуктов (НП);

4. определить значения отношений содержаний реперных соединений, выбранных для идентификации НП (децилбензола (ДБ), втор-ундецилбензола (втор-УБ), пентадецилбензола (ПДБ), тетрадецилбензола (ТДБ), тридецилбензола (ТриДБ) для воды р. Белой и хлорированной воды. Получить математические зависимости, позволяющие определить продолжительность контакта НП с водой р. Белой, с хлорированной водой.

5. провести интегральную оценку качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности (канцерогенные, неканцерогенные риски, ольфактор-но-рефлекторные эффекты) и выявить наиболее значимые загрязнители питьевой воды, влияющие на величины рисков для здоровья населения;

6. предложить подход для повышения эффективности технологии водоподготов-ки.

Научная новизна:

выявлено, что эффективность очистки речной воды при ее инфильтрации через грунты зависит от удаленности скважин от возможных источников загрязнения и от природы техногенных органических соединений. Для рассматриваемых классов эффективность сорбции в грунтах инфильтрационных водозаборов г. Уфы уменьшается в ряду ЭФК > н-алканы > алкилбензолы.

с использованием метода анализа временных рядов выявлено, что основной вклад в изменчивость временного ряда содержания ЭФК, алкилбензолов, н-алканов вносит случайная составляющая (63,9-84,6 %);

показано, что на инфильтрационных водозаборах фильтрации поверхностной воды сквозь подземные грунтовые слои недостаточно для сглаживания сезонных эффектов;

при проведении интегральной оценки качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности показано превалирование вклада канцерогенного риска по сравнению с другими видами рисков в величину интегрального показателя химической безвредности питьевой воды.

Практическая значимость:

7. разработана методика измерения массовой концентрации шести ЭФК, позволяющая проводить определение в диапазоне 0,0008-0,02 мг/дм³ при параллельном исследовании общего органического фона природной и питьевой воды;

8. определены значения отношений содержания реперных соединений (длинноце-почечные алкилбензолы С16-С21), позволяющих увеличить надежность идентификации НП в воде р. Белой и хлорированной воде;

9. получено уравнение, позволяющее определять время контакта НП с водой р. Белой;

10. проведено ранжирование основных водозаборов г. Уфы по интегральному показателю химической безвредности. Показано, что большее значение интегрального показателя соответствует питьевой воде поверхностного водозабора (3,79), меньшее - питьевой воде инфильтрационного водозабора, в технологии которого для обеззараживания используется ультрафиолетовое облучение (0,58);

11. предложено технологическое решение для очистки природной воды от НП, ЭФК с использованием в качестве флокулянта нетоксичного природного полисахарида хитозана на стадии реагентной обработки воды. Показано снижение содержания НП (по суммарному содержанию алкилбензолов, н-алканов, нафте-нов и алкилнафталинов) на 94 %, ДЭГФ - на 95 % с дополнительным эффектом снижения концентрации природных органических соединений - основных предшественников образования токсичных продуктов при хлорировании.

Положения, выносимые на защиту:

12. результаты мониторинга состояния питьевой и природной воды г. Уфы по составу и содержанию эфиров фталевой кислоты, н-алканов и алкилбензолов и эффективности очистки воды от этих соединений на водозаборах разного типа;

13. результаты мониторинга состояния питьевой и инфильтрованной воды основных водозаборов города, а также воды р. Уфы, р. Белой, сточных вод, поступающих на очистные сооружения города, по составу и содержанию НП;

14. подходы для определения НП в свежем и деградированном виде и определения времени их контакта с водой р. Белой, питьевой водой;

4. интегральная оценка качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности (канцерогенные, неканцерогенные риски, ольфактор-но-рефлекторные эффекты), наиболее значимые загрязнители питьевой воды с точки зрения вероятности возникновения рисков для здоровья населения;

5. рекомендации по повышению барьерной роли водозаборных сооружений.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на

следующих научных конгрессах, конференциях и семинарах: 8-й Международный конгресс «Вода: экология и технология» Экватэк-2008 (Москва, 2008г.); XIII ежегодный научно-практический семинар «Вопросы аналитического контроля качества вод» (Москва, 2008 г.); VI, VII, VIII, X Всероссийские конференции по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика» (Самара, 2006 г., Йошкар-Ола, 2009 г., Архангельск, 2011 г, Углич, 2016 г.); IV Международная конференция «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2010 г.); Научно-практическая конференция «Государственная политика в области охраны окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» (Уфа, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, 8 тезисов докладов, получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 269 наименований. Общий объем работы составил - 149 страниц, в том числе 23 таблицы, 33 рисунка, 1 приложение.

Наиболее распространенные загрязнители воды природного и техногенного происхождения

В Российской Федерации централизованным водоснабжением пользуются около 109 млн. человек, или до 75 % общей численности населения страны: в крупных и средних городах это почти все население (более 95 %), а в малых городах, поселках городского типа и сельских населенных пунктах - 60 %. Каждый второй житель страны для питьевых целей использует воду, несоответствующую установленным нормативам по ряду показателей и около трети населения страны пользуется источниками водоснабжения без соответствующей водоподготовки [12]. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека констатирует на 2010 г. низкое качество питьевой воды в России: питьевая вода не удовлетворяет санитарным нормам от 35 % до 60 %, а доступа к чистой воде нет почти у 11 млн. человек.

Так, некачественную по санитарно-химическим и микробиологическим показателям питьевую воду потребляет часть населения в Республике Ингушетия, Республике Калмыкия, Республике Карелия, Карачаево-Черкесской Республике, в Приморском крае, в Архангельской, Курганской, Саратовской, Томской и Ярославской областях, в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре и Чукотском автономном округе [12]. Состав примесей воды как природной, так и сточной имеет решающее значение для выбора способа её очистки. Присутствующие в водных объектах вещества (природные и антропогенные) можно разделить на взвешенные и растворённые (органические вещества, макрокомпоненты, микроэлементы, биогенные вещества и растворённые газы).

Наличие взвешенных веществ в речных водах является результатом эрозии русла и склонов, сезонных изменений речного стока, наличием планктона, сбросом производственных сточных вод. Появление растворенных газов в воде в одних случаях может говорить о протекающих процессах окисления, дыхания и фотосинтеза (О2 и СО2), в других – о присутствии гнилостных процессов или наличия сброса неочищенных сточных вод (H2S, CH4). Так, сточные воды целлюлозно-бумажного производства содержат как сероводород, так и его органические производные: метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид, обладающие высокой токсичностью [64]. Макрокомпоненты или главные ионы (катионы H+, Na+, K+, NH4+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Al3+ и анионы ОН–, НСО3-, СО32-, Cl–, SО42-, HS–, NО3-, NО2-, F–, PО43-, Br–, I–, HSiО3-) и микроэлементы (все металлы, кроме главных ионов и железа - медь, цинк, марганец и другие ионы переходных металлов, а также анионы брома, фтора, йода и другие), поступают в природные воды из горных пород, минералов, почвы, а также в результате производственной деятельности человека, приводящей в ряде случаев к значительному повышению солесо-держания и изменению ионного состава природных вод. Наличие в воде NН4+ и NО2- часто является (как и повышенная перманганатная окисляемость) признаками недавнего загрязнения, а присутствие ионов NО3- – признаком более раннего загрязнения воды.

Содержание биогенных веществ, главным образом соединений азота и фосфора, а также кремния в пресных поверхностных водах изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/дм3. Их повышенное содержание ведет к ускорению процесса эвтрофирования водоемов [65]. Наиболее важными источниками биогенных элементов являются внутриводоёмные процессы и поступление с поверхностным стоком, особенно в период половодья [66], атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами.

Органические вещества, содержащиеся в воде (углеводороды (УВ), органические кислоты, спирты, альдегиды и кетоны, сложные эфиры, в том числе эфиры жирных кислот (липиды), фенолы, гуминовые вещества, ароматические соединения, углеводы, азотсодержащие соединения (белки, аминокислоты, амины) и т.д.), могут быть как природного, так и антропогенного происхождения. В водоемы они поступают либо извне (главным образом с площади водосбора с ливневыми и талыми водами) либо образуются в самом водоёме в результате метаболизма и биохимического распада остатков организмов.

В содержание растворенных органических веществ (РОВ), как правило, основной вклад вносят гумусовые вещества, включающие, в том числе гуминовые и фульвокислоты, содержание которых в гумифицированных реках может достигать 100 мг/дм3. Авторами работы [67] исследованы водоисточники Сербии и выявлено, что содержание в них РОВ достигает 9,85 мг/дм3, 65 % которых составляют фульвокислоты и 14 % - гуминовые кислоты.

Значительные количества РОВ в воде приводят к увеличению цветности воды и негативно влияют на ее качество воды. Содержащиеся в воде природные органические соединения, такие как гуминовые и фульвокислоты, таннины, хиноны и аминокислоты при взаимодействии с обеззараживающим агентом образуют тригалогенметаны (ТГМ), галогенуксусные кислоты (ГУК) [68-73], галогенсодер-жащие ацетонитрилы, альдегиды, кетоны и др. побочные продукты [74-76].

Доказано, что количество образовавшихся ТГМ и ГУК в воде напрямую зависит от содержания в ней гуминовых и фульвокислот и содержащихся в их составе фрагментов ароматических структур [77,78], а также от наличия синезеле-ных водорослей и планктона в воде, времени года, pH и температуры воды [79,80]. Таким образом, для оптимизации процесса очистки и обеззараживания воды необходим контроль содержащихся в ней органических соединений природного происхождения. Антропогенные органические загрязнители воды могут содержаться в воде в относительно низких концентрациях, но при этом оказывать большее негативное влияние на качество воды по сравнению с природными органическими соединениями. Всего вместе со сточными водами в поверхностные водные объекты ежегодно поступает около 11 млн. тонн загрязняющих веществ. Наибольший вред водоёмам наносят стоки горнометаллургической [81], химической, нефте- и углеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и полиграфической отраслей промышленности [43,82-85]. Кроме этого, в процессе водоподготовки они также могут подвергаться трансформации, приводящей к увеличению их токсичности. Так, содержащиеся в воде такие органические соединения, как лигнины, смоляные и жирные кислоты, фенолы, анилин в процессе хлорирования воды, образуют ТГМ, хлорфенолы, хлорированные кетоны и другие продукты хлорирования [86-89].

Среди органических веществ антропогенного происхождения, попадающих в воду, одно из первых мест по широте распространения, числу источников загрязнения, единовременной нагрузке на все компоненты природной среды принадлежит НП [42-44,90], основное антропогенное поступление которых в водные объекты происходит с городскими (34%) и промышленными (10%) стоками, через атмосферу (14%), в результате морских операций (12%), городских смывов (8%), а также при бурении скважин на нефтяных месторождениях, авариях танкеров или течи в нефтепроводах, их транспортировке и переработке, при очистке отстойников, танкеров и автоцистерн от остатков НП [91] и др. Нефтяное загрязнение может разрушать многие рекреационные ресурсы, нарушать равновесие водных экосистем, а также приводить к изменению климата [92]. Например, под действием дизельных масел нарушается процесс и скорость размножения некоторых видов микроводорослей [93]. Атмосферные переносы НП являются важным источником загрязнения открытых водоемов. Они содержат продукты неполного сгорания бензина, керосина и других легких фракций нефти, обладающих более токсическим действием на живые организмы, чем тяжелые фракции [94]. В г. Уфе химическая и нефтехимическая промышленность представлена большим числом предприятий. Несовершенство системы очистки сточных вод предприятий, а также несоблюдение нормативов и несанкционированные сбросы сточных вод, загрязненных НП ведут к загрязнению водной среды. Кроме того, р. Уфу, основной водоисточник города, пересекают около 30 дюкерных перехода, в которых проложено в общей сложности около 40 трубопроводов (газопроводы, продуктопроводы, нефтепроводы, бензопроводы, пульповоды, рассолопроводы, дизтопливопроводы, шламопроводы), а также магистральные нефте- и продукто-проводы, которые являются потенциальными источниками загрязнения.

НП загрязнены не только поверхностные, но и подземные воды. Так, исследования авторов [95] свидетельствуют, что подземные воды, некоторых нефтедобывающих районов Башкортостана, содержат высокое количество НП (до 4,0 мг/дм3).

Методы исследований

Наиболее крупный инфильтрационный водозабор г. Уфы - ИВ1 находится в 3 км от устья р. Уфы (рис. 2) на правобережной надпойменной террасе долины реки - петлеобразной Терегуловской излучине, радиусом 750 метров и общей протяженностью более 5 км. На расстоянии 50–200 метров от берега реки в 3 ряда расположены скважины, в которые более 80 % воды поступает путем инфильтрации из реки, вследствие чего качество воды из скважин в первую очередь определяется качеством воды р. Уфы [256].

Расположенность города на возвышенности между двух рек, перепад высот и значительная протяженность обусловили создание многозонной схемы водоснабжения. Зоны водоснабжения имеют 14 насосных станций второго и третьего подъемов. На втором подъеме ИВ1 находятся машинные залы насосных станций, где осуществляется хлорирование воды. Затем вода подается в резервуары 3-го подъема, откуда поступает в распределительную водопроводную сеть данного водопровода.

Вторым по мощности инфильтрационным водозабором г. Уфы является ИВ3, расположенный примерно в 36 км от устья реки. Забор воды осуществляется из скважин, а также лучевых водосборов, представляющих собой шахту, из нижней части которой под русло реки уходят перфорированные трубы-лучи. Речная вода, фильтруясь через гравийно-галечные отложения, попадает в трубы-лучи, а из них – в шахту, откуда насосами подается в резервуары чистой воды [251].

Вода инфильтрационных водозаборов проходит стадию обеззараживания с помощью хлорирования (ИВ1-ИВ3), УФО (ИВ4, ИВ6) и методом, сочетающим хлорирование и УФО (ИВ3, ИВ5).

Краткая характеристика системы водоотведения г. Уфы

Система водоотведения г. Уфы включает в себя самотечные сети канализации и напорные коллекторы (более 900 км), 28 насосных станций перекачки сточных вод, две станции очистки сточных вод, расположенные в 456 км. (ОС1) и 469 км. от устья р. Белой (ОС2). Пропуск сточных вод составляет более 500 тыс.м3/сут.

Система канализации г. Уфы принимает основную часть производственных сточных вод большинства предприятий и хозяйственно-бытовые стоки города, общее количество которых в среднем составляет 380-400 тыс. м3/сут. Хозяйственно-бытовые стоки от населения и стоки предприятий социальной сферы составляют 91 % от общего объема городских сточных вод, сточные воды промпредприятий (пищевая, деревообрабатывающая, полиграфическая промышленности, предприятия машиностроения и др.) – 9 % .

На предприятии МУП «Уфаводоканал» очистка сточных вод осуществляется на 2-х станциях полной биологической очистки, где в период 2008-2010 гг. выполнены и запущены в работу [252]: 1. сооружения механической очистки стоков; 2. цех механического низкотемпературного (110С) обезвоживания осадка сточных вод, позволяющего максимально сократить объем осадка, а также обеспечить его экологическую и санитарную безопасность; 3. блок биологической очистки сточных вод №3 (производительность 130 тыс.м3/сут.), обеспечивающий полное прекращение сброса неочищенных сточных вод в р. Белая; 4. блок биологической очистки сточных вод №4 со вспомогательными сооружениями и сооружения сгущения избыточного ила на ленточных сгустителях.

На блоках биологической очистки № 3 и № 4 предусмотрены современные технологии глубокой очистки сточных вод – нитри-денитрификация и реагентная дефосфатация, позволяющие эффективно очищать сточные воды от соединений азота и фосфора (до 90-95 %). Благодаря данным процессам, очищенные сточные воды содержат минимальное количество биогенных загрязняющих веществ.

После стадий очистки сточные воды проходят обязательное обеззараживание и только затем сбрасываются в водоем. Обеззараживание очищенных сточных вод осуществляется с помощью УФО, применение которого исключает образование побочных продуктов, не оказывает токсического действия на водные организмы, но при этом обеспечивает эпидемиологическую и экологическую безопасность очищенных сточных вод при их отведении в водоем. 2.2 Методы исследований

Пробы воды отбирались согласно ГОСТ 31861-2012 «Общие требования к отбору проб», ГОСТ 31862-2012 «Вода питьевая. Отбор проб», ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков».

С использованием унифицированных условий пробоподготовки и анализа разработаны и внедрены в практику лабораторно-производственного контроля две методики измерений:

МП УВК 1.89-2014 (ФР. 1.31.2010.08835) «Методика измерений массовой концентрации эфиров фталевой кислоты в питьевых и природных водах методом хромато-масс-спектрометрии»;

МП УВК 1.109-2014 (ФР.1.31.2015.20194) «Методика измерений массовой концентрации ограниченно-летучих органических соединений в питьевых и природных водах методом хромато-масс-спектрометрии».

Методики измерений основаны на извлечении органических соединений хлористым метиленом из 1 дм подкисленной до рН - 2 пробы воды, обезвоживании экстракта безводным сернокислым натрием и концентрировании экстракта[257]. Концентрированный экстракт пробы воды анализируется методом хромато-масс-спектрометрии (ХМС) в следующих условиях: газ-носитель Гелий колонка

Поверхностный водозабор ПВ

Эффективность очистки речной воды фильтрующими слоями скважин ИВ2 оценена по формуле (5). Выявлено, что в небольшой степени происходит очистка воды лишь относительно ЭФК (максимум в зимний период 31%), а содержание н-алканов и алкилбензолов увеличивается в инфильтрованной воде по сравнению с речной (н-алканов - до 144% - в зимний период, алкилбензолов – до 127% в весенний период) (рис. 26).

Сезон Фильтрующие слои скважин ИВ2, испытывающие нагрузку промзоны могут быть насыщенны соединениями данных классов органических соединений, в результате чего возможно их постепенное вымывание из фильтрующих слоев.

Таким образом, при сравнении компонентов временных рядов, полученных для разных водозаборов, можно сделать следующие выводы:

1. Повышенная загрязненность р. Уфы органическими соединениями выбранных классов отмечается в районе расположения ИВ1 в черте города. В изменении их содержания в воде р.Уфы у разных водозаборов не выявлено ярко выраженной цикличности;

2. за рассматриваемый восьмилетний период наблюдается общее снижение тренда ТЦК органических соединений техногенной природы в воде р. Уфы у всех водозаборов, за исключением ЭФК в воде р. Уфы у ПВ;

3. в инфильтрованной воде инфильтрационных водозаборов ИВ1 и ИВ2 также наблюдается снижение тренда ТЦК рассматриваемых органических соединений, за исключением алкилбензолов в воде ИВ1;

4. в питьевой воде всех рассматриваемых водозаборов наблюдается стабильное снижение тренда ТЦК ЭФК, н-алканов и алкилбензолов;

5. вклад сезонной компоненты в распределение ЭФК, н-алканов и алкилбензолов по всем водозаборам составляет от 6 до 14 % для воды р. Уфы у разных водозаборов, от 6 до 12 % - для инфильтрованной воды и от 4 до 14 % - для питьевой воды;

6. наибольший вклад в распределение выбранных классов органических соединений вносит случайная компонента и составляет от 64 до 81 % для воды р. Уфы у разных водозаборов, от 72 до 84 % - для инфильтрованной воды и от 48 до 84 % - для питьевой воды;

7. несмотря на то, что наблюдается снижение общего тренда содержания органических соединений техногенной природы, барьерная роль рассматриваемых водозаборов не является высокой ввиду значимого влияния случайных факторов; 8. эффективность очистки воды относительно рассматриваемых классов соединений максимальна для ЭФК и составляет 22-71% для различных водозаборов;

9. наиболее эффективна очистка воды относительно рассматриваемых классов соединений на инфильтрационном водозаборе ИВ1.

В настоящее время предельно-допустимое содержание НП в питьевой воде составляет 0,1 мг/дм3 (СанПиН 2.1.4.1074-01), в воде водоемов – на уровне 0,05 мг/дм3 (Приказ Росрыболовства №20 от 18.01.2010 г.). Согласно ГН 2.1.5.1315-03 в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования нормируется содержание нефти на уровне 0,3 мг/дм3.

По результатам мониторинга за период 2002-2015 гг. содержание НП в питьевой воде города находилось на уровне 0,02 мг/дм3 (соответствующего нижней границе диапазона измерения используемой методики ПНДФ 14.1:2:4.168-2000); в воде р. Уфы – на уровне 0,05 мг/дм3 (нижняя граница диапазона измерения согласно ГОСТ Р 51797-2001), за исключением нескольких случаев в ноябре 2003 г. и апреле 2005 г., когда содержание НП достигало 1,5 мг/дм3. В воде р. Шугуров-ки, в районе водосбора которой находятся основные промышленные мощности нефтехимических производств г. Уфы и впадающей в р. Уфу выше расположения водозаборов, среднее значение содержания НП составляет 0,40 мг/дм3, что создает опасность загрязнения р. Уфы – основного водоисточника питьевого водоснабжения города.

Анализ данных по содержанию НП в сточных водах, отобранных из сборного коллектора ОС1, очищенных сточных водах ОС1, в воде р. Белая, отобранной до и после сброса очищенных сточных вод за период 2002-2015 гг. показал, что содержание НП в сточных водах составляет (0,63 – 7,1) мг/дм3; в очищенных сточных водах – (0,03 – 1,26) мг/дм3; в воде р. Белая до сброса очищенных сточных вод содержание НП составляет (0,04 - 0,33) мг/дм3; после сброса очищенных сточных – (0,04 - 0,35) мг/дм3.

Выявлено, что тренд среднегодового содержания НП в речной воде, отобранной до сброса очищенных сточных вод, растет, тогда как в воде р. Белая, отобранной после сброса очищенных сточных вод наблюдается его незначительное уменьшение. При этом содержание НП в сточной воде, поступающей на ОС1 остается постоянным (рис. 27).

Среднегодовое содержание НП в сточной воде, поступающей на очистные сооружения ОС1, в воде р. Белая до и после сброса очищенных сточных вод за период 2002-2015 гг. Этот факт может свидетельствовать о возможном загрязнении воды р. Белой, не связанной со сбросами очищенных сточных вод, поступающих на ОС1, например, влияние городской агломерации, судоходство, обмеление реки и др. Эффективность очистки (Э, %) сточных вод относительно НП рассчитана по формуле:

Интегральная оценка качества питьевой воды г. Уфы по показателям химической безвредности

Разработана схема для реализации предложенного технологического подхода использования в качестве флокулянта хитозана в случае повышенной загрязненности природной воды без реконструкции существующих сооружений водоподготовки (рис. 33). Подход является перспективным в случае комбинированного загрязнения воды водоисточников органическими соединениями техногенного и природного происхождения. Согласно предложенной схемы, исходный раствор хитозана (С = 1 г/дм3) подается совместно с коагулянтом СА в горизонтальный отстойник и на скорые фильтры предварительно перекрыв подачу ПАА. В зависимости от скорости подачи исходного раствора в горизонтальных отстойниках регулируется концентрация хитоза-на .

Таким образом, использование в экстраординарных случаях природного полисахарида хитозана в качестве флокулянта позволяет повысить эффективность очистки воды не только от техногенных, но и природных органических соединений. Его эффективность наблюдается в дозах значительно меньших по сравнению с дозами для АПУ. Кроме этого хитозан биоразлагаем, обладает дезинфицирующими свойствами, а также является безопасным для здоровья человека.

1 Разработана методика измерения массовой концентрации эфиров фталевой кислоты в природных и питьевых водах методом хромато-масс-спектрометрии, которая может быть использована для проведения расширенного мониторинга общего фона органических загрязнителей воды других классов (МП УВК 1.89-2014, ФР 1.31.2010.08835).

2 С использованием метода анализа временных рядов, показано: - наибольший вклад в распределение ЭФК, алкилбензолов и н-алканов вносит случайная компонента: для воды р. Уфы у разных водозаборов ее вклад составляет от 64 до 81 %, для инфильтрованной воды – от 72 до 84 %, для питьевой воды – от 48 до 84 %; - в питьевой воде сглаживания сезонных эффектов не происходит; - степень очистки природной воды достигает в среднем 57 %. 3 Содержание НП в питьевой воде города не превышает значения 0,02 мг/дм3, в воде р. Уфы – 0,05 мг/дм3; в воде р. Шугуровки содержание НП в среднем составило 0,4 мг/дм3. Выявлено увеличение тренда содержания НП в р. Белой до сброса сточных вод в створе очистных сооружений, расположенных в 456 км от устья реки, в воде р. Белой до и после сброса сточных вод, и в створе очистных сооружений, расположенных в 469 км от устья реки, а также в самих сточных водах.

4 Для воды р. Белой определены значения отношений содержаний реперных соединений, выбранных для идентификации НП - децилбензола (ДБ), изо-ундецилбензола (изо-УБ), пентадецилбензола (ПДБ), тетрадецилбензола (ТДБ), тридецилбензола (ТриДБ) СДБ/Сизо-УБ=0,53; СТДБ/(СТриДБ+СПДБ)=0,37. Для определения времени контакта НП с водой для р. Белой получено уравнение, описывающее изменение отношения содержания ранее выбранных маркерных соединений тридекана и 1-метилнафталина от времени: x=0,33y-4.

5 Определены значения отношений содержаний реперных соединений, выбранных для идентификации НП в хлорированной воде СДБ/Сизо-УБ=0,57; СТДБ/(СТриДБ+СПДБ)=0,36; определить время контакта НП с хлорированной водой невозможно ввиду расходования взаимодействия 1-метилнафталина с хлорирующим агентом.

6 Сформирован перечень приоритетных для региона загрязнителей, обладающих канцерогенным, общетоксическим и ольфакторно-рефлекторным эффектами действия. Выявлено превышение приемлемого значения канцерогенного риска при хроническом воздействии загрязняющих веществ для четырех водозаборов. Ранжированием водозаборов по величине интегрального показателя показано, что наименее благоприятной является питьевая вода поверхностного водозабора, наиболее благоприятной – питьевая вода инфильтрационного водозабора, в технологии которого для обеззараживания не используются хлорирующие агенты.

7 Показана высокая эффективность хитозана при его использовании в качестве флокулянта по отношению НП (по суммарному содержанию алкилбензолов, н-алканов, нафтенов и алкилнафталинов) в среднем 97 %, ДЭГФ – до 98 %, природным органическим соединениям, оцениваемых по показателю перманганат-ной окисляемости – до 78 %. Предложена схема для реализации данного технологического подхода без реконструкции существующих сооружений водопод-готовки, позволяющей эффективно снизить содержание органических соединений техногенной природы (НП и ДЭГФ) и природных органических соединений.