Санітарно-епідеміологічний нагляд за знезаражуванням води у системах централізованого господарсько-питного водопостачання діоксидом хлору. Методичні рекомендації (45174)

Методичні рекомендації"Санітарно-епідеміологічний нагляд за знезаражуванням води у системах централізованого господарсько-питного водопостачання діоксидом хлору"

1. Загальні положення

1.1. Методичні рекомендації "Санітарно-епідеміологічний нагляд за знезаражуванням води у системах централізованого господарсько-питного водопостачання діоксидом хлору" (далі - методичні рекомендації) призначені для використання фахівцями державної санітарно-епідеміологічної служби при здійсненні державного санітарно-епідеміологічного нагляду за експлуатацією систем централізованого господарсько-питного водопостачання, а також можуть використовуватись іншими суб'єктами відносин у сфері питної води та питного водопостачання.

1.2. Проблема забезпечення населення України доброякісною питною водою надзвичайно гостра і зумовлена, насамперед, такими чинниками, як низьке питоме водозабезпечення територій, еколого-гігієнічні проблеми джерел питного водопостачання, відсутність сучасних технологій водопідготовки та відповідної нормативно-методичної документації.

Протягом останнього 10-річчя (1995 - 2004 роки) в Україні було офіційно зареєстровано 61 спалах гострих кишкових інфекцій, пов'язаних з водним фактором передачі збудника. Постраждало 8083 осіб, у тому числі - 50,2 % діти. За інтенсивністю епідемічного процесу найбільш масовими були спалахи ротавірусної інфекції - 40,5 % (3353 особи) від загальної кількості постраждалих та вірусного гепатиту А (далі - ВГА) - 34,8 % (2814 особи). Спалахи реєструвались на 17 адміністративних територіях усіх регіонів України. За 10 років кількість зареєстрованих випадків ВГА сягнула 550 тисяч осіб. Сумарні збитки тільки за цією патологією оцінюються у 3,19 млрд. грн. [1].

Враховуючи викладене, в Державних санітарних правилах і нормах "Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання", затверджених наказом МОЗ від 23.12.96 N 383, зареєстрованим в Міністерстві юстиції України 15.04.97 за N 136/1940 (далі - ДСанПіН N 383-96), у порівнянні з ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством" (далі - ГОСТ 2874-82) передбачено суттєве доповнення переліку епідемічних показників безпеки питної води, що, зокрема, регламентують відсутність в ній вірусів.

Всесвітньою організацією охорони здоров'я визнано, що ефективне знезаражування води - це першочерговий захід водопідготовки, тому що: "Инфекционные болезни, вызванные патогенными бактериями, вирусами, простейшими или паразитарными агентами, являются наиболее типичными и широко распространенными факторами риска для здоровья, связанными с питьевой водой" [2].

1.3. Для реалізації гігієнічних вимог до якості питної води необхідно впровадити в практику водопідготовки сучасні ефективні технології очистки та знезаражування води.

Сучасні гігієнічні критерії оцінки знезаражування питної води полягають у наступному:

- безумовна ефективність бактерицидної дії по відношенню до вегетативних та спорових форм мікроорганізмів, вірусів, цист кишкових найпростіших тощо;

- наявність післядії, що визначає епідемічну надійність засобу (відсутність явища реактивації, ефективність знезаражування води по відношенню до вторинного мікробного забруднення);

- відсутність гігієнічно значущих змін фізико-хімічного складу та органолептичних властивостей обробленої води при збереженні показника її фізіологічної повноцінності;

- відсутність явищ деструкції та трансформації хімічного складу знезараженої води, її токсичної дії у найближчому та в далекому майбутньому на організм людини;

- наявність супровідних сприятливих ефектів (дезодорації, зниження каламутності, кольоровості, концентрації органічних та неорганічних забруднювачів та ін.) [3].

На сьогодні в Україні основним засобом знезаражування води централізованого господарсько-питного водопостачання є хлорування [4, 5, 6]. Результати наукових досліджень свідчать, що хлорування води, як метод знезаражування, має істотні недоліки, до яких, насамперед, відносять утворення токсичних хлорорганічних сполук, низьку віруліцидну та протозооцидну активність, формування хлоррезистентної мікрофлори [7 - 12].

Згідно з положеннями Закону України "Про питну воду та питне водопостачання" від 10.01.2002 N 2918-III одним із принципів державної політики у сфері питної води та питного водопостачання є: "Наближення вимог державних стандартів на питну воду, технологій виробництва питної води, а також засобів вимірювання і методів оцінки до відповідних стандартів, технологій, засобів і методів, прийнятих у Європейському Союзі".

Альтернативою хлору є діоксид хлору, який широко застосовують у країнах Європейського Союзу, США тощо. Знезаражена діоксидом вода відповідає сучасним гігієнічним вимогам [9 - 12].

1.4. В СРСР та в Україні, з метою підвищення ефективності знезараження та попередження утворення специфічних запахів у воді, використання діоксиду хлору рекомендовано "Инструкцией по контролю за обеззараживанием хозяйственно-питьевой воды и за дезинфекцией водопроводных сооружений хлором при централизованном и местном водоснабжении", затвердженою заступником головного державного санітарного лікаря СРСР 25.11.67. На сьогодні цей спосіб знезараження води знаходить все більше застосування в практиці водопідготовки, що викликає необхідність посилення державного санітарно-епідеміологічного нагляду за його впровадженням.

1.5. Методичні рекомендації щодо проведення державного санітарно-епідеміологічного нагляду за знезаражуванням води у системах централізованого господарсько-питного водопостачання діоксидом хлору розроблені в Україні вперше.

2. Фізико-хімічні властивості та токсикологічна характеристика діоксиду хлору

Діоксид хлору, оксид хлору (IV), двоокис хлору - ClO2, молярна маса 67,457 г/моль, при нормальних умовах - газ жовто-зеленого кольору, з різким запахом; температура кипіння +11° C, густина газу відносно повітря 2,326, окислювально-відновлювальний потенціал (ОВП) - 1,5 Вт; розчинність у воді при 25° C - 81,6 г/дм3 [12, 14].

Діоксид хлору при розчиненні у воді не гідролізується, залишається як молекулярно розчинений газ у інтервалі pH = 6 - 9, характерному для питної води, а у лужному середовищі (pH  11) протікає реакція окислювально-відновного диспропорціювання з утворенням хлоритів та хлоратів [12, 14].

Діоксид хлору - відносно нестійкий газ, його неможливо стиснути і перетворити в рідину, при об'ємній концентрації у повітрі  10 % може вибухнути.

Розчини діоксиду хлору з концентраціями 20 - 30 г/дм нестабільні; розбавлені розчини (до 1 г/дм3) відносно стійкі. Фактори, що впливають на стабільність цих розчинів, - pH, висока температура та дія світла [11, 12, 14].

На відміну від хлору діоксид хлору окислює органічні речовини з утворенням органічних сполук, що містять кисень (спирти, кетони, альдегіди та ін.), не утворює хлорорганічні речовини (ТГМ, хлорфеноли тощо), не реагує з аміаком та солями амонію з утворенням хлорамінів; не реагує з бромідами з утворенням броматів на відміну від озону [12, 14].

У процесі окислення та знезаражування діоксид хлору відновлюється до хлорит-аніону (ClO2-) та хлорид-аніону (Cl-); можливе утворення незначної кількості хлорат-аніону (ClO3-) та гіпохлорит-аніону (ClO-) [12, 14].

За даними ВООЗ рекомендована концентрація діоксиду хлору в питній воді не встановлена у зв'язку з його швидким розпадом. Тимчасово рекомендована величина для хлоритів (0,2 мг/дм3) забезпечує достатній захист від потенційної токсичності діоксиду хлору: "Эта величина рассматривается как временная, поскольку применение диоксида хлора в качестве обеззараживающего средства может приводить к превышению ориентировочной величины для хлорита, но трудности, связанные с соблюдением рекомендуемой величины, никогда не должны ставить под угрозу необходимое обеззараживание" [4].

Установлено, що пороговою концентрацією діоксиду хлору за впливом на запах води є 0,45 - 0,40 мг/дм3. Присмак інтенсивністю 1 - 2 бали виявляється при більш високих концентраціях цієї сполуки у воді [12].

В Україні для води об'єктів господарсько-питного та культурно-побутового водокористування граничнодопустима концентрація (далі - ГДК) хлорит-аніонів складає 0,2 мг/дм3, хлорат-аніонів - 20 мг/дм3 [24].

Хлорит-аніони, що потрапляють із стічними водами до природних водоймищ, швидко відновлюються до хлорид-аніонів і тому безпечні для довкілля [12, 21].

За нормативами США (IBWA, FDA, EPA) для питної води концентрація залишкового діоксиду хлору та хлорит-аніону не повинна перевищувати 1,0 та 0,8 мг/дм3 відповідно [12, 25].

За рекомендаціями ВООЗ (2004 р.) [26] залишкові концентрації хлорит-аніону та хлорат-аніону не повинні перевищувати 0,7 мг/дм3.

Діоксид хлору (газ) - сполука 1-го класу небезпечності, ГДК у повітрі робочої зони складає 0,1 мг/м3 [7, 16].

3. Технологічні регламенти застосування діоксиду хлору для знезаражування питної води

Стандартний процес підготовки питної води, що застосовується на більшості підприємств (водоканалів), що готують воду централізованого господарсько-питного водопостачання, складається з передокислення, реагентної обробки, коагуляції, осадження, фільтрації через піщаний фільтр та кінцевого знезаражування (постзнезаражування) [7].

Діоксид хлору використовують у технології підготовки питної води як на стадії передокислення, так і на стадії постзнезаражування.

На стадії передокислення природної води діоксид хлору застосовують у концентраціях 0,5 - 5,0 мг/дм3, що покращує процес коагуляції, видаляє залізо та марганець, запобігає росту водоростей, забезпечує деструкцію деяких токсичних органічних речовин, не призводить до утворення в питній воді тригалогенметанів та інших хлорорганічних сполук [12 - 14].

Можливий надлишок хлоритів видаляють при фільтруванні через активоване вугілля або відновленням його до хлоридів при дозуванні у воду сульфітів, солей двовалентного заліза та інших відновлювачів [12, 14].

Для знезаражування води, що пройшла очистку, застосовують концентрації 0,1 - 0,5 мг/дм3, при яких залишкові концентрації хлоритів відповідають гігієнічним нормативам [11 - 14].

При знезаражуванні води діоксидом хлору залишкова концентрація реагенту 0,05 - 0,1 мг/дм3 після 15 - 30 хв. контакту забезпечує мікробіологічну якість води [12, 14].

Знезаражування води діоксидом хлору сприяє видаленню та запобігає утворенню біоплівок на внутрішній поверхні труб водорозподільних мереж значної довжини [17, 18], особливо враховуючи їх незадовільний санітарно-технічний стан [19, 20].

Для знезаражування води використовують комбіноване застосування діоксиду хлору з іншими окислювачами - озоном, хлором, що попереджує утворення хлоритів, тригалогенметанів, а також зменшує витрати реагентів [21 - 23].

Застосування діоксиду хлору для знезаражування води в технологічній схемі обробки води пов'язане з перевагами, які він має в порівнянні з газоподібним хлором [11, 12]:

- незалежність окислювально-відновлювального потенціалу від pH води;

- значно нижчі концентрації, необхідні для знезаражування води;

- висока біоцидна активність по відношенню до всіх форм мікроорганізмів, включаючи віруси, спори, цисти найпростіших, мікроводорості тощо;

- тривалий пролонгований бактерицидний ефект у водопровідних мережах;

- запобігання утворенню біоплівок та їх видалення у водопровідних мережах;

До колби для титрування об'ємом вносять 5 см3 буферного розчину, 5 см3 розчину ДФД, додають кристалічного КІ, потім 100 см3 води, що аналізується, перемішують, залишають на 2 хв. Титрують розчином солі Мору до зникнення червоного забарвлення розчину. Об'єм розчину солі Мору V2 еквівалентний вмісту залишкового хлору та 1/5 вмісту діоксиду хлору.

1.3. Визначення діоксиду хлору та хлоритів (титрування 3). При значеннях pH = 2 - 3 окислювальну дію на ДФД проявляють хлорит-аніони, що містяться у воді, яка аналізується, та утворені при попередньому титруванні. Протікає реакція

До відтитрованого розчину (титрування 2) додають 2 см3 H2SO4, через 2 хв. додають 5 см3 розчину бікарбонату натрію. Продовжують титрування розчином солі Мору до зникнення червоного забарвлення розчину. Об'єм розчину солі Мору - V3 еквівалентний вмісту хлорит-аніонів та 4/5 вмісту діоксиду хлору у воді, що аналізується.

Таблиця 1

Розрахунок залишкових концентрацій сполук хлору (мг/дм)

Похибка вимірювань  5 %.

2. Колориметричний метод. Виміри проводять при довжині хвилі 515 нм і товщині кювети . Для цього необхідно калібрувати розчини відомих титрів сполук хлору в межах 0,05 - 4,0 мг/дм3 розбавленням розчинів, що містять 100 мг/дм3 сполук хлору.

Нижче наведена інформація щодо інших методів визначення в воді діоксиду хлору та його побічних продуктів (табл. 2).

Таблиця 2

Аналітичні методи контролю діоксиду хлору та його побічних продуктів