4. Физико-химическая и производственно-технологическая
характеристики вещества
Для определения объема, условий и задач исследований должны использоваться:
4.1. Физико-химическая характеристика вещества, в т. ч.:
4.1.1. Химическое название по номенклатуре IUPAC и номер по CAS, синонимы химического и товарного названий, эмпирическая и структурная формулы, сведения об агрегатном состоянии;
4.1.2. Чистота представленного образца. Недопустимо изучение веществ без паспортных данных - перечня примесей с указанием их количества. Данные используются для определения возможности нормировать заявленное вещество как самостоятельное химическое соединение или как смесь постоянного состава.
4.1.3. Обязательное наличие ГОСТа или ТУ на химический состав для смесей постоянного состава. При отсутствии ГОСТа или ТУ или других доказательств постоянства состава смесь нормированию не подлежит.
4.1.4. Вероятность трансформации вещества в разных условиях:
• под влиянием природных и антропогенных факторов, в т. ч. методов очистки;
• при хранении (при температуре 20 °С);
• при гидролизе или взаимодействии с хлором в водных растворах (при разных температурах и рН =6,0—9,0).
А также сведения о возможных продуктах трансформации; способность вещества к полимеризации.
4.1.5. Показатели, необходимые для определения безопасных условий работы: горючесть, температура воспламенения, взрывоопасность, пределы взрываемости (объемные проценты в воздухе), температура плавления, упругость паров (при t = 20 °С и D = 760 мм рт. ст.).
4.1.6. Показатели, которые одновременно могут использоваться для определения условий эксперимента и прогноза токсичности веществ:
• молекулярная масса;
• удельная масса;
• растворимость в воде в мг/л (при t = 20 °С), смешиваемость;
• константы диссоциации в воде (при t = 20 °С);
• коэффициент распределения в системе октанол/вода;
• дипольный момент.
К некоторым справочным данным следует относиться критически. Например, вещества, оцениваемые, согласно справочникам, как нерастворимые или труднорастворимые, по гигиеническим критериям являются достаточно хорошо растворимыми, ибо способны образовывать растворы с концентрациями, измеряемыми в мг/л или долях мг/л.
4.2. Производственно-технологическая характеристика для определения вида норматива, целесообразности единого нормирования на основе допустимой суточной дозы (ДСД) и т. п., которая включает:
4.2.1. Назначение вещества (область, формы, способы применения).
4.2.2. Общую характеристику технологического процесса получения вещества (использования в технологии), вероятность и причины попадания в сточные воды; условия отведения сточных вод и применяемые (проектируемые) способы их очистки.
4.2.3. Стадия технологической разработки к моменту исследования (лабораторная установка, опытная партия, промышленное производство - проектируемое, действующее), производство отечественное или зарубежное.
4.2.4. Объем (существующий и планируемый) производства и/или использования.
4.2.5. Характеристика водного объекта-приемника (расход воды, вероятность поступления в воду исследуемого химического соединения и других загрязняющих веществ из других источников).
4.2.6. Возможность поступления исследуемого вещества в другие объекты окружающей среды - атмосферный воздух, почву (ориентировочный валовый сброс).
5. Оценка стабильности и трансформации веществ в водной среде
Цель исследования стабильности и трансформации - выявление образования продуктов трансформации, уточнение класса опасности и величины норматива вещества в воде.
Дополнительно эти исследования могут использоваться для выбора методов очистки сточных вод от изучаемого соединения.
В таблице 5.1 представлена схема оценки стабильности и трансформации веществ в воде. Она включает минимальный и оптимальный наборы взаимодополняющих факторов.
Поскольку исследования направлены на изучение двух взаимосвязанных показателей: стабильности и трансформации - целесообразна определенная последовательность экспериментов.
5.1.1. Теоретическое изучение способности вещества к трансформации:
• по физико-химическим свойствам;
• по технологическим регламентам, паспорту вещества, указанию об условиях и сроках хранения;
• по рекомендованным методам очистки сточных вод.
5.1.2. Предварительная оценка способности вещества к биохимическому окислению в условиях естественного самоочищения водной среды или на биологических очистных сооружениях может проводиться по динамике БПК. При этом стимуляция БПК в первые пятые сутки свидетельствует о способности к окислению неадаптированной микрофлорой и кислородом, содержащимся в воде, а проявление стимуляции через 10—15 суток - об окислении за счет микрофлоры второй стадии минерализации или о возможности развития адаптированной микрофлоры, окисляющей это вещество.
Таблица 5.1
Оптимальная и минимальная (*) схемы изучения стабильности и трансформации веществ в воде
На основании динамики БПК дается качественная оценка стабильности (из-за невозможности стандартизовать состав микрофлоры).
5.1.3. Если результаты изучения БПК свидетельствуют о способности вещества к трансформации, проводятся исследования в модельных водоемах, в которые помещаются растворы вещества в естественной прудовой или речной воде. Можно использовать модельную воду со стандартизованным солевым и микробным составом. Результаты эксперимента выражаются величиной периода полутрансформации (??1/2). При ??1/2 > 15 суток необходимо изучить биоразлагаемость вещества в аэробных условиях.
5.1.4. Определение показателей биоразлагаемости веществ в аэробных условиях позволяет оценить их стабильность и трансформацию под влиянием микрофлоры и других гидробионтов, составляющих активный ил в аэротенках. Биоразлагаемость определяется в стандартизованных условиях в соответствии с ГОСТом Р 50595—93.
5.2. Опасность вещества и продуктов его трансформации изучается при действии деструктирующих факторов, применяемых при водоподготовке и приготовлении пищи (ультрафиолетовое облучение, озонирование, хлорирование, кипячение).
5.3. Методы определения стабильности и трансформации:
• физико-химические;
• органолептические;
• тестирование на биообъектах.
5.3.1. При наличии химико-аналитических методов целесообразно не только количественно установить убыль вещества, но и идентифицировать продукты трансформации. Особенно важно определить, происходит ли разрушение (деструкция) или изменение строения вещества (появление новых радикалов, превращение в соль и т. д.) без разрушения исходной молекулы. Такие изменения требуют особого внимания при оценке опасности продуктов трансформации.
Изменение перманганатной, бихроматной окисляемости также может дать представление о степени деструкции вещества.
5.3.2. Органолептические исследования проводятся в соответствии с разделом 6.
5.3.3. Биотестирование растворов исходного вещества и продуктов трансформации проводится согласно общепринятой методики [2].
5.4. Изучение стабильности необходимо проводить в унифицированных условиях.
Таблица 5.2
Гигиеническая классификация веществ по стабильности
|
|
|
При |
По биоразлагаемости |
|
|
|
Класс стабильности |
Естественное самоочищение ??1/2 |
фиксированном времени действия деструктирующего фактора (УФО, кипячение и т. п.), % деструкции |
?? индукции активного ила, сут. |
??1/2 разложения неадаптированным или адаптированным активным илом, ч |
Гигиеническая оценка |
|
1. Чрезвычайно стабильные вещества |
> 15 суток |
< 40 |
> 25 |
> 4,33 |
Нормирование исходного вещества с К3=10, класс опасности уменьшается на 1 |
|
2. Стабильные вещества |
1—15 суток |
40—80 |
3—25 |
> 1,5—4,33 |
Нормирование исходного вещества с К3=5 |
|
3. Малостабильные вещества |
1—24 часа |
81—95 |
3—10 |
0,22—1,5 |
Нормирование исходного вещества и продуктов его трансформации |
|
4. Нестабильные вещества |
< 60 мин |
> 95 |
< 3 |
< 0,22 |
|
Растворы веществ готовятся на дехлорированной водопроводной воде. Исходная концентрация зависит от метода определения. При химико-аналитическом определении исходная концентрация ?? 10 ПДК, при органолептическом - исходная концентрация должна создавать изменение органолептических свойств интенсивностью 4—5 баллов, при биотестировании концентрации должны быть близкими CL50 исходного вещества для изучаемого тест-объекта. Выбор интенсивности и длительности воздействия трансформирующих факторов определяется решением двух задач.
При максимальном воздействии выясняют, вызывает ли этот фактор уменьшение содержания вещества, и какие продукты трансформации образуются при максимальном разрушении вещества. Если в этих условиях не обнаруживается эффект трансформации, исследования прекращаются. При иных результатах исследуется действие факторов, по интенсивности близкое к реальному.
5.4.1. Изучение влияния ультрафиолетового облучения проводят в кварцевом стакане объемом 0,75 л. Мощность ультрафиолетовой лампы - 6 квт, расстояние от освещаемой поверхности воды 15 см, объем раствора 0,5 л, время воздействия - 3 часа. Критерий оценки - процент деструкции за исследуемый период времени .
5.4.2. Влияние озонирования изучается в реакторе с механической мешалкой. Осушенный воздух пропускается через озонатор и с помощью барботера - через исследуемый раствор. Напряжение в озонаторе - 8 кВт. Скорость подачи озона в раствор - 18 мг/час. Длительность воздействия - 3 часа и/или 30 минут. Контроль за содержанием озона в воде - иодометрический, концентрация озона в растворе 0,5—1,5 мг/л, остаточный озон - 0,1—0,3 мг/л. Для летучих веществ воздействие озонирования оценивается путем смешения с водой, содержащей 0,5—1,5 мг/л озона.
Критерий оценки - процент деструкции вещества.
5.4.3. Гидролиз при кипячении изучается в растворах, приготовленных на дистиллированной воде. Кипячение в течение 2-х часов и/или 5 мин с обратным холодильником. Критерий оценки процент деструкции вещества за время воздействия.
5.4.4. Изучение влияния хлорирования на структуру вещества проводится согласно [3]. Начальная концентрация хлора - 3 мг/л, при перхлорировании - 10 мг/л. Максимальное время воздействия 2 часа. Можно определять дополнительно воздействие хлора через 15, 30 и 60 мин.
5.5. Класс опасности веществ по стабильности определяется последовательно на основании комплексной оценки по табл. 5.2. В качестве лимитирующего показателя стабильности химического агента принимается ??1/2 в модельном водоеме или показатели биоразлагаемости. Оценка опасности продуктов трансформации - по результатам опытов с дополнительными деструктирующими факторами.
5.6. Для веществ 3 и 4 классов стабильности на первое место выступает сравнительная оценка опасности исходного вещества и продуктов трансформации.
5.7. Если вещество разлагается с образованием ранее не нормированных в воде компонентов, помимо ПДК исходного соединения обосновываются нормативы и для продуктов его трансформации.
Определение пороговых концентраций по влиянию веществ
на органолептические свойства воды
Органолептические свойства воды - воспринимаемая рецепторами человека совокупность показателей качества воды: запах, привкус, окраска, прозрачность (мутность), наличие пленок или пены на поверхности воды, посторонних включений, плавающих примесей, осадка. Многие вредные вещества способны изменять органолептические свойства воды, поэтому более чем для половины изученных веществ эти свойства были определяющими при установлении их ПДК в воде.
Целью изучения влияния веществ на органолептические свойства воды является установление пороговых концентраций (ПКорг.) по этому признаку вредности с использованием различных методов: полуколичественных - для оценки интенсивности восприятия запаха (привкуса) в баллах и более объективных количественных на основе альтернативных оценок.
6.1. Объем исследований зависит от свойств вещества. Если по результатам полуколичественной оценки вещество или продукты его трансформации незначительно изменяют органолептические свойства воды, и можно предположить, что органолептический признак вредности не будет лимитирующим в установлении величины ПДК, нет необходимости переходить к количественным методам оценки. Если влияние на один из органолептических показателей заведомо более выражено, необязательно оценивать количественно другие показатели органолептической активности. Оценка запаха с провоцированием хлорирования необходима только в том случае, когда строение и свойства вещества позволяют предположить способность к образованию хлорпроизводных соединений. При образовании продуктов трансформации, не нормированных ранее и обладающих более выраженным, чем исходное вещество, влиянием на органолептические свойства воды, проводятся самостоятельные эксперименты по установлению для них пороговых концентраций по органолептическому признаку вредности.
Оценка интенсивности изменений органолептических свойств осуществляется людьми (дегустаторами), предпочтительно специалистами, имеющими опыт в данной области, нежелательно участие курящих лиц.
