Органический углерод: гигиеническое регламентирование и гармонизация

13.12.2019, 00:09 | Новые статьи | Авторы: КУЗЬМИНА Елена Анатольевна, КУЗНЕЦОВ Евгений Олегович, АКРАМОВ Расик Либабович

УДК 614.7:546.26.027:547

Настоящая статья посвящена возможности использования общего органического углерода в качестве нормируемого показателя в питьевой воде, а также вопросам гигиенического регламентирования и гармонизации этого показателя с нормативом других государств. Результаты исследований позволяют предложить в качестве наиболее информативного и достоверного индикаторного показателя наличие органических веществ в питьевой воде «Содержание общего органического углерода».

Ключевые слова: органический углерод, нормируемые показатели, питьевая вода, гигиеническое регламентирование.

Обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является одной из важнейших задач государства, направленных на поддержание и защиту здоровья населения. В условиях обострения экологической обстановки, интенсивного загрязнения как поверхностных, так и подземных централизованных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения техногенными продуктами хозяйственной деятельности человека, резкого увеличения химического разнообразия загрязняющих соединений становится актуальной необходимость контроля воды водоисточников и питьевой воды на всех стадиях процесса водоподготовки с привлечением современных методов лабораторного контроля.

Основными источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения крупных населенных пунктов в Уральском регионе являются поверхностные водоемы. В настоящее время воды поверхностных источников загрязнены органическими веществами как природного, так и антропогенного происхождения.

Во многих территориях в процессе водоподготовки для дезинфекции питьевой воды традиционно используют хлор или другие хлорсодержащие дезинфицирующие средства, которые при взаимодействии с органическими веществами образуют токсичные продукты трансформации, форма и количество которых в основном зависят от содержания в воде органических соединений.

Достаточно перспективным индикаторным показателем, отражающим общее содержание в воде органических веществ, является общий органический углерод A ООУ (Total organic carbon A TOC).

В Европейском союзе (ЕС), согласно Директиве 98/83/ЕС Совета «О качестве воды, предназначенной для употребления людьми» [1], ООУ (ТОС) выступает в роли индикаторного показателя. В документе не указано конкретное значение данного показателя, однако обозначено, что не должно быть аномальных изменений уровня ООУ. В случае изменения содержания ООУ необходимо проведение дополнительного мониторинга отдельных органических соединений. Данная директива распространяется на воду природную или после обработки, поступающую в распределительную сеть, а также из цистерны (бутылок, контейнеров), либо индивидуального источника производительностью более 10 м3 и обслуживающего более 50 человек. Способ обработки воды не уточняется.

В США Агентством по охране окружающей среды (EPA) принято содержание ООУ на уровне 4 мг/л в качестве предела для образования тригалогенметанов в «сырой» питьевой воде, подлежащей хлорированию. В Канаде (Британская Колумбия), согласно директиве [2], для воды, прошедшей обеззараживание хлорированием, установлено значение органического углерода 4 мг/дм3. Рекомендуемое значение - 2 мг/дм3. В Японии установлен стандарт на ООУ для питьевой воды независимо от способа очистки - 3 мг/дм3 [3].

В Российской Федерации органический углерод является одним из показателей качества бутилированной воды согласно СанПиН 2.1.4.1116A 2002 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». Для воды высшей категории предельное значение органического углерода составляет 5 мг/дм3, для воды первой категории - 10 мг/дм3. В отношении воды централизованного водоснабжения данный норматив не установлен [4].

Одним из наиболее сложных и важных вопросов в системе обеспечения и контроля качества питьевой воды является количество и состав контролируемых показателей, определяющих в совокупности интегральную качественную оценку воды, ее безопасность и безвредность для человека.

Содержание органических веществ в воде характеризуется показателями окисляемости воды, биохимической потребности в кислороде, содержания органического углерода. Перманганатная окисляемость (ПО) измеряется в единицах массы иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление органических соединений, химическое потребление кислорода (ХПК) - количество кислорода, требуемого для химического окисления соединений в воде при использовании сильного окислителя (в большинстве стандартных методов - бихромат калия).

Помимо органических соединений в показатель ХПК и ПО также могут входить образовавшиеся в результате химических взаимодействий нитриты, бромиды, иодиды, некоторые оксиды металлов и кислородсодержащие соединения серы. Ни один из этих методов не дает представления о количестве нахождения органического и неорганического углерода в объекте анализа.

Кроме того, некоторые органические молекулы (например, бензол и его производные) относительно устойчивы к бихроматному окислению и могут давать ошибочно низкое значение ХПК. Биохимическое потребление кислорода (БПК) - показатель, определяемый при окислении органических веществ природных вод не химическими веществами, а биохимическими воздействиями микроорганизмов в аэробных условиях. При определении БПК5 окисляется примерно 70% легкоокисляющихся органических веществ, за 10-20 суток - соответственно 90 и 99% [5].

По сравнению с ПО, ХПК и БПК инструментальный метод определения ООУ наиболее информативен и имеет значительные преимущества: прямой способ определения ООУ, значительная экономия трудозатрат на выполнение анализа (автоматизация процесса, время определения - 3A 15 мин.), высокая достоверность результатов (отсутствие мешающих влияний) и минимальная пробоподготовка (фильтрование, дегазирование).

В целях обоснования новых эффективных и безопасных для здоровья методов водоподготовки питьевой воды, прогноза образования побочных продуктов ее обеззараживания, оценки возможности использования различных вариантов смешивания воды источников, гармонизации методов установления нормируемых значений и подходов к их контролю на базе ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора совместно с МУП «Водоканал» г. Екатеринбурга и ФБУЗ ЦГ и Э в Свердловской области выполняется научная тематика в рамках утвержденной отраслевой программы «Гигиеническое обоснование минимизации рисков для здоровья населения России» до 2015 года по разработке норматива по общему органическому углероду в исходной воде источника хозяйственно-питьевого водоснабжения и питьевой воде.

В рамках выполнения отраслевой программы на первом этапе планировалось решение следующих задач:
- научный поиск данных о нормируемых значениях ООУ в международной практике;
- сбор и сравнительный анализ данных мониторинга по ООУ, ХПК, БПК и ПО за трехлетний период в воде источников централизованного питьевого водоснабжения и после процессов водоподготовки.

Материалы и методы

Объектом исследования являлась вода источников и вода после водоподготовки. В распределительную сеть г. Екатеринбурга питьевая вода поступает с трех станций с различными схемами водоподготовки: Западной фильтровальной станции (ЗФС), Головных сооружений водопровода (ГСВ) и фильтровальной станции «Сортировочная» (ФСС). Поверхностная вода поступает на ЗФС из Волчихинского водохранилища, на ФСС - из Верх-Исетского водохранилища, на ГСВ - смешанная вода в разном соотношении.

На базе центральной лаборатории МУП «Водоканал» г. Екатеринбурга еженедельно отбирались пробы воды источников и после водоподготовки для определения показателей ООУ, ПО, ХПК и БПК. ООУ определялся согласно действующей методике ГОСТ Р 52991-2008 «Вода. Методы определения содержания общего и растворенного органического углерода» на анализаторе общего углерода TOC VCPH фирмы Shimadzu Corporation. ПО, ХПК и БПК A по стандартизированным методикам [6,7,8]. Полученные результаты позволяют в сравнении рассмотреть сезонные изменения данных показателей, а также установить взаимосвязи между ними.

Результаты и обсуждение

Среднее значение содержания ООУ в исходной воде ЗФС равно 9,23 мг/дм3, ГСВ - 9,62 мг/дм3, ФСС - 10,83 мг/дм3. Стоит отметить, что в целом уровень ООУ в Волчихинском водохранилище ниже на 10-20% в зависимости от сезона, чем в Верх-Исетском водохранилище.

Увеличение содержания ООУ в исходной воде ЗФС, ГСВ и ФСС в период с июня по сентябрь связано главным образом с активизацией жизнедеятельности фитопланктона - массовым развитием и последующим отмиранием, в основном, сине-зеленых водорослей. Это подтверждают и совмещенные графики, характеризующие изменение ООУ и ПО.

Средние значения содержания ООУ в воде перед подачей в разводящую сеть составляют 5,24 мг/дм3 (ЗФС), 5,85 мг/дм3 (ГСВ) и 7,46 мг/дм3 (ФСС). В среднем, в зависимости от сезона, в процессе водоподготовки снижение уровня ООУ происходит на 15-35% по сравнению с водой источника. Вода после водоподготовки имеет гораздо меньшие колебания уровня ООУ по сравнению с водами поверхностных источников, что говорит об эффективности процесса очистки воды в отношении органических веществ.

Пиковые значения на графиках приходятся на лето и осень и обусловлены аномально стабильным антициклоном на территории Свердловской области. Кривые, характеризующие ХПК, практически не отражают изменение суммарного содержания органических веществ в воде.

По результатам статистической обработки данных за три года можно отметить, что содержание ООУ сильно коррелирует с ПО как в отношении воды источника, так и воды после водоподготовки. Оценки содержания ООУ и БПК5 хорошо коррелируются в исходной воде ЗФС, не так сильно для исходной воды ГСВ. В воде, поступающей на ФСС, положительная линейная связь между содержанием ООУ и БПК5 практически отсутствует. Для показателей ООУ и ХПК отмечается слабая линейная зависимость.

Выводы

1. Литературный поиск нормативных значений в международной практике для питьевой воды показал, что средние значения ООУ установлены в пределах от 2 до 4 мг/дм3.
2. Уровень ООУ после водоподготовки снижается до 35% и в среднем составляет 6 мг/дм3.
3. По данным трехлетнего еженедельного мониторинга выявлена четкая зависимость подъема уровня ООУ в летний период, что, вероятно, обусловлено активизацией жизнедеятельности фитопланктона.
4. Результаты мониторинга показателей, косвенно характеризующих содержание органических соединений в питьевой воде (ХПК, БПК, ПО) в сравнении со значениями ООУ, не отражают их истинного содержания и тем самым снижают свою информативность и представление об образовании побочных продуктов водоподготовки.
5. Полученные результаты явились обоснованием для подготовки расширенной программы годового мониторинга показателей качества воды источника и после водоподготовки на трех станциях с различными вариантами смешивания воды для целей установления ноормативного значения ООУ в Российской Федерации.

Литература:
1. Council Directive 98/83/EC of 3 November 1998 on the quality of water intended for human consumption.
2. Ambient Water Quality Guidelines for Organic Carbon in British Columbia, Canada.
3. Drinking Water Quality Standards in Japan, Ministry of Health, Labour and Welfare, April 2010.
4. SanPin 2.1.4.1074-01. Drinking water Hygienic requirements for water quality of centralized drinking water supply.
5. Water: A Handbook. / Ed. Ph.D., member of the Academy of Industrial Ecology, SE Belikov. Moscow: Aqua-Therm, 2007. - 240.
6. PND F 14.1:2:4.154-99. Quantitative chemical analysis of the water. Methods for measuring the permanganate oxidation in samples of drinking, natural and waste water.
7. PND F 14.1:2:4.190-03. Methods of determining the dichromate oxidation (chemical oxygen demand) in samples of natural, drinking and waste water photometric method using liquid analyzer.
8. PND F 14.1:2:3:4.123-97. Methods for measuring values of biochemical oxygen demand after n-days incubation (BPKpoln.) in the surface of fresh, ground (ground), drinking water, waste and effluent.
9. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения.
10. Водоподготовка: Справочник. /Под ред. д.т.н., действительного члена Академии промышленной экологии С.Е. Беликова. М.: Аква-Терм, 2007. - 240 с.
11. ПНД Ф 14.1:2:4.154-99. Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений перманганатной окисляемости в пробах питьевых, природных и сточных вод.
12. ПНД Ф 14.1:2:4.190-03. Методика определения бихроматной окисляемости (химического потребления кислорода) в пробах природных, питьевых и сточных вод фотометрическим методом с применением анализатора жидкости.
13. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97. Методика выполнения измерений величины биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн.) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах.

The organic carbon: issues of hygienic regulation and harmonization

This study is devoted to the investigation of possibility to use the total organic carbon as standard indicator for drinking water as well as to the issues of hygienic regulation and harmonizing this indicator to the standards of other countries. Basing on the results of 3 years lasting investigation carried out by Municipal Unitary Enterprise «Vodokanal» (Yekaterinburg) we would like to propose the Content of Total Organic Carbon as the most informative and reliable indicator of organic substances presence in drinking water. Moreover, we compare this indicator with the cur- rently valid ones like as permanganate value, chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand.

Keywords: organic carbon, normalized indicators, potable water, hygienic regulation.

Kuzmina Elena Anatolyevna, director of the Ekaterinburg medical research center for prophylaxis and health protection of industrial workA ers. 620014, Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Popova ul., 30. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Kuznetsov Evgeny Olegovich, researcher of the Laboratory of hygiene of water and sanitary protection of water bodies Department of enviA ronmental health and human ecology. Ekaterinburg medical research center for prophylaxis and health protection of industrial workers. 620014, Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Popova ul., 30. Е-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Akramov Rasik Libabovich, the chief specialistAthe expert of Department of supervision of the state of the environment and living condiA tions of the office of Rospotrebnadzor in the Sverdlovsk region. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Журнал «Вода Magazine», №1 (101), 2016 г.