Диссертация (Мониторинг хлорирования воды хозяйственно-питьевого назначения и поиск путей снижения содержания галогенорганических соединений в питьевой воде)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Уфимский государственный нефтяной технический университет»На правах рукописиМалкова Мария АлександровнаМОНИТОРИНГ ХЛОРИРОВАНИЯ ВОДЫ ХОЗЯЙСТВЕННОПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ПОИСК ПУТЕЙ СНИЖЕНИЯСОДЕРЖАНИЯ ГАЛОГЕНОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ВПИТЬЕВОЙ ВОДЕСпециальность 03.02.08 – Экология (в химии и нефтехимии)Диссертация на соискание ученойстепени кандидата химических наукНаучный руководительдоктор химических наукпрофессор Кантор Е.А.Уфа – 2019ОглавлениеСписок сокращений ................................................................................................ 4ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................

5ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ ХЛОРОМ .................. 9(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) ........................................................................................ 91.1 Методы хлорирования воды ............................................................................ 91.2 Предшественники образования тригалогенметанов ................................... 141.4 Факторы, влияющие на образование ТГМ ................................................... 181.5 Влияние ТГМ на здоровье человека ............................................................. 201.6 Описание источника водоснабжения г. Уфы ............................................... 25ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ....................................

282.1 Определение содержания летучих галогенорганических соединенийгазожидкостной хроматографией ........................................................................ 292.2. Методология прогнозирования ТГМ в питьевой воде ............................... 312.2.1 Ранжирование по содержанию компонентов ТГМ и временнымпериодам.................................................................................................................

322.2.2 Анализ временных рядов............................................................................. 332.2.3 Корреляционно-регрессионный анализ ..................................................... 352.3 Оценка канцерогенного и неканцерогенного рисков .................................. 372.2.4 Содержание эксперимента по оценке возможности сниженияконцентрации броморганических ТГМ .............................................................. 41ГЛАВА 3 МОНИТОРИНГ ХЛОРИРОВАННОЙ ВОДЫ ХОЗЯЙСТВЕННОПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ ............................................................................. 44(РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ) .............................................................

443.1 Оценка загрязненности тригалогенметанами водоисточника .................... 443.2 Оценка загрязненности ТГМ питьевой воды ............................................... 483.2.1 Ранжирование ТГМ по временным периодам .......................................... 523.2.2 Метод сезонной декомпозиции .................................................................. 583.3 Моделирование прогнозирования концентрации ТГМ .............................. 6323.3.1 Моделирование содержания ТХМ в зависимости от времени ................ 643.3.2 Выявление связи между содержанием ТГМ и дозой хлора.....................

713.3.3 Прогнозирование содержания ТГМ и компонентов на основе учетаобобщенных показателей качества воды ............................................................ 823.3.3.1 Прогнозирование ТГМ на основе учета обобщенных показателейкачества воды (ПВ) ............................................................................................... 843.3.3.2 Прогнозирование содержания ТГМ на основе средних месячныхзначений обобщенных показателей качества воды (ПВ) ..................................

863.3.3.3 Зависимость концентрации ТХМ от дозы хлора, мутности, цветностии окисляемости (ИВ2) ........................................................................................... 883.3.3.4 Зависимость суммарной концентрации ТГМ от дозы хлора, мутности,цветности и окисляемости (ИВ2) ........................................................................ 913.3.3.5 Зависимость суммарной концентрации ТГМ(Cl) от дозы хлора,мутности, цветности и окисляемости (ИВ2) ...................................................... 933.3.3.6 Зависимость дозы хлора от мутности, цветности и окисляемости(ИВ2) ....................................................................................................................... 953.3.3.7 Прогнозирование ТГМ на основе учета обобщенных показателейкачества воды и расхода воды (ИВ2) ..................................................................

983.3.3.8 Прогнозирование содержания ТГМ на основе средних месячныхзначений обобщенных показателей качества воды (ИВ2) ................................ 993.3.4 Прогнозирование ТГМ с учетом смещения временных рядов ............. 1023.4Сопоставлениекачествапитьевойводыпосодержаниютригалогенметанов с заболеваемостью населения ..........................................

1103.5 Оценка канцерогенного и неканцерогенного рисков здоровью населения,потребляющего питьевую воду ......................................................................... 1213.5.1 Оценка канцерогенного риска .................................................................. 1253.5.2 Оценка неканцерогенного риска .............................................................. 1353.6 Оценка возможности снижения степени образования броморганическихсоединений ...........................................................................................................

1373.6.1 Содержание и результаты эксперимента ................................................. 138ВЫВОДЫ ............................................................................................................. 143Список литературы ............................................................................................. 1463Список сокращенийТГМ – тригалогенметаны;ГВ – гуминовые вещества;ГК – гуминовые кислоты;ФК – фульвокислоты;ПОВ – природное органическое вещество;ООУ – общий органический углерод;ПВХ - поливинилхлорид;ПЭВД - полиэтилен высокого давления;ГУК – галогенуксусные кислоты;ТХМ – хлороформ (трихлорметан);БДХМ – бромдихлорметан;ДБХМ – дибромхлорметан;ТБМ – бромоформ (трибромметан);МАИР - Международное агентство по изучению рака;ВОЗ - Всемирная организация здравоохранения;ВЗ – водозабор;ИВ – инфильтрационный водозабор;ПВ – поверхностный водозабор;РЧВ – резервуар чистой воды;ГСС – галогенсодержащие соединения;ГСО - Государственные стандартные образцы;ДЭЗ - детектор электронного захвата;ЛГС - летучие галогенорганические соединения;СС – среднегодовое;СК – скользящее среднее;СМ – среднемноголетнее;ЗНО - злокачественные новообразования;БК - болезни крови;ЭЗ - эндокринные заболевания;БСК - болезни системы кровообращения;БОД - болезни органов дыхания;БОП - болезни органов пищеварения;КБ - кожные болезни;БОДА - болезни опорно-двигательного аппарата;БМПС - болезни мочеполовой системы;ВУ - врожденные уродства;КР – канцерогенный риск.4ВВЕДЕНИЕАктуальность темы.

Качество питьевой воды часто не удовлетворяетпринятым в Российской Федерации нормам. Высокая антропогенная нагрузкана водные объекты приводит к ухудшению качества воды водоисточника.Одним из наиболее важных требований к качеству воды хозяйственнопитьевого назначения относят отсутствие возбудителей инфекционных,паразитарных заболеваний и глистных инвазий. Поэтому возникаетнеобходимость их обезвреживания. Хлорирование является наиболеераспространенным и надежным методом обеззараживания питьевой воды.Однако такой способ приводит к образованию продуктов хлорирования –галогенорганических соединений, - большая часть которых приходится натригалогенметаны (ТГМ).

В эту группу соединений относят хлороформCHCl3 (ТХМ), бромдихлорметанCHBrCl2 (БДХМ), дибромхлорметанCHBr2Cl (ДБХМ) и бромоформ CHBr3 (ТБМ).Компоненты ТГМ могут оказывать существенное негативное влияниена здоровье населения. Они обладают полиморфизмом токсическогодействия и способностью вызывать отдаленные эффекты, напримерканцерогенез. Большой интерес к качественному и количественномусодержанию ТГМ в питьевой воде обусловлен как особенностямивоздействия веществ этой группы на организм человека, так и массовостьюнаселения в России и за рубежом, потребляющего и использующего втечениемногихлетпитьевуюводу,технологическийпроцессобеззараживания которой включал стадию хлорирования.Работа выполнена при финансовой поддержке:•РГНФ, проект «Эколого-гигиеническая оценка влияния качества водына здоровье населения (на примере г. Уфы)» №15-16-02009/15, №15-1602009/16;•грант Академии наук Республики Башкортостан молодым ученым имолодежным научным коллективам в 2017 году, проект «Роль Павловского5водохранилища в формировании химического состава воды реки Уфа понекоторым показателям качества воды»;•Государственное задание №5.12863.2018/8.9, проект «Разработкасистемы идентификации и количественного анализа экологических рисков,возникающих при водоснабжении крупной городской агломерации».Целью работы является мониторинг ТГМ в воде хозяйственнопитьевого назначения (на примере поверхностного и инфильтрационныхводозаборов г.

Уфы).Для достижения поставленной цели в работе решались следующиезадачи:▪мониторинг содержания компонентов ТГМ в питьевой воде;▪сопоставление результатов мониторинга, полученных для водозаборовповерхностного и инфильтрационного типов;▪оценка возможности прогнозирования качества питьевой воды посодержанию ТГМ и компонентов;▪исследованиевзаимосвязимеждукачествомпитьевойводы,определяемым содержанием ТГМ, с заболеваемостью населения;▪оценкаканцерогенногоинеканцерогенногорисковздоровьюнаселения, связанных с потреблением хлорированной питьевой воды;▪оценка образования броморганических ТГМ при хлорировании воды сиспользованием электролиза раствора хлорида натрия, и поиск путейснижения бромсодержащих ТГМ в питьевой воде.Научная новизна:Наоснованииматематическойобработкиданныхмноголетнихнаблюдений (1995-2017гг.) установлено, что вклад детерминированныхкомпонент в изменчивость содержания компонентов ТГМ в питьевой водеповерхностного и инфильтрационных водозаборов г.