Гигиеническая эффективность очистки воды от n-нитрозосоединении

Аннотация

Изучены влияние некоторых приемов улучшения качества воды (осветления, хлорирования, озонирования) на очистку ее от N-нитрозаминов (НА) и степень стабильности последних в воде водоемов. Показана высокая эффективность применения угольных фильтров и озонирования как методов обезвреживания воды, загрязненной НА. Продукты озонирования НА не обладали способностью индуцировать опухоли у животных в отличие от исходных НА.

Полный текст

В последние годы установлено, что канцерогенные N-нитрозамины (НА) широка распространены в окружающей человека среде. Обнаружены они и в воде водоемов [6, 7]. Настоящая работа преследовала цель установить эффективность некоторых методов улучшения качества воды в обезвреживании содержащихся в ней НА.

Степень опасности, создаваемой поступлением в водоем химических соединений,, в значительной мере определятся стабильностью их в водной среде. Сравнительную стабильность диметил и диэтилнитрозамина (ДМНА, ДЭНА), дифенилнитрозамина (ДФНА), нитрозоморфолина (НМ) и нитрозопиперидина (НП) мы изучали в условиях, максимально приближенных к природным: в модельных водоемах емкостью 20 л заполненных прудовой водой, с использованием в качестве донных отложений речного, песка. УФ-радиацию солнца и неба имитировали эритемной частью УФ-спектра лампы ЛЭ-30 при среднедневной дозе облучения в 9,8 Вт/м²/ч [1]. НА определяли газохроматографическим [13] и кинетическим методами анализа с применением метода прямой спектрофотометрии. Исследовали концентрации НА от 1 мкг/л до 10 мг/л. Наблюдения продолжали в течение 35 сут.

Стабильность некоторых НА в модельных водоемах (исходная концентрация 10 мг/л)

НА	Число атомов' С	Период полураспада, сут
ДМНА	2	15
НМ	4	9
ДЭНА	4	8
НП	5	7
ДФНА	12	5

Анализ полученных данных (см. табл. 1) показал, что НА способны длительноевремя сохраняться в воде (до 15 сут и более). При этом отмечается разница в стабильности НА, зависящая, по-видимому, от¹ строения углеводородного радикала и числа атомов углерода в нем. Динамцка изменения исходных концентраций НА во времен» описывается экспоненциальной кривой уравнения первого порядка: С_г = С_о • е—^гЬ и характерна для всех испытанных в опыте концентраЦий.

Стабильность НА в концентрации 10 мг/л не зависит от активной реакции среды,, температуры в диапазоне от +4 до 4-37° С, донных отложений и сапрофитной микрофлоры, что дает основание предполагать в качестве основного механизма деструкции НА в воде процесс фотогидролиза.

Так как цветность и мутность большинства водоемов достаточно высоки, скорость естественного фотогидролиза может оказаться недостаточной для эффективного самоочищения водоемов от поступивших в них НА. В связи с этим важное значение приобретает изучение барьерной функции в отношении НА водопроводных очистных сооружений, в том числе исследование процессов трансформации, способных привести к появлению в питьевой воде качественно новых соединений [2].

При проведении этих исследований мы применяли схему С. Н. Черкинского и соавт. (1970, 1972). В опытах использовали воду с заданными показателями цветности (60—80°), мутности (5С0 мг/л), прозрачности (1—3 см), щелочности' (2—2,4 мг/л) и pH (7)2—7,3), характерных для естественных водоемов. В качестве коагулянтов испытывали сернокислый алюминий, полиакриламид (ПАА) и флокулянт ВА-2. Фильтрование осуществляли через слой крупнозернистого песка, взятого с фильтров водопроводной станции. Скорость фильтрации поддерживали на уровне4,5—5,0 м/ч.

Результаты опытов (по 3 серии с каждым веществом) позволяют сделать вывод о практически полном отсутствии задержки НА на этапах осветления — коагуляции,, отстаивания и фильтрации на песчаных фильтрах — при условии использования всех трех применяемых в практике водоподготовки флокулянтов. В связи с этим особое внимание было уделено изучению сорбционной способности фильтров с угольной загрузкой (активированный уголь АГ-4) до 50 см. Констатирована высокая способностьфильтров с активированным углем задерживать НА в больших концентрациях. Достаточно отметить, что эффективность обезвреживания воды, содержащей ДЭНА в концентрации 250 мг/л, составила 99,2%. Даже при использовании концентраций НА порядка 1 мкг/л эффективность задержки ДМНА и ДЭНА угольными фильтрами все еще оставалась достаточно высокой — до 58,9%.

Следующим этапом оценки барьерной функции водопроводов явилось изучениеметодов обеззараживания (обезвреживания) воды, применяемых на последней стадии подготовки питьевой воды: хлорирования и озонирования.

В качестве источника хлора использовали» хлорную воду с высоким содержанием: свободного хлора (2,0—2,2 г/л).

Анализ результатов хлорирования водных растворов ДМНА, ДЭНА и ДФНА в концентрациях 2—10 мг/л дозами хлора, принятыми в практике (1,0—5,0 мг/л), показал, что эффективность хлорирования как метода обезвреживания НА колебалась для разных НА в незначительном диапазоне и в среднем составила 3,9%, что практически равно ошибке метода. Применение повышенных доз хлора (1,0—1,5 г/л) обеспечило значительное повышение степени деструкции НА — эффективность обезвреживания достигала 98,9% и выше.

Одним из наиболее перспективных методов обезвреживания воды в настоящее время является озонирование. Мы проводили его на установке лабораторного типа, собранной по схеме Ю. В. Филлипова и Ю. М. Емельянова (1957). Водные растворы НА в концентрациях 2—10 мг/л озонировали в течение 3—10 мин дозами озона 3—40 мг/л.

Таблица 2

Сравнительная озоноустойчивость некоторых НА (п = 3; М+ш)

8 ч <М S	к	Исходная концентрация НА, мг/л	Время контакта озона с НА	Количество оставшегося НА, мг/л	IX . К О чг о 5L tl ft	Время контакта озона с НА	Количество оставшегося НА, мг/л	5
3,0	ДМНА ДЭНА ДФНА	2,35 2,31 2,14	3 мин	1,89+0,23 1,78+0,16 1,59+0,19'	19,4 23,1 25,6	10 мин	1,49+0,26 1,31+0,19 1,04+0,23	36,4 43,2 51,3
	ДМНА	2,35		1,85+0,15	20,2		1,06+0,25	55,4
10,0	ДЭНА	2,31	3 мин	1,64+0,22	27,4	10 мин	0,92+0,29	59,2
	ДФНА	2,14		1,53+0,18	28,3		0,75+0,31	64,9

Установлено выраженное деструктивное действие озона на НА: эффективность озонолиза достигала в условиях эксперимента 19,4—64,9% (см. табл. 2.)

В силу все 5олее широкого внедрения озонирования как метода очистки производственных сточных вод представляло интерес изучение применения озона для обезвреживания воды, содержащей повышенные концентрации НА. Опыты показали, что применение озона в дозе 10 мг/л при увеличении времени контакта озона с обрабатываемой водой до нескольких часов обеспечивает практически полную очистку воды от содержащихся в ней НА в концентрации, достигающей 400С мг/л. Отмечено также, что pH среды 11,0—11,5 увеличивает эффективность озонирования, позволяя значительно сократить время воздействия озона.

В процессе хлорирования и озонирования водных растворов НА наблюдалосьпоявление и накопление в обрабатываемой воде продуктов трансформации этих соединений, что выражалось на спектрбфотои газохроматограммах в дополнительных пиках. В связи с этим было необходимо изучить биологические сво'йства образовавшихся соединений, чтобы определить степень опасности их присутствия в воде. Сравнительное изучение общетоксических свойств ДМНА и ДЭНА, а также продуктов их деструкции мы проводили как в острых опытах, так и в условиях подострого эксперимента на беспородных крысах. Оказалось, что в процессе хлорирования и озонирования по мере разрушения НА и накопления продуктов их окисления острая токсичность растворов НА прогрессивно снижалась. Конечные продукты деструкции были в 17—41 раз менее токсичными, чем исходные вещества.

При оценке кумулятивных свойств НА и продуктов их деструкции мы провели сравнение функциональных сдвигов, происходящих под влиянием относительно длительного поступления в организм подопытных животных ДМНА и ДЭНА, а такжепродуктов их хлорирования и озонирования, взятых в эквивалентных количествах. В условиях подострых опытов установлено, что ДМНА и ДЭНА обладают выраженной способностью к функциональной кумуляции. Так, они вызвали уменьшение количества эритроцитов и гемоглобина, а также влияли на функциональное состояние печени, что выражалось в увеличении активности в сыворотке крови сорбитолдегидрогеназы, уроканиназы и лейцинаминопептидазы. В отличие от исходных НА продукты их озонирования, вводимые в эквивалентных количествах, не оказывали влияния на организм подопытных животных, следовательно, не обладали способностью к функциональной кумуляции.

Для сравнительного изучения бластомогенных свойств НА и продуктов их трансформации были использованы самцы мышей СВАхС₅7 BL (Fi), которым в течение года перорально 3 раза в неделю вводили как ДМНА и ДЭНА, так и продукты их хлорирования и озонирования в эквивалентных количествах. Всего каждое животное получило 206+18 мг/кг ДМНА и 2160±120 мг/кг ДЭНА. Результаты эксперимента показали существенное уменьшение бластомогенной активности у продуктов озонирования НА; у продуктов хлорирования ДМНА и ДЭНА бластомогенная активность снизилась в меньшей степени.