Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Гигиеническая оценка природных цеолитов Сибири, используемых в технологии получения питьевой воды

Г* ь"'"

• ; ; /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОГО НАДЗОРА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт гигиены, им. Ф. Ф. Эрисмана

На правах рукописи

ШЕВЫРЕВ ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ СИБИРИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

14.00.07 — «Гигиена»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва — 1992

Работа выполнена в Институте комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний СО РАМН.

Научный руководитель: академик Академии естественных наук, Российской Федерации, член-корреспондент РАМН, профессор Ю. В. Новиков.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук

Р. Д. Смирнова, доктор медицинских наук, профессор В. В. Влодавец

Ведущее учреждение: Институт общей и коммунальной гигиены РАМН им. Н. Н. Сысина.

Защита диссертации состоится «_» -

__ 1992 г. в___часов на заседании

специализированного совета Д.084.05.01 при Московском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана (141000, Московская область, г. Мытищи, ул. Семашко, 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского НИИ гигиены им Ф. Ф. Эрисмана.

Автореферат разослан «-»__—-- 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор медицинских наук,

профессор А. А. Комарова.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последние годы в связи с интенсификацией промышленного и сельскохозяйственного производства {Юль водных ресурсов постоянно возрастала. Увеличение темпов потребления воды привело к еще более интенсивному использование поверх -ностных водоёмов для удовлетворения нужд населения и народного хозяйства.

Особенно остро проблемы снабжения населения доброкачествен -ной питьевой водой стоят в крупных промышленных районах с сильно развитой металлургической, химической, угольной промышленность« , где вода поверхностных, а зачастую и подземных водоисточников испытывают на себе массивное антропо-Техногенное воздействие, де -лаощее невозможным потребление такой воды без специальных методов очистки. Поэтому в этих раГонах, где опасность загрязнения водоёмов различными токсическими веществами и патогенными микроорганизмами значительно выше, чем в других местах, к очистке воды пре -дъявляются особенно высокие требования.

В последние годы воё бочьаую роль приобретает вирусное заг -рлэнение воды в связи с его значительной устойчивостью, с одной стороны, и увеличенным объемом городских сточных-вод, поступающих в водоёмы в связи с процессами урбанизации, с другой стороны, что представляет потенциальную опасность для населения /Сидоренко Г.И., 1381; Дроздов С.Г., Казанцева В.А.,1961; Багдасарьян Г.А. с сопет., 1565;ЫсМх-Ые1аН , 1981 и др.).

Известно, что применяемые ныне почти повсеместн традицион -нко методы .-гистки воды псззоляют удалить из неё преимущественно вещества, находящиеся во взведенном состоянии, отчасти и микроорганизмы. В отношении мелкодисперсных частиц и многих веществ, на-

- - г -

ходящихся в воде в растворённом состоянии, барьерная роль водо -очистных сооружений, как известно, несущественна (Черкинский С.Н. с соавт., 1972; Королёв A.A. с соавт.,1975; Штанников £.В., Степанов H.D. ,1977} Гончару* Б.И. с соавт.,1961; Красовский Г.Н. с соавт.,1985).

Исследованиями целого ряда авторов (Врочинский К.А., 1973 ; Королёв A.A., 1974; Штанников с соавт.,1979; Красовский Г.Н. с соавт.,1964) установлено, что наиболее перпективными являются методы, предполагающие использование сорбционных материалов. Преимущества сорбентов заключаются в том, что они извлекают из воды вредные примеси, не превращая их в другие соединения, как это происходит при использовании окислителей.

С этих позиций, изучение возможности и эффективности применения природных цеолитов в технологии очистки воды о повьшенньш содержанием токсичных веществ, а также изучение возможности по -вышения барьерной роли фильтрующей загрузки на их основе по от -ношению к различным микроорганизмам представляется весьма актуальным.

Работа выполнялась как часть республиканской программы Р.087.03."Опытно-промышленные испытания и определение масштабов использования природных цеолитов в народном хозяйстве РСФСР в 1987-1990 годах", а также в рамках республиканской научно-технической программы " Цеолиты России*.

При проведении работ в качестве материалов для исследования использовались природные цеолиты Пегасского (Кемеровской облас -ти) и Холинского ( Бурятской АССР) месторождений природных цео литов.

- з - -

_ Паль и задачи исследования.Целью работы является разработ -«а гигиенических регламентов на применение природных цеолитов ряда месторождений Сибири для очистки природной воды от ряда ант -ропо-техногенных загрязнителей химического и биологического ха -рактера.

Для реализации птой цели были решены следующие задачи:

- изучены физико-химические свойства природных цеолитов некоторых месторождения Сибири и их влияние- на качество воды;

- исследованы ионообменные свойства цеолитов в отношении ионов ряда металлов при различных технологических условиях работы водоочистных сооружений;

- установлена возможность и определена эффективность при -менения природных цеолитов для очистки воды от нитритов, нитра^-тов, ионов аммония,^фенолов;

- изучена кинетика процесса ионного обмена на цеолитах в зависимости от концентрации ионов аммония"в воде, модификации цеолита, фракционного состава фильтрующей загрузки. Изучена возможность эффективной регенерации сорбента;

- изучена барьерная роль фильтрующей загрузки на основе природных цеолитов по отношение к бактериальному я вирусному загрязнению воды. Выявлена особенности и закономерности процесса очистки воды в зависимости от изменяемых параметров фильтров« -ния и модификации фильтрующей загрузки;

- выявлена возможность удаления из воды полициклических ароматических углеводородов .(ПАУ) ( на примере бейз(а)пирена).

Научная новизна работы . состоит в :

- изучении влияния природных цеолитов Холинского и Пегасско-

го месторождений на качество воды ;

- определении количественных характеристик эффективности удаления из воды ионов металлов при различных параметрах процесса фильтрования ;

- установлении зависимости барьерной роли фильтрующих материалов на основе изучаемых цеолитов по отношению к микроорганизмам от ряда изменяемых параметров работы фильтров и модификации цеолитов;

- выявлении количественных характеристик эффективности ад -сорбции вирусов на цеолитовых фильтрах при различных условиях фильтрования;

- определении возможности применения исследуемых цеолитов для очистки воды от ПАУ, на примере бенэ(а)пирена;

- обосновании концепции применения природных цеолитов в йрак-тике хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Концепция применения природных цеолитов в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения,основанная на изучении специфических физико-химических свойств различных форм и модификаций природных цеолитов по отношению к приоритетным загрязнителям природных вод.

2. Зависимость гигиенической эффективности очистки воды в отношении органических (бенэ(а)пирен, фенолы) и неорганических (металлы, минеральные азотсодержащие вещества) соединений от па -раметров технологического процесса водоподготовки при использовании цеолитов и повышение её путем модификации и регенерации цео -литов.

3. Барьерная роль природных цеолитов по отношении к ряду

микроорганизмов и вирусов и способы ее повыоения путем моди^и -кации и выбора оптимальных технологических параметров.

4. Возможность обеспечения гигиенических нормативов каче -ства питьевой воды в отношении ряда органических и неорганических соединений при использовании цеолитов в технологии водопод-готовки.

Практическая значимости работы. По материалам исследований получено разрешение МЗ РСФСР на применение цеолитов Пегасского (письмо » 23-01/17-668 от 1Ы0.90) и Холмнского ( письмо » 23-10/17-380 от 24.05.90) месторождений в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения. Исследованные цеолиты включены в "Перечень материалов и реагеетов,разрешенных главным самитарно-про -филактическим управлением министерства здравоохранения России для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения" У 5058 от -20.09.89 г.

Результаты исследований внедрены при проведении работ, направленных на повышение барьерной роли водоочистных сооружений *Тремячи(! Лог" в г .Красноярске (справка ВНИИ ВОДГЕО от 17.06 . 91).

Результаты исследований используются при проектировании водоочистных сооружений г.Сосновоборска, где изначально одним из условий является применение природных цеолитов в качестве фильтруипей загрузки для очистки природных вод от 3,4 бенз(а) -пирена ( письмо # 13 от 16.17.91).

Материалы диссертационной работы используются при состав -лении ТУ на фильтрующуч загрузку на основе Пегасских цеолитов (письмо # 04.Ш от 25.09.91).

- б -

Апробация работы. Диссертация прошла апробации) на межот -йельческой конференции Института комплексны)? проблем гигиены и профзаболеваний СО РАМН 20 ноября 1991 г., на межотдельческой конференции Московского НИИ гигиены им. Ф.Ф.Срисмана 5 июня 1992 г.

Основные роложения работы положены на Всесоюзном совещании ^Природные цеолиты в народном хозяйстве", Кемерово, 10-19 апреля 1990 г., на Всесоюзной конференции "Комплексные гигиеничсс -кис исследования в районах интенсивного промышленного освоения" 19-20 сентября 199| г. в г.Новокузнецке, а также на научных конференциях ИКПГ и ПЗ СО РАМН 1989-1990 г.г. и на республиканском совещании ^Природные цеолиты России" в г.Новосибирске 25 -27 ноября 1991 года.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей в журналах и сборниках.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста. Состоит из введения, аналитического обзора литературы, характеристики объектов и методов исс , ледования, шести глав собственных исследований, обсуждения результатов исследований, выводов. Диссертация, иллюстрирована ? таблицами, из них находится в приложении, ¿'^рисунками, одной фотографией. Список литературы содержит 23О источников, в том числе 'У* • иностранных авторов.

Объекты, объем и методы исследований. В соответствии с программой работы проведен комплекс гигиенических исследований, включающий санитарно-химические, микробиологические, вирусоло -гические и математико-статистическке методы исследований.

В качестве объектов исследований взяты цеолитсодержащие

породы двух месторождений (Пегасского и Холинского) Сибири, ро -комендуемые для использования в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения в качестве фильтрующих загрузок промышлзнных фильтров для подготовки питьевой воды.

Исследования проведены в лабораторных и натурных условиях.

Натурные исследования проводились на базе водоочистных со -оружений г.Красноярска ( полупромышленная установка).

В исследованиях использован принцип последовательности эксперимента. На первом этапе оценивалось влияние цеолитов на свойства воды и изучалась реальная миграция а воду химических веще -ств, определявших химический состав материала.

На втором этапе изучалась эффективность сорбции ряда соединений ( металлы, минеральные азотсодержащие соединения, бенз(а)-пирен) цеолитами.

Гигиеническая оценка исследуемых цеолитов проводилась в соответствии с "Методическими указаниями по гигиенической оценке фильтрующих материалов, предлагаемых для использования & практи-

ч

ке хозяйственно-питьевого водоснабжения" от 22 января 1987 г. * 4250-87.

В экспериментах моделировались технологические условия применения фильтрующих загрузок на водопроводных сооружениях. Эти исследования проведены на модельной установке, состоящей из системы колонок с различной высотой слоя фильтрующих загрузок, позволяющих создавать условия фильтрования,аналогичные работе ско -рых и медленных фильтров при подготовке питьевой -оды по высоте слоя филурутадей загрузки и скорости фильтрования воды. Кроме того,изменяемым параметром в условиях эксперимента,являете», диа-

метр зерен фильтрующей загрузки, который соответствовал :0,315-. 0,63; 0,63-1,25 и 2,0-4,0 мм на различных этапах исследований. Высота загрузки соответствовала 0,5; 1,15 и 2,0 м. При опреде -лении динамической обменной емкости (ДОЕ) использовались мини -мальные количества сорбентов, А - 5,0 см; (вес - 5 г.).

Скорость фильтрования изменялась от 0,1 м/час до 12 м/час в режиме работы скорого фильтра, согласно СНиП П-31-74, часть П "Нормы проектирования? глава 31 - "Водоснабжение . Наружные сети и сооружения".

В процессе исследования использовались модифицированные (А'д+ и Н*) формы, а также активированная естественная форма цеолитов. '

При изучении сорбционных свойств природных цеолитов Холий-ского и Пегасского месторождений по отношению к металлам в ка -честве модельных загрязнителей использовались в многокомпонентном растворе ионы следующих металлов:М ,Си Мл, Ге , Со , Хп ,&? ,ва,Си,£г~ %РЬ ,бв . >

Бактериологические исследования проводились также с моде -лированием работ медленных и скорых фильтров.

В качестве тест-микроорганизмов использовали представите -лей кишечной группы организмов, имеющих для воды наибольшее са-нитарно-показательное значение. Из соображений эпидемической безопасности выбор был остановлен на непатогенной кишечной палочке Л1-1Т. Для подтверждения эффекта сорбции был использован другой представитель санитарно-показательных микроорганизмов -фекальный стрептококк (энтерококк МгерЬеоссьи ^аеса£а ), имеющий не палочковидную, а шарообразную форму, которая предположительно могла бы оказать какое-то влияние на результаты. С этой же

целые использовался бактериофаг Е соВг 0127.

Эффективность барьерной функции загрузки по отношению к микроорганизмам оценивалась по уменьшению количества кишечной палочки в процентах после фильтрования.

При проведении вирусологических исследований в качестве модельного микроорганизма был избран аттенуированный штакл ви- • руса полиомиелита I типа Зо , широко использующийся в ка -честве модельного микроорганизма при разработке методов инди -кации вирусов ( Веселинова-Стоянова Ц.Б.,1985).

Количественное определение вирусов полиомиелита проводили методом титрования по цитопатическому действию в ¿Ц

на культуре клеток,перевиваемой линии НЕР-2 ( клетки рака гор -тани). Учет результатов осуществлен по методу Рида и Мснча (Ворошилова И.К. с соавт.,1984; Нехлюдова Л.И. с соавт.,1980>.

Данные, полученные в экспериментальных исследованиях,обрабатывались статистически по критерию Стыодента ( Сепетлиев Д., 1980). . . ч

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Анализ лабораторных'исследований по изучению влияния цео -литов Холинского месторождения на показатели качества аоды указывает ка необходимость "отмывки цеолита от ряда сопутствующих цеолиту в туфе примесей глины, песка, цемента и т.д. Промывные воды характеризуются высокой мутностью. При контакте с "отмытыми" образцами цеолитов имело место улучпение органолептических свойств воды - снижение интенсивности запаха, снижение цветности, т/утности. Активная реакция ( рН) воды менялась неэначитсть-

- ю -

но ( 0,5+0,1 ед.).

В начальные сроки эксперимента в контактирующей с цеолитом воде наблюдалось увелечение концентраций кремний ( до 6-7 мг/л), натрия ( до 15,0+2,1 - Ю,2+1,3 мг/л), марганца ( до 0,035мг/л), азот.аммиака ( до 0,58 мг/л), нитритов ( до 0,03 мг/л), нитратов ( до 0,5 мг/л). В процессе сменяемости воды уровень миграции указанных соединений снижается и не превдаает гигиенических нормативов. При контакте воды с цеолитом имеет место снижение жёсткости воды в среднем на 1,2-1,5 мг-экв/л. Не установлено вымывание таких входящих в состав цеолитов элементов, как : 7# , V , Щ, Р6 , Си ,«Ул , А» ,Л1о ,Сг , Ял, Н .

Интегральный показатель качества воды ( перманганатная оки-сляемость) подтвердил отсутствие выделения из цеолитов в воду органических соединений. По другим санитарно-хикическим показа -телям качества, вода, прошедшая фильтрование через цеолиты,пол -ностью отвечает требованиям ГОСТ 28-74-82 "Вода питьевая".

В процессе модельных экспериментов было выявлено, что цоо -лит Холинского месторождения обладает чрезвычайно большой сорб -ционной способностью (10056), не снижающейся при скоростях филь -трования от 2,0 до 7,0 м/час по отношению кМ' .йй'.А ,»5'г %РЬ , Полное освобождение воды от этих микроэлементов наблюдалось при содержании их в исходной воде на уровнях до 14; 3000; 33; 4 и 3 ПДК соответственно. Эффективность . извлечения меди близка к этим показателям и лишь на скорости 7 м/час снижается до 99,3% (Р -=■ 0,05 при концентрации ПДК). Эффективность сорбции кобальта соответствовала 98,0-99,8$ ( при исходном содержании кобальта на уровне 3,5 ЦЦК, Р —0,05) на всех скоростях фильт - .

рования. Несколько хуже сорбировался алюминий { 100% при ско -рости 2 м/час и 96,2% при скорости фильтрования 7,0*м/час), (Р «=• 0,05), т.е. при содержании 7,8 ЦЦК концентрация снижалась до 0,2 ГШ. Марганец удалялся с эффективностью 98,8 к 53,при 7 и 2 м/час соответственно. При содсржнни его в исходном растворе в количестве 17 ПДК фильтрат соответствовал гигиеническим нормам.

Наименее подверженньм сорбции металлом оказалась ртуть.Эффективность ее извлечения при скорости 2,0 м/час соответствовала 57,1% и снижалась до 0 при скорости 7 м/час ( Р 0,05).

При изучении зависимости сорбция ионов металлов от ш.'соты фильтрующей загрузки установлено, что у ионов металлов,по отношении к которым Холинский цеолит обладает наибольшей сеяектив -ность'о {А/г ,■Cd,fe ,,Р$ ),эта зависиуость практически отсутствует. При скорости 7,0 м/час поглощение успевает произойти полностью на высоте от 0,5.до 2,0м.Каиболее резко выраженная зависимость, несмотря на достаточно высокий процент сорбции.между высотой загрузки и эффективностью извлечения из воды,выло -лена у тех металлов, по отношению к которым на первом этапе этого эксперимента цеолит обладая наименьшей эффективностью.Так, эффективность сорбции алюминия, соответствовавшая при скорости 7,0 и/час и высоте загрузки 2,0- 96,15^ , при высоте 1,15 и 0,5 м снизилась до 68,7 и 79,57! соответственно. Сорбция ртути была незначительной ( близкой к ну-то) на всех высотах при скорости 7,0 м/час.

. Цеолит Пегасокого месторождения обладает*более низкими* показателями эффективности. Здесь наибольшая селективность выра -жена по отношения к ионам \яеза и меди. Санитарная надежность

вацопоцготовки в отношении этих металлов обеспечивалась при содержании их в воде на удобно до 29 и 3 ПД!* соответственно.

Установлена очен^ высокая эффективность удаления кобальта (Ю0% при скорости 4,0 к/час и снижение 99,7« при скорости 12,5 м/час) при его исходной концентрации 4 ПДК. Как и в первом случае наименее подверженным сорбции металлом в наших условиях оказалась ртуть. Снижение сорбции ионоп N1 , %Сс1, Со при их содержании в воде 14; 47; 5; 2700; и 33 ПДК соответственно происходило в пределах 2,5?, вплоть до скорости 12,5 м/час при смеоге загрузки 2м. ]Три изучении влияния высоты слоя фильтрующей загрузки н-1 сорбцик1 металлов также выявлена высокая селектив -ность по относенип к ионам различных металлов.Анализ эффектов -ности сорбции в идентичных условиях позволил построить ряд се -лективноети металлов в моделируемых условиях при наличии многокомпонентной" системы и минимального слоя сорбента. Для цеолите Пегасского месторождения он выглядит следующим образом: Н^Ье^&а^Мп^СЫ-^Со < Си.

3 ходе исследования такие изучалась барьерная роль природных цеолитов к ряду других загрязнителей.Так,по отношения к нитритам нитратам и фенолу она была признана несущественной.Наиболее эффективными цеолиты оказались по отношения к ионам аммония.Как показали исследования, эффективность удаления из воды ионов /1/Н¥ чрезвычайно веника и достигает гмч'Ы 100% практически на.всех скоростях фильтрования при содержании их в исходной воде на уровне до 20 ПДК. Была изучена эффективность сорбции и цинами -ческая обменная емкость (ДОЗ) различных форм природных цеолитов по отношению к ионам аммония (рис.1),-а также влияние на нее и характер ионного обмена диаметра зерна фильтр.увщеР загрузки.

Рис. I. Динамика сорбции ионов аммония различными типами фильтрующей загрузки на основе цеолитов Холинского •/есторочцения при Сисх 31,0 мг/л- и скорости фильтрования 7,5 м/час

о естествен.ф. - 0,63-1,25 мм; + естеств.ф. - 0,315-0,б3мм; -дМа - фориа- 0,63-1,25 мм; О Н .форма- 0,63

В результате исследований показано, что динамическая (яф -■ фективиая) обменная емкость цеолитов зависит от ряда факторов и может существенно отличаться в различных условиях для одного и того же месторождения. Так, ДОЗ естественной формы цеолитов Хо-линского месторождения пря- С исх>31,0 мг/л ЫИЧ¥ и диаметре зе-•рна 0,53-1,25 мм соответствует 5,22 мг/г, та же форма загрузки зерна с диаметром 0,315-0,63 мм обладает Д02 6,51 мг/г МН*. Перевод естественной формы в А/а* - форму в тех же условиях позволяет повысить ДОЗ до 9,01 мг/г дате при диаметре зерна загрузки 0,63-1,25 мм, т.е. на 75,&%. Водородная форма той же загрузки обладает уеньпер ДОЗ - 3,20 кг/г, т.е. на 38,7л ниже , чем естественная фор., а тоП же фракции цеолита.

Несмотря на то, что цеолит Пегасскогс месторождения обла -,да<?т минее вкраяенной сорбцмнной способностью по отнесению к конам амменик,возможно значительное повышение эффективности за счет его модификации. Так Д0Е фракции 0,315-0,63 мм путем перевода в /¡/¡о^-форуу погышалась с 1,67 уг/г для естественной формы до 5,43 кг/г, т.е. на 190,3%. Для фракции 0,63-1,25 мм Д0Е поедается с 2,03 мг/г до 3,91 т.е. на 92,6? и Д0Е фракции 2,0 -4,0 мм повышалась с 2,05 до 2,57 мг" ЫНЧ на грамм сухой заг -рузки, т.е. на 26,6$. Таким образом,от диаметра зерна фильтрующей загруз;«; зависит не только ДОЕ, но и объективность ее повышения путем перевода в моноионную форму.

Этот этап исследований показал, что гигиеническая эффективной, ь исследуемых цеолитов по отношения к ионам аммония и. целого ряда металлов является весьма высокой.

При исследовании барьерной роли цеолитов по отношению к вирусному загрязнению'воды б качестве модельного микроорганизма был использован вирус полиомиелита I типа штамм £о2а1. Аттецу-

ированный штамм вируса полиомиелита - типичные представитель вирусов киаечноЯ группы я шроко испольэуотся во йногих странах мира при различных саьитарно-вирусологических исследованиях (Ве-селинова - Стоякоза, Ц.Б. ,1285)'.

При изучении барьерной ро.ти фильтрующих загрузок на основе цеолитов по отношению к вирусному загрязнению было установлено , что исследуемые цеолиты обладает определ^шоП барьерной функци -ей. Так, эффективность сорбции -„ярусов колебалась от 47,05 до 76,47?! (Р 0,05) и состачила в среднем 51,67% для Холинского цеолита, при содержании их в исходной воде на уррвнях от 2,75 до 4,25 ¿д ТЦД 5одл. Для Пегасского цеолита средняя эффективность удаления вирусов была несколько ниже - 36,53^.

Снижение скорости подачи воды до режима работы медленного фильтра ( 0,1 м/час) существенно увеличивало эффективность очистки -воды от вирусов для Холинского до 94,11« и до 69,23^. для Пегасского цеолита.

Была выявлена зависимость сорбции от высоты слоя фильтрую -щей загрузки. Так, для Холинского цеолита уменьшение высоты слоя _ с 50 см до 25 и 12,5 см снижало эффективность с 94,11 ДО 70,34 и 47,05 соответственно. Для Пегасского цеолита эффективность адсорбции вирусов при- тех же параметрах соответствовала 69,23;?, ' 38,76% и 30,70$.

Фильтрующая загрузка на основе Холинского цеолита с диаметром зерна 0,31-0,63' мм обладает большей активность» по отношению к вирусам при более низких скоростях фильтрования от 0,6 да 0,2 ;.у'час, где определенных различил не выявлено. Снижение скорости фильтрования до 0,1 м/час позволило повысить эффективность сорб-

ции вирусов и выявить ее зависимость от высоты слоя фильтрующей' загрузки. Полученные результаты соответствуют : 40,0; 73,33; и 93,3% при высотах загрузки : 12,5; 25,0 и 50,0 см соответственно. В этих условиях для Пегасского цеолита эффективность сорбции соответствовала: 66,23; 40,76 и 30,70^ при 50,0; 25,0 и 12,5 см высоты слоя.

Эффективность крупной загрузки на основе Пегасского цеолита- (диаметр - 0,63-1,25 мм) была значительно ниже и не превышала 54,54л. При этом,четкой зависимости от скорости фильтрова -ния выявить не удалось.

В условиях работы медленного фильтра была изучена адсорб -ционная активность цеолита при щелочных { рН 8,0) и кислых ( рН 5,6) значениях водородного показателя ( табл.1).

Таблица I

Эффективность сорбции и стабильность задержки вируса полиомиелита цеолитом Холинского мес -торождения с размерами частиц 0,63 - 1,25 мм

Размер частиц сорбента (мм) Высота загрузки (см) рН воды Тито виоусов в ¿уТСДзсд^в фильтру-сорбенте фильтра-емой во- • те де Эффективность сорбции задержки вирусов вирусов в {.%) цеолите {%)

0,63- 50 5,6 4,25 3,25 1,75 76,47 70,58

-1.25 50 8,0 4,25 2,75 '2,75 64,70 35,20

Как видно из таблицы,вирусы на образце цеолита Холинского месторождения активнее сорбируется при кислых значениях рН (76,41/!), чем при щелочных (64,7Сй). Для Пегасского цеолита эти показатели при прочих равных условиях соответствовали 69,23$ и

39,76/в.

Одновременно были проведены исследования по изучению комплекса вирус-сорбент с целью выявления прочности связи вируса с цеолитом при вымывании его большими скоростями воды (табл.1).Из -таблицы видно, что после вымывания вирусов водо? под давлением, адсорбция вирусов на сорбенте оставалась на достаточно высоко,.» уровне, а именно 70,58% для кислых значений и 35,2« для щелоч -ных. г

При изучении барьерной роли фильтрующей загрузки на основе природных цеолитов по отношению к бактериальному загрязнение была отмечена, высокая сорбциокная. активность цеолитов обоих месторождений по отношению к модельным микроорганизмам. При изучении зависимости эффективности задержки бактериальных частиц от скорости фильтрования, в пределах 0,2-0,6 м/час, существенных раз -личиП не выявлено. Так,для Холпнского цеолита ( ф 0,315-0,63 мм) эти показатели равнялись 79,22 (+4,76) и 79,ОЙ (+4,60) при 0,2 и 0,6 м/час соответственно. Для Пегасского цеолита эти показатели в идентичных условиях равнялись 98,9% (+1,68) и 95,5-1 (+0,53) (Р 0,05) при концентрации микробных клеток 333 млн./л. При повышении скорости фильтрования и увеличении диаметра фильтрую -цеП загрузки такая зависимость имела место ( табл.2).

Проведенные эксперименты показали, что сорбционная актив -ность цеолитов находится в прямой зависимости от размеров частиц. Так, при фильтрации^контаминированноЯ микроорганизмом £. co£i !.!-17 воды черяз -ело? загрузки на основе Холинского цеолита ф 0,315 -0,63 мм, эффективность сорбция соответствовала 83,9?. (¿3,89), череп слой загрузки ф. 0,63- 1,25 мм у - 74,25 (+5,46) (Р -=0,1).

Таблица 2

Эффективность сорбции Е .соё: цеолитом Пегасского месторождения в зависимости от скорости фильтрования ($)

Скорость фильтрования м/час ■ Орг.кция 0,315-0,63 мм Опакция 0,63-1,25 мм

эффективность Р сорбции эффективность сорбции Р

0,2 98,0+1,68 95,7+5,04 »-0,01

0,6 95,5+0,59 <0,1 95,2+5,24 >-0.1

4,0х - 86,9+2,24 ■сО,05

8,0х - 75,9+2,23

х - для фракции 0,315-0,63 мм данные скорЬсти получить не удалось ■. ■

Аналогичные показатели для Пегасског.о цеолита соответствуют 57,7; 95,7 и 82,53 для фракций 0,315- 0,63; 0,63-1,25 и 2,0 - 4,0 мм.

Изучение зависимости эффективности сорбции микроорганизмов' от водородного показателя выявило наличие этой связи (г «0,54 Р 0,05). При рН воды 5,0; 7,0 и 9,0 единиц эффективность удаления микроорганизмов, при прочих равных условиях соответст-. вовала 79,5; 81,2 и 88,(Р 0,05). При рН равном 4,0; 5,0; 7,0 и 10,0 единиц ^эффективность загрузки на основе Пегасс-кого цеолита соответствовала 97,6; 97,7; 96,2 и 87,2Й. Из этого следует, что сорбционная активность Пегасского цеолита сущест -венным образом не меняется в интервале рН от 4,0 до 7,0 , а в интервале от 7,0 до 10,0 единиц, снижается более значительно ( на Э,С$). '

Была изучена возможность повышения барьерной роли фильтрующих загрузок на основе природных цеолитов по отношению к мик -роорганизмам. С этой целью исследовались Ма и Н* - формы Холинского цеолита. Как показали исследования, микроорганизмом наименее подверженным адсорбции на всех модификациях Холинского месторождения оказался бактериофаг Е.Со£-1 0,124. Кишечная палочка и энтерококк извлекались с незначительной разницей в пользу последнего, в то же время адсорбция последнего на //а*- форме снижалась более значительно. '

Наиболее активной формой цеолитов по отношению к микроорга-' ниэмам является водородная, наименее активная натриевая форма, естественная форма занимает промежуточное положение. Получешгив результаты представлены на рис. 2.

Таким образом установлено, что природные цеолиты, используемые в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения обладают барьерной функцией по отношению к бактериальному и вирусному загрязнению воды, однако, учитывая, что возможны " проскоки" этих опасных загрязнителей обеззараживание воды является обязательным элементом в технологическом процессе.

При изучении сорбционных свойств фильтрующих загрузок по отношению к полициклическим ароматическим углеводородам в каче-стве^модельного загрязнителя был избран бенз(а)пирен (БП). Ис -следования проводились как в лабораторных экспериментах, тая н на полупромышленных установках на водоочистных сооружениях г. . Красноярска.

Результаты исследования показали стабильное снижение кон -. цечтрации ЕЛ в профильтроранной воде. Так при исходной концентрации ЕП - 54,0 укг/л.(1С800 ПДК) при скоростях фильтрования

é. Cotí M-I7

¡> "v '■) Sir fciecaCis

Б/Фаг £. со ¿i 0124

Рис. 2 Эффективность использования различных

мэдификоций цеолитов Холинского wee -

торожцения для удаления из воды /ликро-opifiriwjrtié ,

А - ест.форма; Б- К - фс^а; 3 - Л'^-фори-а.

близких к работе медленного фильтра (0,2; 0,13; 0,1 м/час) удалось снижать концентрацию в 3000; 7826; 8000 раз соответственно. При скорости фильтрования 0,06 м/час происходило полное уаленив ЕЛ иэ воды.

Исследования показали высокую прочность связи цеолит-ЕП, а также то, что основная масса осевшего БП ( более 90$) концент -рируется в верхней трети фильтрующей загрузки. Высокой эффективностью при концентрациях й близких к реальным (0,040 мкг/л -8 ДЛЮ обладают цеолиты оДоих месторождений ( табл.3). Полученные результаты еще раз подтвердили данные о высокоадсорбционных свойствах цеолитов в отношении многих веществ (Никашина В.А., с соавт., 1977; Раджабли С.Б. с соавт., 1978; Тарасович П.И.,1979' и др.). / ^ ,

Таблица 3

Эффективность удаления Ш из воды цеолитами Холинского и Пегасского месторождений при концентрации его в воде 0,040 мкг/л (8 ПДК)

Скорость ПегасскнЯ цеолит ХолиНСкий цеолит

фильтрования м/час концентрация эффективно-в фильтрате сть сорбции мкг /л % концентрация эффективло-в фильтрате сть сорбции мкг/л %

3,0 - 3,5 0,0013 96,75 0,00 100,0

7,5 - 8,0 0,0013 96,75 0,0019 95,25

9,0 г 10,0 0,0026 93,50 0,0025 93,75

Таким образом,комплексное гигиеническое исследование при -родных цеолитов показало, что взаимодействие различных типов цеолитов и их модифицированных моноионных форм неоднозначно по

отношению к разным классам загрязнителей природных вод. Так естественная форма цеолита Холинского месторождения более актив -ная по отношению к ионами металлов, что обусловлено меха -низмом ионного обмена, менее активна по отношению к бактериальному загрязнению воды. Моноионная Н*-форма цеолитов, обладающая повышенной активностью по отношению к бактериально^ загрязне нии воды резко снижает возможности ионного обмена по отношению к/////и металлам, тогда как перевод естественной формы ъЫл повивает барьерную функцию цеолита по отнопьнию к тем и другим. Разнообразие специфических свойств различных типов и форм цео -литов по1 отношении к различным классам загрязнителей природных вод позволяет использовать их для решения котсретных гигиенических задач в области подготовки питьевой води.

Результаты исследований позволяют определить требования к качеству исходной воды, при которых' цеолиты обеспечивают сани -тарную надежность питьевого водопользования. Внедрение резуль -татов исследование в практиггу имеет и экономический эффект,обусловленный достижением необходимого качества подаваемой воды при повышении скорости фильтрования, а также за счет сокращения числа промывок фильтра.

ВЫВОДЫ

I. Природные цеолиты типа гейлаедит Пегасского месторождения и клиноптилолит Холинского месторождения по физико-мехаки -ческим и химическим свойствам отвечают требования«, предъявляемым к фильтрующим материалам, не оказывают отрицательного воздействия на органолептические и сднитарно-химические показатели профильтрованной воды.--; "

2. Цеолиты Холинского и Пегасского месторождений является хорошими адсорбентами металлов с высокой степенью извлечения в режиме работы скорых фильтров, при этом имеет место явление селективности на обоих типах цеолитов.

3. Эффективность барьерной роли.цеолитов исследованных месторождений по отношения к ионам металлов в большей степени зависит от высоты фильтрующего слоя, чем от скорости фильтрова -ни я.

4. Цеолиты изученных месторождений обладают хорошими ио -но-обменными свойствами по отношению к ионам аммония, при этом, эффективная ионообменная емкость и интенсивность ионного обмена не являются величинами постоянными и зависят от следующих факторов: концентрации ионов в растворе, модификации цеолита,

. диаметра зерна фильтрующей загрузки, и очень незначительно от скорости фильтрования.

5. Перевод цеолитов в водородную форму снижает интенсив -ность ионного обмена, перевод в натриевую форму позволяет существенно повысить интенсивность ионного обмена и увеличить ДОЕ по отношению к ионам аммония. При этом отсутствуют количественные различия между Ма--формой изначально модифицированного и А/а - формой цеолита полученной в результате регенерации фи -льтрующей загрузки. При многократной регенерации фильтра происходит изменение кинетики ионного обмена без снижения обменной емкости цеолита.

6. Фильтрующие,загрузки на основе изученных цеолитов обладают барьерной функцией по отношению к вирусному загрязНенкт воды, при этом наиболее высокая эффективность достигается в режиме работы медленного фильтра при кислых значениях водородного

показателя воды.

7. Природные цеолиты Холинского и Пегасского месторождений обладают способность» извлекать из воды микроорганизмы. Эффек -тивность адсорбции различных типов микроорганизмов неравнозначна, при этом наименьшей эффективностью адсорбции обладает моноионная - А/а* форма цеолитов, наибольшей Н* - форма. -

8. Несмотря на то, что изменением ряда параметров фильтрования и путем модифицирования сорбентов возможно достижение очень высокой эффективности, обеззараживание воды Общепринятыми способами остается обязательным этапом в схеме технологического процесса очистки воды.

9. Предлагаемые к внедрению в практику хозяйственно-пить -евого водоснабжения фильтрующие загрузки обладают барьерной функцией по отношению к бенэ(а)пирсну. В большей степени это ха -^актерно для цеолитов Пегасского месторождения, применение ко -торого позволит существенно снизить концентрацию этого вещества в воде.

10. Природные цеолиты являются специфическими минералами е существенно отличающимися свойствами по отношению к загрязнителям воды различной природы, в зависимости от типа цеолита, его химического состава и модификации.' Применение их в качестве обычней фильтруощей загрузки нецелесообразно без прецварительног го иочплексного гигиенического исследования, направленного, на выбор оптимального природного сорбента для решения конкретной гигиенической задачи в области подготовки питьево? воды и разработки в дальнейшем адекватной технологии.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Изучение возможности сорбции бактериофагов фильтрующими загрузками на основе природных цеолитов. // Теоретические и прикладные проблемы внедрения природных цеолитов в народном хозяйстве РС$СР. Тез.республиканской конференции. Кемерово, ,, 1988, - С.83-85.

2. Некоторые результаты изучения возможности очистки питьевой воды цеолитом Пегасского месторождения от бенз(а)пирена. //Материалы регион, конф. "Молодые ученые здравоохранению. -Новокузнецк, 1989. - С.128-131.

3. Гигиеническая оценка природных цеолитов Холинского месторождения при использовании в практике водоснабжения. // Материалы регион.конф. "Проблемы экологии человека в Сибири".- Новокузнецк, 1990. - Т.2 - С.69-71.

4. Возможность применения природных цеолитов для очистки питьевой воды от бенз(а)пирена).// Материалы Всесоюзного совеща -ния "Природные цеолиты в народном хозяйстве".- Кемерово,

1990. - С.72-74.

5. Некоторые результаты изучения возможности применения природных цеолитов для очистки воды от металлов. // Бюллетень СО РАМН »2, 1991. С.68-71. 4

6. Исследование сорбционных свойств цеолитсодержащих пород Чу -. гуевского месторождения по отношению к микроорганизмам.//Материалы Всесоюзной конф."Комплексные гигиенические исследо -вания в районах интенсивного освое'ния".- Новокузнецк, 1991.-С.103-104. ( в соавт.).

7. К вопросу о повышении барьерной роли водоочистных сооружений. // Материалы Всесоюзной конф. "Комплексные гигиенические исследования в районах интенсивного освоения". - Новокузнецк,

1991. - Т.2 - С.102-103 ( в соавт).

8. Ионообменные свойства клиноптилолит-гейландит содержащие пород некоторых месторождений при очистке питьевой воды от аммония. // Материалы Всесоюзной конф."Комплексные гигиеничес-

\

кие исследования в районах интенсивного освоения. Гигиена окружающей среды". - Новокузнецк, 1991. - С.107-106.

9. Исследование адсорбционных свойств цеолита Холинского месторождения по отношению к микроорганизмам.// Материалы Республиканского совещания "Природяые цеолиты России". - Новоси -бирск, 1991.

10.Гигиеническая оценка цеолитов Чугуевского месторождения при подготовке питьевой воды. // Материалы Республиканского совещания "Природные цеолиты России". - Новосибирск, 1991.

нпк. Зис. ;'/ 'Тир.