Специфика удаления из воды диоксинов

Диоксиновая проблема связана в основном с хлорфенольными производствами на химических производствах хлорной продукции. Значительными источниками загрязне­ния диоксинами и фуранами являются также сточные воды предприятий целлюлозно- бумажной промышленности, отходы предприятий электронной и радиопромышленнос­ти, использующих для обезжиривания хлорорганические растворители, печи сжигания галогенсодержащих промышленных и бытовых отходов.

Данные об уровнях загрязнения водоисточников весьма скудны. Есть сведения, что при хлорировании воды с целью ее очистки диоксины образуются из своих «предшест­венников» - фенолов и хлорфенолов, эфиров, содержащих ароматические кольца и др. Следовательно, уже при первичном хлорировании и при наличии «предшественников» предельно допустимая концентрация диоксинов в воде (20 пг/л до ДЭ) может быть пре­вышена, однако данные о загрязнении диоксинами питьевой воды в России практичес­ки отсутствуют.

Что касается отдельных случаев обнаружения загрязнений водоисточников диоксина­ми, то в районах с развитой химической промышленностью содержание диоксинов в по­верхностных водоисточниках иногда превышало в 7-20 раз, в подземных - до 1,0-1,5 ПДК.

Средние уровни содержания диоксинов (ПХДД и ПХДФ) в воде поверхностных во­доисточников колеблются от 10 до 200 пг/л (т. е. от 10х10^-12 до 200х10^-12 г/л). При этом отдельные выбросы концентраций достигают до 450 пг/л.

В результате процессов деструкции (работа микроорганизмов, окисление и др.) в водных средах, в примесях воды водоисточников существенно преобладают низкомо­лекулярные хлорорганические соединения. Остальные соединения содержатся в воде в значительно меньших количествах или практически отсутствуют.

На большинстве существующих систем подготовки воды из открытых водоисточ­ников первой стадией является хлорирование сырой воды, во время которого происхо­дит дополнительное образование легколетучих галогенорганических соединений (ЛГОС), уровень содержания которых в десятки и сотни раз превышает исходный.

Содержание галогенорганических соединений, незначительное в исходной воде, увеличивается в 5-40 раз именно в процессе обработки воды. Так, после вторичного хлорирования содержание хлороформа в пробе из резервуара чистой воды одной из во­допроводных станций на р. Волга возросло в 38,5 раза (с 1 до 38,5 мкг/л). Концентра­ция четыреххлористого углерода - от 1 до 12,9 мкг/л. Кроме того, учитывая большое ос­таточное содержание свободного хлора в очищенной воде (0,54 мг/л), можно предполо­жить, что к потребителю поступает вода с еще более высоким содержанием канцероген­ных галогенорганических веществ.

Задача очистки воды от микроколичеств полихлордибензодиоксинов (ПХДД) и полихлордибензофуранов (ПХДФ) может быть решена двумя способами: 1) прямое воз­действие на зараженную воду с целью разрушения ПХДД до нетоксичных веществ и (2) извлечение ПХДД из воды с последующим обеззараживанием извлекающего агента.

К методам первого типа, действующим в водной среде, относятся: ультрафиолето­вое облучение (УФ), радиолиз, озонирование, воздействие химических реагентов, био­логическая деградация и различные комбинации этих методов.

К методам второго типа относятся коагуляция и сорбция. Эффективность коагуля­ции основывается на чрезвычайно малой растворимости ПХДД в воде (= 10^-7 моль/л, 0,2 ppb). Это дает основание предполагать, что при наличии взвешенных частиц ПХДД будут находиться преимущественно в сорбированном состоянии, а не в водной фазе, и будут эффективно удаляться из системы с удалением взвеси.

Методы коагуляции и флокуляции позволяют разрушать системы, присутствующие в загрязненных водах: «диоксины - вещества в коллоидном состоянии - вода», и «диок­сины - вещества в гетерофазном состоянии - вода», с выведением большой части диок­синов из системы в виде осадка.

Применимость коагуляции с использованием солей многовалентных металлов и флокуляции испытывались как за рубежом, так и в НИИ ВОДГЕО. При этом были по­лучены результаты, показывающие возможность достижения эффективности очистки воды от диоксинов до 20-70%, но в зависимости от фона ксенобиотиков.

Сорбционная очистка - наиболее эффективный метод очистки воды от диоксинов. При адекватной предочистке, фильтрацией через гранулированные активные угли (ГАУ) (типа СКД-515), удаляется 93-97% всех типов диоксинов. Показано, что наибо­лее опасные изомеры диоксинов, 2, 3 7, 8-тетра ПХДД и 1, 2, 3, 7, 8-пента ПХДД, из­влекаются из воды сорбцией на ГАУ не менее иных типов ПХДД. Кроме того, в ходе испытаний установлено, что высокий эффект сорбционной очистки воды от диоксинов на ГАУ сохраняется в диапазоне их исходных концентраций от 0,2 до 2000 нг/л, что подтверждает протекание сорбционных процессов в области адсорбционной емкости угля FILTRASORB-300 по отношению к различным галогенированным соединениям. Этот уголь является одним из наиболее эффективных сорбентов для очистки воды. Для представителей класса полихлорбифенилов (ПХБ), к которому относятся и диоксины, адсорбционные емкости для этих ПХБ составляют 630 мг/г (ПХБ-1232) и 242 мг/г (ПХБ-1221).

Данные приведены для равновесной концентрации ПХБ 1 мг/л при нейтральном pH, что позволяет сравнить эту адсорбционную емкость с типовыми значениями для других веществ. По приведенным данным АУ является чрезвычайно хорошим сорбен­том для ПХБ и, по-видимому, для диоксинов.

В НИИ ВОДГЕО разработаны специальная технология применения порошкообраз­ных сорбентов на действующих сооружениях и новые порошкообразные активные угли типа СПДК-27Д, обеспечивающие удаление до 85-95% ди- и тетра-изомеров диоксинов и снижение концентрации высокохлорированных изомеров ПХДД на 70-90%. Эти тех­нологии и материалы используются с 1994 года на водозаборах Уфы и Москвы.

По адсорбционной емкости с активированным углем могут быть сравнимы и моди­фицированные глины, которые оцениваются как очень перспективный сорбент.

Как видно из таблицы, немодифицированные глины проигрывают по адсорбцион­ным характеристикам синтетическим сорбентам, однако глины, модифицированные алюминатами, являются наилучшими из рассмотренных сорбентов. К тому же глины значительно дешевле полимерных сорбентов.

Регенерация отработанных активированных углей от сорбированных диоксинов осуществляется высокотемпературным обжигом в печах специальных конструкций и дехлорированием адсорбированных диоксинов реагентами, получаемыми при взаимо­действии полиэтиленгликоля со щелочами КОН и NaOH.

Вернуться к списку