Обеззараживание воды биоцидными полимерными реагентами

Применение реагентов-окислителей в технологиях очистки природных вод с высо­ким содержанием примесей нередко приводит к значительному повышению токсичнос­ти питьевой воды. Поэтому поиск реагентов неокислительного действия для обеззара­живания и очистки питьевой воды в локальных и централизованных системах водоснаб­жения является чрезвычайно актуальным.

Одними из новых, перспективных для применения в технологии водоподготовки представляются реагенты на основе биоцидных полимерных гуанидиновых соедине­ний, которые обладают свойствами поликатионов и антисептиков. Они практически не токсичны для теплокровных, позволяют добиться высокого эффекта очистки и обезза­раживания воды малозатратными методами и не обладают отрицательными окислитель­ными свойствами хлора, озона и других окислителей.

К реагентам на основе биоцидных гуанидиновых полимеров относится и обеззара­живающий реагент неокислительного действия «Акватон», разработанный и произво­димый научно-технологическим центром «Укрводбезпека» (г. Киев) и разрешенный МОЗ Украины для использования в процессах подготовки питьевой воды, обеззаражи­вания воды плавательных бассейнов, емкостей для хранения и транспортирования воды, очистки и обеззараживания городских и промышленных сточных вод.

Ценными свойствами «Акватона» является его хорошая растворимость в воде, от­сутствие запаха, цвета, неагрессивность к различным материалам. Он биологически разлагаем и безопасен для окружающей среды.

В процессе его бактерицидных испытаний в качестве тест-объекта использовали штамм санитарно-показательного микроорганизма Е. Coli 1257. Штамм термоустойчив, устойчив к дезинфектантам и антибиотикам. В контаминированную Е. Coli (нагрузка 105 клеток в 1 мл) воду вносили реагент «Акватон» и определяли количество выживших микроорганизмов при различных экспозициях. Выживаемость микроорганизмов опре­деляли по числу колоний образующих единиц при посеве отобранных проб на среду Эндо. Определение коли-индекса воды, обеззараженной исследуемым реагентом, проводи­ли по стандартной методике.

Как видно из рисунка, при дозо-временных зависимостях порядка 1,5-2,0 мг/дм³ антимикробное действие реагента достигает 99,9%. Реагент «Акватон» обладает про­лонгированным антимикробным эффектом - в течение 72 часов в обеззараженной воде отсутствует повторный рост микроорганизмов.

Он обладает высокой активностью и широким спектром антимикробного действия по отношению к представителям различных групп микроорганизмов разного генотипа и относится к узкому кругу препаратов, активных как по отношению к грамположительным, так и грамотрицательным микроорганизмам.

Механизм биоцидного действия полимерных гуадиновых соединений (ПАГ) ана­логичен действию других высокомолекулярных катионных биоцидов и на первой ста­дии заключается в электростатическом взаимодействии микроорганизмов, имеющих суммарно заряженные макромолекулы биоцидного гуанидинового полимера с последу­ющим проникновением последних внутрь клетки за счет разрушения клеточной мемб­раны. Внутри клетки макромолекулы оказывают парализующее воздействие на обмен­ную функцию ферментов, нарушают воспроизводящую способность нуклеиновых кис­лот и белков, а также угнетают дыхательную систему клетки. Такое воздействие наряду с разрушением стенок клетки приводит к быстрой гибели микроорганизмов.

При изучении влияния реагента «Акватон» на инфекционную активность вируса по­лиомиелита 2 типа Сэбина установлено, что «Акватон» в концентрации 5-50 мг/дм³ об­ладает выраженной активностью, подавляя в условиях комнатной температуры за 60 ми­нут инфекционность вируса на 80-93% при исходной концентрации вируса 108 БОЭ/мл.

Дозо-временные зависимости антимикробного действия реагента «Акватон» в водопроводной воде при различной глубине обеззараживания (в %)

Реагент «Акватон» также эффективно подавляет инфекционность вирусов гепатитов, гриппа, ВИЧ и других возбудителей опасных инфекций, в том числе и холерных вибрио­нов. При воздействии реагента в концентрации 0,001% холерные вибрионы погибают за 20 минут, а в концентрации 0,01% гибель холерных вибрионов наступает за 5 минут.

Исследование флокулирующих свойств реагента «Акватон», обладающего свойст­вами катионного флокулянта, проводились на природной воде реки Днепр.

Как видно из таблицы, флоккулирующий эффект усиливается с повышением кон­центрации реагента в очищенной воде. При введении «Акватона» после коагулянта (сульфата алюминия) значительно снижается концентрация остаточного алюминия в очищенной воде (до нормативных значений).

В холодное время года, когда плохо идут процессы коагуляции гидроксидом алю­миния, «Акватон» проявляет высокие флокулирующие свойства, снижая мутность, цветность и концентрацию остаточного алюминия в питьевой воде. Снижение цветно­сти воды в этом случае объясняется образованием межмолекулярных комплексных со­единений «Акватона» с органическими загрязнителями (амино-, гумино-, фульвокисло- тами и др.), которые удаляются в процессе коагуляции и отстаивания.

Лабораторные и натурные испытания реагента «Акватон», проведенные сотрудни­ками НТЦ «Укрводбезпека» на Деснянской водопроводной станции (г. Киев), в Комсо­мольске, Житомире, Виннице, Запорожье, на более чем 90 комплексах-станциях подго­товки дополнительно очищенной воды в Одессе, Днепропетровске, Николаеве, Харько­ве и др., подтвердили его высокую эффективность.

Применение «Акватона» для профилактической обработки и обеззараживания со­оружений и резервуаров для хранения чистой воды на станциях водоподготовки Украи­ны показало высокую экономическую целесообразность и полную безопасность реаген­та «Акватон» по сравнению с традиционными методами, основанными главным обра­зом на использовании хлора и его соединений.

В Институте эколого-экономических проблем России также исследовались реаген­ты нового поколения на основе ПАГов.

Высокую биоцидную активность этим полимерам придают полярные гуанидино­вые группировки, являющиеся активным началом многих природных и синтетических антисептиков. В воде ПАГи легко справляются с грамположительными и грамотрицательными бактериями (включая микобактерии туберкулеза), вирусами, разного рода грибами, дрожжами, водорослями, плесенью, сохраняя свою эффективность в диапазо­не температур 0-30 °С при pH 6-9. Эффект обеззараживания проявляется уже при дозе реагента 0,5 мг/л, хотя при таком количестве для достижения требуемого эффекта необ­ходимо больше двух часов контакта. Увеличение дозы до 1,5 мг/л сокращает это время до одного часа. Необходимая концентрация препарата варьируется от 1 до 3 мг/л. В от­личие от окислителей (хлор, озон) ПАГи не образуют побочных продуктов в очищенной воде.

Результаты исследования флокулирующей способности реагента «Акватон»

Концентрация реагентов, мг/л		Показатели качества очищенной воды
Коагулянт (сульфат алюминия)	«Акватон»	Мутность, мг/л	Цветность, град	Остаточный алюминий, мг/л
0	0	1,8	44	-
0	1	1,34	38	-
0	1,5	1,12	33	-
0	2	0,7	25	-
0	2,5	0,6	20	-
0	3	0,51	18	-
0	4	0,36	11	-
0	5	0,23	8	-
50	0	0,88	29	0,78
50	1,5	0,56	19	0,4
50	2	0,4	15	0,26
50	3	0,35	11	0,18
50	4	0,26	9	0,15
50	5	0,19	6	0,12

Являясь катионными поверхностно-активными веществами, ПАГи прекрасно соче­тают в себе биоцидную активность и свойства катионных флокулянтов. Они позволяют удалять гумусовые соединения и продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Кро­ме того, ПАГи связывают в нерастворимые комплексы соли тяжелых металлов. Дли­тельный антисептический эффект обусловлен макромолекулярной природой ПГМГ. Со­ли полиалкиленгуанидинов - химически стойкие соединения в широком интервале кислотности, не окисляются кислородом, содержащимся в воздухе, и поэтому обеспечивают пролонгированное обеззараживающее действие. Остаточного количества ПАГа в очищенной воде, которое не превышает установленного для данного препарата значения ПДК (0,1 м г/л), достаточно для консервации очищенной воды. Более того, вода остается эпидемически безопасной до тех пор, пока в ней содержится ПАГ даже на уровне следовых концентраций (0,05 мг/л). ПАГи обладают низкой токсичностью. Они являются нормально биоразлагаемыми веществами: в живом организме имеются ферментные системы, способные вызывать их деградацию, предотвращая кумуляцию (накопление) препарата. В соответствии с ГОСТ 12.1.007-76, ПАГи отнесены к. 4 классу малоопасных соединений при поступле­нии в организм через кожу и к 3 классу умеренно опасных веществ при поступлении в желудок. Расчетная величина фактора надежной безопасности для ПАГов в среднем со­ставляет 3667 (во столько раз ПАГи токсичнее для патогенной микрофлоры, чем для жи­вотных и человека). Предельно допустимые концентрации для них составляют 0,1 мг/л (при условии употребления такой воды человеком в течение всей жизни).

Большим преимуществом семейства ПАГов является то, что они не вызывают кор­розию металлов. Примером их эффективного применения для обеззараживания резер­вуаров чистой воды после их чистки и промывки явились испытания, проведенные в МУП «Орехово-Зуевский городской водоканал».

При обследовании оборудования во всех накопительных сооружениях питьевой во­ды были обнаружены биообрастания толщиной 15-20 см, увеличивающиеся к днищу. На дне слой отложений достигал 0,5 м и содержал механические примеси. Биологическое обследование пробы, взятой из емкости на высоте 1 м от днища, показало наличие 68 ви­дов микроорганизмов: это бактерии микромицетов дрожжей, некоторые из которых яв­лялись условно-патогенными. Такое изобилие микроорганизмов представляет опасность не только с точки зрения потребления воды, но и создает высокоагрессивную среду в от­ношении металлических поверхностей, бетона и гидроизоляционного покрытия.

В соответствии с нормами чистка и обеззараживание резервуаров должны произво­диться не реже одного раза в год, а также в том случае, когда отмечено понижение колититра воды, поступающей из резервуара. Для дезинфекции емкостей хранения до это­го применялся раствор хлорной извести. Как известно, соединения хлора токсичны и представляют опасность для персонала, проводящего дезобработку (накопительные ем­кости - это закрытые подземные помещения без вентиляции).

Поэтому в качестве эксперимента одну из емкостей хранения (учитывая состав биоотложений) решили обработать полигексаметиленгуанидином (Биопаг-Д).

Механическая очистка резервуара проводилась обычным способом. Затем емкость обрабатывалась Биопагом-Д. Во время обработки персонал использовал респираторы, а не противогазы, как при работе с хлорной известью. При этом не ощущалось затрудне­ния дыхания и неприятных запахов, не отмечалось раздражения слизистых оболочек и кожных покровов. Спустя 8-10 часов обеззараженные поверхности (кроме потолка) споласкивались водой из шланга. Смывную воду направляли в канализацию, а очищен­ную емкость заполняли водой. Через семь дней выдержки воды направили в раздаточ­ный коллектор. После необходимого разбавления остаточное содержание биоцида со­ставило 0,14 мг/л. Однако содержание препарата в промежуточной точке перед послед­ним ответвлением оказалось меньше 0,01 мг/л, а к ближнему потребителю вода посту­пила уже вообще без остаточного количества Биопага-Д. Это говорит о том, что в тру­бопроводе, заселенном микроорганизмами, процесс обеззараживания продолжался, и препарат был израсходован до конца.

Реагенты нового поколения на основе полиалкиленгуанидинов совместимы с дру­гими средствами, используемыми в технологии обработки воды. Они могут применять­ся в существующих технологических системах водоподготовки без существенной ре­конструкции очистных сооружений.