Исследование вероятности образования токсичных веществ при хлорировании воды

Вредные вещества образующиеся, при обеззараживании воды хлором, несут негативные последствия для здоровья людей. В рамках работы использовались методы термодинамики, для определения вероятности образования канцерогенов из веществ, следовые количества которых, могут присутствовать в воде и методы расчета индивидуального канцерогенного риска. По результатам анализа замечено превышение предельно допустимого риска ряда веществ, рассчитаны концентрации соответствующие пороговым значениям риска и рекомендован подход к установлению допустимых концентраций с позиции оценки рисков.

Целью данного проекта является оценка вероятности образования токсичных веществ при хлорировании воды, а также анализ безопасности хлорирования, как метода обеззараживания воды. В задачи проекта входило: проведение расчетов термодинамических параметров реакций образования вредных веществ, в процессе хлорирования воды; определение вероятности образования хлорорганических соединений, с использованием программных продуктов «ChemicalWorkbench» и «FactSage»; оценка риска наличия в воде хлорпроизводных соединений для здоровья человека, в концентрациях рекомендованных нормативными документами, предусматривающими контроль за ПДК опасных веществ.

Важной проблемой хлорирования является высокая активность хлора. Основные риски потребления воды связаны с побочными продуктами, образуемыми хлором при соединении с другими веществами.Часто содержание реагентов в реакциях образования вредных, канцерогенных веществ, не превышает ПДК в водопроводной воде, а содержание продуктов этих реакций, напротив, зачастую превосходит их ПДК.

В связи с этим, оценку вероятности образования токсичных веществ при хлорировании воды важно осуществлять при установлении норматинов, регламентирующих качество воды. Оценка канцерогенного риска хлорорганических соединений при хлорировании водопроводной воды весьма актуальна, так как здоровье человека напрямую зависит от качества употребляемой воды.

Программный комплекс «ChemicalWorkbench» включает банк данных, содержащий сведения о термодинамических и термохимических свойствах веществ, а также информацию о константах скоростей химических реакций. В данной работе с использованием программы «ChemicalWorkbench» был проведен расчет термодинамических параметров реакций образования канцерогенных веществ в воде, в том числе изменения энтальпии, энтропии и энергии Гиббса таких реакций.

Возможность образования хлорорганики в нормальных условиях в присутствии метана была проанализирована с использованием программы «FactSage». Данная программа позволяет строить трехкомпонентные фазовые диаграммы и произвести расчет в любой точке диаграммы концентрации не только исходных веществ, но и продуктов их взаимодействия в различных фазовых состояниях. Точки для расчетов были выбраны на основании серии проведенных анализов на содержания метана в воде.

Определение уровней риска для здоровья населения от воздействия негативного воздействия канцерогенных веществ основываются на Руководстве Р 2.1.10.1920-04.При определении значения среднесуточной дозы применительно к оценке канцерогенного риска, учитывается выбор маршрутов воздействия; идентификация той среды, которая переносит загрязняющее вещество; определение концентраций загрязняющего вещества; определение времени, частоты и продолжительности воздействия и другие характеристики.

Расчет термодинамических параметров образования токсичных веществ в воде, с использованием программы «ChemicalWorkbench» показал, что изменение энергии Гиббса в диапазоне температур от 298К до 323К  имеют отрицательные значения, следовательно, реакции образования канцерогенных веществ протекают в стандартных условиях. 

С применением программного комплекса «FactSage» для трехкомпонентной системы метан-вода-хлор определено, что  в расчетных точках с концентрацией метана в воде равной 28,2 и 80,3 мкл/л присутствуют следующие продукты реакций: дихлорметан, хлороформ, этанол,  ацетилхлорид, тетрахлорэтен, которые являются токсичными. При повышении температуры на один градус концентрация канцерогенных веществ, таких как дихлорметан и хлороформ увеличивается более чем в два раза, но остается в пределах допустимых значений в исследуемом диапазоне температур.

Оценка величин канцерогенного риска по допустимым согласно нормативным документам в воде концентрациям показала, что наибольшим риском среди проанализированных веществ обладает дихлорметан и дибромхлорметан. Риски, соответствующие данным веществам приемлемы для профессиональных групп и неприемлемы для населения в целом. Остальные проанализированные вещества соответствует предельно допустимому риску.

В ходе работы, были рассчитаны пороговые концентрации дихлорметана и дибромхлорметана, предложенные с позиции оценки индивидуального риска, равные 0,03 и 0,002 мг/л соответственно. Данный расчет выполнен относительно величины приемлемого канцерогенного риска рекомендованной ВОЗ (1×10^-5).

Таким образом, мы предлагаем подход расчета рисков с прогнозом возможных последствий к установлению новых нормативов по воде, т.к. проведенные эксперименты показали, что согласно существующим нормативам канцерогенный риск для здоровья человека присутствует.

1. Онищенко Г. Г., Новиков С. М., Рахманин Ю. А., Авалиани С. Л, Буштуева К. А. // Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. - М.: НИИ ЭЧ и ГОС. - 2002. - 408 с.
2. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т. 2. Гигиени¬ческие критерии и другая релевантная информация. – Женева: 1987. - С. 82- 85.
3. СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества". Утвержден Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 26 сентября 2001 г., с 1 января 2002 года.
4. Ряд других источников приведенных в тексте проекта.

Hazardous substances are formed and are detrimental to human health by chlorination of water. Thermodynamics methods were used to determine the probability of the formation of carcinogenic substances in the water. Evaluation of individual cancer risk was conducted. Exceeding the maximum allowable risk of a number of substances was observed. Appropriate risk threshold concentration values were calculated. From the perspective of risk assessment approach to setting permissible concentrations it was recommended.