Вопросы использования современных органических реагентов в практике питьевого водоснабжения (обзор литературы)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Статья содержит обзор литературы, посвящённой безопасному использованию современных органических реагентов в практике питьевого водоснабжения. При проведении поиска литературы использовали следующие базы данных: Pubmed, Scopus, Web of Science, MedLine, Global Health, РИНЦ, а также метод поиска на основе ключевых слов и цитирования.

Цель обзора определялась актуальностью задачи удаления антропогенных и вызванных антропогенной нагрузкой загрязняющих веществ при очистке природных вод. Несмотря на большое число разработанных технологий и различных реагентов, эта задача не до конца решена. Технологии очистки воды совершенствуются, их эффективность в немалой степени зависит от интенсификации реагентной обработки. Помимо общепринятых лабораторных исследований реагентов, используемых при водоочистке, необходимо проведение производственных испытаний для уточнения параметров риска для здоровья и токсичности образующихся в процессе водоподготовки продуктов трансформации, а также для изучения эффективности и безопасности суммы реагентов, совместно поступающих в технологический процесс водоподготовки. Гигиеническая оценка реагентов должна учитывать реальные условия их использования в практике питьевого водоснабжения, включая дальнейшие стадии водоподготовки. Это касается оценки возможной деструкции полимеров при получении композитных реагентов, оценки модифицирующих добавок, входящих в их состав, трансформации полимеров в воде в процессе хлорирования, хлораминирования, озонирования, под влиянием ультрафиолетового облучения и корректировки набора обязательных контролируемых показателей. Для проведения этих исследований лаборатории должны обладать общедоступными методами анализа, позволяющими точно определить наличие мономеров, полимеров, а также различных добавок и продуктов трансформации в концентрациях, реально присутствующих в питьевой воде.

Участие авторов:
Алексеева А.В. — концепция и дизайн исследования, написание текста, сбор материала и обработка данных, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;
Савостикова О.Н. — концепция и дизайн исследования, написание текста, сбор материала и обработка данных, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследования проводились в рамках государственного задания по теме «Мониторинг» в ФГБУ «ЦСП» ФМБА России.

Поступила: 28.08.2023 / Принята к печати: 26.09.2023 / Опубликована: 20.11.2023

Об авторах

Анна Венидиктовна Алексеева

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: AAlekseeva@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0002-0422-8382

Кандидат медицинских наук, начальник отдела гигиены, ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д. 10, стр. 1, Россия

e-mail: AAlekseeva@cspmz.ru

Россия

Ольга Николаевна Савостикова

ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентства

Email: OSavostikova@cspmz.ru
ORCID iD: 0000-0002-7032-1366

Кандидат медицинских наук, начальник отдела физико-химических методов исследования и экотоксикологии, ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д. 10, стр. 1, Россия

e-mail: OSavostikova@cspmz.ru

Россия

Список литературы

  1. Ouyang W., Chen T., Shi Y., Tong L., Chen Y., Wang W., et al. Physico-chemical processes. Water Environ. Res. 2019; 91(10): 1350–77. https://doi.org/10.1002/wer.1231
  2. Xue J., Guo B., Gong Z. Physico-chemical processes. Water Environ. Res. 2018; 90(10): 1392–438. https://doi.org/10.2175/106143018X15289915807263
  3. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод. М.: Стройиздат; 1984.
  4. Запольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: Свойства. Получение. Применение. М.: Химия; 1987.
  5. Yu X., Tang Y., Pan J., Shen L., Begum A., Gong Z., et al. Physico-chemical processes. Water Environ. Res. 2020; 92(10): 1751–69. https://doi.org/10.1002/wer.1430
  6. Mishra S., Mukul A., Sen G., Jha U. Microwave assisted synthesis of polyacrylamide grafted starch (St-g-PAM) and its applicability as flocculant for water treatment. Int. J. Biol. Macromol. 2011; 48(1): 106–11. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2010.10.004
  7. Chen J., Eraghi Kazzaz A., AlipoorMazandarani N., Hosseinpour Feizi Z., Fatehi P. Production of flocculants, adsorbents, and dispersants from lignin. Molecules. 2018; 23(4): 868. https://doi.org/10.3390/molecules23040868
  8. Rajala K., Grönfors O., Hesampour M., Mikola A. Removal of microplastics from secondary wastewater treatment plant effluent by coagulation/flocculation with iron, aluminum and polyamine-based chemicals. Water Res. 2020; 183: 116045. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116045
  9. Zheng C., Zheng H., Wang Y., Sun Y., An Y., Liu H., et al. Modified magnetic chitosan microparticles as novel superior adsorbents with huge “force field” for capturing food dyes. J. Hazard. Mater. 2019; 367: 492–503. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.12.120
  10. Can İ.B., Bıçak Ö., Özçelik S., Can M., Ekmekçi Z. Sulphate removal from flotation process water using ion-exchange resin column system. Minerals. 2020; 10(8): 655. https://doi.org/10.3390/min10080655
  11. Wang Q., Cao Y., Zeng H., Liang Y., Ma J., Lu X. Ultrasound-enhanced zero-valent copper activation of persulfate for the degradation of bisphenol AF. Chem. Eng. J. 2019; 378: 122143. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.122143
  12. Lin Z., Wang Y., Huang W., Wang J., Chen L., Zhou J., et al. Single-stage denitrifying phosphorus removal biofilter utilizing intracellular carbon source for advanced nutrient removal and phosphorus recovery. Bioresour. Technol. 2019; 277: 27–36. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.01.025
  13. Fu W., Zhang W. Microwave-enhanced membrane filtration for water treatment. J. Memb. Sci. 2018; 568: 97–104. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.09.064
  14. Salehizadeh H., Yan N., Farnood R. Recent advances in polysaccharide bio-based flocculants. Biotech. Adv. 2018; 36(1): 92–119. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.10.002
  15. Самбурский Г.А., Устинова О.В., Леонтьева С.В. Особенности стандартизации химических реагентов для подготовки питьевой воды (на примере коагулянта полиоксихлорида алюминия). Водоснабжение и санитарная техника. 2020; (1): 15–21. https://doi.org/10.35776/MNP.2020.01.02 https://elibrary.ru/kophvn
  16. Koshani R., Tavakolian M., van de Ven T.G.M. Cellulose-based dispersants and flocculants. J. Mater. Chem. B. 2020; 8(46): 10502–26. https://doi.org/10.1039/d0tb02021d
  17. Xu M., Wang X., Zhou B., Zhou L. Pre-coagulation with cationic flocculant-composited titanium xerogel coagulant for alleviating subsequent ultrafiltration membrane fouling by algae-related pollutants. J. Hazard. Mater. 2021; 407: 124838. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124838
  18. Zhang P., Zhu S., Xiong C., Yan B., Wang Z., Li K., et al. Flocculation of Chlorella vulgaris-induced algal blooms: critical conditions and mechanisms. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(52): 78809–20. https://doi.org/10.1007/s11356-022-21383-8
  19. Wang Y., Gao B., Yue Q., Zhan X., Si X., Li C. Flocculation performance of epichlorohydrin-dimethylamine polyamine in treating dyeing wastewater. J. Environ. Manage. 2009; 91(2): 423–31. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2009.09.012
  20. Zhu G., Liu J., Bian Y. Evaluation of cationic polyacrylamide-based hybrid coagulation for the removal of dissolved organic nitrogen. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25(15): 14447–59. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1630-1
  21. Liao Y., Zheng H., Dai L., Li F., Zhu G., Qingqing G., et al. Hydrophobically modified polyacrylamide synthesis and application in water treatment. Asian J. Chem. 2014; 26(18): 5923–7. https://doi.org/10.14233/ajchem.2014.16860
  22. Chen X., Si C., Fatehi P. Cationic xylan-(2-methacryloyloxyethyl trimethyl ammonium chloride) polymer as a flocculant for pulping wastewater. Carbohydr. Polym. 2018; 186: 358–66. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.01.068
  23. Lu L., Pan Z., Hao N., Peng W. A novel acrylamide-free flocculant and its application for sludge dewatering. Water Res. 2014; 57: 304–12. https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.03.047
  24. Жолдакова З.И., Синицына О.О., Тульская Е.А. Оценка санитарно-эпидемиологической безопасности флокулянтов, используемых для очистки питьевой воды. Гигиена и санитария. 2006; 85(5): 42–4. https://elibrary.ru/kuzlbr
  25. Алексеева А.В., Савостикова О.Н., Мамонов Р.А. Сравнительный анализ методов оценки возможности применения полимерных материалов в питьевом водоснабжении, закрепленных в законодательствах России и Германии. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; (10–2): 263–7. https://elibrary.ru/uyvsgo
  26. Liu Y., Zheng H., Sun Y., Ren J., Zheng X., Sun Q., et al. Synthesis of novel chitosan-based flocculants with amphiphilic structure and its application in sludge dewatering: role of hydrophobic groups. J. Clean. Prod. 2020; 249: 119350. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119350
  27. Jiang X., Li Y., Tang X., Jiang J., He Q., Xiong Z., et al. Biopolymer-based flocculants: a review of recent technologies. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2021; 28(34): 46934–63. https://doi.org/10.1007/s11356-021-15299-y
  28. Bhalkaran S., Wilson L.D. Investigation of self-assembly processes for chitosan-based coagulant-flocculant systems: a mini-review. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(10): 1662. https://doi.org/10.3390/ijms17101662
  29. Tang X., Jiang X., Zhang S., Zheng H., Tan X. Recent progress on graft polymerization of natural polymer flocculants: synthesis method, mechanism and characteristic. Mini Rev. Org. Chem. 2018; 15(3): 227–35. https://doi.org/10.2174/1570193X15666171213155054
  30. Zheng C., Zheng H., Wang Y., Wang Y., Qu W., An Q., et al. Synthesis of novel modified magnetic chitosan particles and their adsorption performance toward Cr(VI). Bioresour. Technol. 2018; 267: 1–8. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.06.113
  31. Sanchez-Salvador J.L., Balea A., Monte M.C., Negro C., Blanco A. Chitosan grafted/cross-linked with biodegradable polymers: a review. Int. J. Biol. Macromol. 2021; 178: 325–43. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.02.200
  32. Duan C., Meng X., Meng J., Khan M.I.H., Dai L., Khan A., et al. Chitosan as a preservative for fruits and vegetables: a review on chemistry and antimicrobial properties. J. Biores. Bioproducts. 2019; 4(1): 11–21. https://doi.org/10.21967/jbb.v4i1.189
  33. Sanchez-Salvador J.L., Balea A., Monte M.C., Negro C., Blanco A. Chitosan grafted/cross-linked with biodegradable polymers: a review. Int. J. Biol. Macromolec. 2021; 178: 325–43. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.02.200
  34. Lapointe M., Barbeau B. Substituting polyacrylamide with an activated starch polymer during ballasted flocculation. J. Water Process Eng. 2019; 28: 129–34. https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.01.011
  35. Wei H., Ren J., Li A., Yang H. Sludge dewaterability of a starch-based flocculant and its combined usage with ferric chloride. Chem. Engineer. J. 2018; 349: 737–47. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.05.151
  36. El Halal S.L.M., Kringel D.H., Zavareze E.R., Dias A.R.G. Methods for extracting cereal starches from different sources: a review. Stärke. 2019; 71(11–12): 1900128. https://doi.org/10.1002/star.201900128
  37. Roy D., Semsarilar M., Guthrie J.T., Perrier S. Cellulose modification by polymer grafting: a review. Chem. Soc. Rev. 2009; 38(7): 2046–64. https://doi.org/10.1039/b808639g
  38. Morantes D., Munoz E., Kam D., Shoseyov O. Highly charged cellulose nanocrystals applied as a water treatment flocculant. Nanomaterials (Basel). 2019; 9(2): 272. https://doi.org/10.3390/nano9020272.
  39. Negro C., Martín A.B., Sanchez-Salvador J.L., Campano C., Fuente E., Monte M.C., et al. Nanocellulose and its potential use for sustainable industrial applications. Lat. Am. Appl. Res. Int. J. 2020; 50(2): 59–64. https://doi.org/10.52292/j.laar.2020.471
  40. Campano C., Lopez-Exposito P., Blanco A., Negro C., van de Ven T.G.M. Hairy cationic nanocrystalline cellulose as a novel flocculant of clay. J. Colloid Interface Sci. 2019; 545: 153–61. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.02.097
  41. Brenelli L.B., Mandelli F., Mercadante A.Z., Rocha G.J.M., Rocco S.A., Craievich A.F., et al. Acidification treatment of lignin from sugarcane bagasse results in fractions of reduced polydispersity and high free-radical scavenging capacity. Ind. Crop. Prod. 2016; 83: 94–103. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.013
  42. Guo K., Gao B., Yue Q., Xu X., Li R., Shen X. Characterization and performance of a novel lignin-based flocculant for the treatment of dye wastewater. Int. Biodeterior. Biodegrad. 2018; 133: 99–107. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2018.06.015
  43. Jiang Z., Hu C. Selective extraction and conversion of lignin in actual biomass to monophenols: a review. J. Energy Chem. 2016; 25(6): 947–56. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2016.10.008
  44. Xia Z., Li J., Zhang J., Zhang X., Zheng X., Zhang J. Processing and valorization of cellulose, lignin and lignocellulose using ionic liquids. J. Biores. Bioprod. 2020; 5(2): 79–95. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2020.04.001
  45. Jiang X., Li Y., Tang X., Jiang J., He Q., Xiong Z., et al. Biopolymer-based flocculants: a review of recent technologies. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2021; 28(34): 46934–63. https://doi.org/10.1007/s11356-021-15299-y
  46. Реестр аккредитованных лиц. Available at: https://pub.fsa.gov.ru/ral
  47. Кремко Л., Саракач О., Докутович А. Определение акриламида в питьевой воде методом газожидкостной хроматографии. Наука и инновации. 2014; (9): 67–9. https://elibrary.ru/tbbkpn
  48. Лопушанская Е.М., Максакова И.Б., Крылов А.И. Определение акриламида в воде методом ВЭЖХ/МС для обеспечения контроля качества питьевой воды. Вода: химия и экология. 2017; (10): 62–7. https://elibrary.ru/yuujbg
  49. Letterman R.D., Pero R.W. Contaminants in polyelectrolytes used in water treatment. J. Am. Water Works Ass. 1990; 82(11): 87–97.
  50. Charrois J.W.A., Hrudey S.E. Breakpoint chlorination and free-chlorine contact time: Implications for drinking water N-nitrosodimethylamine concentrations. Water Res. 2007; 41(3): 674–82. https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.07.031
  51. Tan S., Jiang S., Lai Y., Yuan Q. Formation potential of nine nitrosamines from polyacrylamide during chloramination. Sci. Total. Environ. 2019; 670: 1103–10. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.281
  52. Park S.H., Padhye L.P., Wang P., Cho M., Kim J.H., Huang C.H. N-nitrosodimethylamine (NDMA) formation potential of amine-based water treatment polymers: Effects of in situ chloramination, breakpoint chlorination, and pre-oxidation. J. Hazard. Mater. 2015; 282: 133–40. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.07.044
  53. Tan S., Jiang S., Li X., Yuan Q. Factors affecting N-nitrosodimethylamine formation from poly(diallyldimethyl-ammonium chloride) degradation during chloramination. R. Soc. Open Sci. 2018; 5(8): 180025. https://doi.org/10.1098/rsos.180025
  54. Deng L., Huang C.H., Wang Y.L. Effects of combined UV and chlorine treatment on the formation of trichloronitromethane from amine precursors. Environ. Sci. Technol. 2014; 48(5): 2697–705. https://doi.org/10.1021/es404116n
  55. Zeng T., Li R.J., Mitch W.A. Structural modifications to quaternary ammonium polymer coagulants to inhibit n-nitrosamine formation. Environ. Sci. Technol. 2016; 50(9): 4778–87. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b00602
  56. Тафеева Е.А., Снигирев С.В., Аксенов Н.Г. Реагенты, используемые в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения: проблемы безопасности. Вода: химия и экология. 2019; (7–9): 102–7. https://elibrary.ru/pdhvfo
  57. Ma J., Wang R., Wang X., Zhang H., Zhu B., Lian L., et al. Drinking water treatment by stepwise flocculation using polysilicate aluminum magnesium and cationic polyacrylamide. J. Environ. Chem. Engineer. 2019; 7(3): 103049.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Алексеева А.В., Савостикова О.Н., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.