Сточная вода после биологической очистки содержит значительные количества вирусов, бактерий, простейших и яиц гельминтов. Надежное обеззараживание воды такого качества возможно только при хлорировании после «точки перелома» при наличии свободного активного хлора. Между тем в этих условиях наиболее полно протекают реакции хлора с органическими веществами как природного, так и синтетического происхождения с образованием галоформных соединений (ГФС). В 1974 г. впервые было показано, что в процессе хлорирования образуются ГФС. В дальнейшем при обследовании водопроводов 83 городов США, 70 - Канады, а также ряда городов ФРГ, Англии, Польши, Германии и нашей страны установлено, что наиболее часто и в сравнительно высоких концентрациях образуются следующие соединения: хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан, бромоформ. Среди ГФС в хлорированной воде определяются также четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, дихлорэтан и др. Общее число ГФС, идентифицированных и хлорированных биологически очищенных сточных водах, насчитывает сотни наименований.
Соединения из группы ГФС отличаются чрезвычайным разнообразием по влиянию на качество воды и теплокровный органном. Ряд соединений из этой группы способен в минимальных концентрациях ухудшить органолептические свойства воды (хлорфенолы), другие обладают выраженными общетоксическими и кумулятивными свойствами (четыреххлористый углерод), наконец, третьи - наиболее опасные для здоровья населения - в экспериментах на животных проявляют себя как активные бластомогены и мутигены (хлороформ, 1 ,2-дихлорэтан, трихлорэтилен и др.).
Хотя не все эти исследования являются до конца убедительными или корректно выполненными, очевидно, что при хлорировании воды появляется фактор, влияющий в определенной степени на возникновение опухолей у человека. По-видимому, этот фактор не столь выражен, чтобы в значительной мере влиять на общий уровень онкологической заболеваемости населения. К примеру, методом математической экстраполяции доказано, что частота новообразований, обусловленных употреблением воды, содержащей хлороформ в концентрациях более 100 мкг/л, не велика и не превышает 3-7 случаев на 100 тыс. населения. Вместе с тем нет оснований не принимать этот фактор во внимание при оценке опасности для населения ГФС, образующихся при хлорировании воды.
Тем более в ряде экспериментальных работ установлено, что у животных под влиянием, правда, высоких доз, хлороформа, дихлорэтана, трихлорэтана и других ГФС могут возникать опухоли, сходные по своей локализации с опухолями, выявленными у населения, потреблявшего хлорированную питьевую воду.
Анализируя проблему ГФС, следует обратить внимание на то, что в настоящее время основное внимание уделяется изучению опасного действия хлорорганических соединений, в первую очередь тригалометанов, образующихся при хлорировании питьевой воды. Признавая актуальность этой проблемы, следует подчеркнуть, что она по своей сути, в известной мере, вторична и является нередко следствием массивного загрязнения источников водоснабжения химическими веществами и продуктами их трансформации, содержащимися в сточных водах.
Обработка сточных вод хлором с целью обеззараживания сопровождается образованием значительно больших по сравнению с питьевой водой количеств хлорорганических веществ. Считается, что при хлорировании сточных вод около 1% использованного хлора идет на образование ГФС. В то же время в США, к примеру, расходуется более 100 тыс. т хлора в год на обеззараживание сточных вод. Естественно, что хлорированные сточные воды рассматриваются в качестве одного из основных источников загрязнения водных объектов этими высокоопасными веществами.
Следует отметить, что собственно тригалометапы обнаруживаются в хлорированных стоках в концентрациях, не превышающих 100 мкг/л и, по-видимому, в силу высокой летучести к низкой стабильности особой опасности в большинстве случаев повторного использования сточных вод не представляют. Существенно больший удельный вес и значение имеют образующиеся в сточных водах при хлорировании малолетучие химические соединения, отличающиеся высокой стабильностью и низкой способностью к биодеградации. Несмотря на то, что большинство подобного рода соединений не идентифицировано и определяется в форме так называемого общего органического хлора, по мнению ряда исследователей, именно они обусловливают уровень опасности хлорированных сточных вод. В частности, высказывается предположение, что мутагенная активность определяется в основном не столько присутствием в хлорированной воде летучих соединений (тригалометанов), сколько нелетучих с молекулярным весом около 200.
Можно считать доказанным, что при неадекватном хлорировании биологически очищенных сточных под может наблюдаться усиление общетоксических и отдаленных эффектов их действия на организм. Поскольку при повторном использовании сточных вод не исключена возможность непосредственного влияния их на человека, следует обратить более пристальное внимание на проблему хлорирования сточных под. Необходим поиск таких приемов хлорирования, при которых образование ГФС было бы минимальным. Не менее актуально внедрение в практику альтернативных методов обеззараживания. Безусловно, в преобладающем большинстве случаев биологическую очистку с последующим хлорированием нельзя рассматривать в качество приемлемого способа получения технической воды.
Для дополнительной очистки (доочистки) биологически очищенных сточных вод предложено много методов, направленных на уменьшение содержания химических соединений и взвешенных веществ, а также устранение возбудителей заболеваний. Эффективность тех или иных методов в значительной степени зависит от фазового и дисперсного состояния компонентов, содержащихся в сточных водах. С учетом этого принципа разработана одна из наиболее обоснованных классификаций качества воды и методов ее очистки.
Согласно этой классификации индивидуальная химическая природа веществ, загрязняющие воду, имеет значение лишь в той степени, в какой она допускает изменение фаэово-дисперсного состояния под влиянием различных факторов. Методы очистки поды от примесей должны основываться на физико-химических воздействиях, обеспечивающих снижение устойчивости коллоидных систем, быструю коагуляцию дисперсных компонентов и отделение их от дисперсионной среды.
На практике все возможные методы доочистки сводятся к снижению содержания органических и взвешенных веществ, а также обеззараживанию воды тем или иным методом. В большинстве случаев после механической и биологической очистки сточные воды подвергаются фильтрованию через различного рода природные и синтетические материалы, на которых происходит извлечение грубодисперсных и, частично, коллоидных примесей. Органические вещества, в том числе и растворенные, усваиваются из воды микроорганизмами активного ила, выносимого из вторичных отстойников и отлагающегося в толще загрузки фильтра. При скорости фильтрации 5-10 м/ч концентрация взвешенных веществ на фильтре снижается на 70-80 %, ВПК - на 50-70, ХПК - на 30-40 % .
В результате фильтрования отмечалось некоторое снижение концентраций солей тяжелых металлов. Удаление металлов коррелировало с уровнем взвешенных твердых частиц, причем корреляция особенно выражена для металлов с низкой растворимостью. Однако абсолютные уровни тяжелых металлов, а также трудноокисляющихся органических соединений, нередко превышали допустимые нормы, что, возможно, связано со способностью большинства бактерий аккумулировать металлы. В частности, бактерии группы кишечной палочки накапливают свинец до 7,6 мг/кг сухой бактериальной массы. Фильтрование, как известно, позволяет снизить количество кишечных палочек в сточных водах на 1-2 порядка, но абсолютное их содержание в фильтрате достигает сотен тысяч.
Повышение эффекта осветления и одновременно уменьшения содержания растворенных фосфатов достигается применением предварительного коагупирования солями железа и алюминия. В процессе коагуляции образуются нерастворимые фосфаты и гидроокиси металлов. При такой обработке содержание взвешенных веществ не превышает 1-3 мг/л, ВПК снижается на 60-8О %, ХПК - на 40-60 %. Важно отметить, что коагуляция является одним из немногих методов обработки воды, обеспечивающих существенное удаление вирусов.
Применение коагулянтов в сочетании с известью позволяет значительно повысить эффект доочистки. При этом устраняется цветность сточной воды, снижается концентрация многих органических соединений (гуминовые кислоты, фонолы, акрилаты и др.). В присутствии гуминовых веществ ионы кальция связывают катионы таких металлов, как медь, свинец, кадмий и цинк.
При известковании достигается и определенный бактерицидный эффект. В частности, при длительном контакте дозы окиси кальция 150-300 мг/л обеспечивали надежную дезинфекцию поды. Установлено, что ионы кальция связываются непосредственно со специфическими группами протеиновой оболочки вириона и повышают сорбцию вирусов на зернистых загрузках.
Следует также отметить, что при известковании происходит умягчение и дезодорация воды, устранение ее токсичности. Вместе с тем, необходимый гигиенический эффект при обработке сточных вод окисью кальция достигается при использовании больших доз, что сопровождается образованием огромного количества осадка. Этот факт, как и отсутствие последействия у окиси кальция, возможность образования отложений кальцитов в распределительной сети промышленных водопроводов существенно ограничивают применение известкования.
В настоящее время предложено значительное число методов доочистки, направленных на снижение до безопасных уровней как суммарного содержания органических веществ, так и отдельных загрязнителей сточных вод, а также их обеззараживания.