Одорирующие вещества биологического происхождения в природных водах и способы их удаления при водоподготовке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Гусев, Евгений Евгеньевич

• Гусев, Евгений Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гусев, Евгений Евгеньевич

Введение.

Глава I. Анализ условий формирования в природной и питьевой воде запахов биологического происхождения и способы борьбы с ними.

1.1. Посторонние запахи воды и их происхождения.

1.1.1. Посторонние запахи - метаболиты гидробионтов.

1.1.2. Источники одорирующих веществ.

1.2. Факторы, влияющие на образование запахов гидробионтов.

1.2.1. Влияние условий среды на продукцию одорирующих веществ цианобактериями.

1.2.2. Состояние популяции цианобактерий и продукция ими одорантов.

1.3. Посторонние запахи, как результат взаимодействия веществ антропогенного и биогенного происхождения.

1.4. Одорирущие вещества в природных водах.

1.4.1. Характеристики водоема и появление одорантов.

1.4.2. Уровни присутствия одорирующих веществ в водной среде.

1.5. Проблема посторонних запахов питьевой воды.

1.6. Методы анализа одорирующих компонентов воды.

1.7. Способы борьбы с запахами воды.

1.7.1. Меры по защите водоисточников.

1.7.2. Способы дезодорации воды.

Глава II. Анализ данных уровня и характера запаха воды на примере Москворецкого водоисточника с 1998 по 2004 год.

2.1. Обработка данных по отдельным группам запахов, определяемых в водоисточнике.

2.2. Сезонные изменения запаха воды на примере Москворецкого водоисточника.

2.3. Статистический анализ концентраций летучих органических соединений в речной воде на примере Москворецкого водоисточника за 2001 - 2004 гг.

2.4. Определение коэффициентов корреляции между физико-химическими показателями качества воды и содержанием фитопланктона на примере Москворецкого водоисточника.

2.5. Выводы.

Глава III. Исследование влияния актиномицетов и водорослей на интенсивность образования одорирующих веществ.

3.1. Методика определения одорирующих веществ.

3.2. Исследование влияния актиномицетов на интенсивность образования одорирующих веществ.

3.2.1. Методика работы с актиномицетами.

3.2.2. Результаты культивирования актиномицетов.

3.3. Исследование влияния сине-зеленых водорослей (цианобактерий) на интенсивность образования одорирующих веществ.

3.4. Исследование формирования запаха на реальной воде водоисточника - р. Москвы.

3.5. Выводы.

Глава IV. Удаление одорирующих веществ биологического происхождения при водоподготовке.

4.1. Исследование различных методов для удаления одорирующих веществ из воды.

4.1.1. Исследование окислительных способов дезодорации воды.

4.1.2. Исследование дезодорации воды ПАУ.

4.1.3. Исследование удаления запаха различного характера ПАУ.

4.2. Экспериментальное исследование дезодорации воды на примере СПВ «Пруд-Ижевск».

4.2.1. Исследование различных технологических схем очистки воды.

4.2.2. Сравнение испытательных технологических схем очистки воды.

4.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Одорирующие вещества биологического происхождения в природных водах и способы их удаления при водоподготовке»

Несмотря на относительную давность возникновения проблемы запаха воды, она продолжает исследоваться во многих лабораториях различных стран, и далека от окончательного решения.

Посторонние запахи и привкусы питьевой воды не относят к характеристикам, опасным для здоровья населения. Их появление ухудшает качество воды по «эстетическим» показателям. В связи с этим проблема запахов воды исследуется в мире не настолько целеустремленно, как проблемы присутствия в воде возбудителей болезней и потенциально ядовитых веществ. Тем не менее, к этой проблеме приходится постоянно обращаться в связи с жалобами населения и производителей пищевой продукции.

В настоящее время увеличивающаяся техногенная нагрузка на водоисточники приводит к их эвтрофикации и изменению видового состава водоема в связи выбросом биогенных элементов, особенно на подступах к крупным городам, приводящая к явлениям, неблагоприятно сказывающимся на органолептических свойствах воды. Динамика этих процессов показывает, что в будущем проблема качества воды водоисточников, включая органолептические, будет только обостряться.

Важность рассматриваемой проблемы для водоподготовки требует комплексного подхода, одним из основных аспектов которого является мониторинг запаха воды водоисточников и изучения процессов его формирования.

Цель диссертационной работы заключается в изучении появления запахов биологического происхождения в воде (на примере Москворецкого водоисточника) и способов борьбы с ними. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- мониторинг изменения интенсивности и характера запаха воды и состава фитопланктона водоисточника за несколько лет, анализ органических соединений с целью выявления наличия одорантов;

- проведение экспериментов по выделению и культивированию цианобактерий и актиномицетов, как продуцентов одорирующих веществ, выявление взаимосвязи интенсивности продуцирования ими одорантов и состоянием их популяции для исследований процесса формирования запаха в лабораторных условиях;

- исследование окислительных и сорбционных способов дезодорации воды.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- в работе осуществлен анализ и систематизация данных уровня и характера запаха воды на примере Москворецкого водоисточника за несколько лет, выделены основные группы запаха воды;

- в лабораторных условиях проведено культивирование цианобактерий и актиномицетов для исследования процессов формирования и трансформации запаха воды в результате их жизнедеятельности при различных условиях, а также выявление характерных одорирующих веществ;

- на основании результатов работы возможен прогноз пиковых периодов возникновения запаха воды, а также его характера в зависимости от видового состава водоисточника и параметрических характеристик среды;

- проведена оптимизация процессов дезодорации воды при водоподготовке для Москворецкого водоисточника и воды Ижевского пруда;

- проведено сравнительное исследование эффективности удаления запаха воды различного характера порошкообразным активированным углем.

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Гусев, Евгений Евгеньевич

12. Результаты работы по удалению из воды одорирующих веществ подтвердили наибольшую эффективность использования сорбционных методов дезодорации воды, по сравнению с окислительными методами вне зависимости от характера и силы запаха воды водоисточника - в случае применения окислительных агентов (озон, перекись водорода) запах очищенной воды снижался незначительно, а изменение характера запаха указывало на наличие в пробах воды вторичных продуктов окисления, обладающих одорирующими свойствами.

13. Определены условия оптимального применения порошкообразных сорбентов для дезодорации воды и выявлены границы применимости этого метода для борьбы со специфическими запахами.

14. Исследование классической (существующей на реальных очистных сооружениях) схемы очистки воды на примере Ижевского пруда показало, что в процессе очистки все физико-химические и микробиологические показатели воды снижаются до нормы, кроме показателя запаха. При сравнении модернизированных схем очистки воды с различной точкой ввода ПАУ показано, что наиболее эффективным с точки зрения дезодорации воды, является ввод ПАУ в голову сооружений.

15. Проведение финишной хлораммонизации практически не изменяет характер и уровень запаха очищенной воды, по сравнению с вторичным хлорированием без аммонизации, которое придавало воде дополнительный оттенок запаха - хлорный.

16. На основании полученных результатов данной работы возможен прогноз появления одорирующих веществ (запахов) в водоисточниках, а также разработаны и реализованы рекомендации по дезодорации воды при водоподготовке на водоканалах городов Москва, Ижевск и Хабаровск в условиях сложной структуры загрязнения среды.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гусев, Евгений Евгеньевич, 2007 год

1. Heitz A., Kagi R.I., Alexander R. Polysulfide sulfur in pipewall biofilms: its role in the formation of swampy odour in distribution system. Water Science and Technology. 2000. Vol. 41, № 4-5, pp 271-278.

2. Tabachek, J.L. Yurkowski, M. Isolation and Identification of Blue-Green Algae Producing Muddy Odor Metabolites, Geosmin and 2-Methilisoborneol, in Saline Lakes in Manitoba. Jour. Fish. Res. Board Can., 1976. Vol. 31, № 11, pp. 229335.

3. Gerber N.N., A Volatile Metabolite of Actinomycetes, 2-Methilisoborneol. Jour. Antibiot., 1969. Vol. 22: pp. 508.

4. Hoehn R.C., Via Ch. E. Biological Aspects of Taste and Odor Problems in Drinking Water. AWWARF Taste and Odor Workshop, 1998, July 23-24, Chicago. http://www.awwarf.com/research/Tontbk.htm.

5. Silvey J.K., G. Roach, A.W. Studies on Microbiotic Cycles in Surface Waters. Jour. AWWA, 1964. Vol. 56: pp. 60.

6. Rashash D.M.C., Hoehn R.C., Dietrich A.M., T.J. Grizzard. Identification and Control of Odorous Algal Metabolites. AWWARF, проект № 90682, 1996. http://www.awwarf.eom/et9/.htm.

7. Young C.C., Suffet I.H. (Mel). Development of a Standard Method Analysis of Compounds Causing Tastes and Odors in Drinking Water. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, № 6, pp. 279-286.

8. Watson S., T. Satchwill, E. McCauley, E. Hargesheimer. Chrisophyte taste and odour: underpise blooms in Glenmore reservour. 9th National conference on drinking water. May 16-18, 2000. Saskatchewan, Canada. http://www.cwwa.ca/pdf%20files/9thab.PDF.

9. Khiari D., Suffet I.H., Barrett S.E. Extraction and identification of chemicals causing grassy odors in flavor profile analysis (FPA) reference standards. Water Science and Technology. 1995. Vol. 31, № 31, pp. 93-98.

10. Nakanishi M., Hoson T., Inoue Y., Yagi M. Relationship Between the Maximum Standing Crop of Musty-Odor producing Algae and Nutrient Concentrations in the Southern Basin Water of Lake Biwa. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, №6, pp. 179-184.

11. Sommerfeld M. et al. Final Report. Reducing Taste and Odor and Other Algae-Related Problems for Surface Water Supplies in Arid Environments. 2002. http://ceaspub.eas.asu.edu/pwest/myweb/Taste%20and%200dor%20Stuff/Final %20Report-August2002.pdf.

12. Blevins W.T., Schrader K.K., Saadoun I. Comparative physiology of geosmin production by Streptomyces halstedii and Anabaena sp. Water Science and Technology. 1995. Vol. 31, № 11, pp. 127-133.

13. Tsuchiya Y., Matsumoto A. Characterization of Oscillatoria F. Granulata Producing 2-methyl-isoborneol and Geosmin. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40. № 6, pp. 245-250.

14. Guidelines for drinking-water quality, 2nd ed. Vol. 2. Health criteria and other supporting information. Geneva. World Health Organization, 1996, pp. 357-360.

15. Kajino M., Morizane K., Umetani T., Terashima K. Odors Arising from Ammonia and Amino Acids with Chlorine During Water Treatment. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, № 6, pp. 107-114.

16. Suffet I.H. et al. Removal of tastes and odors by ozonation. In: Proceeding of the American Water Works Association Annual Conference, Seminar on Ozonation. Denver, CO. AWWA. 1986.

17. Montiel A., Rigal S., Welt B. Study of the Origin of Musty Taste in the Drinking water Supply. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, № 6, pp. 171-178.

18. Linden AC, Thijsse GJE. The mechanism of microbial oxidation of petroleum hydrocarbons. Advances in enzymology, 1965, 27:469-546.

19. Hosaka M., Murata K., Iikura Y., Oshimi A., Udagawa T. Off-flavor problem in drinking water of Tokyo arising from the occurrence of musty odor in a downstream tributary. Water Science and Technology. 1995. Vol. 31, № 11, pp. 29-34.

20. Stevenson R. City of Toledo Taste and Odor Operation History. AWWARF Taste and Odor Workshop, July 23-24, Chicago. http://www.awwarf.com/research/Tontbk.htm.

21. Boland B. Ontario Clean Water Agency Review of Tastes and odors. AWWARF Taste and Odor Workshop, 1998, July 23-24, Chicago. http://www.awwarf.com/research/Tontbk.htm.

22. Ridal J., Brownlee B., McKenna G., Levac N. Removal of Taste and Odour Compounds by Conventional Granular Activated Carbon Filtration. Water Quality Research Journal of Canada. 2001. Vol. 36, № 1, pp. 43-54.

23. Butterworth R. The Great Lakes Utilities: Summaries of Taste-and-Odor Issues. AWWARF Taste and Odor Workshop, 1998, July 23-24, Chicago. http://www.awwarf.com/research/Tontbk.htm.

24. Izaguirre G., Taylor W.D., Pasek J. Off-Flavor Problems in Two Reservoirs, Associated with Planktonic Pseudanabaena Species. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, № 6, pp. 85-90.

25. Fontani N., Cucchi A., Caratteristiche organolettiche delle acque destínate al consumo umano: I'odore. Biología Ambiéntale. 1998, № 3, pp. 3-9.

26. Bruchet A. Solved and Unsolved Cases of Taste and Odor Episodes in the Files of Inspector Cluzeau. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, № 6, pp. 114.

27. NobletJ., Schweitzer L., Ibrahim E., Stolzenbach K.D., ZhouL., Suffetl.H. Evaluation of a Taste and Odor Incident on the Ohio River. Water Science and Technology. 1995. Vol. 40, № 6, pp. 185-194.

28. Khiari D., Bruchet A., Gittelman T., Matia L., Barrett S., Suffet I.H. (Mel), Hund R. Distribution-Generated Taste-and-Odor Phenomena. Water Science and Technology. 1995. Vol. 40, № e, pp. 129-134.

29. Zimmerman W.J., C.M. Solimán, B.H. Rosen. Growth and 2-methylisoborneol production by the cyanobacterium Phormidium LM689. Water Science and Technology. 1995. Vol. 31, № 11, pp. 181-186.

30. CookD., Newcombe G., SztajnbokP. Optimising PAC dosing to remove MIB and geosmin in four Adelaide metropolitan water treatment plants. Rep. on Water Industry Operators Ass., Australia, 1998.

31. Gillogly T.E.T., V.L. Snoeyink, J.R. Elarde. A Simplified Method to Determine. The Powdered Activated Carbon Dose Required to Remove Methylisoborneol. Water Science and Technology. 1999. Vol. 40, № 6, pp. 59-64.

32. Snoeyink V.L., T.E.T. Gillobly, G. Newcombe, J.R. Elarde. A Simplified Method to Determine the PAC Dose Required to Remove MIB. AWWARF Taste and Odor Workshop, 1998, July 23-24, Chicago. http://www.awwarf.com/research/Tontbk.htm.

33. Simpson M.R., Practical Aspects of PAC Application For Taste and Odor Control. AWWARF Taste and Odor Workshop, 1998, July 23-24, Chicago, http ://www. awwarf.com/research/Tontbk.htm.

34. Miller W.A. Experience with Taste and Odor: Windsor Utilities Commission. AWWARF Taste and Odor Workshop, 1998, July 23-24, Chicago. http://www.awwarf.com/research/Tontbk.htm.

35. Nerenberg R., Rittmann B.E., Soucie W.J. Ozone/biofiltration for removing MIB and geosmin. JOURNAL AWWA 2000 Vol. 92, № 12, pp. 85-95.

36. Terauchi N., Ohtani Т., Yamanaka K., Tsuji Т., Sudou Т., Ito K. Studies on a biological filter for musty odor removal in drinking water treatment processes. Water Science and Technology. 1995. Vol. 31, № 11, pp. 229-235.

37. Зенова Г.М., Звягинцева Д.Г. Разнообразие актиномицетов в наземных экосистемах. М. Изд-во Московского ун-та. 2002. 132 с.

38. Калакуцкий J1.B., Агре Н.С. Развитие актиномицетов. М. Наука. 1977. 287 с.

39. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М. экология актиномицетов. М. ГЕОС. 2001. 257 с.

40. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М. Изд-во МГУ. 1991. 303 с.

41. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель актиномицетов. М. Наука. 1983. 245 с.

42. Прокофьева-Бельговская А.А. Строение и развитие актиномицетов. М. Изд-во АН СССР. 1963.276 с.

43. Bergey's Manual Determinative Bacteriology/ Ed. J.G. Holt, N.R. Krieg, Peter H.A. Smath, J.T. Stanley, S.T. Williams. Baltimore ets. Williams and Wilkins. 1994. V. 2. 787 p.

44. Hasegawa Т., Takizawa M., Takida S. A rapid analysis for chemical grouping of aerobic actinomycetes// J. Gen. Appl. Microbiol. 1983. V. 29. P. 319-322.

45. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology/ Ed. S.T. Williams, M. Sharpe, J.G. Holt. Baltimore ets. Williams and Wilkins. 1989. V. 4. 2648 p.

46. Определитель бактерий Берджи. Пер. с англ./ Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. М. Мир, 1997. 799 с.

47. Шлегель Г. Общая микробиология. Пер. с нем. М. Мир, 1987. 567 с.

48. Градова Н.Б. и др. Лабораторный практикум по общей микробиологии. М. ДеЛи принт. 2001. 131 с.

49. Садчиков А.П. Методы изучения пресного фитопланктона: методическое руководство. М. Изд-во «Университет и школа». 2003. 157 с.

50. Juttner F. Biologically active compounds relised during algal blooms // Verh. Internat. Verein. Limnol. 1981. № 21. p. 227-230.