Improvement of monitoring requirements over the application of chlorine-containing agents for water decontamination

Introduction. Oxidizing methods are most widely used for water disinfection with such reagents as chlorine, chlorine dioxide, sodium, and calcium hypochlorite. However, the regulatory instruments of the sanitary and epidemiologic legislation do not fully reflect the requirements for monitoring of their use. Materials and methods. We analyzed the research, regulatory and methodological literature concerning water disinfection issues in the process of water treatment and the parameters of water disinfection efficiency as well as the quality of drinking water of three water treatment stations based on production control data (Perm, Russia) and the results of own research (the towns of Nizhny Tagil (Russia) and Curitiba (Brazil)). Results. A comparative analysis of regulatory documents governing the parameters of the efficacy and safety of drinking water disinfection with chlorine in different years showed that, after the completion of the disinfection process of drinking water, residual free chlorine should be kept within 0.3-0.5 mg/L after 30 minutes of contact or residual bound chlorine - within 0.8-1.2 mg/L after 60 minutes of contact. With the simultaneous presence of free and bound chlorine in water, their total concentration should not exceed 1.2 mg/L. When analyzing the production control data for drinking water in the city of Perm, where chloramination was used for water treatment, we established that the concentration range of 1.04-1.44 mg/L of only the residual bound chlorine ensured high efficiency of water disinfection according to microbiological indicators. The examples of water treatment plants in the towns of Nizhny Tagil and Curitiba demonstrated that water treatment with 0.3 and 0.4 mg/L of chlorine dioxide formed no new dangerous organo-chlorine compounds but the disinfected drinking water contained residual amounts of chlorine dioxide, as well as chlorite and chlorate anions. Conclusion: These indicators should be included in the regulatory documents to monitor the safe use of chlorine dioxide for water disinfection.

обеззараживание воды, хлорсодержащие средства, хлор, гипохлориты, диоксид хлора, хлорирование, требования к контролю, остаточный свободный и связанный хлор, water disinfection, chlorine-containing agents, chlorine, hypochlorite, chlorine dioxide, chlorination, monitoring requirements, free and bound residual chlorine

1. Алексеева Л. П. Снижение концентрации хлорорганических соединений, образующихся в процессе подготовки питьевой воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2009. № 9. С. 27-34.

2. Жолдакова З.И., Полякова Е.Е., Лебедев А.Т. Сравнительная оценка опасности веществ промышленного происхождения и их производных, образующихся при хлорировании воды // Вестник Российской академии медицинских наук. 2006. № 4. С. 17-22.

3. Жолдакова З.И., Харчевникова Н.В., Полякова Е.Е., Синикова Н.А., Лебедев А.Т. Экспериментальная оценка и прогноз образования хлорорганических соединений при хлорировании воды, содержащей промышленные загрязнения // Гигиена и санитария. 2002. № 3. С. 26-29.

4. Колесникова О.О., Бирзуль А.Н., Питиляк Д.А. Моделирование образования гидразина в системах водоснабжения // Материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ «Новые идеи нового века», 20-25 февраля, 2017. Хабаровск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тихоокеанский государственный университет», 2017. Т. 3. С. 243-249. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://nionc.pnu.edu.ru/ media/nionc/articles-2017/243-249.pdf (дата обращения: 22.01.2019).

5. Мифтахова К.Р., Пьянкова О.Г., Рудакова Л.В., Глушанкова И.С. Хлорирование как основной метод обеззараживания питьевой воды // Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика. 2015. Т. 1. С. 233-242.

6. Муллина Э.Р. Химические аспекты процесса хлорирования воды // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. №2 12 (ч. 4). С. 609-613.

7. Петренко Н.Ф., Мокиенко А.В. Диоксид хлора: применение в технологиях водоподготовки. Одесса: Изд-во «Optimum», 2005. 486 с.

8. Рахманин Ю.А., Жолдакова З.И., Полякова Е.Е., Кирьянова Л.Ф. и др. Совместное применение активного хлора и коагулянтов для очистки и обеззараживания питьевой воды // Гигиена и санитария. 2004. №2 1. С. 6-9.

9. Руководство по обеспечению качества питьевой воды: 4-е изд. Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2017. 604 с. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.wsportal.org/wp-content/ uploads/2017/09/9789244548158-rns.pdf (дата обращения: 21.01.2019).

10. Синицына О.О., Тульская Е.А., Жолдакова З.И. Сравнительная оценка методов обеззараживания питьевой воды: хлор, гипохлорит натрия, диоксид хлора //Материалы II Межгосударственного форума государств - участников Содружества независимых государств «Здоровье населения - основа процветания стран содружества (раздел «Влияние окружающей среды на здоровье населения государств-участников СНГ»), 29-31мая, 2013. М., 2013. С. 163-166.

11. Соколов В.Д., Низковских В.М. Применение концентрированного гипохлорита натрия для обеззараживания воды при водоподготовке // Водоочистка. 2018. №2 8. С. 20-22.

12. Трошкова Е.А., Жукова В.Я., Алексеев С.Е. Применение сульфата аммония в системе водоподготовки Метелевских водоочистных сооружений г. Тюмени // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. №2 6. С. 16-24.

13. Тульская Е.А., Жолдакова З.И., Мамонов Р.А. Научное обоснование гигиенических критериев санитарно-эпидемиологической оценки средств обеззараживания воды // Гигиена и санитария. 2014. Т. 93. 6. С. 13-17.

14. Хохрякова Е.А. Современные методы обеззараживания питьевой воды. М.: Издательский Центр «Аква-Терм», 2014. 55 с.

15. Черкинский С.Н., Беляев И.И., Габович Р.Д. Руководство по гигиене водоснабжения / Под ред. С.Н. Черкинского. М.: Медицина, 1975. 328 с.

16. Четвергова Ю.С., Чащина Е.В. Выбор оптимального метода обеззараживания при водоподготовке // Материалы Международной научно-практической конференции «Всемирный день охраны окружающей среды (Экологические чтения - 2017)», 05 июня, 2017, г. Омск. М.: ЛИТЕРА, 2017. С. 311-312.

17. Environmental Health Criteria 216. Disinfectants and disinfectant by-products. Geneva: World Health Organization, 2000. 529 p. Available at: http://apps.who.int/iris/bitstream/ handle/10665/42274/WHO_EHC_216.pdf?sequence=1 (accessed: 22.01.2019).

18. Foss GM. The use of chloroamines - past, present and future. J N Engl Water Works Assoc. 1990; 104(2):146-148.

19. Hu S, Gong T, Xian Q, et al. Formation of iodinated trihalomethanes and haloacetic acids from aromatic iodinated disinfection byproducts during chloramination. Water Res, 2018; 147:254-263. DOI: 10.1016/j.watres.2018.09.058

20. Padhi RK, Subramanian S, Satpathy KK. Formation, distribution, and speciation of DBPs (THMs, HAAs, OO2", and OO3-) during treatment of different source water with chlorine and chlorine dioxide. Chemosphere. 2019; 218: 540-550. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.11.100

21. Piazzoli A, Breider F, Aquillon CG, et al. Specific and total N-nitrosamines formation potentials of nitrogenous micropollutants during chloramination. Water Res. 2018; 135:311-321. DOI: 10.1016/j.watres.2018.02.019

22. Rouge V, Allard S, Croue JP. In situ formation of free chlorine during OO2 treatment: implications on the formation of disinfection byproducts. Environ Sci Technol. 2018; 52(22):13421-9. DOI: 10.1021/acs.est.8b04415

23. Selbes M, Beita-Sandi W, Kim D, et al. The role of chloramine species in NDMA formation. Water Res. 2018; 140:100-109. DOI: 10.1016/j.watres.2018.04.033

24. Tan S, Jiang S, Li X, et al. Factors affecting N-nitro-sodimethylamine formation from poly(diallyldimethyl-ammonium chloride) degradation during chloramination. R Soc Open Sci. 2018; 5(8):180025. DOI: 10.1098/rsos.180025

25. Ye B, Cang Y, Li J, et al. Advantages of a ClO2/NaClO combination process for controlling the disinfection byproducts (DBPs) for high algae-laden water. Environ Geochem Health, 2019. Available at: https://doi.org/10.1007/ s10653-018-0231-8 (accessed: 22.01.2019).

26. Zhang H, Yang M, et al. Characterization of brominated disinfection byproducts formed during chloramination of fulvic acid in the presence of bromide. Sci Total Environ. 2018; 627:118-124. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.01.215