Οργανικά παραπροϊόντα χλωρίωσης στο πόσιμο νερό.

Abstract

Η παρούσα εργασία αποτελεί διερεύνηση των παραμέτρων που επηρεάζουν το σχηματισμό οργανικών παραπροϊόντων κατά τη χλωρίωση του πόσιμου νερού. Οι ενώσεις αυτές, που στην πλειοψηφία τους είναι καρκινογόνες και μεταλλαξιογόνες, έχουν δυσμενείς επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Πραγματοποιήθηκε ανάπτυξη και βελτιστοποίηση αναλυτικών μεθόδων για τον προσδιορισμό οργανικών παραπροϊόντων χλωρίωσης (ΟΠΧ) διαφορετικών κατηγοριών, που περιλαμβάνουν τα τριαλογονοπαράγωγα του μεθανίου (ΤΑΜ), τα αλογονοπαράγωγα του οξικού οξέος (ΑΟΟ), του ακετονιτριλίου και των κετονών, τον υδρίτη της χλωράλης, τη χλωροπικρίνη, τις χλωροφαινόλες και το (Ζ)-2-χλωρο-3-διχλωρομεθυλ-4-οξοβουτενικό οξύ (ΜΧ). Επίσης εφαρμόστηκαν μεθοδολογίες προσδιορισμού χουμικών ενώσεων και ανιόντων (χλωριόντων, βρωμιόντων, νιτρικών και φωσφορικών ιόντων) στο νερό. Αναλύθηκαν δείγματα πόσιμου νερού από τις εγκαταστάσεις της Εταιρίας Ύδρευσης και Αποχέτευσης Πρωτευούσης (ΕΥΔΑΠ) και από αντιπροσωπευτικά σημεία του δικτύου ύδρευσης της Αθήνας σε μηνιαία βάση για χρονικό διάστημα δύο ετών. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διάσπασης ΟΠΧ καθώς και σειρά πειραμάτων χλωρίωσης επιφανειακών νερών σε εργαστηριακό επίπεδο, με σκοπό τη διερεύνηση του σχηματισμού των εν λόγω ενώσεων. Οι παράμετροι που μελετήθηκαν ήταν το οργανικό περιεχόμενο του νερού, ο χρόνος επαφής του χλωρίου, το ρΗ, η θερμοκρασία και η εποχή, η δόση του χλωρίου και η συγκέντρωση των βρωμιόντων. Μεγάλος αριθμός ΟΠΧ ανιχνεύτηκε στα χλωριωμένα δείγματα από τις εγκαταστάσεις της ΕΥΔΑΠ και από το δίκτυο ύδρευσης της Αθήνας, σε χαμηλές όμως συγκεντρώσεις, κάτω από τα όρια που έχουν τεθεί από το Γραφείο Προστασίας Περιβάλλοντος των ΗΠΑ (ΕΡΑ) και την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας (ΨΗΟ). Παρατηρήθηκε θετική επίδραση του χρόνου αντίδρασης στο σχηματισμό συγκεκριμένων κατηγοριών ΟΠΧ, ενώ αντίθετα, για κάποια πτητικά ΟΠΧ (αλογονοπαράγωγα ακετονιτριλίου και κετονών), τα οποία υφίστανται υδρολυτική διάσπαση, παρατηρήθηκαν μειωμένες συγκεντρώσεις σε συνάρτηση με το χρόνο. Η υδρολυτική διάσπαση των αλογονοακετονιτριλίων και των αλογονοκετονών διαπιστώθηκε και κατά την εκτέλεση σχετικών πειραμάτων σε εργαστηριακό επίπεδο. Οι αλογονοκετόνες αποτελούν την κατηγορία ΟΠΧ με τη μεγαλύτερη ταχύτητα διάσπασης, τόσο σε υπερκαθαρό νερό όσο και σε νερό ύδρευσης, ενώ διάσπαση με μικρότερη ταχύτητα διαπιστώθηκε και στην περίπτωση των αλογονοακετονιτριλίων. Από τα πειράματα χλωρίωσης επιφανειακών νερών σε εργαστηριακό επίπεδο προέκυψαν σημαντικά συμπεράσματα που αφορούν την επίδραση των παραμέτρων που μελετήθηκαν στο σχηματισμό των ΟΠΧ, η οποία σε πολλές περιπτώσεις είναι διαφορετική για τις διαφορετικές κατηγορίες ενώσεων. Κατά τη χλωρίωση επιφανειακών νερών σχηματίστηκε μεγάλος αριθμός ΟΠΧ, εκ των οποίων επικρατέστερα ήταν τα ΑΟΟ και τα ΤΑΜ. Ο υδρίτης της χλωράλης, τα αλογονοακετονιτρίλια και οι αλογονοκετονες εμφανίστηκαν σε πολύ χαμηλότερες συγκεντρώσεις. Οι συγκεντρώσεις των ΤΑΜ και των ΑΟΟ παρουσίασαν αύξηση με το χρόνο, ενώ οι συγκεντρώσεις των πτητικών ΟΠΧ (1,1-διχλωροπροπανόνη, 1,1,1-τριχλωροπροπανόνη) από κάποια χρονική στιγμή και μετά εμφάνισαν μείωση λόγω διάσπασης. Οι συγκεντρώσεις των σχηματιζόμενων ΤΑΜ, μονοχλωροοξικού οξέος, διχλωροοξικού οξέος και τριχλωροακετονιτριλίου αυξήθηκαν με την αύξηση του ρΗ, ενώ αντίθετα τα πτητικά ΟΠΧ υδρίτης χλωράλης, 1,1-διχλωροπροπανόνη, 1,1,1-τριχλωροπροπανόνη, διχλωροακετονιτρίλιο καθώς και το ΤΟΑ ευνοήθηκαν από τη μείωση του ρΗ. Η δόση χλωρίου ήταν στατιστικά σημαντική για όλα σχεδόν τα ΟΠΧ που ανιχνεύτηκαν και η αύξηση της προκάλεσε αύξηση των συγκεντρώσεων τους σε όλες τις περιπτώσεις. Η παρουσία βρωμιόντων προκάλεσε σημαντικές μεταβολές στην κατανομή των επιμέρους ειδών ΟΠΧ, με μείωση των συγκεντρώσεων των χλωριωμένων ειδών και αύξηση των συγκεντρώσεων των βρωμιωμένων ειδών ΟΠΧ. Τέλος, με χρήση των πειραματικών δεδομένων αναπτύχθηκε σειρά μοντέλων πρόβλεψης των συγκεντρώσεων συνολικών και επιμέρους ΟΠΧ που αναμένεται να σχηματισθούν κατά τη χλωρίωση του νερού.