Фенолы в воде: откуда берутся, чем опасны, как удалить?

Фенолы — это группа промышленных органических соединений, которые несмотря на свою опасность нечасто обсуждаются в социуме. Для Украины, а особенно ее промышленных регионов, эта проблема имеет довольно высокую актуальность, учитывая тот факт, что основным источником питьевого водозабора являются поверхностные воды, а существующие системы централизованной водоподготовки не позволяют эффективно удалять эту группу загрязнителей.
В декабре 2021 года в СМИ появилась информация о том, что в некоторых городах Донецкой области вода из-под крана обрела специфический аптечный запах, характерный для хлорфенолов (побочных продуктов хлорирования воды содержащей фенолы). Проблема наблюдалась на тех территориях, которые снабжает водой Славянский водоканал. Ни выше по течению Северского Донца, ни ниже проблемы не было. Местные власти сначала сообщили, что это последствия активного цветения водоемов, но водоемы активно цветут летом, а не зимой, а аптечный запах никак не соответствует природным органическим веществам даже после хлорирования. Очевидно, что причиной такого запаха стало внесение в воду фенольных соединений, ведь именно они в процессе хлорирования приводят к характерному запаху. Позже этот факт подтвердили и в компании “Вода Донбаса”, правда источником фенолов назвали реку Уды в Харьковской области.

Сегодня мы постараемся приоткрыть завесу призрачных фенолов и менее призрачных хлорфенолов в Украинских водах.

Что такое фенол и откуда он берется в воде?

Раньше в медицинских учереждениях часто можна было встретить характерный специфический запах, который вызывался карболовой кислотой или фенолом, используемой для дезинфекции. Это и есть самое простое соедиение этой группы. С точки зрения химии, фенолы — это большая группа ароматических органических соединений, которые содержат в разных количествах гидроксильные группы (OH-). Если говорить более простыми словами — это химические вещества, которые очень широко используются в промышленности для производства полимеров, красителей, поверхностно-активных веществ, пестицидов, медицинских препаратов и пр. Каждый из нас ежедневно встречается с продуктами полученными из фенольных соединений и с их выбросами в воздух и воду. Самыми распространенными загрязнителями воды являются карболовая кислота, гваякол, тимол, хлорфенолы, крезолы, этилфенолы, ксиленолы.

Основными источниками загрязнения водоемов и грунта являются:

• предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности;
• каменноугольная, металлургическая промышленности;
• производства стройматериалов;
• производства полимеров, пластмасс, резины, клеев, фенолформальдегидных смол;
• деревообрабатывающая промышленность, а частности целюлозно-бумажная;
• производства пестицидов и лекарств;

Фенольный завод в Дзержинске — это предприятие с более чем столетней историей производства и загрязнения окружающей среды. Последние накопители отходов предприятия построены в 1985 году, и представляют собой огромные озера, которые укреплены лишь слоем тонкой пленки и слоем суглинка, что замедляет просачивание опасных стоков в грунтовые воды, но скорее является символической защитой. Более того с начала войны на Донбассе в 2014-2017 годах были неоднократные попадания снарядов в дамбы отстойников, которые экстренно засыпались. Вероятно, неоднократно разрушался и тот символический защитный слой под зеркалом воды. Оценить степень загрязнения окружающей среды на данный момент сложно, с начала войны на Донбассе доступ к контрольным скважинам затруднен или вовсе невозможен. На данный момент в накопителях содержится около 300 тонн химических отходов (водные растворы с фенолом, серной кислотой), более 350 тонн карбонатного шлама, и около 50 тыс. квадратных метров феноло-щелочного раствора. В случае масштабной аварии на предприятии и его отстойниках, может случиться глобальная экологическая катастрофа, которая надолго оставит существенную часть Донбасса без питьевой воды, а последствия экологической катастрофы существенно повлияют даже на Азовское море. Река Казенный Торец, принадлежащая к бассейну Северского Донца, которая протекает рядом с Заводом является одной из самых грязных на Донбассе.

Отдельно стоит отметить пестициды на основе хлорфенолов, которые вносятся в грунт в процессе обработки растений, а потом смываются в грунтовые воды, с ними поступают в колодцы людей, реки и водоемы.

Источником фенолов могут быть и естественные процессы в водоемах, но даже при неблагоприятной экологической ситуации, концентрации выделяемые природным путем несравнимы с промышленными выбросами.

Присутствует фенол и в сточных водах, которые поступают из наших домов на станции аэрации, на ряду со свалками твердых бытовых отходов мы замыкаем цепь фенольного загрязнения водоемов.

Официальные данные и грустная реальность

Согласно экологическим паспортам регионов лидерами выбросов фенолов в водные объекты являются Запорожская, Донецкая и Луганская области, предприятия которых ежегодно сбрасывают, соответственно, около 100, 55 и 22 тонн фенолов. Если рассматривать наведенные данные далее, то выбросы фенолов отмечаются в Харьковской, Днепропетровской и Черкасской областях, соответственно, 204, 44, и 31 кг. Тем не менее несмотря на столь высокую официальную экологичность промышленности в других регионах, практически все реки и большие водохранилища загрязнены фенольными соединениями.

Системного обзора этих показателей мы не нашли, но если обратиться в Украинским ученым, то фенолы признаются типичными загрязнителями практически для всех поверностных вод. Краткий анализ позволяет отследить ряд тенденций. Например, в бассейне Северского Донца критический уровень загрязнения имеют реки Казенный Торец, Бахмут и Уды. В пределах бассейна Днепра первенство имеют реки Самара, Вовча, Ирша, Ирпень, Удава, Сейм. Загрязнены фенолами также Киевское и Каневское водохранилища. Ситуация в Дунае, Днестре и Южном Буге лучше, воды характеризуются обычно, как слабо и умеренно загрязненные. Тем не менее отдельно стоит упомянуть реку Ингул, которая имеет одни из максимальных показателей загрязнения органическими веществами.

Что касается водопроводной воды, системных исследований, которые бы были достаточно информативными, мы не нашли. В 2020 году вступили в силу дополнения к государственным санитарным нормам питьевой воды, которые устанавливают максимальную концентрацию фенолов в водопроводной воде на уровне 0,001 мг/л и 0,0005 мг/л для бутилированной. Предельно допустимая концентрация хлорфенолов должна быть менее 0,0003 мг/л, как для водопроводной, так и бутилированной.

Учитывая нормативный документ ВОЗ, минимальный предел концентрации хлорфенолов для обнаружения запаха составляет 2 мкг/л или 0,002 мг/л, то есть его появление сигнализирует о, как минимум, шестикратном превышении ПДК.

Для децентрализованных источников воды, то есть колодцев, природных источников, каптажей данные показатели совсем не нормируются. Впрочем, грунтовые воды и без фенолов крайне редко соответствуют требованиям к питьевой воде. 

Хлорфенолы и тот самый аптечный запах

Когда вода, содержащая летучие фенольные соединения попадает в отстойники на станциях водоподготовки, часть их успешно выделяется в воздух, а все, что не удалилось таким путем, успешно проходит все этапы водоподготовки и поступает на хлорирование, в процессе которого они превращаются в хлорфенолы (клас хлорорганических веществ), которые успешно попадают к нам в краны и при больших концентрациях обретают тот самый аптечный запах.

Эти вещества отлично поглощаются нашим пищевым трактом и даже способны немного проникать через кожу. Они не склонны накапливаться в организме и довольно быстро выводятся из организма млекопитающих. 

Методические рекомендации Всемирной Организации Здравоохранения говорят, что вода с хлорфенолами практически не влияет на репродуктивные способности мышей и не имеет тератогенных свойств, допускается, что канцерогенные свойства проявляются во взаимодействии с другими веществами. Что касается людей, то есть достаточно оснований подтверждать канцерогенные свойства хлорфенолов, а также делать предположение об их возможности повреждать ДНК человеческих клеток (in-vitro исследования).

Если учитывать факт наличия в водопроводной воде других хлорорганических веществ, а также ряда тяжелых металлов, то оснований для оптимизма мало.

Очистка воды от фенола и хлорфенола

Выше мы рассказали, что происходит с фенольными соединениями на наших традиционных станциях водоподготовки, а опыт Славводоканала показал не только существенное превышение фенолов в поверхностной воде и, соответственно, хлорфенолов в водопроводной, а и невозможность реагировать на проблему, и тем более быстро решить ее. 

Самый простой и доступный метод удаления практически любых органических загрязнений — это фильтрация воды через сорбенты, в частности активированный уголь. Частицы органических веществ проникают в мелкие поры угля и задерживаются там.

Угольные фильтры применяют, как для очистки питьевой воды непосредственно в системах типа под мойку, так и в установках на весь дом.

Если говорить исключительно о питьевой воде, то обратный осмос — это универсальное решение. Обратноосмотический фильтр представляет собой многоступенчатую систему, которая предусматривает три принципиальных этапа:

1. Предварительную очистку воды на блоке из трех префильтров. На механическом полипропиленовом картридже удаляются частицы ила, песка, ржавчины, которые могут повредить мембрану, а на одном или двух угольных картриджах, собственно, органические вещества, как природного та и искусственного происхождения.
2. Мембранная очистка позволяет удалить 99,9% примесей, в том числе и остатки органических веществ, опасные тяжелые металлы.
3. Кондиционирование воды на угольном постфильтре и минерализаторе (опционально).

Системы централизованной водоподготовки, как и водопроводы в Украине требуют планомерной системной реконструкции, сравнительно невысокие тарифы позволяют поддерживать их в текущем состоянии. Главная задача централизованной водоподготовки — обеспечить защиту населения от инфекционных заболеваний и острых отравлений химикатами, но не более. Поэтому безопасность воды, которую мы потребляем для питья и приготовления пищи и длительные последствия, это ответственность каждого отдельно взятого человека.

Источники

Анісімова, Л. Б., Вичужаніна, Т. Ф., & Кокошко, А. І. (2010). Аналіз екологічного стану поверхневих вод Придніпров'я. Екологія і природокористування.
Біленко, М. А., & Богатиренко, В. А. (2017). Аналіз сучасного екологічного стану вод Дніпра. Редакційна рада, 209(13), 6.
Екологічні паспорти регіонів. Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України.
Жукова, Н. (2021, July 13). Шламонакопичувачі біля нью-йорка заповнені на понад 65%, але працюватимуть ще кілька десятиліть. Вільне радіо.
Лобода Н. С., Смалій О. В. (2019) Роль приток Донбасу у формуванні якості поверхневих вод річки Сіверський Донець. Ukrainian hydrometeorological journal, 24:64-71
Лозовіцький, П. С. (2014). Специфічні речовини токсичної дії у воді річки Дунай. Екологічні науки, (2), 6.
Патрікєєва, Наталія (2021, February 19). Нафталін у нью-йорку: чому фенольний завод небезпечний для довкілля Донбасу. Радіо Свобода.
Ухань, О. О., & Лузовіцька, Ю. А. (2021). Інтегральна оцінка якості води річок басейну р. Південний Буг та розрахунок їх самоочисної здатності. Людина та довкілля. Проблеми неоекології, 35, 48-57.
Anku, William Wilson & Mamo, Messai & Govender, Penny. (2017). Phenolic Compounds in Water: Sources, Reactivity, Toxicity and Treatment Methods. 10.5772/66927
Igbinosa, E. O., Odjadjare, E. E., Chigor, V. N., Igbinosa, I. H., Emoghene, A. O., Ekhaise, F. O., Igiehon, N. O., & Idemudia, O. G. (2013). Toxicological profile of chlorophenols and their derivatives in the environment: the public health perspective. TheScientificWorldJournal, 2013, 460215.
Pylypovych, Olga & Yuriy, Andreychuk. (2020). АНАЛІЗ ЯКОСТІ ВОДИ У РІЧКАХ ВЕРХНЬОЇ ЧАСТИНИ БАСЕЙНУ ДНІСТРА.