Феноли у воді: звідки беруться чим небезпечні, як позбавитися?

Феноли — це група промислових органічних сполук, які, попри свою небезпечність, нечасто обговорюються в соціумі. Для України, а особливо її промислових регіонів, ця проблема має досить високу актуальність, враховуючи той факт, що основним джерелом питного водозабору є поверхневі води, а системи централізованої водопідготовки не дозволяють ефективно видаляти цю групу забруднювачів.

У грудні 2021 року в ЗМІ з'явилася інформація про те, що в деяких містах Донецької області вода з-під крана набула специфічного аптечного запаху, характерного для хлорфенолів (побічних продуктів хлорування води, що містить феноли). Проблема спостерігалася на тих територіях, які постачає водою Слов'янський водоканал. Ні вище за течією Сіверського Донця, ні нижче проблеми не було. Місцева влада спочатку повідомила, що це наслідки активного цвітіння водойм, але водойми активно цвітуть влітку, а не взимку, а аптечний запах ніяк не відповідає природним органічним речовинам навіть після хлорування. Очевидно, що причиною такого запаху стало внесення у воду фенольних сполук, адже саме вони у процесі хлорування призводять до характерного запаху. Пізніше цей факт підтвердили і в компанії "Вода Донбасу", щоправда, джерелом фенолів назвали річку Уди на Харківщині.

Сьогодні ми спробуємо відкрити завісу примарних фенолів та менш примарних хлорфенолів в українських водах.

Що таке фенол і звідки він береться у воді?

Раніше в медичних установах часто можна було зустріти характерний специфічний запах, який викликався карболовою кислотою або фенолом, що використовується для дезінфекції. Це і є найпростіша сполука цієї групи. З точки зору хімії, феноли — це велика група ароматичних органічних сполук, які містять у різних кількостях гідроксильні групи (OH-). Якщо говорити простішими словами — це хімічні речовини, які дуже широко використовуються в промисловості для виробництва полімерів, барвників, поверхнево-активних речовин, пестицидів, медичних препаратів та ін. Кожен з нас щодня зустрічається з продуктами отриманими з фенолів, а, відповідно, з їх викидами у повітря та воду. Найпоширенішими забруднювачами води є карболова кислота, гваякол, тимол, хлорфеноли, крезоли, етилфеноли, ксиленоли.

Основними джерелами забруднення водойм та ґрунту є:

• підприємства нафтопереробної та нафтохімічної промисловості;
• кам'яновугільна, металургійна промисловість;
• виробництва будматеріалів;
• виробництва полімерів, пластмас, гуми, клеїв, фенолформальдегідних смол;
• деревообробна промисловість, зокрема целюлозно-паперова;
• виробництва пестицидів та ліків;

Фенольний завод у Дзержинську — це підприємство з більш ніж сторічною історією виробництва та забруднення навколишнього середовища. Останні накопичувачі відходів підприємства побудовані в 1985 році, і є величезними озерами, які укріплені лише тонкою плівкою та шаром суглинку, що уповільнює просочування небезпечних стоків у ґрунтові води, але скоріше є символічним захистом. На додаток, з початку війни на Донбасі у 2014-2017 роках дамби зазнали неодноразового влучання снарядів, які екстрено засипалися. Ймовірно, неодноразово руйнувався і той символічний захисний шар під дзеркалом води. Оцінити рівень забруднення навколишнього середовища на цей час складно, з початку війни на Донбасі доступ до контрольних свердловин утруднений або зовсім неможливий. Зараз у накопичувачах міститься близько 300 тонн хімічних відходів (водні розчини з фенолом, сірчаною кислотою), понад 350 тонн карбонатного шламу та близько 50 тис. квадратних метрів феноло-лужного розчину. У разі масштабної аварії на підприємстві та його відстійниках може статися глобальна екологічна катастрофа, яка надовго залишить істотну частину Донбасу без питної води, а наслідки екологічної катастрофи суттєво вплинуть навіть на Азовське море. Річка Казенний Торець, що належить до басейну Сіверського Дінця, яка протікає поряд із Заводом, вже сьогодні є однією з найбрудніших на Донбасі.

Окремо варто відзначити пестициди на основі хлорфенолів, які вносяться в ґрунт у процесі обробки рослин, а потім змиваються ґрунтовими водами, з якими надходять у колодязі людей, річки та водойми.

Джерелом фенолів можуть бути й природні процеси у водоймах, але навіть при несприятливій екологічній ситуації, концентрації, що виділяються природним шляхом, незрівнянні з промисловими викидами.

Є фенол і в стічних водах, що надходять з наших будинків на станції аерації, і разом зі звалищами твердих побутових відходів замикають ланцюг фенольного забруднення водойм.

Офіційні дані та сумна реальність

Згідно з екологічними паспортами регіонів лідерами викидів фенолів у водні об'єкти є Запорізька, Донецька та Луганська області, підприємства яких щороку скидають у води, відповідно, близько 100, 55 та 22 тонн фенолів Якщо розглядати наведені дані далі, то викиди фенолів підтверджуються у Харківській, Дніпропетровській та Черкаській областях, відповідно, 204, 44 та 31 кг. Проте попри таку високу офіційну екологічність промисловості в інших регіонах, практично всі річки та великі водосховища забруднені фенольними сполуками.

Системного огляду цих показників ми не знайшли, але якщо звернутися до українських вчених, то феноли визнаються типовими забруднювачами практично для всіх поверхневих вод. Короткий аналіз дозволяє відстежити низку тенденцій. Наприклад, у басейні Сіверського Дінця критичний рівень забруднення мають річки Казенний Торець, Бахмут та Уди. У межах басейну Дніпра першість мають річки Самара, Вовча, Ірша, Ірпінь, Удава, Сейм. Забруднені фенолами також Київське та Канівське водосховища. Ситуація в Дунаї, Дністрі та Південному Бузі краща, води характеризуються зазвичай, як слабко і помірно забруднені. Проте, окремо варто згадати річку Інгул, яка має одні з максимальних показників забруднення органічними речовинами.

Що стосується водопровідної води, системних досліджень, які були б достатньо інформативними, ми не знайшли. У 2020 році набули чинності доповнення до державних санітарних норм питної води, які встановлюють максимальну концентрацію фенолів у водопровідній воді на рівні 0,001 мг/л та 0,0005 мг/л для бутельованої. Гранично допустима концентрація хлорфенолів повинна бути меншою ніж 0,0003 мг/л як для водопровідної, так і бутельованої.

Враховуючи нормативний документ ВООЗ, мінімальна межа концентрації хлорфенолів для виявлення запаху становить 2 мкг/л або 0,002 мг/л, тобто його поява сигналізує про щонайменше шестиразове перевищення ГДК.

Для децентралізованих джерел води, тобто колодязів, природних джерел, каптажів ці показники зовсім не нормуються. Втім, ґрунтові води й без фенолів дуже рідко відповідають вимогам до питної води.

Хлорфеноли та той самий аптечний запах

Коли вода, що містить леткі фенольні сполуки потрапляє у відстійники на станціях водопідготовки, частина їх успішно виділяється в повітря, а все, що не виділилося таким шляхом, успішно проходить всі етапи водопідготовки та потрапляє на хлорування, в процесі якого феноли перетворюються на хлорфеноли (клас хлорорганічних речовин). А вже вони згодом разом з водою течуть з наших кранів та при великих концентраціях спричиняють той самий специфічний запах.

Ці речовини добре поглинаються нашим стравоходом і навіть здатні трохи проникати через шкіру. Вони не схильні накопичуватися в організмі й досить швидко виводяться з організму ссавців.

Методичні рекомендації Всесвітньої Організації Охорони Здоров'я кажуть, що вода з хлорфенолами практично не впливає на репродуктивні здібності мишей та не має тератогенних властивостей, припускається, що канцерогенні властивості виявляються сумісним впливом з іншими речовинами. Що стосується людей, то є достатньо підстав підтверджувати канцерогенні властивості хлорфенолів, а також робити припущення про їхню здатність ушкоджувати ДНК людських клітин (in-vitro дослідження).

Якщо зважати на наявність у водопровідній воді інших хлорорганічних речовин, а також ряду важких металів, то підстав для оптимізму мало.

Очищення води від фенолу та хлорфенолу

Вище ми розповіли, що відбувається з фенольними сполуками на наших традиційних станціях водопідготовки, а досвід Славводоканалу показав не лише суттєве перевищення фенолів у поверхневій воді та, відповідно, хлорфенолів у водопровідній, а й неможливість швидко реагувати на проблему та тим більше вирішити її.

Найпростіший і найдоступніший метод видалення практично будь-яких органічних забруднень — це фільтрація води через сорбенти, зокрема активоване вугілля. Частинки органічних речовин проникають у дрібні пори вугілля та затримуються там.

Активоване вугілля застосовують як для очищення питної води безпосередньо в фільтрах типу під мийку, так і в великих системах на весь будинок.

Якщо говорити виключно про питну воду, то зворотний осмос – це універсальне рішення. Зворотноосмотичний фільтр є багатоступеневою системою, яка передбачає три принципові етапи:

1. Попереднє очищення води на блоці із трьох префільтрів. На механічному поліпропіленовому картриджі видаляються частинки мулу, піску, іржі, які можуть пошкодити мембрану, а на одному або двох вугільних картриджах, власне, органічні речовини, як природного та штучного походження.
2. Мембранне очищення дозволяє видалити 99,9% домішок, у тому числі залишки органічних речовин, небезпечні важкі метали.
3. Кондиціювання води на вугільному постфільтрі та мінералізаторі (опціонально).

Системи централізованої водопідготовки, як і водопроводи в Україні потребують планомірної системної реконструкції, порівняно невисокі тарифи дають змогу лише підтримувати їх у поточному стані. Головне завдання централізованої водопідготовки – забезпечити захист населення від інфекційних захворювань та гострих отруєнь хімікатами, але не більше. Тому безпека води, яку ми споживаємо для пиття та приготування їжі, та тривалі наслідки, це відповідальність кожної окремої людини.

Джерела

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.