Uboczne nieorganiczne produkty dezynfekcji wody. Problemy i wyzwania

• Autorzy: Michalski R , Łyko A

Warianty tytułu

EN

Inorganic water disinfection by-products. Problems and challenges

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Uzdatnianie wody w procesach dezynfekcji jest uważane za główne osiągnięcie w zakresie zdrowia publicznego w XX wieku. W latach 1970 stwierdzono, że chlorowanie wody do spożycia powoduje wytwarzanie niebezpiecznych dla zdrowia związków organicznych, takich jak trihalometany. Później stwierdzono obecność w chlorowanej wodzie ponad 500 takich ubocznych produktów dezynfekcji. Wkrótce rozpoczęto poszukiwanie alternatywnych do chlorowania metod dezynfekcji wody przeznaczonej do spożycia. Interesującą alternatywą okazało się być zastosowanie ozonu i ditlenku chloru. Niestety metody te poza wieloma zaletami charakteryzują się powstawaniem nieorganicznych produktów ubocznych, takich jak chlorany(III), chlorany(V) i bromiany(V). Ozonowanie wody zawierającej bromki powoduje powstawanie rakotwórczych bromianów(V). Z kolei chlorany(III) i chlorany(V) powstają, gdy stosuje się ditlenek chloru. Najpopularniejszą instrumentalną metodą oznaczania jonów jest chromatografia jonowa, która zastąpiła większość dotychczas stosowanych metod mokrych. Metody oznaczania jonów ClO2-, ClO3- i BrO3- oparte na chromatografii jonowej można podzielić na metody bezpośrednie, pośrednie oraz techniki łączone. Wybór odpowiedniej metody zależy od oczekiwanych granic oznaczalności, możliwości technicznych laboratorium oraz liczby i rodzaju próbek do analizy. W pracy przedstawiono warunki tworzenia się poszczególnych nieorganicznych produktów dezynfekcji wody, metody ich oznaczania oraz regulacje prawne związane z ich obecnością w wodach.

EN

Water treatment by disinfection processes is considered a major public health achievement of the twentieth century. In the 1970s, it was discovered that chlorination of drinking water produces carcinogens, such as trihalomethanes. Since 1974, the presence of more than 500 disinfection by-products has been determined in drinking water. Since that time, environmental regulatory agencies as well as drinking water treatment technologists have been carrying out extensive research for alternative disinfection methods that minimize the generation of byproducts posing significant health risks. Another disinfection process which has emerged as the most promising alternative to chlorination technique is using of ozone or chlorine dioxide. In spite of undeniable advantages, there are certain undefined hazards resulting from this method of water treatment. Main hazardous inorganic oxyhalide disinfection by-products are: bromate, chlorite and chlorate. The ozonation of water containing bromide can cause the formation of bromate. Chlorite is formed when chlorine dioxide is used, whereas chlorate is formed when chlorine, chlorine dioxide, hypochlorite or chloramine is used to disinfect raw water. Bromate has been identified as animal and possible human carcinogen. International Agency for Research on Cancer (IARC) classified bromate into group B-2 as the agent is possibly carcinogenic to humans. The United States Environmental Protection Agency, as well as the Commission of the European Communities have issued rules that require public water supplies to control previously unregulated microorganisms and cancer-causing disinfection by-products in finally treated drinking water. According to these regulations Maximum Admissible Level (MAL) is 10 μg/dm3 for bromate and 1000 μg/dm3 for chlorite. Recently the commonly used analytical method for the determination of inorganic anions and cations is ion chromatography, which has almost replaced most of the wet chemical methods used in water and waste water analyses. The methods of chlorite, chlorate and bromate determination employing ion chromatography can be generally divided into: 1. Direct methods (suppressed conductivity detection). 2. Indirect methods (UV/Vis detection after post-column derivatization). 3. Hyphenated techniques (ICP-MS and MS detection). All the three groups of recently developed ion chromatography methods yield comparable results and comply with the requirements of the international directives concerning inorganic oxyhalide by-products in drinking water. The future application and choice of a method will depend on the equipment available in laboratories, as well as the number and kinds of samples to be analyzed. The paper presents the formation, determination and legal regulation of these inorganic oxyhalides disinfection by-products in drinking water.

Słowa kluczowe

PL

chlorany(III); chlorany(V); bromiany(V); chromatografia jonowa; woda do spożycia; dezynfekcja wody

EN

chlorite; chlorate; bromate; ion chromatography; drinking water; water disinfection

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 15, nr 4
• Strony: 353--364
• Opis fizyczny: Bibliogr. 46 poz.

Twórcy

autor

Michalski R

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

autor

Łyko A

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN, ul. M. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze

Bibliografia

• [1] Nawrocki J., Biłozor S., Uzdatnianie wody, PWN, Warszawa, 2000.
• [2] Nieuwenhuijsen M.J., Toledano M.B., Eaton N.E., Fawell J., Elliott P., Chlorination disinfection by-products in water and their association with adverse reproductive outcomes: A review, Occ. Environ. Med., 2000, 57, 73–85.
• [3] Camel V., Bermond A., The use of ozone and associated oxidation process in drinking water treatment (Review), Wat.Res., 1998, 32, 1998, 3208-3222.
• [4] Michalski R., Olsińska U., The determination of bromates in water by means of ion chromatography, Acta Chromatogr., 1996, 6, 127–134.
• [5] Michalski R., Inorganic Oxyhalide By-Products in Drinking Water: Ion Chromatographic Methods, [w:] Encyclopedia of Chromatography, Ed. J. Cazes, Taylor & Francis, CRC Press, Third Edition, 2010, Vol. II, 1212-1217.
• [6] Olsińska U., Michalski R., Wpływ dawki ozonu i nadtlenku wodoru na stężenie bromianow(V), Arch. Ochr. Środ., 1997, 23, 45–54.
• [7] Kirstis M. J., Snoeyink V. L., Kruithof J. C., The reduction of bromate by granular activated carbon, Wat. Res., 2000, 34, 4250-4260.
• [8] Mills A., Belghazi A., Rodman D., Bromate removal from drinking water by semiconductor photocatalysis, Wat. Res., 1996, 30, 1973-1978.
• [9] Williams J., Oznaczanie anionów, PWN, Warszawa 1985.
• [10] Michalski R., Chromatografia jonowa. Podstawy i zastosowania, SWSZ, Katowice 2011.
• [11] Michalski R., Ion chromatography as a reference method for the determination of inorganic ions in water and wastewater, Crit. Rev. Anal. Chem., 2006, 36, 107-127.
• [12] Michalski R., Application of ion chromatography for the determination of inorganic cations, Crit. Rev. Anal. Chem., 2009, 39, 230-250.
• [13] US EPA, (1993), The Determination of Inorganic Anions in Water by Ion Chromatography, Method 300.0.
• [14] US EPA, (1997), Determination of Inorganic Anions in Drinking Water by Ion Chromatography, Method 300.1.
• [15] US EPA, (2000), Determination of Inorganic Oxyhalide Disinfection By-products in Drinking Water Using Ion Chromatography with the Addition of a Postcolumn Reagent for Trace Bromate Analysis, Method 317.0.
• [16] Council Directive 98/83/EC of November 1998 nn The water intended for human consumption, O. J. L. 330, 5.12.1998, p. 32.
• [17] Ustawa z dnia 27.04.2001, Prawo wodne, DzU nr 115, poz. 1229.
• [18] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 4 września 2000 roku w sprawie warunkow jakim powinna odpowiadać woda do spożycia i na potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach, oraz zasad sprawowania kontroli jakości wody przez organy Inspekcji Sanitarnej, DzU nr 82, poz. 937.
• [19] Roman, M., Ewolucja wymagań dotyczących jakości wody do spożycia w prawie polskim, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 1993, 67, 105-110.
• [20] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 19 listopada 2002 roku w sprawie wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, DzU nr 82, poz. 937.
• [21] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 20 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, DzU 2010 nr 72 poz. 466.
• [22] Michalski R., Łyko A., Bromate determination. state of the art, Crit. Rev. Anal. Chem., 2013, 43, 100-122.
• [23] Michalski R., Inorganic oxyhalide by-products in drinking water and ion chromatographic determination methods (Review), Pol. J. Environ. Stud., 2005, 14, 257-268.
• [24] Chromatografia jonowa - nowoczesna metoda oznaczania anionów i kationów w wodach i ściekach, Michalski R. (red.), Prace i Studia, IPIŚ PAN, 70, Zabrze 2007.
• [25] Zastosowania chromatografii jonowej w analityce środowiskowej, pod red. R. Michalskiego, Prace i Studia, IPIŚ PAN 74, Zabrze 2008.
• [26] Chromatografia jonowa - stan obecny i perspektywy rozwojowe pod red. R. Michalskiego, Prace i Studia, IPIŚ PAN, 77, Zabrze 2009.
• [27] Wybrane zastosowania chromatografii jonowej, Michalski R. (red.), ŚWSZ, Katowice 2010.
• [28] Chromatografia jonowa 2011, Michalski R. (red.), ŚWSZ, Katowice 2011.
• [29] Chromatografia jonowa 2012, Michalski R. (red.), IPIŚ PAN Zabrze 2012.
• [30] Michalski R., Ion chromatography determination of bromate - state of the art, Trend. Chromatogr., 2009, 5, 27-46.
• [31] PN-ISO 15061: (2003). Jakość wody - Oznaczanie rozpuszczonych bromianow(V) - metoda chromatografii cieczowej.
• [32] Michalski R., Łyko A., Determination of bromate in water samples using post column derivatization method with triiodide, J. Environ. Sci. Health A, 2010, 45, 1275-1280.
• [33] Cordeiro, F., Robouch, P., Calle, M. B., Emteborg, H., Charoud-Got, J., Schmitz, F., Determination of dissolved bromate in drinking water by ion chromatography and post column reaction: Interlaboratory study. J. AOAC Int. 2012, 95, 932–932.
• [34] ISO 11206:2012. Water Quality-Determination of Dissolved Bromate-Method Using Ion Chromatography (IC) and Post Column Reaction (PCR). ISO: Geneva, 2012.
• [35] Michalski R., Jablonska M., Szopa S., Łyko A., Application of ion chromatography with ICP-MS or MS detection to the determination of selected halides and metal/metalloids species, Crit. Rev. Anal. Chem., 2011, 41, 133-150.
• [36] Michalski R., Application of IC-MS and IC-ICP-MS in environmental research, Current Trends in Mass Spectrometry, LC-GC North America Suppl. S, October 2012, 32-36.
• [37] Michalski R., Jablonska M., Szopa S., Łyko A., Hyphenated methods for speciation analysis, [w:] Encyclopedia of Analytical Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd. 2013 (w druku).
• [38] Weinberg H.S., Delcomyn C.A., Unnam V., Bromate and chlorinated drinking waters: Occurence and implications for future regulations, Environ. Sci. Technol., 2003, 37, 3104-3110.
• [39] Gunten U., Driedger A., Gallard H., Salhi E., By-products formation during drinking water disinfection: a tool to assess disinfection efficiency?, Wat. Res., 2001, 35, 2095-2099.
• [40] Gautier J.P., Pouillot M., Produkty uboczne reakcji ditlenku chloru. Tworzenie i reaktywność w sieci wodociągowej, [w:] Dezynfekcja wody, Politechnika Warszawska, Warszawa, 1998.
• [41] Schminke G., Seubert A., Simultaneous determination of inorganic desinfection by-products and the seven standard anions by ion chromatography, J. Chromatogr. A, 2000, 890, 295-301.
• [42] Pantsar-Kallio M., Manninen P.K.G., Speciation of halogenides and oxyhalogens by ion chromatography- inductively coupled plasma mass spectrometry, Anal. Chim. Acta, 1998, 360, 161-166.
• [43] Biesaga M., Kwiatkowska M., Trojanowicz M., Separation of chlorine-containing anions by ion chromatography and capillary electrophoresis, J. Chromatogr. A, 1997, 777, 375-381.
• [44] Michalski R., Mathews B., Occurrence of chlorite, chlorate and bromate in disinfected swimming pool water, Pol. J. Environ. Stud., 2007, 16, 237-241.
• [45] Griese M.H., Kaczur J.J., Gordon J., Combining methods for the reduction of pxychlorine residuals in drinking water, J.A.W.W.A., 1992, 84, 69-77.
• [46] PN–ISO 10304–4: (1998), Jakość wody - oznaczanie rozpuszczonych anionów za pomocą chromatografii jonowej - Arkusz 4: Oznaczanie chloranów, chlorków i chlorynów w wodach mało zanieczyszczonych.