Πρόβλεψη επιπέδου οργανικών παραπροϊόντων χλωρίου στο δίκτυο ύδρευσης της ΕΥΔΑΠ: ανίχνευση και επίπεδα αλογονοακεταμιδίων

Abstract

The objectives of the present study were:•to develop an analytical method for the determination of haloacetamides (i.e. a group of Chlorination By-Products not identified yet in Greek potable waters)•to examine CBP organic precursors molecule structure in two main raw water sources i.e. Mornos river and Yliki lake.•to investigate THMs levels in the Water Treatment Plants compared with those of Mornos river raw water chlorinated in the laboratory.•To enlighten the influence of chlorine detention time in the potable water supply network, investigate THMs prediction levels in the distribution system and quantify the relationship between time chlorination in potable water and chlorination by-products concentration.To accomplish the objectives mentioned above, samples from WTP tanks and selected distribution network sites were collected for 7 years (2003-2010) on a monthly basis and the most important CBPs were determined by using gas chromatography with liquid-liquid extraction as preconcentration. Aquatic humic substances ‘ isolation from River Mornos and Lake Yliki was performed in order to study their structural differences among reservoirs and fractionation into humic and fulvic acids (HA and FA respectively) was applied. HA and FA chlorination in laboratory conditions determined THMFP in every fraction of the reservoirs mentioned above. In addition, chlorination of the fractions mentioned above formed chloroacetamides. In order to enlighten THM formation kinetics, Mornos river raw water was chlorinated in different temperatures in the laboratory and the results were compared with those in real conditions. Ηence, a sensitive analytical technique for their determination (using gas chromatography with electron capture detector) has been developed and their levels in WTPs reservoir tanks for the year 2007 have been determined. Laboratory study was performed to shed more light on the two most prevalent haloacetamides behaviour under (Mornos river) water chlorination practices as well as in distilled water, with or without dechlorinating agent Na2S2O3, and in raw water.Conclusions•Trihalomethanes and haloacetic acids do not exceed the maximum contaminant level of 80 μg/L for THMs and 60 μg/L for a total of five HAAs whereas other prevalent CBPs (haloacetonitriles, haloketones) are formed in Athenian potable waters in levels lower than 1 μg/L. •The development of a model predicting THMs levels in distribution system locations was accomplished using an Artificial Neural Network based mainly on seven years monitoring data with input variable the chlorination detention time. The calculated sum-squared errors for training, validation and test set that were 0.056, 0.039 and 0.060 respectively proved that the model could be used as an acceptable prediction model for estimating carbon and bromine contained in potable water THMs.The molecular weight fractions (MWDs) of NOM dissolved in water from Yliki lake and Mornos river were determined by HP-SEC High Pressure Size Exclusion Chromatography with UV detection at 254 and 220 nm and proved that water from Yliki lake contains higher concentrations of aliphatic and aromatic organic macromolecules than water from Mornos river.

ΣΤΟΧΟΙΚύριοι στόχοι της εργασίας αυτής είναι: •Να οργανώσει, να παρουσιάσει και να εφαρμόσει μια μέθοδο για ΟΠΧ που δεν έχουν ανιχνευτεί και μελετηθεί ως τώρα στην Ελλάδα, και αφορά τα αλογονοακεταμίδια. •Να μελετήσει τη δομή των πρόδρομων ενώσεων που βρίσκονται στα ανεπεξέργαστα νερά. Η ανίχνευση των χαρακτηριστικών ομάδων στα μόριά τους, η χλωρίωσή τους στο εργαστήριο και το δυναμικό σχηματισμού των ΟΠΧ παρουσιάζουν ενδιαφέρον, γιατί η γνώση των πρόδρομων ενώσεων μπορεί να επιφέρει τις βέλτιστες λύσεις απολύμανσης σε κάθε υδρευτικό σύστημα. •Να μελετήσει την επίδραση του ενεργού χλωρίου στο ανεπεξέργαστο νερό μέσα από το δυναμικό περιβάλλον της Μονάδας Επεξεργασίας Νερού (ΜΕΝ) σε σύγκριση με την ίδια αντίδραση στο εργαστήριο και να συσχετίσει τα επίπεδα των οργανικών αυτών ενώσεων με συγκεκριμένες παραμέτρους, έτσι ώστε να μειώσει τα επίπεδά τους χωρίς να επηρεαστεί η απολυμαντική του αποτελεσματικότητα. •Να προσδιορίσει την επίδραση του χρόνου παραμονής του επεξεργασμένου νερού στο δίκτυο και να ερευνήσει τον τρόπο πρόβλεψης των ΤΑΜ σε κάθε σημείο του δικτύου ύδρευσης . Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων αρχικά λαμβάνονταν σε μηνιαία βάση (από το 2003 ως το 2010) δείγματα πόσιμου νερού από τις εγκαταστάσεις της ΕΥΔΑΠ (ημιεπεξεργασμένο νερό, δεξαμενές ΜΕΝ και αντιπροσωπευτικά δείγματα δικτύου), αλλά και από τους σημαντικότερους ταμιευτήρες της ΕΥΔΑΠ, Μόρνο και Υλίκη. Στο σύνολο των δειγμάτων πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός των κυριότερων ΟΠΧ. Στα δείγματα των ταμιευτήρων πραγματοποιήθηκε απομόνωση και διαχωρισμός Φυσικής Οργανικής Ύλης (ΦΟΥ) στα δυο κυριότερα κλάσματα, δηλαδή στο χουμικό και φουλβικό οξύ. Η χλωρίωση των κλασμάτων αυτών σε συνθήκες εργαστηρίου έδειξε το δυναμικό σχηματισμού ΟΠΧ των κλασμάτων αυτών και οδήγησε στην ταυτοποίηση των αλογονοακεταμιδίων. Επιπλέον, σε δείγμα που προήλθε από τον ταμιευτήρα Μόρνου πραγματοποιήθηκε χλωρίωση σε ελεγχόμενες συνθήκες εργαστηρίου και σε διαφορετικές θερμοκρασίες με λήψη δειγμάτων κατά τακτά χρονικά διαστήματα ώστε να διερευνηθεί η κινητική του σχηματισμού των ΟΠΧ, η μείωση του υπολειμματικού χλωρίου και του διαλυτού οργανικού άνθρακα. Μια χρωματογραφική μέθοδος προσδιορισμού των επιπέδων μονοχλωρο- και διχλωροακεταμιδίου θεμελιώθηκε στο εργαστήριο Ασπροπύργου, προσδιορίστηκαν τα επίπεδά τους στις δεξαμενές ΜΕΝ, και μελετήθηκε η συμπεριφορά τους σε νερό υπό χλωρίωση ή σε ακατέργαστο νερό μη χλωριωμένο. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ•Τα περισσότερα από τα οργανικά παραπροϊόντα χλωρίωσης (αλογονοακετονιτρίλια, χλωροπροπανόνες) εμφανίζονται σε πόσιμα νερά του δικτύου της ΕΥΔΑΠ αλλά σε συγκεντρώσεις χαμηλότερες ή ίσες με 1 μικρογραμμάριο ανά λίτρο, ενώ τα τριαλογονομεθάνια και αλογονοοξέα σε συγκεντρώσεις χαμηλότερες από αυτές που έχουν οριστεί από διεθνείς οργανισμούς ή τις νομοθεσίες ανεπτυγμένων κρατών. •Για την πρόβλεψη τριαλογονομεθανίων στο δίκτυο διανομής πόσιμου νερού χρησιμοποιήθηκε τεχνητό νευρωνικό δίκτυο με ανεξάρτητη μεταβλητή το χρόνο παραμονής του νερού στο δίκτυο. •Η απομόνωση, διαχωρισμός και μελέτη στο FT-IR της Φυσικής Οργανικής Ύλης (ΦΟΥ) στα δυο κυριότερα κλάσματα, δηλαδή στο χουμικό και φουλβικό οξύ αλλά και η μελέτη των νερών των ταμιευτήρων σε χρωματογράφο διαχωρισμού μεγεθών απέδειξε ότι η ΦΟΥ διαφέρει ανάμεσα στα νερά Μόρνου και Υλίκης γι αυτό και τα επίπεδα τριαλογονομεθανίων είναι πολύ διαφορετικά σε όμοιες συνθήκες (δόση και χρόνο χλωρίωσης).