Методические указания му 1 1060-01 ббк 51. 21 С 18 (стр. 2 из 8)
- контроль качества при производстве синтетических полиэлектролитов (оценка и регламентирование сырьевых компонентов; стабилизация условий синтеза; контроль примесей, побочных и промежуточных продуктов);
- расчет допустимого содержания мономеров и токсичных примесей в полимерном продукте с учетом их ПДК и референтных доз;
- обоснование максимально допустимой дозы реагентов, обеспечивающей безопасное их использование в технологиях очистки воды.
4. Классификация и общая характеристика
синтетических полиэлектролитов
4.1. В практике очистки питьевой воды используются реагенты, подавляющее большинство которых относится к следующим четырем группам соединений:
- полиамины (полиэпихлоргидриндиметиламины, полиЭПИ-ДМА);
- полидиаллилдиметиламмоний хлориды (полиДАДМАХи);
- полиакриламиды (ПАА);
- смеси (сополимеры).
4.2. Полиамины и полиДАДМАХи характеризуются очень высоким катионным зарядом при относительно невысокой молекулярной массе, что определяет их использование в качестве коагулянтов при очистке питьевой воды. Полиакриламиды представлены в неионной, анионной и катионной форме, имеют молекулярную массу от 1 до 20 млн. и применяются в качестве флокулянтов.
4.3. Полиамины (полиЭПИ-ДМА)
4.3.1. Полимеры на основе эпихлоргидриндиметиламина производятся путем реакции конденсации первичных или вторичных аминов с эпихлоргидрином:
4.3.2. Эмпирическая формула (CaHbNcOdCle)n, где а, b, с, d и е - переменные, определяемые используемыми реагентами и их молярным соотношением. Регистрационные номера CAS 25988-97-0; 68583-79-1; 42751-79-1.
4.3.3. Реагент представляет собой водный раствор в форме вязкой жидкости, с содержанием активного вещества от 30 до 50 %. Продукт смешивается с водой при любых концентрациях (пропорциях).
4.3.4. Молекулярная масса от 10 тыс. до 1 млн. Катионный заряд расположен на главной цепи. Вязкость 50 %-ного раствора от 40 до 20000 сПз.
4.3.5. В товарном продукте обнаруживаются вещества, которые используются при синтезе полимера или появляются в результате гидролиза. Важнейшими из них являются эпихлоргидрин, глицидол, 1,3-дихлорпропанол, 2,3-дихлорпропанол и диметиламин.
4.4. Полидиаллилдиметиламмоний хлорид (полнДАДМАХ)
4.4.1. Реагент полиДАДМАХ синтезируется из аллилхлорида и диметиламина:
Полимеризация происходит циклическим путем с образованием следующей структуры:
4.4.2. Эмпирическая формула: -(C8H16NCl)n-. Регистрационный номер CAS 26062-79-3.
4.4.3. Реагент может быть представлен в виде порошка или в жидкой форме с концентрацией активного вещества от 10 до 40 масс. %.
4.4.4. Молекулярная масса от 10 тыс. до 1 млн. Катионный заряд расположен на вторичной цепи. Вязкость 40 %-ного раствора от 40 до 20000 сПз.
4.4.5. В товарном продукте присутствует мономер ДАДМАХ.
4.5. Полиакриламиды (ПАА)
4.5.1. Неионные ПАА. Представляют собой акриламидные гомополимеры, получаемые путем полимеризации мономера акриламида:
4.5.1.1. Эмпирическая формула: -(С3Н5NО)х-, где: х - переменная в зависимости от продукта. Регистрационные номера CAS 25085-02-3; 9003-05-8; 9003-04-7.
4.5.1.2. Производится в виде гранул или порошка. Молекулярная масса 1—20 млн. Плотность заряда нулевая, т.е. полимер не имеет ни положительного, ни отрицательного электрического заряда.
4.5.1.3. В товарном продукте содержится мономер акриламид.
4.5.2. Анионные ПАЛ. Эти флокулянты получаются путем сополимеризации мономеров акриламида и акрилата натрия в различных пропорциях:
4.5.2.1. Эмпирическая формула: -(C3H5NO) х (-С3Н3O2А)у, где: А положительный ион; х и у - переменные в зависимости от продукта. Регистрационные номера CAS 25085-02-3; 9003-05-8; 9003-04-7.
4.5.2.2. Производится в виде геля, гранул или порошка. Молекулярная масса 1—20 млн. Имеет отрицательный заряд с плотностью от 1 до 50 %.
4.5.2.3. В товарном продукте содержится мономер акриламид.
4.5.2. Катионные ПАЛ. Эти реагенты получают путем сополимеризации акриламида и катионного акрилового мономера. Наиболее часто для этой цели используются следующие катионные мономеры:
- (2-акриламидоэтил) N-метил, N-диэтиламмоний метилсульфат;
- (2-акриламидоэтил) N-метил, N-диэтиламмоний хлорид;
- (2-акриламидоэтил) триметиламмоний хлорид;
- (2-акриламидоэтил) триметиламмоний метилсульфат;
- (2-метакриламидоэтил) триметиламмоний хлорид;
- (2-метакриламидоэтил) триметиламмоний метилсульфат;
- (2-метакриламидпропил) триметиламмоний хлорид;
- (3-акриламидпропил) триметиламмоний метилсульфат.
Типичная структура катионного ПАА представлена ниже:
4.5.2.4. Эмпирическая формула: -(C3H5NO) х - (CaHbNcOdA)y -, где: А - отрицательный ион; х и у - переменные в зависимости от катионного мономера. Регистрационные номера CAS 69418-26-4; 26006-22-4; 35429-19-7; 25568-39-2; 60162-07-4; 51410-72-1; 52285-95-7; 68227-15-6; 55216-72-3; 26796-75-8; 45021-77-0.
4.5.2.5. Производится в виде гранул или порошка. Молекулярная масса 3—15 млн. Имеет положительный заряд, плотность которого от >0 до <15 %.
4.5.2.6. В товарном продукте содержится мономер акриламид.
5. Гигиенические и технологические критерии
качества синтетических полиэлектролитов, требования
к их применению в процессах очистки питьевой воды
5.1. Основными критериями качества полимерных реагентов являются:
- химическая природа полимера и мономера;
- молекулярная масса (низкая 1—3 млн.; средняя 3—10 млн.; высокая более 10 млн.);
- природа заряда (неионные, анионные, катионные, амфотерные);
- величина (плотность) заряда (низкая 1—10%, средняя 10—40 %, высокая 40—80 %, очень высокая 80—100 %);
- вязкость, которая определяется молекулярной массой и зарядом;
- физическая форма полимера (эмульсия, раствор, гель, порошок, гранулы);
- стабильность (при хранении; влиянии температуры, рН, УФ, хлорирования и озонирования);
- способность к трансформации, биотрансформации и биодеградации;
- присутствие мономеров и примесей, в опасных концентрациях;
- токсичность и опасность.
5.2. Синтетические полиэлектролиты являются стабильными соединениями и сохраняют свои свойства в течение нескольких месяцев. В растворе, при внешнем химическом, механическом и микробиологическом воздействии, полимеры быстро подвергаются деградации:
5.2.1. Химическая деградация, в основном происходит в результате гидролиза, скорость которого зависит от рН, химической природы и ионной формы полимера:
- неионные полиакриламиды стабильны при рН 1—12, анионные - 4—12, катионные - 4—6. ПолиЭПИ-ДМА и полиДАДМАХ стабильны при рН 1—14;
- в растворе (1 г/л) анионные полимеры стабильны в течение, примерно, 2-х суток, а катионные - 4-х часов.
5.2.2. Основными факторами, которые способны привести к деградации полимера, являются:
- свободные радикалы, которые вызывают разрыв полимерной цепочки, за счет чего быстро снижается молекулярная масса полиэлектролита;
- двух- и трехвалентные катионы;
- анаэробные и аэробные бактерии, которые образуют с полимером преципитаты;
- УФ-радиация, под действием которой разрываются полимерные цепочки и формируются низкомолекулярные продукты, которые легко подвергаются биодеградации. Кроме того, УФ-воздействие сопровождается образованием свободных радикалов в воде.
5.3. Синтетические полиэлектролиты характеризуются, как правило, низкой токсичностью и опасностью при энтеральном поступлении в организм. При этом:
- с повышением молекулярной массы полимера снижается его токсичность;
- с увеличением заряда повышается биологическая активность полиэлектролита, причем катионные реагенты оказывают более выраженное действие на организм, чем анионные;
- потенциальная опасность полиэлектролита определяется содержанием в товарном продукте мономеров и примесей, вызывающих отдаленные последствия при действии на организм.
5.4. Полиамины (полиЭПИ-ДМА)
5.4.1. Реагенты на основе эпихлоргидриндиметиламина производят под различными торговыми наименованиями более 60 компаний мира. В частности, SNF Floerger (серия - Флокват), Cytec Industries B.V. (серия - Суперфлок, ранее Магнифлок), Nalco (серия - Налколайт), Callaway (серия - Джайфлок) и т.д.
5.4.2. ПолиЭПИ-ДМА используется в качестве реагента для очистки питьевой воды свыше 30 лет. В течение этого времени не было сообщений о неблагоприятных последствиях воздействия реагента на рабочих местах или при потреблении питьевой воды.
5.4.3. В товарном продукте обнаруживаются вещества, которые используются при синтезе полимера или появляются в результате гидролиза. Перечень потенциальных загрязняющих компонентов в полимере и их ожидаемые концентрации в воде представлены в табл. 5.4.3.1.
Таблица 5.4.3.1
Состав полиЭПИ-ДМА и возможные максимальные концентрации примесей
| Химические соединения | Макс. концентр. в полимере, мг/кг | Макс. концентр., вводимая в воду, мг/л | Макс- концентр. в питьевой воде, мг/л |
| ЭПИ-ДМА | ¾ | 5,0 | < 0,05 |
| Эпихлоргидрин | 20 | 0,0001 | 0,0001 |
| Диметиламин | 2000 | 0,01 | 0,01 |
| 1,3-дихлор-2-пропанол | 1000 | 0,005 | 0,005 |
| 2,3-дихлор-1-пропанол | 500 | 0,0025 | 0,0025 |
5.4.4. ПолиЭПИ-ДМА является малотоксичным соединением при длительном пероральном поступлении в организм, не обладает генотоксичностью in vitro и in vivo.