CC BY
308
ОБРАЗ ЖИЗНИ. ЭКОЛОГИЯ
© ЛАПШИН А.П., ИГНАТЬЕВА Л.П. - 2014 УДК 614.777: 628.1 (571.12)
ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ГОРОДА ТЮМЕНИ
Александр Павлович Лапшин, Лариса Павловна Игнатьева (Иркутский государственный медицинский университет, ректор - д.м.н., проф. И.В. Малов, кафедра коммунальной гигиены и гигиены детей и подростков, зав. - д.б.н., проф. Л.П. Игнатьева)
Резюме. Особенности формирования качества воды поверхностных и подземных вод Уральского региона и системы хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, в частности, г. Тюмени, не обеспечивают поступление потребителям доброкачественной питьевой воды. Питьевая вода содержит в своём составе вредные вещества с выраженными токсическими свойствами, сохраняя в местах потребления качественный состав, характерный для поверхностных и подземных вод.
Ключевые слова: питьевая вода, водоснабжение, водоисточники.
FEATURES OF A CHEMICAL COMPOSITION OF DRINKING WATER OF TYUMEN
A.P. Lapshin, L.P. Ignatyeva (Irkutsk State Medical University, Russia)
Summary. Features of formation of quality of water of surface and underground water of the Ural region and system of economic and drinking water supply of the population of Tyumen, in particular, don't provide receipt to consumers of good-quality drinking water. Drinking water contains in the structure harmful substances with the expressed toxic properties. Drinking water in places of consumption keeps qualitative structure, characteristic for surface and underground water.
Key words: drinking water, water supply, water sources.
Проблема загрязнения источников централизованного водоснабжения и обеспечения населения качественной питьевой водой на данный момент является одной из наиболее сложных проблем современной гигиены и медицины, поскольку в большинстве случаев поверхностные источники водоснабжения являются одновременно и приемниками сточных вод. В целях реализации государственной политики в области водоснабжения в нашей стране разработана программа «Чистая вода». Однако, несмотря на то, что Россия располагает значительными ресурсами питьевой воды, положение в этой сфере по-прежнему вызывает серьёзное беспокойство, так как многие источники питьевого водоснабжения испытывают значительное антропогенное воздействие и оцениваются как «загрязнённые», например, реки Волга, Дон, Кубань, реки Урала и др. [1,2,7].
Население многих территорий вынуждено употреблять питьевую воду, не соответствующую нормативным требованиям. Основные причины гигиенической безопасности водопользования населения России обусловлены широким спектром причин и связаны, помимо загрязнения водоисточников, с низкой санитарной надёжностью систем водо-подготовки и водоснабжения, недостаточной водообильно-стью или дефицитом воды [6].
Формирование качества питьевой воды, подаваемой населению, на отдельных территориях, по многочисленным публикациям, указывает на региональные особенности водоисточников и систем централизованного водоснабжения. Так, например, железо является природным компонентом подземных вод Тульской области. На большинстве территорий региона зарегистрированы высокие концентрации железа в питьевой воде (от 0,32 до 2,38 мг/л), в наиболее неблагоприятном положении находятся северо-восточные районы области. В г. Туле, г. Донском, а также в Богородицком, Кимовском, Ленинском, Узловском районах отмечено превышение ПДК более чем в 3 раза, что предопределено не только природными условиями, но и неудовлетворительным состоянием систем водоснабжения. По данным ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тульской области» выявлен неуклонный рост количества неудовлетворительных проб питьевой воды в разводящей сети по санитарно-химическим показателям за период 2007-2010 гг. Региональным информационным фондом СГМ выделены приоритетные загрязняющие вещества, обнаруживаемые в питьевой воде, к которым относятся соли железа, нитраты, стронций и марганец. При этом содержа-
ние химических веществ в питьевой воде в некоторых районах области превышает суммарный индекс опасности [4].
Другим примером природного состава подземных вод являются центральная и западная зоны Республики Марий Эл, для которых характерны выраженные колебания содержания водородных ионов (рН 4,5 - 9,5). Такие колебания наблюдаются по сезонам года, а также в динамике по годам, что, вероятно, связано с наличием гидравлической связи эксплуатируемых вод с поверхностными водами, которые формируются в болотистой местности. На территории данной зоны имеются населённые пункты, которые эксплуатируют водоносные горизонты, характеризующиеся значительной минерализацией и высоким содержанием сульфатов. Наиболее значимым по количеству водных запасов и высоким показателями качества воды республики является Йошкар-Олинское месторождение, подземные воды которого характеризуются хорошими органолептическими свойствами, невысокой минерализацией, низким содержанием сульфатов, хлоридов, кальция, фтора и цинка. Их качество позволяет подавать потребителям питьевую воду, не подвергнутую никаким способам очистки. Однако общее количество населения, употребляющего недоброкачественную воду, по республике составляет около 60 тыс. человек. Основными причинами ухудшения качества питьевой воды в регионе являются факторы природного характера, связанные с гидрологическими особенностями подземных вод, отсутствие или ненадлежащее состояние зон санитарной охраны, негативная обстановка с тампонажем и консервацией недействующих скважин, нестабильная подача воды потребителям [5].
Особенностью Уральского региона является отличительный состав почвенных и горных пород, обусловливающих формирование вод с характерными органолептическими и химическими показателями [3].
Таким образом, цель исследовательской работы заключается в гигиенической оценке качества питьевой воды, поставляемой населению г. Тюмени.
Материалы и методы
На первом этапе работы проведён анализ 385 протоколов лабораторно-инструментальных исследований воды, выполненных на базе аккредитованного испытательно-лабораторного центра ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Тюменской области» за 2013 год. Пробы, отобранные
в рамках социально-гигиенического мониторинга и производственного контроля, были разделены на три группы. В первую вошли исследования воды из источников централизованной системы хозяйственно-питьевого водоснабжения: реки Туры и артезианских скважин Велижанского месторождения. Питьевая вода из резервуаров чистой воды Метелёвского и Велижанского водозаборов была отнесена ко второй группе. В третью группу включили 241 пробу питьевой воды в точках водоразбора (водопроводные краны, водоразборные колонки), взятые по 69 адресам.
Для санитарно-химической оценки воды системы хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Тюмени использовался комплекс органолептических (запах, привкус, цветность, мутность, окраска, плавающие примеси), обобщённых (минерализация, рН, жёсткость, хлориды, сульфаты, окисля-емость перманганатная, химическое потребление кислорода (ХПК), пятисуточное биохимическое потребление кислорода (БПК5)) показателей и содержание некоторых химических веществ, таких как железо, марганец, кремний, аммиак, медь, цинк, нефтепродукты, полифосфаты, ПАВ, растворённый кислород.
Для оценки показателей, характеризующих совокупность и распределение по сезонам года, вычислялась медиана.
Интерпретация полученных данных проводилась в соответствии с утверждёнными нормативно-правовыми документами. Для оценки качества воды источников хозяйственно-питьевого водоснабжения использовались ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора» и СанПиН 2.1.5980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». Анализ результатов лабораторно-инструментальных исследований питьевой воды в резервуарах чистой воды и местах водоразбора (водопроводные краны, водоразборные колонки) проводился на основании СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».
Результаты и обсуждение
Хозяйственно-питьевое водоснабжение населения г.Тюмени в настоящее время осуществляется из двух водоисточников: реки Туры (Метелёвский водозабор) и Велижанского месторождения подземных вод (Велижанский водозабор). Сезонные колебания приоритетных показателей качества речной воды в сравнении с гигиеническими нормативами представлены на рисунке 1.
Река Тура является основным водоисточником г.Тюмени, на неё приходится около 70% питьевой воды, поставляемой в город. Вода реки мягкая с показателем жёсткости 3,36 мг-экв/л, характеризуется нейтральной реакцией рН-7,4, средней минерализацией, равной 181,3-311,0 мг/л с небольшим содержанием хлоридов, сульфатов - 32,1-34,8 мг/л и высоким содержанием железа на протяжении всего года, максимум которого регистрировался в зимний период - 3,0 мг/л, что превышало ПДК в 10 раз, а в осенний период обнаружи-
валось до 5ПДК, что соответствовало годовому минимуму. Содержание марганца в зимние и весенние месяцы в среднем составляло 0,4 мг/л (4ПДК), летом и осенью его уровень снижался до величины ПДК. Внутригодовая динамика минерального состава воды характеризуется максимальной минерализацией в весенне-зимний период, равной 294-311мг/л, и минимальной в летний период - 181,3мг/л за счёт разбавления талыми и ливневыми водами. Органолептические показатели речной воды характеризуются средними уровнями цветности 58,3° и мутности 25,8 мг/л, отсутствием посторонних запахов и плавающих примесей. При этом, среднее значение окраски воды на протяжении года составляло 3,16, минимальные значения - 1,0 пришлись на осень, а максимальные - 5,0 регистрировались зимой. Таким образом, в контрольном створе водозабора не соблюдаются гигиенические требования к свойствам воды водоёмов первой категории водопользования, т.к. согласно СанПиН 2.1.5980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» наличие окраски воды для данной категории водоёмов не допускается. Косвенными показателями, подтверждающими органическое загрязнение воды, являются перманганатная окисляемость и ХПК. Химическое потребление кислорода за весь отчётный период более чем в два раза превышало гигиенический норматив (15 мг О2/л), среднее значение составило - 35,4 мг О2/л, с максимумом летом (38 мг О2/л) и минимумом зимой (31,8 мг О2/л). По показателям перманга-натной окисляемости, согласно ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила вы-
30
25
20
15
10
т
3,5 3 2,5 2
1,5 1
0,5
■ ■
1 1
1 1 1
11 ] 1II •_ II
У
ь ПДК - предельно-допустимая концентрация. Рис. 1. Сезонные колебания приоритетных показателей качества речной воды в сравнении с гигиеническими нормативами, мг/л.
Рис. 2. Среднегодовые значения показателей качества подземных вод Велижанского водозабора, мг/л.
бора», речная вода была отнесена к 3 классу водоисточников, среднее значение составило 16,5 мг/л с минимумом в ноябре (12,5 мг/л) и максимумом в июне (24,0 мг/л).
Выявлено загрязнение водоисточника в процессе хозяйственной деятельности человека, например, содержание нефтепродуктов зимой и весной было значительным и составляло в среднем 0,2-0,1 мг/л с максимумом 0,6 мг/л в феврале. В остальные сезоны превышения ПДК не регистрировалось, однако среднегодовое содержание нефтепродуктов составило 0,114 мг/л, что соответствовало 1,14 ПДК. Содержание прочих химических веществ, таких как кремний, аммиак, медь, цинк, ПАВ, полифосфаты за отчётный период не превышало гигиенических нормативов.
На рисунке 2 представлено сравнение среднегодовых значений ряда показателей подземных вод Велижанского водозабора с гигиеническими нормативами.
Анализ качества воды арте-
зианских скважин Велижанского водозабора показал, что данное месторождение подземных вод имеет большую степень санитарной надёжности, т.к. сохраняет стабильный минеральный состав и не подвергается антропогенному воздействию. Артезианская вода имеет нейтральную среду рН - 6,8, средний уровень минерализации составил 329,5 мг/л, жёсткости - 5,2 мг-экв/л, незначительную величину перман-ганатной окисляемости - 4,6 мг О2/л, и невысокий уровень хлоридов и сульфатов, составивший в среднем 5,0-5,9 мг/л. Содержание неорганических веществ отражает региональную особенность подземных вод: железо - 3,3 мг/л (11 ПДК), марганец - 0,25 мг/л (2,5 ПДК), кремний - 28,1 (2,8 ПДК), аммиак - 3,3 мг/л (1,65 ПДК) и обусловливает неблагоприятные органолептические свойства воды: запах и привкус по 3 балла, цветность - 25° и мутность - 2,2 мг/л.
По комплексу органолептических и химических показателей, в соответствии с ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора», вода Метелёвского и Велижанского водозаборов как источников водоснабжения была отнесена к 3 классу.
Окисляемость Марганец
перманганатная
Рис. 3. Уровни содержания загрязняющих веществ в резервуарах чистой воды Метелёвского водозабора, мг/л.
На рисунках 3 и 4 представлены сезонные колебания тех показателей, содержание которых в резервуарах чистой воды не соответствует требованиям санитарных правил.
Рис. 4. Уровни содержания загрязняющих веществ в резервуарах чистой воды Велижанского водозабора, мг/л.
Результаты оценки качественного состава питьевой воды, подаваемой в распределительную сеть города, выявили несостоятельность существующих систем водоподготов-ки по доведению качества исходной воды до требований питьевой. Общим для Метелёвского и Велижанского водозаборов явилось высокое содержание марганца - 2,4 ПДК и 1,6 ПДК соответственно. В резервуарах Метелёвского водозабора прослеживается «сезонность» содержания марганца
с превышением в зимне-весенний период до 0,4-0,3 мг/л, в остальные месяцы его уровни не превышали ПДК. Кроме того, зарегистрирован высокий уровень перманганатной окисляемости - 6,4-7 мг/л.
Качество воды из резервуаров Велижанского водозабора характеризовалось высоким содержанием кремния - 16,7-11 мг/л и аммиака 2,2-2,5 мг/л, что также характерно и для воды подземного водоисточника.
Таким образом, существующие на водозаборах системы водоподготовки обеспечивают эффективную очистку исходной воды только от железа, степень удаления которого составила 90-92%, нефтепродуктов и придание питьевой воде благоприятных органолептических свойств. По другим показателям эффективность очистки варьирует от 59% по перман-ганатной окисляемости, до 30-50% по кремнию и аммиаку. Степень извлечения марганца различна, так на Велижанском водозаборе она составила около 36%, а на Метелёвском - 0%. Жёсткость артезианской воды осталась на прежнем уровне 5,2 мг-экв/л, в то время как на Метелёвском водозаборе несколько снизилась и составила 2,8 мг-экв/л, что вероятно отражает и среднегодовое значение для р.Туры, т.к. по данному показателю речная вода исследовалась только в течение четырёх месяцев, в январе и марте - мае 2013 года.
Централизованное питьевое водоснабжение сопровождается изменением качественного состава воды вследствие нарушения режима и условий эксплуатации водопроводов, в результате чего отмечается вторичное загрязнение воды в разводящих сетях [8]. Так, при транспортировке воды по разводящей сети города обнаружены свойства, способные ограничить или вовсе исключить её употребление. Из 69 точек контроля только в 10 случаях вода полностью соответствовала гигиеническим требованиям. Органолептические свойства ухудшились, в сравнении с поставляемой в водопроводную сеть водой, в 54% случаев - по цветности и в 64% - по мутности, а в 23 точках питьевая вода приобрела неблагоприятные органолептические свойства, максимальные значения которых составили для запаха и привкуса по 3 балла, цветности - 40°, мутности - 17,4 мг/л. Данная ситуация, вероятно, в значительной мере связана и со значительным ростом содержания железа в поставляемой потребителям воде, длительный контакт с внутренней поверхностью водопроводных труб привёл к 2-6-ти кратному превышению ПДК в 36 точках.
Характеризуя качество питьевой воды, установлены высокие уровни содержания кремния, аммиака и перманга-натной окисляемости, имеющие значительные колебания по различным районам города: кремний - 1,3-13,8 мг/л, аммиак - 0,42-3 мг/л, окисляемость пер-манганатная - 1,6-7,6 мг/л. Данные различия, вероятно, отображают неравномерный характер распределения в водопроводной сети города питьевой воды, получаемой из поверхностного и подземного источников. К данной группе показателей можно отнести и жёсткость (0,1-5,6 мг-экв/л), практически полное отсутствие солей жёсткости в некоторых пробах, по всей видимости связано с использованием локальных систем доочистки воды. Наиболее часто встречающимся веществом для всех районов города оказался марганец, содержание которого не соответствовало ПДК в 67% проб.
Таким образом, результаты оценки качества питьевой воды подтвердили актуальность обеспечения населения г. Тюмени доброкачественной водой, так как значительное число жителей употребляет воду, по многим показателям, не отвечающую питьевой.
Оценивая полученные результаты исследования, необходимо отметить малую эффективность водоподготовки, которая обусловливает сохранение в питьевой воде специфических компонентов, характерных для поверхностного и
подземного водоисточников, а транспортировка по разводящей сети вызывает значительное вторичное загрязнение, зачастую придающее неблагоприятные органолептические свойства питьевой воде. Так для питьевой воды, получаемой из Велижанского месторождения, характерно высокое содержание кремния и аммиака, а для водозабора из р.Туры -значительный уровень перманганатной окисляемости и несколько меньшее значение жёсткости.
Учитывая высокую физиологическую значимость и накопленный опыт о связи некоторых неинфекционных заболеваний с качеством питьевой воды [7,8,9], в целях установления различий в уровне заболеваемости и величине популяцион-ного риска необходимо выделить районы города с различными по неблагоприятности условиями водопользования. Для решения этой задачи следует разделить показатели качества питьевой воды на две группы. Первая группа (органолептические показатели, железо) отражает гигиеническое состояние водопроводной сети города. Окисляемость, жёсткость, содержание кремния и аммиака включены во вторую группу, так как в большинстве водоразборных точек прослеживается наличие характерных компонентов, обусловленных видом источника и отображающих качество исходной воды. Общим для водозаборов явилось высокое содержание марганца. Однако, выраженная сезонность его содержания в
реке, после более детального изучения, возможно, позволит также включить его во вторую группу.
Следует отметить, что результаты, полученные в данной работе, могут служить основанием для разработки более эффективных схем водоподготовки на водозаборах города. Последующее ранжирование территории Тюмени по качеству подаваемой населению питьевой воды, величине риска и уровню здоровья населения позволит разработать комплекс профилактических мероприятий и приоритетных управленческих решений в деятельности службы государственного санитарно-эпидемиологического надзора и администрации города с целью регулирования факторов риска для населения.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Прозрачность исследования. Исследование не имело спонсорской поддержки. Исследователи несут полную ответственность за предоставление окончательной версии рукописи в печать.
Декларация о финансовых и иных взаимодействиях. Все авторы принимали участие в разработке концепции и дизайна исследования и в написании рукописи. Окончательная версия рукописи была одобрена всеми авторами. Авторы не получали гонорар за исследование.
ЛИТЕРАТУРА
1. Борзунова Е.А., Кузьмин С.В., Акрамов Р.Л., Киямова Е.Л. Оценка влияния качества питьевой воды на здоровье населения // Гигиена и санитария. - 2007. - №3. - С.32-34.
2. Григорьев Ю.И., Ляпина Н.В. Оценка риска загрязнения питьевой воды для здоровья детей Тульской области // Гигиена и санитария. - 2013. - № 3. - С.36-38.
3. Лутай Т.Ф. Химический состав питьевой воды и здоровье населения // Гигиена и санитария. - 1992. - №1. - С.13-15.
4. Новиков Ю.В., Исаров С.И., Плитман С.И. Роль жёстких вод в предупреждении сердечно-сосудистых заболеваний // Гигиена и санитария. - 1980. - №8. - С.69-70.
5. Онищенко Г.Г. Гигиеническая оценка обеспечения питьевой водой населения Российской Федерации и меры по её улучшению // Гигиена и санитария. - 2009. - №2. - С.4-13.
6. Онищенко Г.Г. О состоянии и мерах по обеспечению безопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Российской Федерации // Гигиена и санитария. - 2010. - №3. - С.4-7.
7. Секунда А.А. Токсиколого-гигиеническая характеристика условий водопользования и оценка степени риска: Автореф. дис... канд. мед. наук. - Иркутск, 2007. - 30 с.
8. Тафеева Е.А., Иванов А.В., Вавашкин К.В. Мониторинг качества питьевых подземных вод на территории Республики Марий Эл // Гигиена и санитария. - 2013. - №3. - С.30-32.
9. Тулакин А.В., Сайфутдинов М.М., Горшкова Е.Ф., Рословский А.П. Региональные проблемы обеспечения гигиенической надёжности питьевого водопользования // Гигиена и санитария. - 2007. - №1. - С.27-30.
REFERENCES
1. Borzunova Ye.A., Kuzmin S.V., Akramov R. L., Kiyamova Ye.L. Evaluation of the effect of drinking water quality on the populations health // Gigiena i sanitaria. - 2007. - №3. - P.32-34. (in Russian)
2. Grigoriev Yu.I., Lyapina N.V. Assessment of risk of contamination of drinking water for the health of children in Tula region. // Gigiena i sanitaria. - 2013. - №3. - P.36-38. (in Russian)
3. Lutay T.F. Chemical composition of drinking water and health of the population // Gigiena i sanitaria. - 1992. - №1. -P.13-15. (in Russian)
4. Novikov Yu. V., Isarov S. I., Plitman S. I. Influence of hard water on prevention of cardiovascular diseases // Gigiena i sanitaria. - 1980. - №8. - P.69-70. (in Russian)
5. Onishchenko G.G. Hygienic evaluation of the provision of the population of the Russian Federation with drinking water and
measures for its improvements // Gigiena i sanitaria. - 2009. -№2. - P.4-13. (in Russian)
6. Onishchenko G.G. The status and measures to secure safe household water supply in the Russian Federation // Gigiena i sanitaria. - 2010. - №3. - P.4-7. (in Russian)
7. Secunda A.A. Toxicological and hygienic characteristic of conditions of water use and assessment of degree of risk: Thesis PhD. - Irkutsk, 2007 - 30 p. (in Russian)
8. Tafeeva E.A., Ivanov A.V., Vavashkin K.V. Monitoring of quality of exploited groundwaters on the territory of the Republic of Mari El // Gigiena i sanitaria. - 2013. - №3. - P.30-32. (in Russian)
9. Tulakin A.V., Saifutdinov M. M., Gorshkova Ye.F., Roslovsky A.P. Regional problems in the provision of hygienic reliability of drinking water consumption // Gigiena i sanitaria. - 2007. - №1. - P.27-30. (in Russian)
Информация об авторах:
Лапшин Александр Павлович - аспирант, кафедра коммунальной гигиены и гигиены детей и подростков, 664003, г. Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, Иркутский государственный медицинский университет, e-mail: lapshin.89@mail.ru; Игнатьева Лариса Павловна - д.б.н., проф., заведующий кафедрой коммунальной гигиены и гигиены детей и подростков, 664003, г.Иркутск, ул. Красного Восстания, 1, Иркутский государственный медицинский университет.
Information About of the Authors:
Lapshin Alexander Pavlovich - the graduate student, chair of municipal hygiene and hygiene of children and teenagers, 664003, Irkutsk, Krasnogo Vosstaniya St., 1, Irkutsk State Medical University, e-mail: lapshin.89@mail.ru; Ignatyeva Larisa Pavlovna - PhD, DSc, professor, head of Department of municipal hygiene and hygiene of children and teenagers, Krasnogo Vosstaniya St., 1,
Irkutsk, Russia, 664003.
