CC BY
26
Естественные и точные науки ••• 89
Natural and Exact Sciences •••
Науки о Земле / Earth Science Оригинальная статья / Original Article УДК 504.75.05
DOI: 10.31161/1995-0675-2021-15-1-89-95
Анализ загрязнения питьевых вод нитратами и оценка риска для здоровья населения
Воронежской области
© 202i Прожорина Т. И., Баскакова А. Г., Боева А. С.
Воронежский государственный университет Воронеж, Россия; e-mail: coriandrе@rambler.ru; [email protected]; [email protected]
РЕЗЮМЕ. Цель исследования - оценка риска здоровью населения Воронежской области от загрязнения питьевой воды нитратами по данным мониторинговых точек контроля в период с 2017 по 2019 год. Методы. В качестве методической основы оценки экологических рисков использовался нормативный документ Р.2.1.10.1920-04 «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду». Результаты. В статье приведены результаты расчета неканцерогенного риска от воздействия на организм приоритетных химических веществ (железа, марганца, нитратов), содержащихся в источниках питьевого водоснабжения региона, по среднегодовым концентрациям в 174 мониторинговых точках контроля разводящей сети в населенных пунктах Воронежской области. Выводы. По результатам исследования выявлено, что на территории региона доминирующим показателем загрязнения питьевой воды остаются нитраты. Расчеты показали, что в 16 населенных пунктах 7 районов области и ГО г. Воронеж (61 м.т.к. из 174) количественная величина неканцерогенного риска представляет объективную опасность для здоровья как детского, так и взрослого населения, проживающего на данных территориях.
Ключевые слова: оценка риска, канцерогенный и неканцерогенный эффекты, приоритетные химические вещества, источники питьевого водоснабжения, качество питьевой воды, приоритетные химические загрязнители.
Формат цитирования: Прожорина Т. И., Баскакова А. Г., Боева А. С. Анализ загрязнения питьевых вод нитратами и оценка риска для здоровья населения Воронежской области // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2021. Т. 15. № 1. С. 89-95. DOI: 10.31161/1995-0675-2021-15-1-89-95_
Analysis of Drinking Water Pollution with Nitrates and Risk Assessment to the Population's Health in the Voronezh Region
© 2021 Tatyana I. Prozhorina, Anna G. Baskakova, Anastasiya S. Boeva
Voronezh State University Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
ABSTRACT. The aim of the study is to assess the population's health risk in the Voronezh Region from the drinking water pollution with nitrates according to the monitoring points of control in the period from 2017 to 2019. Methods. The regulatory document R.2.1.10.1920-04 "Guidelines for Assessing Public Health Risks from Exposure to Chemicals Polluting the Environment" was used as a methodological basis for environmental risks assessing. Results. The article presents the results of calculating the non-carcinogenic risk from the impact on the body of priority chemicals (iron, manganese, nitrates) contained in
••• Известия ДГПУ. Т. 15. № 1. 2021
••• DSPU JOURNAL. Vol. 15. No. 1. 2021
the sources of drinking water supply in the region, based on the average annual concentrations in 174 monitoring points of the distribution network in the settlements of the Voronezh Region. Conclusions. According to the results of the study, it was revealed that nitrates remain the dominant indicator of drinking water pollution in the region. Calculations showed that in 16 settlements of 7 districts of the region and Voronezh (61 m.t.s. out of 174) the quantitative value of non-carcinogenic risk is an objective danger to the health of both children and adults living in these territories.
Keywords: risk assessment, carcinogenic and non-carcinogenic effects, priority chemicals, sources of drinking water supply, drinking water quality, priority chemical pollutants.
For citation: Prozhorina T. I., Baskakova A. G., Boeva A. S. Analysis of Drinking Water Pollution with Nitrates and Risk Assessment to the Population's Health in the Voronezh Region. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2021. Vol. 15. No. 1. Pp. 89-95. DOI: 10.31161/19950675-2021-15-1-89-95 (In Russian)
Введение
Проблема обеспечения населения Воронежской области чистой питьевой водой является наиболее актуальной, так как около 30 % источников водоснабжения не соответствуют экологическим требованиям, что вызывает определенный риск для здоровья населения региона [6, с. 213].
Хозяйственно-питьевое водоснабжение населения практически полностью основано на использовании подземных вод, которые эксплуатируются буровыми скважинами, колодцами. По данным на 2019 г. в регионе эксплуатировалось 2036 водозаборных скважин [1, с. 132]. От качества источников водоснабжения напрямую зависит здоровье населения.
Причины низкого качества питьевой воды в регионе обусловлены факторами естественного и искусственного происхождения. К природным можно отнести загрязнение подземных водоносных горизонтов солями жесткости, марганца, железа, бора. К антропогенным - загрязнение подземных вод в результате активной хозяйственной деятельности, из-за чего возникают случаи вторичного загрязнения питьевой воды; ветхие водопроводные сети и др. Загрязнение вод соединениями азота вызывают инфильтраты несанкционированных свалок, прорывы канализационных вод, ливневые и сточные сбросы очистных сооружений предприятий [7, с. 111].
Избыток нитратов в питьевой воде может вызвать риски для здоровья, такие как преобразование гемоглобина в метге-моглобин, что снижает уровень кислорода в крови у детей, проблемы с желудком у взрослых, снижение функционирования щитовидной железы, рак из-за образования нитрозаминов, рассеянный склероз и другие заболевания [8, с. 112].
Таким образом, санитарно-
эпидемиологическая безопасность населения Воронежской области напрямую связана с подачей качественной питьевой воды.
Цель исследования - оценка риска здоровью населения Воронежской области от загрязнения питьевой воды нитратами по данным мониторинговых точек контроля в период с 2017 по 2019 г.
Материал и методы исследования Использование процедуры оценки риска способствует выявлению приоритетных загрязнителей, которые представляют наибольшую опасность для здоровья населения Воронежской области, и позволяет в дальнейшем разработать программы и мероприятия по снижению уровней экспозиции и достижению безопасных для здоровья населения уровней экологического риска [3, с. 9].
Работа проводилась сотрудниками кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского государственного университета совместно со специалистами Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области.
В качестве методической основы оценки экологических рисков вследствие загрязнения источников питьевого водоснабжения использовался нормативный документ [9]. Основные задачи исследования включают несколько этапов. Результаты и их обсуждение 1 этап - идентификация опасности химических веществ, загрязняющих питьевую воду. Лабораторный контроль качества и безопасности питьевой воды осуществляется в соответствии с гигиеническими нормативами [10].
Для оценки качества питьевой воды в целях установления влияния её химиче-
Естественные и точные науки •
Natural and Exact Sciences •••
ского состава на здоровье населения области использовались данные филиалов и ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области» о качественных и количественных характеристиках загрязняющих веществ, полученные в результате осуществления федерального государственного надзора и ведения социально-гигиенического мониторинга за период с 2017 по 2019 г. в разрезе 265 мониторинговых точек контроля (МТК) 33 административных территорий области [1, с. 103].
За исследуемый период регистрировались превышения гигиенических нормативов по содержанию железа для питьевой воды в источниках водоснабжения и разводящей сети по данным м.т.к. в г. Воронеже и в 14 районах области. Повышенное содержание марганца отмечается в 2 районах области и г. Воронеже и в 8 районах области регистрируются превышения гигиенического норматива по содержанию нитратов (рис. 1).
Для оценки риска здоровью населения было выбрано 174 м.т.к. разводящей сети в населенных пунктах Воронежской области, встречавшиеся 2 года и более за анализируемый период.
С целью выявления приоритетных химических веществ, загрязняющих питьевую воду, на территории Воронежской области была проведена их идентифика-
ция. Среди трех идентифицированных веществ отсутствуют вещества, обладающие канцерогенным действием на человека [8, с. 109]. Загрязняющие химические вещества, содержание которых в питьевой воде на территории области превышает гигиенические нормативы (в пище, воде, воздухе и почве), относятся к 3 классу опасности (общая жесткость, нитраты, железо, марганец).
Первые два ранговых места по доле проб, не отвечающих гигиеническим нормативам, приходятся на общую жесткость и нитраты. Общая жёсткость не является конкретным химическим веществом, класс опасности для неё не установлен, но относится к обобщающим показателям, характеризующим качество питьевой воды. Однако следует учесть, что систематическое употребление воды с повышенной жесткостью способствует развитию мочекаменной болезни [10, с. 27]. Для проведения расчётов неканцерогенного риска в предварительный перечень приоритетных загрязняющих веществ включено три загрязнителя: железо, марганец, нитраты.
2 этап - оценка зависимости «доза-ответ». В таблице 1 приведен анализ токсикологических характеристик трех химических загрязнителей питьевой воды, выбранных для дальнейшего исследования.
Рис. 1. Превышение гигиенических нормативов железа, марганца и нитратов на исследуемых территориях Воронежской области
••• Известия ДГПУ. Т. 15. № 1. 2021
••• йБРи JOURNAL. Уо!. 15. N0. 1. 2021
Таблица 1
Токсикологические характеристики приоритетных загрязнителей питьевой воды
Токсикологическое воздействие на организм Механизм действия Вещества
канцерогенное развитие злокачественных новообразований исследованные вещества не обладают
эмбриотропное гибель эмбриона марганец, нитраты
гонадотропное Провоцирует выкидыш, ослабляет половую потенцию и бесплодие у мужчин и женщин марганец, нитраты
тератогенное влияние химических веществ на организм матери, отца или плода нитраты
мутагенное способность химических веществ вызывать изменения на генетическом уровне нитраты
Таблица 2
Величина неканцерогенного риска при расчете по средним концентрациям нитратов в точках контроля региональной системы мониторинга (по коэффициенту опасности НQ)
Количество Неканцерогенный риск (ИР)
Наименование района Населенных пунктов Мониторинговых точек контроля Дети (0-6 лет) мин-макс Взрослые (18 и старше) мин-макс
Всего 16 61
Кантемировский 3 7 0,007-1,395 0,003-0,598
Лискинский 2 9 0,642-1,484 0,275-0,657
Новохоперский 2 5 0,004-2,533 0,002-1,086
Острогожский 2 6 0,438-1,072 0,188-0,459
Павловский 3 8 0,129-1,336 0,055-0,569
Подгоренский 2 6 0,321-1,121 0,138-0,438
Рамонский 1 3 2,067-2,288 0,886-0,966
ГО г. Воронеж 1 17 0,162-1,334 0,069-0,572
Обработка данных по развитию неканцерогенных эффектов при хроническом пероральном поступлении приоритетных химических веществ питьевой воды централизованной системы питьевого водоснабжения Воронежской области показала, что исследуемые вещества могут оказывать неблагоприятные воздействия на центральную нервную систему, сердечнососудистую систему, иммунную систему, процессы развития, кроветворную систему, репродуктивную систему, кожу, слизистые, желудочно-кишечный тракт, костную систему [2, с. 202-203].
3 этап - оценка экспозиции. Основным путем поступления загрязняющих питьевую воду веществ в организм человека является пероральный (прием через рот), причем для взрослого населения объем водопотребления составляет примерно 2 л в сутки, а для детского - 1 л.
В качестве экспонированных групп населения были выбраны дети от 0 до 6 лет и взрослое население (старше 18 лет).
4 этап - характеристика риска для здоровья населения. На данном этапе работы не проводился расчёт индивидуального канцерогенного риска для исследуемых трех приоритетных химических веществ, загрязняющих питьевую воду на территории области, в связи с отсутствием доказанности канцерогенного действия этих веществ на человека [2, с. 203].
Оценка риска неканцерогенных эффектов [5, с. 39] проводилась на основе расчета коэффициентов опасности (HQ), в соответствии с руководством 1. При величине HQ<1, риск возникновения вредных эффектов рассматривается как пренебрежимо малый (приемлемый), то есть вероятность развития у человека токсических или неблагоприятных эффектов при ежедневном поступлении вещества в течение жизни несущественна, и такое воздействие характеризуется как допустимое. В случае если HQ>1, вероятность возникновения вредных эффектов у человека возрастает про-
Естественные и точные науки ••• 93
Natural and Exact Sciences •••
порционально увеличению значения коэффициента опасности [3, с. 26].
Превышения допустимого значения коэффициентов опасности, характеризующих неканцерогенный риск от воздействия нитратов, содержащихся в питьевой воде, обнаруженные в 16 населённых пунктах 7 районов Воронежской области и ГО г. Воронеж, представлены в таблице 2
Заключение
По результатам расчетов сделаны следующие основные выводы.
1. Неканцерогенный риск от воздействия на организм приоритетных химических веществ (железа и марганца), содержащихся в источниках питьевого водоснабжения Воронежской области, по среднегодовым концентрациям во всех м.т.к. региона, где проводился лабораторный контроль, находится на приемлемом уровне как для взрослого, так и для детского населения (HQ<1).
2. Нитраты продолжают оставаться основным приоритетным загрязнителем питьевой воды на территории Воронежской области [4, с. 38]. По результатам расчётов, в 16 населенных пунктах 7 районов области и ГО г. Воронеж (61 м.т.к. из 174) количественная величина риска при воздействии среднемноголетних концентраций для детей до 6-ти лет превышает приемлемый уровень (от HQmin=1,021 до HQmax=2,533). Численность экспонированного населения составила 8254 человек.
Для взрослого населения (старше 18 лет) существует риск здоровью от потребления
1. Доклад о состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Воронежской области в 2019 году. Воронеж: Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Воронежской области, 2020. 199 с.
2. Косолапов В. П., Механтьев И. И., Чайкина Н. Н., Сыч Г. В., Гулов В. П., Ласточкина К. С., Сыч А. В. Оценка рисков от воздействия химических веществ, загрязняющих питьевую воду, для здоровья населения Воронежской области за 2010-2017 годы // Системный анализ и управление в биомедицинских системах. 2019. Т. 18. № 4. С. 201-208.
3. Куролап С. А., Клепиков О. В., Прожорина Т. И., Клевцова М. А., Виноградов П. М., Умы-вакин В. М., Сарычев Д. В. Современные подходы к оценке экологических рисков для насе-
питьевой воды в с. Елань-Колено Новохопёрского района (1 МТК) при воздействии среднемноголетних концентраций нитратов (HQ=1,086). Численность экспонированного населения - 284 человека.
Таким образом, результаты расчетов неканцерогенных рисков показали, что повышенные концентрации нитратов, предположительно антропогенного происхождения, обнаруженные в питьевой воде в 16 населённых пунктах 7 районов области и ГО г. Воронеж, представляют объективную опасность для здоровья как детского, так и взрослого населения, проживающего на данных территориях.
Для обеспечения населения качественной питьевой водой в paмкаx государственной программы Воронежской области «Обеспечение доступным и комфортным жильем и коммунальными услугами населения Воронежской области» предусмотрена реализация такого мероприятия, как «Развитие систем водоснабжения и водоотведения Воронежской области». Основные мероприятия сформированы по срокам реализации и приоритетности проектов до 2021 г. [6, с. 215].
В связи со сложившейся ситуацией контролирующим службам региона целе-собразно усилить контроль за качеством питьевого водоснабжения, а населению не только урбанизированных, но и сельских территорий региона необходимо использовать бытовые фильтры для доочистки воды.
ления крупных промышленных городов (региональная урбоэкодиагностика) // Региональная экологическая диагностика состояния воздушной среды промышленных городов. Воронеж, 2020. С. 6-35.
4. Механтьев И. И., Клепиков О. В., Масай-лова Л. А., Баскакова А. Г. Проблема нитратного загрязнения в отдельных источниках питьевого водоснабжения Воронежской области // Региональная геоэкологическая диагностика состояния хозяйственно-питьевого и рекреационного водопользования. Воронеж, 2020. С. 36-46.
5. Механтьев И. И. Риск здоровью населения Воронежской области, обусловленный качеством питьевой воды // Здоровье населения и среда обитания. 2020. № 4 (325). С. 37- 42.
6. Прожорина Т. И., Куролап С. А., Преснякова Ю. А. Геоэкологическая оценка качества
Литература
••• Известия ДГПУ. Т. 15. № 1. 2021
••• DSPU JOURNAL. Vol. 15. No. 1. 2021
источников хозяйственно-питьевого водоснабжения урбанизированных и сельских территорий Воронежской области // Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2020. Т. 29. Вып. 2. С. 213-220.
7. Прожорина Т. И., Куролап С. А. Оценка экологических рисков для здоровья населения города Павловска вследствие загрязнения источников питьевого водоснабжения // Естественные и технические науки. 2020. № 10 (148). С. 109-115.
8. Ревич Б. А. Загрязнение окружающей среды и здоровье населения: введение в эко-
1. Doklad o sostoyanii sanitarno-epidemiologicheskogo blagopoluchiya naseleniya v Voro-nezhskoy oblasti v 2019 godu [Report on the State of Sanitary and Epidemiological Well-being of the Population in the Voronezh Region in 2019]. Voronezh, Office of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Welfare in the Voronezh Region Publ., 2020. 199 p. (In Russian)
2. Kosolapov V. P., Mekhant'ev I. I., Chaykina N. N., Sych G. V., Gulov V. P., Lastochkina K. S., Sych A. V. Risks assessment from exposure to chemicals that pollute drinking water for the population's health in the Voronezh region for 2010-2017. Sistemnyy analiz i upravlenie v bio-meditsinskikh sistemakh [System Analysis and Management in Biomedical Systems]. 2019. Vol. 18. No. 4. Pp. 201-208. (In Russian)
3. Kurolap S. A., Klepikov O. V., Prozhorina T. I., Klevtsova M. A., Vinogradov P. M., Umyvakin V. M., Sarychev D. V. Modern approaches to environmental risks assessing for population in large industrial cities (regional urboecodiagnostics). Regional'naya ekologicheskaya diagnostika sos-toyaniya vozdushnoy sredy promyshlennykh go-rodov [Regional Ecological Diagnostics of the Air Environment State in Industrial Cities]. Voronezh, 2020. Pp. 6-35. (In Russian)
4. Mekhant'ev I. I., Klepikov O. V., Masaylova L. A., Baskakova A. G. The problem of nitrate pollution in some sources of drinking water supply in the Voronezh region. Regional'naya ge-oekologicheskaya diagnostika sostoyaniya kho-zyaystvenno-pit'evogo i rekreatsionnogo vodopol'zovaniya [Regional Geoecological Diagnostics of the State of Household, Drinking and Recreational Water Use]. Voronezh, 2020. Pp. 36-46. (In Russian)
5. Mekhant'ev I. I. Risk to the population's health in the Voronezh Region due to the quality of drinking water. Zdorov'e naseleniya i sreda
логическую эпидемиологию. Москва: МНЭПУ, 2001. 235 с.
9. Р 2.1.10.1920-04 «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду». М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 143 с.
10. Стёпкин Ю. И., Мамчик Н. П., Платунин А. В., Колнет И. В., Русин В. И. Оценка риска здоровью населения Воронежской области, связанная с загрязнением питьевой воды химическими веществами // Гигиена и санитария. 2012. Т. 91. № 5. С. 105-106.
obitaniya [Population's Health and Environment]. 2020. No. 4 (325). Pp. 37- 42. (In Russian)
6. Prozhorina T. I., Kurolap S. A., Presnyakova Yu. A. Geoecological assessment of the sources quality of household and drinking water supply in urbanized and rural areas in the Voronezh Region. Vestnik Udmurtskogo universiteta. Seriya Biologiya. Nauki o Zemle [Journal of Udmurt University. Biology. Earth Science]. 2020. Vol. 29. Iss. 2. Pp. 213-220. (In Russian)
7. Prozhorina T. I., Kurolap S. A. Environmental risks assessment for the population's health in Pavlovsk due to the pollution of drinking water supply sources. Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and Technical Sciences]. 2020. No. 10 (148). Pp. 109-115. (In Russian)
8. Revich B. A. Zagryaznenie okruzhayush-chey sredy i zdorov'e naseleniya: vvedenie v ekologicheskuyu epidemiologiyu [Environmental Pollution and Population's Health: an Introduction to Environmental Epidemiology]. Moscow, IIEPU Publ., 2001. 235 p. (In Russian)
9. R 2.1.10.1920-04 «Rukovodstvo po otsenke riska dlya zdorov'ya naseleniya pri vozdeystvii khimicheskikh veshchestv, zagrya-znyayushchikh okruzhayushchuyu sredu» [9. R 2.1.10.1920-04 "Guidelines for Risk Assessing to Population's Health when Exposed to Chemicals that Pollute the Environment"]. Moscow, Federal Center for State Sanitary and Epidemiological Supervision of the Ministry of Health in Russia. 2004. 143 p. (In Russian)
10. Stepkin Yu. I., Mamchik N. P., Platunin A. V., Kolnet I. V., Rusin V. I. Assessment of the population's health risk in the Voronezh Region associated with the contamination of drinking water by chemical substances. Gigiena i sanitari-ya [Hygiene and Sanitation]. 2012. Vol. 91. No. 5. Pp. 105-106. (In Russian)
References
Естественные и точные науки •
Natural and Exact Sciences •••
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации Прожорина Татьяна Ивановна, кандидат химических наук, доцент кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды, факультет географии, геоэкологии и туризма, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; e-mail: coriandrе@ramЫer.ш Баскакова Анна Геннадьевна, аспирант кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]
Боева Анастасия Сергеевна, преподаватель кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды, факультет географии, геоэкологии и туризма, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия; e-mail: [email protected]
INFORMATION ABOUT AUTHORS Affiliations Tatyana I. Prozhorina, Ph.D. (Chemistry), Associate Professor, Department of Geoecology and Environmental Monitoring, Faculty of Geography, Geoecology and Tourism, Voronezh State University, Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]
Anna G. Baskakova, Ph.D. student, Department of Geoecology and Environmental Monitoring, Voronezh State University, Voronezh, Russia; e-mail: [email protected]
Anastasiya S. Boeva, Lecturer, Department of Geoecology and Environmental Monitoring, Faculty of Geography, Geoecology and Tourism, Voronezh State University, Voronezh, Russia; email: [email protected]
Благодарность
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 20-0500779 «Комплексная геоэкологическая диагностика состояния хозяйственно-питьевого и рекреационного водопользования территории крупного урбанизированного региона».
Acknowledgement
The research was supported financially by the Russian Foundation for Basic Research, project No. 20-05-00779 "Comprehensive Geoecological Diagnostics of the State of Drinking and Recreational Water Use in a Large Urbanized Region".
Принята в печать 10.02.2021 г.
Received 10.02.2021.
