CC BY-ND
51
14
ЗНиСО июль N7 (292)
УДК 614.7
ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗАУРАЛЬЕ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
З.Б. Бактыбаева, Р.А. Сулейманов, Т.К. Валеев, Н.Р. Рахматуллин
ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека», Уфа, Россия
Проведена эколого-гигиеническая оценка загрязнения поверхностных и подземных вод горнорудных территорий Республики Башкортостан. Выявлены превышения нормативов содержания вредных веществ для водных объектов как рыбохозяйственного значения, так и питьевого и хозяйственно-бытового водопользования, что свидетельствует о потенциальной опасности поверхностных вод для здоровья населения региона. Наибольший удельный вклад в общую загрязненность поверхностных водоемов вносят марганец (33,0-66,6 %), железо (9,1-15,6 %), кальций (6,5-11,7 %), свинец (5,8-7,2 %). Качество воды из источников нецентрализованного водоснабжения (скважины, колодцы, родники), используемой для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, не всегда соответствует гигиеническим и санитарно-эпидемиологическим требованиям. При этом наиболее приоритетными показателями загрязнения питьевой воды являются повышенная жесткость, высокое содержание железа, кальция, нитратов, присутствие кадмия и шестивалентного хрома. Ключевые слова: загрязнение, тяжелые металлы, поверхностные водоемы, питьевая вода, горнорудные территории.
Z.B. Baktybaeva, R.A. Suleymanov, T.K. Valeev, N.R. Rakhmatullin □ ECOLOGICAL AND HYGIENIC ASSESSMENT POLLUTION OF SURFACE AND GROUNDWATER IN TRANSURAL REGION REPUBLIC OF BASHKORTOSTAN □ Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, Russia.
Carried out ecological and hygienic assessment of pollution of surface and groundwater of mining areas in the Republic of Bashkortostan. Revealed exceeding standards for fishery water bodies and drinking and cultural and community water use, which indicates the potential danger of surface water for the health of the region's population. The greatest relative contribution to the overall pollution of surface water bodies are making manganese (33,0-66,6 %), iron (9,1-15,6 %), calcium (6,5-11,7 %), lead (5,87,2 %). The quality of water used for drinking purposes from decentralized water sources (boreholes, wells, springs), do not always correspond to the hygienic and sanitary-epidemiological requirements. In this case, the highest priority performance of drinking water contamination are increased stiffness, high content of iron, calcium, nitrate, presence cadmium, and hexavalent chromium. Key words: pollution; heavy metals; surface waters; drinking water; mining territory.
Результаты многолетних исследований медико-экологического направления, проведенных Институтом водных проблем РАН, Федеральным научным центром гигиены им. Ф.Ф. Эрис-мана, Научно-исследовательским институтом экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина и другими показывают, что здоровье населения в значительной степени определяется качеством используемых водных ресурсов. Длительное употребление воды, качество которой не соответствует гигиеническим нормативам, может стать причиной целого ряда заболеваний [7, 8, 18-20, 26]. Загрязнению поверхностных и подземных вод в значительной степени способствуют сбросы в водоемы и на рельеф местности неочищенных или недостаточно очищенных стоков, содержащих широкий спектр токсикантов. Одной из отраслей промышленности, оказывающих негативное техногенное влияние на водные системы, является горнопромышленный комплекс. К основным районам интенсивного развития горно-металлургического производства Российской Федерации относится Уральский регион. Широкое использование водных объектов на Урале началось еще в XVIII веке при разработке месторождений и строительстве заводов. В настоящее время на водосборных площадях рек расположено значительное количество действующих и отработанных объектов горнопромышленного комплекса, являющихся источниками загрязнения
аквальных экосистем тяжелыми металлами (ТМ) и другими поллютантами [1, 2, 13, 14].
В Зауралье Республики Башкортостан (РБ) сосредоточена значительная часть сырьевой базы цветной металлургии Урала. Горнодобывающая территория РБ характеризуется сочетанием техногенного и природно-обусловлен-ного воздействия комплекса неблагоприятных факторов. Действующими техногенными источниками загрязнения водных объектов являются ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат», ОАО «Белорецкий металлургический комбинат», ЗАО «Бурибаевский горно-обогатительный комбинат», ООО «Башкирская медь», ОАО «Башкирское шахто-проходческое управление». Загрязнение поверхностных и подземных вод происходит на стадиях геолого-разведочных работ, горной добычи, эксплуатации обогатительного комплекса и металлургического комбината. Большую опасность представляют и отработанные месторождения (Миндяк, Балта-Тау, Куль-Юрт-Тау, Бакр-Тау, Таш-Тау, Южно-Файзуллинское и др.), которые списаны с баланса горнодобывающих предприятий и не обладают коммерческой привлекательностью из-за низкого содержания полезных компонентов. Отвалы таких объектов расположены в поймах притоков р. Урал (рр. Миндяк, Большой Кизил, Худолаз, Таналык, Бузавлык и др.) и р. Белая (рр. Нура, Рязь, Майгашля, Зилим и др.). Соответственно, в бассейнах этих рек,
ИЮЛЬ N07 (292) ЗНиСО
15
с=р где сосредоточены основные горнодобывающие и рудоперерабатывающие предприятия РБ, складывается достаточно сложная ситуация с качеством воды. Периодически отмечается высокое и экстремально высокое загрязнение поверхностных вод ионами тяжелых металлов. Значительный вклад в техногенное распределение токсикантов в геологическую среду вносят гидрогенные потоки загрязнителей. Так, в 2013 г. ^^ Белорецким металлургическим комбинатом ^^ было сброшено в поверхностные водные объекты 9,73 млн м3 недостаточно очищенных сточных вод, Учалинским горно-обогатительным комбинатом - 6,80 млн м , Сибайским горнообогатительным комбинатом - 2,60 млн м , ООО «Башкирская медь» - 1,74 млн м [6].
Источниками питьевого водоснабжения в регионе в основном являются артезианские скважины. Поверхностные воды используются для рыбохозяйственных целей, рекреации и хозяйственно-бытовых нужд населения. Однако прогрессирующее загрязнение поверхностных вод Зауралья РБ тяжелыми металлами следует считать актуальной экологической проблемой, так как металлы не разлагаются в природных водах, а лишь перераспределяются по компонентам водоема, меняя форму своего существования. Из водных систем ТМ по пищевым цепям могут попадать в организм человека. Число трофических уровней в водной цепи питания больше, чем в наземной. Важным элементом пищевой цепи в водных экосистемах являются макрофиты. Так, водорослями и водными растениями питается большинство гидробионтов, становящихся, в свою очередь, пищей для рыб и водоплавающих птиц. Макрофитами питаются и растительноядные рыбы, которые служат пищей для хищных рыб. Таким образом, ТМ, поступая в водоем, способны активно включаться в круговорот веществ и мигрировать по трофическим цепям к человеку при употреблении рыбной и мясной продукции [10, 17, 25]. Известно, что на каждом последующем трофическом уровне водной экосистемы концентрация поллютантов способна повышаться на 1-2 порядка [16].
Большинство ТМ считаются важными для жизни микроэлементами. Вместе с тем их избыточное поступление в организм может приводить к нарушениям метаболизма. Обладая кумулятивными признаками, металлы могут проявлять канцерогенные, мутагенные и тератогенные свойства. Также было установлено, что загрязнение окружающей среды ТМ приводит к возрастанию показателей заболеваемости населения хроническими дерматозами, экземой, атопическим дерматитом, токсидермией. При длительном воздействии свинца и ртути могут иметь место нарушения памяти и вербальных способностей. Выявлено неблагоприятное влияние ТМ и на функциональное состояние щитовидной железы. Так, по данным ультразвукового исследования, в наиболее загрязненных металлургических центрах Южного Урала у 40-60 % населения установлена гиперплазия
щитовидной железы [3, 9, 11, 12, 21-24]. Анализ показателей общей и первичной заболеваемости населения РБ, проживающего в районах размещения горнорудных предприятий, свидетельствует о ее четкой тенденции к увеличению [15].
В связи с тем, что здоровье человека в определенной степени зависит от факторов среды обитания, с усилением техногенеза возрастает и актуальность санитарно-гигиенического мониторинга окружающей среды.
Цель исследования - оценить качество поверхностных и подземных вод горнорудных территорий Республики Башкортостан.
Материалы и методы. Эколого-гигиени-ческие исследования были проведены в Бело-рецком, Абзелиловском, Учалинском и Баймак-ском административных районах РБ. При оценке фактического уровня загрязнения поверхностных водоемов учитывались материалы наблюдений Центров гигиены и эпидемиологии РБ, природоохранных органов и многолетних собственных исследований. Анализ проб подземных водоисточников в населенных пунктах проводился по основным приоритетным показателям, характеризующим качество воды по ор-ганолептическим, общесанитарным, санитарно-токсикологическим признакам вредности (Испытательно-аналитический центр института аккредитован в системе Россаккредитации на техническую компетентность и независимость: аттестат аккредитации № РОСС ЯИ. 0001.510411, действителен до 26 июля 2018 г.). При проведении собственных исследований особое внимание уделялось нецентрализованным источникам водоснабжения (скважины, колодцы, родники), используемых жителями горнорудных территорий для питьевого и хозяйственно-бытового водопользования. Оценка степени загрязнения исследуемых объектов проводилась по результатам анализа с использованием гигиенических нормативов. При оценке фактического уровня загрязнения централизованных источников водоснабжения учитывались также материалы исследований лабораторий межрайонных центров гигиены и эпидемиологии РБ.
Результаты исследования. Исследования показали, что в пробах воды с участков рек в зоне сброса сточных вод горнорудных предприятий отмечается повышение концентрации отдельных металлов по сравнению с фоном. При этом вода по значению удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗВ) чаще характеризуется как очень загрязненная и грязная, а в некоторых створах - очень грязная.
На исследуемой территории Белорецкого района РБ приоритетным загрязнителем поверхностных водных объектов является железо: превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) наблюдалось во всех точках отбора вдоль русла р. Белой (пос. Шушпа, г. Белорецк, д. Серменево). Межгодовая динамика металлов в реке имеет тенденцию к возрастанию концентраций меди и цинка. По величине общей жесткости поверхностные воды Белорецкого района в основном являются мягкими (0,80-3,01 °Ж).
1С
ЗНиСО июль N07 (2 92)
Воды поверхностных водоемов на территории Учалинского района РБ характеризуются удовлетворительной (водохранилище Урал), оптимальной (озера Карагайлы, Ургун, Б. Уча-лы, р. Урал) и повышенной (оз. Калкан, р. Буй-да) минерализацией. Большинство поверхностных вод обладают средней жесткостью, за исключением р. Буйда, вода которой характеризуется как очень жесткая. Это обусловлено присутствием в воде высоких концентраций кальция (360 мг/л) и сульфатов (931 мг/л), что является безусловным показателем загрязнения производственными сульфатсодержащими стоками. Кроме того, в р. Буйда обнаружены повышенные концентрации металлов: железа и свинца - до 1,4 ПДК, марганца - до 36 ПДК.
На территории Баймакского района РБ воды поверхностных водоемов характеризуются оптимальной (р. Б. Кизил, оз. Талкас, водохранилище Графское) и повышенной минерализацией (оз. Култубан, водохранилище р. Худо-лаз), средней (оз. Култубан, водохранилище р. Худолаз) и низкой жесткостью (р. Б. Кизил, оз. Талкас, водохранилище Графское). Содержание металлов в целом соответствует требованиям гигиенических стандартов [5]. Превышение нормативов наблюдается в р. Карагайлы на территории г. Сибай: показатели кадмия составляют от 6 до 10 ПДК, цинка - до 5,2 ПДК. Сопоставление данных с нормативами для водоемов рыбохозяйственного значения [4] показало, что уровни цинка и меди в реках Таналык и Карагайлы превышают ПДК: от 1,6 до 51 раза по цинку и от 2,4 до 95 раз по меди. Содержание кадмия в районе загрязнения р. Таналык промышленными объектами Бурибаевского горно-обогатительного комбината достигает 4 ПДК, в р. Карагайлы, являющейся приемником стоков Сибайского горно-обогатительного комбината, - 2 ПДК.
Расчеты выявили, что наибольший удельный вклад в общую загрязненность поверхностных водоемов Зауралья РБ вносят марганец (33,0-66,6 %), железо (9,1-15,6 %), кальций (6,5-11,7 %), свинец (5,8-7,2 %), нитраты (5,46,1 %), сульфаты (4,7-15,9 %), ртуть (до 4,4 %), цинк и медь (до 4 %).
Качество питьевой воды из источников централизованных систем водоснабжения основных городов и райцентров горнорудных территорий РБ в целом соответствует гигиеническим требованиям. Вода характеризуется средней
жесткостью, умеренным содержанием железа, цинка, меди, свинца, марганца, хрома, кадмия, нитратов, сульфатов и др.
На отдельных сельских территориях исследуемого региона полностью или частично отсутствуют системы централизованного водоснабжения, и жители используют для питьевых и хозяйственно-бытовых целей источники нецентрализованного водоснабжения - скважины, колодцы, родники. Как показали результаты исследований, качество воды нецентрализованных источников водоснабжения не всегда соответствует гигиеническим и санитарно-эпидемиологическим требованиям. При этом наиболее приоритетными показателями загрязнения питьевой воды являются повышенная жесткость, высокое содержание железа, кальция, нитратов, присутствие (на уровне ПДК) кадмия и шестивалентного хрома (таблица).
Содержание в питьевых водах тяжелых металлов (мышьяк, свинец, стронций, серебро, медь, цинк, алюминий, марганец, никель и др.) ни в одном из населенных пунктов не превысило существующие санитарно-гигиенические нормативы.
Следует отметить, что в воде водоисточников некоторых населенных пунктов, преимущественно в колодцах, обнаруживается присутствие общих колиформных и термотолерантных колиформных бактерий, в связи с чем употребление данной воды представляет опасность по эпидемиологическим показателям.
Достаточно важным критерием оценки качества питьевой воды явился анализ фактического содержания концентраций фторид-ионов. Исследования показали, что содержание фторид-ионов в воде централизованного водоснабжения находится в интервале 0,01-0,25 мг/л, децентрализованного - 0,01-0,12 мг/л. Учитывая это, следует отметить, что по содержанию фторид-ионов подземные воды, используемые для централизованной и децентрализованной систем водоснабжения на большей части территорий Белорецкого, Учалинского, Баймак-ского, Абзелиловского районов, не соответствуют нормативу физиологической полноценности (содержание фторид-ионов менее 0,3 мг/л классифицируют водоисточники как с очень низким содержанием фтора). Установленный дефицит фтора способствует повышению заболеваемости населения кариесом зубов, что может играть роль в возникновении отдельных хрониосептических и ревматоидных состояний.
Таблица. Приоритетные показатели загрязнения подземных питьевых вод на горнорудных территориях Республики Башкортостан
Наименование показателя Предельно допустимая концентрация Максимальные значения показателей на отдельных территориях
Учалинский район Белорецкий район Баймакский район Абзелиловский район
Железо, мг/л 0,30 0,35 1,80 0,56 0,30
Хром (VI), мг/л 0,05 0,05 0,05 0,03 0,05
Кадмий, мг/л 0,001 0,001 0,001 0,0008 0,001
Кальций, мг/л - 156,3 120,2 220,5 170,3
Жесткость, °Ж 7-10 9,5 14,0 16,3 13,5
Нитраты, мг/л 45,0 48,0 33,0 112,0 56,0
ИЮЛЬ IW (292) ЗНиСО
17
Вывод. Выявленные превышения нормативов содержания вредных веществ как для водных объектов рыбохозяйственного значения, так и питьевого и хозяйственно-бытового водопользования свидетельствуют о потенциальной опасности поверхностных вод для здоровья населения региона. Наибольший удельный вклад в общую загрязненность поверхностных водоемов Зауралья РБ вносят марганец (33,066,6 %), железо (9,1-15,6 %), кальций (6,511,7 %), свинец (5,8-7,2 %), нитраты (5,46,1 %), сульфаты (4,7-15,9 %), ртуть (до 4,4 %), цинк и медь (до 4 %).
Качество воды из источников нецентрализованного водоснабжения (скважины, колодцы, родники), используемой для хозяйственно-бытовых и питьевых целей, не всегда соответствует гигиеническим и санитарно-эпидемиологическим требованиям. При этом наиболее приоритетными показателями загрязнения питьевой воды являются повышенная жесткость, высокое содержание железа, кальция, нитратов, присутствие (на уровне ПДК) кадмия и шестивалентного хрома.
Необходима более детальная оценка эколо-го-гигиенической обстановки в регионе с последующим построением медико-экологического прогноза и разработкой рациональных экономических и природоохранных решений для обеспечения безопасного водопользования населения горнорудных территорий.
Исследования проведены при финансовой поддержке приоритетных направлений научных исследований Академии наук Республики Башкортостан по теме: «Обоснование приоритетных загрязнителей источников водоснабжения на отдельных территориях населенных мест и оценка их неблагоприятного влияния на демографическую ситуацию в Республике Башкортостан» (АН46/12Б от 26.12.2016) и гранта РГНФ № 17-16-02010 «Эколо-го-гигиеническое обоснование канцерогенных рисков здоровью населения Республики Башкортостан от загрязнения объектов окружающей среды».
ЛИТЕРАТУРА
1. Аллаярова Г.Р. и др. Влияние предприятий горнорудной промышленности на состояние водоисточников Башкирского Зауралья / Г.Р. Аллаярова, Р.А. Сулейма-нов // Инновационные технологии для модернизации водохозяйственного комплекса: Материалы симпозиума. Уфа, 2012. С. 19-23.
2. Бактыбаева З.Б. и др. Загрязнение тяжелыми металлами экосистемы реки Таналык, сообщества водных мак-рофитов и возможности их использования для биологической очистки / З.Б. Бактыбаева, Я.Т. Суюндуков, С.М. Ямалов [и др.]. Уфа: АН РБ, Гилем, 2011. 208 с.
3. Гичев Ю.П. Загрязнение окружающей среды и экологическая обусловленность патологии человека: Аналит. обзор / ГПНТБ СО РАН. Новосибирск, 2003. 138 с. (Серия «Экология», Вып. 68).
4. Доклад об экологической ситуации на территории Республики Башкортостан в 2013 году. Уфа: Министерство природопользования и экологии Республики Башкортостан, 2013. 165 с.
5. Кожин А.А. Микроэлементозы в патологии человека экологической этиологии // Экология человека. 2013. № 9. С. 56-64.
6. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйст-венного значения: Приказ Федерального агентства по рыболовству от 18 января 2010 г. № 20. Онищенко Г.Г. Вода и здоровье // Экология и жизнь.
1999. № 4. С. 12-13.
♦
8. Онищенко Г.Г. и др. Бенчмаркинг качества питьевой воды / Г.Г. Онищенко, Ю.А. Рахманин, Ф.В. Кармазинов [и др.]. СПб.: Новый журнал, 2010. 432 с.
9. Паранько Н.М. и др. Роль тяжелых металлов в возникновении репродуктивных нарушений / Н.М. Паранько, Э.Н. Белицкая, Т.Д. Землякова [и др.] // Гигиена и санитария. 2002. № 1. С. 28-30.
10. Перевозников М.А. и др. Тяжелые металлы в пресноводных экосистемах / М.А. Перевозников, Е.А. Богданова. С.-Петербург: ГосНИОРХ, 1999. 227 с.
11. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 30.04.2003 № 78 (ред. от 30.08.2016) «О введении в действие ГН 2.1.5.1315-03» (вместе с ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». Гигиенические нормативы, утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27.04.2003) (Зарегистрировано в Минюсте России 19.05.2003 № 4550).
12. Рыбкин В.С. и др. Тяжелые металлы как фактор возможных экологически обусловленных заболеваний в Астраханском регионе / В.С. Рыбкин, А.Н. Богданов, Ю.С. Чуйков [и др.] // Гигиена и санитария. 2014. № 2. С. 27-31.
13. Старова Н.В. Проблемы экологии: Принципы их решения на примере Южного Урала / Под ред. Н.В. Ста-ровой. М.: Наука, 2003. 287 с.
14. Таипова О.А. и др. Оценка загрязнения тяжелыми металлами почв, прилегающих к месторождению Куль-Юрт-Тау / О.А. Таипова, З.Б. Бактыбаева, И.Н. Семенова [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 6 (100). С. 622-625.
15. Терегулова З.С. и др. Особенности загрязнения среды обитания и заболеваемость населения в горно-добывающем регионе Республики Башкортостан / З.С. Тере-гулова, Л.Н. Белан, Р.А. Аскаров [и др.] // Медицинский вестник Башкортостана. 2009. № 6. С. 20-25.
16. Эльпинер Л.И. Влияние водного фактора на формирование здоровья человека // Вода: химия и экология. 2009. № 3. С. 6-10.
17. Adriano D.C. Trace Elements in Terrestrial Environments: Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals. New York: Springer-Verlag, 2001. 867 p.
18. Chanpiwat P. et al. Human health risk assessment for ingestion exposure to groundwater contaminated by naturally occurring mixtures of toxic heavy metals in the Lao PDR / P. Chanpiwat, B.T. Lee, K.W. Kim [et al.] // Environ. Monit. Assess. 2014. Vol. 186(8). P. 4905-4923.
19. Elpiner L. Medical and ecological significance of the water factor // In «Geology and Ecosystems». 2005, Springer USA. Р. 219-228.
20. Emmanuel E. et al. Groundwater contamination by microbiological and chemical substances released from hospital wastewater: health risk assessment for drinking water consumers / E. Emmanuel, M.G. Pierre, Y. Perrodin // Environ. Int. 2009. Vol. 35(4). P. 718-726..
21. Jaishankar M. et al. Toxicity, mechanism and health effects of some heavy metals / M. Jaishankar, T. Tseten, N. Anba-lagan [et al.] // Interdiscip Toxicol. 2014. Vol. 7(2). Р. 60-72.
22. Morais S. et al. Heavy metals and human health. In: Oosthuizen J., editor. Environmental health - emerging issues and practice. 2012. Р. 227-246.
23. Mudgal V. et al. Effect of toxic metals on human health / V. Mudgal, N. Madaan, A. Mudgal [et al.] // Open Nutra-ceuticals J. 2010. Vol. 3. P. 94-99.
24. Satarug S. et al. Cadmium, environmental exposure, and health outcomes / S. Satarug, S.H. Garrett, M.A. Sens [et al.] // Ciencia & Saude Coletiva. 2011. Vol. 16(5). Р. 2587-2602.
25. Trace elements in the environment: biogeochemistry, biotechnology, and bioremediation / edited by M.N.V. Prasad, Kenneth S. Sajwan, Ravi Naidu. Boca Raton: CRC/Taylor and Francis, 2005. 744 p.
26. Wang W.L. et al. Health risk assessment of phthalate esters (PAEs) in drinking water sources of China / W.L. Wang, Q.Y. Wu, C. Wang [et al.] // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2014, Sep. P. 26-31.
Контактная информация:
Бактыбаева Зульфия Булатовна, тел.: +7 (347) 255-46-21, e-mail: [email protected]
Contact information: Baktybaeva Zulfiya, phone: +7 (347) 255-46-21,
e-mail: [email protected] + -
