CC BY
47
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА 3/2014
УДК 543:574.64
Ш ТОЕСШЖОТОГШЙПЕСЖАЖ ХАРАЖТЕШСТШЖА
__0^9 ________
водам жошстамы ЧУС«СЖОГО
А.К. Лаптева,
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
М.А. Шишкин,
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
И.Л. Масленникова,
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН
Исследовались образцы речной воды и донного ила у оголовка водозабора, а также вода на этапах водоподготовки, в магистральной сети на насосных станциях и в конечных пунктах водопотребления.
Цель работы - химико-аналитическая и экотоксикологическая оценка загрязненности воды, подаваемой потребителю с Чусовского водозабора.
Исследованы неорганические и органические поллютанты, общая токсичность и бактериологические показатели исходной и очищенной воды.
Ключевые слова: речная вода, донные отложения, органические и неорганические поллютанты, общая токсичность, экотоксикологическая оценка, санитарно-гигиенические нормативы.
Обеспокоенность пермской общественности ситуацией с реконструкцией Чусовских очистных сооружений (ЧОС) и качеством водопроводной воды отражена в многочисленных выступлениях СМИ [1-5 и др.], разные аспекты проблемы водоснабжения города рассматривались в
научных публикациях [6-11].
Качество подаваемой населению с ЧОС воды зависит от степени антропогенной трансформации водной экосистемы у оголовка, технологических схем во-доподготовки, а также вторичного загрязнения в магистральных водоводах.
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 11-05-96017.
Исследования загрязнения речной воды и донных отложений (ДО) проводили в 2011-2013 гг. в характерные фазы водного режима Камского водохранилища. Было отобрано и проанализировано по 3 пробы в период весеннего наполнения, по 4 - в режиме летнего «наполнения сра-ботки» и по 3 - перед ледоставом. В глубокую сработку зимой была отобрана только проба речной воды.
Водоподготовку на ЧОС оценивали в образцах, отобранных после смесителей (2 пробы), после фильтров (2 пробы) и на станции второго подъема (2 пробы) в мае - июле 2013 года.
Качество воды, подаваемой с очистных сооружений, изучали на 4 насосных станциях по ходу ее движения от ЧОС в октябре 2012 и в июле 2013 года.
Водопроводную воду у конечных потребителей исследовали в октябре 2013 года в 5 школах, расположенных в различных микрорайонах г. Перми. Наряду с традиционным подходом были применены биологические методы [12, 13].
ПОКАЗАТЕЛИ СОСТОЯНИЯ РЕЧНОЙ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ У ОГОЛОВКА ВОДОЗАБОРА
Гидрохимический режим водохранилища у Чусовского водозабора обусловлен различием в химическом составе и водности рек Чусовой и Сылвы, регламентом работы Камской ГЭС и сбросами предприятий.
Вода на глубине оголовка отличалась высокой цветностью, в отдельных пробах весной и летом норматив был превышен в 5-10 раз (табл.1). Также она загрязнена биогенами. В единичных пробах в весен-нее-летний период содержание N0^ превысило предельно допустимую концентрацию (ПДКв) для воды водных объектов питьевого назначения в 1,3-2 раза, но средние значения не вышли за пределы норматива. Летом и перед ледоставом в воде появляется ион аммония (максимальное значение - 23,4 мг/дм3 (47 ПДКв), при-
чем среднее содержание КЫ4+ превысило норматив более чем в 11 раз. В период открытой воды (май-октябрь) наблюдаются высокие концентрации фосфора фосфатов, в среднем от 0,012 до 0,036 мг/дм , что составляет 120-360 ПДКв.
Зимой общая жесткость воды на глубине оголовка становится в 3 раза выше, чем в поверхностном слое, достигая 1011 мг-экв/дм3. [11]. В пробе от 04.04.2012 г. ее величина составила 11,1 мг-экв/дм ; содержание ионов кальция, магния, карбонатов и гидрокарбонатов, сульфатов и величина сухого остатка также было наибольшим. Во время весеннего наполнения водохранилища жесткость снизилась в среднем до 1,45 мг-экв/дм и повысилась к осени до 5,23 мг-экв/дм3.
Химическое потребление кислорода (ХПК) весной и перед ледоставом незначительно превысила норматив, в отдельных пробах достигая 1,5 ПДК.
Забираемая вода имела повышенные концентрации А1, Бе, Мп, N1, Сё, РЬ и Сг (см. табл. 1). Зимой норматив для Бе был превышен в 2 раза, Мп - в 1,4 и РЬ - в 5 раз. Содержание Бе во время весеннего паводка в отдельных пробах достигает 7 ПДКВ при среднем значении 3,6 ПДКв.. Летом и осенью превышения по Бе не наблюдалось. Содержание Мп достигало максимума также весной - от 4,8 ПДКв в разовых пробах, до 2 ПДКв - в среднем. В другие сезоны в отдельных пробах наблюдались концентрации Мп до 1,4-1,5 ПДКв. Концентрации N1 изменяются в широких пределах - от 4 ПДКв до значений, на порядок меньших ПДКв. В 2011/12 гидрологическом году повторяемость превышений ПДКв для N1 была 100 %. Содержание Сd в зимней пробе оказалось ниже предела обнаружения. В другие сезоны концентрация Сё изменялась от аналитического нуля до 6,9-9 ПДКв, при средних значениях от 2,4 до 3,1 ПДКв. Содержание РЬ превысило норматив только в 2 пробах из 11. Весьма высокое содержание А1 отмечено только в одной пробе (08.06.2011 г.) - 6,6 ПДКв; весной и осенью 2013 г. содержание А1
Таблица 1
Основные показатели качества воды на глубине оголовка ЧОС (2011-2013 гг.)_
Показатель ПДКв, ГН 2.1.51315-03 Класс опасности/ показатель вредности Фазы гидрологического режима водохранилища
Глубокая сработка зимой (1 проба) Весеннее наполнение (3 пробы) Наполнение-сработка летом (4 пробы) Перед ледоставом (3 пробы)
Цветность, градус 20 50 200-1307163** 100-30/66,7 60-40/50
рН 6 7,68 7,1-6,71/6,87 7,1-6,88/7,0 7,6-6,87/7,18
Растворенный О2, мг-экв/дм3 не менее 5 9,44 9,52-8,36/8,85 9,6-8,2/8,67 9,6-8,96/9,38
С1-,мг/дм3 350 4/орг.привк. 32,2 5,94-3,4/4,92 16,96-10,6/ 11,95 22,3-19,68/21,3
1\Ю2-, мг/дм3 3,3 2/с.-т. 0,09 0,678-0,05/0,45 2,26-отс./0,65 0,81-0,005/0,28
1\Юз-, мг/дм3 45,0 3/с.-т. 0,136 57,7-1,69/20,4 89,3-1,63/21,3 44,1-3,79/16,2
Э042-, мг/дм3 500 4/орг.привк. 408,2 24-3,36/10,7 177,7-9,6/63,8 163,3-12,5/55,3
НС03-,мг/дм3 248,8 66,5-51,2/59,6 115,9-86,0/ 101,4 128,7-103,7/ 118,1
СО32-, мг/дм3 13,8 отс. 18-отс./4,5 12,0-6,1/8,83
Рфосфатов, мг/дм3 0,0001 1 /с.-т. отс. 0,098-0,045/ 0,058 0,0163-отс./ 0,009 0,055-0,0068/ 0,025
1\1Н4+, мг/дм3 0,5 4/орг.зап. отс. отс. 23,4-0,015/5,86 12,7-0,004/5,57
Са2+, мг/дм3 100*** 200,4 30,1-18,2/24,4 102,2-40,7/69,8 86,2-82,16/84,2
Мд2+, мг/дм3 50*** 13,4 3,64-1,2/2,63 7,3-3,6/5,86 20,67-7,3/12,5
Рвобщ., мг/дм3 0,3 3/орг.окр. 0,61 2,06-0,3/1,08 0,33-0,12/0,2 0,13-0,1/0,12
Д!3+, мг/дм3 0,2 2/с.-т. не опр. 1,33-0,11/0,58 0,19-0,063/0,12 0,4
Сухой остаток, мг/дм3 1000 1097,8 159-108,3/ 132,4 543,6-184,1/325 465-317/397,2
Жесткость общая, мг-экв/дм3 7 (не более 10) 11,1 1,6-1,2/1,45 5,7-2,46/3,97 5,8-4,9/5,23
Щелочность, мг-экв/дм3 4,31 1,1-0,84/0,98 1,8-2,2/1,8 2,2-1,84/2,08
БПК5, мгО2/дм3 3,0 1,04 2,48-1,7/2,07 2,7-0,88/1,71 3,2-1,78/2,08
ХПК, мгО2/дм3 15 7,96 22-8/16,5 14,2-6,78/9,48 22,75-9,4/16,8
Сг, мг/дм3 0,05 3/с.-т. отс. 0,0072-отс./ 0,0036 0,098-отс./ 0,026 0,0076-отс./ 0,0025
Мп, мг/дм3 0,1 З/орг./окр. 0,14 0,475-0,02/0,21 0,15-0,06/0,1 0,15-0,04/0,08
N1, мг/м3 0,02 2/с.-т. 0,04 0,023-0,005/ 0,016 0,04-0,003/ 0,012 0,086-0,002/ 0,031
Си, мг/дм3 1,0 3/орг./окр. 0,008 0,011-0,006/ 0,008 0,02-0,001/ 0,006 0,007-0,003/ 0,005
7п, мг/дм3 1,0 3/общ.сан. 0,05 0,046-0,0125/ 0,024 0,0225-0,009/ 0,015 0,042-0,0125/ 0,024
Cd, мг/дм3 0,001 2/с.-т. <0,0001 0,0069- <0,0001/ 0,0024 0,009-<0,0001/ 0,0024 0,009-<0,0001/ 0,0031
Нд, мг/дм3 0,0005 1/с.-т. отс. <0,0001 -отс./ <0,0001 0,0001- отс./ 0,00008 0,0001-<0,0001/ 0,0001
РЬ, мг/дм3 0,03(0,01) 2/с.-т. 0,05 0,003-отс./ 0,002 0,007-отс./ 0,003 0,05-отс./0,019
Примечание: * - размах содержаний; ** - среднее значение; *** - норматив ЕС для питьевой воды; «отс.» - отсутствие ингредиента в пробе; выделенные значения - превышают нормативные.
было на уровне 1,6-2 ПДКв. Только в одной пробе летом определено 2 ПДКв Сг.
Из органических соединений в забираемой на ЧОС воде с фактором сходства более 80 % идентифицированы углеводороды (алканы, алкены), кислородсодержащие соединения (спирты, сложные эфиры, фенолы). Наиболее распространены в речной воде сложные эфиры фтале-вой кислоты - фталаты (ДБФ, ДЭФ, ДЭГФ, ДМФ), относящиеся к стойким органическим соединениям. В среднем их относительная доля составила 89,2 %. Доля углеводородов и спиртов - 5,3-4,7 % соответственно, для хлорпроизводных углеводородов - 0,55 %, фенолов - 0,18 %.
Суммарное содержание фталатов изменяется от 0,02 до 0,68 мг/дм3 и не превышает нормативов. И только в одной пробе, от 17.10.2013 г., концентрация наиболее опасного ДЭГФ (I класс опасности с канцерогенным воздействием) была 0,634 мг/дм3 или 79 ПДК.
В целом, вода в районе оголовка ЧОС характеризовалась невысокими средними значениями коэффициента комплексности загрязнения (К, %) [14]: 2011 г. -34,3 %, 2012 г. - 34,1 %, 2013 г. - 19 %.
В конце зимы при глубокой сработке водохранилища вода имела допустимую величину индекса токсичности (Т = 18,7 ± 0,5 %). Во время весеннего наполнения (конец мая - начало июня) водохранилища также наблюдался допустимый уровень или отсутствие токсичности. Значительные колебания индекса токсичности (от нуля до 42,1 ± 3,5 %) характерны для режима «наполнения - сработки» водохранилища летом и осенью. За весь период наблюдений (13 образцов) забираемая ЧОС вода была токсична только дважды - в конце октября 2011 г. и в конце августа 2013 г. (рис. 1). Высокому индексу токсичности воды в октябре соответствовало и высокое значение коэффициента К [15], а во втором случае такой зависимости не выявлено: К составил всего 18,8 %. Вероятно, что ухудшение качества воды и загрязнение донных отложений осенью 2011 г. связано с погодными условиями и
отмиранием гидробионтов.
Количество сапрофитных бактерий (N8) за отчетный период увеличивалось в ряду зима-весна-лето-осень (табл. 2). Зимой вода отнесена к классу «чистая», весной - «удовлетворительной чистоты», летом - «загрязненная», осенью - «грязная»
[16]. Коли-индекс воды соответствовал классу воды «удовлетворительной чистоты» во все сроки. Однако количество фекальных колиформ в воде во все сроки превосходило допустимый уровень (4x10 КОЕ/л),
принятый департаментом по защите окружающей среды Флориды
[17]. Это свидетельствует о необходимости пересмотра стандартов качества воды водохранилищ в России в соответствии с мировыми для проведения полной очистки природной воды.
Для водной экосистемы, особенно находящейся под антропогенным воздействием, важным фактором формирования химического состава водных масс становятся донные отложения [18]. У оголовка водозабора в тонкодисперсном сером иле с редкими включениями гальки и раковин беззубки выявлена устойчивая многолетняя ассоциация накапливающихся относительно кларка литосферы элементов: В84,3 >У8,6 >8Ь7,4 >Щ4,6 >Р2,5 >МЩ,6 >С&1А. Все они отнесены к высокотоксичным элементам [19]. В единичных образцах отмечены повышенные содержания Ы (Кс = = 1,9), Т1 (7,2), 2п (1,7), А8 (1,5) и РЬ (1,7). Остальные элементы в отдельных случаях имели близкларковые значения или не накапливались (табл. 3).
В экологическом отношении репрезентативны оценки водорастворимых форм металлов (табл. 4). Из донного ила в воду могут поступать М§, К, Са, Мп, Бе, N1, Сё и РЬ, и вероятно, высокая жесткость забираемой воды зимой обеспечивается не только подтоком более жестких вод р. Сылвы, но и поступлением Са и Мg из донных отложений. Высокие концентрации Мп, Бе, N1, Сё, РЬ в отдельных пробах воды зимой и во время летне-осеннего режима также свидетельствуют о вторичном загрязнении.
55 -45 -35 25 15 5
-5 --15 -
-25 -35
Л
К 2 8
О
н
о
^
и £
о
л
&
£ «
о
о
-а
Ч <и а с
ев СЧ О
« ев
О
н
о
^
и
о
т—г^-1—г
л
&
£ «
о
О
« ев
о
-а
Ч 2 8
О
н
о
^
и £
о
Образец токсичен
Допустимая
степень токсичности
Образец не токсичен
Л
&
£ «
о
о
а
80 70 -60 -50 -40 -30 -20 10 0
-10 -1
б
н/о
та
л «
2 8
О
н
о
^
и
о
-а
£
« О
о
■л
ч <и а с
ев
О
« ев
О
и
н
о
^
и £
СЧ
о
н/о
Образец токсичен
Допустимая
степень токсичности
Образец
не токсичен
Л
&
¡3 «
о
о
Л
ев ч
а 2
гл
п
О
О
н
о
^
и
о
-а
£
« о
о
Рис. 1. Общая токсичность Т воды (а) и водных вытяжек донных отложений (б) Чусовского плеса Камского водохранилища (отрицательные значения Трекомендуется считать нулевыми; знак «н/о» - отсутствие образца)
Таблица 2
Общее количество сапрофитной микрофлоры и коли-индекс воды _и водных вытяжек донных отложений_
Дата отбора Показатели
Вода Донные отложения
N3, КОЕ/мл Коли-индекс, КОЕ/л ОМЧ, КОЕ/мл Коли-индекс, КОЕ/л
Зима
04.04.2012 4,40x10! 1,55х104 - -
Весеннее наполнение вдхр.
30.05.2012 5,00х103 6,75х105 3,40х106 5,32х105
27.05.2013 - 1,06х106 - 7,66х105
Режим «наполнения-сработки» летом
23.08.2012 5,65х102 1,85х105 3,05х105 8,71х105
09.07.2013 2,10х104 1,30х106 - -
22.08.2013 4,25х103 1,45х105 6,91х105 8,58х103
Режим «наполнения-сработки» осенью
24.10.2011 1,55х104 9,75х106 5,11х105 1,26х106
10.10.2012 8,15х102 2,50х104 5,55х104 2,32х104
17.10.2013 2,39х104 1,15х104 3,56х105 1,04х104
Примечание: знак «-» - отсутствие определений.
Таблица 3
Валовое содержание элементов (мг/кг) в донных отложениях в районе Чусовского водозабора
Ингредиенты Кларк литосферы (по Л.Н. Овчинникову, 1990) У оголовка водозабора У водовыпуска промывных вод
Размах (число проб) Среднее/ коэфффициент концентрации (Кс) % проб с превышением над кларком
и 25 48,3 (1) -/1,9 не опр.
В 9 4467-75 (9) 759/84,3 100 89/9,9*
Мд 22600 16030-3371,6 (7) 4371 - не опр.
Д! 80700 91540-30900 (6) 63223 33 52980
Б1 279900 285050 (1) -/1,02 - не опр.
Р фосфатов 100 407,5-166,9 (9) 250/2,5 100 135,6/1,36
К 21300 11910-938,9 (7) 2733 - не опр.
И 530 3830 (1) -/7,2 - не опр.
V 12 117-94,1 (5) 103,4/8,6 100 не опр.
Сг 92 110-18,0 (10) 34,0 10 18,2
Мп 900 3370-44,1(8) 1485/1,65 87.5 804,4
Ре 53300 63650-453,6 (10) 19653 10 3560,3
N1 70 64,4-0,91 (10) 30,4 - 13,3
Си 53 52,1-19,6 (10) 30,5 - 16,3
гп 68 113-44,4 (10) 66,3 30 31,6
ДБ 1,8 2,69-0,18 (3) 1,57 66.7 не опр.
Cd 0,17 0,66-0,04(10) 0,23/1,35 50 0,12
ЭЬ 0,3 2,33-2,13 (2) 2,23/7,4 100 не опр.
Нд 0,072 0,76-0,12(9) 0,33/4,6 100 0,073/1,01
РЬ 13 21,8-7,43 (10) 12,7 30 9,34
Примечание: * - в знаменателе приведен Кс
В донных отложениях так же, как и в воде, наибольшее распространение получили фталаты и нефтяные углеводороды [15].
Сильная токсичность донных отложений проявилась в конце лета
(22.08.2013 г.) и перед ледоставом (24.11.2011 и 10.10.2012 гг.) (см. рис. 1), причем, в 2011 и 2013 гг. одновременно были токсичны и вода, и донный ил, а в 2012 г. при токсичном иле вода имела до-
Примечание: * - нормативы ЕС; выделенные концентрации превышают нормативные
Таблица 4
Валовое содержание элементов (мг/кг) в донных отложениях в районе Чусовского водозабора
Ингредиенты ПДКв (ГН 2.1.5.1315-03) Размах (число определений) Среднее/ коэфффициент концентрации (Кс) % проб с превышением над нормативом
Мд 50* 66,0-6,3 (8) 19,4/- 12.5
К 12* 40,6-6,5 (7) 26,1/2,2 85.7
Са 100* 1900,4-107,2 (10) 1112,9/6,2 100
Сг 0.05 0,015-отс. (10) 0,0015/- -
Мп 0.1 9,3-0,12 (5) 4,95/49,5 100
Ре 0.3 11,7-1,2 (10) 5,13 100
N1 0.02 0,68-отс. (10) 0,23/ 11,5 90
Си 1.0 0,52-0,11(10) 0,40/- -
гп 1.0 0,74-0,094 (10) 0,33/- -
Сс1 0.001 0,10-отс. (10) 0,029/29 80
РЬ 0.01 0,33-отс. (10) 0,16/16 50
пустимую величину «Т». Уровень гено-токсичности ДО в 2011 г. не превысил положительный контроль (0,01 мМ Н2О2) и, согласно показателю истинного значения фактора индукции биолюминесценции, находился в пределах 0,95-1,01 [13].
Количество аэробных сапрофитных микроорганизмов (общее микробное число, ОМЧ) в донных отложениях во все сроки наблюдения было ниже (см. табл. 2), чем в поверхностных илах высокопродуктивных водоемов [20]. Это может рассматриваться как плохой прогностический признак в отношении процессов самоочищения водоема. Процессы формирования донных отложений в Камском водохранилище не закончены [21], кроме того, оно отличается от водохранилищ Волжского каскада более низкими средними температурными режимами и, соответственно, менее интенсивными обменными процессами у придонных бионтов. Поэтому загрязнение органическими и неорганическими веществами несбалансированного водного резервуара Камского водохранилища может привести к гибели экосистемы, загрязнению воды, в том числе питьевой.
Необходимо отметить, что при определенных гидрологических условиях возможно загрязнение технологическими сточными водами ЧОС забираемой воды. Однако в сбрасываемых водах по данным 3 опробований превышены те же
показатели, что и в речной воде (цветность в 3,8 раза, концентрации А13+ и Рфосфатов (Кс соответственно 13,2 и 44,2), в отдельных случаях - по КО3- (Кс = 4,7), Бе (Кс = 2,3-2,5), ХПК(Кс = 1,1-1,4), Са (Кс = 1,87) и Мп (Кс = 1,87).
Уровень токсичности сточных вод ЧОС, был очень высок 27.05.2013 г. (97,8 ± 0,02 %). Это вполне объяснимо, так как во время половодья ЧОС работают с повышенной нагрузкой, что приводит к дополнительному загрязнению производственных стоков. Летом и осенью индекс токсичности изменялся в пределах 3-12,8 %.
Донные отложения у водосбросной трубы представлены тем же илом, что и у оголовка, но со значительной примесью песка и крупной гальки. Эти осадки отличались только повышенным содержанием бора (Кс = 9,9) и близкларковым - ртути и фосфора фосфатов (см. табл. 3).
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДОПОДГОТОВКИ НА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
На ЧОС применяется традиционная двухступенчатая технология водоподго-товки - реагентное осветление с последующим фильтрованием. В последние годы проводятся мероприятия по техническому переоснащению водоподготовки: введена процедура хлораммонизации [22,
23], повышается энергоэффективность традиционных технологий [24] и др.
Уровень водоподготовки на ЧОС достаточно высок (табл. 5). Однако вторичное хлорирование воды перед ее подачей в город приводит, очевидно, к недопустимо высокому содержанию свободного остаточного хлора: на насосной 2-го подъема - в среднем 2,26 ПДК для питьевой воды. Из других неорганических ингреди-
ентов в единичных пробах превышен А1 (6,5 ПДК) и на всех стадиях очистки -фосфор фосфатов - на 2-3 порядка по сравнению с ПДК питьевой воды и сопоставимо с речным (см. табл. 1), а также величина ХПК (3-4 ПДК).
На всех технологических стадиях во-доподготовки с фактором сходства более 80 % обнаружены по мере убывания их относительной доли фталаты (74,4 %), уг-
Таблица 5
Основные физико-химические показатели водоподготовки на ЧОС_
Показатели СанПин-2.1.4.1074-01 2012 год 2013 год
30.10. (2-й подъем) 30.05. (после смесителей) 30.05. (после фильтров) 30.05. (2-й подъем) 09.07. (после смесителей) 09.07. (после фильтров) 09.07. (2-й подъем)
Цветность, градус 20 40 26 б/ц б/ц 30 б/ц б/ц
Растворенный О2, мг-экв/дм3 - 10,08 9,76 10 9,9 7,52 7,84 8,4
Водородный показатель, ед. рН (6-9) 7,10 5,67 5,6 5,8 6,73 6,56 6,65
Сухой остаток, мг/дм3 1000 344,4 97,2 106,1 103,7 205,9 207,9 231,9
С1-, то же 350 22,05 6,78 8,5 10,2 11,87 10,85 12,38
Э042-, -"- 500 9,6 43,2 38,5 43,2 8,64 10,08 10,57
НС0з-, -"- 122 24,4 23,7 22,5 76,25 68,3 70,5
С0з2-, -"- отс. отс. отс. отс. отс. отс. отс.
Са2+, -"- (30-140) 72,14 18,04 18,2 18,0 42,8 45,29 45,69
Мд2+, (20-85) 17 3,65 3,9 4,3 5,84 4,13 6,08
1\1Н4+, -"- 0,5 0,405 сл. сл. сл. сл. 0,01 0,005
N02-, -"- 0,391 0,5 0,4 0,3 0,29 0,23 0,226
N03-, -"- 45 1,52 4,173 5,5 7,7 9,06 8,79 9,89
БПК5, мг 02/дм3 3 0,16 0,72 0,6 0,2 0,8 0,64 0,32
ХПК, мг О/дм3 5 20 20 16 12 14,2 18,2 18,2
Общая жесткость, мг-экв/дм3 7 5 1,2 1,2 1,3 2,62 2,6 2,78
Остаточный С1 своб., мг/дм3 0,3-0,5 0,64 0,71 0,5 1,4 0,18 0,28 1,35
А1, мг/дм3 0,2 0,056 1,31 0,19 0,15 1,31 0,12 1,22
Ре, то же 0,3 0,1083 0,16 0,04 0,07 0,24 0,173 0,05
СС-, -"- 0,001 0,0005 0,0004 0,0001 0,0003 0,0002 0,00014 0,0002
Мп, -"- 0,1 0,0127 0,045 0,023 0,015 0,07 0,032 0,006
Си, -"- 1 0,0024 0,0022 0,001 0,001 0,0023 0,0021 0,0011
Нд, -"- 0,0005 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001
N1, -"- 0,1 сл. 0,038 0,002 0,003 0,019 0,0037 0,0039
РЬ, -"- 0,03 0,0088 0,0033 0,004 0,003 0,0014 сл. сл.
Р фосфатов, -"- 0,0001 0,02608 0,00652 0,00652 0,00652 0,00117 0,00652 0,0075
Сг, -"- 0,05 0,0028 0,0017 0,001 0,003 0 0,0008 0
гп, -"- 1 0,0365 0,0087 0,01 0,019 0,0074 0,0097 0,0104
леводороды (13,5 %), спирты (10,2 %), фосфорсодержащие соединения (1,2 %), фенолы (0,5 %) и хлорорганика (0,2 %). Суммарное содержание фталатов после смесителей составило 0,017 мг/дм , после фильтров - 0,03 и на станции 2-го подъема - 0,025 мг/дм . Превышений допустимых концентраций ДБФ, ДЭФ, ДЭГФ и ДМФ не выявлено.
Общая токсичность воды (Т, %) после смесителей весной 2013 г. доходила до 91, снижаясь в июле до 51,7, после фильтров - соответственно 93 и 26,4. Причина высокого значения Т (100 и 98,8 %) на станции 2-го подъема - ее вторичное хлорирование перед подачей в город. После прохождения этапов очистки вода соответствовала санитарно-гигиеническим показателям по ОМЧ и коли-индексу.
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ НА ОСНОВНЫХ ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ СТАНЦИЯХ
В магистральном водоводе вода имела ряд недопустимых свойств для питьевых вод (СанПиН 2.1.4.1074-01). Осенью 2012 г. на всех обследованных перекачивающих станциях цветность была в 2 раза выше допустимой (табл. 6). Оба контрольных отбора показали высокое содержание органики: величина ХПК была превышена от 2 до 7,2 раз, остаточного свободного хлора - от 1,6 до 2,8 раз и фосфор фосфатов - от 65 до 59 000 раз! Такого содержания фосфора авторы не встречали ни в загрязняемых водах открытых водотоков, ни в подземных водах активного водообмена (максимум -4800 ПДК) [25]. Даже с учетом рекомендуемого Госкомэкологии норматива содержания растворенных фосфатов в 3
0,05 мг/дм , обнаруженные содержания фосфора фосфатов выше в 2-118 раз. Возможно, это связано с исполнением Методических рекомендаций 2.1.4.559-96, требующих постоянной обработки воды фосфатами для снижения внутренней коррозии труб.
В воде на перекачивающих станциях идентифицированы фталаты (96,8 %), углеводороды (1,96 %), спирты (1,12 %), хлорпроизводные соединения (0,09 %) и фенолы (0,03 %). По мере удаления от ЧОС суммарное содержание фталатов составило: на НС-1 («Кислотные дачи») 0,04 мг/дм3, в микрорайоне Вышка II (НС-2 «Центральная подзона»), 6 мг/дм , в центре города (ул. Белинского, НС-3 «Южная») 0,03 мг/дм , в микрорайоне Нагорный (НС-4 «Геологов») 0,85 мг/дм3. Причем на НС-2 и НС-4 обнаружены высокие концентрации ДЭГФ - 70,9 и 68,2 ПДК соответственно.
Осенью 2012 г. показатель токсичности был выше допустимого на всех НС (рис. 2), в июле 2013 г. - аналогично и только на НС «Геологов» он составил 7 ± 0,2 %. Следует отметить, что отстаивание анализируемой воды в течение 24 ч при 20 °С не приводило к снижению ее токсичности.
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДОПРОВОДНОЙ ВОДЫ В КОНЕЧНЫХ ПУНКТАХ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
В конечных пунктах водопотребления (табл. 7) подаваемая ЧОС вода не соответствовала нормативу для питьевой воды по цветности (микрорайоны «Пролетарский» и «Водники»), ХПК (микрорайоны «Вышка II» и «Водники»), Бе («Водники»). У всех потребителей отмечено превышение фосфора фосфатов от 65 до 200 раз. Величина общей жесткости и остаточного свободного хлора, основных контролируемых лабораторией очистных сооружений ингредиентов, у всех потребителей не превысила норматив. Из органических соединений, как и в предыдущих случаях, превалируют фталаты (средняя относительная доля 89 %), а содержание углеводородов и спиртов -5,7 % и 3,8 % соответственно.
В микрорайонах «Вышка II» и «Садовый» допустимый уровень токсичности воды превышен в 4 раза (Т = 80 %).
Таблица 6
Основные физико-химические показатели водоподготовки на ЧОС_
Показатели СанПин-2.1.4.107401 Класс опасности/вредность 31.10.2012 года 09.07.2013 года
1-НС 2-НС 3-НС 4-НС 1-НС 2-НС 3-НС 4-НС
Цветность, градус 20 40 40 40 40 б/ц б/ц б/ц б/ц
Растворенный О2, мг-экв/дм3 - 10,24 10,32 10,32 10,32 7,87 6,16 8,4 7,84
Водородный показатель, ед. рН 4 7,44 7,46 7,46 7,47 6,48 6,5 6,62 6,58
Сухой остаток, мг/дм3 1000 346,7 334 332 345,9 204,7 191,1 202,6 214,8
С1-, то же 350 4/орг. привк. 22,05 22,05 22,05 22,05 12,21 12,38 11,7 12,38
Э042-, -"- 500 4/орг. привк. 11,04 12 9,6 10,6 40,83 48,03 38,42 42,23
НС03-, -"- 128,1 128,1 128,1 128,1 64,05 64,05 65,27 64,05
С032-, -"- отс. отс. отс. отс. отс. отс. отс. отс.
Са2+, -"- (30-140) 72,14 72,14 72,14 72,14 43,28 41,08 44,09 44,09
Мд2+, (20-85) 14,59 14,59 15,8 15,8 7,05 5,47 6,08 6,08
NH4+, -"- 0,5 4/орг.зап. 0,005 0,006 0,008 0,005 0,01 0,01 отс. отс.
N02-, -"- 2/с.-т. 0,332 0,337 0,387 0,382 0,0228 0,146 0,189 0,244
N03-, -"- 45 3/с.-т. 1,46 1,403 1,327 1,392 6,34 9,76 7,96 8,29
БПК5, мг О2/дм3 3 0,16 0,24 0,16 0,3 0,8 0,64 1,28 1,4
ХПК, мг О/дм3 5 16 16 10 11,0 21,2 24,2 36,2 20,2
Общая жесткость, мг-экв/дм3 7 4,7 4,7 4,8 4,8 2,74 2,5 2,7 2,7
Щелочность, мг-экв/ дм3 2,1 2 2 2 1,05 1,05 1,05
Остаточный С1 своб., мг/дм3 0,3-0,5 0,78 не опр. не опр. не опр. 1,42 1,07 1,24 0,178
А1, мг/дм3 0,5 2/с.-т. 0,046 0,064 0,057 0,055 0,25 0,15 0,48 0,78
Ре, мг/дм3 0,3 3/орг.окр. 0,1212 0,1131 0,0815 0,1363 0,1093 0,271 0,1224 0,5723
СС-, то же 0,001 2/с.-т. 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,00003 0,00009 сл. 0,00009
Мп, -"- 0,1 3/орг.окр. 0,0129 0,0129 0,0155 0,019 0,0199 0,0162 0,0209 0,0452
Си, -"- 1 3/орг. привк. 0,0039 0,002 0,0044 0,003 0,0011 0,0043 0,0017 0,002
Нд, -"- 0,0005 1 /с. -т. <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001
N1, -"- 0,1 2/с.-т. 0,0032 0,0003 0,0041 0,0 0,0033 0,0022 0,0011 отс.
РЬ, -"- 0,03 2/с.-т. 0,0048 0,0805 0,0048 0,003 0,0019 0,0042 0,0065 0,005
Р фосфатов, -"- 0,0001 1 /с. -т. 0,026 5,933 1,757 0,401 0,00652 0,01206 0,0163 0,00782
Сг, -"- 0,05 3/с.-т 0,028 0,017 0,022 0,022 0 0 0 0
гп, -"- 5 3/орг. 0,02 0,045 0,058 0,057 0,004 0,0167 0,009 0,017
РЕЗЮМЕ
Незагрязненные ксенобиотиками поверхностные водоисточники к настоящему времени практически отсутствуют [26], поэтому так важно в этих условиях
обеспечение населения качественной питьевой водой. Мониторинг экосистемы одного из современных и крупных водозаборов РФ - Чусовских очистных со-оружний г. Перми - подтвердил выводы других исследователей [9, 11] и впервые
Рис. 2. Общая токсичность воды на насосных станциях г. Перми: 1 - Кислотные дачи; 2 - Центральная; 3 - Южная; 4 - ул. Геологов
выявил опасные экотоксиканты в воде и донном иле у оголовка водозабора - тяжелые металлы и органические примеси.
Стандартная программа определения гидрохимических показателей была дополнена результатами биотестирования [13]. Вода, поступающая с ЧОС в город соответствовала санитарно-гигиеническим требованиям по микробиологическим показателям, однако по ряду химических ингредиентов нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01 не соблюдались. Особую тревогу вызывает высокое значение ХПК, как показатель наличия в воде трудно-окисляемых органических соединений, остаточного свободного хлора и фталатов.
Остаточный хлор и его производные в составе воды - канцерогенные вещества, нарушающие иммунную и эндокринную системы [27], губительны для микробио-ты человека, что выявлено по ингибиро-ванию свечения тестерного микроорганизма биосистемы Escherichia coli. Кроме этого, хлорирование вносит вклад в селекцию патогенных бактерий, устойчи-
вых к хлорированию в регенерированных городских сточных водах [28], что может оказать неблагоприятное влияние на санитарно-гигиеническую обстановку в городе по питьевой воде. Воздействие фталатов, в частности ДЭГФ, на организм в течение длительного периода может привести к потенциально канцерогенному эффекту и нарушению эндокринной и репродуктивной систем [29, 30]. Исследования на животных показали, что высокие концентрации фталатов (23 нг/л) увеличивают частоту смертности плода, внутриутробных пороков развития [31].
В связи с отмеченным, населению необходимо настоятельно рекомендовать внутриквартирную доочистку подаваемой воды, а не только ограничиваться ее отстаиванием [4].
Авторы благодарят главного инженера ФГУП «Камводэксплуатация» А.Г. Казакова за помощь в отборе проб, а также химиков-аналитиков В.В. Фурсова
(ФГУП МНИИЭкоТЭК), Н.П. Шерстоби-тову и В.А Гусева (ИЭГМ УрО РАН).
Таблица 7
Основные физико-химические показатели водопроводной воды_
Класс 21.10.2013
Показатели СанПин-01 опасности/ вредность Школа Школа Школа Гимназия Детско-юношеский клуб «Антей»
№ 1 № 40 № 24 № 7
Цветность, градус 20 30 50 20 20 14
Растворенный О2, мг-экв/дм3 - 8,64 8,64 7,84 8,64 9,9
Водородный показатель, ед. рН (6-9) 7,2 7,2 7,25 7,17 7,4
Сухой остаток, мг/дм3 1000 399,9 395,9 407,5 411,7 398
С1-, то же 350 4/орг.привк. 22,05 22,05 22,05 22,05 23,76
Э042-, -"- 500 4/орг.привк. 16,81 16,81 16,81 16,81 16,81
НС0з-, -"- 115,9 115,9 122 122 128,1
С0з2- -"- отс. отс. отс. отс. отс.
Са2+, -"- (30-140) 82,16 82,16 82,16 82,16 82,16
Мд2+, (20-85) 19,45 19,45 19,45 19,45 19,45
1\1Н4+, -"- 0,5 4/орг.зап. отс. отс. отс. отс. отс.
N02-, -"- 2/с.-т. 0,036 0,036 0,015 0,068 0,033
N03-, -"- 45 3/с.-т. 1,082 1,463 1,742 1,75 2,483
БПК5, мг 02/дм3 3 0,16 0,24 0,4 0,4 0,4
ХПК, мг О/дм3 5 5,64 3,76 3,76 5,6 3,8
Общая жесткость, мг-экв/дм3 7 5,7 5,7 5,7 5,7 5,7
Щелочность, мг-экв/дм3 1,9 1,9 2 2 2,1
Остаточный С1 своб., мг/дм3 0,3-0,5 0,355 0,355 0,355 0,355 0,355
А1, мг/дм3 0,5 2/с.-т. 0,08 0,09 0,11 0,09 0,1
Ре, то же 0,3 3/орг.окр. 0,41 0,407 0,306 0,192 0,269
СсР, -"- 0,001 2/с.-т. 0,00031 0,0002 0,0003 0,0003 0,0004
Мп, -"- 0,1 3/орг.окр. 0,039 0,0173 0,0154 0,012 0,013
Си, -"- 1 3/орг.привк. 0,0011 0,011 0,0021 0,0039 0,012
Нд, -"- 0,1 2/с.-т. <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001
N1, -"- 0,0005 1 /с. -т. 0,0028 0,0025 0,004 сл. 0,0026
РЬ, -"- 0,3 2/с.-т. 0,00097 0,0058 0,0041 0,007 0,005
Р фосфатов, -"- 0,0001 1 /с. -т. 0,00652 0,00652 0,0068 0,00717 0,02
Примечание: выделенные концентрации превышают нормативные.
Библиографический список
1. Электронный ресурс: http://www.permoboz.ru/pdf/PO_576.pdf.
2. ЗамятинаМ. А ЧОС и ныне там // Новый компаньон. 22.10.2013. С. 8.
3. Электронный ресурс: http://ideanevs.ru/date/goszakypki-tenders-2014-02-25.htm.
4. Электронный ресурс: http://properm.ru/health/news/65401/
5. Электронный ресурс: http://veved.ru/perm/perm-press/32070-chto-pet-viktor-basargin-pitevaya-voda-v-permi-v-skorom-vremeni-prevratitsya-v-toksichnuyu-otravu-no-kraevye-vlasti-molchat.html
6. Селективный отбор воды / А.П. Лепихин, Б.Б. Немковский, Е.Н. Капитанова, В.А. Онянов // Водоснабжение и санитарная техника. - 1988. - № 3. - С. 27-28.
7. Водоснабжение города Перми: проблемы, пути решения / С.А. Двинских, М.В. Дьяков, А.Б. Китаев, А.В. Рочев // Водное хозяйство России. - 2007. - № 4. - С. 55-65.
8. Двинских С.А., Китаев А.Б. Проблемы водоснабжения Перми // Экология и развитие общества. -СПб., 2008. - С. 20-25.
9. Двинских С.А., Китаев А.Б., Зуева Т.В. Гидрохимическая характеристика вод камских водохранилищ в районе водозаборов Перми // Географический вестник. - 2008. - № 2(8). - C. 155-166.
10. Китаев А.Б., Зуева Т.В. Качество воды в источниках водоснабжения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2009. - № 6. - С. 49-51.
11. Лепихин А.П., Любимова Т.П. Проблемы питьевого водоснабжения г. Перми: гидрологические и гидродинамические аспекты // Вестник Пермского научного центра. - 2011. - № 2. - С. 12-18.
12. Шмырина И.Л. Люминесцентный микробиотест: возможные пути его оптимизации и расширение сферы использования: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Пермь, 2000. - 21 с.
13. Масленникова И.Л., Шишкин М.А., Лаптева А.К. Экотоксикологическая оценка воды и донных отложений Чусовского плеса Камского водохранилища в районе водозабора г. Перми // Материалы докл. Всерос. конф. «Бассейн Волги в XXI веке: структура и функционирование экосистем водохранилищ» - Борок, 2012. - С.179-181.
14. РД 52. 24.643-2002 «Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям» - М.: Росгидромет, 2002. - 25 с.
15. Лаптева А.К., Шишкин М.А., Масленникова И.Л. Современная оценка качества воды в районе Чусовского водозабора г. Пермь // Вода: химия и экология. - 2013. - № 1. - С. 28-35.
16. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши / О.П. Оксиюк,
B.Н. Жукинский, Л.П. Брагинский [и др.] // Гидробиологический журнал. - 1993. - Т. 29. - № 4. -
C. 62-76.
17. Assesment of sources of human pathogen and fecal contamination in Florida freshwater lake / С. Staley, K.H. Reckhow, J. Lukasik, V.J. Harwood // Water Research. - 2012. - Vol. 46 (17). - P. 5799-5812.
18. Линник П.Н., Набиванец Б.И. формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 268 с.
19. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: справочник в 6 кн. Кн.1: s-элементы / под ред. Э.К. Буренкова. - М.: Недра, 1994. - 305 с.
20. Дзюбан А.Н. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. - Ярославль: Принтхаус, 2010. - 192 с.
21. Авакян А.Б., Широков В.М. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. - Минск: Университетское, 1990. - 240 с.
22. Электронный ресурс: http://www.novogor.perm.ru/publ/18-1-0-275.
23. Электронный ресурс: http://www.shaspik.spb.ru/russian/v-permi-provedyt-rekonstrukciyu-vodozabora-i-ochistnyx-sooruzhenij/
24. Вторая жизнь Чусовских очистных сооружений (опыт повышения энергоэффективности традиционных технологий подготовки питьевой воды из поверхностных водоисточников города Перми) / О. Мамонов, Л. Чипкина, В. Мамонов, О. Сальникова // Вода Magazine. - 2012. - № 9 (61). -С. 4-6.
25. Шишкин М.А., Лаптева А.К. Эколого-геохимический анализ современных ландшафтов Прикамья. -Екатеринбург, 2009. - 286 с.
26. Арменский А.Е., Кочубей С.Э., Устюгов В.В. Экономика устойчивого развития: прорывные идеи и технологии. - М.: Агентство «Социальный проект», 2009. - 424 с.
27. Anti-estrogenic activity formation potential assessment and precursor analysis in reclaimed water during chlorination /X Tang, Q.Y. Wu, Y. Du [et al.] // Water Res. - 2014. - Vol. 1(48). - P. 490-497.
28. Inactivation, reactivation and regrowth of indigenous bacteria in reclaimed water after chlorine disinfection of a municipal wastewater treatment plant / D. Li, S. Zeng, A.Z. Gu [et al.] // J. Environ. Sci. - 2013. - Vol. 25(7). - P. 1319-1325.
29. Carcinogenicity testing of phthalate esters and related compounds by the National Toxicology Program and the National Cancer Institute / W.M. Kluwe, E.E. McConnell, J.E. Huff [et al.] // Environ. Health Perspect. - 1982. - Vol. 45. - P. 129-133.
30. Kamrin M.A. Phthalate risks, phthalate regulation, and public health: a review // J. Toxicol Environ Health B. - 2009. - Vol. 12. - P. 157-174.
31. Endocrine disrupting chemicals and disease susceptibility / T.T. Schuga, A. Janesickb, B. Blumbergb [et al.] // J. Steroid Biochem. Mol. Biol. - 2011. - Vol. 127. - P. 204-215.
HYDROCHEMICAL AND TOXICOLOGICAL CHARACTERIZATION OF AQUATIC ECOSYSTEM IN THE CHUSOVAYA RIVER WATER INTAKE FOR THE CITY OF PERM
A.K. Lapteva, M.A. Shishkin, I.L. Maslennikova
Samples of river water and bottom mud near the head wall of the water intake were analyzed, as well as water at the stages of water treatment, backbone network at the pumping stations and at the terminal points of water consumption.
The aim of the research was chemical-analytic and ecotoxicological evaluation of the contamination rate of water being supplied to the consumers from the Chusovaya river water intake.
Determination of inorganic and organic pollutants, general toxicity and bacteriological parameters of initial and purified water was carried out.
Keywords: river water, bottom sediments, organic and inorganic pollutants, general toxicity, ecotoxicological evaluation, health-based exposure limits.
Сведения об авторах
Лаптева Анна Кирилловна, кандидат географических наук, старший инженер группы физико-химических исследований, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН (ИЭГМ УрО РАН), 614081, г. Пермь, ул. Голева, 13; e-mail: [email protected]
Шишкин Михаил Андреевич, кандидат геолого-минералогических наук, руководитель группы физико-химических исследований, ИЭГМ УрО РАН; e-mail: [email protected]
Масленникова Ирина Леонидовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, ИЭГМ УрО РАН; e-mail: [email protected]
Материал поступил в редакцию 23.05.2014 г.
