Гигиеническая оценка подземных вод для централизованного питьевого водоснабжения г. Орла Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

[гиена и санитария 4/2015

О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2015 УДК 613.31-074-078

Канатникова Н.В.1, Егорова Н.А.2, Захарченко Г.Л.3

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Г. ОРЛА

'ФБУЗ Центр гигиены и эпидемиологии в Орловской области Роспотребнадзора, 302001, г. Орел; 2ФГБУ «Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина» Минздрава России, 119992, г. Москва; 3Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Орловской области, 302020, г. Орел

Результаты гигиенической оценки качества питьевой воды г. Орла из подземных водоисточников в период с 2007 по 2012 г. выявили превышения гигиенических нормативов показателей общего железа, мутности и общей жесткости. Отмечены значительные, до 2 порядков и более, колебания концентраций железа (0,01-1,2 мг/л) и уровней мутности (0,058-5,74 мг/л) при относительно небольших различиях величин общей жесткости (6,4-13,6 мг-экв/л). Мутность воды на 46-76% определялась концентрациями общего железа. Превышения гигиенических нормативов мутности в питьевой воде г. Орла не сопровождались нарушениями качества воды по микробиологическим показателям.

Ключевые слова: питьевая вода из подземных водоисточников; общее железо; мутность; общая жесткость; микробиологические показатели.

Для цитирования: Гигиена и санитария, 2015; 94 (4): 32-35.

Kanatnikova N. V.1, Egorova N. A.2, Zakharchenko G. L.3 HYGIENIC ESTIMATION OF SUBSOIL WATER FOR PUBLIC DRINKING WATER SUPPLY OF THE CITY OF OREL

1The Centre of Hygiene and Epidemiology in the Orel Region, Orel, Russian Federation, 302001; 2A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health, Moscow, Russian Federation, 119121; 3 The Federal Service for Surveillance in the Sphere of Consumer Rights Protection and Human Welfare in the Orel region, Orel, Russian Federation, 302020

The results of hygienic evaluation of the quality of drinking water of the city Orel from underground water sources in the period from 2007 to 2012 are given. The total iron, turbidity and total hardness were established to be main indices for which exceedances of drinking water quality hygienic standards took place. Significant, up to 2 or more orders, fluctuations in the concentrations of iron (0.01-1.2 mg/l) and turbidity (0.058 mg/l) levels under relatively small differences in values of total hardness (6.4-13.6 mg-eqv/l) are noted. Water turbidity on 46-76% was determined by concentrations of total iron. Exceedances in hygienic standards of turbidity in drinking water of the city Orel were not accompanied by violations of water quality for microbiological indicators.

Key words: drinking water from underground water sources, total iron, turbidity, total hardness, microbiological indicators.

Citation: Gigiena i Sanitariya. 2015; 94(4): 32-35. (In Russ.)

Введение. Пресные подземные воды используются в целях питьевого водоснабжения многие столетия [1]. Они традиционно считаются наиболее надежным, защищенным от загрязнения с поверхности источником доброкачественной питьевой воды для населения, прежде всего по микробиологическим показателям. Не случайно в ряде регионов нашей страны централизованное водоснабжение осуществляется преимущественно за счет подземных вод. Так, в Центральном федеральном округе (ЦФО) из расположенных в нем 40 городов с населением более 100 тыс человек в 26 (70%) городах водоснабжение на 66-100% обеспечивается подземными водоисточниками [2]. Однако и подземные воды по своему качеству не всегда соответствуют гигиеническим требованиям. В частности, нередко в подземных водоисточниках отмечаются превышения гигиенических ПДК железа и жесткости. Например, в 12 районных центрах Белгородской области, входящей в состав ЦФО, в подземных водах, используемых для централизованного питьевого водоснабжения, концентрация железа превышала гигиенический норматив (0,3 мг/л) в 1,6-7,6 раза. Уровни жесткости в исследованной воде 92% районных центров были выше ПДК (7 мг-экв/л), достигая в ряде случаев 9-11 мг-экв/л [3].

Город Орел также входит в состав ЦФО. Единственным источником его централизованного питьевого водоснабжения являются пресные подземные артезианские воды двух водоносных комплексов: Задонско-Оптуховского и Воронежско-Ливенского, характерной природной особенностью химического состава которых является постоянное присутствие железа и избыток

Для корреспонденции: Канатникова Наталья Васильевна; kanatnikova@mail.ru

For correspondence: Kanatnikova N., kanatnikova@mail.ru.

солей жесткости [2]. Вследствие этого население г. Орла получает питьевую воду, не всегда соответствующую гигиеническим требованиям из-за превышений концентраций железа и высокой жесткости. Нередко нарушаются и органолептические свойства воды в связи с тем, что железо, присутствующее в подземной воде в растворимой двухвалентной форме, при контакте с кислородом воздуха при выкачивании или стоянии воды окисляется до трехвалентного железа. Образуется нерастворимый в воде бурый, красно-коричневый или ржавый осадок, придающий воде мутность и желтовато-бурую окраску. Такие изменения качества питьевой воды могут неблагоприятно отражаться на условиях питьевого водопользования населения г. Орла.

Цель исследования - гигиеническая оценка питьевой воды г. Орла из подземных водоисточников с выявлением значимости концентраций железа, уровней жесткости и мутности для формирования ее качества.

Материалы и методы

Материалом изучения в настоящем исследовании была подземная вода из 11 резервуаров чистой воды (РЧВ), предназначенная для централизованного питьевого водоснабжения г. Орла. Систематическое наблюдение за составом и свойствами питьевой воды г. Орла осуществлялось в рамках социально-гигиенического мониторинга. Всего за период 2007-2012 гг. исследовано 638 проб (последовательно по годам 110, 131, 69, 48, 144, 136 проб) из РЧВ, в которых выполнено 9028 аналитических определений.

Качество воды из РЧВ исследовали в 2007-2012 гг. ежемесячно или ежеквартально (2009 и 2010 гг.) по следующим показателям: запах, привкус, цветность, мутность, рН, общая жесткость, железо общее, нитраты; с 2008 г. дополнительно

мг/л 1,3-1 1,21,1 -10,90,80,70,60,50,40,30,20,10-

1,2

1,1

1,16

■■—ц

1,0

0,96

4.0,77/'

V

^0,28 ^

0,29

0,29

j 0._32 _ jo,

33

0,24

0,016

0,01

—«—

0,024

0,033

—•-

0,013

0,01

2007 2008 2009

—•— Минимальная концентрация ----□---■ Максимальная концентрация --а-- Средняя

концентрация

2010 2011 2012

- Гигиенический

норматив 0,3 мг/л

-- Гигиенический

норматив 1,0 мг/л

Рис. 1. Динамика концентрации общего железа в питьевой воде РЧВ г. Орла в 2007-2012 гг.

Ось абсцисс - годы, ось ординат - концентрация общего железа, мг/л.

определяли марганец, сульфаты, хлориды, цинк; с 2011 г. - сухой остаток, фториды, свободный и связанный хлор, хлороформ. Исследования проводили в ФБУЗ Центр гигиены и эпидемиологии в Орловской области с использованием соответствующих стандартных аттестованных методик измерения, приведенных в ГОСТах и ПНД Ф - природоохранных документах федеративных.

Для оценки полученных данных применяли математический, графический методы, метод корреляционного анализа на основе программного обеспечения Microsoft Excel, экспертную оценку.

Результаты и обсуждение

Анализ данных многолетних наблюдений за составом и свойствами питьевой воды г. Орла из подземных водоисточников показал, что на ее качество преимущественно влияют уровни общего железа, мутности и общей жесткости. Именно для этих показателей в период наблюдения фиксировались превышения гигиенических нормативов. Для других показателей, включенных в мониторинг, превышений нормативных величин практически не наблюдалось, за исключением редких случаев превышений ПДК общей минерализации и нитратов.

Общее железо, общая жесткость и мутность имеют в нормативных документах по качеству воды РФ двойные нормативы -общефедеральный и региональный, который может быть установлен Главным государственным санитарным врачом по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения. Общефедеральные нормативы составляют для железа 0,3 мг/л, мутности 1,5 мг/л, жесткости 7 мг-экв/л. В г. Орле на региональном уровне приняты ПДК железа 1 мг/л, мутности 2 мг/л и жесткости 10 мг-экв/л.

На рис. 1 представлены среднегодовые, максимальные и минимальные концентрации железа в РЧВ г. Орла в 2007-2012 гг. В период наблюдения имели место значительные колебания содержания железа в воде: различия максимальных и минимальных концентраций достигали двух и более порядков (до 120 раз). За счет этого среднегодовые значе-

мг/л 6,5

6

5,5

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5 0

5,74

Р

4,78

и

2,96

' 2,9

2,32

1,68

£ 0,88 0,33

х 1.03

0,27

j 0,72 j 0,65 0,28

A9-1—-ï

1,1

0,058 0,058

2007

2008 ' 2009

2010 ' 2011

2012

Гигиенический норматив 1,5 мг/л Гигиенический норматив 2,0 мг/л

—•— Минимальная -

величина —-о—■ Максимальная -

величина --а-- Средняя величина Рис. 3. Динамика величины мутности питьевой воды РЧВ г. Орла в 2007-2012 гг.

ния концентраций железа практически оставались ниже общефедеральной ПДК и превышали ее только в 2011 и 2012 гг., но не более чем в 1,1 раза. Следовательно использование среднегодовых концентраций как основной точки отсчета позволило бы дать заключение о почти полном соответствии содержания железа в питьевой воде гигиеническим требованиям. Однако в 41% проб концентрации железа были выше 0,3 мг/л, а в 3% проб - выше 1 мг/л. Величины максимальных концентраций железа составили 0,77-1,2 мг/л (рис.1).

Сходная динамика содержания общего железа в подземной воде г. Орла была выявлена и при мониторинге в течение годичных периодов наблюдения. Для примера на рис. 2 представлены данные ежемесячных измерений концентраций общего железа в РЧВ за 2012 г. Прослеживаются различия максимальных и минимальных концентраций до 96 раз, среднемесячные концентрации близки к 0,3 мг/л (0,25-0,4 мг/л). В 54% проб содержание

0,33

Минимальная концентрация

Максимальная концентрация

а Средняя концентрация

Рис. 2. Динамика концентрации общего железа в питьевой воде РЧВ г. Орла в 2012 г.

Шггиена и санитария 4/2015

мг/л 6.5-1 65,554,543,532,52" 1, 1,510,5-

5,74 Щ

2,55

\ 2,96 к

3,0

2,15

.. 1,74

••—........ш

'"••...1,8/

\1.б/

1,97

■».........." 1,46 у V

i ппи П 19 „„„I

П 17 1 0,058^?1_о0!23_о0^3 0,058 0,17 „0,23 0,17

0,23 0,17

<9 • о

—°— Минимальная величина ......... максимальная

--а-- Средняя величина

Рис. 4. Динамика показателя мутности питьевой воды РЧВ в 2012 г.

железа было выше 0,3 мг/л, хотя норматив 1 мг/л превышен не был.

Повышенное содержание железа, как правило, обусловливает повышенные уровни мутности подземных вод. Известно, что уже при концентрациях железа 0,050,1 мг/л из-за перехода растворимой двухвалентной формы железа (II) в нерастворимую трехвалентную форму (III) вода может приобретать мутность [4]. Действительно, уровни мутности питьевой воды РЧВ г. Орла оказались связаны с концентрациями в ней общего железа. Коэффициенты корреляции для этих показателей составили с 2007 по 2012 г. 0,83, 0,68, 0,7, 0,74, 0,87 и 0,78. Соответствующие коэффициенты детерминации были в пределах 0,46-0,76. Следовательно, мутность питьевой воды из РЧВ только на 46-76% определялась содержанием общего железа. Возможно, это связано с неполным переходом железа (II) в железо (III) к моменту проведения исследований проб воды, поскольку этот процесс, по данным наших наблюдений, протекает во времени в течение

величина

мг-экв/л 14 13,5 13 12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 7,5 76,5

13,5

13,6

13,3

.д....

13,3

.12,2...-"

•"-.. 12,7 ....-' "

8,59

,83

Г 8,66

I.22.J_______

9,25

8,59

"Г

"Г

2007 2008 2009 •— Минимальная -

"Г

"Г

п

2010 2011 2012

- Гигиенический

величина норматив 7,0 мг-экв/л

....□—. Максимальная--Гигиенический

величина норматив 10 мг-экв/л Средняя величина

Рис. 5. Динамика величины общей жесткости питьевой воды РЧВ г. Орла в 2007-2012 гг.

1-2 суток. Кроме того, на величину мутности могло влиять и присутствие в воде взвешенных частиц карбонатов кальция и магния из-за особенностей формирования подземных вод в характерных для Орловской области трещиноватых известняковых породах.

Динамику мутности питьевой воды для РЧВ г. Орла (рис. 3 и 4) характеризовали те же особенности, что и динамику концентраций общего железа. Как и в случае железа, имели место значительные колебания минимального и максимального уровней мутности (до 99 раз), а среднегодовые концентрации создавали впечатление благополучия качества воды, поскольку оставались стабильно ниже 1,5 мг/л (см. рис. 3). В то же время 19,6% проб имели мутность выше 1,5 мг/л, а 10,5% - выше 2 мг/л (с максимумом 5,74 мг/л). Для большей наглядности на рис. 4 в развертке показаны изменения показателя мутности питьевой воды г. Орла по месяцам 2012 г. В целом они соответствуют особенностям многолетней динамики уровней мутности. Следует отметить, что количество проб воды с мутностью, превышавшей 2 мг/л, в 2012 г. было меньше, чем в среднем за 6 лет наблюдения, и составило всего 3,7%.

Мутность питьевой воды имеет опосредованное отношение к здоровью населения. Опасность для человека могут представлять патогенные микроорганизмы, адсорбированные взвешенными частицами [5, 6]. Однако мутность питьевой воды г. Орла не была связана с показателями микробиологического загрязнения. За весь 6-летний период наблюдения лишь для 6 проб воды выявлено несоответствие нормативам микробиологических показателей. При этом мутность 5 проб была менее 1,5 мг/л и только в одной пробе составляла 1,74 мг/л. Очевидно, неорганические частицы железа (III) и известняка подземных вод, используемых для водоснабжения г. Орла, инертны в отношении микробиологических загрязнений, в противоположность частицам, обусловливающим мутность поверхностных вод, на которых обычно адсорбируются микроорганизмы [5].

Что касается общей жесткости воды, то она в период наблюдения оставалась стабильно высокой. Даже минимальные уровни были весьма близки к общефедеральному нормативу, не говоря уже о среднегодовых уровнях, которые постоянно его превышали, а в 2011-2012 гг. приблизились к региональной ПДК 10 мг-экв/л, составив 9,22-9,25 мг-экв/л. Максимальные значения общей жесткости достигали 12,2-13,6 мг-экв/л (рис. 5). Более детально устойчиво высокие уровни жесткости воды из РЧВ можно видеть на примере ежемесячного мониторинга показателя в течение 2012 г. (рис. 6).

Содержание общего железа, мутность и общая жесткость нормируются в питьевой воде по изменениям органолептиче-ских (эстетических) свойств воды. При нормировании железа учитывают то, что при концентрациях железа выше 0,3 мг/л вода может приобретать мутность, а на выстиранном белье и санитарно-техническом оборудовании появляются ржавые пятна. К тому же железо стимулирует рост железобактерий, образующих слизистый слой в трубах распределительной сети, который суживает и даже закупоривает их просвет [4-6]. Основное значение мутности как органолептического показателя связывают с тем, что при отсутствии надежных и быстрых методов выявления патогенных микроорганизмов постоянный мониторинг мутности может служить косвенным показателем эффективности процессов фильтрации и последующей дезинфекции питьевой воды в отношении патогенов. Это в большой мере относится к поверхностным водам и подземным водам, находящимся под влиянием поверхностных вод [5, 6]. Для подземных вод, используемых при водоснабжении г. Орла, судя по полученным данным, мутность как индикатор микробного загрязнения значения не имеет. Жесткость воды, если она превышает нормативные уровни, ухудшает условия хозяйственно-бытового водопользования населения. При повышенной жесткости воды в ней плохо развариваются овощи и мясо, плохо мылится мыло, в водонагревательных приборах и трубах си-

мг-экв/л 14-

13-

12-

11-

10-

9-

8-

7-

13,3

12,8

12,5 12,4

13,1 я

13,2

12,7

12,7 12,8

12,2

9,18

7,35

S

¡9

/ ^ /

~г

~г

s

"Г

~г

ж

cf * Т

Максимальная величина

jf ¿br

ОУ

—о— Минимальная величина -

Средняя величина

Рис. 6. Динамика величины общей жесткости питьевой воды РЧВ в 2012 г.

ОАО «Московский научно-производственный центр геолого-экологических исследований и использования недр «Геоцентр-Москва». Available at: http://geocentr-msk.ru/content/ view/187/47.

3. Голдовская-Перистая Л.Ф., Перистый В.А., Шапошников А.А., Денисов Е.А. Оценка качества питьевой воды Белгородской области по химическому составу и свойствам. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Естественные науки. 2008; 7 (7): 66-70.

7. Неменко Б.А., Кенасариев УИ. Коммунальная гигиена (Учебник). Алматы: НИЦ «Еылым»; 2003.

8. Зарубин Г.П., Лысогорова И.К. Изучение влияния железа на организм и хозяйственно-бытовые условия жизни человека. Гигиена и санитария. 1975; 2: 20-3.

9. Онищенко Г.Г. О санитарно-эпидемиологическом состоянии окружающей среды. Гигиена и санитария. 2013; 2: 4-10.

References

стем горячего водоснабжения образуется нерастворимый осадок [5-7].

Ни международные организации (ВОЗ, ЕС), ни отдельные страны мира не имеют нормативов железа, мутности (вне связи с фильтрацией и дезинфекцией воды) и жесткости, установленных по влиянию на здоровье человека. Однако в литературе есть данные, свидетельствующие о том, что повышенное содержание железа и высокая жесткость могут быть небезразличны для организма человека. В частности, указывают на концентрации железа выше 1 мг/л, способные оказывать раздражающее действие на кожу, вызывая сухость, шелушение и зуд [8]. С повышенным содержанием железа в питьевой воде связывают также аллергические заболевания, болезни крови; с высокой жесткостью -развитие мочекаменной болезни, нарушение солевого обмена, замедление роста костей у детей [9].

Выводы. 1. Общее железо, мутность и общая жесткость -основные показатели, по которым в 2007-2012 гг. наблюдались превышения нормативов качества питьевой воды г. Орла из подземных водоисточников.

2. Концентрация общего железа и уровень мутности подземных вод, используемых для водоснабжения г. Орла, сильно менялись во времени с различиями максимальных и минимальных значений до 2 порядков и более. Величины жесткости оставались стабильно высокими на протяжении всех 6 лет наблюдения.

3. Мутность питьевой воды г. Орла на 46-76% определялась содержанием в ней железа и не была связана с показателями микробиологического загрязнения.

Литер ату р а

(п.п. 4-6 см. References)

1. Боревский Б.В., Язвин А.Л. Кондиционные и некондиционные

питьевые и технические подземные воды. Проблемы изучения, назначения использования, нормативной базы. Разведка и охрана недр. 2012; 11. Available at: http://www.hydrogeoecol-ogy.ru/index.php/bibHoteka-gidek/zhurnaly/razvedka-i-okhrana-nedr-11-2012-g-2.

2. Ресурсы и использование подземных вод Орловской области.

1. Borevskiy B.V., Yazvin A.L. Standard and substandard drinking and waste ground waters. The issues of study, purpose of usage, regulatory system. Razvedka i okhrana nedr. 2012; 11. Available at: http://www.hydrogeoecol-ogy.ru/index.php/biblioteka-gidek/zhurnaly/razvedka-i-okhrana-nedr-11-2012-g-2 (in Russian)

2. Groundwater resources and use in the Orel Region. Open joint-stock company "Moscow Scientific and production center of geological and ecological research and subsurface use "Geo-centre-Moscow". Available at: http://geocentr-msk.ru/content/ view/187/47 (in Russian)

3. Goldovskaya-Peristaya L.F., Peristyy V.A., Shaposhnikov A.A., Denisov A.L. Estimation of quality of drinking water from water supply centralized system of Belgorod region by chemical composition and properties. Nauchnye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennye nauki. 2008; 7 (7): 66-70. (in Russian)

4. WH0/SDE/WSH/03/04/08. Iron in drinking water. Background document for development of WHO Guidelines for drinking water quality. WHO; 2003. Available at: http://www.who.int/ water_sanitation_health/dwq/chemicals/iron.pdf

5. Guidelines for drinking-water quality. 4th ed. Geneva: WHO; 2011. Available at: http://www.who.int/water_sanitation_health/ publications/2011/dwq_guidelines/en/

6. NHMRC, NRMMC Australian Drinking Water Guidelines Paper 6 National Water Quality Management Strategy. National Health and Medical Research Council, National Resource Management Ministerial Council, Commonwealth of Australia, Canberra; 2011. Available at:

http://www.nhmrc.gov.au/_files_nhmrc/publications/attachments/ eh52_aust_drinking_water_guidelines_update_131216.pdf

7. Nemenko B.A., Kenesariev U.I. Communal Hygiene (Textbook) [Kommunal'naya Gigiena (Uchebnik)]. Almaty: NITs «Fylym»; 2003. (in Russian)

8. Zarubin G.P., Lysogorova I.K. Study of the effect of iron on the body and the living conditions of man. Gigiena i sanitariya. 1975; 2: 20-3. (in Russian)

9. Onishchenko G.G. On sanitary and epidemiological state of the

environment. Gigiena i sanitariya. 2013; (2): 4-10. (in Russian)

Поступила 08.04.14 Received 08.04.14