CC BY
58УДК 504.4.054:628.19
ПРОБЛЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РОДНИКОВ
СЕВАСТОПОЛЬСКОГО РЕГИОНА
Сигора Г.А., Хоменко Т.Ю., Ляшко Т.В., Ничкова Л.А.
Политехнический институт (структурное подразделение), ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный
университет»,
299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: [email protected], [email protected]
Аннотация. В статье рассмотрены основные показатели качества питьевой воды, такие как: жесткость общая, минерализация, водородный показатель, нитраты, окисляемость перманганатная и т.д. Представлены результаты анализа родниковых вод на содержание нитрат-ионов за 2013-2018 годы. Выявлено, что по данному показателю, вода в некоторых родниках Севастопольского региона не соответствует установленным нормативам. Все исследуемые источники по данному показателю разделены на группы: «чистые», «условно чистые» и «загрязненные». Проанализированы сезонные изменения концентрации нитратов в воде, что позволяют судить о необходимости регулярного мониторинга в источниках, где зафиксированы превышения предельно допустимой концентрации. Результаты анализа родников на «Максимовой даче» и в балке Сарандинакина, свидетельствуют о непригодности использования воды для хозяйственно-питьевого водопользования. Целью дальнейших исследований является комплексный анализ родниковых вод Севастопольского региона.
Ключевые слова: качество воды, химические исследования, подземные воды, загрязнение, мониторинг, концентрация нитрат-ионов, город Севастополь.
введение
Обеспечение населения чистой питьевой водой во всем мире является актуальной и приоритетной проблемой, причем в развитых странах во главу ее все чаще выдвигаются требования не просто безопасного водоснабжения, а водоснабжения экологически комфортного [1]. Проблема устойчивого питьевого обеспечения города Севастополя, в связи с прекращением поступления воды на Крымский полуостров по Северо-Крымскому каналу, имеет особую актуальность.
Основным источником водоснабжения населения города Севастополя является Чернореченское водохранилище в Байдарской долине, наполняемое естественным образом. Запасы воды в водоеме на сегодня составляют порядка 59 млн. кубометров, при общей вместимости чаши водохранилища в 64 миллиона кубометров. Средняя суточная подача питьевой воды потребителями Севастополя составляет около 150 тысяч кубометров.
Прямого техногенного влияния на водохранилище нет, что определяет заведомо высокое качество воды. Но нельзя забывать, что питают его реки, наполняемые подземными водами и дождями. Поэтому качество воды в водохранилище определяет общее экологическое состояние региона.
Контроль качества водопроводной воды, а также коммунальное и промышленное водоснабжение, отвод и очистка сточных вод, эксплуатация, ремонт, строительство и техническое переоснащение водопроводно-канализационных сооружений города и прилегающих территорий, осуществляется Государственным унитарным предприятием города Севастополя «Водоканалом». Лабораторные и химические исследования качества питьевой воды выполняются в соответствие с требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения». Результаты исследований регулярно обновляются и находятся в открытом доступе на официальном сайте предприятия [2]. В таблице 1 приведены результаты химических исследований качества водопроводной воды города Севастополя за 2017-2019 годы.
Из нижеприведенной таблицы мы видим, что ГУПС «Водоканалом» проводится ограниченное количество исследований на содержание химических компонентов в водопроводной воде, а результаты радиологического анализа или не публикуются в открытом доступе, или вовсе не проводятся. У населения сложилось негативное отношение к качеству питьевой воды централизованного водоснабжения, что вынуждает их использовать в питьевых целях покупную
бутилированную воду либо искать альтернативные источники питьевого водоснабжения - воду из родников.
Таблица 1.
Результаты химических исследований качества воды за 2017-2019 года по данным «Водоканала» по городу Севастополю [2]
Хпмнпескве исследования
Результаты исследования
Дата
№ п/и Определяемый компонент Единицы измерения 06.09.2017 11.09.2017 10.09.2018 11.09.2018 06.02.2019 12.02.2019 Г нгпелнческнн норматив
1 Запах (при 20(,С) баллы 1 1 1 1 1 1 Не боле* 2
2 Запак (при 60°С) баллы 1 1 Не более 2
3 Вкус (привкус) баллы 1 1 1 1 1 1 Не более 2
4 Цветность градусы 3 3 3 3 3 3 Не боле? 10
5 Мутность ЕМФ Менее 0.58 Менее 0,58 Менее 0.58 Менее 0.58 Не более 1.0 Не более 1.0 Не более 2,6
<5 Водородный показатель (РН) единицы рН 7,9*0,2 7,45=0,2 7,5=0.2 7,6=0,2 7,5=0,2 7,7=0,2 6-9
7 Хлорщы нт/ди 14 210 162^3 18.4=1,5 Ш.0±3,0 18.7=1,5 Не более 350
8 Жесткость •ж 3,5=0,6 9,2±1,4 8,2=1.2 4,2=0,6 8,3=1,2 4,7=0,7 Не более 7
9 Аммиак н ионы ажюния (суммарно) 3 жди Менее 0.1 Менее 0,1 Не более 0,1 Не более 0,1 Не более 0.1 Не боаее 0.1 Не более 2,0
10 Нитриты мг.'ди1 Менее 0.003 Менее 0.003 Не более О.ООЗ Не более О.ООЗ Не более 0.003 Не более 0.003 Не более 3,0
11 Псрмлнгл нагнал окнсляемость , 3 мг/ды 0,9=0.2 0.75=0,15 1.0=0.2 1.4=0.3 0,65=0.13 1,7=0.3 Не более 5,0
12 Железо общее ыг/ды Менее 0.1 Менее 0.1 Менее 0.1 Менее 0.1 Не более 0.1 Не более 0.1 Не более 0,3
13 Хлор остаточный свободный мт/да' 0,47 0,47 0,46 0.5 0,49 0,49 0,3-0,5
14 Нитраты нг/дм 35,8=5.4 3.6=0,5 38,8=5.8 3.3±0,5 Не более 45,0
1! Сухой остаток мг.'дм1 724=65 247=22 710=20 237=21 Не более 1000
Пслифосфагы мг.'дмЗ Не более 0,01 Не более 0.01 Не более 0,01 Не более 0.01 Не более 3,5
16 Аллюмнннй мг/дн Не более 0,04 Не более 0,5
цель и постановка задачи исследований
Геолого-гидрогеологические особенности территории Крымского полуострова и города Севастополя, в частности, позволяют рассматривать подземные воды как стабильный источник водоснабжения. Уже сегодня в Севастопольском регионе около 30% всей потребляемой воды составляет вода из скважин и родников.
Определяющей проблемой на сегодняшний день является оценка качества подземных вод, так как если водопроводная вода контролируется по отдельным химическим показателям, то комплексные гидрогеохимические исследования воды в родниках до последнего времени практические не проводились. Поэтому вопрос о пригодности родниковой воды для использования в питьевых целях остается открытым.
Цель исследования - выявить наиболее загрязнённые родники Севастопольского региона, определить по каким показателям и с какой регулярностью целесообразно проводить мониторинг химического загрязнения родниковых вод.
Одним из маркеров загрязненности подземных вод является содержание нитрат-ионов. Поэтому в данном исследовании предлагается выбрать план мониторинга, основываясь на многолетней динамике концентраций нитрат-ионов в отдельных родниках.
Загрязненность воды нитратами способна привести к тяжелейшим последствиям для здоровья человека. Так, в организме человека при участии специфических бактерий в условиях щелочной среды происходит восстановление нитратов в нитриты, приводящее к образованию метагемоглобина [3]. Повышение концентрации данного соединения приводит к появлению заболевания метаглобинемии. Токсическое воздействие нитратов проявляется тканевой гипоксией, угнетением иммунитета и повышением риска злокачественных новообразований (так как нитраты рассматриваются в качестве одного из основных предшественников канцерогенных N -нитрозосоединений) [4, 5]. По этой причине содержание нитрат-ионов в питьевой воде строго контролируется. Согласно нормативам Российской Федерации ПДК (предельно допустимая концентрация) нитратов в воде не должна превышать 45 мг на литр [6].
основной материал
На кафедре «Техносферная безопасность» Севастопольского государственного университета с 2013 года ведутся исследования родниковых вод на содержание нитрат-ионов, результаты которых представлены в многочисленных публикациях [7-10]. Исследования только по этому показателю свидетельствуют о значительном загрязнении некоторых популярных среди населения родников и непригодности использования их в питьевых целях. Концентрация нитрат -ионов в некоторых родниках, расположенных в черте города, превышает нормативное значение в несколько раз. Связано это, прежде всего с тем, что подземные воды, дающие подпитку родникам, проходят на глубине до десяти метров и не защищены от канализационных и ливневых стоков от жилых массивов, которые просачиваются в воду.
иоАмгиароп
(ш На околице Орловой
Орло4л
В*рхме-
■< до
У часовни Св Н иг о лая г*и*«к*
Холмов«а
Куйбышево
Севастополь инкерман
^ на Лабораторном шоссе
(2) Максимова дама 1ое Сарандинаговсгий
I Уч-Тешиг
В центре Термовги
I Те* не IV
Ч
Монастырский
9
л Кг
Конечная автобуса N»9
Бала Мава
ЧермЛШ/Яонн
ГоннариО!^*^^^ Рпаиикпвое
Рис. 1. Карта расположения родников в городе Севастополе
За последнее время на территории Севастопольского региона были проведены исследования на органолептические показатели и на содержание нитрат-ионов порядка пятидесяти источников. На рисунке 1 показано месторасположение десяти из них, где регулярно проводился забор проб воды и оценка на содержание нитратов.
Все исследуемые источники можно разделить на три группы: «чистые», «условно чистые» и «загрязненные». Родники, в которых превышения концентрации нитрат -ионов обнаружено не было, относятся к первой группе - «чистые». Такими являются родники в Терновке (7), в Балаклаве (5), в Орловке (10). К «условно чистым» относятся родники, где иногда фиксируется превышение нитратов установленной нормы (45 мг/л) в 2-3 раза. Это источники на Лабораторном шоссе (1), у часовни Св. Николая (9), Монастырский (4). Постоянный мониторинг ведется в родниках, где наблюдалось значительное превышение нитратов в воде. Наиболее известными из них являются родник на территории природного парка регионального значения «Максимова дача» (2) и родник в балке Сарандинакина (3). По результатам многолетних исследований выявлено, что концентрация нитрат-ионов в водах этих источников постоянно меняется и ее уровень стабильно превышает предельно допустимое значение. Эти родники относятся к числу «загрязненных». На рисунках 2 и 3 представлена динамика изменения концентрации нитрат-ионов в исследуемых родниках за период с 2013- 2018 годы соответственно.
Максимова дача
Рис. 2. Динамика изменения концентрации нитрат-ионов в роднике на территории природного парка
регионального значения «Максимова дача»
Сардинакоаский
Рис. 3. Динамика изменения концентрации нитрат-ионов в роднике в балке Сарандинакина
Родник на территории природного парка регионального значения «Максимова дача» находится на южной окраине Ленинского района города Севастополя, между жилыми секторами Яблоня и Сапун-гора. Родник пользуется широкой популярностью не только у жителей близлежащего жилого массива «Остряково», но и у жителей других районов города, так как является постоянно действующим (летом не пересыхает, зимой не замерзает).
За весь исследуемый период, среднее значение концентрации нитрат-ионов в данном роднике превышает предельно допустимое в 3...4 раза и составляет 154,04 мг/л, при норме 45 мг/л. Сезонные изменения концентрации нитратов в роднике «Максимова дача» представлены на рисунках 4-6.
Рис. 4. Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в роднике «Максимова дача» за 2013-2014 гг.
Рис. 5. Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в роднике «Максимова дача» за 2015-2016 гг.
Рис. 6. Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в роднике «Максимова дача» за 2017-2018 гг.
При анализе графиков на рисунках 4-6 видно, что среднегодовая концентрация за 2013 год, равная 102,2 мг/л, является минимальным значением за весь период наблюдений. За 2014 год среднее значение концентрации нитрат-ионов составляет 133,5 мг/л, что выше показателя
предыдущего года на 30,6%. На лето приходится наименьшее значение концентрации нитрат -ионов. В 2015 среднегодовое значение содержания нитратов повышается до 190,5 мг/л (142,7 % от значений предыдущего года). Наблюдаются резкое увеличение концентрации в апреле и октябре-ноябре.
В 2016 году средняя концентрация составляет 192,2 мг/л, что является максимальным значением за весь период наблюдений. При этом содержание нитратов превышает аналогичный показатель за предыдущий год всего на 0,9 %. Значительное увеличение концентрации нитратов в пробах приходится на период с апреля по июнь 2016 года. В 2017 году среднегодовая концентрация снижается, составляя 74,6 % от значений предыдущего года - 143,4 мг/л. Значительное увеличение концентрации прослеживается в апреле (390,6 мг/л). Еще один пик концентраций приходится на декабрь 2017 года - 277,7 мг/л. В 2018 году средняя концентрация составляет 130,48 мг/л, что ниже аналогичного показателя 2017 года на 10,1%. Стабильные показатели концентрации приходятся на период с сентября по декабрь.
Не меньшей популярностью у жителей Севастопольского региона пользуется родник в балке Сарандинакина, который находится в районе 5 км Балаклавского шоссе. Исследования показывают, что среднегодовая концентрация нитрат-ионов в родниковой воде равна 111,9 мг/л: коэффициент превышения ПДК составляет 2,5 единицы (см. рис 3). Сезонные изменения концентрации нитратов показаны на рисунках 7-9.
Рис. 7. Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в роднике в балке Сарандинакина за 2013-2014 гг.
Рис. 8. Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в роднике в балке Сарандинакина за 2015-2016 гг.
—♦—2017
Рис. 9. Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в роднике в балке Сарандинакина за 2017-2018 гг.
В 2013 году среднее значение концентрации нитратов в воде составляет 98 мг/л. Значение показателя стабильно на протяжении всего календарного года. Однако превышения наблюдаются в осенне-зимний период. В 2014 году концентрация нитрат-ионов составляет 114,8 мг/л, что на 17% больше по сравнению с предыдущим годом. В 2015 году содержание нитратов снижается до значения в 100,7 мг/л (на 14,1 мг/л). Анализируя графики, можно заметить, что в этом году показатели содержания нитрат-ионов наиболее стабильны за весь период наблюдения.
Максимальное значение концентрации нитрат-ионов в роднике на Сарандинакиной балке зафиксировано в 2016 году и составляет 116,9 мг/л, что превышает значения предыдущего года на 16%. В 2017 году средняя концентрация понижается до 113,6 мг/л (97,17% от среднегодовой концентрации за 2016 год). В 2018 году наблюдаются повышение концентрации до 135,26 мг/л. Как и в случае с родником на территории «Максимовой дачи» с июля по декабрь 2018 г. значение концентрации нитратов стабильно и находится в пределах от 100-110 миллиграммов на литр.
Сезонные изменения концентрации нитрат-ионов в подземных и родниковых водах зависят, прежде всего, от промышленного, сельскохозяйственного, бытового и иного загрязнения. Результаты исследований показывают, что максимальное содержание нитрат-ионов в родниковых водах Севастопольского региона приходятся на период обильных осадков, а также в период поливных сезонов, вследствие чего, азотсодержащие удобрения, используемые для сельскохозяйственных нужд, просачиваются в подземные воды. Также вероятной причиной загрязнения подземных источников могут являться неправильно оформленные канализационные стоки многочисленных частных домов и расположенные рядом несанкционированные свалки.
На сегодняшний день качество воды нецентрализованного водоснабжения в России регулируется согласно СанПиН 2.1.4.1175-02 [11], которые указывают на то, что питьевая вода должна быть безопасна для здоровья человека, как в эпидемиологическом, так и в радиационном плане, иметь безвредный химический состав и благоприятные органолептические свойства. Согласно [11], качество воды нецентрализованного водоснабжения определяется по весьма ограниченному количеству показателей, которые должны соответствовать установленным нормам: органолептические (запах, привкус, цветность, мутность) и химические (водородный показатель, жесткость общая, нитраты (N0^), общая минерализация, окисляемость перманганатная, сульфаты ^042"), хлориды С1-).
Все эти показатели в значительной мере влияют на состояние здоровья человека, поэтому их содержание в питьевой воде не должно превышать установленных ПДК. Так, низкая минерализация питьевой воды (до 50 мг/л) приводит к нарушению водно-солевого обмена и дисфункции желудка. Жесткость, допустимая предельная норма которой составляет 7 мг-экв/л, характеризуется содержанием в воде солей кальция и магния, также нарушает водно-солевой баланс и оказывает негативное воздействие на органы пищеварения. При высоком значении перманганатной окисляемости страдают почки, печень и репродуктивная функция, нервная и иммунная системы человека. Не рекомендуют употреблять воду без обработки при значении перманганатной окисляемости выше 5мг/л.
Серьезно могут повлиять на здоровье человека вещества фенольного ряда, которые сообщают воде специфический запах в весьма малых концентрациях; эта способность потенциируется образованием хлорфенольных соединений при обеззараживании воды. Предельно допустимая величина фенольного индекса питьевой воды - 0,25 мг/л. Малые концентрации тяжелых метал лов вредят различным органам: свинец - нервной и кровеносной системе; кадмий и хром приводят к заболеванию почек; медь опасна для желудочно-кишечного тракта; ртуть разрушает центральную нервную и кровеносную системы, цинк вредит двигательному аппарату, особенно мышцам и т.д.
Однако, как правило, исследования родниковой воды даже на эти показатели не ведутся.
выводы
Контроль качества родниковых вод необходимо проводить регулярно, так как природные воды все время меняются и обновляются, и содержание примесей в них также изменяется с течением времени. Химический состав и вкусовые качества родниковой воды также зависят от плотности грунта, минерализации слоев, их структуры, пористости и проницаемости пластов, через которые она выходит на поверхность.
Нитраты являются одним из химических веществ, которые характеризуют питьевую воду по токсикологическому показателю. По результатам исследований родниковых вод Севастопольского региона на содержание нитрат-ионов, выявлены «чистые», «условно чистые» и «загрязненные» родники. К первой группе относятся удаленные от черты города источники (рис.1): родники в Балаклаве (5), в Орловке (10), в Терновке (7). Здесь превышения концентрации нитратов не зарегистрированы и измерения проб воды в таких родниках достаточно проводить один раз в год. В «условно чистых» родниках, где концентрация нитратов нестабильна и меняется в зависимости от сезонов, мониторинг необходимо проводить 1 -2 раза в квартал. Регулярному контролю подлежат «загрязненные» источники, где зафиксированы значительные превышения ПДК. Как правило, это родники, расположенные в черте города. Такими являются родник на «Максимовой даче» (2) и в балке Сарандинакина (3).
Комплексный анализ химического состава родниковых вод города Севастополя является основной задачей дальнейших исследований, так как родники исторически являются наиболее доступными и надежными источниками водоснабжения населения в критических ситуациях. А в условиях современного сложившегося дефицита воды в городе Севастополе, исследования качества родниковых вод имеют серьезную социальную значимость и способствуют повышению устойчивости питьевого водоснабжения Севастопольского региона.
«Исследование выполнено при поддержке РФФИ и г. Севастополя в рамках научного проекта №18-35-50004»
литература
1. Покровский, Д.С. Подземные воды Республики Хакасия и водоснабжение населения [Текст] / Е.М. Дутова, А.А. Булатов, К.И. Кузеванов. Под ред. Д.С. Покровского. - Томск: Изд-во НТЛ, 2001. -300 с.: ил.
2. Портал ГУПС «Водоканал». Питьевое водоснабжение (Приказ ДГХ № 457-ОД от 14.12.2017 г.) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sevvodokanal.org.ru/pages/tarif.
3. Berlin, M. Nltrater-toxikologi och bäleoriaker. - Nltratdag i alnarp, 1973. - p. 93-102.
4. Брилинг, И.Д. Нитратное загрязнение подземных вод удобрениями [Текст] / И.Д. Брилинг. -М., 1985. -49 с.; -С. 10-11.
5. Стожаров, А.Н. Медицинская экология: учеб. Пособие [Текст] / А.Н. Стожаров. - Минск: Выш. шк., 2007. - 368 с.
6. Санитарные правила «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников. СанПиН 2.1.4.1175 -02». - 2002. - 17 с.
7. Добровольская, Е.В. Сравнительная характеристика содержания нитрат-ионов в источниках нецентрализованного водоснабжения г. Севастополя [Текст] / Е.В. Добровольская, А.А. Никитин, Г.А. Сигора // Техносфера XXI века: материалы всероссийской конференции молодых ученых, Севастополь. - Изд-во СевГУ, 2015. - С. 53-55.
8. Сигора, Г.А. Анализ нитратного загрязнения подземных вод г. Севастополя [Текст] / Г.А. Сигора // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы. Материалы четвертой научно-практической конференции. - Воронеж: «Издательство Научная книга». - 2015. -С. 119-122.
9. Косинова, И.И. Мониторинг загрязненности нитрат-ионами подземных вод территории городов Севастополь и Бахчисарай [Текст]. / И.И. Косинова, Г.А. Сигора, Л.А. Ничкова, Е.В. Добровольская, Е.С. Симонова // Вестник ВГУ. Серия: Геология, 2016. -№ 3. - С. 123-127.
10.Сигора, Г.А. Изменения загрязненности нитрат-ионами родников города Севастополя [Текст] / Г.А. Сигора, Т.В. Ляшко, Т.Ю. Хоменко, Л.А. Ничкова // Системы контроля окружающей среды, 2018. - № 14 (34). - С. 150-156.
11. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы: СанПиН 2.1.4.1175-02. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников. - Москва, 2003.
THE PROBLEM OF THE STUDY OF THE ECOLOGICAL CONDITION OF SPRINGS OF
THE SEVASTOPOL REGION
Sigora G.A., Khomenko T.Yu., Lyashko T.V., Nichkova L.A.
Sevastopol State University, Sevastopol, Russian Federation
Annotation: he article describes the main indicators of the quality of drinking water, such as: total hardness, salinity, pH, nitrates, permanganate oxidation, etc. The results of the analysis of tribal waters for the content of nitrate ions for 2013-2018 are presented. It is revealed that according to this indicator, water in some springs of the Sevastopol region does not meet the established standards. All the studied sources for this indicator are divided into groups: "clean", "conditionally clean" and "polluted". Analyzed seasonal changes in the concentration of nitrates in the water, which allow to judge about the need for regular monitoring in the sources, where the maximum permissible concentration was recorded. The results of the analysis of the springs on the "Maximova Dacha" and in the Sarandinakin gully indicate the unsuitability of using water for hou sehold and drinking water use. The purpose of further research is a comprehensive analysis of the spring waters of the Sevastopol regio n. Key words: Water quality, chemical research, groundwater, pollution, monitoring, nitrate ion concentration, city of Sevastopol.
